CN114460745B - 波导装置及光学引擎 - Google Patents

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Abstract

一种波导装置包含第一绕射元件、第二绕射元件、第三绕射元件以及波导元件。第一绕射元件具有第一光栅。第一光栅配置使一波长的光绕射而以第一绕射角传播。第二绕射元件具有第二光栅。第二光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。第三绕射元件具有第三光栅以及第四光栅。第三光栅配置使该波长的光绕射而以第一绕射角传播。第四光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。波导元件配置以导引光由第一绕射元件与第二绕射元件传播至第三绕射元件。藉此，光学引擎所输出的光的强度可以提高至少50％。

Description

波导装置及光学引擎
技术领域
本公开是有关于一种波导装置以及光学引擎。
背景技术
各种类型的计算、娱乐及/或移动装置可以用透明或半透明显示器来实现，且装置的使用者可以藉由该显示器查看周围的环境。此类装置(可以称为透视、混合现实显示装置系统或增强现实(AR)系统)让使用者能够藉由装置的透明或半透明显示器来查看周围的环境，还可以看到虚拟物件的影像(例如，文本、图形、视频等)，这些影像被生成以显示为周围环境的一部分及/或覆盖在周围环境中。这些可以实现为(但不限于)头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示装置的装置，通常利用光波导将影像复制到装置的使用者可以在增强现实环境中将影像作为虚拟影像查看的位置。由于这仍是新兴技术，因此使用波导向使用者显示虚拟物件的影像存在一定的挑战。
如今，已经有许多附有绕射/全像元件的习知波导被使用。然而，这种架构有光损失的缺点。当第一绕射/全像元件使入射光发生绕射或反射时，零级或共轭透射光将直接从第一绕射/全像元件出射，其强度约为原始强度的40％或更高。因此，光损失会导致人眼接收到较少的光强度，并容易产生额外的鬼影(ghost)/杂散光(stray light)。
因此，如何提出一种可解决上述问题的波导装置，是目前业界亟欲投入研发资源解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本公开的一目的在于提出一种可有解决上述问题的波导装置。
为了达到上述目的，依据本公开的一实施方式，一种波导装置包含第一绕射元件、第二绕射元件、第三绕射元件以及波导元件。第一绕射元件具有第一光栅。第一光栅配置使一波长的光绕射而以第一绕射角传播。第二绕射元件具有第二光栅。第二光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。第三绕射元件具有第三光栅以及第四光栅。第三光栅配置使该波长的光绕射而以第一绕射角传播。第四光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。波导元件配置以导引光由第一绕射元件与第二绕射元件传播至第三绕射元件。
于本公开的一或多个实施方式中，第三光栅与第四光栅在单一介质中。
于本公开的一或多个实施方式中，第三光栅与第四光栅相交。
于本公开的一或多个实施方式中，第三绕射元件与第一绕射元件及第二绕射元件中之一在波导元件的同一侧。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件与第二绕射元件分别在波导元件的相反侧。
于本公开的一或多个实施方式中，波导元件具有相对的第一表面以及第二表面。第一绕射元件与第二绕射元件分别在第一表面与第二表面上，且在垂直于第一表面与第二表面中之一的方向上相互对齐。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件与第二绕射元件中之一者为透射式绕射元件。第一绕射元件与第二绕射元件中之另一者为反射式绕射元件。
于本公开的一或多个实施方式中，波导元件的折射率大于第一绕射元件与第二绕射元件的折射率。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件、第二绕射元件与第三绕射元件彼此间隔开。
为了达到上述目的，依据本公开的一实施方式，一种光学引擎包含投影机、第一绕射元件、第二绕射元件、第三绕射元件以及波导元件。投影机配置以投射一波长的光。第一绕射元件具有第一光栅。第一光栅配置使该波长的光绕射而以第一绕射角传播。第二绕射元件具有第二光栅。第二光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。第三绕射元件具有第三光栅以及第四光栅。第三光栅配置使该波长的光绕射而以第一绕射角传播。第四光栅配置使该波长的光绕射而以第二绕射角传播。波导元件配置以导引光由第一绕射元件与第二绕射元件传播至第三绕射元件。
