具有波导阵列的波导照明器的制作方法

本公开涉及照明器、视觉显示设备以及相关部件和模块。

背景技术：

1、视觉显示器向一位或多位观看者提供信息，这些信息包括静止图像、视频、数据等。视觉显示器在各种领域有所应用，仅举几例，这些领域包括娱乐、教育、工程、科学、专业培训、广告。一些视觉显示器(例如，电视机)向多位用户显示图像，而一些视觉显示系统(例如，近眼显示器(near-eye display，ned))旨在供单个用户使用。

2、人工现实系统通常包括被配置成向用户呈现内容的ned(例如，头戴式设备(headset)或一副眼镜)。近眼显示器可以显示虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象的图像进行组合，如在虚拟现实(virtual reality，vr)应用、增强现实(augmented reality，ar)应用或混合现实(mixed reality，mr)应用中那样。例如，在ar系统中，用户可以通过透视“组合器”部件来观看与周围环境叠加的虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(computer-generated image，cgi))。可穿戴显示器的组合器通常对外部光是透明的，但包括一些光路由光学器件以将显示光引导到用户的视场中。

3、因为头戴式显示器(hmd)或ned的显示器通常佩戴在用户的头部上，所以具有沉重电池的大型、体积庞大且笨重、不平衡和/或沉重的显示设备对于用户穿戴来说将是麻烦的且是不舒适的。因此，头戴式显示设备可以受益于紧凑且高效的构造，该构造包括提供显示面板的照明的高效光源和照明器、高通量目镜和图像形成系统中的其它光学元件。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种波导照明器，该波导照明器包括：第一输入波导，该第一输入波导用于在其中引导第一输入光束；耦接到该第一输入波导的第一波导分路器，该第一波导分路器用于将该第一输入光束分成第一多个子射束；耦接到该第一波导分路器的第一波导阵列，该第一波导阵列用于传播该第一多个中的子射束，该第一波导阵列中的多个波导彼此平行延伸，其中，该第一波导阵列中的每个波导被配置成将来自该第一波导分路器的该第一多个中的子射束引导到该波导的端部；以及成行耦出器的第一阵列，该第一阵列中的每一行耦出器沿着该第一波导阵列中的波导的长度耦接到该波导，以用于将在该波导中传播的子射束的部分耦出，以形成从该第一波导阵列耦出的子射束部分的第一二维阵列。

2、在一些实施例中，该成行耦出器的第一阵列中的每一行的耦出器具有随着距该第一波导分路器的距离而逐渐增加的耦出效率，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

3、在一些实施例中，该成行耦出器的第一阵列中的各耦出器包括多个光栅耦出器；并且这些光栅耦出器具有随着距该第一波导分路器的距离变化的光栅占空比或光栅高度中的至少一者，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

4、在一些实施例中，该第一波导阵列中的波导具有随着距该第一波导分路器的距离而绝热(adiabatically)减小的厚度，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

5、在一些实施例中，该成行耦出器的第一阵列中的各耦出器包括多个光栅耦出器；并且这些光栅耦出器具有随着距该第一波导分路器的距离变化的光栅长度，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

6、在一些实施例中，该成行耦出器的第一阵列中的各耦出器包括多个光栅耦出器；并且这些光栅耦出器的横向宽度与波导的宽度的比值随着距该第一波导分路器的距离而变化，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

7、在一些实施例中，该波导照明器还包括：第二输入波导，该第二输入波导用于在其中引导第二输入光束；耦接到该第二输入波导的第二波导分路器，该第二波导分路器用于将该第二输入光束分成第二多个子射束；耦接到该第二波导分路器的第二波导阵列，该第二波导阵列用于传播该第二多个中的子射束，该第二波导阵列中的多个波导彼此平行延伸，其中，该第二波导阵列中的每个波导被配置成引导该第二多个中的子射束；以及成行耦出器的第二阵列，该第二阵列中的每一行耦出器沿着该第二波导阵列的波导的长度耦接到该波导，以用于将在该波导中传播的子射束的部分耦出，以形成耦出的中，该第一多个中的子射束与该第二多个中的子射束沿相反方向传播。

8、在一些实施例中，该波导照明器还包括反射器，该反射器位于该第一波导阵列中的各波导的端部处，以用于将子射束反射以向该第一波导分路器传播回来。

9、在一些实施例中，该反射器延伸越过该第一波导阵列中的各波导，并且包括布拉格反射器或金属涂覆的蚀刻沟槽反射镜(metal-coated etched groove mirror)中的至少一者。

