[发明专利]具有使光弯曲及聚焦的衍射光栅的近眼式显示器

权利要求书

1.一种用于向用户显示计算机产生的图像“CGI”光的头戴式显示器“HMD”，所述HMD包括：

框架组合件，其用以支撑所述HMD以佩戴于所述用户的头部上；

目镜，其紧固到所述框架组合件且经定位以形成透视显示器，所述目镜包含：

光学透射衬底；及

衍射元件的重复图案，其跨越所述光学透射衬底的观看区安置且被组织成既使所述CGI光弯曲又使其聚焦的反射衍射光栅；及

光引擎，其安装到所述框架组合件且经定向以用所述CGI光照射所述反射衍射光栅。

2.根据权利要求1所述的HMD，其中衍射元件的所述重复图案被组织成既使所述CGI光弯曲又对其进行放大以使所述CGI光对焦以供近眼式显示的所述反射衍射光栅。

3.根据权利要求1所述的HMD，其中所述框架组合件包含：

正面部件，其用以支撑所述目镜；及

镜脚延伸臂，其耦合到所述正面部件且当所述HMD由所述用户佩戴时向后朝向所述用户的耳朵延伸，其中所述光引擎安装到所述镜脚延伸臂中的一者。

4.根据权利要求3所述的HMD，其中所述光引擎经定位以在无介入波导光学器件的情况下通过自由空间空气直接照射所述反射衍射光栅。

5.根据权利要求1所述的HMD，其中衍射元件的所述重复图案在每像素基础上以所述光引擎的像素与所述重复图案的实例之间的一一对应性重复。

6.根据权利要求1所述的HMD，其中所述衍射元件各自包括反射表面且所述衍射元件通过所述光学透射衬底上的介入间隙与邻近衍射元件分离。

7.根据权利要求6所述的HMD，其中所述衍射元件各自包括具有倾斜于所述光学透射衬底的表面定向的所述反射表面的结构。

8.根据权利要求6所述的HMD，其中所述衍射元件各自包括具有涂覆有所述反射表面的阶梯轮廓的多相结构。

9.根据权利要求6所述的HMD，其中所述反射表面包括部分反射金属涂层。

10.根据权利要求6所述的HMD，其中所述反射表面包括分色角度选择性多层表面，所述分色角度选择性多层表面对沿着所述CGI光从其始发的第一角度入射的光为实质上反射的且对沿着实质上法向于所述光学透射衬底的表面的第二角度入射的外部光为实质上透明的。

11.根据权利要求1所述的HMD，其中所述光引擎包括：

激光二极管灯，其用以输出灯光；

硅上液晶“LCoS”面板，其用以响应于所述灯光的照射而反射所述CGI光；及

偏振分束器“PBS”，其定位于所述激光二极管灯与所述LCoS面板之间以将所述灯光重新引导到所述LCoS面板上且将所述CGI光传递到所述目镜。

12.根据权利要求1所述的HMD，其中所述光引擎包括：

激光二极管源，其用以可控地输出单个像素光束；及

微机电系统“MEMS”扫描镜，其经定位以反射所述单个像素光束并使其跨越所述反射衍射光栅进行光栅扫描以形成所述CGI光。

13.根据权利要求1所述的HMD，其中所述光学透射衬底包括具有弯曲表面的衬底。

14.一种用于头戴式显示器的设备，所述设备包括：

光学透射衬底，其具有透视显示区；及

衍射元件的重复图案，其跨越所述光学透射衬底的所述透视显示区安置且被组织成反射衍射光栅，所述反射衍射光栅反射及放大投射到所述反射衍射光栅上的计算机产生的图像“CGI”光，

其中所述透视显示区对投射到所述光学透射衬底的外部侧上的外部周围光为至少部分透射的且对投射到所述光学透射衬底的与所述外部侧相对的内部侧上的所述CGI光为至少部分反射的。

15.根据权利要求14所述的设备，其中衍射元件的所述重复图案在每像素基础上以所述CGI光的图像像素与所述重复图案的实例之间的一一对应性重复。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述衍射元件各自包括反射表面且所述衍射元件通过所述光学透射衬底上的介入间隙与邻近衍射元件分离。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述衍射元件各自包括具有倾斜于所述光学透射衬底的表面定向的所述反射表面的结构。