優(yōu)先權(quán)要求

本申請(qǐng)要求于2014年9月29日提交的題為“virtualandaugmentedrealitysystemsandmethods”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)第62/057，165號(hào)的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，其全部內(nèi)容通過引證結(jié)合于此。

引證并入

本申請(qǐng)通過引證結(jié)合以下專利申請(qǐng)中的每一個(gè)的全部內(nèi)容：美國申請(qǐng)第14/331，218號(hào)(代理人案卷號(hào)20020.00)；美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/012，273號(hào)(代理人案卷號(hào)30019.00)；以及美國臨時(shí)申請(qǐng)第62/005，807號(hào)(代理人案卷號(hào)30016.00)。

本公開涉及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)成像及可視化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代計(jì)算和顯示技術(shù)已促進(jìn)了用于所謂的“虛擬現(xiàn)實(shí)”或“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)”體驗(yàn)的系統(tǒng)的發(fā)展，其中，數(shù)字再現(xiàn)圖像或其一部分以它們看起來是真實(shí)的或者可感知為真實(shí)的方式呈現(xiàn)至用戶。虛擬現(xiàn)實(shí)或“vr”情境通常涉及數(shù)字或虛擬圖像信息的呈現(xiàn)，而沒有對(duì)其他現(xiàn)實(shí)真實(shí)世界視覺輸入的透明度；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或“ar”情境通常涉及將數(shù)字或虛擬圖像信息呈現(xiàn)為用戶周圍的真實(shí)世界的可視化的增強(qiáng)。例如，參考圖1，描繪了一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景1，其中，ar技術(shù)的用戶看到真實(shí)世界公園般的環(huán)境1100，該環(huán)境以人、樹、背景中的建筑物以及水泥平臺(tái)1120為特征。除了這些物品以外，ar技術(shù)的用戶還感知到他“看到”站在真實(shí)世界平臺(tái)1120上的機(jī)器人雕像1110以及飛行的卡通般的頭像人物1130(其看起來是大黃蜂的化身)，即使這些元素1130、1110不存在于真實(shí)世界中。因?yàn)槿祟愐曈X感知系統(tǒng)是復(fù)雜的，所以制作一種促進(jìn)在其他虛擬或真實(shí)世界影像元素中的虛擬圖像元素的舒適的、感覺自然的、豐富的呈現(xiàn)的vr或ar技術(shù)是有挑戰(zhàn)性的。

本文公開的系統(tǒng)和方法解決了與vr和ar技術(shù)相關(guān)的各種挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)施方式1：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

波導(dǎo)，包括第一主表面和第二主表面，該波導(dǎo)被配置為通過在第一主表面與第二主表面之間的全內(nèi)反射傳播光；

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為沿著第一方向?qū)⒌谝欢鄠€(gè)波長的入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中并且沿著第二方向?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)第二波長的入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中，其中，第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光通過全內(nèi)反射沿著第一方向通過波導(dǎo)傳播，并且一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光通過全內(nèi)反射沿著第二方向通過波導(dǎo)傳播；以及

第一外耦合光學(xué)元件和第二外耦合光學(xué)元件，被配置為將內(nèi)耦合光外耦合出波導(dǎo)。

實(shí)施方式2：根據(jù)實(shí)施方式1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，內(nèi)耦合光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式3：根據(jù)實(shí)施方式2所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式4：根據(jù)實(shí)施方式3所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件是可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式5：根據(jù)實(shí)施方式1至4中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：

第一波長選擇反射器，被配置為反射沿著第一方向傳播的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光，同時(shí)使除了第一多個(gè)波長以外的波長的光穿過；以及

第二波長選擇反射器，被配置為反射沿著第二方向傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光，同時(shí)使除了一個(gè)或多個(gè)第二波長以外的波長的光穿過。

實(shí)施方式6：根據(jù)實(shí)施方式5所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：

第一吸收器，被配置為吸收穿過第一波長選擇反射器的內(nèi)耦合光；以及

第二吸收器，被配置為吸收穿過第二波長選擇反射器的內(nèi)耦合光。

實(shí)施方式7：根據(jù)實(shí)施方式5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一波長選擇反射器和第二波長選擇反射器是二向色濾波器。

實(shí)施方式8：根據(jù)實(shí)施方式1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一多個(gè)波長的光包括紅光和藍(lán)光。

實(shí)施方式9：根據(jù)實(shí)施方式1至8中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)第二波長的光包括綠光。

實(shí)施方式10：根據(jù)實(shí)施方式1至9中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：

第一光分配元件，被配置為接收沿著第一方向行進(jìn)的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光，并且將第一多個(gè)波長的光分配至第一外耦合光學(xué)元件；以及

第二光分配元件，被配置為接收沿著第二方向行進(jìn)的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光，并且將第二多個(gè)波長的光分配至第二外耦合光學(xué)元件。

實(shí)施方式11：根據(jù)實(shí)施方式10所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一光分配元件和第二光分配元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式12：根據(jù)實(shí)施方式11所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)光柵。

實(shí)施方式13：根據(jù)實(shí)施方式10至12中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一光分配元件被配置為將第一多個(gè)波長的光重定向?yàn)檠刂粋€(gè)方向在波導(dǎo)內(nèi)傳播，該方向不同于其中第二光分配元件被配置為重定向第二多個(gè)波長的光的方向。

實(shí)施方式14：根據(jù)實(shí)施方式10至13中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一光分配元件被配置為將第一多個(gè)波長的光重定向?yàn)檠刂诙较蛟诓▽?dǎo)內(nèi)傳播，并且其中，第二光分配元件被配置為將第二多個(gè)波長的光重定向?yàn)檠刂谝环较蛟诓▽?dǎo)內(nèi)傳播。

實(shí)施方式15：根據(jù)實(shí)施方式10至14中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一光分配元件和第二光分配元件是正交光瞳擴(kuò)展器。

實(shí)施方式16：根據(jù)實(shí)施方式1至15中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一外耦合光學(xué)元件包括被配置為將第一多個(gè)波長的光外耦合出波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)光柵；并且其中，第二外耦合光學(xué)元件包括被配置為將一個(gè)或多個(gè)第二波長的光外耦合出波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)光柵。

實(shí)施方式17：根據(jù)實(shí)施方式16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵布置在波導(dǎo)的第一主表面上，并且第二外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵布置在波導(dǎo)的第二主表面上。

實(shí)施方式18：根據(jù)實(shí)施方式16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵和第二外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵布置在波導(dǎo)的相同主表面上。

實(shí)施方式19：根據(jù)實(shí)施方式16至18中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式20：根據(jù)實(shí)施方式19所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件包括可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式21：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

多個(gè)層疊波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括第一主表面和第二主表面，每個(gè)波導(dǎo)被配置為通過在第一主表面與第二主表面之間的全內(nèi)反射傳播光，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括：

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為沿著第一方向?qū)⒌谝欢鄠€(gè)波長的入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中，并且沿著第二方向?qū)⒁粋€(gè)或多個(gè)第二波長的入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中；以及

外耦合光學(xué)元件，被配置為將內(nèi)耦合光外耦合出波導(dǎo)。

實(shí)施方式22：根據(jù)實(shí)施方式21所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)具有相關(guān)聯(lián)深度平面，其中，每個(gè)波導(dǎo)被配置為產(chǎn)生看起來源自該波導(dǎo)的相關(guān)聯(lián)深度平面的圖像。

實(shí)施方式23：根據(jù)實(shí)施方式21至22中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，不同波導(dǎo)具有不同的相關(guān)聯(lián)深度平面。

實(shí)施方式24：根據(jù)實(shí)施方式21至23中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于不同深度平面的外耦合光學(xué)元件具有不同的光學(xué)功率，以便為每個(gè)深度平面提供不同的出射光的發(fā)散。

實(shí)施方式25：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

波導(dǎo)，包括第一主表面和第二主表面；

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為將入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中；

第一波長選擇濾波器，在第一主表面上，該第一波長選擇濾波器具有與第一主表面相鄰的第一后表面以及與第一后表面相對(duì)的第一前表面，該第一波長選擇濾波器被配置為：

使第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光透射通過第一后表面，并且從第一前表面反射第一多個(gè)波長的透射光的一部分；以及

反射其他波長的內(nèi)耦合光；以及

第一外耦合光學(xué)元件，布置在第一波長選擇濾波器上，該第一外耦合光學(xué)元件被配置為將透射通過第一波長選擇濾波器的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光外耦合。

實(shí)施方式26：根據(jù)實(shí)施方式25所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：

第二波長選擇濾波器，在第二主表面上，該第二波長選擇濾波器具有與第二主表面相鄰的第二后表面以及與第二后表面相對(duì)的第二前表面，該第一波長選擇濾波器被配置為：

使與第一多個(gè)波長不同的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光透射通過第二后表面，并且從第二前表面反射一個(gè)或多個(gè)第二波長的透射光的一部分；并且

反射第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光；以及

第二外耦合光學(xué)元件，布置在第二波長選擇濾波器上，該第二外耦合光學(xué)元件被配置為將透射通過第二波長選擇濾波器的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光外耦合。

實(shí)施方式27：根據(jù)實(shí)施方式26所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一波長選擇濾波器和第二波長選擇濾波器包括二向色濾波器。

實(shí)施方式28：根據(jù)實(shí)施方式26至27中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一波長選擇濾波器和第二波長選擇濾波器被配置為使以相對(duì)于法線的0度到20度之間的角度入射的第一多個(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光透射至波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)第一主表面或第二主表面。

實(shí)施方式29：根據(jù)實(shí)施方式26至28中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)第二波長的光包括綠光。

實(shí)施方式30：根據(jù)實(shí)施方式26至29中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括：

光分配元件，被配置為：

接收來自內(nèi)耦合光學(xué)元件的第一多個(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光；以及

將第一多個(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光分配至第一外耦合光學(xué)元件和第二外耦合光學(xué)元件。

實(shí)施方式31：根據(jù)實(shí)施方式30所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，光分配元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式32：根據(jù)實(shí)施方式30至31中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，光分配元件是正交光瞳擴(kuò)展器。

實(shí)施方式33：根據(jù)實(shí)施方式30至32中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一多個(gè)波長的光的第一部分從第一波長選擇濾波器的第一前表面反射，并且第一多個(gè)波長的光的第二部分由光重分配元件重定向。

實(shí)施方式34：根據(jù)實(shí)施方式33所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一多個(gè)波長的光的第一部分在從第二主表面反射之后入射在第一波長選擇濾波器上，并且其中，光的第一部分的一部分由光重分配元件重定向。

實(shí)施方式35：根據(jù)實(shí)施方式30至34中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的第三部分從第二波長選擇濾波器的第二前表面反射，并且一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的第四部分由光重分配元件重定向。

實(shí)施方式36：根據(jù)實(shí)施方式35所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的第三部分在從第一主表面反射之后入射在第二波長選擇濾波器上，并且其中，光的第三部分的一部分由光重分配元件重定向。

實(shí)施方式37：根據(jù)實(shí)施方式26至36中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中：

第一外耦合元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件；并且

第二外耦合元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式38：根據(jù)實(shí)施方式37所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式39：根據(jù)實(shí)施方式38所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件包括可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式40：根據(jù)實(shí)施方式37所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第二外耦合光學(xué)元件的一個(gè)或多個(gè)光柵包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式41：根據(jù)實(shí)施方式40所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件包括可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式42：根據(jù)實(shí)施方式25至41中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，內(nèi)耦合光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式43：根據(jù)實(shí)施方式42所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式44：根據(jù)實(shí)施方式43所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件是可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式45：根據(jù)實(shí)施方式25至44中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，內(nèi)耦合光學(xué)元件包括棱鏡。

實(shí)施方式46：根據(jù)實(shí)施方式25至46中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，第一多個(gè)波長的光包括紅光和藍(lán)光。

實(shí)施方式47：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

多個(gè)層疊波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括第一主表面和第二主表面，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括：

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為將入射光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中；

第一波長選擇濾波器，在第一主表面上，該第一波長選擇濾波器具有與第一主表面相鄰的第一后表面以及與第一后表面相對(duì)的第一前表面，該第一波長選擇濾波器被配置為：

使第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光透射通過第一后表面，并且從第一前表面反射第一多個(gè)波長的透射光的一部分；以及

第一外耦合光學(xué)元件，布置在第一波長選擇濾波器上，該第一外耦合光學(xué)元件被配置為將透射通過第一波長選擇濾波器的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光外耦合。

實(shí)施方式48：根據(jù)實(shí)施方式47所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括：

第二波長選擇濾波器，在第二主表面上，該第二波長選擇濾波器具有與第二主表面相鄰的第二后表面以及與第二后表面相對(duì)的第二前表面，該第一波長選擇濾波器被配置為：

使與第一多個(gè)波長不同的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光透射通過第二后表面，并且從第二前表面反射一個(gè)或多個(gè)第二波長的透射光的一部分；以及

第二外耦合光學(xué)元件，布置在第二波長選擇濾波器上，該第二外耦合光學(xué)元件被配置為將透射通過第二波長選擇濾波器的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光外耦合。

實(shí)施方式49：根據(jù)實(shí)施方式47至48中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)具有相關(guān)聯(lián)深度平面，其中，每個(gè)波導(dǎo)被配置為產(chǎn)生看起來源自該波導(dǎo)的相關(guān)聯(lián)深度平面的圖像。

實(shí)施方式50：根據(jù)實(shí)施方式47至49中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，不同波導(dǎo)具有不同的相關(guān)聯(lián)深度平面。

