[发明专利]用于近眼显示器的光组合器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及光学元件，且明确地说但非排他地，涉及近眼显示器。

背景技术

在光学领域中，组合器为从所述组合器的相同侧(反射/反射或透射/透射)或从所述组合器的两个不同侧(反射/透射)将两个图像组合到一起的光学设备。很多时候，光组合器使用于抬头显示器(“HUD”)中，其允许用户观看叠加到外部视图之上的计算机生成的图像(“CGI”)。HUD使用户能观看所述CGI而无需远离其通常的观看点来看。术语HUD起源于其在航空电子学中的使用，其使飞行员能在抬头向前看时观看信息，此与向下看座舱仪器形成对比。一些常规的HUD包含全息组合器及有角透明衬底。

然而，全息组合器具有许多缺点。其制造起来昂贵、难以量产且具有有限的使用期限(举例来说，由于温度、湿度、压力及其它恶劣的环境条件而开始劣化)。

有角透明衬底组合器已经使用于汽车中，其用以在挡风玻璃上向驾驶员呈现HUD信息。这些光组合器由透明透视衬底构成，外部图像源在所述衬底上显示CGI。然而，由于所述透明透视衬底通常为没有屈光力以免使外部FOV失真的平坦衬底，所以所述透明衬底必须为有角的(举例来说，接近45度)，且使用庞大的外部放大透镜以在显示区域上扩大CGI。所述透明透视衬底组合器的庞大的外部透镜及有角性质不能使其很好的紧凑布置，例如头戴式显示器(“HMD”)。

附图说明

参考以下图式描述本发明的非限制性且非详尽实施例，其中相同元件符号贯穿各个视图指代相同部件，除非另有说明。

图1为根据本发明的实施例的包含三个色彩组合器层的衍射光组合器的系统级横截面图。

图2为根据本发明的实施例的衍射光组合器的一部分的放大剖视图。

图3为根据本发明的实施例的使用两个衍射光组合器的双眼头戴式显示器的俯视图。

图4为根据本发明的实施例的与远程装置通信的HMD控制系统的简化框图。

具体实施方式

本文描述用于组合图像的光学设备及系统的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以便提供对所述实施例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有一或多个特定细节的情况下或利用其它方法、组件、材料等等来实践本文所描述的技术。在其它情况中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。

贯穿此说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着与所述实施例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿此说明书在多个地方出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”并不一定都指代相同的实施例。此外，在一或多个实施例中特定的特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。

图1为根据本发明的实施例的用于组合图像光150与外部场景光155的衍射光组合器100的系统级横截面图。所说明的衍射光组合器100的实施例包含衬底105、第一色彩组合器层(“CCL”)161、第二CCL 162、第三CCL 163、向眼侧(eye-ward side)125及外部场景侧130。第一CCL 161包含涂覆有第一滤色器181的第一衍射光栅171，第二CCL 162包含涂覆有第二滤色器182的第二衍射光栅172，且第三CCL 163包含涂覆有第三滤光器183的第三衍射光栅173。每一衍射光栅171、172及173嵌入在透明的、折射率匹配材料133中(即，夹在其间)。

可使用多种透明任选透射式材料(举例来说，塑料、丙烯酸、热塑性塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ZEONEX-E48R、玻璃、石英等等)来制造衍射光组合器100的不同层。在一个实施例中，衬底105及折射率匹配材料133为塑料。在另一实施例中，衬底105为玻璃，而折射率匹配材料133是由二氧化硅制造而成。当然，可使用其它材料组合。

图像源140定位在衍射光组合器100的与用户的眼睛145相同的侧(举例来说，向眼侧125)上。图像源140以一角度定位以将图像光150投影到衍射光组合器100上。图像源140可包含用于例如硅上液晶(“LCOS”)显示器、背光液晶显示器、有机发光二极管(“OLED”)显示器、量子点阵列显示器、发光二极管(“LED”)阵列或其它的多种微显示器及微微投影仪中的多种紧凑型图像源技术。现今，CRT管仍然用于HUD中，但可能较少用于例如透视头戴式显示器(HMD)的较小装置中。