光学装置、模块和设备的制作方法

1.本公开的示例涉及光学装置、模块和设备。一些涉及用于提供更均匀出射光瞳的光学装置、模块和设备。


背景技术：

2.光学装置，例如出射光瞳扩展器，可以用于显示系统和设备，例如近眼显示器、增强和/或虚拟现实头戴装置(headset)和平视显示器。


技术实现要素：

3.根根据本公开的多个但不一定全部的示例，提供了一种装置，该装置包括：导光部件，其至少包括：内耦合衍射部件，其被配置成将一个或多个输入光束从光引擎内耦合到导光部件中；扩展部件，其被配置成扩展一个或多个输入光束；以及外耦合衍射部件，其被配置成将来自导光部件的经扩展的一个或多个光束外耦合；其中外耦合衍射部件包括至少第一部分和至少第二部分，第一部分被配置成以第一效率外耦合经扩展的一个或多个光束，第二部分被配置成以第二效率外耦合经扩展的一个或多个光束，其中第二效率低于第一效率。
4.外耦合衍射部件的第二部分可以被配置成控制由装置提供的光输出的一部分光输出的亮度。
5.外耦合衍射部件的第一部分可以包括具有第一周期性的衍射光栅，并且外耦合衍射部件的第二部分包括具有第一周期性的衍射光栅的一个或多个子部分、以及不包括衍射光栅的一个或多个子部分。
6.没有衍射光栅的子部分可以位于外耦合衍射部件的第二部分中，介于衍射光栅的子部分之间。
7.外耦合衍射部件的第二部分内的子部分的周期性可以被配置为减小经扩展的光束内的相位。
8.外耦合衍射部件的第二部分可以包括吸收部件，该吸收部件被配置成吸收经扩展的光束中的至少一些经扩展的光束。
9.吸收部件可以包括吸收涂层。
10.外耦合衍射部件的第二部分可以位于外耦合衍射部件的至少一个边缘上。
11.外耦合衍射部件的尺寸和形状与先前衍射部件的尺寸和形状匹配，以使得扩展部件的极端光线能够被外耦合衍射部件外耦合。
12.外耦合衍射部件的第一部分可以位于离先前衍射部件最远的边缘，外耦合衍射部件的第二部分位于离先前衍射部件最近的边缘。
13.外耦合衍射部件的第二部分可以跨外耦合衍射部件而被提供，使得入射到外耦合衍射部件上的所有光通过外耦合衍射部件的第二部分。
14.与外耦合衍射部件的第一部分相比，外耦合衍射部件的第二部分可以被配置成具
有以下至少一项：衍射光栅的不同填充因子、不同衍射光栅深度、不同光栅轮廓、不同折射率轮廓。
15.装置可以包括第一导光部件和第二导光部件；其中第二导光部件被提供成覆盖第一导光部件；并且其中第一导光部件的外耦合衍射部件包括衍射部分和非衍射部分的交替序列，并且第二导光部件的外耦合衍射部件包括衍射部分和非衍射部分的相应交替序列，其被配置为减少从不同的外耦合衍射部件外耦合的光之间的干涉。
16.可以提供第二导光部件的外耦合衍射部件，其覆盖第二导光部件的外耦合衍射部件以及衍射部分和非衍射部分的序列，并且第二导光部件的外耦合衍射部件被配置成使得第二导光部件的外耦合衍射部件的非衍射部分覆盖第一导光部件的外耦合衍射部件的衍射部分，并且第二导光部件的外耦合衍射部件的衍射部分覆盖第一导光部件的外耦合衍射部件的非衍射部分。
17.根据本公开的多个但不一定全部的示例，提供了一种装置，该装置包括：导光，其至少包括：内耦合衍射元件，其被配置成将一个或多个输入光束从光引擎内耦合到导光中；一个或多个扩展器，其被配置成扩展一个或多个输入光束；以及外耦合衍射元件，其被配置成将来自导光的经扩展的一个或多个光束外耦合；其中外耦合衍射元件包括至少第一部分和至少第二部分，第一部分被配置成以第一效率外耦合经扩展的一个或多个光束，第二部分被配置成以第二效率外耦合经扩展的一个或多个光束，其中第二效率低于第一效率。
附图说明
18.现在将参照附图描述一些实例，其中：
19.图1示出了示例导光部件；
20.图2示出了示例导光部件；
21.图3示出了示例导光部件；
22.图4示出了示例导光部件；
23.图5示出了示例导光部件；
24.图6示出了示例导光部件；
25.图7示出了示例导光部件；
26.图8a至8f示出了导光部件的不同示例；
27.图9示出了示例导光部件；
28.图10示出了示例导光部件；
29.图11示出了示例导光部件；
30.图12示出了示例导光部件；
31.图13示出了示例导光部件；
32.图14示出了示例导光部件；
33.图15示出了示例导光部件；以及
34.图16示出了示例导光部件。
35.附图不一定按比例绘制。为了清楚和简明起见，附图的某些特征和视图可被示意性地示出或按比例放大。例如，附图中的一些元件的尺寸可以相对于其它元件被放大以帮助说明。在附图中使用相似的附图标记来表示相似的特征。为清楚起见，所有附图中不一定
显示所有附图标记。
具体实施方式
36.图1示出了可以在本公开的示例中使用的示例导光部件101。导光部件101可以形成在波导、光学基板、透明板或任何其它合适的材料上。
37.在该示例中，导光部件101包括出射光瞳扩展器。出射光瞳扩展器被配置为增加来自光引擎或其它光学布置(arrangement)的出射光瞳的尺寸。光引擎可以是显示装置，例如光引擎、投影引擎或图片生成单元。
38.导光部件101包括位于导光部件101的表面上或体积内的内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107。
39.内耦合衍射部件103包括被配置成将来自光引擎的一个或多个光束内耦合到导光部件101中的任何部件。内耦合衍射部件103位于导光部件101内，使得在使用中，内耦合衍射部件103可以位于邻近光引擎的位置。
40.内耦合光束经由全内反射在导光部件101内传播。用于导光部件101的材料的折射率、内耦合光束的波长、以及内耦合衍射部件103的参数决定了全内反射角。
41.扩展部件105位于导光部件101内，以使从内耦合衍射部件103向扩展部件105提供内耦合光束。
