TW202215108A - 光學系統 - Google Patents

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TW202215108A TW110131127A TW110131127A TW202215108A TW 202215108 A TW202215108 A TW 202215108A TW 110131127 A TW110131127 A TW 110131127A TW 110131127 A TW110131127 A TW 110131127A TW 202215108 A TW202215108 A TW 202215108A
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尤奇 丹齊格
希蒙 格拉巴尼克
羅寧 切里基
埃坦 羅寧
埃拉德 沙爾林
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以色列商魯姆斯有限公司
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Abstract

一種光學系統採用波導，該波導包括：第一組部分反射表面(“小平面”)，其用於將從耦入區域朝向第二區域傳播的圖像照射逐漸地重定向；以及在第二區域中的第二組小平面，其用於朝向觀察者的眼睛逐漸地耦出經重定向的圖像照射。第一組小平面至少包括：靠近耦入區域的第一小平面、遠離耦入區域的第三小平面、以及位於第一小平面與第三小平面之間的中間平面上的第二小平面。第二小平面位於中間平面的子區域中，使得從耦入區域傳播到第三小平面的圖像照射穿過中間平面而不穿過第二小平面。

Description

光學系統
本發明涉及光學系統，並且特別地涉及用於對來自圖像投影儀的圖像進行二維擴展以顯示給使用者的光學系統。
在圖1A中示出了近眼顯示光學引擎，其包括圖像投影儀200，該圖像投影儀通過透射小平面部(耦合稜鏡)202T以及通過豎直孔徑203V將具有角度場的圖像光投射到波導204中。光在波導中傳播，通過全內反射被反射。嵌入波導中的部分反射器206將圖像從波導朝向具有眼球中心208的觀察者反射出去(虛線箭頭)。
圖1B示出了通過使用在其背側具有鏡的反射耦合稜鏡202R耦合到波導中的替選方式。
圖1C示意性地示出了2D孔徑擴展波導的正視圖。此處，圖像投影儀200通過耦合稜鏡202使圖像穿過橫向孔徑203L(203V也存在，但從該取向不可見)射入到波導204中。當圖像光線220A被波導面之間的全內反射(total-internal-reflection,TIR)反射時，圖像光線在波導中橫向傳播。此處使用兩組小平面：組206L通過將所引導的圖像逐漸地反射到不同的引導方向220B來橫向地擴展孔徑，而小平面組206V通過將圖像從波導上的區域210逐漸地耦出到觀察者的眼睛上來豎直地擴展孔徑。
本發明是一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者觀看的光學系統。
根據本發明的實施方式的教導，提供了一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，該光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件(light-guide optical element，LOE)， 該LOE包括：(a)第一區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；(b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，第二取向不平行於第一取向；(c)一組相互平行的主外表面，主外表面跨第一區域和第二區域延伸，使得第一組部分反射表面和第二組部分反射表面二者位於主外表面之間，其中，第二組部分反射表面與主外表面成斜角，使得通過主外表面處的內反射在LOE內從第一區域傳播到第二區域中的圖像照射的一部分從LOE朝向眼動箱耦出，並且其中，第一組部分反射表面被定向成使得來自耦入區域的、通過主外表面處的內反射在LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向第二區域偏轉，其中，第一組部分反射表面包括：第一部分反射表面，其靠近耦入區域，以貢獻於使用者在眼動箱處觀看到的視場的第一部分；第三部分反射表面，其在耦入區域遠側，以貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的視場的第三部分；以及第二部分反射表面，其位於第一部分反射表面與第三部分反射表面之間的中間平面中，以貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的視場的第二部分，其中，第二部分反射表面被部署在中間平面的子區域中，使得從耦入區域傳播到第三部分反射表面、並且貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的視場的第三部分的圖像照射穿過中間平面，而不穿過第二部分反射表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入區域包括耦入稜鏡，該耦入稜鏡具有作為第一區域中的主外表面之一的延續的第一平面表面，耦入稜鏡具有垂直於主外表面測量的、大於LOE的厚度的厚度尺寸。