[发明专利]带梯度边沿的衍射光学元件

说明书

在包括带有结合了衍射光栅的多个衍射光学元件(DOE)的波导的光学系统中，上游DOE的后沿出射的光进入下游DOE的前沿。DOE的一个或多个可包括具有梯度轮廓的前沿和/或后沿。在上游DOE的梯度后沿处，作为到后沿的邻近度的函数，光栅高度从全高度平滑地降低到浅的高度。在下游DOE的梯度前沿处，作为距前沿的距离的函数，光栅高度从浅的高度平滑地增加到整个高度。通过减少在上游和下游DOE之间的界面处的锐利边界，DOE边沿的梯度轮廓使得光学分辨率能够被维持降低对于在制造期间发生的DOE之间的未对准的敏感度。

背景

衍射光学元件(DOE)是具有周期性结构的光学元件，其通常被用于范围从生物技术、材料处理、感测、和测试到技术光学和光学计量的应用中。例如，通过将DOE结合在激光或自发光显示器的光场当中，光的“形状”可被控制并被根据应用需求而灵活改变。

概述

在包括带有结合了衍射光栅的多个衍射光学元件(DOE)的波导的光学系统中，上游DOE的后沿出射的光进入波导中下游DOE的前沿。DOE的一个或多个可包括具有梯度轮廓的前沿和/或后沿。在上游DOE的梯度后沿处，作为到后沿的邻近度的函数，光栅高度从全高度平缓地降低到浅的高度。在下游DOE的梯度前沿处，作为距前沿的距离的函数，光栅高度从浅的高度平缓地增加到全高度。通过减少在上游和下游DOE之间的界面处的锐利边界，应用于DOE边沿的梯度轮廓使得光学分辨率能够在波导中被维持，同时降低对制造期间可能发生的各DOE之间的未对准的敏感度。

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并非旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，亦非旨在用作辅助确定要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。

附图简述

图1示出了可结合本发明的具有梯度边沿的衍射光学元件(DOE)的说明性近眼显示系统的框图；

图2示出了光在波导中通过全内反射的传播；

图3示出了说明性出射光瞳扩展器的视图；

图4示出了说明性出射光瞳扩展器的视图，其中出射光瞳沿着两个方向被扩展；

图5示出了三个DOE的说明性安排；

图6示出了具有直光栅的说明性衍射光栅的一部分；

图7示出了具有斜光栅的说明性衍射光栅的一部分；

图8示出了布置于光学系统中的波导中的两个DOE之间的界面处的说明性空隙高度；

图9示出了波导中各DOES的前沿和后沿之间的说明性界面及相关联的梯度轮廓；

图10示出了在DOE的后沿处具有梯度轮廓的光栅的说明性尺寸；

图11示出了在DOE的前沿处具有梯度轮廓的光栅的说明性尺寸；

图12示出了使用相对于基底移动的掩模的DOE制造的说明性安排；

图13示出了说明性方法；

图14是虚拟现实或混合现实头戴式显示器(HMD)设备的说明性示例的图形视图；

图15示出虚拟现实或混合现实HMD设备的说明性示例的框图；

图16示出了结合出射光瞳扩展器的说明性电子设备的框图。

各附图中相同的附图标记指示相同的元素。除非另外指明否则各元素不是按比例绘制的。

详细描述