CN104956253B - 具有眼睛处方的透视近眼式显示器 - Google Patents
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Abstract
一种光学设备包含光学组合器、图像透镜及外部场景透镜。所述光学组合器具有向眼侧及外部场景侧且包含部分反射式衍射光栅，所述部分反射式衍射光栅至少部分地反射穿过所述向眼侧入射的图像光且至少部分地透射穿过所述外部场景侧入射的外部场景光。第一架座经定位以将所述图像透镜固持于所述图像光的光学路径中，以对所述图像光应用第一矫正性处方。第二架座经定位以将外部场景透镜固持于所述光学组合器的所述外部场景侧上方，以对所述外部场景光应用第二矫正性处方。所述光学组合器组合所述图像光与所述场景光以形成根据所述第一及第二矫正性处方矫正的经组合图像。
Description
技术领域
本发明大体来说涉及光学器件的领域，且特定来说(但非排他性地)涉及近眼式显示器。
背景技术
在光学器件的领域中，组合器是一种从所述组合器的同一侧(反射/反射或透射/透射)或从所述组合器的两个不同侧(反射/透射)将两个图像组合在一起的光学设备。很多时候，光学组合器用于抬头显示器(“HUD”)(有时称为头戴式显示器(“HMD”)或近眼式显示器)中，所述显示器允许用户观看叠加在外部视图上的计算机产生的图像(“CGI”)。所述HUD使用户能够在不必远离其通常的视点而看的情况下观看所述CGI。术语HUD起源于其在航空电子学中的使用，其使飞行员能够在抬头向前看时观看信息，此与向下看仪表盘形成对比。常规HUD包含倾斜二向色板、全息组合器、成角度透明衬底及复合共轭透镜。
存在组合器的两种版本。第一版本在不对任一场添加任何透镜作用的情况下组合两个场(通常为倾斜二向色板或复合共轭透镜)。第二版本除组合功能性以外还包含透镜作用功能性，其通常为用于来自显示器的场的离轴非球面透镜作用。透镜作用功能性用于将源自显示器的虚拟图像移位到远场中或距组合器特定距离处，且赋予所述图像某一视场以使用户能够使虚拟图案以目标大小聚焦。
由于根据定义近眼式显示器是接近于用户的眼睛而佩戴的，因此HUD可在生理上干扰常规处方矫正性眼镜。在一些配置中，HUD可佩戴在处方矫正性眼睛上方，但此类配置通常为怪异且不舒适的。常规近眼式显示器并不十分适合用于需要处方矫正性镜片的用户，除非用户选择佩戴隐形镜片。然而，需要处方矫正性镜片的许多人出于多种原因而并不选择佩戴隐形镜片，且因此在佩戴HUD时就只剩下不太合意的选项。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似参考编号指代相似部件，除非另有规定。所述图式未必按比例绘制，而重点放在图解说明正描述的原理上。
图1是图解说明关于将眼睛处方并入于透视近眼式显示器的挑战的功能框图。
图2是图解说明根据本发明的实施例容纳眼睛处方的透视近眼式显示器的功能框图。
图3图解说明根据本发明的实施例用容纳眼睛处方的夹心式衍射光学组合器实施的透视近眼式显示器。
图4是根据本发明的实施例的夹心式衍射光学组合器的平面图。
图5是图解说明根据本发明的实施例用于使用光刻制作夹心式衍射光学组合器的工艺的流程图。
图6A到6F图解说明根据本发明的实施例用于使用光刻制作夹心式衍射光学组合器的制作步骤。
图7是根据本发明的实施例使用各自容纳眼睛处方的两个透视显示器的双目头戴式显示器的俯视图。
具体实施方式
本文中描述容纳矫正性眼睛处方的透视近眼式显示器的设备、系统及制作方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对所述实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在无所述特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等实践本文中所描述的技术。在其它实例中，为避免使某些方面模糊，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作。
