[发明专利]用于波导显示器的彩虹减少

说明书

本申请涉及用于波导显示器的彩虹减少。多层光栅是包括多个层的衍射光栅。所述多个层被布置成形成二维光栅，所述层至少包括第一图案化层和第二图案化层。第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得第一图案化层具有第一折射率分布。第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得第二图案化层具有相对于第一折射率分布反相的第二折射率分布。入射到第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线，并且第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布而彼此相消干涉。

本申请是申请日为2019年08月05日，申请号为201980051675.X，发明名称为“用于波导显示器的彩虹减少”的申请的分案申请。

背景

本公开总体上涉及近眼显示系统，更具体地说，涉及波导显示器中的彩虹减少(rainbow reduction)。

近眼显示器将图像直接投射到用户的眼睛中。传统的近眼显示器，特别是那些使用衍射光学器件的近眼显示器的一个问题是杂散光(即，在用户视野之外的一部分环境光)耦入到用户的视野中。杂散光可能起源于用户的视野之外，然而，衍射光学器件可以用于将杂散光散射和/或衍射到用户的视野中。这可以向用户呈现为彩虹，被称为“彩虹效应”。彩虹效应可能对增强和/或混合现实体验有害。

概述

多层光栅是用于彩虹减少的衍射光栅。多层光栅包括布置形成二维光栅的多个层。多个层至少包括第一图案化层和第二图案化层。第一图案化层包括以第一图案布置的多种不同材料，使得第一图案化层具有第一折射率分布。第二图案化层包括以第二图案布置的多种不同材料，使得第二图案化层具有相对于第一折射率分布反相(inverted)的第二折射率分布。入射在第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线(例如，一级光线(first order ray))，并且第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉，从而减少彩虹效应。

多层光栅可以耦合到波导。波导包括波导主体、输入光栅和多层光栅。当光在波导主体内传播时，波导主体在至少一个维度上扩展接收的图像光。输入光栅被配置成将图像光耦入到波导主体中。多层光栅被配置成将扩展后的图像光的第一部分输出到视窗(eyebox)，入射到第一图案化层和第二图案化层上的环境光分别产生第一衍射光线和第二衍射光线。第一衍射光线和第二衍射光线部分地基于反相的折射率分布彼此相消干涉。相消干涉起到减轻彩虹效应的作用。

在一些实施例中，第一图案化层由第一材料和第二材料在第一维度上的多个交替实例组成；第二图案化层由第一材料和第二材料在第一维度上的多个交替实例组成，并且第二图案化层中的第一材料的每个实例与所述第一图案化层中的第二材料的相应实例对准，并且第二图案化层中的第二材料的每个实例与第一图案化层中的第一材料的相应实例对准。

多个层形成多个结构，并且多个结构中的每个结构与相邻结构至少分开阈值距离

多个结构中的每个结构具有从由以下项组成的组中选择的形状：具有圆形横截面的圆柱、具有圆形横截面的矩形柱、以及球形。

在一些实施例中，第一图案化层由第一材料和第二材料在第一维度和与第一维度正交的第二维度上的多个交替实例组成；第二图案化层由第一材料和第二材料在第一维度和第二维度上的多个交替实例组成，并且第二图案化层中的第一材料的每个实例与第一图案化层中的第二材料的相应实例对准，并且第二图案化层中的第二材料的每个实例与第一图案化层中的第一材料的相应实例对准。

在一些实施例中，多个层包括至少一个间隔层，间隔层是滤光器。

在一些实施例中，多层光栅具有非正交光栅矢量。

在一些实施例中，第一衍射光线和所述第二衍射光线对应于第一负衍射级。

在一些实施例中，波导是近眼显示器的部件。