[发明专利]具有出射光瞳扩展器的基于波导的显示器

权利要求书

1.一种装置，包括：

扫描光线投影仪，其被配置为投射光束；

光波导，其包括块状衬底、输入耦合器、输出耦合器，以及所述输入耦合器和所述输出耦合器之间的衍射光学元件；以及

出射光瞳扩展器，其被光学地耦合在所述扫描光线投影仪和所述光波导之间，所述出射光瞳扩展器被配置为将来自所述扫描光线投影仪的所述光束耦合到所述输入耦合器中，所述出射光瞳扩展器包括双微透镜阵列，所述双微透镜阵列被配置为扩展与所述扫描光线投影仪相关联的出射光瞳，其中所述双微透镜阵列包括第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列被配置为在第一平面中的第一透镜中接收所述光束，所述第二微透镜阵列被配置为在平行于所述第一平面的第二平面中的第二透镜中输出所述光束，其中所述第一透镜是周期性的，并且所述第二透镜是非周期性的。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述衍射光学元件还包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，其中所述输入耦合器包括所述第一衍射光学元件，所述第一衍射光学元件被配置为将所述光束衍射到所述第二衍射光学元件，其中所述第二衍射光学元件被配置为将所述光束衍射到所述输出耦合器，其中所述第一衍射光学元件和所述第二衍射光学元件中的至少一个衍射光学元件被配置为在至少一个方向中扩展所述光束。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括被与所述光波导对准的不透明度滤光器，所述不透明度滤光器被配置为选择性地阻挡自然光穿过所述光波导。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一微透镜阵列包括第一透镜，并且所述第二微透镜阵列包括与所述第一透镜不匹配的第二透镜。

5.一种方法，包括：

使用扫描光线投影仪扫描光束；

使用出射光瞳扩展器扩展来自所述扫描光线投影仪的所述光束的出射光瞳，包括通过所述出射光瞳扩展器的不同物理部分引导对应于所述光束中的虚拟像素的所述光束的部分，同时防止相邻虚拟像素之间的串扰；

将来自所述出射光瞳扩展器的所述光束光学地耦合到光波导的输入耦合器；

将所述光束从所述输入耦合器衍射到所述光波导中的中间衍射元件；

将所述光束从所述中间衍射元件衍射到所述光波导中的输出耦合器；以及

将所述光束从所述输出耦合器衍射到所述光波导的外部。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述出射光瞳扩展器包括微透镜阵列，其中使用所述出射光瞳扩展器扩展来自所述扫描光线投影仪的所述光束的所述出射光瞳包括：

取决于所述微透镜阵列中透镜的空间位置，以不同角度折射来自所述微透镜阵列中的所述透镜的所述光束。

7.根据权利要求5所述的方法，其中使用所述出射光瞳扩展器扩展来自所述扫描光线投影仪的所述光束的所述出射光瞳包括：

在所述出射光瞳扩展器的输入处向所述光束施加第一光功率；以及

在所述出射光瞳扩展器的输出处向所述光束施加第二光功率，所述第二光功率不等于所述第一光功率。

8.一种透视近眼显示系统，包括：

光引擎，其包括激光器、扫描镜和被配置为利用所述扫描镜扫描来自所述激光器的光束的逻辑；

光瞳复制器，其包括块状衬底、输入耦合器、输出耦合器、以及所述输入耦合器和所述输出耦合器之间的衍射光学元件，所述输出耦合器被配置为将所述光束传递到所述透视近眼显示系统的佩戴者的眼睛；以及

出射光瞳扩展器，其被光学地耦合在所述光引擎和所述光瞳复制器之间，所述出射光瞳扩展器被配置为将所述光束从所述光引擎耦合到所述输入耦合器中，所述出射光瞳扩展器包括双微透镜阵列，所述双微透镜阵列具有第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列被配置为在第一平面中的第一透镜中接收所述光束，所述第二微透镜阵列被配置为在平行于所述第一平面的第二平面中的第二透镜中输出所述光束，其中所述第二透镜中的一些第二透镜具有与所述第一透镜中的一些第一透镜不同的数值孔径。