用于增强现实或虚拟现实显示器的装置的制作方法

用于增强现实或虚拟现实显示器的装置
1.本发明涉及用于在诸如耳机或平视显示器的增强现实或虚拟现实显示器中使用的装置。特别地，本发明涉及提供改善了输出衍射光学元件的光学效率的波导，该输出衍射光学元件可以使光在在两个维度上同时扩展并将光耦合离开波导以供用户观看。
2.增强现实显示器允许用户观看他们的周围环境以及投射图像。在军事或运输应用中，投射图像可以叠覆在由用户感知的真实世界上。这些显示器的其他应用包括视频游戏和可穿戴装置，比如眼镜。相比之下，在虚拟现实显示器中，用户只能感知投射图像，并且来自用户的真实世界环境的光被遮挡。
3.在标准的增强现实设置中，在用户前面设置透明显示屏，使得用户可以继续看到物理世界。显示屏通常是玻璃波导，并且在一侧设置投光器。来自投光器的光通过衍射光栅(输入光栅)耦合到波导中。投射的光在波导内全内反射。然后，光通过另一衍射光栅(输出光栅)耦合离开波导，使得用户可以看到光。投光器可以提供增强用户对物理世界的观察的信息和/或图像。
4.wo 2016/020643中公开了一种用于在增强现实显示器中使输入光在两个维度上扩展的光学装置。输入衍射光学元件设置成将来自投光器的输入光耦合到波导中。该光学装置还包括具有两个衍射光学元件的输出元件，所述两个衍射光学元件在波导中彼此叠覆，使得所述两个衍射光学元件中的每个衍射光学元件可以接收来自输入衍射光学元件的光并将光朝向该对衍射光学元件中的另一衍射光学元件耦合，然后，该另一衍射光学元件耦合可以作为将光耦合离开波导并朝向观看者耦合该光的输出衍射光学元件。在一个实施方式中，彼此叠覆的两个衍射光学元件设置成光子晶体。这通过在波导的表面内或表面上布置柱阵列来实现，该柱阵列相对于周围的波导介质具有增大的折射率。wo 2016/020643中的柱被描述为当从观看者的角度在波导的平面中观察时具有圆形横截面形状。已经发现这种布置在使光在两个维度上同时扩展并将光耦合离开波导方面非常有效。有利地，这可以改进对波导上的空间的使用。然而，已经发现的是，这种布置还可能产生一些光路，这些光路在波导内提供扩展而没有提供朝向观看者的任何向外耦合。这可能在一定程度上使效率较低，并且期望改进这种布置以改善光学效率(即，在用户的眼睛处接收的光学功率与从投光器输入至系统的光学功率的比值)。本发明的目的是提供一种光学装置，该光学装置能够使光在增强现实显示器中以增加的光学效率在两个维度上扩展。
5.根据本发明的一方面，提供了一种用于在增强现实或虚拟现实显示器中使用的光学结构，该光学结构包括：波导；输入衍射光学结构，该输入衍射光学结构被配置成接收来自投光器的光并将所接收到的光耦合到波导中；输出衍射光学结构，该输出衍射光学结构被配置成接收来自输入衍射光学元件的在输入方向上的光，其中，输出衍射光学结构至少包括各自具有不同的衍射效率的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，其中，第一衍射光学元件具有相对高的衍射效率，并且第二衍射光学元件具有相对低的衍射效率，并且第一衍射光学元件和第二衍射光学元件在波导中或在波导上彼此叠覆，其中，第一衍射光学元件被配置成接收沿着输入方向的光并将光朝向第二衍射光学元件耦合，然后，第二衍射光学元件可以用作输出衍射光学元件，从而提供朝向观看者的向外耦合阶，并且其中，第二
衍射光学元件被配置成接收沿着输入方向的光并且将光朝向第一衍射光学元件耦合，然后，第一衍射光学元件可以用作输出衍射光学元件，从而提供朝向观看者的向外耦合阶；其中，输出衍射光学结构包括第一部分和第二部分，其中，在第一部分中，第一衍射光学元件被配置成将来自输入方向的光朝向第二部分耦合，并且其中，第二衍射光学元件被配置成将来自输入方向的光耦合离开第二部分，并且在第二部分中，第一衍射光学元件被配置成将来自输入方向的光朝向第一部分耦合，并且其中，第二衍射光学元件被配置成将来自输入方向的光耦合离开第一部分。
