1.一种用于在操作波长处在增强现实系统中使用的增强现实光学系统,包括:
具有在所述操作波长处的折射率ns、顶表面和底表面的基板;
输入光栅和输出光栅,各自形成在所述基板的所述顶表面中或所述顶表面上,并且彼此横向间隔开;
波导层,具有主体、顶表面、底表面以及厚度1μm≤thg≤100μm,其中所述波导层的所述底表面被支持在所述基板的所述顶表面上,使得所述输入光栅和所述输出光栅延伸到所述波导层中,并且其中所述波导层在所述操作波长处具有折射率ng≥ns并且支持多个导模;并且
其中所述输入光栅和所述输出光栅提供相位匹配,使得入射到所述输入光栅上的输入光耦合到所述波导层中并且以所述导模行进到所述输出光栅,并且由所述输出光栅耦合出所述波导层作为输出光。
2.根据权利要求1所述的增强现实系统,其特征在于,在所述操作波长处,所述基板折射率ns≤1.5并且所述波导层折射率ng≥2。
3.根据权利要求2所述的增强现实系统,其特征在于,所述多个导模的数量在500和1000之间。
4.根据权利要求1或2所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层具有在25μm≤thg≤50μm范围内的厚度thg。
5.根据权利要求1或2所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层具有在30μm≤thg≤40μm范围内的厚度thg。
6.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层包括聚合物并且所述基板包括玻璃。
7.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述基板包括玻璃材料,并且其中所述波导包括氧化物材料和氟化物材料中的至少一种。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述基板包括玻璃材料,其中所述输入光栅和所述输出光栅包括聚合物,并且其中所述波导层包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的组合。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述基板包括聚合物材料,并且所述波导层包括氧化物材料、或氧化物材料和氟化物材料的组合。
10.根据权利要求9所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述聚合物材料包括热塑性塑料。
11.根据权利要求9或10所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层包括硅。
12.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层和所述基板各自是平面的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层和所述基板中的至少一个具有弯曲表面。
14.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,进一步包括设置在所述波导层的所述顶表面上的盖层,其中所述盖层具有折射率nc<ng。
15.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输入光栅包括线性输入光栅元件,并且其中所述输出光栅包括线性输出光栅元件。
16.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输入光栅包括二维输入光栅元件,并且其中所述输出光栅包括二维输出光栅元件。
17.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输出光具有在50°≤fov≤70°范围内的视场(fov)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输入光是多色的。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输入光是单色的。
20.根据前述权利要求中任一项所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述基板包括低折射率层,所述低折射率层限定所述基板的顶表面,其中所述低折射率层具有折射率nl<ns。
21.一种用于观看对象或场景的增强现实系统,包括:
根据前述权利要求中任一项所述的并且具有前区域和后区域的增强现实光学系统;
显示装置,设置在所述后区域中并生成所述输入光;以及
耦合光学系统,相对于所述显示装置可操作地布置,并且被配置为在输入视场上将所述输入光引导到所述增强现实光学系统的所述输入光栅。
22.根据权利要求21所述的增强现实系统,进一步包括成像光学系统,可操作地布置在所述后区域中以在输出视场上从所述输出光栅接收所述输出光。
23.根据权利要求21或22所述的增强现实系统,其特征在于,来自所述对象或所述场景的光通过所述输出光栅从所述前区域向所述后区域并向所述成像光学系统传输,并且其中所述成像光学系统将所述输出光和来自所述对象或所述场景的所述光进行组合以形成增强图像。
24.根据权利要求21、22或23所述的增强现实系统,其特征在于,所述成像光学系统包括用户的至少一只眼睛。
25.根据权利要求21所述的增强现实系统,其特征在于,所述输出视场在50°到70°的范围内。
26.根据权利要求21所述的增强现实系统,其特征在于,所述输入光是多色的。
27.一种增强现实光学系统,包括:
波导结构,包括折射率ng和在1μm≤thg≤100μm范围内的厚度thg的波导层,所述波导结构被支持在具有折射率ns的基板上,其中ng–ns≥0.5,并且其中所述波导结构支持多个导模;以及
输入光栅和输出光栅,各自位于所述波导层内,其中所述输入光栅和所述输出光栅提供相位匹配,并且彼此横向间隔开。
28.根据权利要求27所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层包括聚合物材料并且所述基板包括玻璃材料。
29.根据权利要求27或28所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述输入光栅和所述输出光栅被配置为在可见操作波长带上操作。
30.根据权利要求27、28或29所述的增强现实光学系统,其特征在于,所述波导层和所述基板中的至少一个是平面的。
31.一种在观看对象或场景时形成增强现实图像的方法,包括:
在输入视场上将来自显示图像的显示光引导到波导结构的输入光栅,以形成在所述波导结构中行进的多个导模;
使用所述波导结构的输出光栅在输出视场上将所述多个导模耦合出,其中所述输出光栅与所述输入光栅相位匹配并与所述输入光栅间隔开;
利用成像光学系统通过所述输出光栅观看所述对象或所述场景同时利用所述成像光学系统接收来自所述输出光栅的所述输出光;以及
利用所述成像光学系统形成增强图像,所述增强图像将所述显示图像与所述对象或所述场景的图像进行组合。
32.根据权利要求31所述的方法,其特征在于,所述输出视场在50°与70°之间的范围内。
33.根据权利要求31或32所述的方法,其特征在于,所述成像光学系统包括用户的至少一只眼睛。
34.根据权利要求31、32或33所述的方法,其特征在于,所述波导结构被并入增强现实护目镜中。