头戴式显示系统技术方案

一种电子设备，诸如头戴式显示器，可具有产生图像的显示系统。该显示系统可具有一个或多个像素阵列(26‑1、26‑2)，诸如硅基液晶像素阵列。来自该显示系统的图像可由输入耦合器系统(114X、114Y)耦合到波导(116)中，并且可使用输出耦合器系统(120X、120Y)在多个图像平面中耦合出该波导。输入耦合器系统和输出耦合器系统可包括单个耦合器、耦合器堆叠和平铺耦合器阵列。复用技术，诸如波长复用、偏振复用、时分复用、具有包括不同角度取向范围的图像光的复用、和/或可调谐透镜技术，可用于在多个图像平面中向用户呈现图像。

Head mounted display system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】头戴式显示系统相关申请的交叉引用本申请要求提交于2018年2月12日的美国专利申请15/894,736和提交于2017年3月7日的临时专利申请62/468,109的优先权，所述专利申请据此以引用方式全文并入本文。
本申请整体涉及具有显示器的设备，并且更具体地涉及头戴式显示器。
技术介绍
头戴式显示器可用于显示虚拟现实内容和增强现实内容。显示增强现实内容的头戴式显示器可与真实世界对象的计算机生成的图像重叠。显示器和光学系统可用于生成图像并用于向用户呈现那些图像。然而，如果不小心的话，用于在头戴式显示器中为用户显示内容的部件可能不美观且笨重，并且可能不表现出所需的光学性能水平。
技术实现思路
电子设备，诸如头戴式显示器，可具有用于产生图像的显示系统。具有一个或多个波导以及输入耦合器系统和输出耦合器系统的光学系统可用于将图像分配给用户。该显示系统可具有一个或多个像素阵列，诸如硅基液晶像素阵列。来自该显示系统的图像可通过输入耦合器系统耦合到一个或多个波导中，并且可使用输出耦合器系统在多个图像平面中耦合出波导。输入耦合器系统和输出耦合器系统可包括单个耦合器、耦合器堆叠和平铺耦合器阵列。耦合器可以是薄平面体积全息器或用于将光耦合进和耦合出细长条形波导的上表面和下表面的其他光学耦合器。复用技术，诸如波长复用、偏振复用、时分复用、具有包括不同角度取向范围的图像光的角度复用、和/或透镜可调谐技术，可用于在多个图像平面中向用户呈现图像。附图说明图1为根据一个实施方案的例示性头戴式显示器的示意图。图2为根据一个实施方案的例示性头戴式显示器的顶视图。图3为根据一个实施方案的用于头戴式显示器的例示性光学系统和相关联的显示系统的示意图。图4为根据一个实施方案的显示器的横截面侧视图，该显示器包括多个区域，其具有用于产生由光学系统呈现在多个图像平面中的图像的多个相应像素阵列。图5为根据一个实施方案的包括一组单独的显示器的例示性显示器配置的横截面侧视图，其中每个单独的显示器具有显示相应图像的像素阵列。图6为根据一个实施方案的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统具有波导、横向相邻(平铺)像素阵列，以及各自响应于具有不同角度取向范围的光线以用于在头戴式显示器中的多个图像平面中呈现图像的相关联的全息输入耦合器和堆叠全息输出耦合器。图7为根据一个实施方案的具有堆叠输入耦合器和堆叠输出耦合器的例示性光学系统的横截面侧视图，其中堆叠输入耦合器各自响应于单独的相应偏振，堆叠输出耦合器各自响应于单独的相应偏振。图8为根据一个实施方案的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统具有用于不同偏振的平铺显示器和输入耦合器，以及响应于不同偏振以在多个图像平面中呈现图像的堆叠输出耦合器。图9为根据一个实施方案的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统具有用于在多个图像平面中呈现图像的单个输入耦合器和可切换输出耦合器堆叠。图10为根据一个实施方案的具有显示器的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统向堆叠输入耦合器提供多个不同波长的光，该堆叠输入耦合器响应于不同相应波长或波长组的光，并且该例示性光学系统具有多个堆叠的输出耦合器，每个输出耦合器响应于所述波长或波长组中的一个不同波长或波长组，从而在多个图像平面中呈现图像。图11为根据一个实施方案的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统具有产生不同相应波长的图像并且与在不同相应波长下工作的输入耦合器重叠的多个平铺像素阵列，并且该例示性光学系统具有在不同波长下工作以在多个图像平面中呈现图像的堆叠输出耦合器。图12为根据一个实施方案的具有显示器的例示性光学系统的横截面侧视图，该例示性光学系统向多波长输入耦合器提供多个不同波长的光，并且该例示性光学系统具有在多个图像平面中呈现图像的多波长输出耦合器。图13为根据一个实施方案的具有可调谐透镜、波导以及用于在多个图像平面中呈现图像的输入耦合器和输出耦合器的例示性光学系统的图。图14为根据一个实施方案的具有多个波导和平铺横向相邻输入耦合器的例示性光学系统的横截面侧视图。图15为根据一个实施方案的具有多个波导和堆叠输入耦合器及堆叠输出耦合器的例示性光学系统的横截面侧视图。具体实施方式头戴式显示器和其他设备可用于虚拟现实和增强现实系统。这些设备可包括便携式消费电子设备(例如，便携式电子设备诸如蜂窝电话、平板电脑、眼镜、其他可穿戴装置)、在驾驶舱、车辆等中的头顶显示器、基于显示器的装置(投影仪、电视机等)。诸如这些设备的设备可包括显示器和其他光学部件。将其中虚拟现实和/或增强现实内容提供给具有头戴式显示器的用户的设备配置在本文中作为示例描述。然而，这仅为例示性的。任何合适的装置都可用于向用户提供虚拟现实和/或增强现实内容。佩戴在用户头部的头戴式显示器(诸如一副增强现实眼镜)可用于向用户提供覆盖在真实世界内容顶部的计算机生成的内容。真实世界内容可由用户通过光学系统的透明部分直接查看。光学系统可用于将图像从显示系统中的一个或多个像素阵列路由至用户的眼睛。波导可包括在光学系统中。输入光学耦合器可用于将图像从一个或多个像素阵列耦合到波导中。输出光学耦合器可用于将图像耦合出波导以供用户查看。输出耦合器可被配置为在多个图像平面中显示图像。