專利名稱：：用于在二維上擴(kuò)展出射光瞳的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過(guò)衍射元件來(lái)擴(kuò)展光束。本發(fā)明還涉及顯示虛《象。
背景技術(shù)：
：顯示模塊在便攜式設(shè)備中被用于以圖形的形式顯示信息。在便攜式設(shè)備中小尺寸是重要的方面。然而，便攜式設(shè)備的這種小尺寸也對(duì)并入所述設(shè)備中的顯示器的尺寸設(shè)置了限制。常規(guī)小顯示器的典型缺點(diǎn)是在保持足夠分辨率時(shí)，觀察者在看一眼的情況下僅可以檢查大的被顯示圖像的一小部分。大圖像可以通過(guò)小設(shè)備來(lái)顯示，例如當(dāng)設(shè)備包括近眼式虛擬顯示器(near-eyevirtualdisplay)時(shí)。成〗象光學(xué)裝置可以將由孩史顯示器所生成的小的實(shí)像轉(zhuǎn)換成虛像。觀察者可以將設(shè)備放置在他的眼睛附近，從而使得當(dāng)由成像光學(xué)裝置所提供的光照射(impinge)到他的眼晴上時(shí)，他感知到關(guān)于在無(wú)限距離處所顯示的大的詳細(xì)虛^^的印象。當(dāng)通過(guò)使用衍射波束擴(kuò)展器(其也被稱為出射光瞳擴(kuò)展器(EPE))來(lái)擴(kuò)展由成像光學(xué)裝置所提供的光束時(shí)，微顯示器和成像光學(xué)裝置可以被制作得甚至更小和/或更輕。例如，在專利申請(qǐng)EP0535402中公開(kāi)了一種基于衍射波束擴(kuò)展器的近眼式顯示器。美國(guó)專利6,580,529公開(kāi)了一種用于在二維上(即水平地和垂直地)擴(kuò)展光束的衍射波束擴(kuò)展器。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于在二維上擴(kuò)展光束的衍射波束擴(kuò)展器。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種用于顯示虛像的設(shè)備。9根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求l的衍射波束擴(kuò)展器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求9的用于擴(kuò)展光束的方法。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求ll的波束擴(kuò)展裝置。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求13的用于顯示虛像的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求15的用于顯示虛像的方法。所述衍射波束擴(kuò)展器包括輸入光柵(inputgrating)以便將輸入波束耦合到波導(dǎo)基片中。向內(nèi)耦合的光束(in-coupledlightbeam)在第一位置處和在進(jìn)一步的位置處照射到交叉光柵上。在光與交叉光柵之間的第一交互提供了在不同方向上傳播的子波束。在子波束與交叉光柵之間的進(jìn)一步的交互提供了進(jìn)一步的子波束，所述進(jìn)一步的子波束相對(duì)于彼此橫向偏移，并且在與原始向內(nèi)耦合的光束相同的方向上傳播。換句話說(shuō)，與交叉光柵的第一交互可以改變光束的方向，并且進(jìn)一步的交互可以恢復(fù)光束的方向。因此，擴(kuò)展了向內(nèi)耦合的波束。具有相同方向的子波束通過(guò)輸出光柵而耦合到基片之外，以便提供輸出波束，所述輸出波束相對(duì)于輸入波束在二維上放大并且在與所述輸入波束相同的方向上傳播。所述交叉光柵包括多個(gè)衍射特征，其中沿基本上平行的線的第一集合的線以及沿基本上平行的線的第二集合的線來(lái)布置所述多個(gè)衍射特征。第一集合的線垂直于所述第二集合的線，并且第一集合的線相對(duì)于輸入光柵的線性衍射特征是傾斜的。第一集合的線具有第一光柵周期(gartingperiod)，并且第二集合的線具有第二光柵周期。設(shè)備(特別是便攜式設(shè)備)可以包括衍射波束擴(kuò)展器，以便擴(kuò)展虛擬顯示器的出射光瞳。在實(shí)施例中，光通過(guò)光柵被衍射高達(dá)四次至除了零以外的衍射級(jí)(diffractionorder),以便擴(kuò)展光束，即，一次通過(guò)輸入光柵，兩次通過(guò)交叉光柵，以及一次通過(guò)輸出光柵。因而，圖像質(zhì)量可以好于在要求不止四次連續(xù)衍射的現(xiàn)有技術(shù)方法中的圖像質(zhì)量。還可以改進(jìn)將光從輸入光柵耦合到輸出光柵的整體效率。交叉光柵可以在與輸入光柵和/或輸出光柵相同的平面上實(shí)現(xiàn)，這促進(jìn)了衍射波束擴(kuò)展器的產(chǎn)生。在實(shí)施例中，輸入光柵的中心、交叉光柵的中心以及輸出光柵的中心可以基本上位于相同的線上。通過(guò)下面在此給出的描述和例子以及通過(guò)所附權(quán)利要求，本發(fā)明的實(shí)施例以及它們的益處對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得更加顯而易見(jiàn)。在下面的例子中，將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖l在三維視角上示出了光學(xué)引擎和衍射波束擴(kuò)展器；圖2a示出了光學(xué)引擎和衍射波束擴(kuò)展器；圖2b示出了在微顯示器上的實(shí)像；圖3a在三維視角上示出了將向內(nèi)耦合的波束分成若干個(gè)子波束；圖3b示出了將向內(nèi)耦合的波束分成若干個(gè)子波束；圖3c示出了向內(nèi)耦合的波束的垂直擴(kuò)展；圖4示出了將向內(nèi)耦合的波束分成若干個(gè)子波束；圖5a示出了包括交叉光柵的衍射波束擴(kuò)展器；圖5b示出了圖5a的交叉光柵；圖5c示出了交叉光柵的表面的一部分；圖6a在三維視角上示出了交叉光柵的表面的一部分；圖6b在三維視角上示出了傾斜交叉光柵的表面的一部分；圖7示出了輸入波束、向內(nèi)耦合的波束和輸出波束的路徑；圖8a在三維視角上示出了輸入波束的方位角和天頂角(zenithangle);圖8b示出了輸入波束的方位角、向內(nèi)耦合的波束的方位角和輸出波束的方位角；圖8c在三維視角上示出了輸入波束的天頂角、向內(nèi)耦合的波束的天頂角和輸出波束的天頂角；圖9示出了雙目鏡(bi-ocular)衍射波束擴(kuò)展器；圖10在三維視角上示出了用于顯示虛4象的雙目鏡顯示設(shè)備；以及圖ll在三維視角上示出了用于顯示虛像的顯示設(shè)備。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1,虛擬顯示設(shè)備200可以包括光學(xué)引擎100和衍射波束擴(kuò)展器50。