于本公开的一或多个实施方式中，第三光栅与第四光栅在单一介质中。
于本公开的一或多个实施方式中，第三光栅与第四光栅相交。
于本公开的一或多个实施方式中，第三绕射元件与第一绕射元件及第二绕射元件中之一者在波导元件的同一侧。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件与第二绕射元件分别在波导元件的相反侧。
于本公开的一或多个实施方式中，波导元件具有相对的第一表面以及第二表面。第一绕射元件与第二绕射元件分别在第一表面与第二表面上，且在垂直于第一表面与第二表面中之一者的方向上相互对齐。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件与第二绕射元件中之一为透射式绕射元件，且第一绕射元件与第二绕射元件中的另一个为反射式绕射元件。
于本公开的一或多个实施方式中，波导元件的折射率大于第一绕射元件与第二绕射元件的折射率。
于本公开的一或多个实施方式中，第一绕射元件、第二绕射元件与第三绕射元件彼此间隔开。
于本公开的一或多个实施方式中，光学引擎进一步包含分光模组。分光模组光耦合于投影机与第一绕射元件之间。
于本公开的一或多个实施方式中，分光模组包含多个分光器。分光器沿着一维度远离投影机排列。
综上所述，于本公开的波导装置的一些实施方式中，一种回收光损失的机制被提供。具体来说，在投影机所投射的光通过第一绕射元件进入波导元件后，大部分损失的光(亦即，零级光或DC项，其为投影机所投射的光中未被第一绕射元件绕射的一部分)可以被第二绕射元件反射回波导元件，并可以进一步被第三绕射元件有效地绕射。因此，光学引擎所输出的光的强度可以提高至少50％。
以上所述仅系用以阐述本公开所欲解决的问题、解决问题的技术手段、及其产生的功效等等，本公开的具体细节将在下文的实施方式及相关附图中详细介绍。
附图说明
为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图的说明如下：
图1示出了根据本发明一些实施方式之光学引擎的示意图。
图2示出了根据本发明一些实施方式之波导装置以及分光模组的示意图。
图3示出了图2中的波导装置的局部示意图。
图4示出了根据本发明一些实施方式的第一绕射元件的示意图。
图5示出了根据本发明一些实施方式的第二绕射元件的示意图。
图6示出了根据本发明一些实施方式的第三绕射元件的示意图。
图7示出了用以制造绕射元件的光学曝光系统的示意图。
图8示出了用以制造绕射元件的另一光学曝光系统的示意图。
图9示出了用以制造绕射元件的另一光学曝光系统的示意图。
附图标号说明：
100:光学引擎
110:投影机
120:波导装置
121a:第一绕射元件
121a1:第一光栅
121b:第二绕射元件
121b1:第二光栅
121c:第三绕射元件
121c1:第三光栅
121c2:第四光栅
122:波导元件
122a:第一表面
122b:第二表面
130:分光模组
131:分光器
900,900A,900B:光学曝光系统
910a,910b,910c:光源
920a,920b,920c,920d:镜子
930a,930b:半波板
940:偏光分光器
950a,950b:空间滤波器
960a,960b:透镜
970:棱镜
980:光学元件
990:波导
B:蓝光
G:绿光
R:红光
P:感光高分子聚合物
L1,L1',L1”,L2:光
Ld1,Ld2:绕射光
LQ:折射率匹配液
θ1:第一绕射角
θ2:第二绕射角
具体实施方式
以下将以图式公开本公开的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本公开。也就是说，在本公开部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式示出。
请参照图1。图1示出了根据本发明一些实施方式之光学引擎100的示意图。如图1所示，光学引擎100可被使用于增强现实装置(图未示)中，此增强现实装置可以实现为(但不限于)头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示装置的装置。光学引擎100包含投影机110以及波导装置120。波导装置120包含第一绕射元件121a、第二绕射元件121b、第三绕射元件121c以及波导元件122。第一绕射元件121a、第二绕射元件121b与第三绕射元件121c附接至波导元件122。第一绕射元件121a作为光输入的导光元件。第三绕射元件121c作为光输出的导光元件。换言之，由投影机110所投影的光可被输入至第一绕射元件121a以及由第三绕射元件121c输出而抵达使用者的眼睛(亦即，第1图中所示的瞳孔)，且波导元件122配置以基于全内反射原理导引光由第一绕射元件121a与第二绕射元件121b传播至第三绕射元件121c。