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入稜鏡呈現耦入表面和耦入稜鏡之間的過渡線作為LOE，耦入表面在平行於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑，並且過渡線在垂直於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面還包括位於耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，該光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，該LOE包括：(a)第一 區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；(b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，第二取向不平行於第一取向；(c)一組相互平行的主外表面，主外表面跨第一區域和第二區域延伸，使得第一組部分反射表面和第二組部分反射表面二者位於主外表面之間，其中，第二組部分反射表面與主外表面成斜角，使得通過主外表面處的內反射在LOE內從第一區域傳播到第二區域中的圖像照射的一部分從LOE朝向眼動箱耦出，並且其中，第一組部分反射表面被定向成使得來自耦入區域的、通過主外表面處的內反射在LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向第二區域偏轉，其中，耦入區域包括耦入稜鏡，該耦入稜鏡具有作為第一區域中的主外表面之一的延續的第一平面表面，耦入稜鏡具有垂直於主外表面測量的、大於LOE的厚度的厚度尺寸，並且其中，耦入稜鏡呈現耦入表面和耦入稜鏡之間的過渡線作為LOE，耦入表面在平行於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑，並且過渡線在垂直於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑。
根據本發明的實施方式的另一特徵，第一組部分反射表面還包括位於耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，該光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件(LOE)，該LOE包括：(a)第一區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；(b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，第二取向不平行於第一取向；(c)一組相互平行的主外表面，主外表面跨第一區域和第二區域延伸，使得第一組部分反射表面和第二組部分反射表面二者位於主外表面之間，其中，第二組部分反射表面與主外表面成斜角，使得通過主外表面處的內反射在LOE內從第一區域傳播到第二區域中的圖像照射的一部分從LOE朝向眼動箱耦出，並且其中，第一組部分反射表面被定向成使得來自耦入區域的、通過主外表面處的內反射在LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向第二區域偏轉，其中，耦入區域包括耦入稜鏡，該耦入稜鏡具有作為第一區域中的主外表面之一的延續的第一平面表面，耦入稜鏡具有垂直於 主外表面測量的、大於LOE的厚度的厚度尺寸，並且其中，第一組部分反射表面還包括位於耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入稜鏡呈現耦入表面和耦入稜鏡之間的過渡線作為LOE，耦入表面在平行於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑，並且過渡線在垂直於主外表面的維度上限定耦入稜鏡的光學孔徑。
根據本發明的實施方式的另一特徵，耦入稜鏡在LOE的邊緣表面處接合至LOE。替選地，耦入稜鏡可以接合至LOE的主外表面之一。
12:光導光學元件(LOE)
15:耦入區域
16:第一區域
17:第一組部分反射表面
17A:第一部分反射表面
17B:第二部分反射表面
17C:第三部分反射表面
18:第二區域
19:第二組部分反射表面
200:圖像投影儀
202:耦合稜鏡
202L:耦合稜鏡
202M:耦合稜鏡
202P:耦合稜鏡
202Q:耦合稜鏡
202R:耦合稜鏡
202T:小平面部
202T2:小平面部
202Y:稜鏡
203L:孔徑
203L2:孔徑
203V:孔徑
204、370:波導
206:反射器
206A、206B、206V、224、226、336、338、390:小平面
206L:第一組部分反射表面
208:眼球中心
210:區域
22:中間平面
220A:圖像光線
220A1、220A2、220B1、220B2、220C:圖像
220B:引導方向
221:角度
228:圓
23:箭頭
24:主外表面
240:耦入區域
244A、244B、244C:曲線
250、252、260、262:光束
26:眼動箱
264:稜鏡面
270:雷射器
272:掃描鏡
274:漫射器
276、292:偏振分束器(PBS)
278:準直反射鏡
279:下部面
28:耦出區域
280:折射透鏡
282:稜鏡部
283:稜鏡
284:鏡
286:介面
290:稜鏡
294:反射準直透鏡
296:折射透鏡
298:平坦反射器
300:區域指定
300F:正面
300S:板
302:稜鏡
302F:圖案
302S:圖案
304A:板
304B:板
304C:板
306:垂直入口
308:光學器件
310:鏡/鏡面
312:下波導平面
334A1、334A2、334B1、334B2:圖像
340:陰影區域
342:區域
372:耦入區域
374:部分反射器
376:光學器件
378:耦合稜鏡
394、396:掩模
398:透明塗層
SD:區域
SL:區域
SV:區域
在本文中參照圖式僅通過示例的方式來描述本發明，在圖式中：
上述圖1A和1B是示出了用於將圖像照射耦入到波導中的兩個幾何結構的常規的基於波導的近眼顯示器的示意性側視圖；
上述圖1C是示出了使用第一組部分反射內表面和第二組部分反射內表面以在二維上擴展圖像投影儀的光學孔徑的常規的基於波導的近眼顯示器的正視圖；
圖1D是與圖1C的波導類似並且與公開WO 2020/049542 A1的圖5A對應的波導的示意性等距視圖；
圖2A至圖2C分別是根據本發明的教導的通過光學系統的圖像傳播的角度表示的等距視圖、俯視圖和側視圖；
圖3A是根據本發明的方面的教導構造和操作的、示出圖像照射從耦入區域傳播到第一組部分反射表面(小平面)以及從第一組小平面傳播到第二組小平面的光導光學元件(LOE或波導)的示意性正視圖；