在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中各个地方短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必全部指代同一实施例。此外，可在一或多个实施例中以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
图1是图解说明关于将眼睛处方并入到透视近眼式显示器100中的挑战的功能框图。显示器100包含图像源105及透视光学组合器110。光学组合器110操作以将从图像源105输出的图像光115与通过光学组合器110的外部场景光120覆叠或以其它方式组合。经组合图像沿着从光学组合器110的向眼侧朝向眼睛125延伸的组合观看路径被引导到眼睛125。
针对不佩戴隐形镜片的用户将矫正性眼睛处方容纳到显示器100中对于以不会过度地增加重量或不会以其它方式牺牲工业设计的具成本效益的方式来实现此目的提出了一些挑战。举例来说，如果矫正性镜片130恰好定位于光学组合器110的外部场景侧上方，那么图像光115不会接收到任何处方矫正。对应地，如果矫正性镜片135定位于光学组合器110的向眼侧上方，那么与外部场景光120的仅单次横越相比，图像光115会两次横越此镜片，从而导致对两个图像应用不等的处方矫正。
图2是图解说明根据本发明的实施例容纳眼睛处方的透视显示器200的功能框图。透视显示器200克服了上文结合显示器100所描述的挑战且能够对图像光及外部场景光两者应用有效地一致处方矫正同时维持所要的工业设计。本文中所论述的矫正性处方可用于矫正近视、远视或其它视觉缺陷。可在近眼式配置(例如头戴式显示器(“HMD”)或抬头显示器(“HUD”))中实施透视显示器200。也可存在其它应用。
显示器200的所图解说明实施例包含图像源205、光学组合器210、对图像光220应用第一矫正性处方的图像透镜215及对外部场景光230应用第二矫正性处方的外部场景透镜225。
使用图像透镜215针对用户的矫正性处方来调整从图像源205输出的显示光220。在所图解说明实施例中，图像透镜215实质上小于外部场景透镜225，因为其仅需横跨图像源205的发射孔口而非用户的视场。举例来说，图像透镜215可大致为隐形镜片的大小。图像源205与图像透镜215在光学组合器210的向眼侧后方物理上偏移(例如，横向)，以照射光学组合器210的向眼侧。此配置使图像源205及图像透镜215能够接近用户的太阳穴区域(例如，在眼镜框架的耳臂内侧)定位，且十分适于紧凑且所要的工业设计。
在一个实施例中，图像透镜215被插入到安置于图像源205的发射孔口前方的架座中，借此促进用户可借以在其处方改变时或在不同用户佩戴显示器200时更换图像透镜215的可替换设计。所述架座可为图像透镜215被插入或滑动到其中的狭槽、夹式附接件、铰接扣或夹、透明胶、摩擦配合或其它方式。在替代实施例中，图像透镜215为可根据用户的需要而改变其矫正性处方的可调整透镜。举例来说，图像透镜215可实施为流体透镜、折射率匹配流体透镜或一对互补背对背式滑动透镜(例如，类似于由UK based 提供的Alvarez透镜)或其它透镜。图像透镜215可实施为折射或衍射透镜。
使用外部场景透镜225针对用户的矫正性处方来调整透射穿过光学组合器210的外部场景光230。外部场景透镜225覆叠在光学组合器210的外部场景侧上。外部场景透镜225覆盖用户的视场的至少相当大部分以对用户的外部视图应用其处方矫正。
在一个实施例中，外部场景透镜225可互换地安装于光学组合器210的前方以促进用户可借以在其处方改变时或在不同用户佩戴显示器200时更换外部场景透镜225的可替换设计。架座可为外部场景透镜225被插入或滑动到其中的狭槽、夹式附接件、铰接扣或夹、摩擦配合、半永久性透明胶、或其它方式。在一个实施例中，外部场景透镜225与光学组合器210是折射率匹配的，以减少内部反射及折射光弯曲。在其中外部场景透镜225与光学组合器210并不折射率匹配的实施例中，可向光学组合器210及外部场景透镜225的介接表面中的一者或两者施加抗反射涂层。
