[发明专利]使用交叉光栅的波导光复用器

说明书

本文描述了一种二维波导光复用器，其能够有效地在二维上复用和分布光信号。二维波导光复用器的示例能够包括波导、第一衍射光栅、和第二衍射光栅，并且第二衍射光栅设置在第一衍射光栅上方并且被布置为使得第一衍射光栅的光栅方向垂直于第二衍射光栅的光栅方向。还公开了制造二维波导光复用器的方法。

本申请是申请号为201780083574.1的中国专利申请“使用交叉光栅的波导光复用器”(申请日为2017年11月16日)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月18日提交的美国临时专利申请No.62/424,293的优先权权益，其全部内容通过引用并入于此。

本申请通过引用并入以下每个专利申请的全部内容：2014年11月27日提交的美国申请No.14/555,585；2015年4月18日提交的美国申请No.14/690,401；2014年3月14日提交的美国申请No.14/212,961；2014年7月14日提交的美国申请No.14/331,218；以及2016年3月16日提交的美国申请No.15/072,290。

技术领域

本公开涉及显示系统，并且更具体地涉及光的复用。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的发展，其中，数字再现的图像或其部分以它们看起来是或可能被感知是真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而不透明于其它实际的现实世界的视觉输入；增强现实或“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的现实世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，并且通常涉及集成到自然世界中并响应于自然世界的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可能被现实世界中的对象阻挡或以其他方式被感知为与现实世界中的对象交互。

参考图1，描绘了增强现实场景1，其中，AR技术的用户看到以背景中的人、树、建筑为特征的真实世界的公园状的设置1100以及实体平台1120。除了这些项目以外，AR技术的用户也可以感知他“看到”了“虚拟内容”，诸如站在真实世界的平台1120上的机器人雕像1110，以及看起来像飞行的蜜蜂的化身的卡通式的头像角色1130，尽管这些元素1130、1110不存在于真实的世界中。由于人类的视觉感知系统是复杂的，所以开发促进虚拟图像元素在其它虚拟或现实世界图像元素中的舒适的、感觉自然的、丰富的呈现的AR技术是有挑战性的。

本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。

发明内容

根据一些实施例，本文提供了一种光学元件。在一些实施例中，光学元件包括：波导；具有光栅方向的至少一个或多个第一衍射光栅，该一个或多个第一衍射光栅设置在波导的主表面上；以及具有光栅方向的至少一个或多个第二衍射光栅，该一个或多个第二衍射光栅相对于一个或多个第一衍射光栅设置，以使得一个或多个第一衍射光栅的光栅方向垂直于一个或多个第二衍射光栅的光栅方向。

在一些实施例中，一个或多个第一衍射光栅设置在波导的底部主表面上，并且一个或多个第二衍射光栅设置在波导的顶部主表面上。在一些实施例中，一个或多个第一衍射光栅设置在波导的顶部主表面上，并且一个或多个第二衍射光栅设置在波导的顶部主表面的上方。在一些实施例中，一个或多个第二衍射光栅通过隔离层与一个或多个第一衍射光栅分离开。在一些实施例中，隔离层包括透明氧化物或聚合物材料。在一些实施例中，一个或多个第一衍射光栅和一个或多个第二衍射光栅各自包括对称衍射光栅。

在一些实施例中，一个或多个第一衍射光栅还包括具有第一衍射方向的至少一个或多个第一非对称衍射光栅和具有与第一衍射方向反平行的第二衍射方向的至少一个或多个第二非对称衍射光栅，以及该一个或多个第二衍射光栅还包括具有第三优选衍射方向的至少一个或多个第三非对称衍射光栅和具有与第三衍射方向反平行的第四衍射方向的至少一个或多个第四非对称衍射光栅。