實(shí)施方式51：根據(jù)實(shí)施方式47至50中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于不同深度平面的外耦合光學(xué)元件具有不同的光學(xué)功率，以便為每個(gè)深度平面提供不同的出射光的發(fā)散。

實(shí)施方式52：根據(jù)實(shí)施方式48至51中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括光重分配元件，該光重分配元件被配置為：

接收透射通過第一波長選擇濾波器和第二波長選擇濾波器的第一多個(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的一部分；以及

將第一多個(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光分配至第一外耦合光學(xué)元件和第二外耦合光學(xué)元件。

實(shí)施方式53：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

多個(gè)層疊波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括：

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為基于入射光的特性將入射光選擇性地內(nèi)耦合至波導(dǎo)中；

外耦合光學(xué)元件，被配置為將內(nèi)耦合至波導(dǎo)中的光外耦合。

實(shí)施方式54：根據(jù)實(shí)施方式53所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，入射光的特性是波長。

實(shí)施方式55：根據(jù)實(shí)施方式53至54中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，內(nèi)耦合光學(xué)元件是波長選擇反射器。

實(shí)施方式56：根據(jù)實(shí)施方式55所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，波長選擇反射器是二向色反射器。

實(shí)施方式57：根據(jù)實(shí)施方式55至56中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)包括波長選擇反射器，該波長選擇反射器被配置為反射與多個(gè)層疊波導(dǎo)中的另一波導(dǎo)的波長選擇反射器不同的波長范圍的光。

實(shí)施方式58：根據(jù)實(shí)施方式55至57中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波長選擇反射器被配置為反射與多個(gè)層疊波導(dǎo)中的其他波導(dǎo)的波長選擇反射器不同的顏色相對(duì)應(yīng)的波長范圍的光。

實(shí)施方式59：根據(jù)實(shí)施方式53至58中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，多個(gè)層疊波導(dǎo)包括三個(gè)波導(dǎo)，該三個(gè)波導(dǎo)包括被配置為輸出紅光的第一波導(dǎo)、被配置為輸出綠光的第二波導(dǎo)以及被配置為輸出藍(lán)光的第三波導(dǎo)。

實(shí)施方式60：根據(jù)實(shí)施方式53至59中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，外耦合光學(xué)元件是衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式61：根據(jù)實(shí)施方式60所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，衍射光學(xué)元件包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式62：根據(jù)實(shí)施方式61所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件包括可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式63：根據(jù)實(shí)施方式53至62中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括被配置為修改入射光的傳播角度的角度修改光學(xué)元件，使得入射光入射在角度修改光學(xué)元件上之后，以較淺的角度傳播至波導(dǎo)表面。

實(shí)施方式64：根據(jù)實(shí)施方式63所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，角度修改元件被配置為改變?nèi)肷涔獾慕裹c(diǎn)。

實(shí)施方式65：根據(jù)實(shí)施方式63所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，角度修改光學(xué)元件是棱鏡。

實(shí)施方式66：根據(jù)實(shí)施方式63所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，角度修改光學(xué)元件是衍射光學(xué)元件。

實(shí)施方式67：根據(jù)實(shí)施方式53至66中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)進(jìn)一步包括光分配元件，其中，內(nèi)耦合光學(xué)元件被配置為將光引導(dǎo)至光分配元件，其中，光分配元件被配置為將光引導(dǎo)至外耦合光學(xué)元件。

實(shí)施方式68：根據(jù)實(shí)施方式67所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，光分配元件是正交光瞳擴(kuò)展器。

實(shí)施方式69：根據(jù)實(shí)施方式67至68中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，光分配元件、內(nèi)耦合光學(xué)元件以及外耦合光學(xué)元件布置在波導(dǎo)的表面上。

實(shí)施方式70：根據(jù)實(shí)施方式67至69中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，光分配元件包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、全息圖以及可切換衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)。

實(shí)施方式71：根據(jù)實(shí)施方式70所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，可切換衍射光學(xué)元件包括可切換聚合物分散液晶(pdlc)光柵。

實(shí)施方式72：一種光學(xué)系統(tǒng)，包括：

多組層疊波導(dǎo)，每組層疊波導(dǎo)包括多個(gè)層疊波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括：

內(nèi)耦合光學(xué)元件，被配置為基于入射光的特性將入射光選擇性地內(nèi)耦合至波導(dǎo)中；以及

外耦合光學(xué)元件，被配置為將內(nèi)耦合至波導(dǎo)中的光外耦合。

實(shí)施方式73：根據(jù)實(shí)施方式72所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每個(gè)波導(dǎo)具有相關(guān)聯(lián)深度平面，其中，每個(gè)波導(dǎo)被配置為產(chǎn)生看起來源自該波導(dǎo)的相關(guān)聯(lián)深度平面的圖像，并且其中，不同組波導(dǎo)中的波導(dǎo)具有不同的相關(guān)聯(lián)深度平面。

實(shí)施方式74：根據(jù)實(shí)施方式73至73中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，每組層疊波導(dǎo)中的波導(dǎo)具有相同的相關(guān)聯(lián)深度平面。

實(shí)施方式75：根據(jù)實(shí)施方式72至74中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，外耦合光學(xué)元件具有光學(xué)功率以便提供發(fā)散光束。

實(shí)施方式76：根據(jù)實(shí)施方式72至75中任一項(xiàng)所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于不同深度平面的外耦合光學(xué)元件具有不同的光學(xué)功率，以便為每個(gè)深度平面提供不同的出射光的發(fā)散。

附圖說明

圖1示出通過ar裝置的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(ar)的用戶的視圖。

圖2示出可穿戴顯示系統(tǒng)的實(shí)例。

圖3示出用于模擬對(duì)于用戶的三維影像的常規(guī)顯示系統(tǒng)。

圖4示出用于使用多個(gè)深度平面模擬三維影像的方法的方面。

圖5a至圖5c示出曲率半徑與焦半徑之間的關(guān)系。

圖6示出用于向用戶輸出圖像信息的波導(dǎo)疊層的實(shí)例。

圖7示出由波導(dǎo)輸出的出射束的實(shí)例。

圖8示意性示出層疊波導(dǎo)組件的實(shí)例，其中每個(gè)深度平面包括使用多個(gè)不同成分顏色形成的圖像。

圖9a示意性示出包括波導(dǎo)、內(nèi)耦合光學(xué)元件以及外耦合光學(xué)元件的顯示裝置的頂視圖的實(shí)例。

圖9b示意性示出圖9a中繪示的顯示裝置沿著軸a-a'的截面圖的實(shí)例。

圖9c示出二向色波長選擇濾波器的實(shí)例，并且繪示該二向色波長選擇濾波器的操作。

圖10a示意性示出包括波導(dǎo)、內(nèi)耦合光學(xué)元件、波長選擇濾波器以及第一外耦合光學(xué)元件和第二外耦合光學(xué)元件的顯示裝置的頂視圖的實(shí)例。

圖10b和圖10c示出圖10a中繪示的顯示裝置沿著軸a-a'的截面圖的實(shí)例。

圖11a示出多個(gè)層疊波導(dǎo)的截面?zhèn)纫晥D的實(shí)例，該多個(gè)層疊波導(dǎo)各自被配置為輸出不同波長或波長范圍的光。

圖11b示出圖11a的多個(gè)層疊波導(dǎo)的立體圖的實(shí)例。

圖12a至圖12b示出具有角度修改光學(xué)元件以促進(jìn)光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中的波導(dǎo)的截面?zhèn)纫晥D的實(shí)例。

圖13是顯示折射率對(duì)視場(chǎng)的預(yù)期影響的繪圖。

提供附圖以示出某些示例性實(shí)施方式，并且附圖不旨在限制本公開的范圍。貫穿本文，相同標(biāo)號(hào)指代相同部件。

具體實(shí)施方式

vr和ar體驗(yàn)可由具有顯示器的顯示系統(tǒng)提供，在該顯示器中，與多個(gè)深度平面相對(duì)應(yīng)的圖像提供至觀看者。圖像可以針對(duì)每個(gè)深度平面而不同(例如，提供場(chǎng)景或物體的略微不同的呈現(xiàn))并且可由觀看者的眼睛分別聚焦，從而有助于基于使針對(duì)位于不同深度平面上的場(chǎng)景而聚焦不同圖像特征所需的眼睛的調(diào)焦和/或基于觀察在不同深度平面上的沒有聚焦的不同圖像特征，來向用戶提供深度線索。如本文討論的，這種深度線索提供對(duì)深度的可靠感知。

在一些配置中，可以通過疊加各自具有特定成分顏色的成分圖像來形成對(duì)于各種深度平面的全色圖像。例如，紅色圖像、綠色圖像和藍(lán)色圖像可以被各自輸出以形成每個(gè)全色圖像。因此，每個(gè)深度平面可以具有與其相關(guān)聯(lián)的多個(gè)成分顏色圖像。如本文公開的，可以使用波導(dǎo)輸出成分顏色圖像，該波導(dǎo)將包含圖像信息的光內(nèi)耦合，橫跨波導(dǎo)分配內(nèi)耦合光，并且然后將光朝向觀看者外耦合。

可以使用諸如衍射元件的內(nèi)耦合光學(xué)元件將光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中，并且然后使用也可以是衍射元件的外耦合光學(xué)元件將光外耦合出波導(dǎo)。常規(guī)地，可以使用一對(duì)內(nèi)耦合和外耦合光學(xué)元件。然而，這種布置會(huì)降低圖像質(zhì)量。例如，這種光學(xué)元件通常最有效地偏轉(zhuǎn)特定設(shè)計(jì)波長，并且不期望地，通過這種系統(tǒng)反饋的由紅色、綠色和藍(lán)色成分圖像形成的全色圖像會(huì)根據(jù)波長而表現(xiàn)出顯著的裁剪和誤聚焦(例如，對(duì)于非設(shè)計(jì)波長信道可能出現(xiàn)裁剪和誤聚焦)。此外，可能由這種內(nèi)耦合光學(xué)元件和外耦合光學(xué)元件導(dǎo)致串?dāng)_或重影。在一些情況下，當(dāng)針對(duì)一個(gè)波長優(yōu)化的衍射光學(xué)元件被其他波長的光入射至其上時(shí)，可以導(dǎo)致形成如同重影的圖像。例如，設(shè)計(jì)為將綠色圖像置于距離觀看者1米的深度平面上的衍射光學(xué)元件，可以將藍(lán)色圖像和紅色圖像置于比一米更近或更遠(yuǎn)的深度平面上。深度平面之間的這種串?dāng)_可以破壞觀看者對(duì)深度的感知，并且降低圖像清晰度。

此外，即使在未將光學(xué)元件特別設(shè)計(jì)為使偏轉(zhuǎn)的波長處，顏色平衡也可能受到諸如衍射光學(xué)元件的內(nèi)耦合光學(xué)元件和外耦合光學(xué)元件偏轉(zhuǎn)一定量的光的趨勢(shì)的不利影響。因?yàn)槭褂枚鄠€(gè)成分顏色圖像形成全色圖像，所以全色圖像中的顏色精度以及可用的顏色范圍可以取決于準(zhǔn)確調(diào)節(jié)到達(dá)觀看者的成分顏色的光量的能力。不同成分顏色圖像之間的串?dāng)_會(huì)是不期望的。例如，可以使用成分紅色圖像、綠色圖像和藍(lán)色圖像形成全色圖像。由于除了別的之外，還破壞準(zhǔn)確調(diào)節(jié)組成最終全色圖像的綠光或藍(lán)光的量的能力，所以使用還包括非預(yù)期綠光或藍(lán)光的紅色光形成的紅色成分顏色圖像是不期望的。由于準(zhǔn)確并精細(xì)調(diào)節(jié)不同顏色的光的比例的能力受串?dāng)_減弱，所以這會(huì)全色圖像的顏色精度并且還所生成的顏色的范圍。換句話說，當(dāng)成分顏色圖像各自由“純”成分顏色(而不是包括一系列其他非預(yù)期顏色的“臟”成分顏色)的光形成時(shí)，全色圖像可以具有更高質(zhì)量。

有利地，本文公開的各種實(shí)施方式提供低水平的串?dāng)_以及低水平的非預(yù)期外耦合行為。

在一些實(shí)施方式中，提供了用于以低水平串?dāng)_選擇性地輸出不同波長的光的各種架構(gòu)。在一些實(shí)施方式中，光被內(nèi)耦合至波導(dǎo)中并且被偏轉(zhuǎn)以根據(jù)波長在不同方向上傳播。然后，內(nèi)耦合光由一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件外耦合，該外耦合光學(xué)元件基于光的傳播方向選擇性地將光外耦合。在一些實(shí)施方式中，濾色器設(shè)置在波導(dǎo)與波導(dǎo)的表面上的一個(gè)或多個(gè)外耦合元件之間。濾色器限制與一個(gè)或多個(gè)外耦合元件相互作用并且由該一個(gè)或多個(gè)外耦合元件外耦合的光的波長。在又一些其他實(shí)施方式中，為待輸出的每個(gè)波長范圍或顏色設(shè)置不同波導(dǎo)。一個(gè)或多個(gè)內(nèi)耦合光學(xué)元件將適當(dāng)波長范圍的光選擇性地內(nèi)耦合至對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)中，光從該對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)中外耦合。