圖3B是類似於圖3A的示出了為單個視點提供視場(field of view，FOV)所需的小平面位置的理論軌跡的視圖；
圖3C是類似於圖3B的示出了用於在允許觀看位置的“眼動箱”(eye-motion box，EMB)上提供FOV的小平面位置的對應的成組軌跡的視圖；
圖3D是類似於圖3A的示出了為了跨越圖3C所示的軌跡所需的小平面位 置和尺寸的視圖；
圖3E是類似於圖3C的其中根據由使用呈傾斜角度的第一組小平面產生的幾何要求進一步增加軌跡的視圖；
圖3F是圖3D的其中小平面包含區域由對應的多邊形劃界且第一組小平面由凹多邊形劃界的LOE的示意性表示；
圖3G是類似於圖3F的其中包含第一組小平面的凹多邊形被細分為多個非凹形塊或片的視圖；
圖3H是示出如何組裝這些塊以產生用於隨後切片以形成多個LOE的圖3G的結構的示意性等距視圖；
圖4A是類似於圖3A的示出了用於生成具有如圖4B所示的角度尺寸的矩形視場的實現方式的示例性尺寸的視圖；
圖4C是類似於圖3A的示出了用於生成具有如圖4D所示的角度尺寸的梯形視場的實現方式的示例性尺寸的視圖；
圖5A是類似於圖4A的示出了圖像投影儀和用於將圖像照射引入LOE的耦入稜鏡的視圖；
圖5B是圖5A的耦入稜鏡的示意性等距視圖；
圖5C是圖5A的示出了本發明的示例性實施方式所需的尺寸的耦入稜鏡的側視圖；
圖5D示出了本發明的採用附接至LOE的主外表面的耦入稜鏡的變型實現方式；
圖6A是類似於圖5A的示出了與耦入稜鏡集成的集成雷射掃描圖像投影儀的使用的示意性正視圖；
圖6B是與圖6A的耦入稜鏡集成的集成雷射掃描圖像投影儀的示意性側視圖；
圖7A是採用傾斜反射器耦合佈置和耦入稜鏡並且採用外部準直光學器件的耦入佈置的示意性側視圖；
圖7B是類似於圖7A的其中組合了傾斜反射器耦合佈置和耦入稜鏡並且尺寸減小的視圖；
圖7C是與圖7A類似的採用偏振分束器並且將反射準直光學器件集成到 反射耦入佈置中的視圖；
圖7D是類似於圖7C但使用外部準直光學器件的視圖；
圖8A是類似於圖5A但其中耦入稜鏡與波導的一部分集成的視圖；
圖8B是圖8A的耦入稜鏡的示意性等距視圖；
圖9A是圖8A的耦入稜鏡的被實現為在LOE的邊緣表面處接合至LOE的耦入稜鏡的示意性側視圖；
圖9B和圖9C是圖9A的示出了在稜鏡內分別包括全部的部分反射小平面或部分的部分反射小平面的耦入稜鏡的示意性等距視圖；
圖9D是圖8A的耦入稜鏡被實現為接合至LOE的主外表面之一的耦入稜鏡的示意性側視圖；
圖9E和圖9F是圖9D的示出了在稜鏡內分別包括全部的部分反射小平面或部分的部分反射小平面的耦入稜鏡的示意性等距視圖；
圖10A是類似於圖2C的示出了經投影的圖像的視場內的兩個特定點的角度表示的側視圖；
圖10B是類似於圖4A的示出了與圖10A的兩個點對應的圖像光傳播路徑的局部視圖；
圖10C和圖10D是分別指示這兩個場點的射入角、以及場點應當遇到的第一反射小平面的對應的期望位置的耦入稜鏡的側視圖；
圖11A至圖11C是分別類似於圖7A、圖7C和圖7D的示出了在耦合稜鏡內具有部分反射小平面的這些幾何結構的實現方式的視圖；
圖11D是類似於圖6B的示出了在耦合稜鏡內具有部分反射小平面的這種幾何結構的實現方式的視圖；
圖12A是用於根據本發明的生產方法進行組裝的具有均根據圖3D的LOE的不同平面所需的圖案選擇性地部署的部分反射塗層的一系列板的示意性等距視圖；
圖12B是通過將圖12A的一系列板接合在一起而形成的板的堆疊的示意性等距視圖；
圖12C是通過沿所指示的虛線對圖12B的堆疊進行切片而形成的塊的示意性等距視圖；
圖12D是通過沿所指示的虛線對圖12C的塊進行切片而形成的LOE(的一部分)的示意性等距視圖；
圖13是採用氣隙和鏡面的耦入構造的示意性側視圖；
圖14A和圖14B是分別類似於圖2A和圖2C的示出了在呈傾斜定向的第一組部分反射表面的情況下通過光學系統的圖像傳播的視圖；
圖14C是類似於圖3F的用於針對圖14A和圖14B中描述的圖像傳播而優化的LOE的實現方式的視圖；
圖15是採用分束器以用射入圖像及其共軛填充波導的側耦入構造的示意性側視圖；
圖16A是根據本發明的採用呈高傾斜的第二組部分反射表面的變型實現方式的通過LOE的第二區域的圖像傳播的角度表示的側視圖；
圖16B是根據圖16A的光學幾何結構實現的LOE的第二區域的示意性側視圖；
圖16C是示意性地指示用於圖16B的實現方式的小平面的反射率的優選角度依賴性的曲線圖；
圖17A是與圖12A的板類似的具有選擇性部署的部分反射塗層的板的示意性等距視圖；
圖17B是示出利用陡峭邊緣實現的塗覆區域的放大的示意性側視圖；
圖17C是使用凸起的掩模來生成具有逐漸變化的厚度的邊緣區域的塗層的示意性圖示；
圖17D是使用圖17C的原理來沉積具有逐漸變化厚度的邊緣區域的多層塗層的示意性圖示；
圖17E是使用第二凸起掩模在未被第一工藝塗覆的區域中生成互補透明塗層的示意性圖示；以及
圖17F是示出由參照圖17D和圖17E描述的塗覆工藝的順序產生的部分反射區域的示意性側視圖。
本發明是一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者觀看的光學系統。
通過介紹，在圖1C所示類型的近眼顯示器的上下文中，已經發現，通過以“淺角度”將圖像照射射入波導中，可以提供特別有利的幾何特性，並且特別是使給定角視場所需的尺寸最小化。從而意味著所有圖像照射僅入射在第一組小平面和第二組小平面二者的一側上。一般地，在淺角度實現方式中，每個圖像的至少一部分位於距離波導的外表面的平面約15度內，並且更優選地位於約10度內。這產生從圖像投影儀到觀察者的眼睛的縮短的光路徑，並且因此還使得對於給定角視場能夠減小光學部件的尺寸。本發明涉及利於這樣的顯示器的淺角度實現方式的多個方面，這提出了特定的設計挑戰，特別是關於耦入構造的設計挑戰。然而，應當注意，本文中所描述的本發明的各個方面不限於淺角度實現方式，並且還可以適用於其他實現方式。
圖2A至圖2C示出了圖像在根據本發明的波導中傳播時的圖像的角度極性表示。圖2A示出等距視圖，圖2C示出側視圖，以及圖2B示出與從波導前方的視圖對應的俯視圖(相對於圖2A)。
