[发明专利]包括具有渐进改变的槽特性的衍射光栅的光学组件

说明书

背景

光学组件可以被用在光学系统中以便以可预测和期望的方式来改变可见光的状态，例如用在显示系统中以使得期望的图像对用户可见。光学组件可以以反射、折射、衍射等方式与光交互。在传播的波与例如障碍或狭缝之类的结构交互时发生了衍射。衍射可以被描述为波的干涉，并且在该结构在大小上与波的波长相当时最显著。可见光的光学衍射源于光的波的性质并且可以被描述为光波的干涉。可见光具有在大约390到700纳米(nm)之间的波长，而在传播的光遇到100或1000nm范围级别的类似规模的结构时可见光的衍射是最显著的。

衍射结构的一个示例是周期性结构。周期性结构可以引起光的衍射，该光的衍射通常在周期性结构具有与光的波长类似大小的空间周期时最显著。周期性结构的类型包括，例如，光学组件的表面上的表面调制、折射率调制、全息图等。当传播的光遇到周期性结构时，衍射使得光被分成不同的方向上的多个光束。这些方向取决于所述光的波长，这样衍射光栅引起多色(例如白色)光的色散，由此，多色光被分成在不同的方向上行进的不同颜色的光束。

当周期结构是在光学组件的表面上时，其被称为表面光栅。当周期结构是源自表面本身的调制时，其被称为表面起伏光栅(SRG)。SRG的一个示例是在光学组件的表面中的被均匀直槽间隔区域分隔开的均匀直槽。槽间隔区域在此被称为“线”、“光栅线”和“填充区域”。SRG的衍射的性质取决于入射在光栅上的光的波长和SRG的各种光学特性(例如线间隔、槽深度和槽倾斜角)这两者。SRG可以借助于合适的微制造处理被制造，该微制造处理涉及蚀刻基板和/或在基板上沉积以在基板上制造期望的周期微结构。所述基板可以是光学组件本身或生产模板(production master)，例如用于制造光学组件的模具。

SRG具有许多有用的应用。一个示例是SRG光导应用。光导(在此也称为“波导”)是一种被用于借助于在光导内的内部反射(例如全内部反射)来传送光的光学组件。光导可以被例如用于基于光导的显示系统中，以将期望的图像的光从光引擎传送到人眼以使得该图像对眼睛可见。可以将光导的表面上的输入耦合(incoupling)和输出耦合(outcoupling)SRG分别用于输入光到波导或从波导输出光。

概述

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。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决背景技术部分中指出的任何或所有缺点的实现。

在第一方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的一系列槽来形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在长度上大于它们的宽度。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了至少第一和第二槽特性，这些特性都对入射在衍射光栅上的光在该点处被衍射的方式产生影响。第一和第二槽特性在表面部分上渐进变化，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同的点处被衍射的方式，并且以各自的梯度来这样进行，所述梯度在表面部分上的至少一些点处是在彼此不同的方向中。

在第二方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的调制来形成。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了至少第一和第二调制特性，这些特性都对入射在表面部分上的光在该点处被衍射的方式产生影响。第一和第二调制特性在表面部分上渐进地改变，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同点处被衍射的方式。第一调制特性随在第一方向中的第一梯度而变化。第一方向在表面部分上基本上是不变的。第二调制特性随在第二方向中随第二梯度而变化。第二方向在表面部分上基本上是不变的，并且其不同于第一方向。

在第三方面，用于在光学系统中使用的光学组件具有外表面，并且衍射光栅由所述外表面的至少一部分中的一系列槽来形成。所述槽基本上彼此平行并且基本上在长度上大于它们的宽度。衍射光栅在表面部分上的每个点处展现了光栅深度和光栅倾斜，这两者都对入射在衍射光栅上的光在该点处被衍射的方式产生影响。深度和/或倾斜在表面部分上渐进地改变，以便渐进地改变入射光在表面部分上的不同点处被衍射的方式。