在另一实施例中，外部场景透镜225被实施为可根据用户的需要而改变其矫正性处方的可调整透镜。举例来说，外部场景透镜225可实施为流体透镜、折射率匹配流体透镜或一对互补背对背式滑动透镜(例如，类似于由UK based 提供的Alvarez透镜)或其它透镜。举例来说，滑动透镜可包含相对于彼此横向滑动借此实现可调整处方的两个重叠透镜元件。外部场景透镜225可实施为折射或衍射透镜。
图像透镜215及外部场景透镜225可根据用户的需要而应用相同矫正性处方或不同矫正性处方。举例来说，由于图像透镜215与外部场景透镜225之间的几何形状、相对位置及大小差异，这些透镜可各自赋予略微不同的矫正性处方，以实现从用户的角度来看被感知为对于图像光220及外部场景光230两者是一致的有效矫正性处方。这些改变可类似于应用于隐形镜片对眼镜的处方矫正。
图3图解说明根据本发明的实施例包含夹心式衍射光学组合器301的透视显示器300。图3图解说明光学组合器301的横截面图，而图4图解说明光学组合器301的平面图。透视显示器300是显示器200(图2中所图解说明)的一个可能实施方案，且对应地，夹心式衍射光学组合器301是光学组合器210的一个可能实施方案。
透视显示器300的所图解说明实施例包含夹心式衍射光学组合器301、图像源302、图像透镜303、透镜架座304、外部场景透镜306及透镜架座307。光学组合器301的所图解说明实施例包含衬底305、基底夹层310、反射式衍射光栅315、平面化夹层320、向眼侧325及外部场景侧330。反射式衍射光栅315的所图解说明实施例由形成到基底夹层310中的三维(“3D”)衍射元件形状的二维(“2D”)阵列形成，其中部分反射式元件335涂覆到3D衍射元件形状上且保形于所述形状。
光学组合器301称为夹心式光学组合器，因为其将反射式衍射光栅315夹在具有实质上相等(如果不等同)的折射率的两个材料层(即，基底夹层310及平面化夹层320)之间。通过如此操作，光学组合器301同时在反射模式及透射模式两者中操作，其中每一模式具有不同特性。在反射中，图像源302定位于光学组合器301的与用户的眼睛125相同的侧(即，向眼侧325)上。由于反射式衍射光栅315是由部分反射式元件335构成，因此从图像源302输出的图像光220的一部分被往回朝向用户的眼睛125反射。在透射中，通过在部分反射式元件335上面及下面使用相同或类似折射率材料来消除反射式衍射光栅315的衍射效应。由于部分反射式元件335也为部分透射的且夹在实质上均匀折射率材料中，因此通过反射式衍射光栅315的外部场景光230的部分未被衍射，而是实质上无光学失真地传递到眼睛125。通过使光学组合器301同时在反射模式及透射模式两者中操作，其可用于将图像光220覆叠到外部场景光330上以为用户提供一种类型的扩增实境。
图像透镜303定位于显示光220的光学路径中在图像源302与光学组合器301之间，以在显示光220入射于光学组合器301上之前对所述光应用矫正性处方。在所图解说明实施例中，图像透镜303由透镜架座304固持于图像源302的发射孔口上方的适当位置中。透镜架座304可为图像透镜303被插入或滑动到其中的狭槽、夹式附接件、铰接扣或夹、透明胶、摩擦配合或其它方式。
外部场景透镜306定位于外部场景光230的光学路径中在光学组合器301的外部场景侧330上方，以在外部场景光230通过光学组合器301之前对所述光应用矫正性处方。在所图解说明实施例中，图像透镜303由透镜架座307固持于光学组合器301的外部场景侧330上方的适当位置中。透镜架座307可为外部场景透镜306被插入或滑动到其中的狭槽、夹式附接件、铰接扣或夹、透明胶、摩擦配合或其它方式。在替代实施例中，外部场景透镜306并非是可替换的；而是永久性地形成到衬底305的外部场景侧330中。在此替代实施例中，外部场景侧330的曲率不同于光学组合器301的向眼侧325(其可为平坦的)，且所述光学组合器的宏观形状形成外部场景透镜。