6.以此方式，输出衍射光学结构可以设置有两个不同的部分。实际上，在输出衍射光学结构中可以有两个侧部：左侧部和右侧部，并且这些侧部可以具有相等且相反的衍射特性。已经发现的是，这种布置可以有利地改善系统的光学效率，因为光可以由一个部分相对强烈地衍射朝向另一部分，于是光被再次相对强烈地衍射，使得光被耦合离开波导并朝向观看者耦合。因此，可以选择衍射效率，以便在光最初在输出结构内转向之后促进光朝向观看者的向外耦合。这意味着光在输出结构内可以优先地在两个维度上扩展并且耦合离开波导。这与已知的布置形成对比，在已知布置中，一些光路可以在全内反射的情况下继续被捕获在波导内，而不会被耦合离开并朝向观看者耦合。因此，本布置增加了耦合到有用阶中并呈现给观看者的眼睛的光的比例。这有利地改善了系统的整体光学效率，这在具有有限电池资源的可穿戴装置中是重要的，因为这意味着对于相同的显示亮度可以延长电池续航时间。
7.优选地，第一部分中的第一衍射光学元件具有与第二部分中的第二衍射光学元件的光栅矢量基本上平行的光栅矢量。同样，第一部分中的第二衍射光学元件优选地具有与第二部分中的第一衍射光学元件的光栅矢量基本上平行的光栅矢量。这在第一部分和第二部分两者中都提供了强和弱的衍射光学元件。优选地，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的特征是彼此围绕与输入方向平行的轴线翻转的镜像。
8.第一衍射光学元件和第二衍射光学元件优选地分别相对于输入方向以 30
°
和
‑
30
°
的角度定向。这意味着第一衍射光学元件和第二衍射光学元件可以提供第一衍射阶，第一衍射阶沿相对于输入方向分别成
±
120
°
的角度的方向延伸。已经发现的是，这种布置允许光路在输出衍射光学结构内在两个维度上同时扩展并且被耦合离开波导并朝向观看者耦合。
9.用于第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的不同的相应衍射效率可以利用第一衍射光学元件和第二衍射光学元件中的具有不同的相应尺寸的特征来提供。例如，可以在第一衍射光学元件和第二衍射光学元件中提供不同的相应特征高度。在这种情况下，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件可以是表面不平光栅(surface relief gratings)。第一衍射光学元件和第二衍射光学元件可以设置在相反的波导表面上，或者第一衍射光学元件和第二衍射光学元件可以在同一波导表面上彼此叠置。
10.在另一示例中，可以沿着由第一衍射光学元件和第二衍射光学元件限定的相应轴线分别设置不同的特征长度。以此方式，第一衍射光学元件和第二衍射光学元件中的每一者可以利用具有与相关衍射光学元件的凹槽或线平行的侧边的特征来提供。换言之，相应特征的侧边布置在与相关衍射光学元件的光栅矢量正交的方向上。在一个示例中，第二衍射光学元件可以由具有与相应衍射光学元件对准的侧边的元件的点划线或短划线提供。相
比之下，第一衍射光学元件可以设置有与凹槽或线平行的连续特征。可以选择第二衍射光学元件中的呈点划线或短划线的侧边的长度，以控制相对于第一衍射光学元件的衍射效率的衍射效率。
11.在另一示例中，可以设置不同特征高度和特征长度的组合，以产生用于第一衍射光学元件和第二衍射光学元件的不同衍射效率。
12.输出衍射光学结构优选地包括以阵列布置的多个光学结构，以提供第一衍射光学元件和第二衍射光学元件。多个光学结构中的每个光学结构优选地具有下述形状：当在波导的平面中观察时，该形状具有与第一衍射光学元件和第二衍射光学元件平行的相应侧边，并且其中，平行于第一衍射光学元件的一个或更多个侧边具有与平行于第二衍射光学元件的一个或更多个侧边不同的长度，以提供第一衍射光学元件与第二衍射光学元件之间的衍射效率的差异。优选地，光学结构设置在光子晶体内。光学结构可以设置有与周围波导介质的折射率相等或不同(并且通常比周围波导介质的折射率高)的折射率。
