用于近眼显示器的光学系统的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、本发明是用于显示器的光学系统，其在图像投影仪与波导之间采用反射耦入构造。

2、根据本发明的实施方式的教导，提供了一种光学系统，包括：(a)光导光学元件(loe)，其由透明材料形成并且具有用于通过内反射引导光的相互平行的第一主外表面和第二主外表面；(b)投影仪，其被构造成投影对应于准直图像的照明；(c)反射耦入组件，其与该loe相关联并且提供耦入构造的至少一部分，该耦入构造具有：(i)与第一主外表面共面的图像注入表面，该投影仪与该图像注入表面相关联，并且被定向成使得照明通过该图像注入表面被注入，该图像注入表面对于以大于主外表面的临界角的入射角入射的光线是内部反射的，(ii)与主外表面成斜角的反射器表面，以及(iii)平行于反射器表面的部分反射表面，该反射器表面和该部分反射表面被部署成使得准直图像的照明的强度的第一部分由该部分反射表面反射，并且准直图像的照明的强度的第二部分由该反射器表面反射并且由该部分反射表面透射，强度的第一部分和第二部分两者都贡献于耦合到该loe中以通过主外表面处的内反射在loe内传播的图像照明。

3、根据本发明的实施方式的另一特征，投影仪被构造成经由出射孔径投影对应于准直图像的照明，该照明以限定该投影仪的光轴的主光线和围绕该主光线的角视场从出射孔径出射。

4、根据本发明的实施方式的另一特征，出射孔径具有第一尺寸，并且其中，loe具有与loe的厚度相对应的输入光学孔径，其中，经由出射孔径投影并且从第一耦入反射器和第二耦入反射器中的每一个反射的准直图像不足以填充loe的输入光学孔径，并且其中，准直图像的来自第一耦入反射器和第二耦入反射器两者的反射的组合填充loe的输入光学孔径。

5、根据本发明的实施方式的又一特征，部分反射表面介于图像注入表面与反射器表面之间，使得跨整个出射孔径的至少主光线的照明的强度的第一部分由部分反射表面反射，并且跨整个出射孔径的至少主光线的照明的强度的第二部分由部分反射表面透射，由反射器表面反射，并且由部分反射表面透射。

6、根据本发明的实施方式的又一特征，反射器表面和部分反射表面被部署成使得跨整个出射孔径的整个角视场的照明的强度的第一部分由部分反射表面反射，并且跨整个出射孔径的整个角视场的照明的强度的第二部分由部分反射表面透射、由反射器表面反射并且由部分反射表面透射。

7、根据本发明的实施方式的又一特征，反射耦入组件包括：(a)楔形棱镜，其附接至loe并且提供与主外表面成斜角的第一表面；以及(b)平行面对板，其附接至第一表面，其中，部分反射表面设置在楔形棱镜与板之间的界面处，并且反射器表面设置在板的第二面处。

8、根据本发明的实施方式的又一特征，loe形成有成斜角的边缘表面，并且其中，反射耦入组件包括附接至成斜角的边缘表面的平行面对板，其中，部分反射表面设置在边缘表面与板之间的界面处，并且反射器表面设置在板的第二面处。

9、根据本发明的实施方式的又一特征，部分反射表面是被构造成反射第一偏振并且透射第二偏振的反射偏振器。

10、根据本发明的实施方式的又一特征，还提供了与图像注入表面的至少一部分相关联的四分之一波片，以将在图像注入表面处内反射的光在第一偏振与第二偏振之间转换。

11、根据本发明的实施方式的又一特征，反射器表面和部分反射表面在loe内部，并且位于第一主外表面与第二主外表面之间。

12、根据本发明的实施方式的又一特征，反射器表面和部分反射表面是位于第一主外表面与第二主外表面之间的一组至少三个相互平行的反射器的一部分。

13、根据本发明的实施方式的又一特征，投影仪包括：(a)光源，其生成至少一个光束；(b)扫描装置，其被部署成在至少一个维度以角扫描运动偏转至少一个光束；以及(c)调制器，其与光源和扫描装置相关联，并且被部署成与角扫描运动同步地调制至少一个光束的亮度，其中，偏转的光束从扫描装置直接通过图像注入表面被注入。

14、根据本发明的实施方式的又一特征，投影仪包括：(a)照明子系统，其限定照明光阑；(b)图像平面，在该图像平面处形成图像；(c)出射孔径，准直图像通过该出射孔径被递送到loe中；(d)照明光学器件，其部署在照明光阑与图像平面之间的光路中；以及(e)准直光学器件，其部署在图像平面与出射孔径之间的光路中，其中，照明光学器件和准直光学器件被构造成使得该照明光阑被成像到出射孔径。

15、根据本发明的实施方式的另一特征，loe具有在第一主外表面与第二主外表面之间的厚度，并且其中，多个至少三个相互平行的反射器跨越厚度的不同部分，使得在相互平行的反射器中的第一反射器处部分地透射并且在相互平行的反射器中的第二反射器处至少部分地反射的照明的至少一条光线在未射到相互平行的反射器中的第一反射器上的情况下通过第一主表面和第二主表面处的内反射在loe内传播。

