專利名稱：基底導(dǎo)向成像透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基底導(dǎo)向(substrate-guided)光學(xué)系統(tǒng)，具體來說， 涉及包含由普通光傳輸基底承栽的反射表面、延遲片和反射光學(xué)元件 的布置的光學(xué)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)也稱為光導(dǎo)準(zhǔn)直元件(LCE)。
本發(fā)明可以在大量的成像應(yīng)用以及非成像應(yīng)用中有益地實(shí)現(xiàn)，所 述成像應(yīng)用，例如，頭戴式顯示器和平視顯示器、蜂窩電話、小型顯 示器、3-D顯示器、小型擴(kuò)束器，所述非成像應(yīng)用，例如平板指示器、 小型照明器和掃描器。
背景技術(shù)：
小型光學(xué)元件的一個(gè)重要應(yīng)用是在頭戴式顯示器中，其中光學(xué)模 塊既用作反射光學(xué)元件又用作組合器，在頭戴式顯示器中二維顯示器 在無限遠(yuǎn)成像并反射進(jìn)觀察者的眼中。該顯示器可以直接從諸如陰極 射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、 掃描源的空間光調(diào)制器(SLM)或相似裝置獲得，或者間接地通過中 繼透鏡或光纖束獲得。該顯示器包括元件(像素)陣列，該元件(像 素)陣列通過準(zhǔn)直透鏡在無限遠(yuǎn)成像，并通過分別作為非看穿和看穿 應(yīng)用的組合器的反射或部分反射表面?zhèn)鬏數(shù)接^察者的眼中。通常，常 規(guī)的、自由空間光學(xué)模塊用于這些目的。隨著系統(tǒng)的理想視場(chǎng)(FOV) 的增大，這樣的常規(guī)光學(xué)模塊變得更大、更沉、更笨重，因此即使對(duì) 于中等性能的裝置也是不實(shí)用的。這對(duì)于各種各類的顯示器都是一個(gè) 主要缺點(diǎn)，尤其在系統(tǒng)必須盡可能地輕便和緊湊的頭戴式應(yīng)用中。
對(duì)緊湊的追求導(dǎo)致了若千種不同的復(fù)雜的光學(xué)解決方案，所有的 這些解決方案， 一方面對(duì)于大部分實(shí)際應(yīng)用仍然不夠緊湊，另一方面 在可制造性方面受到主要缺點(diǎn)的影響。此外，由這些設(shè)計(jì)導(dǎo)致的光學(xué)視角的眼睛運(yùn)動(dòng)區(qū)(EMB)經(jīng)常非常小一一通常小于8mm。因此， 即使對(duì)于相對(duì)于觀察者的眼睛光學(xué)系統(tǒng)很小的移動(dòng)該光學(xué)系統(tǒng)的性 能也非常敏感，并且不允許瞳孔充分的移動(dòng)以便從這些顯示器舒適地 讀取文本。
包括在以申請(qǐng)人的名義的公開WO 01/95027、 WO 2006/013565、 WO 2006/085309、 WO 2006/085310和PCT/IL2006/001278中的指導(dǎo) 以引用的方式并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
除了其它應(yīng)用，本發(fā)明促進(jìn)了用于頭戴式顯示器(HMD)的非 常緊湊的成像裝置的設(shè)計(jì)和制造。本發(fā)明允許相對(duì)較寬的FOV與相 對(duì)較大的EMB值一同實(shí)現(xiàn)。結(jié)果所得到的光學(xué)系統(tǒng)提供大的、高質(zhì) 量的圖像，這樣還允許眼睛在較大范圍的移動(dòng)。由于本發(fā)明提供的光
有指定配置的光學(xué)系統(tǒng)中，因此本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)特別有益。
本發(fā)明還能夠構(gòu)造改進(jìn)的平視顯示器(HUD)。自從這種顯示 器在三十多年前推出以來，在該領(lǐng)域有了顯著的進(jìn)步。的確，HUD 已經(jīng)變得普及并且它們現(xiàn)在扮演著重要的角色，不僅在大部分現(xiàn)代戰(zhàn) 斗機(jī)中，而且在民用飛機(jī)中，其中HUD系統(tǒng)已經(jīng)成為低可見度降落 操作的關(guān)鍵部件。此外，最近有很多用于汽車應(yīng)用中的HUD的提議 和設(shè)計(jì)，其中這些提議和設(shè)計(jì)可以潛在地在駕駛和導(dǎo)航任務(wù)中輔助駕 駛員。不過，現(xiàn)有技術(shù)的HUD具有若干個(gè)明顯的缺點(diǎn)。當(dāng)前設(shè)計(jì)的 所有HUD都需要顯示光源，該顯示光源必須彌補(bǔ)離組合器的較大的 距離以便確保該光源照射整個(gè)組合器表面。結(jié)果，組合器投射器HUD 系統(tǒng)必然成為笨重的、大的并且需要相當(dāng)大的安裝空間，這使得其安 裝不方便并且有時(shí)甚至使用起來不安全。常規(guī)的HUD的大光學(xué)孔徑 也提出了對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)的相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，或者導(dǎo)致具有折衷性能的 HUD，或者當(dāng)需要高性能時(shí)導(dǎo)致高成本。高質(zhì)量全息HUD的色散特 別需要關(guān)注。因此，本發(fā)明的主要目的是為了緩解現(xiàn)有技術(shù)的緊湊光學(xué)顯示裝 置的缺點(diǎn)，并根據(jù)具體要求提供具有改善的性能的其它光學(xué)部件和系 統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的涉及其在緊湊HUD中的實(shí)現(xiàn)，緩解前述的缺 點(diǎn)。在本發(fā)明的HUD設(shè)計(jì)中，該組合器使用可以附著于基底的緊湊 顯示光源。因此，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊并且可以容易地以不同的配置安 裝從而用于較大范圍的應(yīng)用。另外，顯示器的色散可以忽略不計(jì)，并 且這樣可以以寬的光語源操作，包括常規(guī)的白光光源。另外，本發(fā)明 擴(kuò)大了圖像，從而使得組合器的有效區(qū)域可以比由光源實(shí)際照射的區(qū) 域大得多。
本發(fā)明的另一目的是為提供用于移動(dòng)的、手持應(yīng)用例如手機(jī)的具 有寬FOV的緊湊顯示器。在當(dāng)今的無線互聯(lián)網(wǎng)訪問市場(chǎng)中，可以實(shí) 現(xiàn)用于全視頻傳輸?shù)淖銐驇?。限制因素仍然在于終端用戶的裝置內(nèi) 的顯示器質(zhì)量。移動(dòng)性要求限制了顯示器的物理大小，結(jié)果是直接顯 示很差的圖像觀看質(zhì)量。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)具有非常大的可視圖像的物 理上非常緊湊的顯示器。這一點(diǎn)在移動(dòng)通信中是關(guān)鍵特征，特別是對(duì) 于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)訪問，解決了其實(shí)際實(shí)施的一個(gè)主要限制。因此，本發(fā)
