[发明专利]夹心式衍射光学组合器

权利要求书

1.一种具有眼场侧及外部场景侧的光学组合器，所述光学组合器包括：

基底夹层，其具有第一折射率且包含面向所述眼场侧的第一侧；

三维“3D”衍射元件形状的二维“2D”阵列，其安置于所述基底夹层的所述第一侧中；

部分反射元件，每一部分反射元件涂覆所述3D衍射元件形状中的一者且保形于所述一者，其中所述部分反射元件共同形成反射衍射光栅，所述反射衍射光栅具有用于穿过所述光学组合器的所述眼场侧入射于所述反射衍射光栅上的图像光的放大光学功率；及

平面化夹层，其安置于所述部分反射元件上方，具有实质上等于所述基底夹层的所述第一折射率的第二折射率，以使得穿过所述外部场景侧入射的外部场景光实质上无衍射地通过所述光学组合器，而穿过所述眼场侧入射的所述图像光经由所述反射衍射光栅反射及放大。

2.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述基底夹层包含与所述第一侧相对且面向所述外部场景侧的第二侧，所述光学组合器进一步包括：

光学透射衬底，其在物理上配合到所述基底夹层的所述第二侧以提供对所述基底夹层及所述反射衍射光栅的机械支撑。

3.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述反射衍射光栅包括离轴衍射透镜，所述离轴衍射透镜接收以第一角度入射于所述眼场侧上的所述图像光且沿着具有第二角度的反射路径反射所述图像光，其中所述第一角度相对于所述平面化夹层的发射表面的法线的倾斜度大于所述第二角度。

4.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述部分反射元件各自包括二向色膜，其中所述反射衍射光栅对所述图像光的反射率既为波长相依又为角度相依的。

5.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述部分反射元件各自包括反射偏振膜，所述反射偏振膜实质上反射第一线性偏振同时实质上使正交于所述第一线性偏振的第二线性偏振通过。

6.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述部分反射元件各自包括非偏振分束器膜。

7.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述基底夹层及所述平面化夹层包括塑料。

8.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述基底夹层及所述平面化夹层包括二氧化硅。

9.根据权利要求1所述的光学组合器，其中所述光学组合器的所述外部场景侧具有不同于所述眼场侧的第二曲率的第一曲率，以使得所述光学组合器的宏观形状包括校正透镜。

10.一种用于组合图像光与外部场景光的头戴式显示器“HMD”，所述HMD包括：

图像源，其用以产生所述图像光；

光学组合器，其包含：

基底夹层，其包含面向所述光学组合器的眼场侧的第一侧；

三维“3D”衍射元件形状的二维“2D”阵列，其安置于所述基底夹层的所述第一侧中；

部分反射元件，每一部分反射元件涂覆所述3D衍射元件形状中的一者，其中所述部分反射元件共同形成反射衍射光栅，所述反射衍射光栅具有用于从所述眼场侧入射于所述反射衍射光栅上的所述图像光的放大光学功率；及

平面化夹层，其安置于所述部分反射元件上方，具有实质上等于所述基底夹层的折射率的折射率，以使得从外部场景侧入射的所述外部场景光实质上无衍射地通过所述光学组合器，而从所述眼场侧入射的所述图像光经由所述反射衍射光栅反射及放大；及

框架组合件，其用以支撑所述图像源及所述光学组合器，用于佩戴于用户的头部上，其中所述光学组合器定位于所述用户的眼睛前方。

11.根据权利要求10所述的HMD，其中所述基底夹层包含与所述第一侧相对且面向所述外部场景侧的第二侧，所述光学组合器进一步包括：

光学透射衬底，其在物理上配合到所述基底夹层的所述第二侧以提供对所述基底夹层及所述反射衍射光栅的机械支撑。

12.根据权利要求10所述的HMD，其中所述反射衍射光栅包括离轴衍射透镜，所述离轴衍射透镜接收以第一角度入射于所述眼场侧上的所述图像光且沿着具有第二角度的反射路径反射所述图像光，其中所述第一角度相对于所述平面化夹层的发射表面的法线的倾斜度大于所述第二角度。

13.根据权利要求10所述的HMD，其中所述部分反射元件各自包括二向色膜，其中所述反射衍射光栅对所述图像光的反射率既为波长相依又为角度相依的。