[发明专利]使用光导的显示器光学器件

说明书

本公开涉及一种投射显示器，其具有用于透视显示系统的光导，使用全息光学元件或衍射光学元件作为输入耦合光学器件，并与作为输出耦合光学器件的菲涅耳反射镜镜组合。使用这种光导的显示器可以实现广角(例如，视场角超过90度)、高分辨率和大视窗，且尺寸紧凑。

相关申请

本申请要求2020年7月21日提交的美国专利申请16/934,536、2020年5月3日提交的美国临时专利申请63/019,388和2020年1月17日提交的美国临时专利申请62/962,566的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及使用光导的显示器光学器件(例如，使用全息图或衍射光学元件通过薄光导投射图像的透视显示器)。

背景技术

近年来，在智能手机被市场广泛接受的情况下，透视显示器(例如，平视显示器和可穿戴显示器)已经受到关注。透视显示器可以解放双手，能够在与常规视野相同的距离内显示图像。尽管透视显示器很实用，但是在过去，某些透视显示器(例如，使用全息图的透视显示器)并不能使观看者满意，因为它们不能提供足够大的视角。能够透光、小型、明亮、具有高分辨率和/或透视特性的光学系统会很实用，但是某些系统要实现相对较大的视角仍面临巨大的挑战。

发明内容

在一方面，本公开提供一种用于向观看者的眼睛提供光线的显示系统，包括：显示装置；一个或多个透镜构成的组，所述透镜被配置为接收来自所述显示装置的光线；光管；输入耦合光学元件，所述输入耦合光学元件被配置为接收来自所述一个或多个透镜构成的组的光线并将光提供到所述光管中，所述光管具有三个以上的侧面并且所述光管的所述侧面的至少一部分表面通过涂层或全内反射进行反射；输出耦合光导；和一个或多个反射镜，所述反射镜被配置为将来自所述光管的出口部分的光线反射到所述输出耦合光导中。所述一个或多个反射镜至少包括第一菲涅耳反射器，所述第一菲涅耳反射器包括多个锯齿形的光栅元件，所述光栅元件被配置为将光线反射到所述输出耦合光导中，并且所述输出耦合光导包括第二菲涅耳反射器，所述第二菲涅耳反射器包括多个锯齿形的光栅元件。

该方面可以包括以下一个或多个特征。

所述输入耦合光学元件包括棱镜，所述一个或多个透镜构成的组是远心的，其中从所述显示装置的像素发射的主光线基本上垂直于所述显示装置的表面，并且所述主光线在所述棱镜内或附近彼此交叉。

所述输入耦合光学元件包括棱镜，所述棱镜具有反射面，所述反射面被配置为接收来自所述一个或多个透镜构成的组的光线并将所述光线反射到所述光管中，并且所述反射面的法向量相对于所述一个或多个透镜构成的组的光轴为15度至45度。

所述输入耦合光学元件包括棱镜，所述棱镜具有反射面，所述反射面被配置为接收来自所述一个或多个透镜构成的组的光线并将所述光线反射到所述光管中，并且所述反射面的法向量被配置为旋转以相对于所述光管的长边形成介于30度和60度之间的角度。

所述输入耦合光学元件包括棱镜，所述棱镜的折射率大于1.4，所述光管的折射率大于1.4。

所述出口部分的尺寸至少部分地基于所述出口部分沿着所述光管的长边的位置而变化。

所述第一菲涅耳反射器的所述光栅元件在锯齿形的三角棱镜的表面上弯曲，并且所述表面相对于所述光管的顶表面倾斜15度至45度，设置所述第一菲涅耳反射器的法向量使得平行于所述一个或多个透镜构成的组的光轴的光线基本上平行于所述光管的顶表面的法向量。

所述输入耦合光学元件包括棱镜，所述棱镜的折射率大于1.3，所述输出耦合光导的折射率大于1.3，所述棱镜的折射率基本上等于所述光导的折射率。

所述输出耦合光导具有形成棱镜的倾斜面，光线能够进入其中，并且所述倾斜面的法向量相对于所述光导管的顶表面在15度和45度之间，以使得来自一个或多个反射镜的光线被反射到所述输出耦合光导中。