TWI831075B - 波導裝置及光學引擎 - Google Patents

波導裝置及光學引擎 Download PDF

Info

Publication number
TWI831075B
TWI831075B TW110141489A TW110141489A TWI831075B TW I831075 B TWI831075 B TW I831075B TW 110141489 A TW110141489 A TW 110141489A TW 110141489 A TW110141489 A TW 110141489A TW I831075 B TWI831075 B TW I831075B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
grating
diffraction
diffraction element
light
wavelength
Prior art date
Application number
TW110141489A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202219592A (zh
Inventor
鄧清龍
Original Assignee
宏達國際電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 宏達國際電子股份有限公司 filed Critical 宏達國際電子股份有限公司
Publication of TW202219592A publication Critical patent/TW202219592A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI831075B publication Critical patent/TWI831075B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0016—Grooves, prisms, gratings, scattering particles or rough surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G02B2027/0174—Head mounted characterised by optical features holographic

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

一種波導裝置包含第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。第一繞射元件具有第一光柵。第一光柵配置使一波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第二繞射元件具有第二光柵。第二光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。第三繞射元件具有第三光柵以及第四光柵。第三光柵配置使該波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第四光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。波導元件配置以導引光由第一繞射元件與第二繞射元件傳播至第三繞射元件。

Description

波導裝置及光學引擎
本揭露是有關於一種波導裝置以及光學引擎。
各種類型的計算、娛樂及/或移動裝置可以用透明或半透明顯示器來實現，且裝置的使用者可以藉由該顯示器查看周圍的環境。此類裝置（可以稱為透視、混合現實顯示裝置系統或擴增實境(AR)系統）讓使用者能夠藉由裝置的透明或半透明顯示器來查看周圍的環境，還可以看到虛擬物件的影像（例如，文本、圖形、視頻等），這些影像被生成以顯示為周圍環境的一部分及/或覆蓋在周圍環境中。這些可以實現為（但不限於）頭戴式顯示器(HMD)眼鏡或其他可穿戴顯示裝置的裝置，通常利用光波導將影像複製到裝置的使用者可以在擴增實境環境中將影像作為虛擬影像查看的位置。由於這仍是新興技術，因此使用波導向使用者顯示虛擬物件的影像存在一定的挑戰。
如今，已經有許多附有繞射/全像元件的習知波導被使用。然而，這種架構有光損失的缺點。當第一繞射/全像元件使入射光發生繞射或反射時，零級或共軛透射光將直接從第一繞射/全像元件出射，其強度約為原始強度的40%或更高。因此，光損失會導致人眼接收到較少的光強度，並容易產生額外的鬼影(ghost)/雜散光(stray light)。
