薄波导光束重定向器和基于其的显示器制造技术

一种用于在二维(2D)中重定向光的设备，该设备包括用于提供具有第一波长处的光谱分量的光的波长可调光源。1D重定向器在第一平面中重定向光。薄波导设置在第一平面中。薄波导包括耦合到1D重定向器的平板波导部分，用于传播由1D重定向器重定向的光。平板波导部分包括波长敏感外耦合器，其以取决于第一波长的角度在第二平面中外耦合光。因此，光在二维中被重定向。在角域中提供图像的显示设备可以基于用于在二维中重定向光的设备。在二维中重定向光的设备。在二维中重定向光的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄波导光束重定向器和基于其的显示器


[0001]本公开涉及光学设备，尤其涉及显示系统和模块。

技术介绍

[0002]头戴式显示器(HMD)、头盔式显示器、近眼显示器(NED)等正越来越多地用于显示虚拟现实(VR)内容、增强现实(AR)内容、混合现实(MR)内容等。此类显示器正在包括娱乐，教育，训练和生物医学科学的各种领域中找到应用，仅举几个示例。所显示的VR/AR/MR内容可以是三维的(3D)以增强体验并将虚拟对象与用户观察到的真实对象相匹配。
[0003]为了提供更好的光学性能，显示系统和模块可以包括大量部件，诸如透镜、波导、显示面板等。因为HMD或NED的显示器通常佩戴在用户的头上，所以大的、笨重的、不平衡的和/或笨重的显示设备将是麻烦的，并且对于用户佩戴来说可能是不舒适的。需要紧凑、轻便并且高效的头戴式显示设备和模块。