如图1所示，光学引擎100进一步包含分光模组130。分光模组130系光耦合于投影机110与第一绕射元件121a之间。亦即，投影机110所投射的光依序经由分光模组130与第一绕射元件121a进入波导元件122。分光模组130系配置以将投影机110所投射之影像在一维度中扩展，从而进一步增加输出于波导装置120外之影像的视角。此外，藉由使用分光模组130，投影机110的光出口可被设计成小光圈，以避免光学引擎100的整体体积太大。于一些实施方式中，分光模组130包含多个分光器131。分光器131沿着前述维度远离投影机110排列。换言之，每一分光器131系光耦合于投影机110与第一绕射元件121a的一部分之间。
于一些实施方式中，投影机110可以是远心系统或非远心系统。于一些实施方式中，投影机110可包含DLP(Digital Light Processing)模组或LCOS(Liquid Crystal onSilicon)模组。
如图2与图3所示，于一些实施方式中，投影机110所投射之光L1可以为红光、绿光或蓝光，但本发明并不以此为限。于一些实施方式中，红光的波段系从约622nm至约642nm，但本发明并不以此为限。于一些实施方式中，绿光的波段系从约522nm至约542nm，但本发明并不以此为限。于一些实施方式中，蓝光的波段系从约455nm至约475nm，但本发明并不以此为限。于一些实施方式中，投影机110采用发光二极体以投影红光、绿光以及蓝光。于实际应用中，投影机110可采用镭射二极管以较小的波段投射红光、绿光以及蓝光。
请参照图2至图6。图2示出了根据本发明一些实施方式之波导装置120以及分光模组130的示意图。图3示出了图2中的波导装置120的局部示意图。图4示出了根据本发明一些实施方式的第一绕射元件121a的示意图。图5示出了根据本发明一些实施方式的第二绕射元件121b的示意图。图6示出了根据本发明一些实施方式的第三绕射元件121c的示意图。
如图2至图6所示，第一绕射元件121a具有第一光栅121a1。第一光栅121a1配置使一波长的光绕射而以第一绕射角θ1传播。举例来说，该波长可以是红光的波段内的632nm，绿光的波段内的532nm，或者蓝光的波段内的465nm。第二绕射元件121b具有第二光栅121b1。第二光栅121b1配置使该波长的光绕射而以第二绕射角θ2传播。第三绕射元件121c具有第三光栅121c1以及第四光栅121c2。第三光栅121c1配置使该波长的光绕射而以第一绕射角θ1传播。第四光栅121c2配置使该波长的光绕射而以第二绕射角θ2传播。波导元件122配置以导引光由第一绕射元件121a与第二绕射元件121b传播至第三绕射元件121c。
如图2所示，于本实施方式中，第三绕射元件121c与第二绕射元件121b在波导元件122的同一侧。第一绕射元件121a与第二绕射元件121b分别在波导元件122的相反侧。第一绕射元件121a、第二绕射元件121b与第三绕射元件121c彼此间隔开。具体来说，波导元件122呈长方体形状，并具有相对的第一表面122a以及第二表面122b。亦即，波导元件122的第一表面122a与第二表面122b彼此平行。第一绕射元件121a与第二绕射元件121b分别在第一表面122a与第二表面122b上，且在垂直于第一表面122a与第二表面122b中之一的方向上相互对齐。此外，第一绕射元件121a为透射式绕射元件，且第二绕射元件121b与第三绕射元件121c为反射式绕射元件。
在前述结构及光学配置下，当投影机110所投射的光L1入射到第一绕射元件121a时，光L1的一部分被第一绕射元件121a绕射并透射过第一绕射元件121a而成为绕射光Ld1，且绕射光Ld1在波导元件122中以第一绕射角θ1传播。当光L1未被第一绕射元件121a绕射的其余部分(即光L1')传播以通过波导元件122入射到第二绕射元件121b上时，光L1'的一部分被第二绕射元件121b绕射和反射而成为绕射光Ld2，且绕射光Ld2在波导元件122中以第二绕射角θ2传播。光L1'未被第二绕射元件121b绕射的其余部分(即光L1”)透射过第二绕射元件121b。由于第二绕射角θ2与第一绕射角θ1不同，绕射光Ld1不会进入第二绕射元件121b而造成串扰，而绕射光Ld2不会进入第一绕射元件121a而造成串扰。绕射光Ld1和绕射光Ld2将根据全内反射原理在波导元件122中传播，然后被第三绕射元件121c绕射而输出为光L2。换句话说，第二绕射元件121b作为第一绕射元件121a的补偿器。
藉此，光L1'的大部分可以被第二绕射元件121b反射回波导元件122，并且可以被第三绕射元件121c进一步有效地绕射。也就是说，光L1”相对于光L1来说非常小。因此，光学引擎100所输出的光L2的强度可增加至少50％。
于其他一些实施方式中，第三绕射元件121c可以是透射式绕射元件，并且附接至波导元件122的第一表面122a。
于一些实施方式中，第三光栅121c1与第四光栅121c2叠合在一起。于一些实施方式中，第三光栅121c1与第四光栅121c2在单一介质中。于一些实施方式中，第三光栅121c1与第四光栅121c2相交。如此，第三绕射元件121c可具有小尺寸。