光學(xué)引擎100包括微顯示器110和成像光學(xué)裝置120(圖2a)。成像光學(xué)裝置120將通過(guò)微顯示器所形成的實(shí)像605(圖2b)轉(zhuǎn)換成虛像710(圖10)，該虛像710可以通過(guò)衍射波束擴(kuò)展器50的取景孔35而觀察到。衍射波束擴(kuò)展器50包括在基本上平坦的透明基片7上實(shí)現(xiàn)的輸入光柵10、交叉光柵20和輸出光柵30?；?具有第一基本平坦表面，以a本上平行于所述第一平坦表面的第二基本平坦表面?；?是波導(dǎo)的，這意味著向內(nèi)耦合的光可以在所述基片7內(nèi)傳播，從而使得所述傳播的光可以通過(guò)全內(nèi)反射(TIR)而局限于所g片7。光學(xué)引擎100提供輸入波束B(niǎo)O。照射到輸入光柵10上的輸入波束B(niǎo)O可以耦合到基片7中，從而使得對(duì)應(yīng)的向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1在所述基片內(nèi)朝著交叉光柵20傳播。輸入光柵10通常僅具有兩個(gè)衍射級(jí)，即，衍射級(jí)l和-l，它們將光耦合到基片7中。本討論主要集中于通過(guò)衍射級(jí)1耦合到基片7中的光的傳播?；诒居懻摚绢I(lǐng)域技術(shù)人員可以得出通過(guò)衍射級(jí)-l耦合到基片7中的光的傳播，因?yàn)榕c衍射級(jí)-1和1相對(duì)應(yīng)的向內(nèi)耦合的波束通常在基本上相反的方向上傳播。交叉光柵20包括多個(gè)衍射特征，其中沿平行線的第一集合以及沿平行12線的第二集合來(lái)布置這多個(gè)衍射特征，從而使得第一集合的線垂直于第二集合的線。第一集合的線具有第一光柵周期，并且第二集合的線具有第二光柵周期。波導(dǎo)基片7的平坦表面在由方向SX和SZ所限定的平面中。方向SX垂直于方向SZ。方向SY垂直于方向SX和SZ。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l可以與交叉光柵圖案(gratingpattern)20交互兩次或更多次。通過(guò)輸入光柵10耦合到基片7中的光束B(niǎo)1在第一位置和進(jìn)一步的位置處照射到交叉光柵20上。在第一位置處的交互可以拔_供相對(duì)于向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l橫向傳播的子波束。在第二位置處的交互可以提供進(jìn)一步的子波束Un)、S(h)和V(n，其中，子波束1110、Soo和V01相對(duì)于彼此側(cè)向(sideways)偏移，并且在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1相同的方向上傳播。因而，子波束Un)、Soo和Voi可以一起形成放大的波束B(niǎo)1，其在與原始向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1相同的方向上傳4番?，F(xiàn)在包括若干個(gè)子波束U1()、Soo和Vei的向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l通過(guò)輸出光柵30隨后耦合到基片7之外，以便當(dāng)相比于輸入波束B(niǎo)O時(shí)提供在兩個(gè)方向SX、SZ上擴(kuò)展的輸出波束B(niǎo)2。輸出波束B(niǎo)2可以照射到觀察者的眼睛E1上。由輸出光柵30的周界來(lái)限定取景孔35。如果例如為了修改顯示設(shè)備200(其包括衍射波束擴(kuò)展器50)的視覺(jué)外觀而將掩蔽(mask)疊置在所述光柵30上，則取景孔35還可以小于輸出光柵30。取景孔35具有高度H2和寬度W2。輸入波束B(niǎo)O具有高度HO和寬帶WO。輸出波束B(niǎo)2的最大寬度由取景孔35的寬度W2來(lái)限定，并且輸出波束B(niǎo)2的最大高度(即垂直尺寸)由輸出孔35的高度H2來(lái)限定。取景孔35的高度H2和寬度W2可以被選擇成大于輸入波束B(niǎo)O的高度HO和寬度WO，以便在二維上擴(kuò)展光學(xué)引擎100的出射光瞳。輸入光柵的高度和寬度可以纟皮選擇成基本上等于或大于輸入波束B(niǎo)O的尺寸，以便最大化將光耦合到基片7中的效率。光柵IO、20、30^Jf射元件。光柵IO、20、30可以例如是通過(guò)模塑13(molding)或壓花(embossing)實(shí)現(xiàn)的表面浮雕光柵。光柵10、20、30的輪廓可以例如是正弦曲線、二元矩形或火焰狀(blazed)。然而，光柵IO、20、30的輪廓還可以例如是二元傾斜的或正弦曲線傾斜的。一個(gè)或多個(gè)光柵IO、20、30可以被嵌入基片7中。衍射波束擴(kuò)展器50還可以包括不止三個(gè)衍射元件10、20、30(圖9)。交叉光柵20可以基本上在所述輸入光柵10和所述輸出光柵30之間，從而使得光柵IO、20、30的中心基本上在相同的線上。參照?qǐng)D2a，光學(xué)引擎100可以包括微顯示器110和成像光學(xué)裝置120。成像光學(xué)裝置120可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件，諸如透鏡、反射鏡、棱鏡或衍射元件。從微顯示器110的點(diǎn)Pl傳送的光射線由成像光學(xué)裝置120基本上進(jìn)行校準(zhǔn)(collimate)，以便形成平行的光射線，其構(gòu)成了由光學(xué)引擎100所提供的波束B(niǎo)0。在微顯示器110與成像光學(xué)裝置120之間的距離L3被這樣設(shè)置，即，使得微顯示器110的像素基本上在成像光學(xué)裝置120的焦距處。提供了多個(gè)波束B(niǎo)O，以便顯示包括多個(gè)像素的虛像。從光學(xué)引擎100的輸出孔101傳送的至少一個(gè)波束B(niǎo)0照射到衍射波束擴(kuò)展器50的輸入光柵10上。輸入波束B(niǎo)0的光通過(guò)輸入光柵10被耦合到波導(dǎo)基片7中。因?yàn)橄騼?nèi)耦合的波束B(niǎo)1與交叉光柵20在兩個(gè)或更多位置處交互，所以向內(nèi)耦合的光在基片7中傳播。輸出光柵30將擴(kuò)展的輸出波束B(niǎo)2向，見(jiàn)察者的眼睛El衍射。由衍射波束擴(kuò)展器50所提供的放大的光束B(niǎo)2為觀察者提供了關(guān)于在距離觀察者無(wú)限距離處所顯示的虛像710的印象。作為現(xiàn)象，人類觀察者通常感覺(jué)所顯示的虛像710僅離他們幾米遠(yuǎn)，盡管是無(wú)限的距離。如圖10所示，虛像710可以例如是星形圖案。衍射波束擴(kuò)展器50可以是單目鏡，即，它可以僅具有一個(gè)輸出光柵30。輸入光柵10和輸出光柵30可以是傾斜的或者火焰狀表面浮雕光柵，以便最大化將光耦合到基片7中或基片7之外的效率。衍射波束擴(kuò)展器50可以包括一個(gè)或多個(gè)光吸收結(jié)構(gòu)80以消除雜散光。