光学设备和制造光学设备的方法与流程

本发明涉及显示系统，并且特别地涉及适合用于显示器中的光导光学元件。

背景技术：

1、特别适合于平视显示器(head-up display，hud)(例如用于虚拟现实和增强现实应用的近眼显示器(near-eye display，ned))的某些显示技术采用了具有一系列内部倾斜、相互平行的部分反射表面的光导光学元件(也被称为“光波导”或“透光基板”)内部表面。图像投影仪光学地耦合到波导并且将与准直图像相对应的光注入到波导中，以便通过内反射传播通过波导。传播光通过在一系列部分反射表面处的反射从波导朝向观察者的眼睛逐渐耦出，从而与图像投影仪的输出孔径相比，扩大了与眼睛相对的有效光学孔径。

2、部分反射表面的反射性对入射光的各种参数敏感，该参数包括光谱范围、偏振方向和入射角。部分反射表面通常涂覆有光学涂层以生成期望的反射性图案。

技术实现思路

1、本发明是一种光导光学元件。

2、根据本发明的一个方面的某些优选实施方式提供了一种光导光学元件，其具有根据使得能够同时满足光谱、偏振和角度均匀性要求的光学涂覆方案涂覆的内部部分反射器。在本发明的该方面的其他实施方式中，在满足上述要求的同时，将不期望的方向上的反射最小化。根据本发明的另一方面的某些优选实施方式提供了一种光导光学元件，其具有被施加到该光导光学元件的一个或多个外部表面的一个或更多个区域的一定量的反射抑制材料，反射抑制材料减少了光导光学元件内的光散射。

3、根据本发明的实施方式的教导，提供了一种光学设备。该光学设备包括：透光基板，其具有至少两个平行主外部表面，以用于通过主外部表面处的内反射来引导指示准直图像的光；第一组相互平行内部表面，其相对于外部表面倾斜地部署在基板内；以及第二组相互平行内部表面，其与第一组内部表面平行、交错并且呈交叠关系地部署在基板内，第一组的每个内部表面的至少一部分包括第一涂层，第一涂层具有第一反射特性以至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，并且第二组的每个内部表面的至少一部分包括第二涂层，第二涂层具有与第一反射特性互补的第二反射特性以至少部分地反射入射光的分量的至少第二子集，使得内部表面的组进行协作以反射第一子集和第二子集的光的所有分量。

4、可选地，分量的第一子集包括与第一颜色相对应的光，并且分量的第二子集包括与第二颜色相对应的光。

5、可选地，分量的第一子集包括具有第一偏振方向的光，并且分量的第二子集包括具有第二偏振方向的光。

6、可选地，第一涂层或第二涂层的至少一个包括结构偏振器。

7、可选地，第一涂层或第二涂层的至少一个包括电介质涂层。

8、可选地，第一涂层或第二涂层的至少一个包括金属涂层。

9、可选地，第一涂层被构造成：以第一反射效率反射具有与第一颜色相对应的波长的光，以第二反射效率反射具有与第二颜色相对应的波长的光，以及以小于第一反射效率的第三反射效率反射具有与第三颜色相对应的波长的光，并且第二涂层被构造成以大于第三反射效率的反射效率来反射具有与第一颜色相对应的波长的光，使得第一涂层和第二涂层对第三颜色的组合反射效率大于或等于第一反射效率。

10、可选地，第二反射效率小于第一反射效率，并且第二涂层被构造成以大于第二反射效率的反射效率来反射具有与第二颜色相对应的波长的光，使得第一涂层和第二涂层对第二颜色的组合反射效率大于或等于第一反射效率。

11、可选地，第二涂层被构造成以约等于第一反射效率的反射效率来反射具有与第一颜色相对应的波长的光。

12、可选地，第一涂层被构造成：以第一反射效率反射具有与第一颜色相对应的波长的光，以小于第一反射效率的第二反射效率来反射具有与第二颜色相对应的波长的光，以及以小于第一反射效率的第三反射效率来反射具有与第三颜色相对应的波长的光；并且第二涂层被构造成：以大于第二反射效率和第三反射效率的反射效率来反射具有与第一颜色相对应的波长的光，以大于第二反射效率和第三反射效率的反射效率来反射具有与第二颜色相对应的波长的光，以及以大于第二反射效率和第三反射效率的反射效率来反射具有与第三颜色相对应的波长的光。