因此，如何提出一種可解決上述問題的波導裝置，是目前業界亟欲投入研發資源解決的問題之一。
有鑑於此，本揭露之一目的在於提出一種可有解決上述問題的波導裝置。
為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種波導裝置包含第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。第一繞射元件具有第一光柵。第一光柵配置使一波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第二繞射元件具有第二光柵。第二光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。第三繞射元件具有第三光柵以及第四光柵。第三光柵配置使該波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第四光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。波導元件配置以導引光由第一繞射元件與第二繞射元件傳播至第三繞射元件。
於本揭露的一或多個實施方式中，第三光柵與第四光柵在單一介質中。
於本揭露的一或多個實施方式中，第三光柵與第四光柵相交。
於本揭露的一或多個實施方式中，第三繞射元件與第一繞射元件及第二繞射元件中之一者在波導元件的同一側。
於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件分別在波導元件的相反側。
於本揭露的一或多個實施方式中，波導元件具有相對的第一表面以及第二表面。第一繞射元件與第二繞射元件分別在第一表面與第二表面上，且在垂直於第一表面與第二表面中之一者的方向上相互對齊。
於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件與第二繞射元件中之一者為透射式繞射元件。第一繞射元件與第二繞射元件中之另一者為反射式繞射元件。
於本揭露的一或多個實施方式中，波導元件的折射率大於第一繞射元件與第二繞射元件的折射率。
於本揭露的一或多個實施方式中，第一繞射元件、第二繞射元件與第三繞射元件彼此間隔開。
為了達到上述目的，依據本揭露之一實施方式，一種光學引擎包含投影機、第一繞射元件、第二繞射元件、第三繞射元件以及波導元件。投影機配置以投射一波長之光。第一繞射元件具有第一光柵。第一光柵配置使該波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第二繞射元件具有第二光柵。第二光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。第三繞射元件具有第三光柵以及第四光柵。第三光柵配置使該波長之光繞射而以第一繞射角傳播。第四光柵配置使該波長之光繞射而以第二繞射角傳播。波導元件配置以導引光由第一繞射元件與第二繞射元件傳播至第三繞射元件。
於本揭露的一或多個實施方式中，光學引擎進一步包含分光模組。分光模組光耦合於投影機與第一繞射元件之間。
於本揭露的一或多個實施方式中，分光模組包含複數個分光器。分光器沿著一維度遠離投影機排列。
綜上所述，於本揭露的波導裝置的一些實施方式中，一種回收光損失的機制被提供。具體來說，在投影機所投射的光通過第一繞射元件進入波導元件後，大部分損失的光（亦即，零級光或DC項，其為投影機所投射的光中未被第一繞射元件繞射的一部分）可以被第二繞射元件反射回波導元件，並可以進一步被第三繞射元件有效地繞射。因此，光學引擎所輸出的光的強度可以提高至少50%。
以上所述僅係用以闡述本揭露所欲解決的問題、解決問題的技術手段、及其產生的功效等等，本揭露之具體細節將在下文的實施方式及相關圖式中詳細介紹。
以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭露。也就是說，在本揭露部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