42.扩展部件105包括被配置成在至少一个维度上扩展内耦合光束的任何部件。扩展部件105可以包括衍射部件，例如衍射光栅或任何其它合适的部件。在衍射光栅中，内耦合光束在每次与衍射光栅相互作用时被分成两束。相互作用可以是，例如内部反射。光束的两个分裂部分沿不同方向行进并继续分裂，从而扩展光引擎的出射光瞳。在图1所示的示例中，扩展部件105具有在水平方向扩展光束的光栅。
43.外耦合衍射部件107位于导光部件101内，以使水平扩展的光束从扩展部件105被提供到外耦合衍射部件107。
44.外耦合衍射部件107包括被配置成将水平扩展的光束外耦合到导光部件之外的任何部件。外耦合衍射部件107可以以类似于扩展部件105的方式起作用，以使经扩展的光束在每次与衍射光栅相互作用时被分成两束。外耦合衍射部件107还可以被配置为在第二维度上扩展经水平扩展的光束。在图1所示的示例中，外耦合衍射部件107包括水平光栅线，其在垂直方向上扩展经水平扩展的光束。
45.导光部件101被配置成使得外耦合的扩展光束可以被用户看到。外耦合的扩展光束提供可以被用户观察到的虚像。因此，外耦合的光束提供了扩展的出射光瞳。
46.应当理解，不同衍射部件的尺寸、形状、位置和扩展方向的变化是示例，并且在本公开的其他示例中可以使用其他变化。例如，扩展部件105可以在不同于水平的其它方向上扩展光束。作为另一个示例，外耦合衍射部件107可以在不同于垂直方向的其它方向上扩展光束。作为第三示例，由内耦合衍射部件103内耦合的光束的出射光瞳将在光束内耦合到导光部件101中之前已经在第一扩展维度上被扩展。在该示例中，没有扩展部件105位于导光部件101内。作为第四示例，光束将由内耦合部件103内耦合到导光部件101内的两个不同方向。在这个示例中，可以有两个分离的扩展部件105和为这两个方向提供的一个共享的外耦合装置107或两个分离的外耦合装置107。
47.用于内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107的衍射部件可以包括能够被配置成衍射输入光束的任何部件。衍射部件可以包括衍射光学元件、衍射结构、衍射光栅、全息光栅、布拉格光栅、刻度线(ruling)、脊(ridge)、表面浮雕衍射光栅、体积全息图，或具有周期结构的任何合适的光学部件或特征中的任何一个或多个，其将光分成并衍射成沿不同方向行进的若干光束。
48.图2示出了在图1中所示的导光部件101如何能够导致在出射光瞳内的不均匀的亮度。
49.在图2中，图像201被提供给内耦合衍射部件103。本示例中的图像201包括位于图像201中心的单个点203。这对应于从光引擎投射的垂直于导光部件101的光束。
50.图2示出了包括图像201的内耦合光束如何通过扩展部件105在水平方向上扩展，以及然后由外耦合衍射部件107在垂直方向上扩展。这为外耦合的光束提供了扩展的水平出射光瞳205和扩展的垂直出射光瞳207。
51.示出了将光束外耦合到出射光瞳中的示例出射光瞳门209，并且示出了将在该出射光瞳门209内提供的出射光瞳211中的外耦合光束的光能分布的表示。出射光瞳211的能量分布是不均匀的。出射光瞳211的能量分布具有朝向出射光瞳门209的右下角的暗区。这对应于外耦合衍射部件107中离扩展部件105和内耦合衍射部件103最远的区域。因此，在出射光瞳门209的该区域中被外耦合的光束进一步穿过导光部件101，因此具有较低的强度。这导致由这些导光部件101提供的任何图像内的亮度不均匀。
52.应当理解，图2是示意图并且没有按比例示出。在本公开的实现中，内耦合衍射部件103将可能大得多，以使出射光瞳将更大并且具有更多重叠。这可以增加外耦合光束的均匀性。而且，图2中的图像已经示出了单个波长的光。应当理解，不同波长的光将被内耦合到稍微不同的角度，这也部分地增加了光束均匀性。
53.图3示出如何通过在导光部件101内提供不同的衍射效率来至少部分地校正出射光瞳内的不均匀亮度。
54.在图3所示的示例中，扩展部件105的厚度沿着扩展器部件的水平长度增加。曲线301示意性地示出了扩展部件105的厚度如何沿着扩展部件105的长度在箭头303所指方向上逐渐增加。外耦合衍射部件107的厚度也可以沿着外耦合衍射部件107的垂直长度在箭头305所指方向上增加。
55.厚度的变化可以在导光部件101的不同部分内提供可变的衍射效率。这有助于减小出射光瞳亮度的不均匀性。如图3所示，与图2所示的由导光部件101提供的出射光瞳211的能量分布相比，被提供在出射光瞳门209内的出射光瞳211的能量分布具有更均匀的亮度。
56.应当理解，在其它示例中可以使用用于提供可变衍射效率的其它部件。例如，不同的光栅线填充因子或光栅线轮廓可以用于导光部件101内的衍射部件的不同部分。还可以组合多种不同的方式，以提供更细微的衍射效率变化。例如，可以在导光部件101内的衍射部件的不同部分中同时使用不同的厚度水平以及光栅线填充因子水平。
57.图4示出了图1所示的导光部件101如何导致图像内不均匀亮度的另一示例。这示出了导光部件101内的衍射部件的布置如何能够在出射光瞳内产生亮角。
58.图4示出了可以提供给内耦合衍射部件103的另一示例图像201。该示例图像201包
括在图像201右下角的单个点203。
59.在外耦合衍射部件107的右下角示出了示例瞳门209。还示出了对应于该出射光瞳门209的出射光瞳211的能量分布。
60.这示出了出射光瞳211的能量分布的右下角中的明亮区域401。这是由虚线403内所示的导光部件101的截面引起的。该部分被提供在扩展部件105和外耦合衍射部件107之间。该部分不包括任何衍射光栅，因此，穿过该部分的光线的强度不会像穿过外耦合衍射部件107的光线那样降低。因此，这导致在外耦合图像201的出射光瞳211的能量分布中明亮的底角。
61.图5示出了根据本公开的示例的导光部件101。导光部件101包括内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107。