波導具有全內反射(total-internal-reflection，TIR)邊界圓228，指示這些圓內的圖像不受TIR影響，並且將被耦出以離開波導。
將圖像220A1耦入到波導中並且通過來回TIR傳播到220A2。這些圖像沿著非常淺的軌跡沿著波導傳播，其中圖像的最淺部分僅與波導平面成7度(在圖2C中示出為角度221)。在該實現方式中，小平面224(等同於圖1C的206L)垂直於波導，並且因此將圖像220A1和220A2分別直接反射到220B1和220B2上。當圖像220B1和220B2沿波導傳播時，它們通過TIR耦合。在LOE的第二部分中，小平面226(等同於圖1C中的206V)將圖像220B2從波導耦出到朝向觀察者的圖像220C上。
作為一個非限制性示例，本文所示的圖示主要涉及射入折射率為1.6的波導中的具有4：3的縱橫比和70度的對角線場的圖像。此處示出的設計在遠離波導35mm的眼球中心處生成完整圖像(包括出瞳距離、眼球半徑和邊緣)。本領域的普通技術人員基於本文的描述可以容易地實現針對不同視場和縱橫比的這些實現方式的調整。
本發明的一個方面涉及對波導的負責第一維光學孔徑擴展的第一部分中的部分反射表面(或“小平面”)的部署進行優化。在公開為WO 2020/049542 A1(“’542公開”)的較早專利申請中，已經提出將小平面選擇性地佈置在包圍小平面的包絡內，這些小平面是將圖像照射遞送至要從其觀看圖像的眼動箱所需的。
在該公開的圖5A中示出了小平面的最終部署的示例，其在此再現為圖1D。在該實現方式中，一種用於將在耦入區域15處射入的圖像照射引導至眼動箱26以供使用者的眼睛觀看的光學系統採用由透明材料形成的光導光學元件(LOE)12，該光導光學元件具有：第一區域16，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面17，以及第二區域18，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面19，第二取向不平行於第一取向。一組相互平行的主外表面24跨第一區域和第二區域延伸，使得第一組部分反射表面和第二組部分反射表面二者位於主外表面之間。第二組部分反射表面19與主外表面24成斜角，使得通過主外表面處的內反射在LOE內從第一區域傳播到第二區域的圖像照射的一部分從耦出區域28朝向眼動箱26耦出LOE。第一組部分反射表面17被定向成使得來自耦入區域的、通過主外表面處的內反射在LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向第二區域偏轉。
根據’542公開的教導，將LOE的第一區域16的在有用小平面的包絡之外的某些部分實現為光學連續體(即，沒有部分反射內表面)，從而減少不想要的重影反射。然而，在凸多邊形包絡內，將小平面實現為填充凸多邊形的整個寬度，如圖中所示。因此，從位於耦入區域遠側的一側上的小平面反射的視場的一部分在到達將視場的該一部分遞送到眼動箱的小平面之前穿過長的一系列部分反射小平面。
根據本發明的一個方面，將給定視場遞送到眼動箱所需的小平面的區域被進一步細化以生成限定所需的小平面位置的凹多邊形，從而去除中間小平面的一部分，該部分否則將不必要地使被引導以提供由距耦入區域最遠的小平面反射的場的部分的圖像照射衰減。
因此，如圖3D中所示，第一組部分反射表面(此處標記為206L)包括：第一部分反射表面17A，其靠近耦入區域240，以貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的視場(FOV)的第一部分；第三部分反射表面17C，其在耦入區域 遠側，以貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的FOV的第三部分；以及第二部分反射表面17B，其位於第一部分反射表面與第三部分反射表面之間的中間平面22中，以貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的FOV的第二部分。在圖3D所示的示例中，第一部分反射表面(小平面)17A貢獻於FOV的右側，第三部分反射表面(小平面)17C貢獻於FOV的左側，並且第二部分反射表面(小平面)17B貢獻於FOV的中央區域。本發明的該方面的特定特徵在於，將第二部分反射表面17B部署在中間平面22的子區域中，使得從耦入區域傳播到第三部分反射表面(箭頭23)並且貢獻於用戶在眼動箱處觀看到的視場的第三部分的圖像照射穿過中間平面22而不穿過第二部分反射表面17B。
在該上下文中，應當注意，術語“靠近”、“遠離”和“中間”在本文中用於表示對於感興趣的點或區域(在這種情況下為耦入區域240)而言的相對位置，並且是指相對更接近(靠近)耦入區域或距耦入區域相對較遠(遠離)的小平面，或者小平面“朝向中間”(中部)，而不必根據任何具體的幾何限定表示最近的、最遠的或中央的小平面。
現在將提供概念性的說明，以利於更好地理解幾何光學考慮，該幾何光學考慮使得對於本發明的該方面的給定實現方式的優選的設計參數。應當注意，僅出於資訊目的給出了該說明，但是所要求保護的本發明的效用不依賴於該說明的任何方面的準確性，並且所要求保護的本發明的有效且有利的實現方式可以替選地通過經驗方法來實現。
圖3A示出了具有與以上提及的示例性FOV對應的參數的經投影圖像的少數選定光束的正視圖。實線表示橫向射入波導的圖像的光束，並且虛線表示當光束豎直傳播時橫向孔徑擴展和反射之後的光束。在整個文檔中應當注意的是，在不發生結構上的固有改變的情況下，可以將描述橫向擴展之後是豎直擴展的任何示例改變為豎直擴展之後是橫向擴展。這可以簡單地通過將上述圖式旋轉90度來例示。
所有光束從耦入區域240中的入射光瞳發射。光束在波導內傳播直到被一組平行嵌入的反射器206L(小平面)反射。假定該圖中的小平面垂直於波導的外表面。因此，每條線(實線後跟虛線)表示投影到觀察者眼睛裡的圖像場的不同橫向截面。每個截面的豎直場由以通過TIR(這樣的內反 射在圖1A的側視圖中示出)反射的不同角度傾斜傳播(進入頁面)的多個交疊光束(如從前方觀察)照射。