基片7具有第一基本平坦表面41和基本上平行于所述第一平坦表面41的第二基本平坦表面42。光柵IO、20、30可以處于波導(dǎo)基片7的相同平坦表面41上，或者處于波導(dǎo)基片7的不同平坦表面41、42上。在圖2a中，輸入光柵10和輸出光柵30處于第一表面41上，并且交叉光柵20處于第二表面42上。輸入波束B(niǎo)O還可以在照射到輸入光柵10上之前通過(guò)基片7被傳送。相對(duì)于輸入波束B(niǎo)O的方向，可以有2x2x2=8個(gè)備選方案來(lái)選擇在哪些表面上實(shí)現(xiàn)光柵IO、20、30。微顯示器110可以例如是液晶顯示器、微機(jī)械可移動(dòng)反射鏡陣列，或者發(fā)光二極管陣列。措辭"微"在此意指微顯示器小于顯示設(shè)備200。微顯示器的寬度可以例如小于或等于25mm。圖2b示出了在孩史顯示器110上形成的實(shí)《象605。實(shí)1象605可以由多個(gè)發(fā)光像素或點(diǎn)Pl形成。參照?qǐng)D3a，向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1至少在位置EC1、EC2處照射在交叉光柵20上。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1可以在波束B(niǎo)1與交叉光柵20之間的第一交互的位置EC1處被分成子波束Soo、Sw和S(h。子波束S加在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1相同的方向上傳播，并且子波束Sn)和S(n橫向地傳播。在第二位置EC2處的第二交互可以提供進(jìn)一步的子波束V(n和U1(),其中子波束V01和U,o在與子波束Soo和原始向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方向上傳播。符號(hào)EC2指的是與位置EC1不同的多個(gè)位置。參照?qǐng)D3b，向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的投影在由方向SX和SZ限定的平面中具有相對(duì)于方向SX的方位角伊c。在位置EC1處的第一交互提供子波束S00、S01和S!o。子波束S加具有與原始向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方位角伊c。子波束Scu的投影相對(duì)于向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l的投影具有角度A2。子波束Sn)的投影相對(duì)于向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l的投影具有角度Al。角度Al和A2可以基本上等于90度。在第二位置EC2處的交互可以提供進(jìn)一步的子波束Vm和U10，其中進(jìn)一步的子波束Vm和Uk)在與子波束S()o相同的方向上傳播。圖3c示出了圖3b的鄰近子波束U1()、So()和V(n可如何構(gòu)成放大的波束B(niǎo)1。波束B(niǎo)O的原始高度是H3。在第二交互之后，子波束U，o、Soo和V01巳經(jīng)側(cè)向偏移，但是具有與原始波束B(niǎo)1相同的方位角伊c。因此，子波束U1()、Soo和V(u的組合高度H4基本上大于波束B(niǎo)l的原始高度H3。因而，在位置EC1、EC2處的發(fā)生方向改變的交互在垂直方向SZ上放大了波束B(niǎo)1。參照?qǐng)D4，在位置EC1處，向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1與交叉光柵20的交互可以提供多達(dá)四個(gè)子波束-兩個(gè)子波束Sw和S(h,當(dāng)相比于原始波束B(niǎo)l的方向時(shí)，它們?cè)跊_黃向方向上傳^j番；-子波束S(m)在與原始波束B(niǎo)1相同的方向上傳播；以及-子波束Su在與原始波束B(niǎo)l的方向相反的方向上傳播。在第二位置ENC2處，子波束Sw與交叉光柵的交互可以提供多達(dá)四個(gè)子波束-兩個(gè)子波束Vu)和Vd，它們?cè)谙啾扔谧硬ㄊ鳶,o的方向的橫向方向上傳播；畫(huà)子波束V加，它在與子波束Sw相同的方向上傳播；以及-子波束Vu，它在與子波束Si。的方向相反的方向上傳播。在位置ENC2處，子波束Scn與交叉光柵的交互可以提供多達(dá)四個(gè)子波束-兩個(gè)子波束Un)和U(n，它們?cè)谙啾扔谧硬ㄊ鳶(u的方向的^f黃向方向上傳播；-子波束Uo()，它在與子波束S(u相同的方向上傳播；以及-子波束Uu，它在與子波束S(n的方向相反的方向上傳播。平行子波束S00、V01和U10—起形成了在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方向上傳播的放大的光束。因而，平行子波束Soo、Voi和Uw可以通過(guò)輸出光柵被耦合到基片之外，以便提供在與輸入波束B(niǎo)O相同的方向上傳播的輸出波束B(niǎo)2。在圖4中，輸入波束B(niǎo)l和子波束Soo、V01和Un)可以被認(rèn)為是向右傳播的。子波束Su、V,o和U(u可以被認(rèn)為是向左傳播的。子波束Sh)、V00和Uu可以被認(rèn)為是向上傳播的，并且子波束Vn、SM和Uoo可以被認(rèn)為是向下傳播的。甚至可以有比圖4中所示出的更多的交互和子波束。在每個(gè)進(jìn)一步的位置處的交互可以提供四個(gè)進(jìn)一步的子波束。參照?qǐng)D5a，衍射波束擴(kuò)展器50包括輸入光柵IO、交叉光柵20和輸出光柵30。輸入光柵10包括具有光柵周期A的基本上平行和基本上線性的衍射特征11。衍射特征11基本上平行于方向SZ。輸出光柵30包括基本上線性的衍射特征31。輸出光柵的光柵周期可以基本上等于輸入光柵10的光柵周期A。線性衍射特征ll、31可以例如是鄰近的凹槽或凸脊。線性衍射特征31可以基本上平行于線性衍射特征11。在方向SZ上的交叉光柵20的高度被選擇成大于輸入波束B(niǎo)O的高度HO(圖1)。交叉光柵20的高度可以被選擇成等于或大于取景孔35的高度H2。交叉光柵20可以如圖5a所示,皮錐形化。交叉光柵20的周界還可以具有矩形形狀，但在這種情況下，其表面的一部分與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l交互并不太多。參照?qǐng)D5b和圖5c,交叉光柵20包括兩個(gè)重疊的傾斜光柵。第一光柵由衍射特征23形成(圖5c和圖6a)，衍射特征23沿基本上平行的線25的第一集合G1的線25布置。所述衍射特征23還沿基片上平行的線26的第二集合G2的線26布置。衍射特征23可以處于線25和線26的交會(huì)處。第二光柵由沿第二集合G2的線26布置的衍射特征23形成。第一集合Gl的線25垂直于第二集合的線26，即，在線25、26之間的角度3基本上等于90度。