在一些实施例中，形成到基底夹层310中的个别3D衍射元件形状的形状、大小、定向及放置可经设计以提供用于放大图像光220的光学倍率。此放大配置在例如头戴式显示器(“HMD”)及一些类型的抬头显示器(“HUD”)(例如瞄准镜)的近眼式配置中可为特别有用的。提供光学倍率的衍射光栅的通用设计为众所周知的。举例来说，由伯纳德·克雷斯(Bernard Kress)及帕特里克·梅吕埃(Patrick Meyrueis)在2009年在约翰·威利父子出版公司(John Wiley and Sons)出版的“应用数字光学器件：从微型光学器件到纳米光子学(Applied Digital Optics:From Micro-optics to Nanophotonics)”中论述了衍射光学器件的设计。特定来说，此书论述如何设计及随后开发衍射结构(显微凹槽)且选择其深度以最大化在特定衍射级中衍射的光量，同时减少在零衍射级及更高衍射级中衍射的光。
在一个实施例中，反射式衍射光栅315为离轴透镜，其能够以入射角A1接收输入光且沿着具有不同于A1的发射角A2的反射路径反射图像光。注意，A1及A2是从光学组合器301的从其发射出经反射图像光220的发射表面的法线测量的。在图3中，发射表面与平面化夹层320的向眼侧325重合。在一个实施例中，入射角A1大于发射角A2或从法线的倾斜度比发射角A2大。此使图像源302能够横向于光学组合器301定位以便不阻挡外部场景光230。在HMD配置中，离轴透镜作用准许图像源302外围定位于用户的太阳穴区域中，借此不遮断用户的前向视觉。离轴透镜作用将发射角A2重新引导为从法线的倾斜度小于入射角A1，借此将经反射图像光以更接近法线的角度引导到用户的眼睛中，而非越过眼睛并照射鼻子使用衍射光学器件的离轴透镜作用还提供到反射式衍射光栅315的特定角带宽。这帮助减少由于背侧反射所致的衍射且改进经反射图像光220相对于外部场景光230的对比度。
在图4中，通过对衍射光栅图案进行啁啾化并使所述图案的中心460相对于用户的视觉中心465偏移来实现离轴透镜作用。在所图解说明实施例中，将图案中心460表示为最大部分反射式元件335的中心。随着图案从中心460向外延伸，部分反射式元件335逐渐变小。在图3及4中，3D衍射元件形状具有抛物线横截面形状(见图3)及旋转对称(圆形或球面透镜)或非旋转对称(非球面透镜)周界形状(见图4)。然而，可使用其它横截面形状及周界形状(例如，椭圆形等)来形成反射式衍射光栅315。图4的所图解说明实施例为16相位等级离轴衍射透镜；然而，可使用其它数目个相位等级，最有效透镜具有无限数目个相位等级(准模拟表面起伏衍射透镜)。
通过用部分反射式元件335覆叠每一3D衍射元件形状来形成反射式衍射光栅315。部分反射式元件335各自保形地涂覆对应3D衍射元件形状，借此形成呈现下伏3D衍射元件形状的形状及定向的反射式结构。
部分反射式元件335可由多种不同材料制成。在一个实施例中，部分反射式元件335由常规非偏振分束器材料层(例如，薄银层、CrO2等)制作。可基于特定应用(例如，主要在室内使用、室外使用、组合使用等)而选择反射率程度。在一个实施例中，部分反射式元件335包括10％反射式100nm CrO2层。
在一个实施例中，部分反射式元件335由多层二向色薄膜结构制作。二向色膜可经形成为在可选择波长下具有可选择反射率。另外，二向色膜可经设计以改进反射式衍射光栅315的角度选择性。二向色膜可设计为对于与图像光220重叠的特定波长或波长带且对于图像光220的入射角具有高反射率，同时对于其它可见光谱波长且对于外部场景光230的法向入射为实质上较透明的。以此方式，可改进光学组合器301的效率，同时还增加经透射外部场景光230的亮度。
在一个实施例中，部分反射式元件335由实质上反射入射光的一个线性偏振同时实质上使正交线性偏振通过的偏振分束器材料制作。在此情况中，图像源302可经设计以发射匹配部分反射式元件335的反射特性的经偏振图像光。由于周围光通常具有随机偏振，因此外部场景光230的大致50％将通过光学组合器301而到达眼睛125。
图像源302可使用多种紧凑图像源技术来制作，例如当今在小型投影仪中使用的各种微型显示器、硅上液晶(“LCOS”)显示器、背光液晶显示器、有机发光二极管(“OLED”)显示器、量子点阵列显示器、发光二极管(“LED”)阵列或其它。CRT管当今仍用于HUD中，但较不可能用于例如透视头戴式显示器(HMD)的较小装置中。光学组合器301可由多种透明光学透射材料制作，包含塑料(例如，丙烯酸酯、热塑性塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、ZEONEX-E48R、玻璃、石英等)。举例来说，在一个实施例中，衬底305、基底夹层310及平面化夹层320由塑料制作。在另一实施例中，衬底305为玻璃，而基底夹层310及平面化夹层320由二氧化硅制作。当然，可使用其它材料组合。
