[发明专利]带梯度边沿的衍射光学元件

权利要求书

1.一种光学系统，包括：

光学材料的基底；

安置在所述基底上并被配置为耦入光栅的第一衍射光学元件DOE，用于将在所述第一DOE中传播并在所述第一DOE的后沿处出射的一个或多个光束作为输入来接收；

安置在所述基底上并被配置用于所述一个或多个光束沿着第一方向的光瞳扩散的第二DOE；以及

安置在所述基底上并被配置用于所述一个或多个光束沿着第二方向的光瞳扩展的第三DOE，

其中所述第一DOE的后沿位于所述基底上与所述第二DOE的界面处，其中在所述后沿处出射的所述一个或多个光束进入所述第二DOE的前沿，以及

其中所述后沿和前沿是梯度的，使得所述第一DOE和所述第二DOE的每一个的光栅高度作为距所述界面的距离的函数而增加。

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三DOE被进一步配置为耦出光栅，以作为从所述基底的输出来将一个或多个光束耦合到相对于所述输入而言经扩展的光瞳。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一DOE中的所述光栅高度从自所述后沿的上游的全高度近乎线性地降低到在所述第一DOE的后沿处的浅的高度。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一DOE中的所述光栅高度从自所述后沿的上游的全高度近乎线性地降低到在所述第一DOE的后沿处的零高度。

5.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二DOE中的所述光栅高度从所述前沿处的浅的高度近乎线性地增加到自所述前沿的下游的全高度。

6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一DOE或第二DOE是直衍射光栅或斜衍射光栅。

7.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，作为输入被接收的所述一个或多个光束作为由微显示器或成像器产生的虚拟图像来发射。

8.一种光学方法，包括：

在被安置于出射光瞳扩展器中的耦入衍射光学元件DOE处接收光；

沿着第一坐标轴在被安置在所述出射光瞳扩展器中的中间DOE中扩展所接收到的光的出射光瞳；

沿着第二坐标轴在被安置在所述出射光瞳扩展器中的耦出DOE中扩展所述出射光瞳；以及

使用所述耦出DOE沿着所述第一和第二坐标轴输出具有相对于在所述耦入DOE处所接收的光而言经扩展的出射光瞳的光，

其中光在第一梯度后沿处离开所述耦入DOE，全高度光栅在所述第一梯度后沿上转变为所述耦入DOE上的邻近所述耦入DOE和所述中间DOE之间的第一界面的平滑表面，以及

其中离开所述耦入DOE的光在梯度前沿处进入所述中间DOE，邻近所述第一界面的所述中间DOE上的平滑表面在所述梯度前沿上转变为全高度光栅，以及

其中光在第二梯度后沿处离开所述中间DOE，全高度光栅在所述第二梯度后沿上转变为所述中间DOE上的邻近所述中间DOE和所述耦出DOE之间的第二界面的平滑表面。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转变是梯度的以最小化在所述第一界面和所述第二界面处的不连续性，以便减小光学分辨率的损害或减小耦合在所述耦入DOE和中间DOE之间或所述中间DOE和所述耦出DOE之间的光的相位改变。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述耦入DOE、所述中间DOE、或所述耦出DOE用从基底模制的聚合物形成，所述基底使用用移动掩模的离子束蚀刻来被蚀刻。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述耦出DOE的至少一部分是具有相对于所述耦入DOE或所述中间DOE而言浅的沟槽的变迹衍射光栅。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在近眼光学系统中执行。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，输出光向所述近眼光学系统的用户提供虚拟显示。