62.在图5所示的示例中，外耦合衍射部件107包括不同的部分501、503，它们被配置成以不同的效率外耦合扩展的光束。不同的部分501、503被配置成针对导光部件101的出射光瞳提供更均匀的亮度。具体地，不同的部分501、503可以被配置成解决如图4所示的出射光瞳的明亮底角的问题。
63.外耦合衍射部件107包括第一部分501，其被配置成以第一效率外耦合一个或多个扩展光束。外耦合衍射部件107还包括一个或多个第二部分503，其被配置成以不同于第一效率的第二效率外耦合一个或多个扩展光束。
64.第二效率低于第一效率，以使外耦合衍射部件107的第二部分503以比外耦合衍射部件107的第一部分501低的效率外耦合扩展光束。在一些示例中，光束外耦合的效率可以在各个部分501、503上变化，以使外耦合效率在各个区域上变化。来自第二部分503的耦合的总效率将低于第一部分501的总效率。
65.一个或多个第二部分503位于外耦合衍射部件107内，以便减少亮部分出现在出射光瞳内。一个或多个第二部分503因此被配置为控制由包括导光部件101的装置提供的光输出的亮度。
66.外耦合衍射部件107内的不同部分501、503的相对位置和布置可以取决于导光部件101的配置。例如，它可以取决于在导光部件101内的各个衍射部件的尺寸、形状和相对位置。
67.图5所示的外耦合衍射部件107具有与图1到图4所示的外耦合衍射部件107不同的尺寸和形状。在图1到图4中，外耦合衍射部件107具有矩形形状，而在图5中，外耦合衍射部件107具有梯形形状。
68.在图5的示例中，外耦合衍射部件107的尺寸和形状被提供成与先前(preceding)衍射部件的尺寸和形状匹配(align)，以使先前衍射部件的极端光线能够被外耦合衍射部件107外耦合。在这个示例中，先前衍射部件是扩展部件105。在其他示例中，先前衍射部件可以是内耦合衍射部件103，或者其他居间衍射部件可以包括在导光部件101内。
69.先前衍射部件的极端光线是在先前衍射部件的边缘上衍射的光线。在图4所示的示例中，极端光线包括穿过由虚线403表示的不包括任何衍射光栅的部分的光线。然而，在图5的示例中，外耦合衍射部件107在水平方向上延伸得足够远，使得这些极端光线入射到外耦合衍射部件107上。
70.在本公开的示例中，外耦合衍射部件107的尺寸可以被确定而使得外耦合衍射部
件107的边缘延伸至少与扩展部件105的边缘一样远，以使扩展部件105的极端光线入射到外耦合衍射部件107上。在图5的示例中，外耦合衍射部件107的侧边缘与扩展部件105的边缘匹配。在本公开的其他示例中可以使用其他配置。
71.在图5的示例中，梯形的较长底边位于更靠近扩展部件105的位置，而梯形的较短底边位于更远离扩展部件105的位置。
72.在图5的示例中，外耦合衍射部件107的梯形形状由矩形第一部分501和两个三角形第二部分503形成。两个三角形第二部分503位于矩形第一部分501的两侧。外耦合衍射部件107的第一部分501具有与图1到图4所示的标准外耦合衍射部件107相同的尺寸和形状，并且第二部分503作为附加部分被提供在第一部分501的侧面上。针对相应部分501、503的其它布置可用于本公开的其它示例中。例如，在其它示例中，第二部分503可以仅被提供在矩形第一部分501的一个侧边缘处。
73.三角形第二部分503具有比第一部分501更低的衍射效率。可以使用任何适当的方式来实现外耦合衍射部件107的不同部分501、503的不同效率。例如，第二部分503中的衍射光栅可以具有不同的衍射光栅填充因子、不同的衍射光栅深度、不同的光栅轮廓、或任何其它合适的不同属性。图6示出了导光部件的示例，其中不同部分501、503具有针对衍射光栅的不同配置。
74.在其他示例中，通过使用吸收部件来吸收第二部分503中的一些光，可以实现外耦合衍射部件107的不同部分501、503的不同效率。图7示出了包括吸收部件的示例导光部件101。
75.图6示出了导光部件101的示例，其中不同的部分501、503通过具有不同的衍射光栅配置来实现不同的衍射效率。在该示例中，外耦合衍射部件107被提供成梯形形状，其中三角形形状的第二部分503被提供在矩形形状的第一部分501的边缘处，如图5所示。外耦合衍射部件107和外耦合衍射部件107的各个部分的不同形状和配置可以用在本公开的其它示例中。
76.外耦合衍射部件107的第一部分501包括具有第一周期性的衍射光栅。衍射光栅在外耦合衍射部件107的所有第一部分501上具有相同的周期性。衍射光栅跨外耦合衍射部件107所有第一部分501而存在。
77.外耦合衍射部件的第二部分503包括衍射光栅，该衍射光栅并不是跨第二部分所覆盖的所有区域而存在。在图6所示的示例中，第二部分503包括子部分601和子部分603，子部分601包括衍射光栅，子部分603不包括衍射光栅。光束在不包括衍射光栅的子部分603中不被外耦合。与第一部分501被外耦合的光相比，这减少了第二部分503被外耦合的光的量。
78.在图6所示的示例中，包括衍射光栅的每个子部分601被示出为包括两个狭缝。应当理解，这没有按比例示出，并且在这些子部分的每一个中可以提供任何数量的光栅线或光栅结构。
79.被提供在第二部分503的子部分601中的衍射光栅具有与被提供在第一部分中的衍射光栅相同的周期性。
80.具有衍射光栅的子部分601和没有衍射光栅的子部分603被提供在第二部分503中的交替子部分中。没有衍射光栅的子部分603位于包括衍射光栅的子部分601之间。可以选择外耦合衍射部件107的第二部分503内的子部分601、603的周期性以支持制造过程，从而
提高制造效率。例如，周期性可以基于电子束光刻设备的缝合图案生成尺寸。外耦合衍射部件107的第二部分503内的子部分601、603的周期性被配置为减小扩展光束内的相位。例如，产生非重复图案，以使由于子部分的周期性引起的相位衍射最小化。