請參照第1圖。第1圖為繪示根據本發明一些實施方式之光學引擎100的示意圖。如第1圖所示，光學引擎100可被使用於擴增實境裝置（圖未示）中，此擴增實境裝置可以實現為（但不限於）頭戴式顯示器(HMD)眼鏡或其他可穿戴顯示裝置的裝置。光學引擎100包含投影機110以及波導裝置120。波導裝置120包含第一繞射元件121a、第二繞射元件121b、第三繞射元件121c以及波導元件122。第一繞射元件121a、第二繞射元件121b與第三繞射元件121c附接至波導元件122。第一繞射元件121a作為光輸入的導光元件。第三繞射元件121c作為光輸出的導光元件。換言之，由投影機110所投影的光可被輸入至第一繞射元件121a以及由第三繞射元件121c輸出而抵達使用者的眼睛（亦即，第1圖中所示的瞳孔），且波導元件122配置以基於全內反射原理導引光由第一繞射元件121a與第二繞射元件121b傳播至第三繞射元件121c。
如第1圖所示，光學引擎100進一步包含分光模組130。分光模組130係光耦合於投影機110與第一繞射元件121a之間。亦即，投影機110所投射之光依序經由分光模組130與第一繞射元件121a進入波導元件122。分光模組130係配置以將投影機110所投射之影像在一維度中擴展，從而進一步增加輸出於波導裝置120外之影像的視角。此外，藉由使用分光模組130，投影機110的光出口可被設計成小光圈，以避免光學引擎100的整體體積太大。於一些實施方式中，分光模組130包含複數個分光器131。分光器131沿著前述維度遠離投影機110排列。換言之，每一分光器131係光耦合於投影機110與第一繞射元件121a的一部分之間。
於一些實施方式中，投影機110可以是遠心系統或非遠心系統。於一些實施方式中，投影機110可包含DLP (Digital Light Processing)模組或LCOS (Liquid Crystal on Silicon)模組。
如第2圖與第3圖所示，於一些實施方式中，投影機110所投射之光L1可以為紅光、綠光或藍光，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，紅光的波段係從約622 nm至約642 nm，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，綠光的波段係從約522 nm至約542 nm，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，藍光的波段係從約455 nm至約475 nm，但本發明並不以此為限。於一些實施方式中，投影機110採用發光二極體以投影紅光、綠光以及藍光。於實際應用中，投影機110可採用雷射二極體以較小的波段投射紅光、綠光以及藍光。
請參照第2圖至第6圖。第2圖為繪示根據本發明一些實施方式之波導裝置120以及分光模組130的示意圖。第3圖為繪示第2圖中之波導裝置120的局部示意圖。第4圖為繪示根據本發明一些實施方式之第一繞射元件121a的示意圖。第5圖為繪示根據本發明一些實施方式之第二繞射元件121b的示意圖。第6圖為繪示根據本發明一些實施方式之第三繞射元件121c的示意圖。
如第2圖至第6圖所示，第一繞射元件121a具有第一光柵121a1。第一光柵121a1配置使一波長之光繞射而以第一繞射角θ1傳播。舉例來說，該波長可以是紅光的波段內的632 nm，綠光的波段內的532 nm，或者藍光的波段內的465 nm。第二繞射元件121b具有第二光柵121b1。第二光柵121b1配置使該波長之光繞射而以第二繞射角θ2傳播。第三繞射元件121c具有第三光柵121c1以及第四光柵121c2。第三光柵121c1配置使該波長之光繞射而以第一繞射角θ1傳播。第四光柵121c2配置使該波長之光繞射而以第二繞射角θ2傳播。波導元件122配置以導引光由第一繞射元件121a與第二繞射元件121b傳播至第三繞射元件121c。
如第2圖所示，於本實施方式中，第三繞射元件121c與第二繞射元件121b在波導元件122的同一側。第一繞射元件121a與第二繞射元件121b分別在波導元件122的相反側。第一繞射元件121a、第二繞射元件121b與第三繞射元件121c彼此間隔開。具體來說，波導元件122呈長方體形狀，並具有相對的第一表面122a以及第二表面122b。亦即，波導元件122的第一表面122a與第二表面122b彼此平行。第一繞射元件121a與第二繞射元件121b分別在第一表面122a與第二表面122b上，且在垂直於第一表面122a與第二表面122b中之一者的方向上相互對齊。此外，第一繞射元件121a為透射式繞射元件，且第二繞射元件121b與第三繞射元件121c為反射式繞射元件。