明能夠在小的手持裝置例如手機(jī)或任何娛樂裝置中觀看全格式的互 聯(lián)網(wǎng)頁面的數(shù)字內(nèi)容。
因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括具有至 少一個(gè)主表面和邊緣的基底、用于通過全內(nèi)反射將光耦合進(jìn)所述基底 的光學(xué)元件、由所述基底承栽的至少一個(gè)反射表面、以及至少一個(gè)延 遲片，該光學(xué)系統(tǒng)的特征在于至少一個(gè)反射光學(xué)元件，其中所述延遲 片位于基底的主表面的至少一部分和所述反射光學(xué)元件之間。


參考下述示例圖結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，從而可以更全 面地理解本發(fā)明。
就對(duì)附圖的詳細(xì)特定參考而言，強(qiáng)調(diào)了所示出的細(xì)節(jié)是通過舉例的方式并且只是出于對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的示例性討論的目的，并 且由于提供被認(rèn)為在本發(fā)明原理和概念方面是最有用和容易理解的 描述的原因而提供這些細(xì)節(jié)。在這點(diǎn)上，沒有試圖去示出比基本上理 解本發(fā)明所需的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)更詳細(xì)的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。就附圖進(jìn)行的 描述是用來指導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)踐中如何可以實(shí)施本發(fā)明的若干 形式。
在附圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直 的光學(xué)系統(tǒng)的視圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的用于將來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直 和耦合入LOE中的方法的碎見圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使來自硅基液晶(liquid crystal on silicon) (LCOS)顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直的方法的視圖4a、圖4b和圖4c是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使來自顯示光源 的輸入光波準(zhǔn)直和擴(kuò)展它的方法的視圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用場(chǎng)透鏡和準(zhǔn)直透鏡使來 自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直的方法的視圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用兩個(gè)透鏡來使來自顯示 光源的輸入光波準(zhǔn)直的方法的視圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用兩個(gè)透鏡來使來自LCOS
顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直的方法的視圖8a和圖8b是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用三個(gè)透鏡來使來 自(a) LCD和(b) LCOS顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直的方法的視圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過使用兩個(gè)透鏡來將來自LCOS 顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的方法的視圖IO是示出現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)性能的視圖ii是示出根據(jù)本發(fā)明的準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)性能的曲線圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過耦合入偏振敏感反射表面將
偏振輸入波耦合入光導(dǎo)光學(xué)元件的光學(xué)系統(tǒng)的視圖；圖l3是示出根據(jù)本發(fā)明的用于通過耦合入偏振敏感反射表面將
來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的光學(xué)系統(tǒng)的視圖14示出通過耦合入常規(guī)反射表面而耦合入LOE的兩條邊緣光
線；
圖15示出根據(jù)本發(fā)明的通過耦合入偏振敏感反射表面而耦合入 LOE的兩條邊緣光線；
圖16是示出根據(jù)本發(fā)明的用于將輸入波耦合入還利用準(zhǔn)直透鏡 的LOE的另一種方法的視圖17是示出根據(jù)本發(fā)明的通過使用準(zhǔn)直透鏡耦合入偏振敏感反 射表面而耦合到LOE中的兩條邊緣光線；
圖18是示出根據(jù)本發(fā)明的用于將來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直 和耦合入LOE的另一個(gè)實(shí)施例的視圖19是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使用兩個(gè)透鏡將來自顯示光源的 輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的另一個(gè)實(shí)施例的視圖20是示出根據(jù)本發(fā)明的用于使用角度敏感涂層將來自顯示光 源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的另一個(gè)實(shí)施例的視圖21和圖22是示出分別對(duì)于s和p偏振光波的示例性角度敏感 涂層的作為入射角的函數(shù)的反射率的曲線圖23a和圖23b示出根據(jù)本發(fā)明的用于使用不同的延遲片將來自 顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的實(shí)施例；