出於簡化幾何分析的目的，首先假設只需要用整個橫向場照射眼球中心208。這在理論上可以通過使無限小的橫向小平面206L沿著圖3B中的表示為244A的軌跡彼此無限靠近地放置來實現。然而，適應眼球中心的橫向位移的要求(例如由於用戶之間的瞳孔間距離的變化)決定曲線244A的位移。圖3C示意性地示出了眼球中心208的三個橫向位置為244A、244B和244C的曲線。為了覆蓋眼動箱的所需寬度，需要對小平面進行加寬。
其他要求包括：
˙小平面之間存在有限的最小距離(即，小平面不能無限靠近)
˙孔徑尺寸不能太小；
˙小平面必須朝向豎直擴展小平面206V投射連續的反射。
圖3D示出了適合於上述條件的有限尺寸的小平面206L。小平面的長度可以根據小平面間距和諸如折射率、經投影的場的大小以及圖像耦入區域(射入)240的位置的其他光學參數而變化。
在橫向擴展小平面206L與LOE的主外表面成斜角的情況下，將圖像射入相對於波導的軸旋轉的波導中，並且來自小平面206L的反射使圖像旋轉到所需取向。因此，用於投影到眼球中心208上的曲線將看起來像圖3C，並且當另外考慮橫向眼動箱所需的擴展時，曲線看起來像圖3E，圖3E示出了曲線244A、244B和244C的進一步倍增。因此，這需要比用於第一擴展的具有正交小平面的對應的實現方式稍微更寬的小平面。
參照圖3F可以更好地理解本發明的該方面的某些優點。在SL處描述了橫向擴展小平面的區域，而該區域上方的“凹陷”的區域為SD並且豎直擴展小平面的區域為SV。由於區域SL的凹多邊形形式，從耦入區域(入口)240橫向傳播的光在區域SL中被向下反射之前主要在透明區域SD中傳播。在透明區域中的傳播減少了通過反射到不期望的方向的圖像照射的損失，從而提高了波導效率。此外，不存在來自區域SD的由小平面對景物的不期望的反射，從而基本上減少了來自波導的閃爍和重像。
圖3G和3H中示出了用於產生具有“凹陷”區域SD的區域(橫 向擴展截面)SL的一個可能的方法。包括區域SD和區域SL的部分被細分為如圖3G中區域指定300中的粗輪廓所指示的塊。圖3H示出了如何將這種結構從具有適當面角的透明稜鏡302與具有適當小平面角的三個板(示出為沿著板的線)組裝在一起，這三個板一起抵靠稜鏡302的相應表面安置並且彼此抵靠以形成所示的組裝結構。該結構與附加的透明稜鏡和LOE的豎直擴展部分組合以生成整體結構。
可選地，可以對組合的稜鏡和板切片，或者可以首先附接至要被一起切片的另一堆疊以生成具有其所有部分的波導。
如上所述的波導的尺寸在圖4A中示出，得到如圖4B所示的圖像場角度大小。注意，最橫向擴展的光束250僅照射圖像的下角，從而需要大的波導面積，同時僅對圖像的一小部分有貢獻。在某些應用中，提供非矩形FOV，並且特別是提供如圖4D所示的梯形圖像場是可接受的，或者甚至是有利的。在這種情況下，示出了具有與圖4B相同的總面積的圖像(為了比較，在圖4D中用虛線示出)，但是分佈為梯形，其中頂部的場比底部的場寬。生成該FOV的LOE在圖4C中以相應的尺寸示出。在這種情況下，橫向邊緣光束252豎直地照射所有場(以相應的不同角度進入紙張頁)，因此使得更有效地使用LOE尺寸。因此，圖4C的波導的尺寸基本上小於圖4A的波導的尺寸，如相同總FOV面積的示例性尺寸所示。隨後的描述在圖4A的構造的非限制性示例性上下文中示出本發明的其他方面，但應當理解，可以使用相同原理來實現諸如圖4C的構造的構造。
將淺圖像射入波導需要相對大的耦合稜鏡202。圖5A按比例示出了具有橫向孔徑(入射光瞳)203L和耦合稜鏡202M的波導。示意性地示出了圖像投影儀200。圖5B是具有豎直孔徑203V和橫向孔徑203L的耦合稜鏡202M的等距視圖，豎直孔徑203V和橫向孔徑203L二者位於同一平面以限定矩形孔徑。圖5C示出了耦合稜鏡202M的側視圖，對於1.7mm厚度波導，其需要14mm長的耦合稜鏡，該耦合稜鏡被設計成將來自所有場角的光耦合到波導中。光束262的一部分在通過孔徑(光瞳)203V進入波導204之前從稜鏡的底部反射。波導上方的耦合稜鏡202M的高度為6.4mm，這在許多應用中是可接受的。然而，通過耦合稜鏡202M射入圖像所需的圖像投影儀 200的尺寸也佔用空間和體積，並且在許多應用中將是不可接受的。
耦合稜鏡202M(以及本文描述的其他稜鏡)優選地具有平行於波導面以用於一致反射的下部面，而上部面和側部面不需要特定的光學特性，因此它們的形狀可以不同於這些圖中所示的形狀。
圖5D示出了其中耦合稜鏡202L位於波導上方並且入射光瞳是稜鏡面264的替選結構。在這種情況下，稜鏡和所需的投影儀大於圖5A至圖5C中的稜鏡和投影儀，使得這種構造不是最優的。
圖6A和圖6B示出了用於減小耦合佈置和圖像投影儀的整體尺寸的一種選擇，其示出了圖像投影儀與耦合稜鏡的集成。此處通過非限制性示例的方式示出了掃描雷射圖像投影儀，但是可以使用基於另一類型的圖像生成器的圖像投影儀來實現相同的原理，例如採用矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)空間光調製器或者微型發光二極體(Light Emitting Diode,LED)圖像生成器。
圖6A示出了附接至波導204的耦合稜鏡202P。圖6B示出了集成(嵌入)的圖像投影儀的側視圖。雷射器270將偏振光束引導至掃描鏡272上，掃描鏡272掃描跨微透鏡陣列(micro-lens array，MLA)或漫射器274的中間圖像平面。經掃描的光穿過漫射器並且從偏振分束器276反射到準直反射鏡278(與四分之一波片組合)上。經反射的光穿過偏振分束器(Polarization Beam Splitter,PBS)276進入耦合稜鏡202P。因此，該耦合稜鏡也用作PBS 276的一部分。光的一部分直接進入波導，部分在進入波導之前被下部面279反射，從而利用圖像及其共軛填充波導的孔徑。
附帶地，無論在本文中將PBS佈置示出為依次反射然後透射光，或者相反的情況，應當理解適當地放置半波片(用於單次透射)或四分之一波片(用於兩次透射)以實現所述功能所需的偏振旋轉。偏振旋轉元件將不在每種情況下提及。
