[发明专利]聚光背光体及使用聚光背光体的近眼显示系统

权利要求书

1.一种聚光背光体，包括：

光导，被配置为根据预定准直因子沿着所述光导的长度引导光；以及

所述光导的表面处的衍射光栅，所述衍射光栅被配置为将被引导的光的一部分从所述光导衍射地耦合出以作为衍射地耦合出的光，并且将所述衍射地耦合出的光聚集到位于与光导表面相邻并与光导表面间隔开的眼框中，

其中，所述预定准直因子和所述光导与所述眼框之间的距离被配置为确定所述眼框的宽度，并且所述光导与所述眼框之间的距离小于用户眼睛的正常调节距离。

2.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述眼框是位于与所述光导表面平行的平面中的二维眼框，并且其中，所述衍射光栅包括多个弯曲衍射特征，所述多个弯曲衍射特征被配置为在两个正交的方向上将所述衍射地耦合出的光聚集到所述眼框的平行平面中。

3.根据权利要求2所述的聚光背光体，其中，所述多个弯曲衍射特征包括具有曲率中心的同心弯曲脊和同心弯曲槽中的一个或两者。

4.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述衍射光栅包括在相邻衍射特征之间具有特征间隔的衍射特征，所述特征间隔作为距所述光导的光入口边缘的距离的函数而线性减小。

5.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述衍射光栅被配置为根据第一衍射级将所述被引导的光部分衍射地耦合出。

6.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述眼框的宽度小于约25毫米(25mm)。

7.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述衍射光栅包括由间隔分开的多个衍射光栅段，所述多个衍射光栅段被配置为协同地将所述衍射地耦合出的光聚集到所述眼框中。

8.根据权利要求1所述的聚光背光体，其中，所述聚光背光体在与所述光导表面正交的方向上是光学透明的。

9.一种近眼显示器，包括根据权利要求1所述的聚光背光体，所述近眼显示器还包括位于所述光导和所述眼框之间的光阀阵列，所述光阀阵列被配置为对所述衍射地耦合出的光进行调制以在所述眼框中提供图像，其中，所述图像被配置为在所述眼框内由用户观看。

10.一种近眼显示系统，包括：

光导，被配置为根据预定准直因子引导光；

光学耦合到所述光导的衍射光栅，所述衍射光栅被配置为将被引导的光的一部分衍射地耦合出以作为衍射地耦合出的光，并且将所述衍射地耦合出的光聚集到与所述光导的表面相邻的眼框中；以及

位于所述光导和所述眼框之间的光阀阵列，所述光阀阵列被配置为对所述衍射地耦合出的光进行调制以在所述眼框中形成图像，

其中，所述预定准直因子和所述光导与所述眼框之间的距离被配置为确定所述眼框的宽度，所形成的图像被配置为在所述眼框内由用户观看，并且所述光导与所述眼框之间的距离小于用户眼睛的正常调节距离。

11.根据权利要求10所述的近眼显示系统，其中，所述衍射光栅包括在相邻衍射特征之间具有特征间隔的衍射特征，所述特征间隔随着距所述光导的光入口边缘的距离的增加而减小。

12.根据权利要求10所述的近眼显示系统，其中，所述衍射光栅包括多个弯曲衍射特征，所述多个弯曲衍射特征被配置为在两个正交的方向上聚集所述衍射地耦合出的光，以提供所述眼框作为二维眼框。

13.根据权利要求10所述的近眼显示系统，还包括光学耦合到所述光导的光入口边缘的光源，所述光源被配置为将光注入所述光导中以作为具有所述预定准直因子的被引导的光。