采用光学集中的光栅耦合光导、显示系统以及方法技术方案

光栅耦合光导将光集中并以非零传播角将集中光衍射重定向，作为具有预定展开角的引导光。光栅耦合光导包括光导、光学集中器和光栅耦合器。光学集中器被配置为将来自光源的光集中为集中光，并且光栅耦合器被配置为将集中光衍射重定向到光导中，作为引导光。光学集中器和光栅耦合器的特性被组合配置以确定非零传播角和预定展开角。光栅耦合显示系统还包括光阀阵列，其被配置为调制发射光作为显示图像。

Grating coupling photoconductivity and display system and method with optical concentration

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用光学集中的光栅耦合光导、显示系统以及方法相关申请的交叉引用N/A关于联邦资助研究或开发的声明N/A
技术介绍
板光导(也称片光波导)被用于各种光学和光子应用。例如，可以在电子显示器的背光体中使用板光导。具体地，板光导可用于将光分布到电子显示器的像素中。像素可以是例如多视图显示器的多视图像素或2D显示器的二维(2D)像素。在另一示例中，板光导可以用作触摸敏感面板。例如，与触摸板光导的表面相关联的受抑全内反射可用于检测板光导被触摸的位置和压力程度。在板光导的各种光学和光子应用中，必须将来自光源的光引入或耦合到板光导中以作为引导光传播。此外，在许多应用中，光引入或耦合被配置为在板光导中提供具有特定预定传播特性的引导光。例如，由光耦合产生的引导光可以以特定或预定的传播角度和特定或预定的传播方向传播。此外，引导光或其光束可以具有预定的展开角。例如，引导光可以是从板光导的输入边缘到输出边缘传播的基本准直的光束。此外，引导光的光束可以在板光导内以相对于板光导的平面的预定传播角度行进，使得光束在板光导的前表面和后表面之间有效地“反弹”。在用于将光源的光引入或耦合到板光导中的各种光耦合器中，包括透镜、挡板、镜子和各种相关反射器(例如，抛物面反射器、成形反射器等)及其组合。不幸的是，使用这种光耦合器常常需要精确的制造操作来产生并精确地实现光耦合器，从而获得所需的引导光的传输特性。此外，光耦合器的制造通常与板光导的制造分离。作为进一步的复杂化，这些单独制造的光耦合器通常必须精确地对准并粘贴到板光导上，以提供所需的光耦合，这增加成本和制造复杂性。附图说明参考以下结合附图的详细描述，可以更容易地理解根据本文描述的原理的示例和实施例的各种特征，其中相似的附图标记表示相似的结构元素，并且其中：图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器的透视图。图1B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的具有与多视图显示器的视图方向相对应的特定主角方向的光束的角分量的图形表示。图2示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的衍射光栅的横截面图。图3A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的光栅耦合光导的横截面图。图3B示出了根据与本文所述原理一致的另一示例中的光栅耦合光导的横截面图。图4示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的光栅耦合光导的一部分的横截面图。图5A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的光学集中器的横截面图。图5B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中的光学集中器的横截面图。图5C示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中的光学集中器的横截面图。图6A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的光栅耦合光导的表面上的光栅耦合器的平面图。图6B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中光栅耦合光导表面上的光栅耦合器的平面图。图7A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中光栅耦合光导的一部分的横截面图。图7B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中光栅耦合光导的一部分的横截面图。图8A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中光栅耦合光导的一部分的横截面图。图8B示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中光栅耦合光导的一部分的横截面图。图9A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的横截面图。图9B示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的平面图。图9C示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图背光体的透视图。图10A示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中包括多光束元件的多视图背光体的一部分的横截面图。图10B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中包括多光束元件的多视图背光体的一部分的横截面图。图11A示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中包括多光束元件的多视图背光体的一部分的横截面图。图11B示出了根据与本文所述原理一致的另一实施例的示例中包括多光束元件的多视图背光体的一部分的横截面图。图12示出了根据与本文描述的原理一致的又一实施例的示例中包括多光束元件的多视图背光体的一部分的横截面图。图13示出了根据与本文所述原理一致的实施例的示例中的光栅耦合显示系统的框图。图14示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中将光耦合到光导中的方法的流程图。某些示例和实施例具有除了以上参考的附图中所示的特征之外并且代替以上参考的附图中所示的特征中的一个的其它特征。下面参照上面参考的附图详细描述这些和其它特征。具体实施方式根据本文描述的原理的示例和实施例提供光到光导中的光集中和衍射耦合。具体地，使用光学集中器和包括衍射光栅的光栅耦合器的组合将光耦合到板光导中。此外，根据各种示例，将光以以下方式耦合：即将基本上未准直的光转换为光导内具有预定传播特性的引导光。例如，光导内的引导光可以具有预定的传播角。此外，光导内的引导光可以具有预定的展开角。例如，引导光的水平展开角(例如，平行于板光导的表面)和引导光的垂直展开角(例如，垂直于板光导的表面)都可以大约为零，使得引导光是准直光束。在另一示例中，可以在光导内提供具有与扇形光束模式对应的水平展开角和垂直展开角中的一个或两者的引导光(例如，具有大约30度展开角到超过大约90度展开角的光束)。根据本文所述原理的各种实施例，将光耦合到光导(例如，光栅耦合光导)中在包括但不限于电子显示器(例如，多视图显示器)的背光体的各种应用中可能有用。采用根据本文描述的原理的各种实施例的电子显示器的用途包括但不限于移动电话(例如，智能电话)、手表、平板电脑、移动计算机(例如，笔记本电脑)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制台、照相机显示器，以及各种其他移动以及基本上非移动的显示应用和设备。在本文中，“多视图显示器”被定义为电子显示或显示系统，其被配置为在不同的视图方向上提供多视图图像的不同视图。图1A示出了根据与本文描述的原理一致的实施例的示例中的多视图显示器10的透视图。如图1A所示，多视图显示器10包括用于显示要观看的多视图图像的屏幕12。屏幕12可以是电话(例如，移动电话、智能电话等)、平板计算机、膝上型计算机、台式计算机的计算机显示器、照相机显示器、或基本上任何其它设备的电子显示器的显示屏幕。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向16上提供多视图图像的不同视图14。视图方向16被示为从屏幕12以各种不同的主角方向(或仅仅是不同的方向)延伸的箭头；不同的视图14在箭头(即，描绘视图方向16)的终点处被示出为阴影多边形框；并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，全部都是以示例的方式而非限制。应当注意的是，尽管在图1A中将不同视图14示出为位于屏幕上方，但当多视图图像显示在多视图显示器10上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光栅耦合光导，包括：/n光导，其被配置为引导光；/n光学集中器，其被配置为集中来自光源的光以提供集中光；以及/n光栅耦合器，其位于所述光导的输入处，所述光栅耦合器被配置为以非零传播角将所述集中光衍射重定向到所述光导中，作为具有第一展开角和第二展开角的引导光，/n其中，所述光学集中器和所述光栅耦合器的特性被组合配置，以确定所述光导内的所述引导光的所述非零传播角、所述第一展开角和所述第二展开角，所述第一展开角与所述第二展开角正交。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光栅耦合光导，包括：
光导，其被配置为引导光；
光学集中器，其被配置为集中来自光源的光以提供集中光；以及
光栅耦合器，其位于所述光导的输入处，所述光栅耦合器被配置为以非零传播角将所述集中光衍射重定向到所述光导中，作为具有第一展开角和第二展开角的引导光，
其中，所述光学集中器和所述光栅耦合器的特性被组合配置，以确定所述光导内的所述引导光的所述非零传播角、所述第一展开角和所述第二展开角，所述第一展开角与所述第二展开角正交。