16、根据本发明的实施方式的又一特征，反射器表面具有第一反射率，并且其中，至少三个相互平行的反射器中的相继反射器具有依次减小的反射率。

17、根据本发明的实施方式的又一特征，至少三个相互平行的反射器呈部分交叠的关系，使得照明的大部分光线在相互平行的反射器中的至少两个处被至少部分地反射。

18、根据本发明的实施方式的又一特征，该loe具有垂直于第一主外表面和第二主外表面的相互平行的第三主外表面和第四主外表面，该loe通过在第一主外表面、第二主外表面、第三主外表面和第四主外表面处的四重内反射来引导光。

技术特征：

1.一种光学系统，包括：

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述投影仪被构造成经由出射孔径投影对应于所述准直图像的照明，所述照明以限定所述投影仪的光轴的主光线和围绕所述主光线的角视场从所述出射孔径出射。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述出射孔径具有第一尺寸，并且其中，所述loe具有与所述loe的所述厚度相对应的输入光学孔径，其中，经由所述出射孔径投影并且从所述第一耦入反射器和所述第二耦入反射器中的每一个反射的准直图像不足以填充所述loe的所述输入光学孔径，并且其中，所述准直图像的来自所述第一耦入反射器和所述第二耦入反射器两者的反射的组合填充所述loe的所述输入光学孔径。

4.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述部分反射表面介于所述图像注入表面与所述反射器表面之间，使得跨整个所述出射孔径的至少所述主光线的照明的强度的所述第一部分由所述部分反射表面反射，并且跨整个所述出射孔径的至少所述主光线的照明的强度的所述第二部分由所述部分反射表面透射、由所述反射器表面反射并且由所述部分反射表面透射。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述反射器表面和所述部分反射表面被部署成使得跨整个所述出射孔径的整个角视场的照明的强度的所述第一部分由所述部分反射表面反射，并且跨整个所述出射孔径的整个角视场的照明的强度的所述第二部分由所述部分反射表面透射、由所述反射器表面反射并且由所述部分反射表面透射。

6.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述反射耦入组件包括：

7.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述loe形成有成斜角的边缘表面，并且其中，所述反射耦入组件包括附接至所述成斜角的边缘表面的平行面对板，其中，所述部分反射表面设置在所述边缘表面与所述板之间的界面处，并且所述反射器表面设置在所述板的第二面处。

8.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述部分反射表面是被构造成反射第一偏振并且透射第二偏振的反射偏振器。

9.根据权利要求8所述的光学系统，还包括与所述图像注入表面的至少一部分相关联的四分之一波片，以将在所述图像注入表面处内反射的光在所述第一偏振与所述第二偏振之间转换。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述反射器表面和所述部分反射表面在所述loe内部，并且位于所述第一主外表面与所述第二主外表面之间。

11.根据权利要求10所述的光学系统，其中，所述反射器表面和所述部分反射表面是位于所述第一主外表面与所述第二主外表面之间的一组至少三个相互平行的反射器的一部分。

12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述投影仪包括：

13.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述投影仪包括：

14.根据权利要求13所述的光学系统，其中，所述loe具有在所述第一主外表面与所述第二主外表面之间的厚度，并且其中，多个所述至少三个相互平行的反射器跨越所述厚度的不同部分，使得：在所述相互平行的反射器中的第一反射器处部分地透射并且在所述相互平行的反射器中的第二反射器处至少部分地反射的所述照明的至少一条光线在未再次射到所述相互平行的反射器中的所述第一反射器上的情况下通过所述第一主表面和所述第二主表面处的内反射在所述loe内传播。

15.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述反射器表面具有第一反射率，并且其中，所述至少三个相互平行的反射器中的相继的反射器具有依次减小的反射率。

16.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述至少三个相互平行的反射器呈部分交叠的关系，使得所述照明的大部分光线在所述相互平行的反射器中的至少两个处被至少部分地反射。

17.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述loe具有垂直于所述第一主外表面和所述第二主外表面的相互平行的第三主外表面和第四主外表面，所述loe通过在所述第一主外表面、所述第二主外表面、所述第三主外表面和所述第四主外表面处的四重内反射来引导光。

技术总结一种光学系统包括由透明材料形成并且具有平行的主外表面的光导光学元件(LOE)。投影仪被构造成经由反射耦入构造将对应于准直图像的照明投影到LOE中，该反射耦入构造包括与第一主外表面共面的图像注入表面、与主外表面成斜角的反射器表面以及平行于反射器表面的部分反射表面。准直图像的照明的强度的第一部分由部分反射表面反射，并且准直图像的照明的强度的第二部分由反射器表面反射并且由部分反射表面透射。强度的两个部分都贡献于耦合到LOE中以通过主外表面处的内反射在LOE内传播的图像照明。技术研发人员：齐翁·艾森菲尔德,耶谢·丹齐格,乔纳森·基尔柏格,希蒙·格拉巴尼克受保护的技术使用者：鲁姆斯有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29