在前述結構及光學配置下，當投影機110所投射的光L1入射到第一繞射元件121a時，光L1的一部分被第一繞射元件121a繞射並透射過第一繞射元件121a而成為繞射光Ld1，且繞射光Ld1在波導元件122中以第一繞射角θ1傳播。當光L1未被第一繞射元件121a繞射的其餘部分(即光L1')傳播以通過波導元件122入射到第二繞射元件121b上時，光L1'的一部分被第二繞射元件121b繞射和反射而成為繞射光Ld2，且繞射光Ld2在波導元件122中以第二繞射角θ2傳播。光L1'未被第二繞射元件121b繞射的其餘部分(即光L1'')透射過第二繞射元件121b。由於第二繞射角θ2與第一繞射角θ1不同，繞射光Ld1不會進入第二繞射元件121b而造成串擾，而繞射光Ld2不會進入第一繞射元件121a而造成串擾。繞射光Ld1和繞射光Ld2將根據全內反射原理在波導元件122中傳播，然後被第三繞射元件121c繞射而輸出為光L2。換句話說，第二繞射元件121b作為第一繞射元件121a的補償器。
藉此，光L1'的大部分可以被第二繞射元件121b反射回波導元件122，並且可以被第三繞射元件121c進一步有效地繞射。也就是說，光L1''相對於光L1來說非常小。因此，光學引擎100所輸出的光L2的強度可增加至少50%。
於其他一些實施方式中，第三繞射元件121c可以是透射式繞射元件，並且附接至波導元件122的第一表面122a。
於一些實施方式中，第三光柵121c1與第四光柵121c2疊合在一起。於一些實施方式中，第三光柵121c1與第四光柵121c2在單一介質中。於一些實施方式中，第三光柵121c1與第四光柵121c2相交。如此，第三繞射元件121c可具有小尺寸。
請參照第7圖，其為繪示用以製造繞射元件之光學曝光系統900的示意圖。如第7圖所示，光學曝光系統900包含三個光源910a、910b、910c配置以分別發射紅光R、綠光G以及藍光B。光學曝光系統900進一步包含四個鏡子920a、920b、920c、920d、兩個半波板930a、930b、偏光分光器940、兩個空間濾波器950a、950b、兩個透鏡960a、960b以及稜鏡970。感光高分子聚合物P附著於稜鏡970的一側。光學曝光系統900配置以從感光高分子聚合物P的相對兩側以兩光束（由紅光R、綠光G以及藍光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包含單體(monomer)、聚合體(polymer)、光啟始劑(photo-initiator)以及黏結劑(binder)。當感光高分子聚合物P經受曝光製程時，光啟始劑接受光子以產生自由基，使得單體開始聚合(photopolymerization)。藉由使用全像干涉條紋的曝光方法，未被光照射的單體（亦即，在暗區）擴散至光照射區（亦即，亮區）移動並且聚合，進而造成聚合體不均勻的濃度梯度。最後，再經定影（fixing）後，各具有交錯排列之連續亮暗條紋的相位光柵即可完成，且感光高分子聚合物P被轉換成全像光學元件。
請參照第8圖，其為繪示用以製造繞射元件之另一光學曝光系統900A的示意圖。與第7圖所示的光學曝光系統900相比，第8圖所示的光學曝光系統900A進一步包含光學元件980、波導990以及折射率匹配液LQ。波導990位於光學元件980和稜鏡970之間。感光高分子聚合物P連接到波導990。折射率匹配液LQ一部分夾設且光學耦合在光學元件980與波導990遠離感光高分子聚合物P的一側之間。折射率匹配液LQ的另一部分夾設且光學耦合在稜鏡970和感光高分子聚合物P遠離波導990的一側之間。稜鏡970、光學元件980和折射率匹配液LQ具有相同的折射率。如此一來，光學曝光系統900A便可以調整具有更多入射角的光，從而可以允許更多波長進行多工。
於一些實施方式中，光學元件980與波導990中的至少一者的材料包含玻璃或塑料，但本揭露並不以此為限。在一些實施方式中，光學元件980為立方體，但本揭露不限於此。於實際應用中，光學元件980可為稜鏡、長方體或梯形。
影參照第9圖，其為繪示用以製造繞射元件之另一光學曝光系統900B的示意圖。與第8圖所示的光學曝光系統900A相比，波導990和折射率匹配液LQ夾設在稜鏡970與感光高分子聚合物P之間的部分被省略。取而代之的是，感光高分子聚合物P連接到稜鏡970，且折射率匹配液LQ夾設且光學耦合在光學元件980與感光高分子聚合物P之間，並具有與光學元件980相同的折射率。如此一來，光學曝光系統900B亦可以調整具有更多入射角的光，從而可以允許更多波長進行多工。
於一些實施方式中，第9圖中的感光高分子聚合物P可附接至光學元件980，且折射率匹配液LQ夾設且光學耦合在稜鏡970與感光高分子聚合物P之間，並具有與稜鏡970相同的折射率。
於一些實施方式中，第一光柵121a1、第二光柵121b1、第三光柵121c1與第四光柵121c2中之至少一者可為薄全像光柵。於一些實施方式中，第一光柵121a1、第二光柵121b1、第三光柵121c1與第四光柵121c2中之至少一者可為體積全像光柵。值得注意的是，根據布拉格定律，由體積全像光柵繞射的光可以一特定繞射角傳播。
