[发明专利]波导元件

说明书

本发明提供了一种波导元件，该波导元件包括能够经由全内反射在两个维度上引导光线的波导(100)，以及布置在波导(100)上或其内的衍射光学元件(DOE)(120)，其中，该衍射光学元件(120)适于允许光线沿着两个维度在波导内部传播，使得光线能够沿着具有相同几何光程长度的不同路线(160A、160B)至少从衍射光学元件(120)的一个第一位置(140)传播到DOE(120)的至少一个第二位置(150)。所述DOE(120)还适于使得至少对于一个波长范围、沿着不同路线(160A、160B)传播的光线的物理光程长度的差比相干长度长，从而使光线在第二位置(150)处非相干地相加。

技术领域

本发明涉及基于波导的显示元件。具体而言，本发明涉及一种包括新型衍射光学元件的波导。本发明可用于现代个人显示器，诸如头戴式显示器(HMD)和平视显示器(HUD)。

背景技术

HMD和HUD可以使用波导来实现。可以使用衍射光栅将光耦合到波导，重定向到波导中或耦合出波导并耦合到用户的眼睛。可以使用光线在两个维度中反弹的光栅在波导中执行出射光瞳扩展，从而有效地将光场扩散到更大的区域。在光栅的每个位置处，沿不同路径行进的光波相加。由于与制造相关的误差，模拟光程差为零的波实际上经历了不同的相移，从而使该波部分相干。例如，在此类EPE光栅的设计中，一个问题涉及到由于部分非相干引起的计算挑战。即，(几乎)完全相干的波和(几乎)完全非相干的波相对容易相加，但是对相干度甚至不完全清楚的部分相干的波所进行的相加会引起问题。这些与设计和计算相关的问题最终导致了低质量的波导元件和波导显示设备。部分相干的波是受关注的，尤其是在光源本身几乎相干(激光)时。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题。

该目的通过独立权利要求中限定的本发明来实现。

根据一个方面，本发明提供了一种波导元件，该波导元件包括能够经由全内反射在两个维度上引导光线的波导，以及布置在该波导上或布置在该波导内的衍射光学元件(DOE)，其中，DOE适于允许光线沿着两个维度在波导内部传播，使得光线能够沿着具有相同几何光程长度的不同路线至少从衍射光学元件的一个第一位置传播到DOE的至少一个第二位置。所述DOE还适于使得至少对于一个波长范围，沿着不同路线传播的光线的物理光程长度的差比相干长度长，从而使光线在第二位置处非相干地相加。

本发明提供了显著的益处。最重要的是，本发明解决了至少对于波导中的某些波长和传播路线的部分相干问题，因此减轻了与相干相关的计算问题和实际光学质量问题。

从属权利要求涉及本发明的所选择的实施方式。

接下来，参考随附附图更详细地讨论本发明的实施方式及其优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的具有DOE的二维波导元件的俯视图。

图2示出了波导元件的示意性剖面图。

图3示出了作为波数的函数的相位图及其线性近似值。

图4A和4B分别示出了大周期光栅的单个周期的微结构的侧视图和俯视图

具体实施方式

定义

“相位函数(Phase function)”表示作为在关注的波长(波数)范围内的波数的函数的相位分布。

“几何光程长度(Geometrical optical path length)”在本文中被定义为在波导中行进的距离乘以所研究波长的波导材料的折射率的实部。