和394，使得全息效率在不同角度到达峰值。
[0053]图5C解说了组合了图5B中呈现的两个布拉格光栅的光栅衍射效率(垂直轴)对视野角(水平轴)的曲线396。在解说的示例性剖线中，垂直虚线所示的至少50%或更好的衍射效率区域覆盖从22度到35度的约13度范围。在这一示例中，所解说的两个布拉格光栅的组合在中心的十度(例如23度到33度)附近也具有超过90%的非常高的衍射效率。然而，在波导显示器中，较低的衍射效率是有用的。沿波导显示器的不同光栅配对(例如，从输入透镜系统122往鼻梁104)可能重新捕捉到未经衍射的光，并且为眼睛提供更大的出射光孔。当使用50%起或更大的衍射效率时，每一个FOV小块稍宽一点，例如13、14或15度，而不是仅仅7 —10度。两个或更多个重叠光栅可用被复用的K向量来实现。
[0054]图6A和6B解说了用于生成包括至少两个不同的被复用的K向量的衍射光栅并由此增加光栅的总的角度带宽的接触复制全息记录过程中的各步骤的示例。另外，具有被复用的K向量的光栅可被形成在像表面凹凸光栅之类的无源光栅中以及像可开关布拉格光栅之类的有源光栅中。
[0055]图6A解说了使用接触复制全息记录来记录被复用的光栅中的第一光栅的示例。光栅可被实现为全息的，因此提到全息就是提到光栅。对于这些多光束全息记录的示例，主全息具有足够宽的角带宽以便能够生成覆盖一个FOV小块的角度范围的衍射光束。在这一示例中，衍射光栅层403包括全息介质405，其中主全息(光栅)已被记录。例如，如果403是可开关布拉格光栅层，则全息介质是夹在以ITO薄膜或涂层(未示出)(如323和327)来涂敷的两个薄的(10um—200um)光线透明材料层404和406之间的PDLC光栅层405。其中记录了全息的复制全息层407还包括全息记录介质409，例如夹在以ITO薄膜或涂层(未示出)(如323和327)来涂敷的两个薄的(10um—200um)光线透明材料层408和410之间的TOLC光栅层。
[0056]主层403和复制层407被对齐。在这一实施例中，可选的光学边缘过滤器428(例如被实现为光学边缘涂层)被对齐在主光栅层403和复制光栅层407之间。其它实施例可不使用光学边缘过滤器。在接触复制记录期间，光学边缘过滤器428平衡主光束(例如，411和414)和副光束(也被称为参考光束，例如412和415)的强度。由于主光栅的宽的角带宽，因此峰值衍射效率和视野的边缘处的衍射效率将通常是低的。由于主全息的衍射效率可能是相当低的，因此在它们在复制全息记录介质处截取时，零阶强度将会比一阶高得多。记录中的不平衡可消除对全息的调制，例如在PDLC示例中通过消除液晶的迀移来消除。采用其中零阶被从复制光栅层407反射走的边缘过滤器使得记录光束能够被平衡。
[0057]在接触复制全息记录中，为了精准，各步骤由机器自动执行。包含光束被设计工作于的波长范围的激光束被用作为光源。第一光束411被引导通过主全息层403，导致经衍射的射线413与全息材料409(在这一示例中为PDLC层)相交。第二光束412被同时与第一光束411 一起被引导到主全息(光束)层403。第二光束412—般来自与第一光束411相同的光源，并且未经衍射。光束411和412是相干或同相的。光束不需要是平面光束。它们可来自点光源，为此进一步优化复制全息性能使得峰值效率出现在显示器的出射光孔的中心处是可能的。
[0058]经衍射光束411和未经衍射光束412在复制层407的相交产生了驻波，该驻波被记录在复制光栅层409中的全息记录介质中。驻波确定复制光栅层409的间隔，该间隔将与主光栅层405的间隔相同。由于复制光栅层409具有与主光栅层相同的间隔，因此复制光栅层409具有与主光栅层相同的能力。然而，在记录过程中激光束411的入射角决定了复制光栅层409中的K向量。
[0059]图6B解说了视野接触复制全息记录来记录第二全息以及因此记录被复制的K向量的示例，该第二全息是被复用的全息(光栅)中的第二光栅。来自相同光源的另一相干激光束414和415的集合被引导在不同入射角处穿过主全息层403。光束414由主全息405衍射，得到经衍射的光束416。由414和415生成的驻波被记录中复制光栅层409中。主和复制之间的光栅间隔保持相同。然而，由于存在于整个复制光栅层409上的被复用的光栅，现在有两个K向量。不止两个K向量可被记录和复用。如以上提到的，被复用的光栅可被记录在除SBG以外的光栅类型中(例如，记录在表面凹凸光栅中)。
[0060]尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。更确切而言，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。