圖7A至圖7D示出了用於將圖像投影儀與耦合稜鏡進行組合的替選結構。圖7A示出了來自圖像生成器(未示出，但如前所述，可以是掃描雷射器、LCOS或其他)的光被折射透鏡280準直(圖中光束來自不同場點，因此不平行)、進入稜鏡部282並且由鏡284反射進入耦合稜鏡(稜鏡部)202Q 並且進入波導204。在該構造中，可以將稜鏡部282和耦合稜鏡202Q組合成單個稜鏡，如圖7B所示。此外，在這種情況下不需要對光進行偏振。
圖7B的結構採用與圖7A等同的反射器結構，但具有較小的稜鏡。此處，對於類似的輸出參數，類似於圖5C中的耦合稜鏡202M，稜鏡長度約為14mm。然而，高度將僅為3.2mm，為耦合稜鏡202M的一半。如本文中描述的所有稜鏡中，稜鏡283的上部(非反射)面優選是吸收性的。此處根據上光束260(在圖5C中限定)繪製，但是由於上表面不是光學上重要的，所以其可以更高和/或具有其他形狀。
該稜鏡還可以設置有耦合構造，該耦合構造包括在其下部面處的等同於下面參照圖7C和圖7D描述的元件286或228的低折射率部分。該介面可以用於附接至PBS作為圖像投影儀。
圖7C示出了與穿過介面286進入稜鏡(PBS部)290並且由PBS 292反射到反射準直透鏡294上的圖像(來自MLA、掃描雷射器、LCOS或其他圖像生成器)對應的發散偏振光的射入。經反射的準直光穿過PBS 292進入耦合稜鏡202Q並且進入波導204。在這種結構中，光中的一些被稜鏡290和耦合稜鏡202Q的下部反射，因此這些表面需要具有良好的圖像品質並且是連續的。介面286可以是空氣，也可以是低折射率介質(相對於稜鏡290)，使得對於從反射準直透鏡294反射的光將發生TIR。
圖7D示出了類似於圖7C的、但是具有對光準直的外部光學器件(例如，折射透鏡296)和平坦反射器298的佈置。
現在轉向圖8A和圖8B，這些圖示出根據本發明的另一方面的替選構造，其中，耦合稜鏡與波導的一部分集成，而不是作為圖5A所示的延伸。圖8A示出了波導204頂部上的耦合稜鏡202Y(虛線區域)。因此，圖像投影儀(生成器)200定位成更靠近波導並且具有更小的尺寸。在波導中傳播的所有光線繼續從耦入區域(點)240出現，因此橫向孔徑203L2位於與先前實施方式相同的位置處。然而，此處豎直孔徑203V位於稜鏡的端部，其中稜鏡的加厚部分與限定LOE的主要部分的主外表面相遇。圖8B以等距視圖示出了耦合稜鏡的形狀。兩個孔徑203L2和203V2具有與先前描述的相同的寬度，但是由於位置的分離，稜鏡在孔徑203L2處豎直地伸長。
從圖8A中明顯的是，小平面中的一些(此處表示為206A和206B)位於稜鏡內。圖9A至圖9F示出了稜鏡202Y中這些小平面的多種可能的實現方式。為了清楚地呈現，此處省略了位於LOE的主要部分內的小平面。
圖9A示出了附接至波導的邊緣的稜鏡202Y，並且圖9B以等距方式示出了稜鏡中的小平面的放置。然而，由於不需要小平面在稜鏡的整個寬度上反射光(如圖8A中可以看出，圖8A示出小平面206A和206B的所需寬度是有限的)，圖9C示出僅為稜鏡內的相應平面的一部分的反射部分(陰影區域)。
圖9D示出了其中通過在波導204(未示出204中的小平面)的頂部上附接使之成為相應形狀的塊來形成稜鏡202Y的替選構造。在圖9E中，示出了小平面在LOE厚度上方的202Y的整個截面上的相同結構，而在圖9F中，僅將反射區域實現為與僅最佳所需區域對應的陰影區域。
在某些情況下，可以將前面提及的集成圖像投影儀(圖6A至圖7D)與圖8A至圖9F的與LOE集成的耦合稜鏡組合在一起。參照圖10A至圖10D示出了這樣的實現方式中的某些幾何考慮。
圖10A示出了等同於圖2C、但是具有與小平面206A(圓形)和206B(方形)相關聯的兩個場點的標記的角度分佈的側視圖。在圖10B中示出了相同的場點。
圖10C示出其中陰影區域表示與206A相關聯的小平面的優選位置的波導-交疊耦合稜鏡的側視圖，並且圖10D示出針對206B的小平面的優選位置。此處示出PBS 292以供參考。明顯的是，交疊耦合稜鏡中的小平面的優選位置應該在PBS平面上方。在PBS平面之前實現小平面將導致所傳輸的圖像的失真。
圖11A至圖11D是示出結合投影儀光學器件的耦合稜鏡的小平面的實現方式的側視圖。圖11A、圖11B和圖11C示出了將小平面部202T(標記為陰影區域)集成到另外分別類似於圖7A、圖7C和圖7D的構造的構造中。3D表示仍然如參照圖10A至圖10D所描述的那樣。
圖11D與圖6B相似，並且示出了在PBS取向相反的情況下， 最好僅在PBS平面之後部分地實現小平面部202T2。因此，耦合稜鏡將稍微進一步延伸到橫向孔徑203L2之外(在圖8A至圖8B中示出)。
附帶地，如圖11D所示的小平面部202T2的部署也將適合於採用圖4C和圖4D的波導結構的構造。
現在轉向圖12A至圖12D，作為以上參照圖3G至圖3H示出的生產過程的替選方案，可以基於對選擇性塗覆的板進行堆疊和切片來生產圖3D或圖3F的小平面圖案。在這種情況下，如圖12A所示以預定圖案塗覆板，圖12A示出了從以預定圖案302F塗覆的正面300F示出的一組板。這些圖案具有根據112中所示的所需塗覆小平面的寬度和位置。這些圖案優選地通過在塗覆時掩蔽波導的未塗覆部分來產生。還可以通過塗覆非反射塗層來僅塗覆304F中的板的面的其他部分，以保持平坦表面或者將通過304的透射光的相位保持為與通過稜鏡302的透射光的相位等同。
圖12B示出了通過將部分塗覆的板接合在一起而形成的堆疊，其中虛線示出了堆疊上的切片平面。圖12C示出具有板300S和反射圖案302S的側視圖的一個切片。如圖12C中的虛線所示完成另一切片，以生成圖12D的最終上部，最終上部對應於圖3D的LOE的上部部分。
應當注意，可以改變切片的順序。還應當理解，圖12A至圖12D的圖示是高度示意性的，並且通常使用更多數目的板。
減小耦合稜鏡202M的折射率也可以用於減小稜鏡尺寸並且從而使系統更緊湊。圖13示出了其中耦合稜鏡202M由與下波導平面312在同一平面中的鏡310和氣隙代替的這種構思的極端情況。將來自投影光學器件308的光引導至波導204的垂直入口306和鏡面310上。由於氣隙的折射率較低，光束的角度改變並且因此鏡的長度比耦合稜鏡202M的長度短。下光束262的角度現在是11.5度而不是之前的7度。因此，鏡長度現在是8.5mm而不是圖5C中的14mm。當光束進入波導時，光束的角度分佈如圖5C所示。鏡可以與波導交疊以用於機械附接。