於一些實施方式中，根據不同的製造方法，一體積全像光柵可形成透射式全像光柵或反射式全像光柵。具體來說，如第7圖所示，藉由從感光高分子聚合物P的相對兩側以兩光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P，全像光學元件可被製造成反射式全像元件（例如，第二光柵121b1、第三光柵121c1與第四光柵121c2中之至少一者可為反射式全像光柵）。於一些實施方式中，藉由從感光高分子聚合物P的同一側以兩光束以不同入射方向曝光感光高分子聚合物P（第7圖所示的光學曝光系統900的光路需要修改），全像光學元件可被製造成透射式全像元件（例如，第一光柵121a1可為透射式全像光柵）。
於一些實施方式中，第一光柵121a1、第二光柵121b1、第三光柵121c1與第四光柵121c2中之至少一者可為表面浮雕光柵（surface relief grating）。
於一些實施方式中，第一繞射元件121a還可以具有除第一光柵121a1之外的額外光柵，用於繞射其他波長的光。在一些實施方式中，第二繞射元件121b還可以具有除第二光柵121b1之外的額外光柵，用於繞射其他波長的光。在一些實施例中，除了第三光柵121c1與第四光柵121c2之外，第三繞射元件121c還可以具有額外的光柵，用於繞射其他波長的光。
於一些實施方式中，波導元件122的折射率大於第一繞射元件121a與第二繞射元件121b的折射率。如此，繞射光Ld1和繞射光Ld2可以基於全內反射原理在波導元件122中傳播。舉例來說，波導元件122可以由具有從大約1.4到大約2.2的折射率的材料製成。在一些實施方式中，波導元件122的材料可以包含玻璃、塑料或透明聚合物。
由以上對於本揭露之具體實施方式之詳述，可以明顯地看出，於本揭露的波導裝置的一些實施方式中，一種回收光損失的機制被提供。具體來說，在投影機所投射的光通過第一繞射元件進入波導元件後，大部分損失的光（亦即，零級光或DC項，其為投影機所投射的光中未被第一繞射元件繞射的一部分）可以被第二繞射元件反射回波導元件，並可以進一步被第三繞射元件有效地繞射。因此，光學引擎所輸出的光的強度可以提高至少50%。
雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並不用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:光學引擎 110:投影機 120:波導裝置 121a:第一繞射元件 121a1:第一光柵 121b:第二繞射元件 121b1:第二光柵 121c:第三繞射元件 121c1:第三光柵 121c2:第四光柵 122:波導元件 122a:第一表面 122b:第二表面 130:分光模組 131:分光器 900,900A,900B:光學曝光系統 910a,910b,910c:光源 920a,920b,920c,920d:鏡子 930a,930b:半波板 940:偏光分光器 950a,950b:空間濾波器 960a,960b:透鏡 970:稜鏡 980:光學元件 990:波導 B:藍光 G:綠光 R:紅光 P:感光高分子聚合物 L1,L1',L1'',L2:光 Ld1,Ld2:繞射光 LQ:折射率匹配液 θ1:第一繞射角 θ2:第二繞射角
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為繪示根據本發明一些實施方式之光學引擎的示意圖。 第2圖為繪示根據本發明一些實施方式之波導裝置以及分光模組的示意圖。 第3圖為繪示第2圖中之波導裝置的局部示意圖。 第4圖為繪示根據本發明一些實施方式之第一繞射元件的示意圖。 第5圖為繪示根據本發明一些實施方式之第二繞射元件的示意圖。 第6圖為繪示根據本發明一些實施方式之第三繞射元件的示意圖。 第7圖為繪示用以製造繞射元件之光學曝光系統的示意圖。 第8圖為繪示用以製造繞射元件之另一光學曝光系統的示意圖。 第9圖為繪示用以製造繞射元件之另一光學曝光系統的示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
120:波導裝置
121a:第一繞射元件
121b:第二繞射元件
121c:第三繞射元件
122:波導元件
122a:第一表面
122b:第二表面
130:分光模組
L1,L1',L1",L2:光
Ld1,Ld2:繞射光
θ 1:第一繞射角
θ 2:第二繞射角