请参照图7，其示出了用以制造绕射元件的光学曝光系统900的示意图。如图7所示，光学曝光系统900包含三个光源910a、910b、910c配置以分别发射红光R、绿光G以及蓝光B。光学曝光系统900进一步包含四个镜子920a、920b、920c、920d、两个半波板930a、930b、偏光分光器940、两个空间滤波器950a、950b、两个透镜960a、960b以及棱镜970。感光高分子聚合物P附着于棱镜970的一侧。光学曝光系统900配置以从感光高分子聚合物P的相对两侧以两光束(由红光R、绿光G以及蓝光B所整合)以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P的一部位。感光高分子聚合物P包含单体(monomer)、聚合体(polymer)、光启始剂(photo-initiator)以及黏结剂(binder)。当感光高分子聚合物P经受曝光制程时，光启始剂接受光子以产生自由基，使得单体开始聚合(photopolymerization)。藉由使用全像干涉条纹的曝光方法，未被光照射的单体(亦即，在暗区)扩散至光照射区(亦即，亮区)移动并且聚合，进而造成聚合体不均匀的浓度梯度。最后，再经定影(fixing)后，各具有交错排列之连续亮暗条纹的相位光栅即可完成，且感光高分子聚合物P被转换成全像光学元件。
请参照图8，其示出了用以制造绕射元件的另一光学曝光系统900A的示意图。与图7所示的光学曝光系统900相比，图8所示的光学曝光系统900A进一步包含光学元件980、波导990以及折射率匹配液LQ。波导990位于光学元件980和棱镜970之间。感光高分子聚合物P连接到波导990。折射率匹配液LQ一部分夹设且光学耦合在光学元件980与波导990远离感光高分子聚合物P的一侧之间。折射率匹配液LQ的另一部分夹设且光学耦合在棱镜970和感光高分子聚合物P远离波导990的一侧之间。棱镜970、光学元件980和折射率匹配液LQ具有相同的折射率。如此一来，光学曝光系统900A便可以调整具有更多入射角的光，从而可以允许更多波长进行多工。
于一些实施方式中，光学元件980与波导990中的至少一个的材料包含玻璃或塑料，但本公开并不以此为限。在一些实施方式中，光学元件980为立方体，但本公开不限于此。于实际应用中，光学元件980可为棱镜、长方体或梯形。
影参照图9，其示出了用以制造绕射元件的另一光学曝光系统900B的示意图。与图8所示的光学曝光系统900A相比，波导990和折射率匹配液LQ夹设在棱镜970与感光高分子聚合物P之间的部分被省略。取而代之的是，感光高分子聚合物P连接到棱镜970，且折射率匹配液LQ夹在且光学耦合在光学元件980与感光高分子聚合物P之间，并具有与光学元件980相同的折射率。如此一来，光学曝光系统900B亦可以调整具有更多入射角的光，从而可以允许更多波长进行多工。
于一些实施方式中，图9中的感光高分子聚合物P可附接至光学元件980，且折射率匹配液LQ夹设且光学耦合在棱镜970与感光高分子聚合物P之间，并具有与棱镜970相同的折射率。
于一些实施方式中，第一光栅121a1、第二光栅121b1、第三光栅121c1与第四光栅121c2中的至少一者可为薄全像光栅。于一些实施方式中，第一光栅121a1、第二光栅121b1、第三光栅121c1与第四光栅121c2中的至少一者可为体积全像光栅。值得注意的是，根据布拉格定律，由体积全像光栅绕射的光可以一特定绕射角传播。
于一些实施方式中，根据不同的制造方法，一体积全像光栅可形成透射式全像光栅或反射式全像光栅。具体来说，如图7所示，藉由从感光高分子聚合物P的相对两侧以两光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P，全像光学元件可被制造成反射式全像元件(例如，第二光栅121b1、第三光栅121c1与第四光栅121c2中的至少一者可为反射式全像光栅)。于一些实施方式中，藉由从感光高分子聚合物P的同一侧以两光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P(第7图所示的光学曝光系统900的光路需要修改)，全像光学元件可被制造成透射式全像元件(例如，第一光栅121a1可为透射式全像光栅)。
于一些实施方式中，第一光栅121a1、第二光栅121b1、第三光栅121c1与第四光栅121c2中的至少一者可为表面浮雕光栅(surface relief grating)。
于一些实施方式中，第一绕射元件121a还可以具有除第一光栅121a1之外的额外光栅，用于绕射其他波长的光。在一些实施方式中，第二绕射元件121b还可以具有除第二光栅121b1之外的额外光栅，用于绕射其他波长的光。在一些实施例中，除了第三光栅121c1与第四光栅121c2之外，第三绕射元件121c还可以具有额外的光栅，用于绕射其他波长的光。
