[發明專利]用于將圖像光耦合到近眼顯示器的投影光學系統

有效

• 申請號: 201480018280.7
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN105229514B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: D·D·博恩;N·內斯特洛維克;S·J·羅賓斯
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B17/08;G02B27/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 羅婷婷

1.一種近眼顯示器設備，包括：

近眼支撐結構；

由所述近眼支撐結構支撐的近眼顯示器(NED)，所述近眼顯示器包括波導；

投影光引擎，包括由所述近眼支撐結構支撐的圖像源和投影光學系統，并具有在所述投影光引擎外部的外部出射光瞳；

所述投影光學系統包括其中沉浸有具有反射表面的鳥浴反射光學元件的高折射率玻璃區域，所述鳥浴反射光學元件準直化來自所述圖像源的圖像光，并將所述圖像光反射到所述外部出射光瞳；以及所述近眼支撐結構將所述波導定位成用于光學地耦合所述外部出射光瞳的圖像光。

2.如權利要求1所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述投影光學系統進一步包括分束器，所述分束器被所述支撐結構定位在所述高折射率玻璃區域中所述圖像源和所述鳥浴反射 光學元件之間處，以用于將來自所述圖像源的圖像光光學地耦合到所述鳥浴反射光學元件；以及

光學地耦合在所述高折射率玻璃區域中所述鳥浴反射光學元件和所述外部出射光瞳之間處的一個或多個偏振器，所述一個或多個偏振器使從所述鳥浴反射光學元件反射的圖像光偏振化。

3.如權利要求2所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述一個或多個偏振器進一步包括被所述支撐結構定位在所述分束器和所述鳥浴反射光學元件之間處的四分之一波片，所述四分之一波片使來自所述圖像源的朝向所述鳥浴反射光學元件行進的圖像光偏振化并使從所述鳥浴反射光學元件反射的圖像光偏振化。

4.如權利要求1所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述圖像源包括：

反射微顯示器，所述反射微顯示器通過反射來自一個或多個光源的光來生成圖像光；

照明單元，所述照明單元包括生成光的所述一個或多個光源；以及照明引導元件，所述照明引導元件使來自所述照明單元的光偏振化并將該光引導到所述反射微顯示器的反射表面，并使從反射微顯示器反射的圖像光通過；以及

所述照明引導元件被定位在所述高折射率玻璃區域內。

5.如權利要求1所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述高折射率玻璃區域包括具有至少為1.65的折射率的玻璃。

6.如權利要求1所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述波導是衍射波導。

7.如權利要求1所述的近眼顯示器設備，其特征在于，所述波導是表面起伏光柵波導。

8.一種用于將來自投影光引擎的圖像源的圖像光耦合到近眼顯示器的方法，包括：

將來自所述圖像源的圖像光沿著在投影光學系統外殼內的高折射率玻璃區域中的第一光路光學地引導到所述高折射率玻璃區域中的鳥浴反射光學元件；

由所述鳥浴反射光學元件將所述圖像光準直化，并使所述圖像光沿著延伸通過所述高折射率玻璃區域至在所述投影光學系統外殼之外的外部出射光瞳的第二光路反射；

在所述第一光路和所述第二光路中的至少一者中將所述圖像光偏振化；以及

所述近眼顯示器的波導的輸入光柵至少將所述出射光瞳的圖像光耦合到波導中。

9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述第一光路和所述第二光路中的至少一者中將所述圖像光偏振化進一步包括由一個或多個偏振器在所述第二光路中將所述圖像光偏振化，所述一個或多個偏振器包括四分之一波片和紅色旋轉波片。

10.如權利要求8或權利要求9所述的方法，其特征在于，將來自所述圖像源的圖像光沿著在投影光學系統外殼內的高折射率玻璃區域中的第一光路光學地引導到所述高折射率玻璃區域中的鳥浴反射光學元件是由分束器執行的。