在第一集合Gl的線25的定向之間的角度/可以例如在30至60度的范圍中。特別地，角度p可以基本上等于45度。符號(hào)w表示在線26的定向與方向SZ之間的角度。第二集合G2的線26垂直于第一集合G1的線25，因而0=90°卞。第一傾斜光柵的光柵周期^(即第一集合Gl的線間隔)可以根據(jù)等式(1)來(lái)選擇《=o-,(1)4cosp其中，^是輸入光柵10的光柵周期，并且j。是具有在范圍1.8至2.2中的值的常數(shù)。特別地，常數(shù)爿?？梢曰旧系扔?。第二傾斜光柵的光柵周期A(即第二集合G2的線間隔)可以通過(guò)使用與等式(1)基本上相同的值A(chǔ)o根據(jù)等式(2)來(lái)選擇~.(2〉4SinyC7如果常數(shù)A偏離值2，那么擴(kuò)展器50應(yīng)當(dāng)被這樣布置，即，使得在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相反的方向上傳播的那些子波束基本上不照射在輸入光柵10上和/或輸出光柵30上。否則，一些向外耦合的波束可能偏離輸入波束B(niǎo)0的方向。參照?qǐng)D6a，交叉光柵20可以例如是包括多個(gè)衍射特征23的表面浮雕光柵。衍射特征23可以是突出或凹陷。突出可以例如是圓形、橢圓形或矩形的用顯孩i鏡可見(jiàn)的銷子(stud)。衍射特征23如圖5b和圖5c所示沿線25、26布置。衍射特征23可以在它們之間限定多個(gè)衍射凹槽21和22，以便使得凹槽21的定向由角度p來(lái)限定，并且凹槽22的定向由角度w來(lái)限定。凹槽21垂直于凹槽22。如果衍射特征是凹陷，那么它們?cè)诎枷葜g限定多個(gè)衍射凸脊。參照?qǐng)D6b,交叉光柵的衍射特征23可以形成傾斜的光柵輪廓，以便增強(qiáng)在預(yù)定衍射級(jí)中的衍射效率。交叉光柵20可以通過(guò)壓花或模塑來(lái)實(shí)現(xiàn)。參照?qǐng)D7，輸入波束B(niǎo)0在向內(nèi)耦合位置INC1處耦合到波導(dǎo)基片7中，以便形成向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的光至少在交互的第一位置EC1處以及在進(jìn)一步的位置EC2處與交叉光柵20交互。如圖3a-圖4所示，交互EC1和EC2提供向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l的垂直擴(kuò)展。垂直擴(kuò)展的波束B(niǎo)l在一個(gè)或多個(gè)位置OUTC1處通過(guò)輸出光柵30而耦合到基片7之外，其在方向SX上提供水平波束擴(kuò)展。圖8a示出了輸入波束B(niǎo)0的方位角伊/yy和輸入波束B(niǎo)0的天頂角^y。天頂角是在波束B(niǎo)0的方向與方向-SY之間的角度。方向-SY與方向SY相反。輸入光柵10的表面法線平行于方向SY。方位角p,;v是在方向SX與投影PRO之間的角度，其中所述投影PRO是在由方向SX和SZ所限定的平面中輸入波束B(niǎo)0的方向的投影。參照?qǐng)D8b，在SX-SZ平面上輸入波束B(niǎo)0的投影具有相對(duì)于方向SX的方位角伊,w。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l的投影具有相對(duì)于方向SX的方位角伊c。輸出波束B(niǎo)2的投影具有相對(duì)于方向SX的方位角參照?qǐng)D8c，輸入波束B(niǎo)O的方向具有相對(duì)于方向-SY的天頂角6W。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的方向具有相對(duì)于方向-SY的天頂角0C。輸出波束B(niǎo)2的方向具有相對(duì)于方向-SY的天頂角6>oc/r。現(xiàn)在通過(guò)使用衍射等式來(lái)討論在光柵10、20、30處的光束的衍射。輸入波束B(niǎo)0照射到輸入光柵10上。如圖8a、8b和8c所示，輸入波束B(niǎo)0的方向由天頂角^v和方位角伊,w來(lái)限定。波束B(niǎo)0的波矢量的分量&、/^和/^通過(guò)等式(3)、(4)和(5)來(lái)給出義義，開(kāi)且(4)&z=$sin《wsin爐w=,Z。，(5〉其中，義是輸入波束B(niǎo)0的預(yù)定波長(zhǎng)。所述預(yù)定波長(zhǎng);i在400至760nm的范圍中。特別地，波長(zhǎng)義可以是550nm,對(duì)應(yīng)于綠色。在等式(3)、(4)和(5)中的正弦和余弦項(xiàng)由^*0、Z。和^來(lái)替換，以便縮短數(shù)學(xué)表達(dá)式。波束B(niǎo)0的光通過(guò)輸入光柵10耦合到基片中，以便形成在基片中傳播的向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l。在基片內(nèi)部的波束B(niǎo)l的方向由天頂角6>c和方位角伊c來(lái)限定。當(dāng)光在衍射級(jí)-1和/或衍射級(jí)1處被衍射到基片中時(shí)，天頂角6>c和方位角伊c由衍射等式(6)和(7)來(lái)控制。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>其中，^是輸入光柵10的光柵周期。輸入光柵10的光柵周期^和波導(dǎo)基片7的折射指數(shù)n可以這樣選擇，即，使得不允許高于第一級(jí)衍射。換句話說(shuō)，在向內(nèi)耦合處的衍射級(jí)m可以是-l或1。輸入光柵10的光柵周期^可以在；/2至;i的范圍中，其中義是可見(jiàn)光的預(yù)定波長(zhǎng)。特別地，輸入光柵10的光柵周期^可以被選擇成基本上等于^y+cfM^，其中CtM"是對(duì)于天頂角0,yv和方位角伊/w的預(yù)定范圍來(lái)說(shuō)束達(dá)式w'"(9,A^伸,yv的最大絕對(duì)值。角度6^和伊/w的所述預(yù)定范圍可以被選擇成對(duì)應(yīng)于由光學(xué)引擎100所提供的輸入波束B(niǎo)0的方向，即，角度0,yv和伊,w的所述預(yù)定范圍可以被選擇成對(duì)應(yīng)于微顯示器110的預(yù)定寬度以及對(duì)應(yīng)于成像光學(xué)裝置120的預(yù)定焦距。特別地，光柵周期do可以被選擇成基本上等于波長(zhǎng)義的80%。特別地，波長(zhǎng)義可以是550nm。向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l照射到交叉光柵20上，并且可以被分成圖4所示的子波束S。。、S(h、Su)和Su。子波束的形成由衍射等式(8)和(9)來(lái)控制<formula>formulaseeoriginaldocumentpage20</formula>與交叉光柵20相關(guān)聯(lián)的光柵周期A和^根據(jù)等式(1)和(2)來(lái)選擇。