81.如图6所示，来自扩展部件105的边缘的极端光线入射到外耦合衍射部件107的第二部分503上。这控制了这些光线的亮度，从而在出射光瞳门209内被外耦合的所有光线具有类似的亮度水平。
82.当包括右下角中的点203的图像201被提供给导光部件101时，外耦合衍射部件107的第二部分503控制光束的亮度，该光束穿过第二部分503并从出射光瞳门209向出射光瞳外耦合。这使得这些光束在外耦合之后的亮度与出射光瞳的其余部分中的光束的亮度相匹配。图6所示的出射光瞳211的能量分布具有均匀分布，因此显示出高水平的均匀性。
83.第二部分503的衍射效率可以通过控制包括衍射光栅的子部分601的面积与不包括衍射光栅的子部分603的面积的相对比例来控制。如果具有衍射光栅的子部分601的比例太高，则这将降低出射光瞳211的光能分布的光束的亮度。相反，如果具有衍射光栅的子部分601的比例太低，则这将不会足够地降低光束的亮度。这将在出射光瞳211的能量分布的右下角产生更亮的区域。
84.图7示出了导光部件101的示例，其中不同部分501、503通过在第二部分503中使用吸收部件来实现光束的不同亮度。在该示例中，外耦合衍射部件107被提供为梯形形状，以及三角形形状的第二部分503被提供在矩形形状的第一部分501的边缘处，如图5和6所示。外耦合衍射部件107和外耦合衍射部件107的各个部分的不同形状和配置可以用在本公开的其它示例中。
85.在该示例中，吸收部件701包括吸收涂层。吸收涂层被提供在外耦合衍射部件107的第二部分503中。可以在外耦合衍射部件107的第二部分503上提供吸收涂层作为表面处理。
86.在一些示例中，可以提供吸收涂层来覆盖外耦合衍射部件107的所有第二部分503。在其他示例中，吸收涂层可以仅被提供在第二部分503的一部分上。
87.如图7所示，来自扩展部件105的边缘的极端光线入射到外耦合衍射部件107的第二部分503上。吸收部件701控制光束的亮度，以使出射光瞳门209内的被外耦合光束是均匀的或基本均匀的。
88.当包括右下角中的点203的图像201被提供给导光部件101时，外耦合衍射部件107的第二部分503中的吸收部件701控制通过部分503的光束的亮度。这使这些光束在出射光瞳门209内朝向出射光瞳的外耦合之后的亮度与出射光瞳的其余部分中的光束的亮度相匹配。图7所示的出射光瞳211的能量分布具有均匀分布，因此显示出高水平的均匀性。
89.通过第二部分503传播的光束的亮度可以通过控制第二部分中使用的吸收部件701来控制。例如，可以通过提供较少量的吸收部件701来增加亮度，或者可以通过提供较大量的吸收部件701来减小亮度。
90.图8a至8f示出了导光部件101的不同布置的示例，其包括用于外耦合衍射部件107内的衍射部件和部分501、503的不同布置。在这些示例中，外耦合衍射部件107的第二部分503具有比第一部分501更低的衍射效率。通过使用如图6所示的衍射光栅的不同布置，如图7所示的吸收涂层701或任何其它合适的方式，可以实现衍射效率的不同。
91.在图8a的示例中，导光部件101包括两个扩展部件105。内耦合衍射部件103位于两个扩展部件105之间，以便提供对称布置。
92.在图8a的示例中，外耦合衍射部件107包括梯形形状。外耦合衍射部件107的第一部分501包括在外耦合衍射部件107的中心的矩形部分，并且外耦合衍射部件107的第二部分503作为两个三角形在矩形第一部分501的侧面被被提供。
93.在图8b的示例中，导光部件101包括内耦合衍射部件103和外耦合衍射部件107。在该示例中，光束在被提供给导光部件101之前在第一方向上被扩展。在该示例中，内耦合衍射部件103具有细长形状，并且没有提供附加的扩展部件105。
94.在该示例中，内耦合衍射部件103是用于外耦合衍射部件107的先前衍射元件。
95.外耦合衍射部件107包括两个第二部分503，该两个第二部分503被配置成以比外耦合衍射部件107的第一部分501更低的效率水平外耦合扩展光束。在图8b的示例中，第二部分503包括被提供在梯形外耦合衍射部件107的侧边缘处的三角形部分。
96.在图8c的示例中，内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107以沿着水平方向延伸的顺序被提供，以使内耦合衍射部件103位于扩展部件105的左侧，外耦合衍射部件107位于扩展部件105的右侧。
97.在图8d的示例中，在扩展部件105上方提供内耦合衍射部件103，以使内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107以l形被提供。
98.在图8e的示例中，内耦合衍射部件103和扩展部件105被提供在外耦合衍射部件107之上，以使内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107以倒l形被提供。
99.在8b到8e的每个示例中，外耦合衍射部件107包括两个第二部分503，该两个第二部分503被配置为以比外耦合衍射部件107的第一部分501更低的效率水平外耦合扩展光束。在这些示例的每一个中，第二部分503包括被提供在梯形外耦合衍射部件107的侧边缘处的三角形部分。
100.在图8f所示的示例中，导光部件101包括两个内耦合衍射部件103、两个扩展部件105和中心外耦合衍射部件107。第一内耦合衍射部件103和第一扩展部件105被提供在共享的外耦合衍射部件107之上，以使第一内耦合衍射部件103、第一扩展部件105和共享的外耦合衍射部件107以倒l形被提供。第二内耦合衍射部件103和第二扩展部件105被提供在共享的外耦合衍射部件107的下方，以使共享的外耦合衍射部件107、扩展器部件103和内耦合部件103以l形被提供。
101.共享的外耦合衍射部件107包括被提供在外耦合衍射部件107的中心的矩形第一部分501。第二部分503被提供在矩形第一部分501的侧边上。在该示例中，每个第二部分具有由在三角形的顶点处连接的两个直角三角形形成的形状。外耦合衍射部件107的部分501、503的其他形状可以用在本公开的其他示例中。
