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映维网Nweon
2024年12月25日

）为了帮助头显实现所需的形状参数并改善用户体验，厂商一直希望减小光组合器的尺寸，同时减少光组合器中的伪影。

在一项专利申请中，
谷歌
提出了一种弯曲透明波导，所述弯曲光波导具有具有一个或多个光学结构（例如光学继电器）的耦合器，耦合器配置为在弯曲光波导中的预定位置形成中间图像。

例如，头显包括配置为发射代表图像的光并将发射的光提供给弯曲波导耦合器的微显示器。弯曲波导的耦合器包括具有一个或多个透镜的光学继电器。为了中继所发射的光，光学继电器配置成反转、放大或同时放大由所述微显示器发射的光所表示的图像，并将所述中继光提供给所述弯曲波导的另一部分，使得中间图像在所述弯曲波导的部分内的预定位置形成。

然后，弯曲波导将中间图像提供给光学输出系统。光学输出系统配置为向用户的眼睛提供中间图像。

通过使用包括光学继电器在内的耦合器在弯曲光波导中形成中间图像，随着光学继电器对微显示器发射的图像施加的放大倍率增加以形成中间图像，光学输出系统所需的尺寸可以减小。

所以，增加光学继电器对微显示器发射图像施加的放大倍率允许光学输出系统，弯曲波导或两者都更小。

另外，在弯曲波导中形成中间图像有助于减少与外部光源、波导表面或两者的不必要相互作用或衍射，从而减少离耦光中的像差和重影的数量。

图1示出采用光组合器102的示例头显 100。头显100具有支撑结构104，并对称地配置为双目显示器，使得透镜元件114同时是光学组合器。框架106包括设置在光学组合器102和透镜元件114之间的鼻梁区域118。

参考图2，头显100的光学组合器102包括由包括相对主要表面的基板形成的波导120。波导120配置为接收来自微显示器的代表图像的光，并使用TIR、PIR、反射光学涂层、专用滤光片、光栅表面、反射表面或其任何组合将光转移到另一点，例如用户的眼睛。

例如，波导120被配置为接收代表来自微显示器的图像的一束或多束激光，并将光束的至少一部分提供给用户的眼睛。所以，波导120包括配置为接收来自微显示器的光的一个或多个耦合器。

在一个实施例中，波导120配置为将光从耦合器传输到包括在波导器120中或以其他方式耦合到波导器120中的一个或多个光输出系统，并配置为向光组合器102的透镜、用户的眼睛或两者提供接收光。例如，波导120包括一个或多个表面、反射光学涂层、光栅、或其任何组合，并配置成将光从耦合器传输到波导120中的一个或多个光输出系统。

波导120包括弯曲波导。换句话说，形成波导120的基板具有包括一条或多条曲线的形状。例如，形成波导120的基板具有与一个或多个典型的弯曲眼镜和太阳镜透镜互补的弯曲形状。所以，波导120包括基板的第一主要表面和基板的第二相反的主要表面。在实施例中，形成波导120的基板的第一主要表面、第二主要表面或两者都是非平面。

在实施例中，波导器120配置为通过一个或多个光学继电器接收从微显示器发射的光。例如，波导120的耦合器包括光学继电器。光学继电器将从微显示器发出的光传递到波导120的另一部分。

例如，光学继电器包括一个或多个透镜，其配置为接收光并将光传递到第二点，使得包括继电器的光学系统扩展，例如增加包括光学系统的焦距。所以，光学继电器传递代表图像的光，使得在光学系统的一部分内的预定位置形成基于图像的中间图像。

作为示例，光学继电器配置为接收从代表图像的微显示器发出的光，并且配置为向波导120提供光，使得基于图像的中间图像在波导120内的预定位置形成。在实施例中，光学继电器配置成形成中间图像，使得与所述中继图像相比，所述中间图像放大、反转或两者兼而有之。