于一些实施方式中，波导元件122的折射率大于第一绕射元件121a与第二绕射元件121b的折射率。如此，绕射光Ld1和绕射光Ld2可以基于全内反射原理在波导元件122中传播。举例来说，波导元件122可以由具有从大约1.4到大约2.2的折射率的材料制成。在一些实施方式中，波导元件122的材料可以包含玻璃、塑料或透明聚合物。
由以上对于本公开的具体实施方式的详述，可以明显地看出，于本公开的波导装置的一些实施方式中，一种回收光损失的机制被提供。具体来说，在投影机所投射的光通过第一绕射元件进入波导元件后，大部分损失的光(亦即，零级光或DC项，其为投影机所投射的光中未被第一绕射元件绕射的一部分)可以被第二绕射元件反射回波导元件，并可以进一步被第三绕射元件有效地绕射。因此，光学引擎所输出的光的强度可以提高至少50％。
虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并不用以限定本公开，任何相关领域中的一般技术人员，在不脱离本公开的精神和范围内，当可作各种的替代与改良，因此本公开的保护范围由所附权利要求范围确定。

Claims (18)

1.一种波导装置，其特征在于，包含：
一第一绕射元件，具有一第一光栅；
一第二绕射元件，具有一第二光栅；
一第三绕射元件，具有一第三光栅以及一第四光栅；以及
一波导元件，其中该第一绕射元件、该第二绕射元件与该第三绕射元件附接至该波导元件，
其中该第一绕射元件为透射式绕射元件，其中当一波长的光入射到该第一绕射元件时，该光的一部分被该第一光栅绕射并透射过该第一绕射元件而成为以一第一绕射角传播在该波导元件中的一第一绕射光，
其中该第二绕射元件为反射式绕射元件，其中该光未被该第一光栅绕射的其余部分传播以通过该波导元件入射到该第二绕射元件上，该其余部分的一部分被该第二光栅绕射和反射而成为以一第二绕射角传播在该波导元件中的一第二绕射光，且该第二绕射角不同于该第一绕射角，
其中该第三光栅配置以绕射并输出以该第一绕射角传播在该波导元件中的该第一绕射光，且该第四光栅配置以绕射并输出以该第二绕射角传播在该波导元件中的该第二绕射光。
2.根据权利要求1所述的波导装置，其中该第三光栅与该第四光栅在一单一介质中。
3.根据权利要求1所述的波导装置，其中该第三光栅与该第四光栅相交。
4.根据权利要求1所述的波导装置，其中该第三绕射元件与该第一绕射元件及该第二绕射元件中之一在该波导元件的同一侧。
5.根据权利要求1所述的波导装置，其中该第一绕射元件与该第二绕射元件分别在该波导元件的相反侧。
6.根据权利要求1所述的波导装置，其中该波导元件具有相对的一第一表面以及一第二表面，该第一绕射元件与该第二绕射元件分别在该第一表面与该第二表面上，且在垂直于该第一表面与该第二表面中之一的一方向上相互对齐。
7.根据权利要求1所述的波导装置，其中该波导元件的一折射率大于该第一绕射元件与该第二绕射元件的折射率。
8.根据权利要求1所述的波导装置，其中该第一绕射元件、该第二绕射元件与该第三绕射元件彼此间隔开。
9.一种光学引擎，其特征在于，包含：
一第一绕射元件，具有一第一光栅；
一第二绕射元件，具有一第二光栅；
一第三绕射元件，具有一第三光栅以及一第四光栅；
一波导元件，其中该第一绕射元件、该第二绕射元件与该第三绕射元件附接至该波导元件；以及
一投影机，配置以投射一波长的光到该第一绕射元件，
其中该第一绕射元件为透射式绕射元件，其中该光的一部分被该第一光栅绕射并透射过该第一绕射元件而成为以一第一绕射角传播在该波导元件中的一第一绕射光，
其中该第二绕射元件为反射式绕射元件，其中该光未被该第一光栅绕射的其余部分传播以通过该波导元件入射到该第二绕射元件上，该其余部分的一部分被该第二光栅绕射和反射而成为以一第二绕射角传播在该波导元件中的一第二绕射光，且该第二绕射角不同于该第一绕射角，
其中该第三光栅配置以绕射并输出以该第一绕射角传播在该波导元件中的该第一绕射光，且该第四光栅配置以绕射并输出以该第二绕射角传播在该波导元件中的该第二绕射光。
10.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该第三光栅与该第四光栅在一单一介质中。
11.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该第三光栅与该第四光栅相交。
12.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该第三绕射元件与该第一绕射元件及该第二绕射元件中的一者在该波导元件的同一侧。
13.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该第一绕射元件与该第二绕射元件分别在该波导元件的相反侧。
14.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该波导元件具有相对的一第一表面以及一第二表面，该第一绕射元件与该第二绕射元件分别在该第一表面与该第二表面上，且在垂直于该第一表面与该第二表面中之一的一方向上相互对齐。