102.图9示出了导光部件101的另一示例。在该示例中，扩展部件105和外耦合衍射部件107的厚度变化可导致出射光瞳的亮度不均匀。
103.在图9所示的示例中，扩展部件105的厚度沿着扩展部件105的水平长度增加。扩展部件105最浅地最靠近内耦合衍射部件103，并且最深地远离内耦合衍射部件103。曲线901示意性地示出了扩展部件105的厚度如何沿着扩展部件105的长度增加。在该示例中，扩展部件105的厚度以逐步增量增加。该深度的目标变化可以是平滑曲线，然而由于制造公差，
厚度的实际变化可以以逐步增量提供。
104.外耦合衍射部件107的厚度也可以沿着外耦合衍射部件107的垂直长度增加。外耦合衍射部件107最浅地最靠近扩展部件105，最深地远离扩展部件105。外耦合衍射部件107的厚度变化也可以逐步增加。
105.扩展部件105和外耦合衍射部件107的厚度的逐步变化可导致导光部件101的出射光瞳中的不均匀亮度。在图9中，图像201被提供给内耦合衍射部件103。本例中的图像201包括图像201中心的单个点203。
106.示出了示例出射光瞳门209，并且示出了将在该出射光瞳门209内提供的出射光瞳211的能量分布的表示。出射光瞳211的能量分布是不均匀的，并且具有对应于扩展部件105和外耦合衍射部件107的深度的阶梯式增加的多个暗区。
107.图10示出了另一示例导光部件101，其被配置为校正由扩展部件105和外耦合衍射部件107的厚度的逐步变化引起的亮度不均匀性。
108.在该示例中，外耦合衍射部件107包括第一部分501和第二部分503，其中第二部分503具有较低的衍射效率以解决导光部件101的各个部件的厚度变化。
109.在这个示例中，外耦合衍射部件107具有矩形形状。外耦合衍射部件被定位成使矩形的长度平行于或基本平行于扩展部件105的长度延伸。
110.在该示例中，外耦合衍射部件107的具有较高衍射效率的第一部分501被提供为矩形部分。第一部分501被提供在离扩展部件105最远的外耦合衍射部件107的区域中。外耦合衍射部件107的具有较低衍射效率的第二部分503也被提供为矩形部分。该第二部分503被提供在外耦合衍射部件107的最接近扩展部件105的区域中。
111.在图10所示的示例中，外耦合衍射部件107的第二部分503被提供为跨外耦合衍射部件107，以使入射到外耦合衍射部件107上的所有光通过外耦合衍射部件107的第二部分503。第二部分503沿着外耦合衍射部件107的长度延伸。第二部分503可以沿着外耦合衍射部件107的全部长度延伸。
112.图11示出了另一示例导光部件101，其被配置为校正由扩展部件105和外耦合衍射部件107的厚度的逐步变化引起的亮度不均匀性。
113.在该示例中，外耦合衍射部件107也包括第一部分501和第二部分503，其中第二部分503具有较低的衍射效率以解决导光部件101的各个部件的厚度变化。
114.在这个示例中，外耦合衍射部件107具有梯形形状。外耦合衍射部件定位成使梯形的底边平行于或基本平行于扩展部件105的长度延伸。
115.在该示例中，外耦合衍射部件107的具有较高衍射效率的第一部分501被提供为梯形部分。第一部分501被提供在离扩展部件105最远的外耦合衍射部件107的区域中。具有较低衍射效率的外耦合衍射部件107的第二部分503也被提供为梯形部分。该第二部分503被提供在最接近扩展部件105的外耦合衍射部件107的区域中。
116.外耦合衍射部件107的尺寸被确定以使外耦合衍射部件107的边缘至少延伸到扩展部件105的边缘。这使扩展部件105的极端光线能够入射到外耦合衍射部件107上。在图11的示例中，外耦合衍射部件107的侧边缘与扩展部件105的边缘匹配。在本公开的其他示例中可以使用其他配置。
117.在图11所示的示例中，外耦合衍射部件107的第二部分503被被提供成跨外耦合衍
射部件107，以使入射到外耦合衍射部件107上的所有光通过外耦合衍射部件107的第二部分503。第二部分503沿着外耦合衍射部件107的长度延伸。第二部分503可以沿着外耦合衍射部件107的全部长度延伸。
118.图10和11中所示的第二部分503的不同衍射效率可以使用任何适当的方式来实现。在一些示例中，不同的衍射效率可以通过为衍射光栅提供不同的填充因子、不同的衍射光栅深度、不同的光栅轮廓、不同的折射率轮廓或衍射光栅的任何其他适当变化来实现不同的衍射效率。可以使用多种不同的方式一起控制衍射效率以获得均匀的出射光瞳。在一些情况下，由于例如制造限制，并非所有这些方式都可用。图12和13示出了外耦合衍射部件107的第二部分503内的衍射光栅的不同配置的示例。这些配置是如何控制衍射效率以实现出射光瞳的更好均匀性的示例。这些示例也可以与控制衍射效率的其它方式结合。
119.图12示出了另一示例导光部件101。在图12所示的示例中，外耦合衍射部件107具有矩形形状。外耦合衍射部件被定位成使矩形的长度平行于或基本平行于扩展部件105的长度延伸。
120.在该示例中，外耦合衍射部件107的具有较高衍射效率的第一部分501被提供为矩形部分，而外耦合衍射部件107的具有较低衍射效率的第二部分503也被提供为矩形部分，其布置与图10所示的布置类似。
121.在图12所示的示例中，外耦合衍射部件107的第二部分503包括在由第二部分503覆盖的所有区域上不均匀的衍射光栅。在图12所示的示例中，第二部分503包括子部分601和子部分603，子部分601包括衍射光栅，子部分603不包括衍射光栅。定位各个子部分601、603的尺寸和位置，以控制光束的亮度，从而在出射光瞳上提供均匀的亮度级。
122.被提供在第二部分503的子部分601中的衍射光栅具有与被提供在第一部分501中的衍射光栅相同的周期性。衍射光栅在整个第一部分501上可以是均匀的。
