[发明专利]具有衍射光栅的光学器件

说明书

本发明涉及包括透明基板和基板上的第一透明光栅层的光学器件，所述光栅层包括具有不同折射率的周期性地交替的区块。根据本发明，所述器件包括第二透明光栅层，其位于第一光栅层之上并且也包括具有不同折射率的周期性地交替的区块，从而使得第一光栅层的具有较高折射率的区块与第二光栅层的具有较低折射率的区块至少部分地对准并且反之亦然，第二光栅层减少了衍射到非零透射级的光的数量。本发明允许减少例如平视显示器（HUD）中的所谓的彩虹效应。

技术领域

本发明涉及光学器件。具体来说，本发明涉及例如可以被使用在平视显示器（HUD）、近眼显示器（NED）或出瞳扩展器（EPE）中的输出耦合光栅。本发明的器件包括光导基板和设置在所述基板内或者设置在所述基板的至少一部分表面上的光栅。

背景技术

HUD和NED包括树基本部分：光投影器、控制投影器的计算单元以及光学组合器，所述光学组合器适于将来自投影器的光显示到透视显示器，从而允许HUD或NED的用户同时看到显示器后方的景物以及所投影的光，而不需要用户的视线偏离其通常的视点。所述光学组合器可以基于衍射光学元件，其有时被称作全息光学元件（HOE）。

WO 2006/064301讨论了包括用于将光耦合到光学基板中并且耦合出光学基板的衍射元件的近眼显示器器件。在WO 99/52002、WO 2009/077802、WO 2009/077803和WO2011/110728中介绍了利用相同的一般原理操作的器件的先前版本、进一步的发展和变型。

US 2009/0245730公开了一种利用相同的原理操作的显示器器件，其中两个衍射光栅当中的至少一个是具有多个衍射结构的二进制闪耀光栅（binary-blazed grating），所述多个衍射结构由确保闪耀效果并且在平面图中具有封闭几何表面的形状的多个单独的子结构构成。所提出的结构旨在提供一种光学显示器器件，利用所述光学显示器器件既可以通过输入光栅以尽可能高的衍射效率将光耦合到光波导的平板中，又可以通过输出光栅再次均匀地将光耦合出去。WO 2011/113662公开了一种用于彩色平视显示器（HUD）器件的衍射组合器。所述器件包括：第一光学衍射光栅，其适于在衍射方向上对具有第一波长并且在入射方向上入射在第一光栅上的光进行衍射；第二光学衍射光栅，其适于在相同的方向上对具有第二波长并且在入射方向上入射在第二光栅上的光进行衍射。第一和第二光学衍射光栅被通过浮雕方式形成在所述组合器的第一和第二相对表面上。第一和/或第二光栅被制作成波长多路复用光学衍射光栅，并且适于在衍射方向上对于在入射方向上冲击第一和/或第二光学衍射光栅的第三波长的光进行衍射。

但是前面所提到的解决方案中的至少一些遭受由穿过衍射光栅到达观察者的眼睛的透射光所导致的不合期望的效应，即所谓的彩虹效应。彩虹效应显示为除了所期望的衍射图像之外的彩色可见图案。除非问题得到解决，否则这可能使得所述衍射组合器元件技术在某些应用中实际上是无用的。

US 4856869公开了一种包括基板和形成在基板上的显示器图案的显示器元件，所述显示器图案具有第一衍射光栅结构和第二衍射光栅结构。第一衍射光栅结构的光栅线条的方向不同于第二衍射光栅结构的光栅线条的方向，从而旨在防止出现彩虹状图像。所提出的解决方案在两个方向上是周期性的，这使得光衍射到多个方向中，从而使得各个单独的衍射级更弱。但是所透射的衍射级仍然相当强，因此结果在彩虹干涉图像方面远远不是最优的。此外，所述结构相对难以制造。

因此，需要改进的光学器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的解决方案，该解决方案可以被用于改进HUD显示器的组合器部分，特别是用于提供针对透射光的减少或者完全防止的彩虹效应。

所述目的通过本发明得到实现。