在這些各種實(shí)施方式中，如本文描述的，波導(dǎo)可以形成直視顯示裝置或近眼顯示裝置，其中，波導(dǎo)被配置為接收輸入圖像信息并且基于輸入圖像信息生成輸出圖像。這些裝置可以是可穿戴的并且構(gòu)成眼鏡。由波導(dǎo)接收的輸入圖像信息可以被編碼為不同波長(例如，紅光、綠光和藍(lán)光)的復(fù)用光流，該復(fù)用光流被內(nèi)耦合至一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)中。內(nèi)耦合光可以由一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件從波導(dǎo)中外耦合(或輸出)。一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件可以包括衍射結(jié)構(gòu)，諸如，例如模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)、或者可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)。將理解，模擬表面凹凸光柵可以在單個(gè)結(jié)構(gòu)中組合多個(gè)功能。這些結(jié)構(gòu)可以通過連續(xù)制造步驟(例如，其中具有一個(gè)功能的結(jié)構(gòu)構(gòu)建在具有另一功能的結(jié)構(gòu)的頂部上)額外構(gòu)建功能(例如，一個(gè)功能可以是用于偏轉(zhuǎn)特定波長或波長范圍的光的選擇，并且另一功能可以是用于偏轉(zhuǎn)另一波長或波長范圍的光的選擇)。

本文描述的各種實(shí)施方式可以包括一個(gè)或多個(gè)光柵(例如，線性凹槽)，該一個(gè)或多個(gè)光柵被配置為使得沿著大致平行于光柵的方向傳播的光不足以從其路徑偏轉(zhuǎn)，而使得該光不能被耦合出波導(dǎo)。相反，沿著相對(duì)于光柵的一角度的方向(例如，垂直于凹槽)傳播使得其入射到或撞擊光柵的光以不滿足全內(nèi)反射(tir)的要求的角度衍射，并且因此被耦合出波導(dǎo)。在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)包括一個(gè)或多個(gè)內(nèi)耦合光學(xué)元件，該內(nèi)耦合光學(xué)元件可以將在與對(duì)應(yīng)衍射結(jié)構(gòu)的方位相容的不同方向上的光重定向。

本文描述的各種實(shí)施方式可以包括使特定波長的光透射的濾波器。該濾波器可以限制與一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件相互作用或入射在該一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件上的光的波長，從而降低非預(yù)期波長的光的外耦合的可能性。

將理解，本文公開的實(shí)施方式可以提供以下優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)。例如，如本文提及的，如上文討論的，可以降低非預(yù)期波長的光的外耦合，從而降低重影的出現(xiàn)。這種重影的降低或消除可以提高圖像清晰度。此外，光(如果是非預(yù)期波長的話)的外耦合中的降低可以增加所感知的使用該光形成的圖像的顏色質(zhì)量。在一些實(shí)施方式中，特別地外耦合期望波長或波長范圍的光的能力可以為圖像提供高度的顏色精度和準(zhǔn)確度。此外，由于對(duì)單獨(dú)波長的光的外耦合的高度控制可以提供對(duì)最終全色圖像中的特定波長的光的最終比例的高度控制，所以可以顯示的顏色范圍可以增加。準(zhǔn)確控制不同波長的光的比例的能力可以增加可能的可重復(fù)的成分顏色的組合的數(shù)量，從而增加可以顯示的顏色(來自成分顏色的混合)的數(shù)量。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)波長或顏色的光可以從相同的波導(dǎo)中外耦合出來，例如，其可以具有通過降低在顯示系統(tǒng)中采用的部件的數(shù)量來提高可制造性和產(chǎn)率并且降低裝置成本的優(yōu)勢(shì)，從而降低顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和電氣復(fù)雜性。

本文公開的實(shí)施方式通?？梢詫?shí)現(xiàn)為顯示系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，顯示系統(tǒng)采取眼鏡(例如，它們是可穿戴的)的形式，其可以有利地提供更身臨其境的vr或ar體驗(yàn)。例如，包括用于顯示多個(gè)深度平面的波導(dǎo)(例如，一疊波導(dǎo)(一個(gè)波導(dǎo)或一組波導(dǎo)用于每個(gè)深度平面))的顯示器可以被配置為佩戴位于用戶或觀看者的眼睛的前方。在一些實(shí)施方式中，可以采用多個(gè)波導(dǎo)(例如，兩疊波導(dǎo)，一疊波導(dǎo)用于觀看者的一只眼睛)為每只眼睛提供不同的圖像。

圖2示出可穿戴顯示系統(tǒng)80的實(shí)例。顯示系統(tǒng)80包括顯示器62以及用來支持該顯示器62的功能的各種機(jī)械和電子模塊和系統(tǒng)。顯示器62構(gòu)成眼鏡并且可以耦接至框架64，該框架可由顯示系統(tǒng)用戶或觀看者60穿戴并且該框架被配置為將顯示器62定位在用戶60的眼睛的前方。在一些實(shí)施方式中，揚(yáng)聲器66耦接至框架64并且定位為鄰近于用戶60的耳道(在一些實(shí)施方式中，未示出的另一揚(yáng)聲器定位為鄰近于用戶的另一個(gè)耳道以提供立體/可成形的聲音控制)。在一些實(shí)施方式中，顯示系統(tǒng)也可以包括一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)67或檢測(cè)聲音的其他裝置。在一些實(shí)施方式中，麥克風(fēng)被配置為允許用戶向系統(tǒng)80提供輸入或命令(例如，選擇語音菜單命令、自然語言問題等)，和/或可以允許與其他人(例如，與相似顯示系統(tǒng)的其他用戶)進(jìn)行音頻通信。

繼續(xù)參考圖2，顯示器62可操作地耦接68(諸如通過有線引線或無線連接)至本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊70，該本地處理及數(shù)據(jù)模塊可以安裝為各種配置，諸如固定地附接至框架64、固定地附接至用戶佩戴的頭盔或帽子、嵌入在耳機(jī)中或以另外方式可移除地附接至用戶60(例如，以背包風(fēng)格配置、以皮帶耦接風(fēng)格配置)。本地處理及數(shù)據(jù)模塊70可以包括硬件處理器以及數(shù)字存儲(chǔ)器，諸如非易失性存儲(chǔ)器(例如，閃存或硬盤驅(qū)動(dòng))，兩者都可以用于協(xié)助數(shù)據(jù)的處理、緩存和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)包括如下數(shù)據(jù)：a)從諸如圖像捕獲裝置(諸如照相機(jī))、麥克風(fēng)、慣性測(cè)量單元、加速計(jì)、羅盤、gps單元、無線電裝置和/或陀螺儀的傳感器(例如，其可以可操作地耦接至框架64或以另外方式附接至用戶60)獲取的數(shù)據(jù)；和/或b)使用遠(yuǎn)程處理模塊72和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫74獲取和/或處理的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)在這種處理或檢索之后可能用于通向顯示器62。本地處理及數(shù)據(jù)模塊70可以通過通信鏈路76、78(諸如經(jīng)由有線或無線通信鏈路)可操作地耦接至遠(yuǎn)程處理模塊72和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫74，使得這些遠(yuǎn)程模塊72、74可操作地耦接至彼此并且作為資源可用于本地處理及數(shù)據(jù)模塊70。在一些實(shí)施方式中，本地處理及數(shù)據(jù)模塊70可以包括圖像捕獲裝置、麥克風(fēng)、慣性測(cè)量單元、加速計(jì)、羅盤、gps單元、無線電裝置和/或陀螺儀中的一個(gè)或多個(gè)。在一些其他實(shí)施方式中，這些傳感器中的一個(gè)或多個(gè)可以附接至框架64，或者可以是通過有線或無線通信路徑與位置處理及數(shù)據(jù)模塊70通信的獨(dú)立結(jié)構(gòu)。

繼續(xù)參考圖2，在一些實(shí)施方式中，遠(yuǎn)程處理模塊72可以包括被配置為分析并處理數(shù)據(jù)和/或圖像信息的一個(gè)或多個(gè)處理器。在一些實(shí)施方式中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫74可以包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施可以通過因特網(wǎng)或在“云”資源配置中的其他網(wǎng)絡(luò)配置而可用。在一些實(shí)施方式中，所有數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)，并且所有計(jì)算在本地處理及數(shù)據(jù)模塊中執(zhí)行，這允許從遠(yuǎn)程模塊完全自主使用。

可以通過向觀看者的每只眼睛提供圖像的稍微不同的呈現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)圖像被感知為“三維”或“3d”。圖3示出用于模擬對(duì)于用戶的三維影像的常規(guī)顯示系統(tǒng)。兩個(gè)不同圖像5、7(一個(gè)用于一只眼睛4、6)輸出至用戶。圖像5、7與眼睛4、6沿著平行于觀看者的視線的光軸或z軸以距離10隔開。圖像5、7是平坦的，并且眼睛4、6可以通過假定單個(gè)調(diào)焦?fàn)顟B(tài)來聚焦圖像。這種系統(tǒng)依賴于人類視覺系統(tǒng)來組合圖像5、7，以提供對(duì)于組合圖像的深度的感知。

然而，將理解，人類視覺系統(tǒng)是更復(fù)雜的，并且提供逼真的深度感知是更具挑戰(zhàn)性的。例如，常規(guī)“3-d”顯示系統(tǒng)的許多觀看者發(fā)現(xiàn)這種系統(tǒng)是不舒適的或者可能根本感知不到深度感。不受理論限制，據(jù)信由于轉(zhuǎn)向和調(diào)焦的組合，物體的觀看者可以將物體感知為“三維”。兩只眼睛相對(duì)于彼此的轉(zhuǎn)向移動(dòng)(即，光瞳朝向彼此或遠(yuǎn)離彼此進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)以會(huì)聚眼睛的視線來固定在物體上)與眼睛的晶狀體的聚焦(或“調(diào)焦”)緊密相關(guān)聯(lián)。在正常條件下，在已知為“調(diào)焦轉(zhuǎn)向反射”的關(guān)系下，改變眼睛的晶狀體的焦點(diǎn)或?qū)ρ劬φ{(diào)焦以將焦點(diǎn)從一個(gè)物體改變至不同距離處的另一物體，將自動(dòng)引起轉(zhuǎn)向至相同距離的匹配變化。同樣地，在正常條件下，轉(zhuǎn)向的變化將觸發(fā)調(diào)焦的匹配變化。如本文提及的，許多立體或“3-d”顯示系統(tǒng)利用對(duì)每只眼睛的稍微不同的呈現(xiàn)(并且因此，稍微不同的圖像)來顯示場(chǎng)景，使得由人類視覺系統(tǒng)感知三維視角。然而，由于除了別的之外，它們僅提供場(chǎng)景的不同呈現(xiàn)，但是眼睛在單個(gè)調(diào)焦?fàn)顟B(tài)下觀看所有圖像信息并且違背“調(diào)焦轉(zhuǎn)向反射”工作，因此這種系統(tǒng)對(duì)于許多觀看者是不舒適的。提供調(diào)焦與轉(zhuǎn)向之間的更好匹配的顯示系統(tǒng)可以形成三維影像的更逼真且更舒適的模擬。

圖4示出用于使用多個(gè)深度平面模擬三維影像的方法的方面。參考圖4，由眼睛4、6調(diào)焦在z軸上距眼睛4、6各種距離的物體，使得那些物體處于聚焦。眼睛(4和6)假定特定調(diào)焦?fàn)顟B(tài)以沿著z軸來聚焦在不同距離處的物體。因此，特定調(diào)焦?fàn)顟B(tài)可被稱為與深度平面14中的特定一個(gè)深度平面相關(guān)聯(lián)，該深度平面具有相關(guān)聯(lián)的焦距，使得當(dāng)眼睛處于對(duì)于該深度平面的調(diào)焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，特定深度平面中的物體或物體的一部分處于聚焦。在一些實(shí)施方式中，可以通過提供對(duì)于眼睛4、6中的每一只眼睛的圖像的不同呈現(xiàn)以及還通過提供與深度平面中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的圖像的不同呈現(xiàn)，來模擬三維影像。盡管為了說明清楚而示出為分離，但是將理解，例如，隨著沿著z軸的距離增加，眼睛4、6的視場(chǎng)可以重疊。此外，盡管為了便于說明而示出為平坦的，但是將理解，深度平面的輪廓可以在物理空間中彎曲，使得深度平面中的所有特征與特定調(diào)焦?fàn)顟B(tài)下的眼睛聚焦。

物體與眼睛4或6之間的距離也可以改變?nèi)缤ㄟ^該眼睛觀看的來自該物體的光的發(fā)散量。圖5a至圖5c示出距離與光射線的發(fā)散之間的關(guān)系。按距離減小的順序，物體與眼睛4之間的距離由r1、r2和r3表示。如圖5a至圖5c所示，隨著與物體的距離減小，光射線變得更發(fā)散。隨著距離增加，光射線變得更準(zhǔn)直。換句話說，可以說，由點(diǎn)(物體或物體的一部分)產(chǎn)生的光場(chǎng)具有球形波前曲率，其是該點(diǎn)距用戶的眼睛多遠(yuǎn)的函數(shù)。隨著物體與眼睛4之間的距離減小，曲率增加。因此，在不同深度平面處，光射線的發(fā)散程度也不同，其中，隨著深度平面與觀看者的眼睛4之間的距離減小，發(fā)散度增加。盡管在本文的圖5a至圖5c以及其他圖中，為了說明清楚而僅示出單只眼睛4，但是將理解，關(guān)于眼睛4的討論可以應(yīng)用于觀看者的雙眼4和6。