图5是图解说明根据本发明的实施例用于使用光刻制作夹心式衍射光学组合器301的一个实施例的实例性工艺500的流程图。工艺500描述一种用于在玻璃衬底上使用二氧化硅制作光学组合器301的实施例的技术。参考图6A到6F来描述工艺500。工艺框中的一些或全部在工艺500中出现的次序不应视为限制性。而是，受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，可以未图解说明的多种次序或甚至并行地执行工艺框中的一些工艺框。
在工艺框505中，将基底夹层310沉积到由透明材料(例如玻璃、石英、塑料或其它)制作的衬底305上。在此实施例中，基底夹层310为大致1μm厚的二氧化硅层。在工艺框510中，使用灰度级光刻及反应性离子蚀刻将3D衍射形状605的2D阵列形成到基底夹层310中。在工艺框515中，经由溅镀用部分反射式材料层覆叠形状605。在一个实施例中，部分反射式材料层为大致10％反射(可使用其它反射率百分比)。在一个实施例中，所述部分反射式材料层为大致100nm厚的CrO2材料。在工艺框520中，将平面化夹层320沉积到部分反射式材料层上。在一个实施例中，将平面化夹层320沉积为大致1.5μm厚。当然，在此阶段处，平面化夹层320尚未是平面的。在工艺框525中，在平面化夹层320上方涂覆抗蚀剂材料610。最终，在工艺框530中，在平面化期间移除抗蚀剂材料610，此继续进行到导致平面化夹层320的平面顶部的深度。可将此工艺实施为比例反应性离子蚀刻(RIE)工艺(或CAIBE工艺-化学辅助离子束蚀刻)，其中抗蚀剂蚀刻速率与下伏SiO2蚀刻速率为完全类似的。在一个实施例中，使用化学机械抛光来移除抗蚀剂层610且对平面化夹层320进行平面化。在一个实施例中，使用具有以相同速率蚀刻抗蚀剂材料610及平面化夹层320两者的1:1比率的比例反应性离子蚀刻。可使用其它标准或定制平面化技术。
可使用大量生产技术来制作光学组合器301的各种其它实施例。举例来说，可制作主模组合器以用作用于经由注射模制或热/UV压印进行塑料复制的模具。基底夹层310可由经注射模制的热塑性塑料材料制作。可将部分反射式元件335覆叠或涂覆到3D衍射形状的2D阵列上且将平面化夹层320层压在部分反射式材料上方。可代替光刻而使用借助CNC机床进行的金刚石车削以使构成光学组合器的各种弯曲边缘成形。在其它实施例中，可使用到热塑性塑料中的热压模制或使用上面安置有3D衍射形状的2D阵列的负像印刻的辊筒进行的塑料压印来制作基底夹层310。
图7是根据本发明的实施例使用容纳矫正性处方的一对透视显示器701的双目式HMD 700的俯视图。每一透视显示器701可用透视显示器200或300的实施例来实施。透视显示器701安装到包含鼻梁架705、左耳臂710及右耳臂715的框架组合件。虽然图7图解说明双目式实施例，但HMD 700也可实施为单目式HMD。
透视显示器701紧固到可佩戴在用户的头部上的眼镜布置中。左耳臂710及右耳臂715搁置于用户的耳朵上而鼻组合件705搁置于用户的鼻子上。所述框架组合件经成形及定大小以将每一光学组合器及外部场景透镜定位于用户的对应眼睛125的前方。当然，可使用具有其它形状的其它框架组合件(例如，具有耳臂及鼻梁架支撑件的护目镜、单一连续头戴式耳机部件、头带、泳镜型眼镜等)。
HMD 700的所图解说明实施例能够向用户显示扩增实境。每一透视显示器701准许用户经由外部场景光230看到现实世界图像。可由安装到左耳臂及右耳臂710的图像源720产生左及右(双目式实施例)图像光220。外部场景光230由外部场景透镜730处方性地矫正，而显示光220由图像透镜740处方性地矫正。经矫正图像光220被用户观察为叠加在经矫正外部场景光230上的虚拟图像而作为扩增实境。在一些实施例中，外部场景光230可经部分地阻挡或经选择性地阻挡以提供太阳遮阴特性且增加图像光220的对比度。