10、在一些实施例中，该波导照明器还包括：第一耦入器、第二耦入器和第三耦入器，该第一耦入器、该第二耦入器和该第三耦入器分别用于将第一颜色通道的光、第二颜色通道的光和第三颜色通道的光耦入到该波导照明器；以及耦接到该第一耦入器、该第二耦入器和该第三耦入器的波长复用器，该波长复用器用于将该第一颜色通道的光、该第二颜色通道的光和该第三颜色通道的光组合成该第一输入光束，并且用于将该第一输入光束耦合到该第一输入波导中；其中，该第一波导分路器包括：1×n分路器，该1×n分路器用于将该第一输入光束分成n个部分，每个部分在n个输出波导中的一个输出波导中传播，其中n是整数；以及n个波长解复用器，每个波长解复用器耦接到该n个输出波导中的一个特定输出波导，以用于将该第一颜色通道的光、该第二颜色通道的光和该第三颜色通道的光分开以在该第一波导阵列的不同波导中传播。

11、根据本公开的第二方面，提供了一种显示设备，该显示设备包括波导照明器以及显示面板，该波导照明器包括：输入波导，该输入波导用于在其中引导输入光束；耦接到该输入波导的波导分路器，该波导分路器用于将该输入光束分成多个子射束；耦接到该波导分路器的波导阵列，该波导阵列用于使该多个子射束在其中传播，该波导阵列中的多个波导彼此平行延伸，其中，该波导阵列中的每个波导被配置成在其中将来自该波导分路器的该多个子射束中的子射束引导到该波导的端部；以及成行耦出器的阵列，每一行耦出器沿着该波导阵列中的波导的长度耦接到该波导，以用于将在该波导中传播的子射束的部分耦出，以形成从该波导阵列耦出的子射束部分的二维阵列；该显示面板包括显示像素的阵列，该显示像素的阵列被设置并配置成接收该耦出的子射束部分的阵列。

12、在一些实施例中，该成行耦出器的阵列中的每一行的耦出器具有随着距该波导分路器的距离而逐渐增加的耦出效率，以用于使耦出的子射束部分的二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

13、在一些实施例中，该成行耦出器的阵列中的各耦出器包括多个光栅耦出器；并且这些光栅耦出器具有随着距该波导分路器的距离变化的光栅占空比、光栅宽度或光栅高度中的至少一者，以用于使耦出的子射束部分的二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

14、在一些实施例中，这些显示像素的间距基本上等于该成行耦出器的阵列的间距。

15、在一些实施例中，该显示设备还包括光源，该光源用于将该输入光束提供给该输入波导。

16、在一些实施例中，该光源为偏振光源，其中，该输入光束和耦出的子射束部分是偏振的；其中，该显示像素的阵列包括用于调谐各个子射束部分的偏振的可调偏振旋转器阵列。

17、在一些实施例中，该光源包括单色光源，其中，该输入光束具有第一颜色通道的波长。

18、根据本公开的第二方面，提供了一种用于照亮显示面板的方法，该方法包括：在波导照明器的第一输入波导中引导第一输入光束；使用第一波导分路器将该第一输入光束分成第一多个子射束；在该波导照明器的第一波导阵列中引导该第一多个子射束相互平行；以及使用成行耦出器的第一阵列将该第一多个中的子射束的部分耦出，每一行耦出器耦接到该第一波导阵列中的波导，以形成耦出的子射束部分的第一二维阵列。

19、在一些实施例中，该成行耦出器的第一阵列中的每一行的耦出器具有随着距该第一波导分路器的距离而逐渐增加的耦出效率，以用于使耦出的子射束部分的第一二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

20、在一些实施例中，该方法还包括：在该波导照明器的第二输入波导中引导第二输入光束；使用第二波导分路器将该第二输入光束分成第二多个子射束；在该波导照明器的第二波导阵列中引导该第二多个子射束相互平行；以及使用成行耦出器的第二阵列将该第二多个中的子射束的部分耦出，每一行耦出器耦接到该第二波导阵列中的波导，以形成耦出的子射束部分的第二二维阵列；其中，该第一波导阵列与该第二波导阵列是交错的；并且其中，该第一多个子射束中的子射束与该第二多个子射束中的子射束沿相反方向传播。

21、应当理解的是，本文中描述为适合于结合到本公开的一个或多个方面或一个或多个实施例中的任何特征旨在可推广到本公开的任何和所有方面以及任何和所有实施例中。本领域技术人员根据本公开的说明书、权利要求书和附图，可以理解本公开的其它方面。上述总体描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。