[發明專利]一種大視場角的光學擴瞳裝置、顯示裝置及方法

有效

• 申請號: 202110006780.0
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112817153B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 塔帕尼·卡列沃·利沃拉;蔣厚強;朱以勝
• 申請（專利權）人: 深圳市光舟半導體技術有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00
• 代理公司: 深圳市精英專利事務所 44242
• 代理人: 武志峰

1.一種光學擴瞳裝置（EPE1），包含波導板（SUB1），該波導板又包含：

-入瞳單元（DOE1），通過衍射輸入光（IN1）形成第一傳導光（B1a）和第二傳導光（B1b），

-第一擴瞳單元（DOE2a），通過衍射第一傳導光（B1a）形成第三傳導光（B2a），

-第二擴瞳單元（DOE2b），通過衍射第二傳導光（B1b）形成第四傳導光（B2b），以及

-通過衍射第三傳導光（B2a）形成第一輸出光（OB3a），并通過衍射第四傳導光（B2b）形成第二輸出光（OB3b）的出瞳單元（DOE3），

其中，所述出瞳單元（DOE3）被設置為通過將第一輸出光（OB3a）與第二輸出光（OB3b）組合而形成組合輸出光（OUT1），

其中，所述入瞳單元（DOE1）具有用于形成所述第一傳導光（B1a）的第一光柵周期（d_1a），并且所述入瞳單元（DOE1）具有用于形成所述第二傳導光（B1b）的不同的第二光柵周期（d_1b）；

所述第一擴瞳單元（DOE2a）具有用于形成所述第三傳導光（B2a）的第三光柵周期（d_2a），所述第二擴瞳單元（DOE2b）具有用于形成第四傳導光（B2b）的第四光柵周期（d_2b），其中第三光柵周期（d_2a）不同于第四光柵周期（d_2b）；

所述輸入光（IN1）對應于輸入圖像（IMG0），并且所述輸入圖像（IMG0）的寬度大于預定限制（LIM1），所述入瞳單元（DOE1）被設置為提供：

-對應于輸入圖像（IMG0）的第一角落點（P1）的紅光（B1a_P1,R），

其中，選擇各單元（DOE1，DOE2a，DOE2b，DOE3）的光柵矢量（m_1aV_1a，m_2aV_2a，m_3aV_3a，m_1bV_1b，m_2bV_2b，m_3bV_3b），以便：

-第一角落點（P1）的紅光通過第二擴瞳單元（DOE2b）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3），

-第一角落點（P1）的紅光未通過第一擴瞳單元（DOE2a）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3）；

或者，所述輸入光（IN1）對應于輸入圖像（IMG0），并且所述輸入圖像（IMG0）的寬度大于預定限制（LIM1），所述入瞳單元（DOE1）被設置為提供：

-對應于輸入圖像（IMG0）的第一角落點（P1）的紅光（B1a_P1,R），

-對應于輸入圖像（IMG0）的第二角落點（P2）的藍光（B1b_P2,B），

其中，選擇各單元（DOE1，DOE2a，DOE2b，DOE3）的光柵矢量(m_1aV_1a，m_2aV_2a，m_3aV_3a，m_1bV_1b，m_2bV_2b，m_3bV_3b），以便：

-第一角落點（P1）的紅光通過第二擴瞳單元（DOE2b）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3），

-第一角落點（P1）的紅光未通過第一擴瞳單元（DOE2a）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3），

-第二角落點（P2）的藍光通過第一擴瞳單元（DOE2a）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3），并且

-第二角落點（P2）的藍光未通過第二擴瞳單元（DOE2b）從入瞳單元（DOE1）導向出瞳單元（DOE3）；

入瞳單元（DOE1）的光柵矢量（V_1a，V_1b）的方向之間的夾角為60°至120°；

出瞳單元（DOE3）的第一光柵周期（d_3a）不同于出瞳單元（DOE3）的第二光柵周期（d_3b），以針對第一顏色優化第一路徑，并且針對第二不同顏色優化第二路徑；