2.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光学集中器包括自由形式光学器件，其被配置为减少来自所述光源的所述光的展开角，并将所述光集中在与所述光栅耦合器占据的区域相对应的区域中。


3.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光学集中器包括锥形准直器。


4.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光学集中器包括反射折射准直器。


5.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光学集中器包括反射转向准直器。


6.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光栅耦合器是透射式光栅耦合器，其包括在与所述光源相邻的所述光导的表面处的透射式衍射光栅，所述透射式衍射光栅将穿过所述衍射光栅的光衍射重定向。


7.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光栅耦合器是反射式光栅耦合器，其包括在与所述光源相邻的光导表面相对的所述光导的表面处的反射式衍射光栅，所述反射式衍射光栅利用反射衍射将光衍射重定向到所述光导中。


8.根据权利要求1所述的光栅耦合光导，其中所述光源提供的光的锥角大于约六十(60)度，所述光学集中器被配置为减小所述光源提供的所述光的所述锥角，以提供所述集中光。


9.一种多视图背光体，其包括权利要求1所述的光栅耦合光导，所述多视图背光体还包括：
多光束元件，其被配置为从所述光导散射出所述引导光的部分，作为多个定向光束，所述多个定向光束的各定向光束具有彼此不同的主角方向。


10.根据权利要求9所述的多视图背光体，其中所述多光束元件包括以下中的一个或多个：
衍射光栅，其被配置为衍射散射所述引导光的所述部分，作为所述多个定向光束；
微反射元件，其被配置为反射散射所述引导光的所述部分，作为所述多个定向光束；以及
微折射元件，其被配置为折射散射所述引导光的所述部分，作为所述多个定向光束。


11.根据权利要求9所述的多视图背光体，其中所述定向光束的所述不同的主角方向对应于多视图显示器的多个不同视图的各个视图方向。


12.一种光栅耦合显示系统，包括：
光源，其被配置为在第一方向上提供光；
光导，其引导光，作为具有与所述第一方向正交的第二方向的引导光；
光学集中器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪健，DA法塔尔，F艾塔，
申请(专利权)人：镭亚股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US