包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实施例的以上描述并非打算为穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例及实例，但如相关领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
可根据以上详细描述对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。相反，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。
Claims (19)
1.一种用于头戴式显示器的光学设备，其包括：
图像源，其经耦合以发射图像光；
光学组合器，其具有向眼侧及外部场景侧且包含部分反射式衍射光栅，所述部分反射式衍射光栅至少部分地反射穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的所述图像光且至少部分地透射穿过所述光学组合器的所述外部场景侧入射的外部场景光；
图像透镜，其安置于所述图像光的光学路径中在所述图像源与所述光学组合器的所述向眼侧之间，以对从所述图像源发射的所述图像光应用第一矫正性处方；及
外部场景透镜，其安置于所述光学组合器的所述外部场景侧上方，以对通过所述光学组合器的所述外部场景光应用第二矫正性处方，
其中，所述图像源和所述图像透镜被安置在所述光学组合器的向眼侧并且在物理上与所述光学组件器相分离的位置，以使对于从所述图像源发射的所述图像光的第一矫正性处方仅由该图像透镜完成，并且所述光学组合器组合所述图像光与所述场景光以形成根据所述第一及第二矫正性处方矫正且沿着共同观看路径传播的经组合图像，所述共同观看路径从所述向眼侧沿着向眼方向延伸。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其进一步包括：
框架组合件，其用以支撑所述图像源、所述光学组合器、所述图像透镜及所述外部场景透镜以佩戴在用户的头部上，其中所述光学组合器及外部场景透镜定位于所述用户的眼睛的前方且所述图像源及所述图像透镜定位于所述用户的所述眼睛的外围。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其进一步包括用以将所述图像透镜固持于所述图像源的前方的架座，其中所述图像透镜是可替换的，且所述架座容纳具有不同矫正性处方的不同图像透镜。
4.根据权利要求2所述的光学设备，其进一步包括用以将所述外部场景透镜固持于所述光学组合器的前方的架座，其中所述外部场景透镜是可替换的，且所述架座容纳具有不同矫正性处方的不同外部场景透镜。
5.根据权利要求2所述的光学设备，其中所述图像透镜或所述外部场景透镜中的至少一者是应用可调整矫正性处方的可调整透镜。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其中所述可调整透镜包括流体透镜或相对于彼此横向滑动的一对重叠透镜元件。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学组合器进一步包括：
基底夹层，其具有第一折射率且包含面对所述向眼侧的第一侧；
三维“3D”衍射元件形状的二维“2D”阵列，其安置于所述基底夹层的所述第一侧中；
部分反射式元件，其各自涂覆所述3D衍射元件形状中的一者且保形于所述一者，其中所述部分反射式元件共同地形成具有用于穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的所述图像光的放大光学倍率的所述部分反射式衍射光栅；及
平面化夹层，其安置于所述部分反射式元件上方，具有实质上等于所述基底夹层的所述第一折射率的第二折射率，使得穿过所述外部场景侧入射的外部场景光实质上无衍射地通过所述光学组合器，而穿过所述向眼侧入射的所述图像光经由所述部分反射式衍射光栅被反射及放大。
8.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述部分反射式衍射光栅包括离轴衍射透镜，所述离轴衍射透镜接收以第一角度入射于所述向眼侧上的所述图像光并沿着具有第二角度的反射路径反射所述图像光，其中所述第一角度比所述第二角度相对于所述平面化夹层的发射表面的法线更倾斜。