13.在一个实施方式中，当在波导的平面中观察时，多个光学结构中的每个光学结构可以具有平行四边形形状。平行四边形的长侧边优选地与波导的第一部分和第二部分中的第一衍射光学元件平行，并且平行四边形的短侧边优选地与波导的第一部分和第二部分中的第二衍射光学元件平行。长侧边与短侧边之间的尺寸差异可以引起第一衍射光学元件与第二衍射光学元件之间的衍射效率的差异。可以选择这种尺寸差异以实现衍射效率的期望差异。
14.第一部分中的光学结构优选地具有下述形状：该形状是第二部分中的光学结构的形状关于与输入方向平行的翻转轴线的镜像。在一个实施方式中，光学结构可以是类似但在输出衍射光学元件的第一部分和第二部分中以不同的取向呈现的平行四边形。
15.输入衍射光学元件优选地沿着输出衍射光学结构的第一部分与第二部分之间的线定位。因此，输入方向可以定义为将第一部分与第二部分彼此分开的线。
16.输出衍射光学结构可以接收直接或间接地来自输入衍射光学元件的光。在一些布置中，可以在输入衍射光学结构与输出衍射光学结构之间提供中间衍射光学元件。可以包括这种中间衍射光学结构，以在输出衍射光学结构处接收光之前提供一些中间光束扩展。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种增强现实或虚拟现实装置，该增强现实或虚拟现实装置包括：投光器，该投光器被配置成提供增强现实或虚拟现实图像；以及如先前定义的光学结构。该装置还可以包括电池，该电池被配置成向投光器供应电力。光学结构可以实现改善的光学效率，这意味着可以节省电池资源。
18.现在参照附图通过示例对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
19.图1是已知波导的示意性平面图，该已知波导不是本发明的实施方式；
20.图2是示出了光栅可以在输出元件中组合的方式的示意图，这种组合的方式不是本发明的实施方式；
21.图3是示出了在本发明的实施方式中光栅可以在输出元件中组合的方式的示意图；
22.图4a和图4b示出了在本发明的实施方式中与衍射光学结构相互作用时可以采用的光路；
23.图5是本发明的实施方式中的二维光学结构的平面图；
24.图6示出了图5中所示的光学结构中可以采用的光路；以及
25.图7是用于在本发明的实施方式中的光学结构中使用的光子晶体的平面图。
26.图1示出了笛卡尔参考系(x，y，z)内的波导2的示意性平面图。波导2在x
‑
y平面中包括两个主要的平坦平行面并且由透明介质、比如玻璃制成。输入衍射光栅4设置在波导2的表面上，以用于通过衍射将来自投光器(未示出)的光耦合到波导2中。投光器(未示出)被配置成提供在基本上垂直于页面(即平行于z轴)的方向上的光。由输入光栅4衍射并耦合到波导2中的光通过全内反射沿与y轴平行的方向(在y
‑
z平面中)朝向输出元件行进。输出元件10将光耦合离开波导2并朝向观看者耦合，以提供增强现实或虚拟现实图像。光被耦合离开输出元件10并在基本上垂直于页面(即平行于z轴)的方向上被耦合朝向观看者。
27.输入光栅4具有沿着y轴定向的光栅矢量，该光栅矢量的幅度与光栅中的凹槽的间隔成反比。类似地，可以为其他衍射光栅或衍射光学结构定义光栅矢量。
28.输出元件10具有如wo 2016/020643中描述的结构。因此，输出元件10包括在波导中或波导上彼此叠覆的两个衍射光学元件，使得两个衍射光学元件中的每个衍射光学元件可以接收来自输入衍射光学元件的光并将光朝向该对衍射光学元件中的另一衍射光学元件耦合，然后，该另一衍射光学元件可以作为将光耦合离开波导并朝向观看者耦合的输出衍射光学元件。这可以通过提供彼此叠覆成光子晶体的两个衍射光学元件来实现。以此方式，输出元件10可以使光同时在两个维度上扩展并且将光耦合离开波导并朝向观看者耦合。
