[发明专利]用于近眼显示器的光组合器

权利要求书

1.一种具有向眼侧及外部场景侧的光组合器，所述光组合器包括：

包含涂覆有第一滤光器的第一衍射光栅的第一色彩组合器层“CCL”，所述第一滤光器经配置以反射第一色彩光且使第二及第三色彩光通过；

包含涂覆有第二滤光器的第二衍射光栅的第二CCL，所述第二滤光器经配置以反射所述第二色彩光且使所述第三色彩光通过；以及

包含涂覆有第三滤光器的第三衍射光栅的第三CCL，所述第三滤光器经配置以部分地反射可见光，其中所述第一、第二及第三衍射光栅各自嵌入在折射率匹配材料中且为经配置而以一角度接收图像光且以在实质上与用户的眼睛垂直的方向上引导所述图像光中的所述第一、第二及第三色彩光的衍射级分别反射所述第一、第二及第三色彩光以将图像呈现给所述用户的角度调谐衍射光栅。

2.根据权利要求1所述的光组合器，其进一步包括安置于所述第一CCL与所述图像光的图像源之间的透射式分散元件“TDE”，所述TDE经配置而以对所述第一、第二及第三色彩光进行位置校正的角度将所述图像光分散成所述第一、第二及第三色彩光以在与所述图像光进入所述TDE的相同的相对位置中进入所述用户的所述眼睛，对所述第一、第二及第三色彩光进行位置校正的所述角度取决于所述图像源相对于所述第一CCL的安装角度且取决于所述第一、第二及第三CCL的厚度。

3.根据权利要求2所述的光组合器，其中所述TDE包含衍射光栅。

4.根据权利要求1所述的光组合器，其进一步包括安置在所述光组合器的所述外部场景侧上的透明衬底。

5.根据权利要求1所述的光组合器，其中所述第一滤光器为带通滤光器，且所述第二滤光器为带通滤光器。

6.根据权利要求1所述的光组合器，其中所述第一色彩光具有的波长比所述第二色彩光短，且所述第二色彩光具有的波长比所述第三色彩光短。

7.根据权利要求1所述的光组合器，其中图像源发射所述图像光，且所述图像源具有包含发射所述第一色彩光的第一色彩LED、发射所述第二色彩光的第二色彩LED及发射所述第三色彩光的第三色彩LED的光源，且其中所述第一及第二滤光器分别经配置以实质上反射所述第一及第二色彩LED发射的半峰全宽“FWHM”带宽。

8.根据权利要求7所述的光组合器，其中所述第三滤光器为反射一定百分比的可见光的分束器，且所述第三色彩LED的亮度级对应于所述第三滤光器所反射的所述百分比的可见光。

9.根据权利要求1所述的光组合器，其中所述第一滤光器为第一带通滤光器，所述第二滤光器为第二带通滤光器，且所述第三滤光器为第三带通滤光器。

10.根据权利要求9所述的光组合器，其中图像源发射所述图像光，且所述图像源具有包含至少发射所述第一、第二及第三色彩光的激光器的光源，且所述第一、第二及第三带通滤光器经窄化调谐以分别反射所述第一、第二及第三色彩光而不产生所述用户的眼睛可感知的所述外部场景光的色彩移位。

11.一种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，其用以产生包含第一、第二及第三色彩光的所述图像光；

光组合器，其包含：包含涂覆有第一滤光器的第一衍射光栅的第一色彩组合器层“CCL”，所述第一滤光器经配置以反射所述第一色彩光且使所述第二及第三色彩光通过；包含涂覆有第二滤光器的第二衍射光栅的第二CCL，所述第二滤光器经配置以反射所述第二色彩光且使所述第三色彩光通过；以及包含涂覆有第三滤光器的第三衍射光栅的第三CCL，所述第三滤光器经配置以部分地反射可见光；

用于佩戴到用户头部的框架组合件，所述框架组合件支撑所述图像源且将所述光组合器定位到所述用户的眼睛前面；以及

定位于所述图像源与所述光组合器之间的透射式分散元件“TDE”，所述TDE经配置而以多个角度将所述图像光衍射成所述第一、第二及第三色彩光，其中所述第一、第二及第三衍射光栅各自嵌入在折射率匹配材料中，且为经配置而以在实质上与所述HMD的用户的眼睛垂直的方向上引导从所述TDE接收的所述第一、第二及第三色彩光的衍射级分别反射所述第一、第二及第三色彩光的角度调谐衍射光栅。