角度p限定了布置(圖5b和5c)衍射特征23所沿的線25的定向。/;7表示與在第一位置EC1處交叉光柵20的第一傾斜光柵和波束B(niǎo)l之間的交互相關(guān)聯(lián)的反射衍射級(jí)。刃表示與在第一位置EC1處交叉光柵20的第二傾斜光柵和波束B(niǎo)1之間的交互相關(guān)聯(lián)的反射衍射級(jí)。衍射等式(8)和(9)描述了笫一子波束的形成。因而，衍射級(jí)/77和/72形成了與所述第一子波束的形成相關(guān)聯(lián)的組。符號(hào)6^和^/表示與衍射級(jí)/7/和力相關(guān)聯(lián)的所述第一子波束的方向的天頂角和方位角(圖中未示出所述角度)。使用等式(l)、(2)、(6)和(7)，可以將等式(8)和(9)重寫(xiě)成形式wsin&cos伊w=a0cos/7+^0sin/+——(±1+2/^)0)8/(10)《wsinsin^=/0cosp-a0sin+—(Tl+2/2)sin/(11)一些衍射級(jí)/7"力可以對(duì)應(yīng)于交叉光柵20將光衍射到波導(dǎo)基片7之外的情形，即，它們對(duì)應(yīng)于透射f汴射模式(transmissivediffractionmode)。然而，光柵周期^、A和^可以被這樣選擇，即，使得基本上沒(méi)有光被交叉光柵20衍射到基片之外。換句話說(shuō)，光柵周期d/、光柵周期^和光柵周期^可以被選擇成基本上防止將光向外耦合通過(guò)所述交叉光柵(20)。根據(jù)等式(10)和(11),在第一交互的位置ECl處生成子波束Soo、S01、Sn)和Sn。所生成的子波束在基片7內(nèi)傳播，直到它們?cè)诮换サ牡诙恢肊C2處再次照射到交叉光柵20上。在交互的第二位置EC2處的衍射由等式(12)和(13)來(lái)控制。sin^及2cos&2-wsincos^+仏一(12)sin^2sin&2=isin&sin爐及1+《2一(13)"2它們可以凈皮重寫(xiě)成形式Msin^cos^=a0cos/+y0sin/7+7(±l+2/;'+2&)咖/(14)wsin^sin^^cosp-"oSin/+丁(Tl+2/2+2《2)sin/(15)《其中^表示與在第二位置EC2處交叉光柵20的第一傾斜光柵和第一子波束之間的交互相關(guān)聯(lián)的反射衍射級(jí)。^表示與在第二位置EC2處交叉光柵20的第二傾斜光柵和第一子波束之間的交互相關(guān)聯(lián)的反射衍射級(jí)。衍射等式(14)和(15)描述了第二子波束的形成。因而，矛汴射級(jí)a、/72、^和^形成了與所述第二子波束的形成相關(guān)聯(lián)的組。符號(hào)&2和伊w(圖中未示出)分別表示與衍射級(jí)"、"、^和^相關(guān)聯(lián)的所述第二子波束的方向的天頂角和方位角。如圖4所示，第二交互可以提供子波束Voo、V01、V10、Vu、U0o、U01、U10、U。一些子波束的方位角可以與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的原始方位角相同。輸出光柵30可以將子波束的光耦合到波導(dǎo)基片7之外。特別地，輸出光柵30可以將所述第二子波束的光耦合到波導(dǎo)基片7之外。輸出波束B(niǎo)2的天頂角6^c/r和方位角由等式(16)和(17)來(lái)控制sin=wsin&2sin+p)(16)它們可以被重寫(xiě)為等式(18)、(19)、(20)和(21):sinP離sinp縱=wsin^2sin&2cos/+wsin^2cos伊"2sin(18)wsinPot/rcos伊鍵=wsin^2cos伊及2cos/-《sin0及2sin伊及2sin/+<s—《(19)siOn=y0++a+r2+p2](20)義「wsinP匿cos伊餅=a0+~-±1+2((5+^))cos2+((-/"2-/2))sin2/+<s(21)其中s表示在輸出光柵30處的衍射級(jí)。對(duì)于波束擴(kuò)展來(lái)說(shuō)，期望輸出波束B(niǎo)2在與輸入波束B(niǎo)0基本上相同的方向上傳播。因此，期望輸出波束B(niǎo)2的天頂角6^w等于輸入波束B(niǎo)0的天頂角6>,w，并且輸出波束B(niǎo)2的方位角伊ot/r等于輸入波束B(niǎo)0的方位角現(xiàn)在，基于等式(20)和(21),用于獲得在與輸入波束B(niǎo)0相同的方向上傳4番的輸出波束B(niǎo)2的務(wù)泮可以由等式(22)和(23)來(lái)限定-p2n+^(22)土l+2(;+^)+5=0(23)表1總結(jié)了對(duì)應(yīng)于在與輸入波束B(niǎo)0相同的方向上傳播的輸出波束B(niǎo)2的衍射級(jí)的一些組合。表1的行1上列出的衍射級(jí)的組合對(duì)應(yīng)于子波束S00(圖4)，子波束S00在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方向上傳播。表1的行2上列出的衍射級(jí)的組合對(duì)應(yīng)于子波束Su，子波束S在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的方向相反的方向上傳播。表l的行3上列出的衍射級(jí)的組合也對(duì)應(yīng)于在與輸入波束B(niǎo)l的方向相反的方向上傳播的子波束。表l的行4上列出的衍射級(jí)的組合對(duì)應(yīng)于以下情形橫向衍射的子波束Sw提供了在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方向上傳播的進(jìn)一步的子波束V01。子波束Vm已經(jīng)相對(duì)于原始向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1側(cè)向偏移。表1的行5上列出的衍射級(jí)的組合對(duì)應(yīng)于以下情形才黃向衍射的子波束S^提供了在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的方向相反的方向上傳播的進(jìn)一步的子波束V1()。子波束V1()已經(jīng)相對(duì)于原始向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1側(cè)向偏移。在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)l相同的方向上傳播的那些子波束(例如S()o和V01)的光可以通過(guò)第一輸出光柵30或30a被耦合到基片7之外(圖9)。在與向內(nèi)耦合的波束B(niǎo)1的方向相反的方向上傳播的那些子波束(例如Su和V1())的光可以通過(guò)處于衍射波束擴(kuò)展器50的另一側(cè)的第二輸出光柵30b被耦合到基片7之外。表2總結(jié)了對(duì)于向內(nèi)耦合衍射級(jí)111=1的衍射級(jí)的其它組合。注意到，表2的組合并不提供來(lái)自輸出光柵30的輸出波束?？赡苡斜仍谖恢肊C1和EC2的兩個(gè)連續(xù)交互處發(fā)生的交互更多的交互。