【主权项】
1.一种使用光栅配对来生成波导显示器的视野(FOV)小块的装置，包括: 波导显示器； 被放置在所示波导显示器内的至少三个衍射光栅，包括用于将图像光从所示波导耦合出的至少一个输出衍射光栅和用于将图像光耦合以沿所述波导横穿的至少一个非输出衍射光栅； 所述至少三个衍射光栅形成总数个光栅配对，所述总数个光栅配对在光栅配对的数目上等于非输出衍射光栅的总数与输出衍射光栅的总数的乘积，每一个光栅配对包括一个非输出光栅和一个输出光栅，并且每一个光栅配对包括至少一个有源光栅； 每一个光栅配对包括也在所述总数个光栅配对中的另一个光栅配对中的至少一个光栅； 所述至少三个衍射光栅中的被复用的光栅包括被复用的K向量，每一个K向量衍射所述被复用的光栅的入射角带宽内的一个不同的预定角度集； 等于光栅配对数量的若干个FOV小块；以及 通信地耦合到每一个配对中的至少一个有源光栅的控制电路系统，用于在较大的FOV更新时间段中的相应的小块时间段期间激活每一个配对，并且在其它光栅配对被激活时在相应的小块时间段期间解除激活每一个配对，以便在所述FOV更新时间段中生成所述若干个FOV小块。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个非输出衍射光栅包括至少一个折叠光栅。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个非输出衍射光栅包括至少一个输入光栅。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个有源光栅是可开关布拉格光栅。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述被复用的光栅是无源光栅。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括: 包括所述被复用的K向量的所述被复用的光栅具有对于所述被复用的光栅的入射角带宽的约1度的中心部分的至少90 %的衍射效率。7.—种用于使用衍射光栅配对将波导显示器的图像数据显示在按时间排序的视野(FOV)小块中的方法，每一个衍射光栅配对与相应的FOV小块相关联，所述方法包括: (a)由所述波导显示器从光学耦合的图像生成单元接收与所述FOV小块相关联的图像部分，以供在一时间段期间显示，所述时间段是FOV更新时间段的子时间段； (b)在所述时间段期间激活与所述FOV小块相关联的当前光栅配对，所述当前光栅配对包括非输出衍射光栅和输出衍射光栅，并且所述当前光栅配对中的至少一个光栅是包括被复用的K向量的被复用的光栅，每一个K向量衍射所述被复用的光栅的入射角带宽内的一不同的预定角度集； (c)在小块过渡时间段期间，将所述当前光栅配对解除激活；以及 在所述FOV更新时间段中，为下一光栅配对重复步骤(a)到(C)，直到每一个FOV小块已被显示，其中每一个光栅配对中的至少一个光栅也在另一光栅配对中。8.如权利要求7所述的方法，其中被复用的光栅是所述输出衍射光栅，并且所述输出衍射光栅是无源光栅。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，激活与所述FOV小块相关联的当前光栅配对进一步包括同时激活所述当前光栅配对中的至少一个光栅的被复用的K向量;以及 其中解除激活与所述FOV小块相关联的当前光栅配对进一步包括同时解除激活所述当前光栅配对中的至少一个光栅的被复用的K向量。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述FOV更新时间段是帧更新时间段。
【专利摘要】描述了用于创建波导显示器的按时间排序的视野(FOV)小块的光栅配置。非输出衍射光栅和输出衍射光栅的配对被激活以(例如在图像的帧更新时间段中)按时间顺序创建的若干个FOV小块。非输出光栅的示例是输入光栅和折叠光栅。对于被用于构成配对的一组至少三个光栅，每一个非输出光栅与每一个输出光栅配对。配对的数量以及因此的FOV小块的数量等于非输出光栅的总数与输出光栅的总数的乘积。配对中的光栅中的至少一个是有源光栅。还描述了一种包括被复用的K向量的被复用的衍射光栅，被复用的衍射光栅增加了入射和衍射两者的总的角带宽。
【IPC分类】G02B27/01
【公开号】CN105705981
【申请号】CN201480061071
【发明人】S·J·罗宾斯, I·A·恩古延
【申请人】微软技术许可有限责任公司
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】US9164290, US20150125109, WO2015069553A1