[发明专利]利用三维衍射元件的光束扩展

说明书

技术领域

本发明一般涉及电子设备，更具体地，本发明涉及一种衍射光 学方法，该方法使用三维(3D)衍射元件(例如，3D衍射光栅)以 扩展光束的出射瞳径(exit pupil)。

背景技术

在典型的虚拟显示设置(例如，参见Yaakov Amitai和Asher Friesem的PCT专利申请WO 99/52002“Holographic Optical Devices”、以及Yaakov Amitai以及Asher Friesem的美国专利US 6,580,529，“Holographic Optical Devices”)中，通常通过使用多个 单独线性衍射光栅来形成虚拟图像。使用单独衍射元件使得难以制 造此类光栅设备，并且需要精确定义光栅周期(例如，通常使用两 个不同的光栅周期)以及周期性线之间的角度。此外，还需要大量 空间，并且衍射效率通常依赖于偏振(例如，强偏振和弱偏振)。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种设备，包括：

衬底，由具有第一表面和第二表面的光学材料制成；以及

三维衍射元件，包括在所述衬底上布置的多个像素，所述三维衍 射元件包括：

至少一个区域，被配置成接收输入光束，以及

至少一个其他区域，被配置成提供具有在一维或者二维中 扩展的出射瞳径的至少一个输出光束，

其中所述输入光束的至少部分在所述至少一个区域中被衍射，以 提供基本上处于所述第一和第二表面内的至少一个光束，以及

通过在所述至少一个其他区域中进行衍射，所述至少一个光束的 至少部分进一步耦合出所述衬底的第一表面或者第二表面，以便提 供所述至少一个输出光束。

此外，根据本发明的第一方面，所述至少一个区域以及至少一 个其他区域可以被布置在所述衬底的一个表面上，即，被布置在所 述衬底的第一表面或者第二表面上。

此外，根据本发明的第一方面，所述至少一个区域以及至少一 个其他区域可以被布置在所述衬底的相对的表面上。

此外，根据本发明的第一方面，所述多个像素的每个像素可以 具有：在所述第一表面或者第二表面上沿一个方向的第一宽度，在 所述第一表面或者第二表面上沿垂直于所述一个方向的方向的第二 宽度，以及高度。另外，在所述至少一个区域中的像素的高度可以 大于所述至少一个其他区域中的像素的高度。另外，沿所述一个方 向的像素之间的距离以及沿垂直于所述一个方向的方向的像素之间 的距离针对所有所述像素可以是相等的，并且所述第一宽度和所述 第二宽度针对所有所述像素可以是相等的。

此外，根据本发明的第一方面，沿所述一个方向的像素之间的 距离以及沿垂直于所述一个方向的方向的像素之间的距离在所述至 少一个区域中可以不相等。另外，在所述至少一个区域中的像素可 以被配置成：如果所述输入光束具有预定的第一波长，则基本上沿 所述一个方向提供所述至少一个光束；并且如果所述输入光束具有 不同于所述预定的第一波长的预定第二波长，则基本上沿垂直于所 述一个方向的方向提供至少一个光束。

此外，根据本发明的第一方面，所述至少一个区域具有至少沿 一个方向倾斜的像素，从而基本上沿所述至少一个方向提供所述至 少一个光束。

此外，根据本发明的第一方面，所述至少一个区域可以具有至 少两种类型的像素，即这些像素具有非对称形状，并且沿至少两个 不同方向倾斜，从而，可以基本上沿所述至少两个不同方向之一来 提供所述至少一个光束的一部分，并且可以基本上沿所述至少两个 不同方向的另一个来提供所述至少一个光束的另一部分。此外，所 述至少两个不同方向可以以180度分开。

此外，根据本发明的第一方面，所述设备可以进一步包括：吸 收材料，可以被布置在相对于所述三维衍射元件的表面、并且相对 于所述至少一个区域的所述衬底的表面上。