圖24示出根據(jù)本發(fā)明的用于使用兩個(gè)具有角度敏感涂層的透明 片將來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入LOE的實(shí)施例；
圖25示出根據(jù)本發(fā)明的將來自單獨(dú)一個(gè)顯示光源的輸入光波準(zhǔn) 直入兩個(gè)分開的圖像中的實(shí)施例；
圖26示出根據(jù)本發(fā)明的將來自單獨(dú)一個(gè)顯示光源的輸入光波準(zhǔn) 直入兩個(gè)分開的圖像中的另 一個(gè)實(shí)施例；
圖27示出根據(jù)本發(fā)明的將來自單獨(dú)一個(gè)顯示光源的輸入光波準(zhǔn) 直入兩個(gè)分開的圖像中的另一個(gè)實(shí)施例；
圖28示出根據(jù)本發(fā)明的用于將來自顯示光源的輸入光波準(zhǔn)直和耦合入兩個(gè)分開的LOE的光學(xué)系統(tǒng)；
圖29示出根據(jù)本發(fā)明的用于將來自顯示光源的具有均勻偏振的 輸入光波準(zhǔn)直和耦合入兩個(gè)分開的光導(dǎo)光學(xué)元件的另一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)；
圖30示出根據(jù)本發(fā)明的用于將來自顯示光源的具有均勻偏振的 輸入光波準(zhǔn)直和耦合入兩個(gè)分開的光導(dǎo)光學(xué)元件的另一個(gè)系統(tǒng)；
圖31示出根據(jù)本發(fā)明的嵌入標(biāo)準(zhǔn)眼鏡架的顯示系統(tǒng)的實(shí)施例；
圖32示出根據(jù)本發(fā)明的嵌入標(biāo)準(zhǔn)眼鏡架的顯示系統(tǒng)的實(shí)施例的 前視圖；以及
圖33示出根據(jù)本發(fā)明的具有聚焦透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)計(jì)比現(xiàn)有技術(shù)的透鏡更緊湊的
如LCD或LCOS中光被線性偏振的事實(shí)的該方法在圖1中示出。如 圖所示，來自顯示光源112的s偏振輸入光波18通過第一反射表面 116耦合入基底114。在從基底的低表面118全內(nèi)反射出來后，該波 從偏振分束器120反射出并耦合到基底外。然后穿過四分之一波長(zhǎng)延 遲片122和透明表面123的該波接著由反射光學(xué)元件124例如透鏡在 其反射表面126處準(zhǔn)直，再次返回穿過延遲片122，并通過低表面118 重新進(jìn)入基底114?，F(xiàn)在的p偏振光波穿過偏振分束器120并通過上 表面128從基底射出。
圖2示出LCE 129怎樣可以與光導(dǎo)光學(xué)元件(LOE) 20結(jié)合， 從而形成所需的光學(xué)系統(tǒng)。這樣的LOE通常包括至少兩個(gè)主平面和 邊緣、至少一個(gè)部分反射表面和用于將光耦合進(jìn)其中的光學(xué)元件。來 自LCE 129的輸出波130通過LOE的下表面26進(jìn)入LOE。入射波 (進(jìn)入LOE)從表面16反射并以與如圖2所示相同的方式在LOE 中被捕獲。現(xiàn)在，包括顯示光源112、折疊棱鏡114、延遲片1"和準(zhǔn)直反射光學(xué)元件124的LCE 129可以輕松地集成到可以以相當(dāng)寬松 的機(jī)械公差獨(dú)立于LOE進(jìn)行組裝的一個(gè)單獨(dú)的機(jī)械模塊中。另外， 延遲片122和準(zhǔn)直反射光學(xué)元件124可以粘合到一起以便形成一個(gè)單 獨(dú)的元件?；蛘撸梢允褂闷渌椒▽⑦@些組合成一個(gè)單獨(dú)的元件， 例如將四分之一波長(zhǎng)的薄膜層疊到反射光學(xué)元件124的前表面上。
當(dāng)使用LCOS裝置作為顯示光源時(shí)，這里示出的提出的成像方 法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)證明了其自身。與LCD面板一樣，LCOS面板包含 由液晶填充的單元的二維陣列，該液晶響應(yīng)控制電壓扭曲和配向。但 是，在LCOS中，液晶元件直接被移植到反射硅芯片上。當(dāng)液晶扭曲 之時(shí)，在下面的鏡面表面反射后，光的偏振被改變或沒有改變。與偏 振分束器一起，這使光調(diào)制并產(chǎn)生圖像。另外，反射技術(shù)意味著照明 和成像光束共享相同的空間。這兩個(gè)因素使得必須向光學(xué)模塊添加特 殊分光元件1以便使照明和成像功能能夠同時(shí)操作。添加這樣的元件 通常會(huì)使光學(xué)模塊變復(fù)雜，并且當(dāng)使用LCOS作為顯示光源時(shí)，某些 使用前置耦合入元件或折疊棱鏡的布置甚至將變得更大。但是，對(duì)于 圖l示出的成像方法，可以很容易地將照明單元加入光學(xué)模塊而不必 顯著地增加系統(tǒng)的體積。
如圖3所示，來自LCOS 112的輸入光波18沒有使用簡(jiǎn)單的反 射鏡，而是由偏振分束器132反射。完全棱鏡(completing prism) 134被添加到基底114以便形成平行六面體136。這里，從光源140 發(fā)射的p偏振光波138穿過偏振分束器132并照射LCOS 112的前表 面。來自"光，，像素的反射光的偏振被旋轉(zhuǎn)到s偏振，然后該光波如 上述參考圖1所示從分光器132反射出去。如果光源M0是非偏振的， 那么可以添加只傳輸理想偏振的偏振器142。顯然，LCE 129仍然是 緊湊的并且其保持其平面形式。
如上所述，決定準(zhǔn)直透鏡的體積的一個(gè)主要參數(shù)是準(zhǔn)直透鏡的輸 出孔徑。通常，增大該輸出孔徑將相應(yīng)地增加透鏡的體積。但是，圖 4a、圖4b和圖4c示出了通過輕微地增大透鏡體積將LCE 129的輸出 孔徑增大兩倍的方法。如圖4a所示，完全棱鏡M4被添加到基底114以便形成平行四邊形145。來自準(zhǔn)直反射光學(xué)元件124的輸出波130 穿過四分之一波長(zhǎng)延遲片146，被半反射表面148部分反射，返回穿 過上表面128從而重新進(jìn)入基底145?，F(xiàn)在的s偏振光波從偏振分束 器122反射出。然后，在從基底的上表面128全內(nèi)反射出后，該波被 反射并耦合出反射表面150。顯然，耦合出的光波130的輸出孔徑為 前面圖l所示的大小的兩倍。 一個(gè)遺留下的要解決的問題是輸出光波 130的偏振均勻性。當(dāng)波130R的右邊部分是圓偏振的時(shí)，左邊部分 130L是線性s偏振的。圖4b示出解決這種不均勻性的一種方法。四 分之一波長(zhǎng)延遲片152被添加到輸出孔徑的左側(cè)，其中延遲片152的 主軸方向相對(duì)于片146的主軸方向被旋轉(zhuǎn)90°。在這種情況下，輸出 光波130是圓偏振的。圖4c示出其中在輸出孔徑的右側(cè)添加四分之 一波長(zhǎng)延遲片154的一種不同的方法，該輸出孔徑產(chǎn)生線性s偏振的 輸出光波130。在這種情況下，延遲片154的主軸方向平行于片146 的主軸方向。
