[发明专利]具有光学耦合的头戴式成像设备

权利要求书

1.一种虚拟图像显示设备，包括：

a)投影仪，其操作成沿投影轴线引导图像承载光束；

b)平面波导，其相对于所述投影轴线成钝角定向，其中所述平面波导配置为通过输入孔径接收所述图像承载光束，扩展所述图像承载光束，以及通过所述平面波导的输出孔径输出扩展的所述图像承载光束，其中所述输出孔径沿所述平面波导与所述输入孔径隔开；以及

c)光学耦合器，其配置为沿所述投影轴线接收所述图像承载光束，使所述投影轴线相对于所述平面波导以锐角入射重新定向，使所述图像承载光束绕所述投影轴线旋转，以及引导旋转的所述图像承载光束沿重新定向的所述投影轴线通过所述平面波导的所述输入孔径。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述平面波导还配置为沿中心输入光束轴线通过所述输入孔径接收所述图像承载光束，并且所述光学耦合器还配置为将所述投影轴线重新定向成与所述中心输入光束轴线对准。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述平面波导还配置为沿中心输出光束轴线通过所述输出孔径输出所述扩展的图像承载光束，并且所述中心输入光束轴线与所述中心输出光束轴线相交。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学耦合器包括输入表面、输出表面，和至少一个反射弯折表面，所述反射弯折表面使所述投影轴线改变方向成与所述至少一个反射弯折表面成倾斜角，其中通过将所述至少一个反射弯折表面投影到垂直于改变方向的所述投影轴线的平面上而限定的面积小于所述输入表面的表面积，并且小于所述输出表面的表面积。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学耦合器由多个光学棱镜元件形成。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，每个光学棱镜元件具有1.6以上的折射率。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述光学棱镜元件中的一个或多个是直角棱镜。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述平面波导的两侧中的一侧面对所述投影仪，并且所述平面波导通过面对所述投影仪的一侧既接收又输出所述图像承载光束。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学耦合器使用全内反射使所述投影轴线改变方向。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光学耦合器使用一个或多个镜面使所述投影轴线改变方向。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述投影仪的光阑设置成基本上在所述平面波导的输入孔径处。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述投影仪的光阑设置在所述光学耦合器内。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述投影仪的光阑设置在所述光学耦合器内的反射表面处。

14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述投影仪的光阑设置在所述光学耦合器内的入射表面处。