13、可选地，第一涂层包括图案化涂层，图案化涂层包括以规定图案布置在第一组的每个内部表面上的反射材料的若干份。

14、可选地，反射材料的每个份在内部表面的平面中具有圆形形状。

15、可选地，反射材料的每个份在内部表面的平面中具有长方形形状。

16、可选地，反射材料是电介质材料。

17、可选地，反射材料是金属材料。

18、可选地，在反射材料的份之间形成的空间是透明的。

19、可选地，第二反射材料部署在内部表面上在反射材料的份之间形成的空间中。

20、可选地，第二反射材料包括电介质材料。

21、可选地，第二反射材料以规定图案布置在内部表面上。

22、可选地，第一组的内部表面上的份的数目或份的大小中的至少一个相对于光穿过基板的主传播方向而增加。

23、可选地，光学设备还包括一定量的光反射抑制材料，光反射抑制材料部署在反射材料与第一组的内部表面的至少一部分之间。

24、可选地，光反射抑制材料包括光吸收材料。

25、可选地，光反射抑制材料包括光散射材料。

26、可选地，第一涂层部署在第一组的每个内部表面的第一部分上，并且第二涂层部署在第一组的每个内部表面的第二部分上，并且第二涂层部署在第二组内部表面中的每个内部表面的第一部分上，并且第一涂层部署在第二组的每个内部表面的第二部分上，并且第一组的内部表面的第一部分和第二部分是不交叠的部分，并且第二组的内部表面的第一部分和第二部分是不交叠的部分。

27、可选地，第一组的内部表面和第二组的内部表面将通过主外部表面处的内反射引导的光的一定比例朝向观察者的眼睛反射出基板。

28、可选地，第一组的内部表面和第二组的内部表面将通过主外部表面处的内反射引导的光的一定比例反射出基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用于通过第二透光基板的外部表面处的内反射进行引导。

29、可选地，基板被构造成将光沿一个维度引导穿过基板。

30、可选地，基板被构造成将光沿两个维度引导穿过基板。

31、可选地，第一组或第二组中的至少之一的至少一个内部表面包括与基板的外部表面中的第一外部表面相关联的端部区域，端部区域限定至少一个内部表面与基板之间的界面区域，并且外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，光吸收材料位于在外部表面中的第一外部表面中在界面区域处形成的凹陷中。

32、根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种光学设备。该光学设备包括：透光基板，其具有至少两个平行主外部表面，以用于通过主外部表面处的内反射引导指示准直图像的光；以及多个相互平行的内部表面，其相对于外部表面倾斜地部署在基板内，内部表面的第一子组的至少一部分包括图案化涂层，图案化涂层包括以规定图案布置在第一子组的内部表面上的反射材料的若干份，图案化涂层至少部分地反射入射光的分量的至少第一子集，内部表面的第二子组至少部分地反射入射光的分量的第二子集，并且第一子组的内部表面与第二子组的内部表面具有交叠关系，使得内部表面的子组进行协作以反射第一子集和第二子集的光的所有分量。

33、可选地，反射材料的每个份在第一子组的内部表面的平面中具有圆形形状。

34、可选地，反射材料的每个份在第一子组的内部表面的平面中具有长方形形状。

35、可选地，反射材料是电介质材料。

36、可选地，反射材料是金属材料。

37、可选地，在反射材料的份之间形成的空间是透明的。

38、可选地，第二反射材料部署在在反射材料的份之间形成的空间中。

39、可选地，第二反射材料包括电介质材料。

40、可选地，第二反射材料以规定图案布置在第一子组的内部表面上。

41、可选地，第一子组的内部表面上的分量的数目或分量的大小中的至少一个相对于光穿过基板的传播方向而增加。

42、可选地，光学设备还包括一定量的光反射抑制材料，光反射抑制材料部署在反射材料与第一子组的内部表面之间。

43、可选地，光反射抑制材料包括光吸收材料。

44、可选地，光反射抑制材料包括光散射材料。

45、可选地，第一子组的内部表面与第二子组的内部表面交错。

46、可选地，内部表面的第一子组的表面与内部表面的第二子组的表面共面。

47、可选地，内部表面将通过主外部表面处的内反射引导的光的一定比例朝向观察者的眼睛反射出透光基板。

48、可选地，内部表面将通过主外部表面处的内反射引导的光的一定比例反射出透光基板，以使其耦入到第二透光基板中，以用于通过第二透光基板的外部表面处的内反射进行引导。

49、可选地，基板被构造成将光沿一个维度引导穿过基板。

50、可选地，基板被构造成将光沿两个维度引导穿过基板。

51、可选地，内部表面中的至少一个内部表面包括与基板的外部表面中的第一外部表面相关联的端部区域，端部区域限定在至少一个内部表面与基板之间的界面区域，并且外部表面中的第一外部表面具有一定量的光吸收材料，光吸收材料位于在外部表面中的第一外部表面中在界面区域处形成的凹陷中。