Claims (18)

  1. 一種波導裝置，包含：一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使一波長之光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件分別在該波導元件的相反側。
  2. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第三光柵與該第四光柵在一單一介質中。
  3. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第三光柵與該第四光柵相交。
  4. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件中之一者為一透射式繞射元件，且該第一繞射元件與該第二繞射元件中之另一者為一反射式繞射元件。
  5. 如請求項1所述之波導裝置，其中該波導元件的一折射率大於該第一繞射元件與該第二繞射元件的折射率。
  6. 如請求項1所述之波導裝置，其中該第一繞射元件、該第二繞射元件與該第三繞射元件彼此間隔開。
  7. 一種波導裝置，包含：一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使一波長之光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該第三繞射元件與該第一繞射元件及該第二繞射元件中之一者在該波導元件的同一側。
  8. 一種波導裝置，包含： 一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使一波長之光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該波導元件具有相對的一第一表面以及一第二表面，該第一繞射元件與該第二繞射元件分別在該第一表面與該第二表面上，且在垂直於該第一表面與該第二表面中之一者的一方向上相互對齊。
  9. 一種光學引擎，包含：一投影機，配置以投射一波長之光；一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使該波長之該光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二 繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件分別在該波導元件的相反側。
  10. 如請求項9所述之光學引擎，其中該第三光柵與該第四光柵在一單一介質中。
  11. 如請求項9所述之光學引擎，其中該第三光柵與該第四光柵相交。
  12. 如請求項9所述之光學引擎，其中該第一繞射元件與該第二繞射元件中之一者為一透射式繞射元件，且該第一繞射元件與該第二繞射元件中之另一者為一反射式繞射元件。
  13. 如請求項9所述之光學引擎，其中該波導元件的一折射率大於該第一繞射元件與該第二繞射元件的折射率。
  14. 如請求項9所述之光學引擎，其中該第一繞射元件、該第二繞射元件與該第三繞射元件彼此間隔開。
  15. 如請求項9所述之光學引擎，進一步包含一分光模組，該分光模組光耦合於該投影機與該第一繞射元件之間。
  16. 如請求項15所述之光學引擎，其中該分光模組包含複數個分光器，且該些分光器沿著一維度遠離該投影機排列。
  17. 一種光學引擎，包含：一投影機，配置以投射一波長之光；一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使該波長之該光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該第三繞射元件與該第一繞射元件及該第二繞射元件中之一者在該波導元件的同一側。
  18. 一種光學引擎，包含： 一投影機，配置以投射一波長之光；一第一繞射元件，具有一第一光柵，該第一光柵配置使該波長之該光繞射而以一第一繞射角傳播；一第二繞射元件，具有一第二光柵，該第二光柵配置使該波長之該光繞射而以一第二繞射角傳播；一第三繞射元件，具有一第三光柵以及一第四光柵，該第三光柵配置使該波長之該光繞射而以該第一繞射角傳播，該第四光柵配置使該波長之該光繞射而以該第二繞射角傳播；以及一波導元件，配置以導引光由該第一繞射元件與該第二繞射元件傳播至該第三繞射元件，其中該波導元件具有相對的一第一表面以及一第二表面，該第一繞射元件與該第二繞射元件分別在該第一表面與該第二表面上，且在垂直於該第一表面與該第二表面中之一者的一方向上相互對齊。
TW110141489A 2020-11-09 2021-11-08 波導裝置及光學引擎 TWI831075B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063111084P 2020-11-09 2020-11-09
US63/111,084 2020-11-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202219592A TW202219592A (zh) 2022-05-16
TWI831075B true TWI831075B (zh) 2024-02-01