123.具有衍射光栅的子部分601和没有衍射光栅的子部分603在第二部分503中以交替的子部分被提供。没有衍射光栅的子部分603位于包括衍射光栅的子部分601之间。外耦合衍射部件107的第二部分503内的子部分601、603的周期性被配置为减小扩展光束内的相位。
124.在图12所示的示例中，子部分601、603在形成外耦合衍射部件107的矩形的整个长度上延伸。子部分601、603因此包括沿外耦合衍射部件107的长度延伸的细长矩形形状。在该示例中，包括衍射光栅部分的子部分601沿外耦合衍射部件107的整个长度延伸，而不包括任何衍射光栅的子部分603也沿外耦合衍射部件107的整个长度延伸。
125.在图12所示的示例中，包括衍射光栅的子部分601被示为包括两个或三个狭缝。应当理解，这没有按比例示出，并且在这些子部分601的每一个中可以提供任何数量的衍射光栅线或衍射结构。应当理解，可以在不同的子部分601中提供不同数量的衍射光栅线或衍射结构。
126.当包括在中心的点203的图像201被提供给导光部件101时，外耦合衍射部件107的第二部分503控制通过部分503的光束的亮度。这使这些光束在外耦合之后的亮度与出射光瞳的其余部分中的光束的亮度相匹配。图12所示的出射光瞳211的能量分布具有均匀分布，因此显示出高水平的均匀性。
127.图13示出了另一示例导光部件101，其被配置为校正由导光部件101的组件的不同
厚度引起的亮度变化。在图13所示的示例中，外耦合衍射部件107具有矩形形状。外耦合衍射部件被定位成使矩形的长度平行于或基本平行于扩展部件105的长度延伸。
128.在该示例中，外耦合衍射部件107的具有较高衍射效率的第一部分501被提供为矩形部分，而外耦合衍射部件107的具有较低衍射效率的第二部分503也被提供为矩形部分，其布置与图10所示的布置类似。
129.在图13所示的示例中，外耦合衍射部件107的第二部分503包括在由第二部分503覆盖的所有区域上不均匀的衍射光栅。在图13所示的示例中，第二部分503包括子部分601和子部分603，子部分601包括衍射光栅，子部分603不包括衍射光栅。定位各个子部分601、603的尺寸和位置，以控制光线的亮度，从而在出射光瞳上提供均匀的亮度级。
130.被提供在第二部分503的子部分601中的衍射光栅具有与被提供在第一部分501中的衍射光栅相同的周期性。
131.在图13的示例中，包括衍射光栅的子部分601和不包括衍射光栅的子部分603沿外耦合衍射部件107的长度以交替布置被提供。包括衍射光栅的子部分601和不包括衍射光栅的子部分603沿着外耦合衍射部件107的长度以交替布置被提供。包括衍射光栅的子部分601具有锥形形状，其中该形状的最窄端最靠近扩展部件105，并且最宽端邻近外耦合衍射部件107的第一部分。不包括衍射光栅的子部分603具有锥形形状，与包括衍射光栅的子部分601的锥形形状相比，该锥形形状是倒置的。因此，不包括衍射光栅的子部分603的最窄端被提供在与外耦合衍射部件107的第一部分501相邻的端处，而最宽端被提供为最靠近扩展部件105。
132.当包括在中心的点203的图像201被提供给导光部件101时，外耦合衍射部件107的第二部分503控制通过部分503的光束的亮度。这使这些光束在外耦合之后的亮度与出射光瞳的其余部分中的光束的亮度相匹配。图13所示的出射光瞳211的能量分布具有均匀分布，因此显示出高水平的均匀性。
133.图14示出了包括第一导光部件101a和第二导光部件101b的示例装置1401。在装置1401中，第二导光部件101b被提供为覆盖第一导光部件101a。图14还单独示出了第一导光部件101a和第二导光部件101b，以便图示各个导光部件101a、101b的组件。
134.第一导光部件101a和第二导光部件101b中的每一个包括内耦合衍射部件103a、103b，扩展部件105a、105b和外耦合衍射部件107a、107b。
135.在图14所示的示例中，内耦合衍射部件103a、103b，扩展部件105a、105b和外耦合衍射部件107a、107b在不同导光部件101a、101b中的每一个中具有相同的尺寸和形状，以使当第二导光部件101b被提供为覆盖第一导光部件101a时，不同导光部件101a、101b的相应部件彼此匹配。
136.外耦合衍射部件107a、107b被配置为当从不同导光部件101a、101b外耦合的光彼此堆叠时减少它们之间的干涉。在图14的示例中，第一导光部件101a的外耦合衍射部件107a包括第一部分501和第二部分503的交替序列。第一部分501可以是衍射部分，第二部分503可以是非衍射部分，以便减少来自不同导光部件101a、101b的外耦合光的干涉。
137.在图14所示的示例中，第一部分501和第二部分503形成远离扩展部件105延伸的细长部分501、503。在其他示例中可以使用其他配置。
138.第二导光部件101b的外耦合衍射部件107b的第一部分501和第二部分503的顺序
被配置成使得：当第二导光部件101b被提供为覆盖第一导光部件101a时，第二导光部件101b的第一部分501覆盖第一导光部件101a的第二部分503。类似地，第二导光部件101b的第二部分503覆盖第一导光部件101a的第一部分501。
139.第一部分501和第二部分503的交替序列延伸跨外耦合衍射部件107a、107b的所有区域。第一部分501和第二部分503被配置成使得外耦合衍射部件107a、107b的大约一半包括衍射部分，并且外耦合衍射部件107a、107b的大约一半包括非衍射部分。
140.在图14所示的示例中，第一部分501具有与第二部分503类似的宽度。相应部分501、503的其它配置可用于本公开的其它示例中。
141.在图14所示的示例中，第二导光部件101b具有与第一导光部件101a相同的配置，使得当它们处于堆叠配置时，第二导光部件101b的每个组件覆盖第一导光部件101a的相应组件。图15示出了另一示例，其中第二导光部件101b具有与第一导光部件101a不同的配置。
