具有光散射减轻的波导阵列照明器的制作方法

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、以及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：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该波导阵列中传播，该波导阵列中的多个波导彼此平行延伸，每个波导被配置成引导该多个子射束中的一个子射束；以及耦出光栅阵列，该耦出光栅阵列包括多行耦出光栅，每个行沿着该波导阵列中的对应波导的长度耦接到该对应波导，其中，每个行的多个耦出光栅被配置用于将在对应波导中传播的子射束的多个部分耦出，从而在操作中，子射束的部分的二维阵列从该波导阵列耦出。

2、该耦出光栅阵列的每个行的多个耦出光栅可以具有随距该波导分路器的距离而逐渐增加的耦出效率，以用于使耦出的该子射束的部分的该二维阵列的光功率的空间分布平坦化(flatten)。

3、该耦出光栅阵列中的耦出光栅可以在对应波导的长度方向上变迹(apodized)，使得存在以下中的至少一者：每个耦出光栅在该耦出光栅的相反端部处的占空比小于0.1或大于0.9，且在该耦出光栅的相反端部之间的占空比大于0.1且小于0.9；或者每个耦出光栅在该耦出光栅的相反端部处的沟槽深度小于在该耦出光栅的中间处的沟槽深度。

4、该波导阵列可以包括脊型波导阵列；该耦出光栅阵列可以形成在该脊型波导阵列中；每个行的耦出光栅可以包括在该脊型波导阵列中的对应脊型波导中被蚀刻到光栅蚀刻深度d光栅的沟槽；并且每个行的相邻的耦出光栅之间的间隙可以被均匀地蚀刻到间隙蚀刻深度d间隙＝ad光栅，其中，0<a<1。

5、a可以小于0.5。

6、该波导阵列可以包括脊型波导阵列；该耦出光栅阵列可以形成在该脊型波导阵列中；每个行的耦出光栅可以包括在该脊型波导阵列中的对应脊型波导中以光栅间距p光栅设置的沟槽；并且每个行的相邻的耦出光栅之间的间隙可以包括间隙光栅。

7、该间隙光栅可以包括非平行于该波导阵列的波导延伸的以间隙间距p间隙＝bp光栅设置的沟槽，其中，0<b<0.5。

8、该间隙光栅可以包括平行于该波导阵列的波导延伸的沟槽。

9、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该波导阵列中传播，该波导阵列中的多个波导彼此平行延伸，每个波导被配置成引导该多个子射束中的一个子射束；以及耦出光栅阵列，该耦出光栅阵列包括多行耦出光栅，每个行沿着该波导阵列中的对应波导的长度耦接到该对应波导，其中，每个行的多个耦出光栅被配置用于将在对应波导中传播的子射束的多个部分耦出，从而在操作中，子射束的部分的二维阵列从该波导阵列耦出；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和配置成接收耦出的该子射束的部分的二维阵列。

10、该耦出光栅阵列中的每个行的多个耦出光栅可以具有随距该波导分路器的距离而逐渐增加的耦出效率，以用于使耦出的该子射束的部分的二维阵列的光功率的空间分布平坦化。

11、该耦出光栅阵列中的耦出光栅可以在该波导阵列中的波导的长度方向上变迹，以减少通过该耦出光栅阵列的光散射。

12、这些显示像素的间距可以基本上等于该耦出光栅阵列的间距。

13、该显示设备还可以包括光源，该光源用于向该输入波导提供输入光束。

14、该光源可以是偏振光源，其中，该输入光束和耦出的该子射束的部分可以是偏振的；并且该显示像素的阵列可以包括可调谐偏振旋转器的阵列，该可调谐偏振旋转器的阵列用于调谐各子射束的部分的偏振。

15、该光源可以包括单色光源，其中，该输入光束可以具有第一颜色通道的波长。

16、根据本公开的第三方面，提供了一种用于减少在波导照明器中的光散射的方法，该波导照明器包括：波导分路器，该波导分路器用于将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该波导阵列中传播，每个波导被配置成引导该多个子射束中的一个子射束；以及耦出光栅阵列，该耦出光栅阵列包括在对应波导中形成的多行耦出光栅，该多行耦出光栅用于将在对应波导中传播的子射束的多个部分耦出，该方法包括：将一行耦出光栅中的多个耦出光栅的阻抗与该一行耦出光栅中的这些耦出光栅之间的间隙的阻抗相匹配。

17、匹配这些耦出光栅的阻抗可以包括使该耦出光栅阵列中的耦出光栅在对应波导的长度方向上变迹，使得每个耦出光栅在该耦出光栅的相反端部处的占空比小于0.1或大于0.9，且在该耦出光栅的相反端部之间的占空比介于0.1与0.9之间。

18、该波导阵列可以包括脊型波导的阵列，并且可以通过将脊型波导蚀刻到光栅蚀刻深度d光栅而在该脊型波导的阵列中形成该耦出光栅阵列；并且其中，匹配这些耦出光栅的阻抗可以包括将每个行的相邻的耦出光栅之间的间隙均匀地蚀刻到间隙蚀刻深度d间隙＝ad光栅，其中，0<a<1。

19、该波导阵列可以包括脊型波导阵列，并且该耦出光栅阵列可以形成在该脊型波导阵列中；并且其中，匹配这些耦出光栅的阻抗可以包括以比这些耦出光栅的间距至少小两倍的间距而在相邻的耦出光栅之间的间隙中形成间隙光栅。

20、该波导阵列可以包括脊型波导阵列，并且这些耦出光栅阵列可以形成在该脊型波导阵列中；并且其中，匹配这些耦出光栅的阻抗可以包括在相邻的耦出光栅之间的间隙中形成间隙光栅，这些间隙光栅可以包括平行于该脊型波导阵列中的脊型波导延伸的沟槽。