Family

ID=78592661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110141489A TWI831075B (zh) 2020-11-09 2021-11-08 波導裝置及光學引擎

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220146831A1 (zh)
EP (1) EP3995881B1 (zh)
CN (1) CN114460745B (zh)
TW (1) TWI831075B (zh)

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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201932959A (zh) * 2018-01-23 2019-08-16 美商菲絲博克科技有限公司 基於波導的近眼顯示器中具有減少彩虹紋的傾斜表面浮雕光柵、光柵耦合器或光學元件
TW202022412A (zh) * 2018-12-05 2020-06-16 宏達國際電子股份有限公司 波導裝置及光學引擎
US20200249754A1 (en) * 2019-02-05 2020-08-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Eye-tracking device and display apparatus including the same

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4210471B2 (ja) * 2002-05-23 2009-01-21 アルプス電気株式会社 回折格子部材及び光送受信装置
US7434940B2 (en) * 2005-09-06 2008-10-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Light coupling system and method
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
DE102011056006B4 (de) * 2011-12-01 2016-03-10 Seereal Technologies S.A. Verfahren zur Kodierung eines Hologramms in einer Lichtmodulationseinrichtung
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
US9465215B2 (en) * 2014-03-28 2016-10-11 Google Inc. Lightguide with multiple in-coupling holograms for head wearable display
US9632226B2 (en) * 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
JP6895451B2 (ja) * 2016-03-24 2021-06-30 ディジレンズ インコーポレイテッド 偏光選択ホログラフィー導波管デバイスを提供するための方法および装置
GB2556094A (en) * 2016-11-18 2018-05-23 Wave Optics Ltd Optical device
CN115576048A (zh) * 2017-03-21 2023-01-06 奇跃公司 用于组合视场的具有不同衍射光栅的堆叠波导
CA3075096A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-28 Magic Leap, Inc. Augmented reality display with waveguide configured to capture images of eye and/or environment
FI129084B (en) * 2018-02-06 2021-06-30 Dispelix Oy Diffractive display element with lattice mirror
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
US10712641B2 (en) * 2018-03-28 2020-07-14 Htc Corporation Image projection apparatus
KR102683759B1 (ko) * 2018-12-18 2024-07-10 삼성전자주식회사 영상을 표시하는 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램
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
CN111123523B (zh) * 2020-01-17 2020-10-27 北京枭龙科技有限公司 无显示暗带的衍射波导

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201932959A (zh) * 2018-01-23 2019-08-16 美商菲絲博克科技有限公司 基於波導的近眼顯示器中具有減少彩虹紋的傾斜表面浮雕光柵、光柵耦合器或光學元件
TW202022412A (zh) * 2018-12-05 2020-06-16 宏達國際電子股份有限公司 波導裝置及光學引擎
US20200249754A1 (en) * 2019-02-05 2020-08-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Eye-tracking device and display apparatus including the same

Also Published As

Publication number Publication date
EP3995881A1 (en) 2022-05-11
CN114460745B (zh) 2024-06-07
CN114460745A (zh) 2022-05-10
TW202219592A (zh) 2022-05-16
EP3995881B1 (en) 2024-03-27
US20220146831A1 (en) 2022-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI703351B (zh) 波導裝置及光學引擎
JP7250799B2 (ja) 光学導波管を加工するための方法
TWI724732B (zh) 波導裝置及光學引擎
US20140168260A1 (en) Waveguide spacers within an ned device
CN110221428B (zh) 近眼显示系统
CN113835145B (zh) 一种全息光栅的制作装置、全息光栅和二维全息光栅光波导
JP2000267041A (ja) 頭部搭載型カラー映像投影装置、カラーホログラム光学素子、およびカラーホログラム光学素子の製造方法
CN114089470B (zh) 一种全息光波导及其制作装置、近眼显示设备
KR102162994B1 (ko) 근안 디스플레이를 위한 파장 통과 제어용 편광 시스템 및 방법
US11435585B1 (en) Angularly selective dimming element, method of fabricating the same and optical device containing the same
TW202131053A (zh) 採用散光光學器件和像差補償的顯示器
TWI831075B (zh) 波導裝置及光學引擎
JP2023134587A (ja) 平行板導波路
Utsugi et al. Volume holographic waveguide using multiplex recording for head-mounted display
WO2023192650A1 (en) Multiple wavelength range imaging light guide system
EP4350448A1 (en) Method of manufacturing optical element and projection device
US20230324593A1 (en) Method of manufacturing optical element and optical exposure system
US20240255687A1 (en) Waveguide
TW202411731A (zh) 波導裝置及光學引擎
WO2023122300A1 (en) Multi-input image light guide system
KR20230050993A (ko) 웨이브가이드 및 이를 채용한 증강현실 디바이스
CN118426172A (zh) 光波导模组及显示设备
WO2024073089A1 (en) Image light guide system with aligned blocking features
WO2024073100A1 (en) Dual projector system and image light guide
JP2018036558A (ja) 映像表示装置及び接眼光学系