52、根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种光学设备。该光学设备包括：透光基板，其具有至少两个平行主外部表面，以用于通过主外部表面处的内反射来引导光；至少一个至少内部表面，其相对于外部表面倾斜地部署在基板内，内部表面具有与基板的外部表面中的第一外部表面相关联的端部区域，端部区域限定内部表面与基板之间的界面区域；以及一定量的光吸收材料，其位于在外部表面中的第一外部表面中在界面区域处形成的凹陷中。

53、可选地，至少一个内部表面包括多个相互平行部分反射表面。

54、可选地，至少一个内部表面被构造成将通过内反射在基板内引导的光耦出基板。

55、可选地，至少一个内部表面被构造成：将光耦入到基板中，以使其通过内反射在基板内传播。

56、可选地，至少一个内部表面被构造成：将通过内反射在基板内引导的光耦入到第二透光基板中，以使其通过内反射在第二基板内进行传播。

57、可选地，光吸收材料包括黑色吸收涂料。

58、可选地，一定量的光吸收材料足以填充凹陷。

59、可选地，内部表面具有与基板的外部表面中的第二外部表面相关联的第二端部区域，第二端部区域限定内部表面与基板之间的第二界面区域，并且光学设备还包括：一定量的光吸收材料，其位于在外部表面中的第二表面中在第二界面区域处形成的凹陷中。

60、根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种制造光学设备的方法。该方法包括：获得透光基板，透光基板具有至少两个平行主外部表面，以用于通过主外部表面处的内反射来引导光，该基板具有至少一个至少内部表面，该至少一个内部表面被部署在外部表面之间并且相对于外部表面倾斜，内部表面具有与基板的外部表面中的第一外部表面相关联的端部区域以限定内部表面与基板之间的界面区域；以及将一定量的光吸收材料沉积在外部表面中的第一外部表面中在界面区域处形成的凹陷中。

61、可选地，沉积一定量的光吸收材料包括将光吸收材料施加到外部表面中的基本上整个第一外部表面。

62、可选地，该方法还包括：抛光外部表面中的第一外部表面以从外部表面中的第一外部表面的在凹陷之外的基本上所有部分去除光吸收材料。

63、可选地，获得透光基板包括：将一组涂覆透明板附接在一起以形成堆叠，将堆叠进行对角切片以形成具有至少两个平行主外部表面和相对于外部表面倾斜的内部表面的基板，以及抛光外部表面。

64、可选地，抛光外部表面使得在外部表面中的第一表面中在界面区域处形成凹陷。

65、可选地，一定量的光吸收材料足以填充凹陷。

66、可选地，内部表面具有与基板的外部表面中的第二外部表面相关联的第二端部区域，以在内部表面与外部表面中的第二外部表面之间限定界面区域，并且该方法还包括：将一定量的光吸收材料沉积在外部表面中的第二外部表面中在界面区域处形成的凹陷中，界面区域在内部表面与外部表面中的第二表面之间。

67、根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种光学设备。该光学设备包括：透光基板，其具有形成矩形截面的第一对平行主外部表面和第二对平行主外部表面，基板被构造用于通过主外部表面处的内反射引导光；至少一个内部表面，其相对于基板的延伸方向倾斜地部署在基板内，被构造成将光耦出基板；以及一定量的光吸收材料，其位于在基板的外部区域处形成的瑕疵处。

68、可选地，瑕疵包括在外部表面之一中形成的划痕。

69、可选地，瑕疵包括在第一对外部表面中的一个外部表面与第二对外部表面中的一个外部表面之间形成的边缘中的缺口。

70、可选地，瑕疵包括在第一对外部表面中的一个外部表面与第二对外部表面中的一个外部表面之间形成的拐角中的缺口。

71、可选地，内部表面包括与基板的外部表面之一相关联的至少第一端部区域，以限定内部表面与基板之间的界面区域。

72、可选地，瑕疵包括在界面区域处形成的凹陷。

73、可选地，光吸收材料包括黑色吸收涂料。

74、除非本文另有限定，否则本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的技术人员通常所理解的含义相同的含义。尽管与本文中描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于本发明的实施方式的实践或测试，但是下面描述了示例性方法和/或材料。在有冲突的情况下，以包括定义的专利说明书为准。另外，材料、方法和示例仅是说明性的，并非一定旨在限制。