然而，在進(jìn)一步的交互處生成的進(jìn)一步的子波束在與由這兩個(gè)交互所生成的子波束相同的方向上傳播。因而，通過(guò)交叉光柵20的波束擴(kuò)展可以基本上由上述等式來(lái)控制。參照?qǐng)D9,衍射波束擴(kuò)展器50還可以是雙目鏡。輸入光柵10可以適于將光朝著第一交叉光柵20a和第二交叉光柵20b衍射。擴(kuò)展器50可以具有為觀察者的右眼提供波束B(niǎo)2的第一輸出光柵30a，以及為觀察者的左眼提供波束B(niǎo)2的第二輸出光柵30b。當(dāng)輸入光柵10以及一個(gè)或兩個(gè)交叉光柵20a、20b處于兩個(gè)輸出光柵30a、30b之間時(shí)，可以有效地利用向后傳播的子波束的光。衍射波束擴(kuò)展器50可以用于實(shí)現(xiàn)圖10中所示的虛擬顯示設(shè)備200。由輸出光柵30a、30b向觀察者的眼睛El、E2所提供的輸出波束B(niǎo)2向觀察者提供了在距離該觀察者無(wú)P艮距離處所顯示的虛像710的印象。虛像710可以例如是如圖10所示的星形圖案，其對(duì)應(yīng)于由^L顯示器110所生成的實(shí)像605(圖2b)。圖10的顯示設(shè)備可以進(jìn)一步包括眼鏡腿260，目艮鏡腿260可以位于觀察者的耳朵上，從而便于定位在觀察者的眼睛El、E2前面的衍射波束擴(kuò)展器50。顯示設(shè)備200還可以被附設(shè)到頭飾，例如，附設(shè)到頭盔上。雙目鏡顯示設(shè)備200可以包括兩個(gè)分離的光學(xué)引擎100和兩個(gè)分離的單目鏡波束擴(kuò)展器50，以便顯示立體虛像。衍射波束擴(kuò)展器50可以部分透明，從而允許用戶通過(guò)擴(kuò)展器50的取景孔35看到他的環(huán)境，同時(shí)還觀察到所顯示的虛《象710。該透明布置可以應(yīng)用于強(qiáng)化的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。圖11示出了設(shè)備200，其包括通過(guò)使用衍射波束擴(kuò)展器50所實(shí)現(xiàn)的單目鏡虛擬顯示器。設(shè)備200可以進(jìn)一步包括例如用于控制所述設(shè)備的鍵組230。圖10或圖11的設(shè)備200可以進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)處理單元、存儲(chǔ)器和通信單元，以便提供對(duì)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)或局域網(wǎng)的訪問(wèn)。設(shè)備200可以例如選自以下列表可連接到進(jìn)一步的設(shè)備的顯示模塊、便攜式設(shè)備、具有無(wú)線通信能力的設(shè)備、成像設(shè)備、移動(dòng)電話、游戲設(shè)備、音樂(lè)記錄/播放設(shè)備(基于例如MP3格式)、遠(yuǎn)程控制發(fā)射機(jī)或接收機(jī)、導(dǎo)航儀、測(cè)量?jī)x、目標(biāo)尋找設(shè)備、瞄準(zhǔn)設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、通信器、便攜式因特網(wǎng)裝置、手持計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話的附件。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以清楚地獲知根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法的修改和變型。附圖是示意性的。以上參照附圖和表格所描述的特定實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，并且絕不意在限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來(lái)限定。表l.提供了輸出波束B(niǎo)2的衍射級(jí)，其中輸出波束B(niǎo)2在與輸入波束別相同的方向上傳4番。在向內(nèi)在位置在位置在位置在位置在向外耦合處EC1處EC1處EC2處EC2處耦合處的衍射的衍射的衍射的衍射的衍射的衍射級(jí)m級(jí)p,級(jí)P2級(jí)q!級(jí)q2級(jí)s行mPiP2qiq2s1+10000誦l2+1畫(huà)l-l00+13+100-i-i+14+1-10i0-15+1畫(huà)l00+1表2.在輸出光柵處不允許向外耦合光的衍射級(jí)。標(biāo)記n，e.表示被衍射的光并不傳播。在向內(nèi)在位置在位置在位置在位置在向外耦合處EC1處EC1處EC2處EC2處耦合處的衍射的衍射的衍射的衍射的衍射的衍射級(jí)m級(jí)Pi級(jí)P2級(jí)q,級(jí)q2級(jí)smPiP2qiq2s+111n.e,n.e,ii.e,+110n.e，n.e,ii.e,+111n.e,n.e,ii.e,+101n.e,ii.e,n.e,+1001n.e,n.e,+10001n.e,26<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>權(quán)利要求1.一種設(shè)備(50)，其包括-基本上是平面的波導(dǎo)基片(7)；-輸入光柵(10)，所述輸入光柵(10)將輸入波束(B0)耦合到所述基片(7)中以形成向內(nèi)耦合的光束(B1)；-交叉光柵(20)，所述交叉光柵(20)通過(guò)衍射所述向內(nèi)耦合的光束(B1)的光來(lái)提供子波束(S00、V01)；以及-輸出光柵(30)，所述輸出光柵(30)將所述子波束(S00、V01)的光耦合到所述基片(7)之外以便提供輸出波束(B2)，其中，所述向內(nèi)耦合的光束(B1)的光適于與所述交叉光柵(20)交互兩次或更多次，在第一位置(EC1)處的交互提供了第一子波束(S00)和第二子波束(S10)，所述第一子波束(S00)和所述第二子波束(S10)在不同的方向上傳播，所述第二子波束(S10)與所述交叉光柵在第二位置(EC2)處的交互提供了在與所述第一子波束(S00)相同的方向上傳播的第三子波束(V01)，所述輸出波束(B2)適于具有與所述輸入波束(B0)基本上相同的方向，所述輸入光柵包括具有光柵周期d0的基本上線性的衍射特征(11)，所述交叉光柵(20)包括沿基本上平行的線的第一集合(G1)的線(25)所布置的進(jìn)一步的衍射特征(23)，所述進(jìn)一步的衍射特征(23)還被沿基本上平行的線的第二集合(G2)的線(26)布置，所述第一集合(G1)的線(25)垂直于所述第二集合(G2)的線(26)，所述第一集合(G1)具有第一光柵周期d1，所述第二集合(G2)具有第二光柵周期d2，所述第一集合的線(25)相對(duì)于所述輸入光柵(10)的基本上線性的特征(11)具有角度ρ，所述角度ρ在30至60度的范圍中，常數(shù)A0在1.8至2.2的范圍中，所述第一光柵周期d1滿足條件d0＝A0d1sinρ，并且所述第二光柵周期d2滿足條件d0＝A0d2cosρ。