不受理論限制，據(jù)信人類眼睛通?？梢越忉層邢迶?shù)量的深度平面以提供深度感知。因此，可以通過向眼睛提供與這些有限數(shù)量的深度平面中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的圖像的不同呈現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)所感知深度的高度可信的模擬。不同呈現(xiàn)可以由觀看者的眼睛分開聚焦，從而有助于基于將位于不同深度平面上的場(chǎng)景的不同圖像特征聚焦所需的眼睛的調(diào)焦和/或基于觀察在不同深度平面上的焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的不同圖像特征，來向用戶提供深度線索。

圖6示出用于向用戶輸出圖像信息的波導(dǎo)疊層的實(shí)例。顯示系統(tǒng)1000包括一疊波導(dǎo)或?qū)盈B波導(dǎo)組件178，其可以用于使用多個(gè)波導(dǎo)182、184、186、188、190向眼睛/大腦提供三維感知。在一些實(shí)施方式中，顯示系統(tǒng)1000是圖2的系統(tǒng)80，其中，圖6更詳細(xì)地示意性示出系統(tǒng)80的一些部件。例如，波導(dǎo)組件178可以是圖2的顯示器62的部件。

繼續(xù)參考圖6，波導(dǎo)組件178還可以包括在波導(dǎo)之間的多個(gè)特征198、196、194、192。在一些實(shí)施方式中，特征198、196、194、192可以是透鏡。波導(dǎo)182、184、186、188、190和/或多個(gè)透鏡198、196、194、192可以被配置為向眼睛發(fā)送具有各種水平的波前曲率或光射線發(fā)散的圖像信息。每個(gè)波導(dǎo)水平可以與特定深度平面相關(guān)聯(lián)，并且可以被配置為輸出對(duì)應(yīng)于該深度平面的圖像信息。圖像注入裝置200、202、204、206、208可以充當(dāng)用于波導(dǎo)的光源，并且可以用于將圖像信息注入波導(dǎo)182、184、186、188、190中，如本文描述的，該波導(dǎo)中的每一個(gè)可以被配置為橫跨每個(gè)各自的波導(dǎo)分配射入光以用于向眼睛4輸出。光從圖像注入裝置200、202、204、206、208的輸出表面300、302、304、306、308出射，并且被注入至波導(dǎo)182、184、186、188、190的對(duì)應(yīng)輸入表面382、384、386、388、390中。在一些實(shí)施方式中，輸入表面382、384、386、388、390可以是對(duì)應(yīng)波導(dǎo)的邊緣，或者可以是對(duì)應(yīng)波導(dǎo)的主表面(即，波導(dǎo)表面中的直接面向世界144或觀看者的眼睛4的一個(gè)表面)的一部分。在一些實(shí)施方式中，單個(gè)光束(例如，準(zhǔn)直束)可以注入至每個(gè)波導(dǎo)中以便以特定角度(以及發(fā)散量)輸出導(dǎo)向眼睛4的克隆準(zhǔn)直束的整個(gè)場(chǎng)，該特定角度對(duì)應(yīng)于與特定波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的深度平面。在一些實(shí)施方式中，圖像注入裝置200、202、204、206、208中的單個(gè)圖像注入裝置可以與多個(gè)(例如，三個(gè))波導(dǎo)182、184、186、188、190相關(guān)聯(lián)并且將光注入至該多個(gè)波導(dǎo)中。

在一些實(shí)施方式中，圖像注入裝置200、202、204、206、208是離散顯示器，該離散顯示器各自產(chǎn)生用于分別注入至對(duì)應(yīng)波導(dǎo)182、184、186、188、190中的圖像信息。在一些其他實(shí)施方式中，圖像注入裝置200、202、204、206、208是單個(gè)復(fù)用顯示器的輸出端，例如，復(fù)用顯示器可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)光學(xué)管道(諸如，光纖電纜)向圖像注入裝置200、202、204、206、208中的每一個(gè)以管道輸送圖像信息。將理解，由圖像注入裝置200、202、204、206、208提供的圖像信息可以包括不同波長或顏色(例如，如本文討論的，不同成分顏色)的光。

控制器210控制層疊波導(dǎo)組件178和圖像注入裝置200、202、204、206、208的操作。在一些實(shí)施方式中，控制器210是本地?cái)?shù)據(jù)處理模塊70的部件?？刂破?10包括編程(例如，非易失性介質(zhì)中的指令)，例如，該編程根據(jù)本文公開的各種方案中的任一個(gè)方案調(diào)節(jié)圖像信息至波導(dǎo)182、184、186、188、190的定時(shí)以及提供。在一些實(shí)施方式中，控制器可以是單個(gè)集成設(shè)備或者通過有線或無線通信信道連接的分布式系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，控制器210可以是處理模塊70或72(圖1)的部件。

繼續(xù)參考圖6，波導(dǎo)182、184、186、188、190可以被配置為通過全內(nèi)反射(tir)在每個(gè)各自的波導(dǎo)內(nèi)傳播光。波導(dǎo)182、184、186、188、190可以各自是平面的或者具有另一形狀(例如，彎曲的)，其中主要的頂表面和底表面及在那些主要的頂表面與底表面之間延伸的邊緣。在所示配置中，波導(dǎo)182、184、186、188、190可以各自包括一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290，該外耦合光學(xué)元件被配置為通過將在每個(gè)各自的波導(dǎo)內(nèi)傳播的光從波導(dǎo)中重定向而從波導(dǎo)中提取光，以將圖像信息輸出至眼睛4。提取的光也可被稱為外耦合光，并且一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件也可被稱為光提取光學(xué)元件。在波導(dǎo)中傳播的光撞擊光提取光學(xué)元件的位置處，由波導(dǎo)輸出提取的光束。例如，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290中的一些或所有可以是包括如本文進(jìn)一步討論的衍射光學(xué)特征的一個(gè)或多個(gè)光柵。盡管為了便于描述和附圖清楚，外耦合光學(xué)元件被示出為布置在波導(dǎo)182、184、186、188、190的底部主表面處，但是在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290可以布置在頂部和/或底部主表面處、和/或可以直接布置在波導(dǎo)182、184、186、188、190的體中，如本文進(jìn)一步討論的。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290可以形成在附接至透明基板的一層材料中，以形成波導(dǎo)182、184、186、188、190。在一些其他實(shí)施方式中，波導(dǎo)182、184、186、188、190可以是單片材料，并且一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290可以形成在該片材料的表面上和/或內(nèi)部中。

繼續(xù)參考圖6，如本文討論的，每個(gè)波導(dǎo)182、184、186、188、190被配置為輸出光以形成與特定深度平面相對(duì)應(yīng)的圖像。例如，最接近眼睛的波導(dǎo)182可以被配置為將注入至該波導(dǎo)182中的準(zhǔn)直光傳送至眼睛4。準(zhǔn)直光可以代表光學(xué)無窮焦平面。向上的下一個(gè)波導(dǎo)184可以被配置為在準(zhǔn)直光可以到達(dá)眼睛4之前，將穿過第一透鏡192(例如，負(fù)透鏡)的準(zhǔn)直光發(fā)送出；這種第一透鏡192可以被配置為創(chuàng)建輕微的凸?fàn)畈ㄇ扒?，使得眼?大腦將來自該向上的下一個(gè)波導(dǎo)184的光解釋為來自第一焦平面，該第一焦平面從光學(xué)無窮遠(yuǎn)向內(nèi)更接近眼睛4。類似地，在光到達(dá)眼睛4之前，向上的第三波導(dǎo)186使它的輸出光穿過第一透鏡192和第二透鏡194；第一透鏡192和第二透鏡194的組合光學(xué)功率可以被配置為創(chuàng)建波前曲率的另一個(gè)增量，使得眼睛/大腦將來自第三波導(dǎo)186的光解釋為來自第二焦平面，與來自向上的下一個(gè)波導(dǎo)184的光相比，該第二焦平面從光學(xué)無窮遠(yuǎn)向內(nèi)更接近人。產(chǎn)生這些感知的顏色的其他方式是可能的。

其他波導(dǎo)層188、190和透鏡196、198被相似地配置，其中，疊層中的最高波導(dǎo)190通過在它與眼睛之間的所有透鏡發(fā)送它的輸出以用于代表最接近人的焦平面的總焦度。當(dāng)在層疊波導(dǎo)組件178的另一側(cè)上觀看/解釋來自世界144的光時(shí)，為了補(bǔ)償該疊透鏡198、196、194、192，可以將補(bǔ)償透鏡層180布置在疊層的頂部處以補(bǔ)償下方的透鏡疊層198、196、194、192的總功率。這種配置提供的感知的焦平面與存在的可用波導(dǎo)/透鏡對(duì)一樣多。波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件以及透鏡的聚焦方面可以都是靜態(tài)的(即，不是動(dòng)態(tài)或電活性的)。在一些可替換的實(shí)施方式中，波導(dǎo)的一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件以及透鏡的聚焦方面中的一者或兩者可以是使用電活性特征的動(dòng)態(tài)的。

在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)182、184、186、188、190中的兩個(gè)或更多個(gè)可以具有相同的相關(guān)聯(lián)深度平面。例如，多個(gè)波導(dǎo)182、184、186、188、190可以被配置為將圖像組輸出至相同深度平面，或者波導(dǎo)182、184、186、188、190的多個(gè)子集可以被配置為將圖像組輸出至相同的多個(gè)深度平面，其中，一組用于一個(gè)深度平面。這可以提供用于形成鋪瓦式圖像以在那些深度平面處提供擴(kuò)展視場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。

繼續(xù)參考圖6，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290可以被配置為將光從它們各自的波導(dǎo)中重定向出來，并且以與波導(dǎo)相關(guān)聯(lián)的特定深度平面的適當(dāng)發(fā)散量或準(zhǔn)直量輸出該光。因此，具有不同的相關(guān)聯(lián)深度平面的波導(dǎo)可以具有一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290的不同配置，外耦合光學(xué)元件根據(jù)相關(guān)聯(lián)深度平面輸出具有不同發(fā)散量的光。在一些實(shí)施方式中，特征198、196、194、192可以不是透鏡；相反，它們可以僅是間隔件(例如，用于形成空氣間隙的包覆層和/或結(jié)構(gòu))。

在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290是形成衍射圖案或“衍射光學(xué)元件”(本文中也被稱為“doe”)的衍射特征。優(yōu)選地，doe具有足夠低的衍射效率使得只有光束的一部分利用doe的每個(gè)交叉朝向眼睛4偏轉(zhuǎn)，同時(shí)其余部分經(jīng)由全內(nèi)反射繼續(xù)通過波導(dǎo)移動(dòng)。因此，攜帶圖像信息的光被劃分為在多個(gè)位置處出射波導(dǎo)的大量相關(guān)出射束，并且對(duì)于在波導(dǎo)內(nèi)四處反射(bouncearound)的該特定準(zhǔn)直束，結(jié)果是朝向眼睛4的出射發(fā)射的相當(dāng)均勻的圖案。

在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)doe可以在它們主動(dòng)衍射的“開啟”狀態(tài)與它們不顯著衍射的“斷開”狀態(tài)之間可切換。例如，可切換doe可以包括一層聚合物分散液晶，其中，微滴包括主體介質(zhì)中的衍射圖案，并且微滴的折射率可以切換為基本匹配主體材料的折射率(在這種情況下，圖案不明顯衍射入射光)，或者微滴可以切換為不匹配主體材料的折射率的指數(shù)(在這種情況下，圖案主動(dòng)衍射入射光)。

圖7示出由波導(dǎo)輸出的出射束的實(shí)例。示出了一個(gè)波導(dǎo)，但是將理解，波導(dǎo)組件178中的其他波導(dǎo)可以類似地起作用，其中，波導(dǎo)組件178包括多個(gè)波導(dǎo)。光400在波導(dǎo)182的輸入邊緣382處被注入至波導(dǎo)182中，并且在波導(dǎo)182內(nèi)通過tir傳播。在光400入射在doe282上的點(diǎn)處，光的一部分從波導(dǎo)出射作為出射束402。出射束402示出為基本平行，但是如本文討論的，它們也可以被重定向以便根據(jù)與波導(dǎo)182相關(guān)聯(lián)的深度平面，以一角度(例如，形成發(fā)散出射束)傳播至眼睛4。將理解，基本平行的出射束可以指示具有一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件的波導(dǎo)，該外耦合光學(xué)元件將光外耦合以形成看起來設(shè)置在距眼睛4較遠(yuǎn)距離(例如，光學(xué)無窮遠(yuǎn))處的深度平面上的圖像。其他波導(dǎo)或其他組外耦合光學(xué)元件可以輸出更發(fā)散的出射束圖案，這將需要眼睛4調(diào)焦至更近的距離，以使其聚焦到視網(wǎng)膜上，并且將由大腦解釋為來自比光學(xué)無窮遠(yuǎn)更接近眼睛4的距離的光。

圖8示意性地示出層疊波導(dǎo)組件的實(shí)例，其中每個(gè)深度平面包括使用多種不同成分顏色形成的圖像。在一些實(shí)施方式中，可以通過疊加成分顏色(例如，三種或更多種成分顏色)中的每一個(gè)成分顏色的圖像而在每個(gè)深度平面處形成全色圖像。盡管還預(yù)期更多或更少的深度，但是示出的實(shí)施方式顯示出深度平面14a-14f。每個(gè)深度平面可以具有與其相關(guān)聯(lián)的三種成分顏色圖像：第一顏色g的第一圖像；第二顏色r的第二圖像；以及第三顏色b的第三圖像。在圖中，不同的深度平面由字母g、r和b之后的對(duì)于屈光度的不同數(shù)字表示。僅作為實(shí)例，這些字母中的每一個(gè)字母之后的數(shù)字表示屈光度(1/m)或深度平面與觀看者的距離，并且圖中的每個(gè)框表示單個(gè)成分顏色圖像。