光柵矢量的光柵周期（d）和方向（β）滿足矢量和m_1aV_1a + m_2aV_2a + m_3aV_3a為零的條件，其中m_1a，m_2a，m_3a為預定整數，V_1a表示入瞳單元（DOE1）的光柵矢量，V_2a表示第一擴瞳單元（DOE2a）的光柵矢量，V_3a表示出瞳單元（DOE3）的光柵矢量；

波導板（SUB1）包含一個或多個光學隔離單元（ISO1），以防止第一擴瞳單元（DOE2a）和第二擴瞳單元（DOE2b）之間的直接光學耦合，光學隔離單元（ISO1）通過在波導板的表面上沉積吸收材料，和/或通過將吸收材料添加到波導板的區域中，和/或通過在波導板中形成一個或多個開口來實現；

第一擴瞳單元（DOE2a）被設置為，將第三傳導光（B2a）分配到出瞳單元（DOE3）的第一出瞳區域（REG3a），第一出瞳區域（REG3a）將第三傳導光（B2a）從波導板（SUB1）中衍射出去；第二擴瞳單元（DOE2b）被設置為，將第四傳導光（B2b）分配到出瞳單元（DOE3）的第二出瞳區域（REG3b），第二出瞳區域（REG3b）將第四傳導光（B2b）從波導板（SUB1）中衍射出去；

第一出瞳區域（REG3a）與第二出瞳區域（REG3b）重疊，第一出瞳區域（REG3a）和第二出瞳區域（REG3b）的公共重疊區域（COM1）將第三傳導光（B2a）和第四傳導光（B2b）從波導板（SUB1）中衍射出去，公共重疊區域（COM1）的面積大于出瞳單元（DOE3）的單側面積的50％；

波導板（SUB1）具有厚度tSUB1，波導板包含平面波導核心部分，波導板（SUB1）包含一個或多個覆層，一個或多個保護層和/或一個或多個機械支撐層，厚度tSUB1指波導板（SUB1）的平面波導核心部分的厚度；

輸出光（OUT1）包含多個輸出光束，每個輸出光束形成虛擬圖像（VIMG1）的不同像點（P0'，P1'）；

波導板（SUB1）具有第一主表面（SRF1）和第二主表面（SRF2），第一主表面（SRF1），第二主表面（SRF2）與參考方向SX和SY限定的平面基本平行；

入瞳單元（DOE1），第一擴瞳單元（DOE2a），第二擴瞳單元（DOE2b），出瞳單元（DOE3）分別包含一個或多個衍射光柵，以如上所述衍射光；

入瞳單元（DOE1）通過交叉光柵或兩個線性光柵來實現，入瞳單元（DOE1）的第一區域包含第一衍射特征（F1a），同時入瞳單元（DOE1）的第二區域包含第二衍射特征（F1b）；具有第一衍射特征（F1a）的第一線性光柵被設置在波導板（SUB1）的第一主表面（SRF1）上，并且具有第二衍射特征（F1b）的第二線性光柵被設置在波導板（SUB1）的第二主表面（SRF2）上，所述衍射特征是微小的脊或微小的突起；

出瞳單元（DOE3）具有第一光柵矢量（V3a），以將擴展的第三傳導光（B2a）耦合出波導板（SUB1），出瞳單元（DOE3）具有第二光柵矢量（V3b），以將擴展的第四傳導光（B2b）耦合出波導板（SUB1）；出瞳單元（DOE3）具有第三衍射特征（F3a），以提供具有出瞳單元（DOE3）的第一光柵周期（d3a）和相對于參考方向SX的第一方向（β3a）的第一光柵；出瞳單元（DOE3）具有第四衍射特征（F3b），以提供具有出瞳單元（DOE3）的第二光柵周期（d3b）和相對于參考方向SX的第二方向（β3b）的第二光柵；出瞳單元（DOE3）通過交叉光柵或兩個線性光柵來實現，具有第三衍射特征（F3a）的第一線性光柵（G3a）在波導板（SUB1）的第一主表面（SRF1）上實現，并且具有第四衍射特征（F3b）的第二線性光柵（G3b）在波導板（SUB1）的第二主表面（SRF2）上實現。