可以使用低折射率玻璃稜鏡來實現採用低折射率材料的概念上類似的方法。當使用低折射率玻璃稜鏡時，可以對由光進入垂直入口(面)306的入射角生成的一些分散進行補償。
在至此詳述的實施方式中，針對第一組小平面採用的小平面206L與LOE的主外表面正交，如圖2A至圖2C中詳述。在參照圖14A至圖14C示出的替選的一組實施方式中，使用呈傾斜角度的小平面336來實現第一組小平面。圖14A示出了用於傳輸淺角度圖像的這樣的系統的等距角度表示，而圖14B示出了該角度表示的相應的局部側視圖。該非限制性示例採用與圖4C和圖4D所示的最小尺寸的圖像等同的梯形FOV，儘管該結構也可以清楚地用於矩形FOV。
在該結構中，初始橫向傳播圖像334A1通過TIR反射與圖像334A2耦合。通過相對於波導面成斜角的傾斜的小平面336，僅圖像334A2被朝向LOE的第二區域重定向成圖像334B1。如本領域已知的，小平面336優選地塗覆有多層介電塗層，以對於與圖像334A2對應的入射角範圍提供所需程度的部分反射率(如在所有上述實施方式中)，同時在對於與圖像334A1對應的入射角範圍基本上是透明的，以使能量損失和不期望反射的形成最小化。當圖像334B1沿著波導的第二區域以淺角度傳播時，圖像334B1通過TIR耦合到圖像334B2。然後，圖像334B2通過小平面338(僅在圖14A中示出)以等同於圖2A至圖2C的小平面226的方式耦出為334C。
圖14C示出了與圖4C等同的波導覆蓋區，其中陰影區域340是第一組小平面336的最佳區域，而區域342是輸出耦合小平面338的最佳區域。
上述各種耦入稜鏡佈置被構造成將圖像及其共軛二者耦入LOE，以利用圖像“填充”波導。對於將淺角度圖像射入到波導中特別有吸引力的替選方法是如圖15所示將圖像直接射入到波導中。為了用射入圖像及其共軛填充波導370，波導370具有耦入區域372，耦入區域372具有沿波導的中心平面的部分反射器374。將部分反射器374最優選地實現為50%反射器，優選地對角度和消色差不敏感，例如部分鍍銀表面。
在圖15中，示出了與場中的最低點相關聯的三個光束，並且三個光束因此是圖像照射的最淺光束。下光束(實線箭頭)穿過準直光學器件376和耦合稜鏡378並且進入波導。在一次反射之後，下光束通過部分反射器374經歷部分反射並且被分成兩束。中心光束(虛線)在入口處被分開，並且 上光束(點劃線)沿著耦入區域(組合器)372被按一半分開。明顯的是，在光束被分開(從而在圖像與其共軛之間分開圖像照射)之後，波導被均勻地照射。因此，在光被耦出之後期望均勻的圖像。
如果部分反射器374具有50%的反射率和50%的透射率，那麼對於與圖5C的長度(在本示例中為14mm)等同的長度，波導將被均勻地照射。在該構造中，照射光學器件376的孔徑非常小，因為光學器件幾乎鄰近波導的入口，使得光學元件的厚度小。
現在轉向圖16A至圖16C，這示出了用於將LOE的第二區域中的圖像朝向眼動箱耦出以供用戶的眼睛觀看的替選方案。圖16A的角度表示類似於圖2C，但是在這種情況下，輸出耦合小平面390具有陡峭的角度。因此，圖像220B1被耦出為220C(而不是圖2C中的220B1)。在該構造中，圖像220B可以更高並且不受小平面390的角度的限制。
圖16B示意性地示出了這樣的構造在真實空間中看起來如何。當光束向下傳播(在該圖中)時，光束被小平面部分地反射向下離開波導。在這樣的構造中，優選地具有緊密間隔的小平面，以確保均勻的圖像。
圖16C示意性地示出了用於這樣構造的小平面的優選反射率。此處，在低入射角(接近於垂直)處期望低反射率，而在較高角度處期望較高反射率(用於輸出耦合)。同樣地在此處，使用如本領域中公知的適當設計的多層介電塗層來容易地實現這樣的特性。
現在轉向圖17A至圖17F，本文所描述的各種優選實施方式需要僅在板的一部分上部分選擇性地施加反射塗層，該板然後被組裝成堆疊，然後從該堆疊切片部分或全部LOE。由於如圖17B的示意性截面所示的塗層中的物理不連續性，如圖17A所示的小平面的部分塗層可能在塗層的邊緣處引入散射效應。另外，該機械不連續性會在堆疊時(如圖12B所示)在板上產生機械應力。圖17C至圖17F示出了根據本發明的方面的用於克服這些限制的優選的生產方法。
圖17C示出了當掩模394靠近正面(板表面)300F但與該表面略微間隔開放置時的塗層特性的原理。當實現塗覆(厚箭頭)時，它將塗覆沒有掩模但靠近掩模的板，將在掩模396的邊緣周圍生成塗層厚度的逐漸減 小。圖17D示意性地示出了如何可以使用該特性在期望區域的周邊處生成塗層圖案302F的逐漸減小(“拖尾”)。
對於薄的塗層厚度，塗層逐漸變薄的該構造可能是足夠的。對於較厚塗層，可能有利的是在圖案(區域)302F上使用第二掩模(圖17E)並且在反射圖案(區域)302F旁邊施加互補透明塗層398，如圖17F所示。應當注意，圖17E的掩模通常並非圖17D的掩模的精確反轉，因為其優選地在邊界周圍增加對應於拖尾區域的量(其可憑經驗確定)。
應當理解，以上描述僅旨在用作示例，並且在所附申請專利範圍中限定的本發明的範圍內，許多其他實施方式是可能的。
220A1、220A2、220B1、220B2、220C:圖像
224、226:小平面
228:圓

Claims (10)

  1. 一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，所述光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件LOE，所述LOE包括：
    (a)第一區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；
    (b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，所述第二取向不平行於所述第一取向；
    (c)一組相互平行的主外表面，所述主外表面跨所述第一區域和所述第二區域延伸，使得所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面二者位於所述主外表面之間，