在一些實(shí)施方式中，每種成分顏色的光可以由單個(gè)專用波導(dǎo)輸出，并且因此，每個(gè)深度平面可以具有與其相關(guān)聯(lián)的多個(gè)波導(dǎo)。在這種實(shí)施方式中，圖中包括字母g、r或b的每個(gè)框可以理解為表示單個(gè)波導(dǎo)，并且每一深度平面可以提供三個(gè)波導(dǎo)，其中，每一深度平面提供三種成分顏色圖像。盡管為了便于描述，在該示意圖中，與每個(gè)深度平面相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)示出為彼此相鄰，但是將理解，在物理裝置中，波導(dǎo)可以全部布置為每一水平具有一個(gè)波導(dǎo)的疊層。在一些其他實(shí)施方式中，多種成分顏色可以由相同波導(dǎo)輸出，使得例如每一深度平面可以僅提供單個(gè)波導(dǎo)。

繼續(xù)參考圖8，在一些實(shí)施方式中，g是綠色，r是紅色，并且b是藍(lán)色。在一些其他實(shí)施方式中，除了紅色、綠色或藍(lán)色以外，包括洋紅色和藍(lán)綠色的其他顏色可以被使用或者可以來代替紅色、綠色或藍(lán)色中的一個(gè)或多個(gè)。

將理解，貫穿本公開，對(duì)給定顏色的光的引用將理解為包括在由觀看者感知為該給定顏色的波長范圍的光內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)波長的光。例如，紅光可以包括大約620-780nm的范圍中的一個(gè)或多個(gè)波長的光，綠光可以包括大約492-577nm的范圍中的一個(gè)或多個(gè)波長的光，并且藍(lán)光可以包括大約435-493nm的范圍中的一個(gè)或多個(gè)波長的光。

現(xiàn)在參考圖9a，示意性地示出了包括波導(dǎo)905、內(nèi)耦合光學(xué)元件907和一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)元件909a/909b的顯示裝置900的頂視圖的實(shí)例。波導(dǎo)905可以是平坦的，具有第一主表面905a、與第一主表面905b相對(duì)的第二主表面905b以及在這些第一主表面905a與第二主表面905b之間延伸的邊緣。在這種實(shí)施方式中，第一主表面905a和第二主表面905b可以在x-y平面上延伸，并且與第一主表面905和第二主表面905b相交的表面法線可以沿著z軸取向。波導(dǎo)905可以包括光學(xué)級(jí)材料，該光學(xué)級(jí)材料被配置為對(duì)于可見頻譜中的波長或者與待由波導(dǎo)905輸出的成分顏色相對(duì)應(yīng)的波長是能透射的。在各種實(shí)施方式中，本文公開的包括波導(dǎo)905的波導(dǎo)可以是單片材料。例如，第一主表面905a和第二主表面905b以及兩個(gè)主表面905a與905b之間的空間包括相同材料。在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)可以包括多層材料。例如，第一主表面905a與第二主表面905b之間的空間可以包括具有第一折射率的材料，并且第一主表面905a與第二主表面905b之間的空間可以包括可以包括具有不同折射率的材料材料。

如在圖9b中繪示的，一個(gè)或多個(gè)外耦合光學(xué)耦合元件可以包括第一光學(xué)耦合元件909a和第二光學(xué)耦合元件909b，圖9b示意性地示出顯示裝置900沿著軸a-a'的截面圖的實(shí)例。在一些實(shí)施方式中，例如，第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以組合到一起以便在相同的主表面上或在第一主表面905a和第二主表面905b上形成單個(gè)外耦合光學(xué)元件。

內(nèi)耦合光學(xué)元件907被配置為內(nèi)耦合第一多個(gè)波長的入射光，使得它們通過全內(nèi)反射沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播，并且內(nèi)耦合一個(gè)或多個(gè)第二波長的入射光，使得它們通過全內(nèi)反射沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播。第一方向和第二方向在與波導(dǎo)905的第一主表面905a或第二主表面905b共面的平面上延伸。例如，如圖9a所示，當(dāng)沿著平行于第一主表面905a或第二主表面905b的表面法線的方向觀看波導(dǎo)905(例如，當(dāng)波導(dǎo)905取向?yàn)槭沟玫谝恢鞅砻?05a朝上時(shí)，如在自上而下視圖中看到的)時(shí)，第一方向可以平行于y軸，并且第二方向可以平行于x軸。因此，圖9a示出第一方向和第二方向在與第一主表面905a或第二主表面905b共面的平面上彼此正交。然而，在其他實(shí)施方式中，當(dāng)沿著平行于第一主表面905a或第二主表面905b的表面法線的方向觀看時(shí)，第一方向和第二方向可以相對(duì)于彼此以不同于90度的角度取向。例如，第一方向和第二方向可以相對(duì)于彼此以在大約60度與120度之間、大約70度與大約110度之間、大約80度與大約100度之間、大約85度與大約95度之間或其間的角度取向。優(yōu)選地，選擇角度使得在第一方向上傳播的光由外耦合元件中的一個(gè)以高效率偏轉(zhuǎn)并且由外耦合光學(xué)元件中的另一個(gè)以低效率偏轉(zhuǎn)，并且在第二方向上傳播的光由前一個(gè)外耦合元件以高效率偏轉(zhuǎn)并且由后一個(gè)外耦合光學(xué)元件以低效率偏轉(zhuǎn)。

一個(gè)或多個(gè)第二波長可以不同于第一多個(gè)波長。在各種實(shí)施方式中，具有多種成分顏色(例如，紅色、綠色、藍(lán)色)的光可以被耦合至波導(dǎo)中。第一外耦合光學(xué)元件909a被配置為將沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播的第一多個(gè)波長的光從波導(dǎo)905中重定向出來；并且第二外耦合光學(xué)元件909b被配置為將沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的光從波導(dǎo)905中重定向出來。在一些實(shí)施方式中，第一多個(gè)波長包括兩種成分顏色(例如，紅色和藍(lán)色)的光；并且一個(gè)或多個(gè)第二波長包括第三成分顏色(例如，綠色)的光。優(yōu)選地，同兩種成分顏色中的任一成分顏色的波長與第三顏色的波長之間的差異相比，兩種成分顏色在這兩種成分顏色的波長之間具有更大差異，這可以促進(jìn)串?dāng)_的降低。在一些實(shí)施方式中，第一外耦合光學(xué)元件909a包括偏轉(zhuǎn)兩種成分顏色中的每一種顏色的光的asr。

將理解，波導(dǎo)905可以是顯示系統(tǒng)1000(圖6)中的該疊波導(dǎo)的一部分。例如，波導(dǎo)905可以與波導(dǎo)182、184、186、188、190中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)，并且外耦合光學(xué)元件909a和909b可以與圖6的外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290相對(duì)應(yīng)。

繼續(xù)參考圖9a和圖9b，在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以是波長選擇光學(xué)部件，該波長選擇光學(xué)部件被配置為偏轉(zhuǎn)不同波長的光使得它們通過tir通過波導(dǎo)905沿著不同方向傳播。例如，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以包括被配置為與第一多個(gè)波長的光相互作用的第一組內(nèi)耦合光學(xué)元件以及被配置為與一個(gè)或多個(gè)第二波長的光相互作用的第二組內(nèi)耦合光學(xué)元件。在各種實(shí)施方式中，形成內(nèi)耦合光學(xué)元件907的元件可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)棱鏡或者包括一個(gè)或多個(gè)衍射元件和/或折射元件的光學(xué)部件。

在一些實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以包括可與一個(gè)或多個(gè)波長的光相互作用的一個(gè)或多個(gè)光柵。例如，如果入射光包括紅色、綠色和藍(lán)色波長的光，則內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以包括與所有三個(gè)波長相互作用的光柵或者與紅光相互作用的第一光柵、與綠光相互作用的第二光柵以及與藍(lán)光相互作用的第三光柵。在一些實(shí)施方式中，與紅光相互作用的第一光柵以及與藍(lán)光相互作用的第三光柵可以組合為單個(gè)光柵結(jié)構(gòu)。包括在內(nèi)耦合光學(xué)元件907中的一個(gè)或多個(gè)光柵可以包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)中的一個(gè)或多個(gè)。也可以使用提供本文公開的功能的其他類型的光柵、全息圖和/或衍射光學(xué)元件。一個(gè)或多個(gè)光柵被配置為引導(dǎo)由射線903i1和903i2表示的第一多個(gè)波長的入射光，使得第一多個(gè)波長的光沿著第一方向(例如，沿著平行于y軸的方向)通過波導(dǎo)905傳播，并且引導(dǎo)由射線903i3表示的一個(gè)或多個(gè)第二波長的入射光，使得一個(gè)或多個(gè)第二波長的光沿著第二方向(例如，沿著平行于x軸的方向)通過波導(dǎo)傳播。因此，一個(gè)或多個(gè)光柵被配置為通過以適當(dāng)角度(該適當(dāng)角度使得入射光在波導(dǎo)905中經(jīng)歷tir)偏轉(zhuǎn)從第一主表面905a的前方或第二主表面905b的后方的方向入射的光，而將光耦合至波導(dǎo)905中。內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以包括反射光柵和/或透射光柵。在包括一個(gè)或多個(gè)反射光柵的一些實(shí)施方式中，射入光從波導(dǎo)905內(nèi)入射在光柵上，并且沿著波導(dǎo)905的第一方向或第二方向衍射。

在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)波長選擇濾波器913a和913b可以與內(nèi)耦合光學(xué)元件907集成或布置為鄰近于內(nèi)耦合光學(xué)元件907。一個(gè)或多個(gè)波長選擇濾波器913a和913b可以被配置為分別過濾掉一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的可以沿著第一方向傳播的某些部分以及第一多個(gè)波長的光的可以沿著第二方向傳播的某些部分。在一些實(shí)施方式中，波長選擇濾波器913a和913b可以是吸收式濾波器。例如，在各種實(shí)施方式中，波長選擇濾波器1013a和1013b可以是色帶吸收器。

在一些實(shí)施方式中，波長選擇濾波器913a和913b可以包括二向色濾波器。圖9c示出二向色波長選擇濾波器913b的實(shí)例，并且繪示二向色波長選擇濾波器的操作。二向色波長選擇濾波器913b(或913a)被配置為使通過tir沿著第二方向(或第一方向)傳播的第一多個(gè)波長(或一個(gè)或多個(gè)第二波長)的光穿過或透射，并且反射通過tir沿著第二方向(或第一方向)傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長(或第一多個(gè)波長)。穿過二向色波長選擇濾波器913b(或913a)的光由吸收器915b吸收，該吸收器與二向色波長選擇濾波器913b(或913a)集成或布置為鄰近于該二向色波長選擇濾波器。以這種方式，單獨(dú)地或與波長選擇濾波器913b(或913a)和吸收器915b組合的內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以增加沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光與沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光之間的隔離的程度。換言之，單獨(dú)地或與波長選擇濾波器913b(或913a)和吸收器915b組合的內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以通過限制通過波導(dǎo)905傳播的不同波長的光的量，來降低沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光與沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光之間的串?dāng)_。降低沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光與沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光之間的串?dāng)_，可以有利于提高第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b的外耦合效率，并且也提高由外耦合光生成的彩色圖像的質(zhì)量。

內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以布置為鄰近于波導(dǎo)905的第一主表面905a或第二主表面905b。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以布置為鄰近于波導(dǎo)905的拐角。內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以與波導(dǎo)905明顯不同?？商鎿Q地，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以與波導(dǎo)905的第一主表面905a或第二主表面905b中的一個(gè)或兩個(gè)集成。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907和波導(dǎo)905可以單片集成。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以形成在波導(dǎo)905的一部分中。例如，在其中內(nèi)耦合光學(xué)元件907包括一個(gè)或多個(gè)光柵的實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)光柵可以形成在波導(dǎo)905的第一主表面905a和/或第二主表面905b的一部分中。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以布置在一層光學(xué)透射材料中，該光學(xué)透射材料布置為鄰近于波導(dǎo)905的第一主表面905a和/或第二主表面905b。在一些其他實(shí)施方式中，如本文公開的，內(nèi)耦合光學(xué)元件907可以布置在波導(dǎo)905的本體(bulk)中。

在各種實(shí)施方式中，顯示裝置900可以包括第一光分配元件911a，該第一光分配元件布置在沿著第一方向通過波導(dǎo)905傳播的第一多個(gè)波長的內(nèi)耦合光的光路徑中。顯示裝置900還可以包括第二光分配元件911b，該第二光分配元件布置在沿著第二方向通過波導(dǎo)905傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光的光路徑中。第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以被配置為分別沿著第一方向和第二方向分配第一多個(gè)波長的光和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光。例如，在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以被配置為分別沿著第一方向和第二方向伸展第一多個(gè)波長的光和一個(gè)或多個(gè)第二波長的光(例如，在整個(gè)長度上展開光)。由于借助于沿著第一方向和第二方向分配光，所以第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可被稱為光瞳擴(kuò)展器或正交光瞳擴(kuò)展器(ope)，它們可以有利地增加包括第一多個(gè)波長的光的第一光束以及包括一個(gè)或多個(gè)第二波長的光的第二光束的光斑尺寸。第一光分配元件911a和第二光分配元件911b也可以有助于增加顯示裝置900的出射光瞳的尺寸。當(dāng)顯示裝置900被配置為由用戶和/或近眼顯示應(yīng)用直接觀看時(shí)，增加出射光瞳的尺寸可以是有用的。增加出射光瞳的尺寸也可以有利于減輕在觀看顯示裝置900時(shí)的眼睛的壓力。