15.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该波导元件的一折射率大于该第一绕射元件与该第二绕射元件的折射率。
16.根据权利要求9所述的光学引擎，其中该第一绕射元件、该第二绕射元件与该第三绕射元件彼此间隔开。
17.根据权利要求9所述的光学引擎，进一步包含一分光模组，该分光模组光耦合于该投影机与该第一绕射元件之间。
18.根据权利要求17所述的光学引擎，其中该分光模组包含多个分光器，且该些分光器沿着一维度远离该投影机排列。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230384593A1 (en) * 2022-05-26 2023-11-30 Rovi Guides, Inc. Superimposed diffractive gratings for optical elements of augmented reality and virtual reality displays

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003344715A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Alps Electric Co Ltd 回折格子部材及び光送受信装置
TW200714926A (en) * 2005-09-06 2007-04-16 Hewlett Packard Development Co Light coupling system and method
CN104272198A (zh) * 2011-12-01 2015-01-07 视瑞尔技术公司 一种在光调制装置中编码全息图的方法
WO2015148087A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Google Inc. Lightguide with multiple in-coupling holograms for head wearable display
WO2018091862A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Wave Optics Ltd Optical device
CN108780224A (zh) * 2016-03-24 2018-11-09 迪吉伦斯公司 用于提供偏振选择性全息波导装置的方法和设备
CN208314330U (zh) * 2018-02-13 2019-01-01 成都理想境界科技有限公司 一种单眼大视场近眼显示光学系统及头戴式显示设备
CN110320735A (zh) * 2018-03-28 2019-10-11 宏达国际电子股份有限公司 投影装置
CN111123523A (zh) * 2020-01-17 2020-05-08 北京枭龙科技有限公司 无显示暗带的衍射波导
US20200209471A1 (en) * 2019-01-02 2020-07-02 Htc Corporation Waveguide device and optical engine
CN111630437A (zh) * 2018-02-06 2020-09-04 迪斯帕列斯有限公司 具有光栅镜的衍射显示元件
CN111886447A (zh) * 2018-01-23 2020-11-03 脸谱科技有限责任公司 用于减少波导显示器中的彩虹的倾斜表面浮雕光栅
CN113196143A (zh) * 2018-12-18 2021-07-30 三星电子株式会社 显示图像的装置和方法及其计算机程序

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011022255A (ja) * 2009-07-14 2011-02-03 Canon Inc 回折光学素子及びそれを有する光学系
JP2015011207A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 光デバイス
US9632226B2 (en) * 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
WO2018039273A1 (en) * 2016-08-22 2018-03-01 Magic Leap, Inc. Dithering methods and apparatus for wearable display device
WO2018175488A1 (en) * 2017-03-21 2018-09-27 Magic Leap, Inc. Stacked waveguides having different diffraction gratings for combined field of view
