[发明专利]复合光导光学元件

说明书

一种用于将在耦入区域处注入的图像照射朝向用户引导以供观看的光学系统，包括具有一对平行主外表面(24)的光导光学元件(LOE)(12)。LOE的第一区域(16)包含第一组部分反射表面(17)，该第一组部分反射表面被定向成将在LOE内传播的图像照射朝向LOE的第二区域(18)重定向，该第二区域包含第二组部分反射表面(19)，该第二组部分反射表面被定向成将图像照射朝向用户耦出。第一组部分反射表面(17)跨LOE的厚度的至少95％延伸，而第二组部分反射表面(19)被包含在厚度的跨越小于厚度的95％的子部分内，使得将第二组部分反射表面(19)从第二区域(18)的一个或两个表面层排除。

技术领域

本发明涉及光学系统，并且特别地，涉及包括用于实现光学孔径扩展的光导光学元件(light-guide optical element，LOE)的光学系统。

发明的背景

复合光导光学元件(Compound Light-Guide Optical Element，LOE)或“二维扩展波导”已经在鲁姆斯有限公司(Lumus Ltd.)(以色列)的先前出版物中描述。这样的复合LOE的示例可以在例如PCT公布第WO 2020/049542号中找到。一般而言，这些复合LOE采用两个区域，这两个区域中的每一个是用于通过主表面处的内反射来支持携载准直图像的光的传播的透明材料的平行面对块，并且包括一组相互平行的内部的部分反射表面或“小平面”，小平面逐渐地重定向准直图像的一部分并且实现光学孔径的扩展。通过组合具有不同小平面取向的两个这样的元件，可以实现光学孔径在单个元件内的二维扩展，从而扩展来自图像投射器的输入图像并且将其在较大的区域上朝向观察者的眼睛输出。

为了便于参考，负责复合元件内的第一阶段的扩展的光导光学元件(LOE)区域被称为“第一LOE”或“LOE1”，而负责将偏转一次的图像朝向观察者耦出的LOE区域在本文中被称为“第二LOE”或“LOE2”。

发明内容

本发明是一种用于将在耦入区域处注入的图像照射朝向用户引导以供观看的光学系统。

根据本发明的实施方式的教导，提供了一种用于将在耦入区域处注入的图像照射朝向用户引导以供观看的光学系统，该光学系统包括由透明材料形成的光导光学元件(LOE)，LOE包括：(a)第一区域，其包含具有第一取向的第一组平坦的相互平行的部分反射表面；(b)第二区域，其包含具有第二取向的第二组平坦的相互平行的部分反射表面，第二取向与第一取向不平行；以及(c)一组相互平行的主外表面，该主外表面跨第一区域和第二区域延伸，使得第一组部分反射表面和第二组部分反射表面两者均位于主外表面之间，其中，第二组部分反射表面与主外表面成斜角，使得通过主外表面处的内反射在LOE内从第一区域传播到第二区域的图像照射的一部分被从LOE朝向用户耦出，并且其中，第一组部分反射表面被定向成使得从耦入区域起通过主外表面处的内反射在LOE内传播的图像照射的一部分被朝向第二区域偏转，其中，LOE具有主外表面之间的厚度，并且其中，第一组部分反射表面跨厚度的至少95％延伸，并且第二区域中的第二组部分反射表面被包含在厚度的跨越小于厚度的95％的子部分内，使得将第二组部分反射表面从第二区域的至少一个表面层排除。

根据本发明的实施方式的另一特征，将第二组部分反射表面从第二区域中的两个主外表面的表面层排除。

根据本发明的实施方式的另一特征，排除了第二组部分反射表面的第二区域的至少一个表面层的总厚度在厚度的6％至33％之间。

根据本发明的实施方式的另一特征，在与主外表面平行的方向上第二组部分反射表面的相邻表面之间的间隔是至少1mm，并且其中，排除了第二组部分反射表面的第二区域的至少一个表面层的总厚度是厚度的至少10％。

根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面跨厚度的至少96％延伸。

根据本发明的实施方式的另一特征，第一组部分反射表面跨厚度的至少98％延伸。