9.根据权利要求7所述的光学设备，其中所述基底夹层包含与所述第一侧相对且面向所述外部场景侧的第二侧，所述光学组合器进一步包括：
光学透射衬底，其物理配合到所述基底夹层的所述第二侧，以为所述基底夹层及所述部分反射式衍射光栅提供机械支撑。
10.根据权利要求9所述的光学设备，其中所述外部场景透镜配合到所述光学透射衬底，且其中所述光学透射衬底与所述外部场景透镜具有匹配的折射率。
11.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述光学组合器的所述外部场景侧具有不同于所述向眼侧的第二曲率的第一曲率，使得所述光学组合器的宏观形状包括所述外部场景透镜。
12.一种光学设备，其包括：
光学组合器，其具有向眼侧及外部场景侧且包含部分反射式衍射光栅，所述部分反射式衍射光栅至少部分地反射穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的图像光且至少部分地透射穿过所述光学组合器的所述外部场景侧入射的外部场景光；
第一架座，其经定位以将图像透镜固持于所述图像光的光学路径中，以在所述图像光到达所述光学组合器的所述向眼侧之前对所述图像光应用第一矫正性处方；及
第二架座，其经定位以将外部场景透镜固持于所述光学组合器的所述外部场景侧上方，以对通过所述光学组合器的所述外部场景光应用第二矫正性处方，
其中，所述图像源和所述图像透镜被安置在所述光学组合器的向眼侧并且在物理上与所述光学组件器相分离的位置，以使对于从所述图像源发射的所述图像光的第一矫正性处方仅由该图像透镜完成，并且所述光学组合器组合所述图像光与所述场景光以形成根据所述第一及第二矫正性处方矫正且沿着共同观看路径传播的经组合图像，所述共同观看路径从所述向眼侧沿着向眼方向延伸。
13.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述图像透镜是可替换的，且所述第一架座容纳具有不同矫正性处方的不同图像透镜。
14.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述外部场景透镜是可替换的，且所述第二架座容纳具有不同矫正性处方的不同外部场景透镜。
15.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述图像透镜或所述外部场景透镜中的至少一者是应用可调整矫正性处方的可调整透镜。
16.根据权利要求15所述的光学设备，其中所述可调整透镜包括流体透镜或相对于彼此横向滑动的一对重叠透镜元件。
17.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述光学组合器进一步包括：
基底夹层，其具有第一折射率且包含面对所述向眼侧的第一侧；
三维“3D”衍射元件形状的二维“2D”阵列，其安置于所述基底夹层的所述第一侧中；
部分反射式元件，其各自涂覆所述3D衍射元件形状中的一者且保形于所述一者，其中所述部分反射式元件共同地形成具有用于穿过所述光学组合器的所述向眼侧入射的所述图像光的放大光学倍率的所述部分反射式衍射光栅；及
平面化夹层，其安置于所述部分反射式元件上方，具有实质上等于所述基底夹层的所述第一折射率的第二折射率，使得穿过所述外部场景侧入射的外部场景光实质上无衍射地通过所述光学组合器，而穿过所述向眼侧入射的所述图像光经由所述部分反射式衍射光栅被反射及放大。
18.根据权利要求17所述的光学设备，其中所述部分反射式衍射光栅包括离轴衍射透镜，所述离轴衍射透镜接收以第一角度入射于所述向眼侧上的所述图像光并沿着具有第二角度的反射路径反射所述图像光，其中所述第一角度比所述第二角度相对于所述平面化夹层的发射表面的法线更倾斜。
19.根据权利要求18所述的光学设备，其中所述光学组合器的所述外部场景侧具有不同于所述向眼侧的第二曲率的第一曲率，使得所述光学组合器的宏观形状包括所述外部场景透镜。
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