用于近眼显示器的光学系统技术方案

此处公开了涉及用于结合至近眼显示设备中的紧凑光学系统的各实施例。所公开的一个实施例提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统包括：光源；第一偏振光束分光表面，所述第一偏振光束分光表面被配置成接收来自光源的光；反光镜，所述反光镜被配置成反射经过第一偏振光束分光表面的光；以及四分之一波片，所述四分之一波片位于第一偏振光束分光表面和反光镜之间。近眼显示系统还包括：第二偏振光束分光表面，所述第二偏振光束分光表面被定位于相对于第一偏振光束分光表面呈一角度处；以及微型显示器，所述微型显示器被配置成经由接收自第二偏振光束分光表面的光产生图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于近眼显示器的光学系统背景近眼显示设备(诸如头戴式显示器)可以包括设置于设备内的各种光学组件，诸如光源、图像产生元件、透镜系统和/或其他光学元件。这种光学组件可以占用相当大量的空间，这可以导致具有庞大设计的近眼显示器。由于一些近眼显示器可以被配置成被用户佩戴，因此庞大设计会使近眼显示器从设计观点来说是不舒适、不具吸引力的以及/或者以其他方式对终端用户不具吸引力。概述此处公开了涉及用于结合至近眼显示设备中的紧凑光学系统的各实施例。例如，一个公开的实施例提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统包括:光源；第一偏振光束分光表面，所述第一偏振光束分光表面被配置成接收来自光源的光；反光镜，所述反光镜被配置成反射经过第一偏振光束分光表面的光；以及四分之一波片，所述四分之一波片位于第一偏振光束分光表面和反光镜之间。近眼显不系统还包括:第二偏振光束分光表面，所述第二偏振光束分光表面位于相对于第一偏振光束分光表面的一角度处；以及微型显不器，所述微型显示器被配置成接收由第二偏振光束分光表面反射的光并且产生图像。提供本概述是为了以精简的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。而且，所要求保护的主题不限于解决该公开的任一部分中所注的任何或全部缺点的实现方式。附图简述图1示出根据本公开的一实施例的示例近眼显示系统。图2示出根据本公开的一实施例的用于示例近眼显示系统的示例光学系统。图3示出根据本公开的一实施例的示例照明组件。图4示意性地示出图2的实施例的示意性描述。图5是描述根据本公开的一实施例的引导光经过近眼显示系统的示例方法的流程图。图6示出根据本公开的一实施例的示例计算系统的框图。详细描述此处公开了涉及供在近眼显示系统中使用的紧凑光学系统的各实施例。简言之，所公开的实施例包括紧凑折叠光学路径，所述紧凑折叠光学路径使用偏振光和偏振敏感的光学组件来引导光通过光学路径。所公开的各实施例允许照明系统被布置在相对于该光学系统的其他组件呈一角度处，并且因此可允许光学系统被结合到头戴式显示设备的一部分中，该头戴式显示设备符合用户头部的曲率。如此，光学系统可以便于紧凑且低调的近眼显示设备的设计。图1示出包括显示器104的头戴式显示设备形式的显示设备102的非限制性示例。显示器104可以包括任何适当的显示系统，包括但不限于波导显示系统。显示器104可以是至少部分透明的，因此允许来自背景场景的光通过透明显示器到达用户的眼睛。这可以允许使用显示设备102来通过连同背景场景中的真实物体显示可观看的虚拟物体来视觉地扩增背景场景的外观。显示设备102可以包括各种输入和输出设备。例如，除了显示器104以外，显示设备102还可以包括音频输出，诸如一个或多个扬声器。同样，显示设备102可以包括各种输入传感器，诸如话筒、一个或多个面向前(例如，远离用户面向)的红外和/或可见光相机、以及/或者一个或多个面向后(例如，面向用户)的红外和/或可见光相机。在一些实施例中，(诸)面前向的相机可以包括一个或多个深度相机以及相关联的投光器。同样，在一些实施例中，面向后的相机可以包括一个或多个眼睛跟踪相机。而且，在一些实施例中，板载传感器系统可以与一个或多个板外传感器通信，所述一个或多个板外传感器经由显示设备102的无线和/或有线通信系统将传感器数据发送至板载传感器系统。显示设备102还包括允许显示设备被佩戴在用户头部的一个或多个特征。在所示示例中，显示设备102采用眼镜形式，并且包括鼻架106、侧件108和耳架110。