技术实现思路

[0004]根据本公开，提供了一种用于在二维中重定向光的设备。该设备包括波长可调光源，用于提供包括第一波长处的光谱分量的光；耦合到该波长可调光源的1D重定向器，用于在第一平面中重定向光；第一平面中的低模式波导；以及用于将光耦合到低模式波导中的内耦合器。低模式波导包括耦合到1D重定向器的平板波导部分，用于传播由1D重定向器重定向的光。平板波导部分包括外耦合器，其被配置为以取决于第一波长的角度在第二平面中外耦合重定向光的光谱分量。第二平面不平行于第一平面。
[0005]平板波导部分可以包括例如支持不多于10个横向传播模式的单模平板波导或少模式平板波导。在一些实施例中，1D重定向器包括微机电系统(MEMS)光束扫描仪。波长可调光源可以被光学耦合到MEMS光束扫描仪，并且内耦合器可以被配置为将由MEMS光束扫描仪重定向的光耦合到平板波导部分中。在一些实施例中，低模式波导包括1D重定向器，并且内耦合器被配置为将由波长可调光源提供的光耦合到1D重定向器中。低模式波导可以包括内耦合器，并且内耦合器可以包括例如被配置为接收由波长可调光源提供的光的布拉格光栅。在一些实施例中，波长可调光源包括波长可调激光器，该波长可调激光器包括用于选择第一波长处的光谱分量的腔内波长选择元件。
[0006]在低模式波导包括1D重定向器的实施例中，1D重定向器可以包括光学相控阵。光学相控阵可以包括耦合到移相器阵列的可调马赫
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曾德尔干涉仪的二叉树。1D重定向器可以包括可调马赫
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曾德尔干涉仪的二叉树，耦合到可调马赫
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曾德尔干涉仪的二叉树的线性波导阵列，以及耦合到线性波导阵列的准直元件，用于将线性波导阵列的线性波导的横向位置转换成在线性波导阵列的线性波导中传播的光部分的光束角。
[0007]在一些实施例中，低模式波导包括在光的光路中的1D视场(FOV扩展器，其中1D FOV扩展器被配置为在多个相连的FOV部分之间切换光。1D FOV扩展器可以包括可调光束控向设备，该可调光束控向设备包括低模式波导的平板波导部分的液晶(LC)包层部分。低模
式波导可以包括在光的光路中的1D横向扩束器，并且1D横向扩束器可以被配置为增加第一平面中的光的准直部分的宽度。1D横向扩束器可以包括全息图，该全息图被配置为在沿着全息图中的光路的多个位置处反射光的准直部分，使得反射的准直部分在第一平面中比全息图上游的准直部分宽。
[0008]根据本公开，提供一种用于在角域中提供图像的设备。该设备包括：波长可调光源，用于提供包括第一波长的光谱分量的图像光；以及在第一平面中的低模式波导。低模式波导包括用于将图像光耦合到低模式波导中的内耦合器，耦合到内耦合器用于在第一平面中重定向图像光的1D成像器，以及耦合到1D成像器用于传播由1D成像器重定向的图像光的平板波导部分。平板波导部分包括外耦合器，其被配置为以取决于第一波长的角度在第二平面中外耦合重定向的图像光的光谱分量。第二平面不平行于第一平面。低模式波导可以包括例如支持例如多达10个横向传播模式的单模式波导或少模式波导。
[0009]根据本公开，还提供了一种用于在角域中提供图像的方法。该方法包括将包括第一波长处的光谱分量的图像光耦合到1D成像器；使用所述1D成像器在第一平面中重定向所述图像光；在设置在所述第一平面中的低模式平板波导中传播由所述1D成像器重定向的所述图像光；以及以取决于第一波长的角度从低模式平板波导外耦合图像光的光谱分量。
[0010]在一些实施例中，图像光在第一波长处基本上是单色的。在一些实施例中，当1D成像器重定向第一平面中的图像光时，第一波长没有被移位，由此在第一平面中重定向的图像光以相同的角度被外耦合。在第一平面中重定向图像光可以包括在第一平面中角度地扫描准直光束。在一些实施例中，图像光包括在多个波长处的多个光谱分量，该多个波长包括第一波长。在第一平面中重定向图像光可以包括在第一平面中提供亮度的角分布，由此图像光在第一平面中在多个方向上同时被重定向，并且以与图像光的多个光谱分量相对应的多个波长的多个角度从低模式平板波导被外耦合。
附图说明
[0011]现在将结合附图描述示例，其中：
[0012]图1A是用于在二维中重定向光的设备的3D视图，该设备包括低模式波导；
[0013]图1B是图1A的低模式波导的侧截面图；
[0014]图1C是示出由图1A的设备绘制图像的示意图；
[0015]图2是图1A和1B的设备的示例的系统级框图；
[0016]图3是图2的设备的近眼显示器示例的示意性正视图；
[0017]图4A是图3的近眼显示器的光子集成电路(PIC)示例的示意性正视图；
[0018]图4B和4C分别是佩戴图4A的近眼显示设备的人的侧视图和顶视图；
[0019]图5是包括腔内光谱选择元件的波长可调光源的示意性侧视图；
[0020]图6A是包括外部动态光谱选择元件的可调光谱光源的示意性侧视图；
[0021]图6B是与光谱选择元件的透射光谱叠加的光源的输出光谱，用于说明图6A的可调光谱光源的操作原理；
[0022]图6C是图6A的光源的输出光谱；
[0023]图7是用于将光耦合到波导中的自由空间光栅耦合器的侧截面图；
[0024]图8是用于将光耦合到波导中的绝热波导耦合器的侧截面图；
[0025]图9是本公开的相控阵1D成像器的示意图；
[0026]图10A是图9的相控阵列1D成像器的PIC实现的示意性顶视图；
[0027]图10B是图10A的PIC 1D成像器的马赫
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曾德尔干涉仪(MZI)阵列(MZIA)的PIC实现的示意性顶视图；
[0028]图10C是图10B的单个MZI的示意性顶视图；
[0029]图10D是图10A的PIC 1D成像器的移相器阵列(PSA)的示意性顶视图；
[0030]图10E是图10A的PIC 1D成像器的波导风扇的实现的示意性顶视图；
[0031]图11是包括蚀刻在波导中的1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在二维中重定向光的设备，所述设备包括波长可调光源，用于提供包括第一波长处的光谱分量的光；耦合到所述波长可调光源的1D重定向器，用于在第一平面中重定向所述光；所述第一平面中的低模式波导，所述低模式波导包括耦合到所述1D重定向器的平板波导部分，用于传播由所述1D重定向器重定向的所述光，所述平板波导部分包括外耦合器，所述外耦合器被配置为以取决于所述第一波长的角度在第二平面中外耦合重定向的所述光的所述光谱分量，其中所述第二平面不平行于所述第一平面；以及内耦合器，用于将所述光耦合到所述低模式波导中。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述平板波导部分包括单模平板波导。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述平板波导部分包括支持不多于10个横向传播模式的少模式平板波导。4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的设备，其中所述1D重定向器包括微机电系统(MEMS)光束扫描仪，其中所述波长可调光源被光学耦合到所述MEMS光束扫描仪，并且其中所述内耦合器被配置为将由所述MEMS光束扫描仪重定向的所述光耦合到所述平板波导部分中。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述低模式波导包括所述1D重定向器，并且其中所述内耦合器被配置为将由所述波长可调光源提供的所述光耦合到所述1D重定向器中；并且优选地，其中所述低模式波导包括所述内耦合器，其中所述内耦合器包括被配置为接收由所述波长可调光源提供的所述光的布拉格光栅。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述波长可调光源包括波长可调激光器，所述波长可调激光器包括用于选择所述第一波长处的所述光谱分量的腔内波长选择元件。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述低模式波导包括所述1D重定向器，并且其中所述1D重定向器包括光学相控阵；并且优选地，其中所述光学相控阵包括耦合到移相器阵列的可调马赫
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曾德尔干涉仪的二叉树。8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述1D重定向器包括：可调马赫
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曾德尔干涉仪的二叉树；线性波导阵列，耦合到可调马赫
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曾德尔干涉仪的所述二叉树；以及准直元件，耦合到所述线性波导阵列，用于将所述线性波导阵列的线性波导的横向位置转换为在所述线性波导阵列的所述线性波导中传播的光部分的光束角。9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述低模式波导包括在所述光的光路中的1D视场(FOV)扩展器，其中所述1D FOV扩展器被配置为在多个相邻的FOV部...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：