142.在图15的示例中，第二导光部件101b被配置成使得扩展部件105b被提供在内耦合衍射部件103b的下方而不是内耦合衍射部件的侧面。当第二导光部件101b被定位成与第一导光部件101a重叠时，相应的扩展部件105a、105b不重叠，然而相应的内耦合衍射部件103a、103b仍将彼此重叠，并且外耦合衍射部件107a、107b仍将彼此重叠。
143.第一外耦合衍射部件107a的第一部分501和第二部分503形成细长部分501、503，其类似于图14所示的示例远离扩展部件105延伸。然而，在图15中，第二外耦合衍射部件107b的第一部分501和第二部分503形成平行于扩展部件105b延伸的细长部分501、503。这确保当第二导光部件101b被提供在覆盖第一导光部件101a的装置1501中时，第二导光部件101b的第一部分501覆盖第一导光部件101a的第二部分503。类似地，第二导光部件101b的第二部分503覆盖第一导光部件101a的第一部分501。
144.在图14和15所示的示例中，相应的外耦合衍射部件107a、107b被配置成使得它们彼此完全重叠。在一些示例中，在相应的外耦合衍射部件107a、107b之间可能仅存在部分重叠。
145.图16示出了包括第一导光部件101a和第二导光部件101b的另一示例装置1401。图16示出了示例导光部件101，其包括内耦合衍射部件103、扩展部件105和外耦合衍射部件107。这些导光部件101a、101b中的两个可以堆叠以形成如图16所示的装置1401。
146.在该示例中，外耦合衍射部件107还被配置为当不同导光部件彼此堆叠以形成装置1401时减少从不同导光部件外耦合的光之间的干涉。在图16的示例中，外耦合衍射部件107还包括第一部分501和第二部分503的交替序列，其中第一部分501可以是衍射部分，第二部分503可以是非衍射部分。
147.在图16所示的示例中，第一部分501和第二部分503形成远离扩展部件105延伸的细长部分501、503。在图16的示例中，第一部分501在跨外耦合衍射部件107上的尺寸增加。在图16的示例中，最靠近扩展部件105的第一部分501比远离扩展部件105的第一部分501更小。在图16的示例中，第二部分503在跨外耦合衍射部件107上的尺寸减小。在图16的示例中，最靠近扩展部件105的第二部分503比远离扩展部件105的第二部分503更大。
148.当第一导光部件101a与第二导光部件101b堆叠时，第二导光部件101b以第一导光部件101a的镜像被配置，如同第一导光部件101a已经绕水平轴反映一样
149.第二导光部件101b的外耦合衍射部件107b的第一部分501和第二部分503的尺寸
和间距被配置成使得：当第二导光部件101b被提供为覆盖第一导光部件101a时，第二导光部件101b的第一部分501覆盖第一导光部件101a的第二部分503。类似地，第二导光部件101b的第二部分503覆盖第一导光部件101a的第一部分501。
150.因此，本发明的示例提供各种导光部件，导光部件可经配置以在出射光瞳中提供更均匀的亮度且因此可提供改进的图像质量。
151.包括如上描述的导光部件101的装置可以被包括在模块、设备、显示器、立体显示器、自动立体显示器、平视显示器、车辆的显示单元和/或车辆或任何其他合适的实体中。
152.术语“包括”在本文中以包含性而非排他性的含义使用。也就是说，对包含y的x的任何引用表示x可以仅包含一个y或可以包含多于一个y。如果旨在使用具有排他性含义的“包括”，则在上下文中通过引用“仅包括一个”或通过使用“组成”而表达清楚。
153.在本说明书中，参考了各种示例。联系示例的特征或功能的描述指示那些特征或功能存在于该示例中。无论是否明确陈述，术语“示例”或“例如”或“可以(can)”或“可以(may)”在文中的使用表示这样的特征或功能存在于至少所描述的示例中，无论是否被描述为示例，并且它们可以但不一定存在于一些或所有其它示例中。因此，“示例”、“例如”、“可以(can)”或“可以(may)”是指一类示例中的特定实例。实例的属性可以是仅该实例的属性，或该类的属性，或包括类中的一些但不是所有实例的类的子类的属性。因此，隐含公开了参考一个示例而非参考另一示例描述的特征可以在可能的情况下作为工作组合的一部分用于该其它示例中，但不一定必须用于该其它示例中。
154.虽然在前面的段落中已经参考各种示例描述了示例，但是应当理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对给出的示例进行修改。
155.在前面的描述中描述的特征可以在除了上面明确描述的组合之外的组合中使用。
156.尽管已经参照某些特征描述了功能，但是无论是否描述，这些功能都可以由其它特征来执行。
157.尽管已经参考某些示例描述了特征，但是无论是否描述，这些特征也可以存在于其他示例中。
158.术语“一(a)”或“该(the)”在本文中以包含性而非排他性的含义使用。也就是说，除非上下文明确指出相反情况，否则任何对包含一个y的x的引用表示x可仅包含一个y或可包含多于一个y。如果旨在使用具有排他性含义的“一(a)”或“该(the)”，则将在上下文中表述清楚。在一些情况下，使用“至少一个”或“一个或多个”可用于强调包含性含义，但这些术语的缺失不应理解为暗指任何排他性含义。
159.权利要求中特征(或特征组合)的存在是对该特征或特征(特征组合)本身以及实现基本相同技术效果的特征(等同特征)的引用。等效特征包括例如变化的特征，并且以基本相同的方式实现基本相同的结果。等同特征例如包括以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现基本相同的结果的特征。
