[发明专利]具有眼睛处方的透视近眼式显示器

权利要求书

1.一种用于头戴式显示器的光学设备，其包括：

图像源，其经耦合以发射图像光；

光学组合器，其具有向眼侧及外部场景侧且包含部分反射式衍射光栅，所述部分反射式衍射光栅至少部分地反射穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的所述图像光且至少部分地透射穿过所述光学组合器的所述外部场景侧入射的外部场景光；

图像透镜，其安置于所述图像光的光学路径中在所述图像源与所述光学组合器的所述向眼侧之间，以对从所述图像源发射的所述图像光应用第一矫正性处方；及

外部场景透镜，其安置于所述光学组合器的所述外部场景侧上方，以对通过所述光学组合器的所述外部场景光应用第二矫正性处方，

其中，所述图像源和所述图像透镜被安置在所述光学组合器的向眼侧并且在物理上与所述光学组件器相分离的位置，以使对于从所述图像源发射的所述图像光的第一矫正性处方仅由该图像透镜完成，并且所述光学组合器组合所述图像光与所述场景光以形成根据所述第一及第二矫正性处方矫正且沿着共同观看路径传播的经组合图像，所述共同观看路径从所述向眼侧沿着向眼方向延伸。

2.根据权利要求1所述的光学设备，其进一步包括：

框架组合件，其用以支撑所述图像源、所述光学组合器、所述图像透镜及所述外部场景透镜以佩戴在用户的头部上，其中所述光学组合器及外部场景透镜定位于所述用户的眼睛的前方且所述图像源及所述图像透镜定位于所述用户的所述眼睛的外围。

3.根据权利要求2所述的光学设备，其进一步包括用以将所述图像透镜固持于所述图像源的前方的架座，其中所述图像透镜是可替换的，且所述架座容纳具有不同矫正性处方的不同图像透镜。

4.根据权利要求2所述的光学设备，其进一步包括用以将所述外部场景透镜固持于所述光学组合器的前方的架座，其中所述外部场景透镜是可替换的，且所述架座容纳具有不同矫正性处方的不同外部场景透镜。

5.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述图像透镜或所述外部场景透镜中的至少一者是应用可调整矫正性处方的可调整透镜。

6.根据权利要求5所述的光学设备，其中所述可调整透镜包括流体透镜或相对于彼此横向滑动的一对重叠透镜元件。

7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学组合器进一步包括：

基底夹层，其具有第一折射率且包含面对所述向眼侧的第一侧；

三维“3D”衍射元件形状的二维“2D”阵列，其安置于所述基底夹层的所述第一侧中；

部分反射式元件，其各自涂覆所述3D衍射元件形状中的一者且保形于所述一者，其中所述部分反射式元件共同地形成具有用于穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的所述图像光的放大光学倍率的所述部分反射式衍射光栅；及

平面化夹层，其安置于所述部分反射式元件上方，具有实质上等于所述基底夹层的所述第一折射率的第二折射率，使得穿过所述外部场景侧入射的外部场景光实质上无衍射地通过所述光学组合器，而穿过所述向眼侧入射的所述图像光经由所述部分反射式衍射光栅被反射及放大。

8.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述部分反射式衍射光栅包括离轴衍射透镜，所述离轴衍射透镜接收以第一角度入射于所述向眼侧上的所述图像光并沿着具有第二角度的反射路径反射所述图像光，其中所述第一角度比所述第二角度相对于所述平面化夹层的发射表面的法线更倾斜。

9.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述基底夹层包含与所述第一侧相对且面向所述外部场景侧的第二侧，所述光学组合器进一步包括：

光学透射衬底，其物理配合到所述基底夹层的所述第二侧，以为所述基底夹层及所述部分反射式衍射光栅提供机械支撑。

10.根据权利要求9所述的光学设备，其中所述外部场景透镜配合到所述光学透射衬底，且其中所述光学透射衬底与所述外部场景透镜具有匹配的折射率。

11.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学组合器的所述外部场景侧具有不同于所述向眼侧的第二曲率的第一曲率，使得所述光学组合器的宏观形状包括所述外部场景透镜。