采用与光导集成的二向色组合器的显示器的制作方法

背景技术：

技术实现思路

1、本发明是采用与光导集成的一个或更多个二向色组合器以及/或者采用在矩形光导之间的光学中继器的显示器。

2、根据本发明的实施方式的教导，提供了一种显示器，该显示器包括：(a)光导，其具有成对相互平行的主表面，该成对相互平行的主表面支持光通过主表面处的内反射在光导内的传播；(b)第一图像投影仪，其包括第一单色图像生成器和第一准直光学器件，第一图像投影仪输出与图像的第一分量对应的第一颜色的准直光，第一图像投影仪光学地耦合至光导，以将第一颜色的准直光引入到光导中，从而使第一颜色的准直光在光导内沿第一平面内方向传播；(c)第二图像投影仪，其包括第二单色图像生成器和第二准直光学器件，第二图像投影仪输出与图像的第二分量对应的第二颜色的准直光，第二图像投影仪光学地耦合至光导，以将第二颜色的准直光引入到光导中，从而使第二颜色的准直光在光导内沿与第一平面内方向不平行的第二平面内方向传播；以及(d)嵌入在光导中的二向色反射器，该二向色反射器被定向成垂直于主表面，并且平分第一平面内方向与第二平面内方向之间的角度，二向色反射器对于第一颜色是可透过的并且对于第二颜色是反射的，以重定向第二颜色的光，从而使第二颜色的光与第一颜色的光组合并且在光导内沿第一方向传播。

3、根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了嵌入在光导中的第一组相互平行的部分反射表面，用于渐进地重定向第一颜色和第二颜色二者的光，以使第一颜色和第二颜色二者的光在光导内沿偏转方向传播，第一组部分反射表面平行于二向色反射器。。

4、根据本发明的实施方式的另一特征，从第一图像投影仪到二向色反射器的光路的长度与从第二图像投影仪到二向色反射器的光路的长度相等或相差小于20％。

5、根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了：(a)第三图像投影仪，其包括第三单色图像生成器和第三准直光学器件，第三图像投影仪输出与图像的第三分量对应的第三颜色的准直光，第三图像投影仪光学地耦合至光导，以将第三颜色的准直光引入到光导中，从而使第三颜色的准直光在光导内沿第三平面内方向传播；以及(b)嵌入在光导中的第二二向色反射器，该第二二向色反射器被定向成垂直于主表面，并且被构造成重定向第三颜色的光，以将第三颜色的光与第一颜色和第二颜色中的至少一种颜色的光组合，使得二向色反射器和第二二向色反射器一起组合第一颜色的光、第二颜色的光和第三颜色的光。

6、根据本发明的实施方式的另一特征，第三方向平行于第二方向，并且其中，第二二向色反射器平行于二向色反射器。

7、根据本发明的实施方式的另一特征，第一颜色和第二颜色中的至少一种颜色的准直光在光导的第一区域内传播，该显示器还包括：(a)第三图像投影仪，其包括第三单色图像生成器和第三准直光学器件，第三图像投影仪输出与图像的第三分量对应的第三颜色的准直光，第三图像投影仪光学地耦合至光导，以通过光导的第一区域中的主表面中的第一主表面的耦入区域引入第三颜色的准直光，以使第三颜色的准直光与第一颜色和第二颜色中的至少一种颜色的光一起在光导内传播；以及(b)平面内二向色反射器，其与耦入区域相关联并且与光导的第一主表面共面，平面内二向色反射器对于第一颜色和第二颜色中的至少一种颜色是反射的，以支持第一颜色和第二颜色中的至少一种颜色的光通过在光导内的内反射来传播通过第一区域，并且平面内二向色反射器对于第三颜色是可透过的，以允许第三颜色的光耦入到光导中。

8、根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了矩形光导，该矩形光导具有第一对平行表面和与第一对平行表面垂直的第二对平行表面，并且其中，光导耦合至矩形光导，以将第一颜色的光和第二颜色的光引入到矩形光导中，从而使第一颜色的光和第二颜色的光通过四重内反射在矩形光导内传播。