在圖1到圖4c示出的系統(tǒng)中，只使用了一個(gè)球面會(huì)聚透鏡。對(duì) 于某些光學(xué)方案，這可能足夠了。但是，對(duì)于具有寬FOV和大輸入 孔徑的其它系統(tǒng)，可能需要更高的光學(xué)質(zhì)量。 一種改善該系統(tǒng)的光學(xué) 特性的方法是使用非球面或甚至非球面衍射透鏡。另一種方法是使用
多于一個(gè)的反射光學(xué)元件。
圖5示出其中場(chǎng)透鏡(field lens )156插入到顯示光源和基底114
之間的光學(xué)系統(tǒng)。該透鏡可以用來校正該光學(xué)系統(tǒng)的色差和場(chǎng)差。
圖6示出使用包括兩個(gè)嵌入偏振分束器162和164、四分之一波 長(zhǎng)延遲片166和兩個(gè)會(huì)聚透鏡168和170的更大的基底160的光學(xué)系 統(tǒng)。如圖所示，p偏振輸入光波18穿過第一偏振分束器162,然后被 延遲片166和第一透鏡168反射、部分會(huì)聚并改變成s偏振光。然后， 其被從第一偏振分束器162、棱鏡的低表面172，然后是第二偏振分 束器164反射出去。然后，由延遲片166和第二透鏡170反射、全準(zhǔn) 直并改變回p偏振光。然后，該波穿過第二偏振分束器164并穿過上 表面128從基底出去?，F(xiàn)在可以以與如圖2所示相同的方式將入射波(進(jìn)入LOE )捕獲到LOE中。如果顯示光源為L(zhǎng)COS裝置，那么照 明方法將不同于參考圖3在上文所述的方法。
如圖7所示，來自顯示光源176的照明光波174穿過s偏振器 178并由第一反射表面182耦合入基底180。在從基底的上表面184 全內(nèi)反射出后，該波被反射和耦合出偏振分束器162以便照射LCOS 顯示光源112。自然，可以在LCE 129中使用的元件數(shù)目不限于2個(gè)。
圖8a和圖8b示出分別具有作為顯示光源的LCD和LCOS的準(zhǔn) 直透鏡，其中第三透鏡186被添加到光學(xué)鏈(optical train)中。通常， 對(duì)于每個(gè)具體系統(tǒng)，在光學(xué)準(zhǔn)直模塊中的透鏡的數(shù)目和類型將根據(jù)所 需的光學(xué)參數(shù)、理想的性能和允許的體積來設(shè)置。
圖9示出上面參考圖6描述的光學(xué)模塊的尺寸。光學(xué)參數(shù)與上述 為具有耦合入元件和使用折疊棱鏡例如在國(guó)際公開WO 2006/013565 的圖23中示出的棱鏡的系統(tǒng)相同。即使顯示光源是LCOS裝置，在 圖9中示出的系統(tǒng)具有比上述系統(tǒng)小得多的體積。
圖10和圖11示出上迷系統(tǒng)的MTF性能。如圖所示，舉例來說， 該光學(xué)模塊不僅包含代替以前系統(tǒng)的兩個(gè)衍射非球面元件的兩個(gè)球 面透鏡，而且也具有更好的性能。
其中輸入波和輸出波都位于基底的同 一側(cè)，利用在大部分微顯示 光源例如LCD或LCOS中光是線性偏振的事實(shí)的方法在圖12中示 出。在這里示出的實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)之間的主要差別是沒有使用均勻 的反射鏡作為耦合入元件，在這里，偏振分束器206被嵌入LOE 20 中。即，表面206傳輸p偏振光并反射s偏振光。如圖所示，來自LCE 的輸入光束130是p偏振的，因此通過表面206傳輸。在通過上表面 27從LOE 20射出后，該光束入射到將入射光束會(huì)聚到圓偏振光的四 分之一波長(zhǎng)延遲片208。然后，被傳輸?shù)墓馐善教狗瓷溏R210通過 四分之一波長(zhǎng)延遲片208反射回去?，F(xiàn)在是s偏振的反射光束212通 過上表面27進(jìn)入LOE 20，并由偏振分束器206反射。反射光束214 通過全內(nèi)反射被捕荻到LOE 20內(nèi)部。明顯地，延遲片208和反射表 面210可以粘合到一起以便形成一個(gè)單獨(dú)的元件?；蛘撸梢允褂闷渌椒▽⑺鼈兘Y(jié)合成一個(gè)單獨(dú)的元件，例如在延遲片208的背面涂覆 反射表面或者將四分之一波長(zhǎng)的薄膜層疊到反射表面210的前表面。 圖13示出具有在圖3中描述的耦合入機(jī)制的LOE 20的整體結(jié) 構(gòu)。這種LOE滿足兩個(gè)要求輸入波和輸出波位于基底的同一側(cè)并 且耦合入反射表面16被定向?yàn)槠叫杏诓糠址瓷漶詈铣鲈?2。因此， 這種結(jié)構(gòu)可以在眼鏡配置中實(shí)現(xiàn)并且還可以使用相對(duì)簡(jiǎn)單的工序制 造。
另一個(gè)要考慮的問題是LCE 19的輸出孔徑，該輸出孔徑由LOE 20的所需的輸入孔徑?jīng)Q定。圖14示出常規(guī)LOE 20的孔徑，其中耦 合入元件是簡(jiǎn)單的反射鏡16。如圖所示，由系統(tǒng)的FOV的兩個(gè)極端 角的邊緣光線確定。光線216和218分別是FOV的左角和右角的左 邊緣光線和右邊緣光線。它們與LOE 20的下表面26的交點(diǎn)確定LOE 的輸入孔徑Sinl。
圖15示出用于LOE的所需的輸入孔徑，其中耦合入元件是上面 參考圖12描述的偏振分束器206。由于現(xiàn)在兩條邊緣光線216和218 在由表面210反射回之前不得不橫穿LOE的額外厚度T,因此在入 射到耦合入元件之前所需的光路比以前更長(zhǎng)。因此，所需的輸入孔徑
S^比以前更大。Si^和Sin2之間的差依賴于光學(xué)系統(tǒng)的各種參數(shù)。例
如，在具有24度的水平FOV、 2.5mm的片厚度和l.M的折射率的系 統(tǒng)中，Sna和Sw之間的差是lmm。
圖16示出顯著地減少所需的輸入孔徑的方法。沒有使用圖l5 的平坦反射表面210，而是在延遲片208之后放置平凸透鏡220?，F(xiàn) 在，為了將準(zhǔn)直后的波耦合入LOE，通過下表面M進(jìn)入LOE的波 130應(yīng)該是發(fā)散的。這些發(fā)散波由透鏡220并通過背離該透鏡的反射 背面222的反射進(jìn)行準(zhǔn)直。然后，以與上面參考圖H描述方法相似 的方式將這些光捕獲到LOE中。如上所述，延遲片208可以粘合或 層疊到透鏡100的前平坦表面224上。如圖17所示，由兩條邊緣光 線216和218確定的輸入孔徑Sw現(xiàn)在小于Sinl。這一孔徑小于Sinl 的程度依賴于準(zhǔn)直透鏡220的光焦度。自然地，圖15中示出的光學(xué)模塊可以認(rèn)為是圖16中示出的模塊的專用的情況，其中透鏡220的 光焦度降低到零。
通過使用準(zhǔn)直透鏡代替平坦反射表面，不僅實(shí)現(xiàn)了小得多的輸入 孔徑，而且整個(gè)光學(xué)模塊也可以比以前緊湊得多。圖18示出使用上 述方法的示例系統(tǒng)的整個(gè)光學(xué)布局。折疊棱鏡228被用來將來自顯示 光源112的光耦4、到LOE 20中。來自顯示光源112的輸入波18由笫 一反射表面230耦合入棱鏡，然后由笫二反射表面232耦合出，從而 進(jìn)入LOE，在LOE中這些光以與上面參考圖16描述的方式相同的 方式準(zhǔn)直并捕獲到LOE 20中。由于最后的會(huì)聚透鏡現(xiàn)在位于LOE 20 的耦合入元件206的鄰近，因此在圖18中示出的光學(xué)系統(tǒng)甚至可以 比上面參考圖l到圖8b示出的使用準(zhǔn)直模塊的那些光學(xué)系統(tǒng)更緊湊。