第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以包括一個(gè)或多個(gè)光柵，該一個(gè)或多個(gè)光柵被配置為將分別沿著第一方向和第二方向傳播的光引導(dǎo)朝向第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b。例如，一個(gè)或多個(gè)光柵可以被配置為具有如下尺寸(例如，凹槽深度或凹槽高度、形狀、間隔和/或周期性)和方位，使得光柵被配置為與沿著第一方向傳播的第一多個(gè)波長的光以及沿著第二方向傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的光相互作用。例如，如果第一多個(gè)波長的光包括紅光和藍(lán)光，則第一光分配元件911a可以包括被配置為與紅光和藍(lán)光相互作用的光柵或者與紅光相互作用的第一光柵以及與藍(lán)光相互作用的第二光柵。類似地，如果一個(gè)或多個(gè)第二波長的光包括綠光，則第二光分配元件911b可以包括被配置為與綠光相互作用的光柵。

在一些實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b各自被配置為當(dāng)?shù)谝欢鄠€(gè)波長和一個(gè)或多個(gè)第二波長的內(nèi)耦合光通過tir通過波導(dǎo)傳播時(shí)，在光每次彈跳時(shí)使光入射在光柵上的一部分重定向。第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以將沿著第一方向和第二方向傳播的第一光束和第二光束劃分為朝向第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b重定向的多個(gè)相關(guān)束。在各種實(shí)施方式中，多個(gè)相關(guān)束可以是彼此的副本。以這種方式，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以被配置為均勻或基本均勻地照亮第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b的較大區(qū)域，這可以導(dǎo)致來自波導(dǎo)905的出射發(fā)射的相當(dāng)均勻的圖案。在不喪失一般性的情況下，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以被配置為使以波長范圍內(nèi)的單個(gè)波長或多個(gè)波長入射的光重定向。

在各種實(shí)施方式中，包括在第一光分配元件911a和第二光分配元件911b中的一個(gè)或多個(gè)光柵可以包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)中的一個(gè)或多個(gè)。也可以使用被配置為提供本文公開的功能的其他類型的光柵、全息圖和/或衍射光學(xué)元件。第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以布置為鄰近于波導(dǎo)905的第一主表面905a或第二主表面905b。在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以布置為使得它們與第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b間隔開，盡管在一些實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b不需要被如此配置。第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以與波導(dǎo)905的第一主表面905a或第二主表面905b中的一個(gè)或兩個(gè)集成。在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b與波導(dǎo)905可以單片集成。在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以形成在波導(dǎo)905的第一主表面905a和/或第二主表面905b的一部分中。在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以布置在一層或多層光學(xué)透射材料中，該光學(xué)透射材料布置為鄰近于波導(dǎo)905的第一主表面905a和/或第二主表面905b。在一些其他實(shí)施方式中，如本文公開的，第一光分配元件911a和第二光分配元件911b可以布置在波導(dǎo)905的本體中。

如以上所討論的，第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b被配置為將入射在其上的內(nèi)耦合光從波導(dǎo)905的平面中重定向出來。第一外耦合元件909a和第二外耦合元件909b被配置為將入射在第一外耦合元件909a和第二外耦合元件909b上的內(nèi)耦合光以適當(dāng)角度重定向?yàn)槌蛴^看者(例如，圖7中，眼睛4)，以確保不同波長的光的適當(dāng)疊加，使得觀看者可以感知良好視覺質(zhì)量的彩色圖像。第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以具有提供通過波導(dǎo)905出射的光的發(fā)散的光學(xué)功率，使得由通過波導(dǎo)905出射的光形成的圖像看起來源自一定深度。因此，波導(dǎo)905可以被視為具有與第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b的光學(xué)功率相關(guān)的相關(guān)聯(lián)深度平面。如本文討論的，顯示裝置的各種實(shí)施方式可以包括與上述波導(dǎo)905(包括內(nèi)耦合光學(xué)元件907以及具有不同光學(xué)功率的第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b)相似的層疊在一起的多個(gè)不同波導(dǎo)。在這種實(shí)施方式中，不同波導(dǎo)可以與同包括在其中的第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b的不同光學(xué)功率相對(duì)應(yīng)的不同深度平面相關(guān)聯(lián)。包括這種層疊在一起的多個(gè)不同波導(dǎo)的顯示裝置對(duì)于生成3d圖像，并且具體地，生成基于光場(chǎng)的3d圖像可以是有用的。

如上所述，第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以包括一個(gè)或多個(gè)光柵。例如，第一外耦合元件909a可以包括被配置為與第一多個(gè)波長的光相互作用的一個(gè)或多個(gè)光柵，并且第二外耦合元件909b可以包括被配置為與一個(gè)或多個(gè)第二波長的光相互作用的一個(gè)或多個(gè)光柵。例如，如果第一多個(gè)波長包括紅色波長和藍(lán)色波長，則第一外耦合元件909a可以包括與紅光和藍(lán)光都相互作用的光柵結(jié)構(gòu)或者與紅光相互作用的第一光柵以及與藍(lán)光相互作用的第二光柵。如另一實(shí)例，如果一個(gè)或多個(gè)第二波長包括綠色波長，則第二外耦合元件909b可以包括與綠光相互作用的光柵。

第一外耦合元件909a和第二外耦合元件909b可以包括線性凹槽，該線性凹槽被配置為使得沿著基本平行于凹槽長度的方向傳播的光不足以從其路徑偏轉(zhuǎn)，而使得該光不能被耦合出波導(dǎo)。相反，沿著以相對(duì)于凹槽的一角度的方向(例如，垂直于凹槽長度)傳播的光使得其入射到或撞擊凹槽，并且光以不滿足tir的要求的角度偏轉(zhuǎn)，并且因此光被耦合出波導(dǎo)905。因此，第一外耦合元件909a中的凹槽沿著平行于或基本平行于第二方向的方向取向，使得沿著第二方向傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的光不足以由第一外耦合光學(xué)元件909a偏轉(zhuǎn)而不能被外耦合出波導(dǎo)905，并且沿著第一方向傳播的第一多個(gè)波長的光足以由第一外耦合光學(xué)元件909a偏轉(zhuǎn)而被外耦合出波導(dǎo)905。第二外耦合元件909b中的凹槽沿著平行于或基本平行于第一方向的方向取向，使得沿著第一方向傳播的第一多個(gè)波長的光不足以由第二外耦合光學(xué)元件909b偏轉(zhuǎn)而不能被外耦合出波導(dǎo)905，并且沿著第二方向傳播的一個(gè)或多個(gè)第二波長的光足以由第二外耦合光學(xué)元件909b偏轉(zhuǎn)而被外耦合出波導(dǎo)905。

第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以包括模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)。也可以使用提供本文公開的功能的其他類型的光柵、全息圖和/或衍射光學(xué)元件。在各種實(shí)施方式中，第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以集成為單個(gè)外耦合光學(xué)元件909。例如，包括用于記錄在彼此的頂部上的不同波長(例如，紅色、綠色和藍(lán)色)的不同全息圖的單個(gè)外耦合光學(xué)元件909可以布置在主表面905a和905b中的一個(gè)上，而不是如圖9b所示的布置在第一主表面905a和第二主表面905b上的兩個(gè)外耦合光學(xué)元件909a和909b。在一些實(shí)施方式中，第一外耦合光學(xué)元件909a可以布置在第一主表面905a或第二主表面905b中的一個(gè)上，并且第二外耦合光學(xué)元件909b可以布置在另一個(gè)主表面上。第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b可以形成在第一主表面905a和第二主表面905b中的一個(gè)或兩個(gè)上。在各種實(shí)施方式中，第一外耦合元件和第二外耦合元件可以形成在布置于第一主表面905a或第二主表面905b中的一個(gè)主表面上的層上。

圖10a示意性地示出包括波導(dǎo)905、內(nèi)耦合光學(xué)元件1007、波長選擇濾波器1013a和1013b以及第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b的顯示裝置1000的頂視圖的實(shí)例。圖10b和圖10c示出圖10a中繪示的顯示裝置1000沿著軸a-a'的截面圖的實(shí)例。顯示裝置被配置為使得由射線903i1、903i2和903i3表示的射入的不同波長的入射光通過內(nèi)耦合光學(xué)元件1007耦合至波導(dǎo)905中。內(nèi)耦合光學(xué)元件1007可以被配置為以支持借助于tir通過波導(dǎo)傳播的適當(dāng)角度，將所有波長的入射光耦合至波導(dǎo)905中。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1007不需要被配置為內(nèi)耦合不同波長的入射光以使得它們沿著不同方向傳播。因此，在一些實(shí)施方式中，所有波長的入射光可以耦合至波導(dǎo)905中而使得它們沿著相同方向通過波導(dǎo)傳播。內(nèi)耦合光學(xué)元件可以包括多個(gè)光柵，諸如，例如模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)。也可以使用提供本文公開的功能的其他類型的光柵、全息圖和/或衍射光學(xué)元件。在各種實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1007可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)棱鏡或者包含一個(gè)或多個(gè)衍射元件和/或折射元件的光學(xué)部件。

顯示裝置1000包括波長選擇濾波器1013a和1013b，每個(gè)波長選擇濾波器1013a和1013b與外耦合光學(xué)元件1009a和1009b中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。在所示實(shí)施方式中，波長選擇濾波器1013a與外耦合光學(xué)元件1009a相關(guān)聯(lián)，并且波長選擇濾波器1013b與外耦合光學(xué)元件1009b相關(guān)聯(lián)。波長選擇濾波器1013a包括第一后表面以及與第一后表面相對(duì)的第一前表面。波長選擇濾波器1013b包括第二后表面以及與第二后表面相對(duì)的第二前表面。在一些實(shí)施方式中，例如，如圖10b所示，波長選擇濾波器1013a可以布置在凹部中的波導(dǎo)905的第一主表面上，使得第一前表面與波導(dǎo)905的第一主表面905a的部分在相同水平上。在一些其他實(shí)施方式中，如圖10c所示，波長選擇濾波器1013a可以布置為使得第一后表面僅疊加在第一主表面905a上(而不布置在凹部中)。在一些實(shí)施方式中，例如，如圖10b所示，波長選擇濾波器1013b可以布置在波導(dǎo)905的第二主表面的凹部中，使得第二前表面與波導(dǎo)905的第二主表面905b在相同水平上。在一些其他實(shí)施方式中，如圖10c所示，波長選擇濾波器1013b可以布置為使得第二后表面僅位于第二主表面905b之下(而不布置在凹部中)。在波導(dǎo)905中傳播的光分別入射在第一波長選擇濾波器1013a或第二波長選擇濾波器1013b的第一后表面或第二后表面上。第一多個(gè)波長(或一個(gè)或多個(gè)第二波長)的光透射通過第一波長選擇濾波器1013a(或第二波長選擇濾波器1013b)的第一后表面(或第二后表面)。第一波長選擇濾波器1013a和第二波長選擇濾波器1013b能夠反射透射通過第一后表面或第二后表面的光的一部分。

波長選擇濾波器1013a被配置為使第一多個(gè)波長的光(例如，紅色波長范圍和藍(lán)色波長范圍的光)的一部分透射，該第一多個(gè)波長的光通過多次反射朝向相應(yīng)外耦合光學(xué)元件1009a通過波導(dǎo)905傳播，該外耦合光學(xué)元件1009a被配置為使第一多個(gè)波長從波導(dǎo)905中偏轉(zhuǎn)出。波長選擇濾波器1013a被配置為將波長不同于第一多個(gè)波長的光反射遠(yuǎn)離外耦合光學(xué)元件1009a。類似地，波長選擇濾波器1013b被配置為使一個(gè)或多個(gè)第二波長的光(例如，綠色波長范圍的光)的一部分透射，該一個(gè)或多個(gè)第二波長的光通過多次反射朝向相應(yīng)外耦合光學(xué)元件1009b通過波導(dǎo)905傳播，該外耦合光學(xué)元件1009b被配置為使一個(gè)或多個(gè)第二波長的光從波導(dǎo)905中偏轉(zhuǎn)出。波長選擇濾波器1013b被配置為將波長不同于一個(gè)或多個(gè)第二波長的光反射遠(yuǎn)離外耦合光學(xué)元件1009b。以這種方式，波長選擇濾波器1013a和1013b可以降低被耦合出波導(dǎo)905的不同波長的光之間的串?dāng)_，以生成彩色圖像。

在各種實(shí)施方式中，波長選擇濾波器1013a和1013b可以包括一個(gè)或多個(gè)二向色濾波器。波長選擇濾波器1013a和1013b可以布置在波導(dǎo)905的第一主表面905a和第二主表面905b上。在不喪失一般性的情況下，波長選擇濾波器1013a和1013b可以被配置為使以近法線角度入射在濾波器1013a和1013b上的光透射。例如，當(dāng)波長選擇濾波器1013a和1013b布置為平行于第一主表面905a和第二主表面905b時(shí)，例如，以相對(duì)于法線的大約0度與大約20度之間的角度入射至第一主表面905a和第二主表面905b的光可以透射通過波長選擇濾波器1013a和1013b。因此，波長選擇濾波器1013a和1013b可以被配置為使來自由觀看者通過波導(dǎo)觀看的周圍場(chǎng)景的光透射。

