[发明专利]近眼显示设备和用于重定向光波的方法

权利要求书

1.一种近眼显示设备，包括：

成像器，其用于基于来自光源的光来生成图像；以及

波导，其用于输入表示从所述成像器接收到的所述图像的光波，并且用于朝向所述近眼显示设备的用户的光接受器输出表示所述图像的所述光波，所述波导包括从所述波导的输入到所述波导的输出的共同光路中的多个衍射光学元件DOE，所述DOE包括多个周期性衍射图案，所述周期性衍射图案中的每个周期性衍射图案由对应的衍射图案矢量表示，所述周期性衍射图案使得所述多个DOE的所述衍射图案矢量的矢量和等于零，

其中所述多个DOE包括：

第一DOE，其用于接收在第一方向入射到所述第一DOE上的所述光波并且重定向所述光波；

第二DOE，其用于从所述第一DOE接收所述光波并且在第二方向扩展所述光波，所述光波由所述第二DOE的周期性衍射图案反射偶整数次；以及

第三DOE，其用于在第三方向进一步扩展所述光波并且在所述第一方向朝向所述用户的所述光接受器重定向扩展的所述光波。

2.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述波导在第一方向接收所述光波，并且所述波导的所述多个DOE在所述第二方向和所述第三方向共同地扩展所述光波并且在所述第一方向输出所述光波。

3.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述光波在所述波导内的所述共同光路中从所述第一DOE传播到所述第二DOE并且然后传播到所述第三DOE，其中所述第一DOE、所述第二DOE和所述第三DOE中的每个DOE包括周期性衍射图案，并且其中所述第一DOE、所述第二DOE和所述第三DOE的所述周期性衍射图案的所述衍射图案矢量的所述矢量和等于零。

4.根据权利要求3所述的近眼显示设备，其中在所述第一DOE和所述第二DOE中传播的所述光波满足全内反射条件：k_x²+k_y²k₀²，其中k₀是在进入所述波导之前所述光波的波数，k_x和k_y是在所述第一DOE或者所述第二DOE中传播的所述光波的波数的分量。

5.根据权利要求3所述的近眼显示设备，其中在所述第一DOE和所述第二DOE中传播的所述光波满足非瞬逝条件：k_x1²+k_y1²k²，其中k是在所述波导内传播的所述光波的波数，k_x1和k_y1是在所述第一DOE或者所述第二DOE中传播的所述光波的波数的分量。

6.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述第二DOE扩展所述光波并且在所述第二方向平移扩展的所述光波，并且其中从所述第二DOE离开的所述光波具有与进入所述第二DOE的所述光波相同的方向。

7.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述第一DOE朝向所述第二DOE的顶边缘重定向所述光波，并且所述第二DOE通过所述第二DOE的底边缘朝向所述第三DOE重定向所述光波，所述底边缘与所述顶边缘相反。

8.根据权利要求1所述的近眼显示设备，其中所述第一DOE包括分别在所述第一DOE的两个边缘上的第一周期性衍射图案和第二周期性衍射图案，并且所述第三DOE具有第三周期性衍射图案，以及所述第一周期性衍射图案、所述第二周期性衍射图案和所述第三周期性衍射图案的衍射图案矢量的矢量和等于零。