與上面參考圖5到圖8b描迷的那些相似，在這里，可以應(yīng)用到 準(zhǔn)直模塊中的元件數(shù)不限于一個(gè)。圖19示出準(zhǔn)直模塊，其中第二透 鏡被添加到光學(xué)鏈。這里，完全棱鏡233被加入基底228,在基底228 中組合基底236的兩個(gè)主平面234和235是平行的。而且，代替使用 簡(jiǎn)單的反射鏡，線柵偏振分束器237被嵌入到基底228和棱鏡233之 間，其中該格柵的主軸與圖1的主軸相比旋轉(zhuǎn)90。。即，在這里該偏 振分束器被定向?yàn)榉瓷鋚偏振并傳輸s偏振。如圖所示，s偏振輸入 波18通過第一偏振分束器237并通過LOE20的右邊部分。然后，由 延遲片208和具有反射背面239的第一透鏡238將其反射、部分會(huì)聚 并改變?yōu)閜偏振光。然后，由第一偏振分束器237、棱鏡的上表面234 反射，接著由第二偏振分束器232反射。然后，穿過偏振分束器206， 接著由延遲片208和第二透鏡220反射、完全準(zhǔn)直，并改變回s偏振 光。然后，該波以與上面參考圖16描述的方式相同的方式捕獲到LOE 中。
如上面參考圖1所述，也是在圖19中示出的配置中，延遲片208 以及反射透鏡220和238的前表面可以粘在一起以便形成一個(gè)單獨(dú)的 元件。但是，將LCE的所有不同的部件即基底234、延遲片208 和透鏡220和238 —起粘到LOE 20上以便形成一個(gè)具有簡(jiǎn)單得多的機(jī)械模塊的緊湊元件。
圖20示出模塊，其中基底236的上表面234在界面平面240處 粘到LOE 20的下表面26上，并且其中已經(jīng)粘到透鏡220和238上的 延遲片208在界面平面242處粘到LOE 20的上表面27上。這里提出 的配置的主要問題是粘接過程放棄了之前存在于LOE 20與基底234 和延遲片208之間的空隙。這些空隙主要用于捕獲在基底234內(nèi)部的 輸入波18和在LOE 20內(nèi)部的輸出波212。如圖20所示，被捕獲的 光波18應(yīng)當(dāng)從界面平面240上在點(diǎn)244和點(diǎn)246處反射，并且被捕 獲的光波212應(yīng)當(dāng)從界面平面242上在點(diǎn)248和點(diǎn)250處反射。因此， 應(yīng)當(dāng)在這些平面上采用恰當(dāng)?shù)姆瓷渫扛玻蛘咴贚OE 20的主表面26 和27上或者在基底236和延遲片208的上表面上。但是，簡(jiǎn)單的反 射涂覆不能輕易地采用，因?yàn)檫@些表面對(duì)于在示例點(diǎn)252處進(jìn)入和離 開LOE 20的光波也應(yīng)當(dāng)是透明的。該光波應(yīng)當(dāng)以小入射角穿過平面 240和242,并以更高的入射角反射。在示出的例子中，穿過的入射 角在0。和15。之間，反射入射角在50°和80°之間。
圖21和圖22示出，分別對(duì)于s偏振和p偏振，作為在適光區(qū)域 460nm、550nm和640nm中的三個(gè)具有代表性的波長(zhǎng)的入射角的函數(shù) 的反射率曲線。如圖21所示，對(duì)于s偏振光波，可以實(shí)現(xiàn)在大入射角 的高反射率(大于95%)和在小入射角的低反射率(小于5%)的所 需的行為。但是，對(duì)于p偏振光，如圖22所示，由于接近布儒斯特 角，可以在50。到70。之間的入射角實(shí)現(xiàn)高反射率。
圖23a和圖23b示出克服這個(gè)問題的兩種方法。對(duì)于這兩種方法， 來自顯示光源的光波是線性p偏振的，并且格柵的主軸相對(duì)于圖19 和圖20的格柵的主軸旋轉(zhuǎn)90。。即，在這里偏振分光器被定向?yàn)槭沟?反射s偏振并傳輸p偏振?，F(xiàn)在，照射到點(diǎn)244和246的反射波是s 偏振的，并且可以實(shí)現(xiàn)所需的反射率。圖23a示出其中在反射表面232 和基底236之間插入四分之一波長(zhǎng)延遲片254的方法。這里，當(dāng)穿過 平面254兩次并從表面232反射時(shí)，光波的偏振被旋轉(zhuǎn)，并且現(xiàn)在p 偏振光波,皮以上面參考圖19描述的方式相同的方式耦合入LOE 20。圖23b示出其中在基底236的上表面234和LOE 20的下表面26之間 插入半波長(zhǎng)延遲片256的方法。這里，當(dāng)穿過平面256時(shí)，光波的偏 振被旋轉(zhuǎn)，并且現(xiàn)在的p偏振光波被耦合入LOE。
在圖23&和圖23b所示的配置中仍然存在的困難是LOE以及基 底236是由幾個(gè)不同部件組裝而成的。由于制造過程通常涉及粘接光 學(xué)元件，并且由于所需的角度敏感反射涂層只有在LOE 20和基底234 的主體完成后才應(yīng)用到基底表面，因此不可能使用可能會(huì)破壞粘接區(qū) 域的常規(guī)的熱涂覆工藝。新的薄膜技術(shù)和離子輔助的涂覆處理工藝也 可以用于冷處理。消除對(duì)零件的加熱需要允許各粘接的零件被安全地 涂覆。在圖24中示出了可選方法。這里，透明片258和260分別置 于界面平面240和242處?，F(xiàn)在，使用常規(guī)的熱涂覆工藝所需的涂層 可以簡(jiǎn)單地應(yīng)用到這些基底的外表面上，然后可以將其粘接到合適的 地方。對(duì)于下基底258，可以將涂層應(yīng)用到下表面262、上表面264 或者甚至兩個(gè)表面。對(duì)于上基底260，最佳表面是下部的那個(gè)266， 其與LOE相鄰。
到目前為止， 一直假設(shè)顯示光源是線性偏振的。但是，存在像 OLED的光學(xué)系統(tǒng)，其中顯示光源是未偏振的，并且最大的可能效率 是重要的。在這些情況下，可以將來自顯示光源的輸入光波分開為兩 個(gè)分離的圖像。
圖25示出其中第二 LCE 270附著于在圖1中示出的LCE 1" 的光學(xué)裝置。代替對(duì)簡(jiǎn)單反射鏡116的使用，線柵偏振分光器272被 嵌入到LCE 129和LCE 270之間。如圖所示，當(dāng)s偏振輸入光波4皮 以與上面參考圖1描述的方式相同的方式反射并準(zhǔn)直時(shí)，p偏振輸入 光波274穿過第一偏振分光器272，然后由延遲片278和具有反射背 面282的第二會(huì)聚透鏡280反射、會(huì)聚和改變?yōu)閟偏振光。然后，該 光波由第一偏振分光器272、 LCE 270的上表面284反射，接著由反
射表面285反射。
在圖25中示出的實(shí)施例的主要缺點(diǎn)是，由于會(huì)聚透鏡1M和280 的焦距不能相同，因此來自LCE 129和270的圖像是不同的。圖26示出變形的配置，其中在LCE 270中使用兩個(gè)不同的會(huì)聚透鏡。透鏡 286和288的組合的光焦度被設(shè)計(jì)為與反射光學(xué)元件124的光焦度相 同。因此，兩個(gè)LCE的圖像現(xiàn)在可以相同。圖27示出與在圖25中 示出的布置的不同變形。這里，會(huì)聚透鏡124和280分別由兩個(gè)簡(jiǎn)單 反射表面292和294代替。兩個(gè)相同的準(zhǔn)直透鏡296和298分別置于 上主表面鄰近，以便荻得具有兩個(gè)相同圖像300L和300R的光學(xué)系統(tǒng)。