换句话说，光学继电器将接收到的光形成的图像放大、反相或两者同时放大、反相以形成中间图像。

在波导120中形成中间图像后，波导120配置为将代表中间图像的光提供给一个或多个光学输出系统，后者配置为输出至少一部分中间图像到光学组合器102的透镜，用户的眼睛，或两者。

在实施例中，光学输出系统具有基于光学继电器对发射图像施加的放大倍数的长度，以形成波导120中的中间图像。换句话说，输出系统的长度取决于光学继电器将图像放大以在波导120中形成中间图像的预定放大率。

例如，随着预定的放大倍率的增加，光输出系统的最小长度减小。这样，可以减小包括在光波导120中或以其他方式耦合到光波导120中的光输出系统的尺寸，从而允许减小光组合器102、光波导120、光输出系统或其任何组合的尺寸。

另外，在波导120中形成中间图像，通过减少波导120内的光与来自外部光源、波导120的表面或两者的不必要的相互作用或衍射，有助于减少与用户眼睛外耦的光中的像差和重影的数量。

图3示出创建中间图像的示例过程300。

微显示器322发射的代表图像328的光在与波导120相似或相同的波导320的耦合器324接收。根据实施例，耦合器324包括光继电器330，其配置为接收由微显示器322发出的代表图像328的光。光学继电器330包括一个或多个透镜，并配置为接收光并将接收的光传递到第二点，使得中间图像332在与预定距离形成。

为了响应接收由微显示器322发射的图像328的光代表，光学继电器330配置为将接收到的光中继到与波导320类似或相同的波导320的至少另一部分，使得在至少一部分波导320内形成基于图像328的中间图像332。

在实施例中，光学继电器330放大、反转或同时放大图像328以形成中间图像332。光学继电器330配置成形成中间图像332作为过滤图像。中间图像332过滤以减少不需要的光线，并修剪视场。所以，可以隐藏微显示器产生的图像伪影。另外，以这种方式滤波中间图像影响了频率空间，提高了中间图像332的图像质量。

根据实施例，耦合器324同时包括一个或多个表面、光栅或两者，其配置为将来自光学继电器330的中继光提供给波导320的一部分，从而在波导320内的预定位置形成中间图像332。

在一个实施例中，波导320配置为向包括在波导320中或以其他方式耦合到波导320中的光输出系统326提供中间图像332。光学输出系统326包括一个或多个反向反射器，其配置为将形成中间图像332的光反射回波导320，使得形成中间图像332的光反射到用户的眼睛。

图4示出用于在弯曲光波导中形成中间像的光学系统400。所以，光学系统400包括与微显示器322类似或相同的微显示器422，其配置为发出代表与图像328类似或相同的图像的光434。

光434由三个射线表示，每个射线代表各自的光波长。在实施例中，耦合器424包括配置为接收来自微显示器422的光434的光学继电器430。光学继电器430包括配置为接收光并将光传递（例到第二个预定义点的一个或多个透镜。

光学继电器430进一步配置为放大、反转或同时放大由光434表示的图像以形成中间图像432。这样，与由光434表示的图像相比，中间图像432可以放大。另外，在实施例中，光学继电器430配置为过滤由光434表示的图像以形成中间图像432。

例如，光学系统400包括f光圈，其配置为通过阻挡由光434表示的图像的至少一部分来过滤图像，并且光学继电器430基于过滤后的图像形成中间图像432。通过以这种方式使用光圈，中间图像432可以减少不必要的光线，并修剪视场。所以，微显示器422产生的图像伪影可以隐藏。另外，以这种方式滤波中间图像432，可以影响频率空间，提高了中间图像432的图像质量。

根据实施例，耦合器424配置为提供从光学继电器430传递到弯曲波导420的另一部分的光。弯曲波导420包括基板的第一主要表面444和基板的第二相反的主要表面442。第一主要表面444、第二主要表面442或基材的两者都是非平面。