29.在一种布置中，输出元件10可以通过将两个衍射光学结构叠置在彼此的顶部上而形成。如图2所示，处于第一角度的第一衍射光栅20可以叠置在处于第二角度的第二衍射光栅22的顶部上，以提供交叉光栅24。替代性地，第一衍射光栅22和第二衍射光栅24可以设置在波导的相反表面上。在另一替代方案中，光子晶体26可以以规则的菱形结构阵列设置以实现类似的效果。在该示例中，第一衍射光栅20和第二衍射光栅22以及光子晶体26中的有效衍射光学元件设置成对于给定波长具有相同的衍射效率。这通常被认为是重要的，使得等量的光被光子晶体26衍射到第一阶中或者被交叉光栅24内的第一衍射光栅20和第二衍射光栅22分别衍射到第一阶中。第一衍射光栅20和第二衍射光栅22可以通过例如具有相同的特征高度来提供相同的衍射效率，在这种情况下，第一衍射光栅20和第二衍射光栅22被设置为表面不平元件(surface relief elements)。在使用光子晶体26的情况下，规则的元件阵列和元件本身关于y轴对称，y轴对应于来自输入光栅4并在输出元件10处被接收的光的输入方向。
30.已经发现的是，生产下述输出元件可能是有利的：所述输出元件由叠覆的第一衍射光栅和第二衍射光栅构成并且该第一衍射光栅和该第二衍射光栅对于给定波长具有不同的衍射效率。如图3中示意性地示出的，这可以通过将具有不相等的衍射效率的第一衍射光栅30和第二衍射光栅32叠置以提供交叉光栅34来实现。替代性地，可以直接提供对交叉光栅的数字近似件(digital approximation)36。该示例中的第一衍射光栅30与第二衍射光栅32的衍射效率相比在给定波长下提供高衍射效率。与输入光栅4相比，第一衍射光栅30和第二衍射光栅32的衍射效率仍被选择为低。这是因为输入光栅4被设计成将来自投光器的光有效地耦合到波导2中。第一衍射光栅30和第二衍射光栅32被设计成提供波导内的二维扩展，因此，第一衍射光栅30和第二衍射光栅32设置有较低的衍射效率，使得光可以在不
会被立即耦合离开波导的情况下扩展。
31.在这些示例中，如本领域技术人员将理解的，可以通过调节第一衍射光栅30和第二衍射光栅32中的衍射特征的特征高度来提供衍射效率的差异。替代性地，选择性地控制与衍射特征的凹槽或线平行的特征的尺寸。在数字近似件36中，第二衍射光栅由第一衍射光栅中的“凹口”表示。实际上，这提供了由短划线表示的第二衍射光栅。与第一衍射光栅中的具有连续长度的特征相比，第二衍射光栅中提供的总长度减小的特征可以产生衍射效率的差异，即使使用相同的特征高度亦是如此。当控制常规阵列内的元件的形状时，可以在光子晶体中采用类似的原理。
32.图4a和图4b是光线与数字近似件40之间的相互作用的示意图，数字近似件40是图3中所示的数字近似件36围绕y轴翻转的镜像。在图4a中，沿与y轴平行的方向提供入射光束。入射光束通常从输入光栅(未示出)接收，并在波导内全内反射。因此，光束的输入方向与y轴平行。当与数字近似件40相互作用时，大部分光将被耦合到下述四个阶中的一个阶中：继续沿与y轴平行的方向传播的零阶、由数字近似件40内的交叉衍射光栅分别衍射的两个“转向”阶中的一个阶、以及衍射离开波导并沿着z轴朝向用户的眼睛衍射的“直通向眼”阶。“直通向眼”阶由有效衍射光栅产生，该衍射光栅与x轴平行并且是数字近似件40内的第一衍射光栅和第二衍射光栅的作用结果。当然，也产生更高的衍射阶，但耦合到这些阶中的光量显著减少。
33.参考图4a，已经发现的是，数字近似件40中的第一衍射光栅与第二衍射光栅之间的衍射效率的差异意味着不均匀的光量被耦合到第一阶和第二转向阶中。在该示例中，第一衍射光栅(具有更高的衍射效率)相对于y轴以
‑
30
°
定向。具有较低衍射效率的第二衍射光栅相对于y轴以 30
°
定向。由第一衍射光栅衍射的给定波长的光转向到相对于y轴以 120
°
定向的方向42上。由第二衍射光栅衍射的相同波长的光耦合在相对于y轴以
‑
120
°