    其中，所述第二組部分反射表面與所述主外表面成斜角，使得通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內從所述第一區域傳播到所述第二區域中的圖像照射的一部分從所述LOE朝向所述眼動箱耦出，並且其中，所述第一組部分反射表面被定向成使得來自所述耦入區域的、通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向所述第二區域偏轉，
    其中，所述第一組部分反射表面包括：第一部分反射表面，其靠近所述耦入區域，以貢獻於所述用戶在所述眼動箱處觀看到的視場的第一部分；第三部分反射表面，其在所述耦入區域遠側，以貢獻於所述用戶在所述眼動箱處觀看到的視場的第三部分；以及第二部分反射表面，其位於所述第一部分反射表面與所述第三部分反射表面之間的中間平面中，以貢獻於所述用戶在所述眼動箱處觀看到的視場的第二部分，
    其中，所述第二部分反射表面被部署在所述中間平面的子區域中，使得從所述耦入區域傳播到所述第三部分反射表面、並且貢獻於所述用戶在所述眼動箱處觀看到的視場的第三部分的圖像照射穿過所述中間平面，而不穿過所述第二部分反射表面。
  2. 如請求項1所述的光學系統，其中，所述耦入區域包括耦入稜鏡，所述耦入稜鏡具有作為所述第一區域中的所述主外表面之一的延續的 第一平面表面，所述耦入稜鏡具有垂直於所述主外表面測量的、大於所述LOE的厚度的厚度尺寸。
  3. 如請求項2所述的光學系統，其中，所述耦入稜鏡呈現耦入表面和所述耦入稜鏡之間的過渡線作為所述LOE，所述耦入表面在平行於所述主外表面的維度上限定所述耦入稜鏡的光學孔徑，並且所述過渡線在垂直於所述主外表面的維度上限定所述耦入稜鏡的光學孔徑。
  4. 如請求項2所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面還包括位於所述耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
  5. 一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，所述光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件LOE，所述LOE包括：
    (a)第一區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；
    (b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，所述第二取向不平行於所述第一取向；
    (c)一組相互平行的主外表面，所述主外表面跨所述第一區域和所述第二區域延伸，使得所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面二者位於所述主外表面之間，
    其中，所述第二組部分反射表面與所述主外表面成斜角，使得通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內從所述第一區域傳播到所述第二區域中的圖像照射的一部分從所述LOE朝向所述眼動箱耦出，並且其中，所述第一組部分反射表面被定向成使得來自所述耦入區域的、通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向所述第二區域偏轉，
    其中，所述耦入區域包括耦入稜鏡，所述耦入稜鏡具有作為所述第一區域中的所述主外表面之一的延續的第一平面表面，所述耦入稜鏡具有垂直於所述主外表面測量的、大於所述LOE的厚度的厚度尺寸，
    並且其中，所述耦入稜鏡呈現耦入表面和所述耦入稜鏡之間的過渡線作為所述LOE，所述耦入表面在平行於所述主外表面的維度上限定所述耦入稜鏡的光學孔徑，並且所述過渡線在垂直於所述主外表面的維度上限定所述耦入 稜鏡的光學孔徑。
  6. 如請求項5所述的光學系統，其中，所述第一組部分反射表面還包括位於所述耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
  7. 一種用於將在耦入區域處射入的圖像照射引導至眼動箱以供使用者的眼睛觀看的光學系統，所述光學系統包括由透明材料形成的光導光學元件LOE，所述LOE包括：
    (a)第一區域，其包含具有第一取向的平面的、相互平行的第一組部分反射表面；
    (b)第二區域，其包含具有第二取向的平面的、相互平行的第二組部分反射表面，所述第二取向不平行於所述第一取向；
    (c)一組相互平行的主外表面，所述主外表面跨所述第一區域和所述第二區域延伸，使得所述第一組部分反射表面和所述第二組部分反射表面二者位於所述主外表面之間，
    其中，所述第二組部分反射表面與所述主外表面成斜角，使得通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內從所述第一區域傳播到所述第二區域中的圖像照射的一部分從所述LOE朝向所述眼動箱耦出，並且其中，所述第一組部分反射表面被定向成使得來自所述耦入區域的、通過所述主外表面處的內反射在所述LOE內傳播的圖像照射的一部分朝向所述第二區域偏轉，
    其中，所述耦入區域包括耦入稜鏡，所述耦入稜鏡具有作為所述第一區域中的所述主外表面之一的延續的第一平面表面，所述耦入稜鏡具有垂直於所述主外表面測量的、大於所述LOE的厚度的厚度尺寸，
    並且其中，所述第一組部分反射表面還包括位於所述耦入稜鏡的體積內的至少一個部分反射表面。
  8. 如請求項7所述的光學系統，其中，所述耦入稜鏡呈現耦入表面和所述耦入稜鏡之間的過渡線作為所述LOE，所述耦入表面在平行於所述主外表面的維度上限定所述耦入稜鏡的光學孔徑，並且所述過渡線在垂直於所述主外表面的維度上限定所述耦入稜鏡的光學孔徑。
  9. 如請求項2至8中任一項所述的光學系統，其中，所述耦入稜鏡在所述LOE的邊緣表面處接合至所述LOE。
  10. 如請求項2至8中任一項所述的光學系統，其中，所述耦入稜鏡接合至所述LOE的所述主外表面之一。
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