光学系统的输入耦合器和输出耦合器可形成诸如布拉格光栅的结构，其将光从显示器耦合到波导中，并将光在多个图像平面中耦合出波导以供用户查看。输入光学耦合器和输出光学耦合器可由体积全息器或其他全息耦合元件形成。输入耦合器和输出耦合器可以例如由薄的聚合物层和/或使用激光来记录全息图案的其他光学耦合器结构形成。在一些配置中，光学耦合器可以由可动态调节的设备形成，诸如由微机电系统(MEMS)部件、液晶部件(例如，可调谐液晶光栅、聚合物分散液晶设备)或其他可调节光学耦合器形成的可调节光栅。图1中示出了例示性头戴式显示器的示意图。如图1所示，头戴式显示器10可以具有控制电路50。控制电路50可包括用于控制头戴式显示器10的操作的存储和处理电路。电路50可以包括存储装置，诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态或动态随机存取存储器)等。控制电路50中的处理电路可以基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、图形处理单元、专用集成电路和其他集成电路。软件代码可存储在电路50中的存储装置上，并且在电路50中的处理电路上运行，以实现用于头戴式显示器10的操作(例如，数据采集操作、涉及使用控制信号调节部件的操作、产生图像内容以向用户显示的图像呈现操作等)。头戴式显示器10可包括输入-输出电路52。输入-输出电路52可用于允许由头戴式显示器10从外部装置(例如，拴系电脑、便携式设备(诸如手持设备或膝上型计算机)，或其他电气装置)接收数据，并且允许用户向头戴式显示器10提供用户输入。输入-输出电路52还可用于采集有关头戴式显示器10的工作环境的信息。电路52中的输出部件可允许头戴式显示器10向用户提供输出，并且可用于与外部电气装置通信。如图1所示，输入-输出电路52可包括一个或多个显示器，诸如显示器26。显示器26可用于为头戴式显示器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子设备，包括：显示系统，所述显示系统具有以平铺图案布置的多个横向相邻像素阵列，其中所述像素阵列被配置为产生图像；和光学系统，所述光学系统具有输入部分和输出部分，其中所述光学系统被配置为在多个图像平面中显示所述图像，并且其中所述光学系统包括：波导，所述波导在所述输入部分和所述输出部分之间延伸；输入耦合器系统，所述输入耦合器系统具有以平铺图案布置在所述输入部分中的多个横向相邻输入耦合器，其中所述输入耦合器中的每个输入耦合器被配置为将来自所述像素阵列中的相应一个像素阵列的图像耦合到所述波导中；和输出耦合器系统，所述输出耦合器系统被配置为将图像在所述输出部分中耦合出所述波导，其中所述输出耦合器系统被配置为将来自所述横向相邻像素阵列中的各个像素阵列的所述图像呈现在不同的相应图像平面中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.07 US 62/468,109;2018.02.12 US 15/894,7361.一种电子设备，包括：显示系统，所述显示系统具有以平铺图案布置的多个横向相邻像素阵列，其中所述像素阵列被配置为产生图像；和光学系统，所述光学系统具有输入部分和输出部分，其中所述光学系统被配置为在多个图像平面中显示所述图像，并且其中所述光学系统包括：波导，所述波导在所述输入部分和所述输出部分之间延伸；输入耦合器系统，所述输入耦合器系统具有以平铺图案布置在所述输入部分中的多个横向相邻输入耦合器，其中所述输入耦合器中的每个输入耦合器被配置为将来自所述像素阵列中的相应一个像素阵列的图像耦合到所述波导中；和输出耦合器系统，所述输出耦合器系统被配置为将图像在所述输出部分中耦合出所述波导，其中所述输出耦合器系统被配置为将来自所述横向相邻像素阵列中的各个像素阵列的所述图像呈现在不同的相应图像平面中。2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括头戴式支撑结构，所述头戴式支撑结构被配置为支撑所述显示系统和所述光学系统。3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述输出耦合器系统包括在所述输出部分中的多个堆叠的输出耦合器，并且其中各个输出耦合器具有不同的相应焦距并且被配置为将图像从所述像素阵列中的不同的相应像素阵列耦合出所述波导。4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述堆叠的输出耦合器为全息输出耦合器。5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述全息输出耦合器中的各个全息输出耦合器被配置为将不同的相应波长的光耦合出所述波导。6.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述体积全息输出耦合器中的各个体积全息输出耦合器被配置为将不同的相应偏振的光耦合出所述波导。7.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述全息输出耦合器中的各个全息输出耦合器被配置为将具有不同的相应取向角度范围的光耦合出所述波导。8.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述横向相邻像素阵列形成在公共硅基板上。9.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述横向相邻像素阵列中的各个像素阵列形成在不同的相应硅基板上。10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述像素阵列包括硅基液晶像素阵列，并且其中所述波导具有细长条形形状。11.一种电子设备，包括：显示系统，所述显示系统被配置为产生图像；光学系统，所述光学系统被配置为在多个图像平面中显示所述图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·崔，E·J·汉索特，彭国林，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US