160.在本说明书中，已经参考使用形容词或形容词短语的各种示例来描述示例的特征。与示例相关的特性的这种描述指示该特性在一些示例中完全如所描述的那样存在，而在其他示例中基本上如所描述的那样存在。
161.尽管在前述说明书中努力引起对那些被认为是重要的特征的注意，但是应当理解，无论是否对其进行了强调，申请人都可以经由权利要求来寻求对在上文中提及和/或在
附图中示出的任何可专利特征或特征组合的保护。

技术特征：
1.一种装置，包括：导光部件，其至少包括：内耦合衍射部件，被配置成将一个或多个输入光束从光引擎内耦合到所述导光部件中；扩展部件，被配置成扩展所述一个或多个输入光束；以及外耦合衍射部件，被配置成将来自所述导光部件的经扩展的所述一个或多个光束外耦合；其中所述外耦合衍射部件包括至少第一部分和至少第二部分，所述第一部分被配置成以第一效率外耦合经扩展的所述一个或多个光束，所述第二部分被配置成以第二效率外耦合经扩展的所述一个或多个光束，其中所述第二效率低于所述第一效率。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的第二部分被配置成控制由所述装置提供的光输出的一部分光输出的亮度。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的所述第一部分包括具有第一周期性的衍射光栅，并且所述外耦合衍射部件的所述第二部分包括：包括具有所述第一周期性的衍射光栅的一个或多个子部分、以及不包括衍射光栅的一个或多个子部分。4.根据权利要求3所述的装置，其中不具有衍射光栅的所述子部分位于所述外耦合衍射部件的所述第二部分中，介于衍射光栅的子部分之间。5.根据权利要求3至4中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的所述第二部分内的所述子部分的所述周期性被配置为减小经扩展的所述光束内的相位。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的所述第二部分包括吸收部件，所述吸收部件被配置成吸收经扩展的所述光束中的至少一些光束。7.根据权利要求6所述的装置，其中所述吸收部件包括吸收涂层。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的第二部分位于所述外耦合衍射部件的至少一个边缘上。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的尺寸和形状被设置成与先前衍射部件的尺寸和形状匹配，以使所述扩展部件的极端光线能够被所述外耦合衍射部件外耦合。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的所述第一部分位于离先前衍射部件最远的边缘处，并且所述外耦合衍射部件的所述第二部分位于离所述先前衍射部件最近的边缘处。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述外耦合衍射部件的所述第二部分被提供为跨所述外耦合衍射部件，以使入射到所述外耦合衍射部件上的所有光穿过所述外耦合衍射部件的所述第二部分。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，与所述外耦合衍射部件的所述第一部分相比，所述外耦合衍射部件的所述第二部分被配置为具有以下至少一项：衍射光栅的不同填充因子、不同衍射光栅深度、不同光栅轮廓、不同折射率轮廓。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括第一导光部件和第二导光部件；其中所述第二导光部件被提供为覆盖所述第一导光部件；以及其中所述第一导光部件的所述外耦合衍射部件包括衍射部分和非衍射部分的交替序列，并且所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件包括衍射部分和非衍射部分的对应交替
序列，所述对应交替序列被配置成减少从所述不同的外耦合衍射部件外耦合的光之间的干涉。14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件被提供为覆盖所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件、以及所述衍射部分和非衍射部分的所述序列，并且所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件被配置为使得：所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件的非衍射段覆盖所述第一导光部件的所述外耦合衍射部件的衍射部分，并且所述第二导光部件的所述外耦合衍射部件的衍射部分覆盖所述第一导光部件的所述外耦合衍射部件的非衍射部分。15.一种模块、设备、显示器、立体显示器、自动立体显示器、平视显示器、车辆的显示单元和/或车辆，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置。

技术总结
本公开的示例涉及光学装置、模块和设备。本公开的示例涉及包括导光部件的装置。导光部件至少包括；内耦合衍射部件，其被配置成将一个或多个输入光束从光引擎内耦合到导光部件；扩展部件，其被配置成扩展一个或多个输入光束；以及外耦合衍射部件，其被配置成将来自导光部件的一个或多个扩展光束外耦合。外耦合衍射部件包括至少第一部分和至少第二部分，第一部分被配置成以第一效率外耦合一个或多个扩展光束，第二部分被配置成以第二效率外耦合一个或多个扩展光束，其中第二效率低于第一效率。率。率。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：诺基亚技术有限公司
技术研发日：2021.11.10
技术公布日：2023/8/16