圖28示出其中來自LCE 129和270的一對(duì)圖像300L和300R 被分別耦合入兩個(gè)不同LOE 20L和20R的光學(xué)系統(tǒng)。如圖所示，圖 像300L和300R的偏振態(tài)分別是p和s。這一點(diǎn)對(duì)于其中要求來自兩 個(gè)圖像的偏振態(tài)相似的系統(tǒng)是缺點(diǎn)。
圖29示出其中半波延遲片301被插入左LCE 129和左LOE 20L 之間以便創(chuàng)建兩個(gè)相同的線性s偏振圖像300L和300R的光學(xué)系統(tǒng)。
雙圖像布置的另一個(gè)變形版在圖30中示出。這里，LOE被插入 到兩個(gè)相同的準(zhǔn)直透鏡302L和302R與四分之一波長(zhǎng)延遲片304L和 304R之間，其中圖像光波以與上文參考圖16描述的方式相同的方式 準(zhǔn)直和耦合入LOE內(nèi)。在這種耦合入方法中，優(yōu)選的是，到LOE的 輸入光波將是p偏振的。因此，半波長(zhǎng)延遲片301現(xiàn)在被插入右LCE 272和右LCE 20R之間，以便產(chǎn)生兩個(gè)相同的線性p偏振輸入波300L 和300R。如圖31所示，這種光學(xué)布置可以在眼鏡架中組裝，從而生 成其中通過只使用 一個(gè)顯示光源112為雙眼ML和MR投影相同的圖 像的光學(xué)設(shè)備，該光學(xué)設(shè)備位于兩只眼鏡之間。通常，常規(guī)眼鏡架的 鼻梁位于眼睛之上幾毫米處。
圖32示出將圖像適當(dāng)?shù)赜橙胗脩粞劬Φ姆椒?。這里，顯示光源 112的中心的位置稍微高于準(zhǔn)直透鏡302L和3(^R的中間，準(zhǔn)直透鏡 302L和302R的中間的位置稍微高于眼睛24L和24R的中間。結(jié)果， 圖像投影到眼睛里，其中圖像的主軸在水平方向上稍向上傾斜幾度。 如圖31和圖32所示，可以添加到任何常規(guī)框架的光學(xué)模塊可以非常 緊湊和重量輕，不會(huì)給用戶帶麻煩。
在上述的與圖25到圖32相關(guān)的所有光學(xué)系統(tǒng)中，LCE使未偏振的光波準(zhǔn)直。不過，諸如LCD或LCOS的微型顯示器也可以用作 顯示光源，在這些微型顯示器中射出的光是線性偏振的。這可以通過 將顯示光源的光波的線性偏振旋轉(zhuǎn)45?；蛘咄ㄟ^將線性偏振轉(zhuǎn)換成圓 偏振來實(shí)現(xiàn)。
在上述的與圖1到圖32相關(guān)的所有光學(xué)系統(tǒng)中，LCE用作準(zhǔn)直 器。即，來自顯示光源的真實(shí)圖像被聚焦到無限遠(yuǎn)。另外，實(shí)物化 LCE的主要目的是為了生成作為用于基于光學(xué)系統(tǒng)的LOE的輸入的 準(zhǔn)直光波。很明顯，LCE裝置可以用于不同的光學(xué)操作和很多其它應(yīng) 用。即，LCE可以將圖像聚焦到除去無限遠(yuǎn)以外的不同位置，并且可 以插入到其它系統(tǒng)，其中希望實(shí)現(xiàn)較高的性能和保持緊湊和重量輕的 系統(tǒng)。
圖33示出其中LCE作為用于照相機(jī)的聚焦透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。這 里，來自外部圖景的輸入光波306的p偏振分量穿過LCE 129的上表 面307并穿過偏振分光器308。然后，該光波由延遲片310和具有反 射背面314的聚焦透鏡312反射、會(huì)聚并改變?yōu)閟偏振光。然后，該 光由偏振分光器308和LCE 129的下表面316反射，接著由反射表面 318反射。會(huì)聚光波通過下表面318離開LCE，然后聚焦到探測(cè)器平 面320上。通過使照相機(jī)或聚焦透鏡相對(duì)于下平面316沿著z軸橫向 平移，可以將聚焦機(jī)構(gòu)加入這種裝置。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明不限于上述示出的實(shí)施例，并且在
不脫離本發(fā)明的精神和基本屬性的情況下，本發(fā)明可以以其它的特定 形式實(shí)施。因此，本發(fā)明的實(shí)施例無論從哪方面來看都被認(rèn)為是示例 性的并且非限制性的，本發(fā)明的范疇由所附的權(quán)利要求而不是由上述 描述而說明，并且，因此在權(quán)利要求的同等物的含義和范圍內(nèi)的所有 改變都應(yīng)當(dāng)被包含在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)系統(tǒng)，包括基底，具有至少一個(gè)主表面和邊緣；光學(xué)元件，用于通過全內(nèi)反射將光耦合到所述基底中；由所述基底承載的至少一個(gè)反射表面，以及至少一個(gè)延遲片；其特征在于至少一個(gè)反射光學(xué)元件，其中，所述延遲片位于所述基底的主表面的至少一部分和所述反射光學(xué)元件之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射表面與所 述基底的任何邊緣都不平行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述透光式基底還 包括第二主表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)主表面平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括顯示光源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯示光源產(chǎn)生 圖像光波，該圖像光波由所述光學(xué)元件通過全內(nèi)反射耦合到所述基底 中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光波是線性偏振的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光波是非偏振的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯示光源與所 述基底的一個(gè)所述主表面相鄰地設(shè)置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光波通過所述 反射表面從所述基底耦合出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述延遲片是四分 之一波片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 是成像透鏡。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元 件包括兩個(gè)表面，所述表面中的第一表面是透明的，第二表面涂有反 射材料。