在其他实施例中，头戴式显示器可以包括具有例如透视遮阳板形式的显示器的帽子或头盔。虽然此处在头戴式透视显示器的上下文中描述，但此处描述的概念可适用于任何其他适当的显示系统，包括不是透视的显示器。图2示出适合用于显示设备102的光学系统200的示例实施例。如图所述，光学系统200可被定位至显示器104的一侧，例如毗邻镜框的侧件108。光学系统200可以包括用于产生光来照明微型显示器204的照明系统202。照明系统202可被安装于如下所述相对于光学系统200的其他光学组件的平面呈一角度处，以使光学系统可以基本符合用户头部的太阳穴区域的曲率。照明系统202可以使用任何适当的光源，包括但不限于:一个或多个彩色发光二极管(LED)、一个或多个激光二极管、一个或多个白色LED、等等。图3示出适合用作图2的照明系统202的照明系统300的示例。照明系统300包括第一光源302a、第二光源302b以及第三光源302c。在一些实施例中，光源302a_c可以对应于RGB LED组件的红色、绿色和蓝色LED。在其他实施例中，可以使用RGB激光。RGB激光的使用可以提供输出偏振光的潜在好处。如图所示，第二光源302b和第三光源302c可以被定位于相对于第一光源302a呈一角度处，以及定位至其中光离开照明系统300的方向。自每个光源发射出的光可以通过收集器和聚焦透镜，对于光源302a_c分别在304a_c和306a_c示出。收集器和聚焦透镜可以被配置成将从光源发射出的光引导通过二色光束分光器308以聚焦于微透镜阵列。二色光束分光器308可以被配置成使来自第一光源302a的光通过并且反射来自第二光源302b和第三光源302c的光，以使来自每一个光源的光以相同方向离开二色光束分光器308。将会注意，照明系统310可以围绕离开照明系统的光的光轴相对于下游光学元件转动，而不影响光通过下游光学元件。这可以允许照明系统302相对于其他光学元件被定位成基本符合用户太阳穴的轮廓。再次参照图2，离开照明系统的光可以通过其他光学元件一直到偏振光束分光器206。图2描绘了偏振光束分光器206在光学系统200中的偏振光束分光不例位置，而图4示出光在到达偏振光束分光器206之前通过微透镜阵列400和负元件402形式的示例组件的路径的示意性描述。在一些实施例中，光源附近的透镜元件中的一个或多个(例如，负元件402)可以是非球面的。此外，微透镜阵列400还可以被配置成与系统的微型显示器的集光率匹配。尽管图4为清楚起见示出单个光源302，但是将会理解，如上参照图3所述，可经由二色光束分光器308组合多个光源。 偏振光束分光器206可以包括第一偏振光束分光表面404和第二偏振光束分光表面406，其用于将光在折叠光学路径中引导向微型显不器204。第一偏振光束分光表面404可以被配置成对接收自光源302a-c的光偏振并使偏振光通过四分之一波片408 —直到反光镜410。反光镜410被配置成将光反射回通过四分之一波片408。在通过四分之一波片408两次之后，光的偏振态与其首次经过第一四分之一波片408之前的状态相比转动了 90度。因此，来自反光镜410的光随后由第一偏振光束分光表面404朝向偏振光束分光器206的内部全反射(TIR)表面412反射，在内部全反射(TIR)表面412那里，通过内部全反射表面使光反射朝向第二偏振光束分光表面406。第二偏振光束分光表面406然后使光以足以离开TIR表面而无需内部全反射的角度反射朝向TIR表面412。然后，离开偏振光束分光器206的光可通过附加元件到达微型显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近眼显示系统，包括：光源；第一偏振光束分光表面，所述第一偏振光束分光表面被配置成接收来自所述光源的光；反光镜，所述反光镜被配置成反射经过所述第一偏振光束分光表面的光；四分之一波片，所述四分之一波片位于所述第一偏振光束分光表面和所述反光镜之间；第二偏振光束分光表面，所述第二偏振光束分光表面被定位在相对于所述第一偏振光束分光表面呈一角度处；以及微型显示器，所述微型显示器被配置成从接收自所述第二偏振光束分光表面的光产生图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·D·博恩，N·内斯特洛维克，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：美国;US