9、根据本发明的实施方式的教导，还提供了一种显示器，该显示器包括：(a)光导，其具有相互平行的第一主表面和第二主表面，第一主表面和第二主表面支持光通过在第一主表面和第二主表面处的内反射在光导内的传播；(b)第一图像投影仪，其包括第一单色图像生成器和第一准直光学器件，第一图像投影仪输出与图像的第一分量对应的第一颜色的准直光，第一图像投影仪光学地耦合至光导，以将第一颜色的准直光引入到光导中，从而使第一颜色的准直光在光导的第一区域内沿第一平面内方向传播；(c)第二图像投影仪，其包括第二单色图像生成器和第二准直光学器件，第二图像投影仪输出与图像的第二分量对应的第二颜色的准直光，第二图像投影仪光学地耦合至光导，以通过光导的第一区域中的第一主表面的耦入区域引入第二颜色的准直光，从而使第二颜色的准直光与第一颜色的光一起在光导内沿第一平面内方向传播；以及(d)二向色反射器，其与耦入区域相关联并且与光导的第一主表面共面，该二向色反射器对于第一颜色是反射的，以支持第一颜色的光通过在光导内的内反射传播通过第一区域，并且二向色反射器对于第二颜色是可透过的，以允许第二颜色的光耦入到光导中。

10、根据本发明的实施方式的另一特征，第二图像投影仪经由附接在耦入区域处的透射棱镜光学地耦合至光导。

11、根据本发明的实施方式的另一特征，第二图像投影仪经由与附接在耦入区域处的棱镜集成的反射器表面光学地耦合至光导。

12、根据本发明的实施方式的另一特征，第二图像投影仪被部署成经由第二主表面注入第二颜色的光，使得第二颜色的光横穿光导的厚度、由二向色反射器透射、由反射器表面反射并且再次由二向色反射器透射，以耦入到光导中。

13、根据本发明的实施方式的另一特征，第一颜色的光和第二颜色的光在光导的第二区域内沿第一平面内方向一起传播，该显示器还包括：(a)第三图像投影仪，其包括第三单色图像生成器和第三准直光学器件，第三图像投影仪输出与图像的第三分量对应的第三颜色的准直光，第三图像投影仪光学地耦合至光导，以通过光导的第二区域中的第一主表面的第二耦入区域或第二主表面的第二耦入区域引入第三颜色的准直光，从而使第三颜色的准直光与第一颜色的光和第二颜色的光一起在光导内沿第一平面内方向传播；以及(b)第二二向色反射器，其与第二耦入区域相关联并且与第一主表面或第二主表面基本上共面，第二二向色反射器对于第一颜色和第二颜色是反射的，以支持第一颜色的光和第二颜色的光通过在光导内的内反射来传播通过第二区域，并且第二二向色反射器对于第三颜色是可透过的，以允许第三颜色的光耦入到光导中。

14、根据本发明的实施方式的另一特征，耦入区域和第二耦入区域在光导的相对主表面上处于交叠关系。

15、根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了：矩形光导，其具有第一对平行表面和与第一对平行表面垂直的第二对平行表面，并且其中，光导耦合至矩形光导，以将第一颜色的光和第二颜色的光引入到矩形光导中，从而使第一颜色的光和第二颜色的光通过四重内反射在矩形光导内传播。

16、根据本发明的实施方式的另一特征，矩形光导的端部光学地耦合至具有耦出构造的平板光导，耦出构造用于将在平板光导内传播的光朝向用户的眼睛耦出。

17、根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了一组相互平行的部分反射耦出表面，该组相互平行的部分反射耦出表面以相对于主表面的倾斜角度嵌入在光导中，以渐进地反射在光导内传播的第一颜色和第二颜色二者的光，从而将光从光导向外朝向用户的眼睛重定向。

18、根据本发明的实施方式的教导，还提供了一种光导装置，该光导装置包括：(a)第一矩形光导，其具有第一对平行表面和与第一对平行表面垂直的第二对平行表面，第一对平行表面和第二对平行表面用于支持光通过四重内反射的传播，第一矩形光导具有平行于第一对平行表面中的一个表面与第二对平行表面中的一个表面之间的相交线的第一延伸方向；(b)第二光导，其具有用于支持光通过内反射的传播的至少第一对平行表面，第一对平行表面不平行于第一延伸方向；以及(c)光学中继器，其光学地耦合在第一矩形光导与第二光导之间，该光学中继器经由真实图像平面将在第一矩形光导内传播的准直图像中继为在第二光导内传播的准直图像。

19、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器被构造成将第一矩形光导的输出孔径平面成像到第二光导的输入孔径平面。

20、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器具有单位放大率。

21、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器关于真实图像平面是光学对称的。

22、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器经由耦合棱镜光学地耦合至第一矩形光导和第二光导中的每一个。

23、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器包括偏振分束器棱镜，在棱镜的两个面上具有反射透镜。

24、根据本发明的实施方式的另一特征，第二光导是矩形光导，该矩形光导具有与第一对主表面垂直的第二对相互平行主表面，用于支持光通过四重内反射的传播。

25、根据本发明的实施方式的另一特征，光学中继器还包括部署在真实图像平面处的光束扩展元件。