JP7280250B2 (ja) * 2017-09-21 2023-05-23 マジック リープ， インコーポレイテッド 眼および／または環境の画像を捕捉するように構成される導波管を伴う拡張現実ディスプレイ
EP3663833A3 (en) * 2018-12-05 2020-07-29 HTC Corporation Waveguide device and optical engine
US11861063B2 (en) * 2019-02-05 2024-01-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Eye-tracking device and display apparatus including the same

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003344715A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Alps Electric Co Ltd 回折格子部材及び光送受信装置
TW200714926A (en) * 2005-09-06 2007-04-16 Hewlett Packard Development Co Light coupling system and method
CN104272198A (zh) * 2011-12-01 2015-01-07 视瑞尔技术公司 一种在光调制装置中编码全息图的方法
WO2015148087A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Google Inc. Lightguide with multiple in-coupling holograms for head wearable display
CN106133569A (zh) * 2014-03-28 2016-11-16 谷歌公司 用于头可穿戴式显示器的具有多个内耦合全息图的光波导
CN108780224A (zh) * 2016-03-24 2018-11-09 迪吉伦斯公司 用于提供偏振选择性全息波导装置的方法和设备
WO2018091862A1 (en) * 2016-11-18 2018-05-24 Wave Optics Ltd Optical device
CN111886447A (zh) * 2018-01-23 2020-11-03 脸谱科技有限责任公司 用于减少波导显示器中的彩虹的倾斜表面浮雕光栅
CN111630437A (zh) * 2018-02-06 2020-09-04 迪斯帕列斯有限公司 具有光栅镜的衍射显示元件
CN208314330U (zh) * 2018-02-13 2019-01-01 成都理想境界科技有限公司 一种单眼大视场近眼显示光学系统及头戴式显示设备
CN110320735A (zh) * 2018-03-28 2019-10-11 宏达国际电子股份有限公司 投影装置
CN113196143A (zh) * 2018-12-18 2021-07-30 三星电子株式会社 显示图像的装置和方法及其计算机程序
US20200209471A1 (en) * 2019-01-02 2020-07-02 Htc Corporation Waveguide device and optical engine
CN111399221A (zh) * 2019-01-02 2020-07-10 宏达国际电子股份有限公司 波导装置及光学引擎
CN111123523A (zh) * 2020-01-17 2020-05-08 北京枭龙科技有限公司 无显示暗带的衍射波导

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
全息波导显示构型设计(英文);刘玉杰;丁全心;李文强;闫占军;光子学报;20151231(第003期);全文 *
全息波导显示构型设计;刘玉杰 等;光学学报;20151231;全文 *
新型全息光栅的研制及其在波分复用器中的应用研究;隋雁;章鹤龄;胡服全;杨微;;首都师范大学学报(自然科学版);20080615(第03期);全文 *

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Publication number Publication date
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US20220146831A1 (en) 2022-05-12

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