定向的方向44上。较高比例的光被耦合到相对于y轴以 120
°
定向的方向42上，并且两个路径之间的亮度差异与第一衍射光栅和第二衍射光栅之间的衍射效率的差异成比例。
34.在图4a的示例中，相对小比例的入射光被直接衍射离开波导并沿着z轴在朝向观看者的方向(未示出)上衍射。一定量的光被耦合到零阶中并且继续在波导内沿基本上平行于y轴的方向46传播。
35.图4b示出了光在其最初被第二衍射光栅衍射到相对于y轴以
‑
120
°
定向的方向44上之后如何与输出元件40再次相互作用。在这种情况下，光路由第一衍射光栅最强烈地衍射，使得光被耦合离开波导并在沿着z轴的方向(未示出)上被耦合朝向观看者。光也被第二衍射光栅衍射，使得光被耦合到与y轴平行的方向48上。然而，由于第一衍射光栅与第二衍射光栅之间的衍射效率的差异，相对少量的光被衍射到该阶中。如前所述，一定量的光继续在波导内沿着传播方向44在全内方向上传播，在这种情况下，传播方向44相对于y轴以
‑
120
°
定向。
36.图5是本发明的实施方式中的波导52的示意性平面图。在该示例中，输入光栅54设置成用于将光从投光器(未示出)耦合到波导中。由输入光栅54衍射的光被捕获在波导内，并在全内反射的情况下沿与y轴平行的方向传播。在这种情况下，输出元件60被分成关于由输入光栅54朝向输出元件60耦合的光的方向对称的两个半部。在波导52的平面中观察时，输出元件60的第一部分62设置在左手侧，并且输出元件60的第二部分64设置在右手侧。
37.输出元件60的第一部分62和第二部分64中的衍射特征是不同的。在第一部分62中，提供如图4a和图4b所示的数字近似件40。在第二部分64中，提供如图3所示的数字近似件36。这些是对具有不同衍射效率的交叉光栅对的数字近似件。
38.在操作中，当来自输入光栅54并沿着输入方向的光在输出元件的第一部分62处被接收时，光被衍射到如上面结合图4a和图4b所描述的若干阶中的一个阶中。所接收到的光中的很大比例的光被耦合到相对于y轴成 120
°
的角度的方向42上。这种衍射光被引导朝向输出元件60的第二部分64(即，朝向图5的平面图中的右侧)。所接收到的光中的较小比例的光被耦合到相对于y轴成
‑
120
°
的角度的方向44上。然后，如上面关于图4a和图4b所描述的，这些阶的光被优先耦合离开波导52并被耦合朝向观看者。
39.如上所述，在第一部分62中衍射的光中的较大比例的光沿方向42朝向第二部分64延伸。然后，这些光路在输出元件的第二部分64中遇到衍射结构。在这种情况下，第一衍射元件以与入射光线的路径正交的 30
°
定向。因此，具有较高衍射效率的第一衍射元件布置成优先将光线耦合离开波导52并将光线沿着z轴朝向观看者耦合。
40.输出元件60的第二部分64实际上是第一部分62的围绕y轴翻转的镜像。因此，与第一部分62相比，在第二部分64内发生相反的衍射相互作用。当来自输入光栅54并沿着y轴的光在第二部分64处被接收时，所述光被优先衍射到相对于y轴成
‑
120
°
的角度的方向上。当在图5的平面图中观察时，这些衍射阶的光朝向第一部分62向左延伸。较小比例的光在第二部分64中被衍射到相对于y轴成 120
°
的角度的方向上，并且这些路径在图5的平面图中向右延伸。然后，这些阶被优先衍射离开波导52并沿着z轴朝向观看者衍射。
41.从第二部分64朝向第一部分62并相对于y轴以
‑
120
°
衍射的光路入射在第一部分的衍射结构上。数字近似件40包括第一衍射光学元件，该第一衍射光学元件相对于y轴以
‑
30
°
定向，从而沿与入射光线正交的方向。因此，在第二部分64处接收的光线优先转向至相对于y轴成
‑
120
°
的路径，然后被优先耦合离开波导并沿着z轴朝向观看者耦合。这种布置意味着在二维扩展之后更强烈地促进从波导52向外的耦合，这有利地改善了系统的光学效率。这减少了浪费的光，并且在增强现实系统中，这意味着可以在相同的输出亮度下延长电池续航时间。