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述延遲片位于 所述第一透明表面和所述基底的一個(gè)所述主表面之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于將光耦合到所 述基底中的所述光學(xué)元件是嵌入所述基底中的反射表面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于將光耦合到所 述基底中的所述光學(xué)元件是偏振分束器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于將光耦合到 所述基底中的所述光學(xué)元件是線柵偏振分束器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述光學(xué)元件反射s偏振光，并透射p偏振光。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述光學(xué)元件反射p偏振光，并透射s偏振光。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，由所述基底承載的 所述反射表面是偏振分束器。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，由所述基底承載 的所述反射表面是線柵偏振分束器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，由所述基底承載 的所述反射表面反射s偏振光，并透射p偏振光。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，由所述基底承載 的所述反射表面反射p偏振光，并透射s偏振光。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 和所述延遲片與用于將光耦合到所述基底中的所述光學(xué)元件鄰近地設(shè)置。
25. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 和所述延遲片與由所述基底承載的所述反射表面鄰近地設(shè)置。
26. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 是平凸透鏡。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 光學(xué)地附著于所述四分之一波長(zhǎng)延遲裝置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 是準(zhǔn)直透鏡。
29. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯示光源是 LCD。
30. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯示光源是 LCOS。
31. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述顯示光源是 OLED。
32. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括光源。
33. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光源與所述基 底的一個(gè)所述主表面相鄰地設(shè)置。
34. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光源和所述顯 示光源與同 一主表面相鄰地設(shè)置。
35. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光源和所述顯 示光源與兩個(gè)相對(duì)的主表面相鄰地設(shè)置。
36. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括由所 述基底承栽的第二反射表面。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二反射表 面與用于將光耦合到所述基底中的所述光學(xué)元件平行。
38. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括第二 反射光學(xué)元件。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二反射表面與所述基底的一個(gè)所述主表面相鄰地i殳置。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，延遲片位于所述 基底的所述第二反射光學(xué)元件和所述主表面之間。
41. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元 件中的至少一個(gè)具有零的光焦度。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括第 三反射光學(xué)元件。
43. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元 件中的至少一個(gè)具有零的光焦度。
44. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括第 三反射光學(xué)元件。
45. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第三反射表 面與所述基底的一個(gè)所述主表面相鄰地設(shè)置。
46. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，延遲片位于所述 第三反射光學(xué)元件和所述基底的所述主表面之間。
47. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括 具有兩個(gè)邊緣和至少兩個(gè)彼此平行的主表面的第二透光式基底； 用于通過內(nèi)反射將光耦合到所述基底的第二光學(xué)元件，以及 置于所述基底中的至少一個(gè)部分反射表面，所述表面與所述第二基底的主表面不平行，其中，所述第二基底與所述第一基底相鄰地設(shè)置。
48. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，耦合出所述第一 基底的光波由所述第二光學(xué)元件通過全內(nèi)反射耦合到所述第二基底 中。
49. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述光學(xué)元件被嵌入所述透光式基底內(nèi)。
50. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述光學(xué)元件是反射表面。
51. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所述第二光學(xué)元件是偏振分束器。50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述第二光學(xué)元件反射s偏振光，并透射p偏振光。51. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述第二光學(xué)元件反射p偏振光，并透射s偏振光。
52. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，用于耦合光的所 述第二光學(xué)元件包含線柵偏振分束器。
53. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二基底置 于所述第一基底和所述反射光學(xué)元件之間。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，延遲片置于所述 第二基底和所述反射光學(xué)元件之間。
55. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括與 所述第二基底中的一個(gè)主表面鄰近地設(shè)置的第二反射光學(xué)元件。
56. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，耦合出所迷第一 基底并通過全內(nèi)反射耦合到所述第二基底中的所述光波是s偏振的。
57. 根據(jù)權(quán)利要求46所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，耦合出所迷第一 基底并通過全內(nèi)反射耦合到所述第二基底中的所述光波是p偏振的。
58. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述延遲片光學(xué)地 附著于所述基底。
59. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)基底被 光學(xué)地附著。
60. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，角度敏感涂層被施 加到所述基底的至少一個(gè)主表面。
61. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，角度敏感涂層被 施加到所述基底的至少一個(gè)主表面。
62. 根據(jù)權(quán)利要求61所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述角度敏感涂 層透射具有低入射角的光波并反射具有高入射角的s偏振光。
63. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括與所 述基底的至少一個(gè)主表面鄰近地設(shè)置的至少一個(gè)透明片。
64. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述透明片涂有 角度敏感涂層。
65. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，通過用于將光耦合 入所述基底中的所述光學(xué)元件，所述圖像光波被分成兩個(gè)分開的圖 像。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括由 所述基底承栽的第二反射表面。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第二反射表面平行于所述第一反射表面。
68. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)圖像被 耦合出所述基底。
69. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)圖像相同。
70. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)圖像具 有相同的線性偏振。
71. 根據(jù)權(quán)利要求45的所述光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括 具有兩個(gè)邊緣和至少兩個(gè)彼此平行的主表面的第三透光式基底； 用于通過內(nèi)反射將光耦合到所述基底的第三光學(xué)元件，以及置于所述基底中的至少一個(gè)部分反射表面，所述表面與所述第三 基底的主表面不平行，其中，所述第三基底與所述第一基底相鄰地設(shè)置。
72. 如權(quán)利要求65和71所述的光學(xué)裝置，其中，被耦合出所述 第 一基底的圖像波通過全內(nèi)反射被耦合入所述第二基底和所述第三 基底。
73. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)嵌入眼鏡架中。
74. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)嵌入蜂窩 電話中。
75. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)嵌入娛樂裝置中。
76. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)為準(zhǔn)直透鏡。
77. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)為聚焦透鏡o
78. 根據(jù)權(quán)利要求77所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)嵌入照相機(jī)。
79. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 中的至少一個(gè)表面是非球面表面。
80. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反射光學(xué)元件 中的至少一個(gè)表面是衍射表面。
81. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光學(xué)系統(tǒng)，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括第二 反射光學(xué)元件，其中，所述第二反射光學(xué)元件置于所述顯示光源和所 述基底的一個(gè)所述主表面之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)包括基底，具有至少一個(gè)主表面和邊緣；光學(xué)元件，用于通過全內(nèi)反射將光耦合到所述基底中；由于所述基底承載的至少一個(gè)反射表面，以及至少一個(gè)延遲片；其特征在于至少一個(gè)反射光學(xué)元件，其中，所述延遲片位于所述基底的主表面的至少一部分和所述反射光學(xué)元件之間。
文檔編號(hào)G02B27/01GK101410745SQ200780010845
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者Y·艾米泰 申請(qǐng)人:魯姆斯有限公司