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述常數(shù)^。等于2。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其中所述第一光柵周期^、所述第二光柵周期&和所述光柵周期&已被選擇成基本上防止將光向外耦合通過(guò)所述交叉光柵(20)。4.根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述輸入光柵的光柵周期A在；/2至;i的范圍中，其中義是光的預(yù)定波長(zhǎng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述輸入光柵的光柵周期^基本上等于；/T2+mW，其中"m^r是對(duì)于角度^v和伊/w的預(yù)定范圍來(lái)說(shuō)s/W/M^伊,w的最大絕對(duì)值，所述角度^v是在所述輸入光柵(10)的表面法線(-SY)與所述輸入波束(B0)的方向之間的角度，并且所述角度伊,yy是所述光束在基片表面上的投影與基準(zhǔn)方向(SX)之間的角度，所述基準(zhǔn)方向(SX)垂直于所述輸入光柵(10)的所述線性的衍射特征(11)和所j^面法線(-SY)。6.根據(jù)前述權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述交叉光柵(20)是表面浮雕光柵。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述交叉光柵(20)是傾斜的表面浮雕光柵。8.根據(jù)前述權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其包括兩個(gè)輸出光柵(30a、30b)。9.一種用于通過(guò)使用衍射波束擴(kuò)展器(50)來(lái)擴(kuò)展光束的方法，所述衍射波束擴(kuò)展器(50)包括-基本上是平面的波導(dǎo)基片(7);-輸入光柵(10)，所述輸入光柵(10)將輸入波束(B0)耦合到所述基片(7)中以形成向內(nèi)耦合的光束(Bl);-交叉光柵(20)，所述交叉光柵(20)通過(guò)衍射所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光來(lái)提供子波束(Soo、V。J;以及-輸出光柵(30),所述輸出光柵(30)將所述子波束(S00、V01)的光耦合到所ii^片(7)之外以便提供輸出波束(B2),其中，所述輸入光柵包括具有光柵周期rf。的基本上線性的衍射特征(11)，所述交叉光柵(加)包括沿基本上平行的線的第一集合(Gl)的線(25)所布置的進(jìn)一步的衍射特征(23),所述進(jìn)一步的衍射特征U3)還被沿基本上平行的線的第二集合(G2)的線(26)布置，所述第一集合(Gl)的線(25)垂直于所述第二集合(G2)的線(26)，所述第一集合(Gl)具有第一光柵周期A，所述第二集合(G2)具有第二光柵周期A，所述第一集合的線(25)相對(duì)于所述輸入光柵(10)的基本上線性的特征(ll)具有角度p，所述角度p在30至60度的范圍中，常數(shù)A在L8至`2.2的范圍中，所述第一光柵周期J/滿足^Hf"<尸為心^'"/9，并且所述第二光柵周期&滿足條件A心cm/>，所述方法包括-通過(guò)所述輸入光柵(10)將輸入波束(B0)耦合到所述基片(7)中以便形成向內(nèi)耦合的波束(Bl);-在第一位置(EC1)處通過(guò)所述交叉光柵(20)來(lái)衍射所述向內(nèi)耦合的波束(Bl)的光，以便提供至少第一子波束(S(k))和第二子波束(S10)，所述第一子波束(S。。)和所述第二子波束(S1())在不同的方向上傳4番；-在第二位置(EC2)處衍射所述第二子波束(S1G)的光，以便提供在與所述第一子波束(Soo)相同方向上傳播的第三子波束(Vm);以及-將所述第一子波束(S的)和所述第三子波束(Vm)的光耦合到所述基片(7)之外，以便形成在與所述輸入波束(B0)基本相同的方向上傳播的輸出波束(B2)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步地，其中所述輸入光柵(10)的光柵周期A在;K2至;i的范圍中，其中義是光的預(yù)定波長(zhǎng)。11.一種用于擴(kuò)展光束的裝置(50)，用于擴(kuò)展光束的所述裝置(50)包括-基本上是平面的波導(dǎo)裝置(7),所迷波導(dǎo)裝置(7)用于通過(guò)全內(nèi)反射來(lái)對(duì)光進(jìn)行波導(dǎo)；國(guó)衍射輸入裝置(10)，所述衍射輸入裝置(10)用于將輸入波束(BO)的光耦合到所述波導(dǎo)裝置(7)中以形成向內(nèi)耦合的光束(Bl);-衍射裝置(20)，所述衍射裝置(20)用于通過(guò)衍射所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光來(lái)提供子波束(Soo、VG1);以及-衍射輸出裝置(30)，所述衍射輸出裝置(30)用于將所述子波束(S00、V01)的光耦合到所述基片(7)之外，以便提供輸出波束(B2),其中，所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光適于與用于提供子波束的所述衍射裝置(20)交互兩次或更多次，在第一位置(EC1)處的交互提供了第一子波束(S。0)和第二子波束(S1Q)，所述第一子波束(Soq)和所述第二子波束(S10)在不同的方向上傳播，所述第二子波束(S10)與用于提供子波束的所述衍射裝置(20)在第二位置(EC2)處的交互提供了在與所述第一子波束(S。。)相同的方向上傳播的第三子波束(V01)，所述輸出波束(B2)適于具有與所述輸入波束(BO)基本上相同的方向，所述衍射輸入裝置(10)包括具有光柵周期A的基本上線性的衍射特征(11)，用于提供子波束的所述衍射裝置(20)包括沿基本上平行的線的第一集合(Gl)的線(25)所布置的進(jìn)一步的衍射特征(23)，所述進(jìn)一步的衍射特征(23)還被沿基本上平行的線的第二集合(G2)的線(26)布置，所述第一集合(Gl)的線(25)垂直于所述第二集合(G2)的線(26),所述第一集合(Gl)具有第一光柵周期rf7，所述第二集合(G2)具有第二光柵周期A,所述第一集合的線(25)相對(duì)于所述衍射輸入裝置(10)的基本上線性的特征(11)具有角度/>，所述角度p在30至60度的范圍中，常數(shù)^在1.8至2.2的范圍中，所述第一光柵周期f/,滿足條件A=j。^s/"p，并且所述第二光柵周期rf2滿足條件^f=/4。</2cr仍p。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于擴(kuò)展光束的裝置(50)，其中所述衍射輸入裝置(io)的光柵周期^在；i/2至；i的范圍中，其中義是光的預(yù)定波長(zhǎng)。