第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b可以布置在對(duì)應(yīng)的波長選擇濾波器1013a和1013b上。例如，第一外耦合光學(xué)元件1009a布置在對(duì)應(yīng)的波長選擇濾波器1013a上，并且被配置為將透射通過波長選擇濾波器1013a的第一多個(gè)波長的光外耦合出波導(dǎo)905。類似地，第二外耦合光學(xué)元件1009b布置在對(duì)應(yīng)的波長選擇濾波器1013b上，并且被配置為將透射通過波長選擇濾波器1013b的一個(gè)或多個(gè)第二波長的光外耦合出波導(dǎo)905。在一些實(shí)施方式中，如本文提及的，第一多個(gè)波長包括兩種成分顏色(例如，紅色和藍(lán)色)的光；并且一個(gè)或多個(gè)第二波長包括第三成分顏色(例如，綠色)的光。優(yōu)選地，同兩種成分顏色中的任一種成分顏色的波長與第三顏色的波長之間的差異相比，兩種成分顏色在這兩種成分顏色的波長之間具有更大差異，這可以促進(jìn)串?dāng)_的降低。在一些實(shí)施方式中，第一外耦合光學(xué)元件1009a包括偏轉(zhuǎn)兩種成分顏色中的每一成分顏色的光的一個(gè)或多個(gè)asr，并且第二外耦合光學(xué)元件1009b包括偏轉(zhuǎn)第三成分顏色的光的asr。

將理解，波導(dǎo)905可以是顯示系統(tǒng)1000(圖6)中的該疊波導(dǎo)的一部分。例如，波導(dǎo)905可以與波導(dǎo)182、184、186、188、190中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)，并且外耦合光學(xué)元件1009a、1009b和波長選擇濾波器1013a、1013b可以與圖6的外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290相對(duì)應(yīng)。

第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b可以物理上和功能上類似于以上參考圖9a和圖9b描述的第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b。例如，第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b可以包括衍射結(jié)構(gòu)，諸如，例如模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)中的一個(gè)或多個(gè)。

類似于第一外耦合光學(xué)元件909a和第二外耦合光學(xué)元件909b，第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b被配置為以適當(dāng)角度和效率將入射在其上的內(nèi)耦合光從波導(dǎo)905的平面中重定向出來，以促進(jìn)或確保不同波長的光的適當(dāng)疊加，使得觀看者可以感知良好視覺質(zhì)量的彩色圖像。第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b可以具有提供通過波導(dǎo)905出射的光的發(fā)散的光學(xué)功率，使得由通過波導(dǎo)905出射的光形成的圖像看起來源自一定深度。

諸如，例如第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b的光重分配元件可以布置在光學(xué)路徑中，不同波長的光沿著該光學(xué)路徑通過波導(dǎo)905傳播。第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以物理上和功能上類似于以上參考圖9a和圖9b描述的第一光分配元件911a和第二光分配元件911b。例如，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以包括衍射結(jié)構(gòu)，諸如，例如模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息材料(例如，記錄在體積相位全息材料中的全息圖)或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)中的一個(gè)或多個(gè)。第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以被配置為在光通過波導(dǎo)905朝向第一外耦合光學(xué)元件1009a和第二外耦合光學(xué)元件1009b傳播時(shí)，將與其相互作用的光的一部分重定向，從而放大沿著傳播方向的相互作用光的束流尺寸。因此，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以有利于放大包括波導(dǎo)905的顯示裝置1000的出射光瞳。因此，在一些實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以用作正交光瞳擴(kuò)展器(ope)。

類似于第一光分配元件911a和第二光分配元件911b，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以布置在波導(dǎo)的第一主表面905a和第二主表面905b中的一個(gè)或兩個(gè)上。在圖10a和圖10b所示的實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a布置在第一主表面905a上，并且第二光分配元件1011b布置在第二主表面905b上。在其他實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以布置在波導(dǎo)905的相同主表面上。在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a和第二光分配元件1011b可以組合以形成單個(gè)光分配光學(xué)元件。

在各種實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a和第二光分配元件可以被配置為是波長選擇性的，使得它們對(duì)于一定波長的光比其他波長的光具有更高的重定向效率。例如，在各種實(shí)施方式中，第一光重分配元件1011a可以被配置為朝向第一外耦合光學(xué)元件1009a重定向第一多個(gè)波長的光，并且第二光重分配元件1011b可以被配置為朝向第二外耦合光學(xué)元件1009b重定向一個(gè)或多個(gè)第二波長的光。在這種實(shí)施方式中，第一光分配元件1011a可以布置在第一波長選擇濾波器1013a上面，并且第二光分配元件1011b可以布置在第二波長選擇濾波器1013b上面。以這種方式，由第一(或第二)光分配元件1011a(或1011b)朝向第一(或第二)外耦合光學(xué)元件1009a(或1009b)重定向的一個(gè)或多個(gè)第二(或第一多個(gè))波長的光的量可以降低。

在以上參考圖9a至圖10b討論的實(shí)施方式中，第一外耦合光學(xué)元件909a、1009a和第二外耦合光學(xué)元件909b和1009b可以被配置為在它們所布置的第一主表面或第二主表面的任一側(cè)上對(duì)稱地衍射光，使得來自波導(dǎo)的光在主表面905a和905b的前方和后方衍射。因此，即使彩色圖像的顏色中的一些由布置在波導(dǎo)的一個(gè)主表面上的外耦合元件輸出并且彩色圖像的一些其他顏色由布置在波導(dǎo)的另一主表面上的外耦合元件輸出的光生成，彩色圖像的質(zhì)量也不受影響。

此外，各種內(nèi)耦合光學(xué)元件和外耦合光學(xué)元件以及光分配元件可以被配置為通過組合不同組的衍射結(jié)構(gòu)來與多個(gè)不同波長的光相互作用，不同組的衍射結(jié)構(gòu)中的每一組被配置為與單個(gè)波長的光相互作用?？梢酝ㄟ^使用諸如注入壓縮成型、uv復(fù)制或衍射結(jié)構(gòu)的納米印刷的制造方法，將不同組的衍射結(jié)構(gòu)布置在波導(dǎo)上。

現(xiàn)在參考圖11a，示出多個(gè)層疊波導(dǎo)或?qū)盈B波導(dǎo)組1200的截面?zhèn)纫晥D的實(shí)例，波導(dǎo)各自被配置為輸出不同波長或波長范圍的光。層疊波導(dǎo)組1200包括波導(dǎo)1210、1220和1230。每個(gè)波導(dǎo)包括相關(guān)聯(lián)的內(nèi)耦合光學(xué)元件，例如，布置在波導(dǎo)1210的主表面(例如，底部主表面)上的內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、布置在波導(dǎo)1220的主表面(例如，底部主表面)上的內(nèi)耦合光學(xué)元件1224以及布置在波導(dǎo)1230的主表面(例如，底部主表面)上的內(nèi)耦合光學(xué)元件1232。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232中的一個(gè)或多個(gè)可以布置在相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230的頂部主表面上(具體地，其中，一個(gè)或多個(gè)內(nèi)耦合光學(xué)元件是透射偏轉(zhuǎn)光學(xué)元件)。優(yōu)選地，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232布置在其相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230的底部主表面上(或下一個(gè)較低波導(dǎo)的頂部上)。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232可以布置在相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230的主體內(nèi)。優(yōu)選地，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232是濾色器，該濾色器包括選擇性地反射一個(gè)或多個(gè)波長的光、同時(shí)使其他波長的光透射的濾波器。濾色器的實(shí)例包括如本文討論的二向色濾波器。盡管示出為在其相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230的一側(cè)或拐角上，但是將理解，在一些實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232可以布置在其相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230的其他區(qū)域中。

每個(gè)波導(dǎo)還包括相關(guān)聯(lián)的光分配元件，例如，布置在波導(dǎo)1210的主表面(例如，頂部主表面)上的光分配元件1214、布置在波導(dǎo)1220的主表面(例如，頂部主表面)上的光分配元件1224以及布置在波導(dǎo)1230的主表面(例如，頂部主表面)上的光分配元件1234。在一些其他實(shí)施方式中，光分配元件1214、1224、1234可以分別布置在相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)1210、1220、1230的底部主表面上。在一些其他實(shí)施方式中，光分配元件1214、1224、1234可以分別布置在相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)1210、1220、1230的頂部主表面和底部主表面上；或者光分配元件1214、1224、1234可以分別布置在不同相關(guān)聯(lián)的波導(dǎo)1210、1220、1230的頂部主表面和底部主表面中的不同主表面上。

波導(dǎo)1210、1220、1230可以通過氣體和/或固體材料層間隔開并分離。例如，如示出的，層1216a和1218a可以分離波導(dǎo)1210與1220；并且層1216b和1218b可以分離波導(dǎo)1220與1230。在一些實(shí)施方式中，層1216a和1216b由與形成波導(dǎo)1210、1220、1230中的緊鄰波導(dǎo)的材料指數(shù)匹配的材料形成。有利地，指數(shù)匹配層1216a和1216b可以促進(jìn)光通過波導(dǎo)組1200的厚度的傳播，使得例如光可以通過波導(dǎo)1210、1220和1230以較少反射或損失行進(jìn)至內(nèi)耦合光學(xué)元件1232。

在一些實(shí)施方式中，層1216b和1218b由低折射率材料(即，該材料的折射率比形成波導(dǎo)1210、1220、1230中的緊鄰波導(dǎo)的材料的折射率低)形成。優(yōu)選地，形成層1216b、1218b的材料的折射率比形成波導(dǎo)1210、1220、1230的材料的折射率小0.05以上或者0.10以上。有利地，較低折射率層1216b、1218b可以用作促進(jìn)光通過波導(dǎo)1210、1220、1230的全內(nèi)反射(tir)(例如，在每個(gè)波導(dǎo)的頂部主表面與底部主表面之間的tir)的包覆層。在一些實(shí)施方式中，層1216b、1218b由空氣形成。盡管未示出，但是將理解，示出的波導(dǎo)組1200的頂部和底部可以包括緊鄰包覆層。

優(yōu)選地，為了便于制造和其他考慮，形成波導(dǎo)1210、1220、1230的材料相似或相同，并且形成層1216b、1218b的材料相似或相同。在一些實(shí)施方式中，形成波導(dǎo)1210、1220、1230的材料可以在一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)之間不同，和/或形成層1216b、1218b的材料可以不同，同時(shí)仍然保持上述各種折射率關(guān)系。

繼續(xù)參考圖11a，光射線1240、1242、1244入射在波導(dǎo)組1200上。將理解，波導(dǎo)組1200可以是顯示系統(tǒng)1000(圖6)中的該疊波導(dǎo)的一部分。例如，波導(dǎo)1210、1220、1230可以與波導(dǎo)182、184、186、188、190中的三個(gè)波導(dǎo)相對(duì)應(yīng)，并且光射線1240、1242、1244可以通過一個(gè)或多個(gè)圖像注入裝置200、202、204、206、208注入至波導(dǎo)1210、1220、1230中。

優(yōu)選地，光射線1240、1242、1244具有不同特性，例如，可以與不同顏色相對(duì)應(yīng)的不同波長或波長范圍。內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、122、1232基于光的特性的特定特征選擇性地偏轉(zhuǎn)光射線1240、1242、1244，同時(shí)使不具有該特性或特征的光透射。在一些實(shí)施方式中，光的特性是波長，并且內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、122、1232各自選擇性地偏轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)特定波長的光，同時(shí)將其他波長透射至底層波導(dǎo)及相關(guān)聯(lián)的內(nèi)耦合光學(xué)元件。

例如，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212可以被配置為選擇性地偏轉(zhuǎn)(例如，反射)具有第一波長或波長范圍的射線1240，同時(shí)分別使具有不同的第二波長和第三波長或不同波長范圍的射線1242和1244透射。然后，透射的射線1242入射在內(nèi)耦合光學(xué)元件1222上并由該內(nèi)耦合光學(xué)元件偏轉(zhuǎn)，該內(nèi)耦合光學(xué)元件1222被配置為選擇性地偏轉(zhuǎn)(例如，反射)第二波長或波長范圍的光。射線1244通過內(nèi)耦合光學(xué)元件1222透射，并且繼續(xù)入射在內(nèi)耦合光學(xué)元件1232上并且由該內(nèi)耦合光學(xué)元件1232偏轉(zhuǎn)，該內(nèi)耦合光學(xué)元件1232被配置為選擇性地偏轉(zhuǎn)(例如，反射)第三波長或波長范圍的光。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232是諸如二向色濾波器的反射濾色器。

繼續(xù)參考圖11a，偏轉(zhuǎn)的光射線1240、1242、1244被偏轉(zhuǎn)為使得它們通過對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)1210、1220、1230傳播；即，每個(gè)波導(dǎo)的內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232將光偏轉(zhuǎn)至對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)1210、1220、1230中以將光內(nèi)耦合至對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)中。光射線1240、1242、1244以使得光通過tir通過相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230傳播的角度偏轉(zhuǎn)。