在实施例中，耦合器424配置为向弯曲波导420提供中继光436，使得中继光436在弯曲波导420内形成中间图像432。耦合器424包括一个或多个自由曲面，其配置为向弯曲波导420的另一部分提供中继光436，使得中间图像432在弯曲波导420内的预定位置形成。例如，这样的自由曲面配置为当中间图像432在弯曲波导420内形成时对其施加预畸变。例如，中间图像432的预畸变（配置为至少部分地抵消在光输出系统426作为输出光438输出时添加到中继光436的畸变。

图5至7示出的光学系统500一个示例光学输出系统。在实施例中，与光学系统400类似或相同的光学系统500包括微显示器422，其配置成向弯曲波导420的耦合器424发射代表图像的光434。

光434表示为代表任意数量的光波长的单个光线。耦合器424包括光学继电器430，其接收从微显示器422发射的光434并中继光434，使得中间图像432形成在弯曲波导420的预定部分。然后，弯曲波导420向与光输出系统326类似或相同的光输出系统提供中间图像4320，而光输出系统426配置为将中间图像432作为输出光438输出给用户的眼睛440。

参考图5，光输出系统包括部分反射镜外耦合器548。部分反射镜外耦合器包括具有两个相对表面的部分反射镜，配置为反射具有相对于部分反射镜表面的第一入射角的光，并传输具有相对于部分反射镜表面的第二不同入射角的光。例如，部分镜外耦合器548包括设置在弯曲波导420内的部分镜，使得在具有第一预定入射角的部分镜处接收的光反射到用户的眼睛440。

参考图6，光学输出系统包括弯曲反射镜652，包括在弯曲波导420的内部或表面上，以及一个或多个反向反射器650。后向反射器650包括一个或多个一被配置成向所接收光的光源方向反射所接收的光的反射表面。

根据实施例，弯曲波导420向弯曲镜652提供中间图像432的光代表，然后将弯曲镜配置为将中间图像432的光代表作为光654传输到后向反射器650。在接收到光654后，后向反射器650将光654反射回弯曲镜652，弯曲镜652随后配置为将光654反射到用户的眼睛440作为输出光438。

参考图7，所述光输出系统包括包括在弯曲波导420中的楔形输出耦合器756。每个表面742、744包括自由曲面、球面、反射光学涂层或其任何组合。由于楔形外耦合器756的表面742、744是弯曲且非平行的，所以在提供给用户的眼睛440之前，光配置为通过TIR、PIR、光学涂层或任何组合传播。

另外，当光通过楔形外耦合器756传播时，光从楔形外耦合器756的表面742、744上的每次连续反弹或反射具有更小的入射角。换句话说，每次光反弹时各自的入射角是不同的。

当中间图像432的光代表通过楔形外耦合器756传播时，中间图像432的光代表从表面742、744上的每次反弹都具有各自的入射角，并且每个连续的入射角变得更窄。

一旦光以与预定入射角相等的入射角从楔形外耦756的表面742、744反弹，则光从表面742、744反射，使其穿过相反的表面742、744。中间图像432代表的光在点758处以等于预定入射角的入射角从表面744反射。这样，中间图像432的光代表在点758处从表面744反射，使得光通过楔形外耦756的表面742并作为输出光438朝向用户的眼睛440。

根据实施例，楔形外耦合器756同时包括设置在楔形外耦合器756的表面742之上的反射光学涂层760和设置在楔形外耦合器756的表面744之上的第二反射光学涂层762。如果代表中间图像432的光以小于预定的临界入射角从楔形外耦合器756的表面742、744反射，则将发生PIR，并且代表中间图像432的光的至少一部分将从楔形外耦合器756的表面742、744传输出去。

为了帮助防止来自PIR的光损失，将反射光学涂层760、762配置为将损失的光反射回楔形外耦合器756的相对表面742、744。

在实施例中，反射光学涂层760、762为与楔形外耦合器756内部的光的相互作用提供相对高的反射率，同时保持基本透明，以允许来自真实世界的环境光通过楔形外耦合器756向用户的眼睛440传输。

相关专利

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Google Patent | Curved see-through lightguide with intermediate focus

名为“Curved see-through lightguide with intermediate focus”的谷歌专利申请最初在2024年4月提交，并在日前由美国专利商标局公布。