13.—種包括微顯示器(110)、成像光學(xué)裝置(120)和衍射波束擴(kuò)展器(50)的設(shè)備(200)，其中所述成像光學(xué)裝置(120)適于將所述微顯示器(110)所顯示的實(shí)像轉(zhuǎn)換成可通過(guò)所述衍射波束擴(kuò)展器(50)的取景孔(35)觀察的虛像(710)，所述衍射波束擴(kuò)展器(50)進(jìn)而包括-基本上是平面的波導(dǎo)基片(7);-輸入光柵(10)，所述輸入光柵(10)將輸入波束(BO)耦合到所述基片(7)中以形成向內(nèi)耦合的光束(Bl);-交叉光柵(20)，所述交叉光柵(20)通過(guò)衍射所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光來(lái)提供子波束(Soo、VQ1);以及-輸出光柵(30)，所述輸出光柵(30)將所述子波束(S00、V01)的光耦合到所述基片(7)之外以便提供輸出波束(B2),其中，所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光適于與所述交叉光柵(20)交互兩次或更多次，在第一位置(EC1)處的交互提供了第一子波束(S00)和第二子波束(S1())，所述第一子波束(S()o)和所述第二子波束(S1())在不同的方向上傳^"，所述第二子波束(S1())與所述交叉光柵在第二位置(EC2)處的交互提供了在與所述第一子波束(SqG)相同的方向上傳播的第三子波束(Vm),所述輸出波束(B2)適于具有與所述輸入波束(BO)基本上相同的方向，所述輸入光柵包括具有光柵周期^的基本上線性的衍射特征(11)，所述交叉光柵(20)包括沿基本上平行的線的第一集合(Gl)的線(25)所布置的進(jìn)一步的衍射特征(23)，所述進(jìn)一步的衍射特征(23)還被沿基本上平行的線的第二集合(G2)的線(26)布置，所述第一集合(Gl)的線(25)垂直于所述第二集合(G2)的線(26),所述第一集合(Gl)具有第一光柵周期A，所述第二集合(G2)具有第二光柵周期^，所述第一集合的線(25)相對(duì)于所述輸入光柵(10)的基本上線性的特征(ll)具有角度p，所述角度p在30至60度的范圍中，常數(shù)J。在1.8至2.2的范圍中，所述笫一光柵周期4滿足*A并且所述第二光柵周期A滿足糾A=A&cwyo。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備(200)，其中所述波束擴(kuò)展器(50)包括兩個(gè)輸出光柵(30a、30b)。15.—種通過(guò)使用微顯示器(110)、成像光學(xué)裝置(120)和衍射波束擴(kuò)展器(50)來(lái)顯示虛像(710)的方法，所述波束擴(kuò)展器(50)包括-基本上是平面的波導(dǎo)基片(7);-輸入光柵(10),所述輸入光柵(10)將輸入波束(BO)耦合到所述基片(7)中以形成向內(nèi)耦合的光束(Bl);-交叉光柵(20)，所述交叉光柵(20)通過(guò)衍射所述向內(nèi)耦合的光束(Bl)的光來(lái)提供子波束(Soo、V(n);以及-輸出光柵(30)，所述輸出光柵(30)將所述子波束(S00、V01)的光耦合到所述基片(7)之外以便提供輸出波束(B2),其中，所述輸入光柵包括具有光柵周期^的基本上線性的衍射特征(11)，所述交叉光柵(20)包括沿基本上平行的線的第一集合(Gl)的線(25)所布置的進(jìn)一步的衍射特征(23)，所述進(jìn)一步的衍射特征(23)還被沿基本上平行的線的第二集合(G2)的線(26)布置，所述第一集合(Gl)的線(25)垂直于所述第二集合(G2)的線(26),所述第一集合(Gl)具有第一光柵周期A，所述第二集合(G2)具有第二光柵周期^，所述第一集合的線(25)相對(duì)于所述輸入光柵(10)的基本上線性的特征(ll)具有角度p，所述角度/>在30至60度的范圍中，常數(shù)j。在1.8至2.2的范圍中，所述第一光柵周期^滿足Mt/^Arf7w'"p，并且所述第二光柵周期&滿足條件J。=AA所述方法包括-通過(guò)使用所述成像光學(xué)裝置(120)來(lái)校準(zhǔn)從所述孩史顯示器(110)的圖像點(diǎn)(PI)傳送的光，以便形成輸入波束(BO);-通過(guò)所述輸入光柵(10)將所述輸入波束(BO)耦合到所述基片(7)，以便形成向內(nèi)耦合的波束(Bl);-在第一位置(EC1)處通過(guò)所述交叉光柵(20)來(lái)衍射所述向內(nèi)耦合的波束(Bl)的光，以便提供至少第一子波束(S卯)和第二子波束(S10)，所述第一子波束(S卯)和所述第二子波束(S1Q)在不同的方向上傳播；-在第二位置(EC2)處衍射所述第二子波束(S1())的光，以j更提供在與所述第一子波束(Soo)相同方向上傳播的第三子波束(V(n);以及-將所述第一子波束(S。Q)和所述第三子波束(VM)的光耦合到所述基片(7)之外，以便形成在與所述輸入波束(BO)基本上相同的方向上傳播的輸出波束(B2);所述輸出波束(B0)與對(duì)應(yīng)于所述微顯示器(110)的其它圖像點(diǎn)的其它輸出波束一起，提供可通過(guò)所述輸出光柵(30)的取景孔(35)觀察的虛像(710)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述波束擴(kuò)展器(50)包括兩個(gè)輸出光柵(30a、30b)。全文摘要一種衍射波束擴(kuò)展器(50)，其包括在平面透明基片(7)上實(shí)現(xiàn)的輸入光柵(10)、交叉光柵(20)和輸出光柵(30)。交叉光柵(20)包括多個(gè)衍射特征(23)，其中沿平行線(25)的第一集合的線以及沿平行線(26)的第二集合的線布置所述多個(gè)衍射特征(23)，以便使得第一集合的線(25)平行于第二集合的線(26)。第一集合的線具有第一光柵周期，并且第二集合的線具有第二光柵周期。通過(guò)輸入光柵(10)耦合到基片(7)中的光束(B1)在第一位置(EC1)和進(jìn)一步的位置(EC2)處照射到交叉光柵(20)上。在第一位置(EC1)處的交互提供了在不同方向上傳播的若干子波束(S₀₀、S₀₁、S₁₀)。在第二位置(EC2)處的進(jìn)一步的交互提供了在與原始向內(nèi)耦合的光(B1)相同的方向上傳播的進(jìn)一步的子波束(V₀₁、U₁₀)。通過(guò)輸出光柵(30)隨后將光耦合到基片(7)之外，以便相對(duì)于照射到輸入光柵上的波束(B0)提供在兩個(gè)方向(SX、SZ)上擴(kuò)展的光束(B2)。虛擬顯示設(shè)備(200)可以包括所述衍射波束擴(kuò)展器(50)。文檔編號(hào)G02B5/18GK101589326SQ200680056879公開(kāi)日2009年11月25日申請(qǐng)日期2006年12月28日優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日發(fā)明者P·薩里科,T·萊沃拉申請(qǐng)人:諾基亞公司