在一些實(shí)施方式中，為了使光射線1240、1242、1244以用于tir的適當(dāng)角度入射在內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232上，角度修改光學(xué)元件1260可以設(shè)置為改變光射線1240、1242、1244撞擊內(nèi)耦合光學(xué)元件的角度。例如，在一些實(shí)施方式中，光射線1240、1242、1244可以以正交于波導(dǎo)1210的角度入射在角度修改光學(xué)元件1260上。然后，角度修改光學(xué)元件1260改變光射線1240、1242、1244的傳播方向，使得它們以相對(duì)于波導(dǎo)1210的表面小于90度的角度撞擊內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232。在一些實(shí)施方式中，角度修改光學(xué)元件1260是光柵。在一些其他實(shí)施方式中，角度修改光學(xué)元件1260是棱鏡。

繼續(xù)參考圖11a，光射線1240、1242、1244通過tir通過相應(yīng)波導(dǎo)1210、1220、1230傳播，直至入射在波導(dǎo)的對(duì)應(yīng)的光分配元件1214、1224、1234上。

現(xiàn)在參考圖11b，示出了圖11a的多個(gè)層疊波導(dǎo)的立體圖的實(shí)例。如以上提及的，內(nèi)耦合光射線1240、1242、1244分別由內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232偏轉(zhuǎn)，并且然后通過tir分別在波導(dǎo)1210、1220、1230內(nèi)傳播。然后，光射線1240、1242、1244分別入射在光分配元件1214、1224、1234上。光分配元件1214、1224、1234偏轉(zhuǎn)光射線1240、1242、1244，使得它們分別朝向外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254傳播。

在一些實(shí)施方式中，光分配元件1214、1224、1234是正交光瞳擴(kuò)展器(ope的)。在一些實(shí)施方式中，ope的將光偏轉(zhuǎn)并分配至外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254，并且當(dāng)該光傳播至外耦合光學(xué)元件時(shí)還增加其束流尺寸或光斑尺寸。例如，在束流尺寸已經(jīng)是期望尺寸的一些實(shí)施方式中，光分配元件1214、1224、1234可以省去，并且內(nèi)耦合光學(xué)元件1212、1222、1232可以被配置為將光直接偏轉(zhuǎn)至外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254。例如，參考圖11a，在一些實(shí)施方式中，光分配元件1214、1224、1234可以分別由外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254替代。

如本文公開的，將理解，外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254可以包括衍射結(jié)構(gòu)，諸如，例如模擬表面凹凸光柵(asr)、二元表面凹凸結(jié)構(gòu)(bsr)、體全息光學(xué)元件(vhoe)、數(shù)字表面凹凸結(jié)構(gòu)和/或體積相位全息圖或可切換衍射光學(xué)元件(例如，聚合物分散液晶(pdlc)光柵)中的一個(gè)或多個(gè)。在一些實(shí)施方式中，將理解，外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254可以是圖6的外耦合光學(xué)元件282、284、286、288、290中的三個(gè)。在一些實(shí)施方式中，外耦合光學(xué)元件1250、1252、1254是引導(dǎo)觀看者的眼睛4(圖7)中的光的出射光瞳(ep的)或出射光瞳擴(kuò)展器(epe的)。

因此，參考圖11a和圖11b，在一些實(shí)施方式中，波導(dǎo)組1200包括：分離的波導(dǎo)1210、1220、1230；光分配元件(例如，ope的)1214、1224、1234；以及用于每種成分顏色的外耦合光學(xué)元件(例如，ep的)1250、1252、1254。三個(gè)波導(dǎo)1210、1220、1230可以利用在每個(gè)之間的除了內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212、1222、1232位于的地方以外的空氣間隙來層疊。濾色器將期望顏色反射至其適當(dāng)波導(dǎo)中，同時(shí)透射其他顏色的光。例如，光最初通過角度修改光學(xué)元件1260(諸如，內(nèi)耦合光柵或棱鏡)耦合至第一波導(dǎo)1210中。然后，如果光遇到的表面在該表面的另一側(cè)上具有相對(duì)低的折射率材料(例如，空氣)則光以將導(dǎo)致tir的角度傳播，或者當(dāng)光具有適當(dāng)波長時(shí)，如果光撞擊內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212、1222、1232(諸如適當(dāng)設(shè)計(jì)的二向色濾波器)，它將幾乎全部反射。在所示實(shí)例中，以先前描述的方式，光射線1242(例如，綠光)將從第一內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212反射，并且然后，通過與光分配元件(ope的)1214相互作用并然后與外耦合光學(xué)元件(例如，ep)1250相互作用而繼續(xù)在波導(dǎo)中反彈。光射線1242和1244(例如，藍(lán)光和紅光)將穿過內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212并且進(jìn)入下一個(gè)波導(dǎo)1220。光射線1242將從下一個(gè)內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1222反射，并且然后經(jīng)由tir在波導(dǎo)1220中反彈，繼續(xù)至其光分配元件(例如，ope)1224并且然后至外耦合光學(xué)元件(例如，ep的)1252。最終，光射線1244(例如，紅光)將穿過內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1232并且進(jìn)入其波導(dǎo)1230中，在波導(dǎo)1230中光射線1244傳播至其光分配元件(例如，ope)1234并且然后傳播至外耦合光學(xué)元件(例如，ep)1254，最終該光與來自其他波導(dǎo)1210、1220的光一起耦合出至觀看者。

現(xiàn)在參考圖12a至圖12b，顯示了具有角度修改光學(xué)元件1260以促進(jìn)光內(nèi)耦合至波導(dǎo)中的波導(dǎo)的截面?zhèn)纫晥D的實(shí)例。如本文提及的，角度修改光學(xué)元件1260可以包括例如可以通過衍射偏轉(zhuǎn)光射線的光柵。在一些其他實(shí)施方式中，角度修改光學(xué)元件1260可以是棱鏡，該棱鏡可以例如通過折射改變光射線的傳播方向或傳播角度。圖12a顯示通過棱鏡1260內(nèi)耦合并且從內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212反射并且通過tir在第一波導(dǎo)1210內(nèi)傳播的波段的光。圖12b顯示通過內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1212透射并且從內(nèi)耦合光學(xué)元件(例如，濾色器)1222反射并且通過tir在第二波導(dǎo)1220內(nèi)傳播的第二波段的光。

已發(fā)現(xiàn)，各種波導(dǎo)(例如，圖9a至圖10b的905；以及圖11a至圖11b的1210、1220、1230)將受益于使用具有高折射率的材料制成。圖13是顯示折射率對(duì)視場(chǎng)的預(yù)期影響的繪圖。圖13示出來自用于顯示器62的單色目鏡的模擬結(jié)果，該目鏡與圖11a至圖11b的波導(dǎo)1210、1220、1230中的一個(gè)波導(dǎo)顯著相似。在模擬中，波導(dǎo)的折射率變化上至與各種樹脂相關(guān)聯(lián)的值(在高端)，下至表示熔融二氧化硅的值(在低端)。在曲線圖中發(fā)現(xiàn)并示出可用視場(chǎng)的明顯增加。由于該原因，在一些實(shí)施方式中，本文公開的各種波導(dǎo)可以由提供高折射率波導(dǎo)的材料形成。

在一些實(shí)施方式中，本文公開的各種波導(dǎo)(例如，圖9a至圖10c的波導(dǎo)905；以及圖11a至圖11b的波導(dǎo)1210、1220、1230)可以由玻璃、聚合物、塑料、藍(lán)寶石、樹脂或能使可見頻譜中的波長透射的其他材料形成。如本文公開的，包括具有相對(duì)高折射率的材料的波導(dǎo)可以具有更高的可用視場(chǎng)(fov)。例如，當(dāng)波導(dǎo)的材料的折射率從大約1.45增加至大約1.75時(shí)，可用fov可以從大約35度增加至大約60度。因此，本文描述的各種實(shí)施方式可以包括這樣的波導(dǎo)，該波導(dǎo)包含具有大于1.5、在大約1.5與1.8之間、大于1.6或大于1.8的折射率的材料。

在一些實(shí)施方式中，將理解，在波導(dǎo)上具有衍射結(jié)構(gòu)(例如，光柵)的波導(dǎo)可以通過例如注入壓縮成型、uv復(fù)制或衍射結(jié)構(gòu)的納米印刷而在高指數(shù)基板的頂部上制成。在一些實(shí)施方式中，這種方法可以用于形成基于asr結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)或二元表面凹凸設(shè)計(jì)。

本文描述了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式。以非限制性意義對(duì)這些實(shí)例進(jìn)行參考。提供這些實(shí)例以示出本發(fā)明的更廣泛的可適用方面。在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的情況下，可以對(duì)描述的本發(fā)明做出各種改變，并且可以用等同物替代。

盡管示出為可穿戴系統(tǒng)中的眼鏡作為有利實(shí)例，但是本文公開的波導(dǎo)及相關(guān)結(jié)構(gòu)和模塊可應(yīng)用以形成非可穿戴顯示器。例如，在不由觀看者60穿戴的情況下，代替調(diào)整為可穿戴框架64(圖2)，顯示器62可以附接至支撐顯示器62并且允許顯示器62向觀看者60提供圖像的獨(dú)立底座或其他結(jié)構(gòu)(例如，作為桌子或桌面監(jiān)視器)。

在一些實(shí)施方式中，本文參考某些圖描述的各種特征可以用在參考其他圖討論的實(shí)施方式中。例如，參考圖9b，諸如圖10b和圖10c的濾色器1013a、1013b的濾色器可以分別設(shè)置在外耦合光學(xué)元件909a、909b與波導(dǎo)905之間。類似地，參考圖11a，與圖10b和圖10c的濾色器1013a、1013b相似的濾色器可以設(shè)置在外耦合光學(xué)元件1214、1224、1234與它們相應(yīng)的波導(dǎo)1210、1220、1230之間。將理解，對(duì)于每個(gè)外耦合光學(xué)元件，將該元件與其對(duì)應(yīng)的波導(dǎo)分離的濾色器被配置為透射外耦合光學(xué)元件被配置為外耦合的波長或波長的光，同時(shí)反射其他波長的光。

此外，可以進(jìn)行許多修改以將特定情形、材料、物質(zhì)組合、過程、(一個(gè)或多個(gè))過程行為或(一個(gè)或多個(gè))步驟適配至本發(fā)明的(一個(gè)或多個(gè))目的、精神或范圍。此外，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，本文描述和示出的單獨(dú)變型中的每一個(gè)具有分離的部件和特征，其可以容易地與其他若干實(shí)施方式中的任一個(gè)實(shí)施方式的特征分離或組合。所有這些修改旨在處于與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

本發(fā)明包括可以使用主題裝置執(zhí)行的方法。該方法可以包括提供這種合適的裝置的行為。這種提供可以由終端用戶執(zhí)行。換言之，“提供”行為僅需要終端用戶獲得、接入、接近、定位、設(shè)置、激活、加電或以另外方式行動(dòng)以提供主題方法中的必要裝置。本文陳述的方法可以以所述事件邏輯上可能的任意順序進(jìn)行以及以所述事件順序進(jìn)行。

以上已闡述本發(fā)明的示例性方面以及關(guān)于材料選擇和制造的細(xì)節(jié)。至于本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)，這些可以結(jié)合以上引用的專利和公開以及本領(lǐng)域技術(shù)人員常見或認(rèn)可的來理解。就通?；蜻壿嬌喜捎玫母郊有袨槎?，相對(duì)于本發(fā)明的基于方法的各方面也是如此。

此外，盡管本發(fā)明已被描述為參考若干實(shí)例(可選地，包括各種特征)，但是本發(fā)明不限于如相對(duì)于本發(fā)明的每種變型預(yù)期的所描述或表示的該實(shí)例。在不偏離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的情況下，可以對(duì)描述的本發(fā)明做出各種改變，并且可以用等同物(為了簡潔起見，本文陳述的或未包括的)替代。此外，在提供了值的范圍的情況下，應(yīng)理解，該范圍的上限與下限之間的每個(gè)中間值以及所述范圍中的任意其他所述值或中間值包括在本發(fā)明內(nèi)。

另外，預(yù)期到，所描述的創(chuàng)新性變型的任何可選特征可以獨(dú)立地闡述并要求保護(hù)，或結(jié)合本文所描述的任何一個(gè)或多個(gè)特征來闡述并要求保護(hù)。單數(shù)項(xiàng)的參考包括存在多個(gè)相同項(xiàng)的可能性。更具體地，除非另外明確指出，否則如本文和與其相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一(a)”、“一個(gè)(an)”、“所述(said)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)指示。換言之，冠詞的使用允許在以上描述以及與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求中的主題項(xiàng)中的“至少一個(gè)”。還要注意的是，這些權(quán)利要求可以撰寫成排除任何可選元件。因而，此聲明旨在針對(duì)將這種排除性術(shù)語如“單獨(dú)”、“僅”等與權(quán)利要求元件的敘述相結(jié)合使用，或針對(duì)使用“負(fù)”限制而用作前提基礎(chǔ)。

在不使用這種排除性術(shù)語的情況下，與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”將允許包括任意附加元件，而不考慮給定數(shù)量的元件是否列舉在這些權(quán)利要求中、或者特征的增加是否可以被視為這種權(quán)利要求中闡述的元件的本質(zhì)的轉(zhuǎn)換。除了本文特別限定，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語在維持權(quán)利要求有效性的同時(shí)，將給出盡可能廣泛的普遍理解的含義。

本發(fā)明的廣度不限于提供的實(shí)例和/或本說明書，而是僅由與本公開相關(guān)聯(lián)的權(quán)利要求語言的范圍限制。