[发明专利]具有对称光束倍增的图像波导

权利要求书

1.一种用于向用户的眼睛显示图像的光学系统，包括：

(a)光导光学元件(LOE)，具有平行的两个平面主外表面，以支持图像照射通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内的传播；

(b)耦出构造，与所述LOE的耦出区域相关联并且被构造用于将所述图像照射的至少一部分从所述LOE向所述用户的眼睛耦出；以及

(c)图像投影仪，用于生成与准直图像对应的图像照射，所述图像投影仪光学耦合至所述LOE，以将所述图像照射引入所述LOE中，从而通过内反射在所述LOE内传播，

其中，所述LOE还包括与所述耦出区域不同的对称光束倍增器区域，所述对称光束倍增器区域具有n个内部平面分束器，其中n是正整数，每个分束器在所述LOE内部并且平行于所述主外表面，所述n个分束器将所述主外表面之间的所述LOE的厚度细分为相等厚度的(n+1)个层，

并且其中，所述LOE和/或所述图像投影仪到所述LOE的耦合被构造为使得进入所述对称光束倍增器区域的图像照射：

(i)使用与所述准直图像而不是所述准直图像的共轭对应的图像照射，或者使用与所述准直图像的共轭而不是所述准直图像对应的图像照射来填充所述层中的至少两层；或者

(ii)使用与所述准直图像和所述准直图像的共轭二者对应的图像照射来填充所述层中的仅一层。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述LOE具有垂直于所述主外表面的输入孔径，并且其中，所述n个分束器延伸直至所述输入孔径，并且其中，所述图像投影仪光学耦合至所述输入孔径，以使用所述准直图像而不是所述准直图像的共轭填充所述输入孔径。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述LOE具有与所述层中的一层对应的输入孔径，并且其中，所述图像投影仪光学耦合至所述输入孔径，以使用所述准直图像和所述准直图像的共轭填充所述层中的所述一层。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其中，n＝1，并且其中，所述分束器的反射率为1/2。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，n＝2，并且其中，所述分束器中的第一分束器的反射率为1/2，并且所述分束器中的第二分束器的反射率为1/3。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述耦出构造包括布置在所述LOE内并且相对于所述主外表面倾斜定向的多个相互平行的部分反射表面。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述耦出构造包括与所述LOE相关联的至少一个衍射光学元件，并且所述至少一个衍射光学元件被构造用于将所述图像照射的一部分向所述用户的眼睛逐渐耦出。

8.一种用于向用户的眼睛显示图像的光学系统，包括：

(a)光导光学元件(LOE)，具有平行的两个平面主外表面，以支持图像照射通过所述主外表面处的内反射在所述LOE内的传播；

(b)耦入区域，用于将与准直图像对应的图像照射引入所述LOE中，以在所述LOE内沿第一传播方向传播；

(c)耦出构造，与所述LOE的耦出区域相关联并且被构造用于将所述图像照射的至少一部分从所述LOE向所述用户的眼睛耦出；

(d)孔径扩展构造，与所述LOE相关联并且被构造为将所述图像照射从所述第一传播方向逐渐重定向，以在所述LOE内沿第二传播方向向所述耦出构造传播；以及

(e)对称光束倍增器区域，介于所述孔径扩展构造与所述耦出区域之间，所述对称光束倍增器区域具有n个内部平面分束器，其中n是正整数，每个分束器在所述LOE内部并且平行于所述主外表面，所述n个分束器将所述LOE在所述主外表面之间的厚度细分为相等厚度的(n+1)个层。

9.根据权利要求8所述的光学系统，其中，所述n个内部平面分束器被实现为n个角选择分束器，所述n个角选择分束器针对与在所述LOE内传播的所述图像照射对应的角度范围具有第一反射率，并且针对小入射角具有小于所述第一反射率的第二反射率。