42.图6是图5中所示的波导的示意性平面图，其示出了可以采用的光路中的一些光路。该图示出了第一部分62和第二部分64如何优先地将光朝向彼此衍射。然后，所接收到的已经转向的光被优先耦合离开波导并朝向用户耦合。仔细选择衍射效率可以允许在优化光学效率的同时在输出元件60上均匀地照明。
43.图7提供了如何在如上面在图5和图6中描绘的输出元件60的第二部分64中构造光子晶体的示例。光子晶体70包括多个元件72，当在波导的平面中观察时，多个元件72成形为平行四边形。在一个实施方式中，元件72可以设置在波导的一个表面上。在这种布置中，元件72可以具有使得其从波导的表面突出的特征高度。已经发现的是，可以形成特征高度处于30nm至200nm的范围内的有效光子晶体。然后，可以在元件72之间的谷状部中形成空气通道。元件72可以具有与n～1.5的波导介质相同的折射率。元件72被折射率n＝1的空气包围，并且这种折射率的不匹配可以允许衍射。可以通过在元件72的水平表面上施加薄膜涂层来控制衍射效率。涂层材料通常(但不总是)具有比波导更高的折射率。在一个实施方式中，施加的涂层具有n～2.4的折射率。
44.在另一实施方式中，元件72可以嵌入波导介质中。因此，元件72可以完全设置在波导介质内。这需要元件72与波导介质之间的折射率的不匹配，以便发生衍射。这可以通过形成具有表面不平轮廓的波导来实现，其中，元件72位于该波导的一个表面上。然后，可以将结合材料施加在元件72上，并且这可以结合至具有与波导相同的折射率的覆盖件。通过选择具有与波导介质不同(通常比波导介质高)的折射率的结合材料，可以在原始波导与覆盖件之间形成一致的波导，其中，结合材料被夹置在原始波导与覆盖件之间。在该设计中，结合材料具有与元件72相同的形状，但是具有与周围的波导介质不同的折射率。
45.阵列中的规则布置的元件72可以被认为是许多有效衍射光栅或衍射光学结构。特别地，可以将具有成排的光学结构10的光栅h2限定为相对于y轴成 30
°
的角度，其中，相邻的排以距离p分隔开，距离p被称为点阵常数。光栅h3布置有相对于y轴成
‑
30
°
的角度的成排的光学结构，其中，相邻的排以距离p分隔开。可以在与x轴对准的方向上限定光栅h1，其中，相邻排的光学结构以有效距离q分隔开。光栅h1可以被认为是光栅h2和h3组合的产物。值p和q通过表达式q＝pcos(30
°
)彼此相关。已经发现的是，在p的值处于340nm至650nm的范围内的情况下，可以形成有效的光子晶体。
46.在光子晶体70中，元件72呈平行四边形形状，平行四边形形状具有平行的长侧边和平行的短侧边。长侧边具有长度ma，并且短侧边具有长度mi。具有长度ma的长侧边对准以产生光栅h3。具有长度mi的短侧边对准以产生光栅h2。由于构成光栅的特征的不同尺寸，光栅h3的衍射效率高于光栅h2的衍射效率。
47.当从输入光栅的沿着y轴接收的光入射到光子晶体70上时，光通过各种衍射光学元件经历多次同时衍射。光可以衍射到零阶中，零阶是入射光沿着y轴传播的延续。光还可以通过光栅h1衍射到第一衍射阶中。第一阶在沿z轴的正方向上耦合离开波导14并耦合朝向观看者，这可以被定义为直通向眼阶。光还可以通过h2衍射光学结构衍射到第一衍射阶中。由于光栅h2的相对低的衍射效率，相对小比例的入射光被衍射到该阶中。该衍射阶沿与y轴成 120
°
的方向延伸，并且该光束继续与光子晶体进一步相互作用。光还可以通过h3衍射光学结构衍射到第一衍射阶中。由于光栅h3的相对高的衍射效率，光优先地耦合到该阶中。该第一阶相对于y轴以
‑
120
°
衍射，并且该光束继续与光子晶体进一步相互作用。
48.输出元件60的第一部分62可以包括平行四边形元件72，平行四边形元件72与图7中所示的那些类似，但是围绕与y轴平行的翻转轴线翻转。以此方式，可以在输出元件的第一部分62和第二部分64中提供光子晶体，以产生与使用叠覆光栅所产生的效果类似的效果。