用于具有显示器的电子设备的光学系统技术方案

本公开涉及用于具有显示器的电子设备的光学系统。电子设备可具有像素阵列。光源可照明像素阵列以产生图像光。图像光可穿过多元件透镜并且可使用输入耦合器诸如棱镜耦合到波导中。输出耦合器诸如衍射光栅可将图像光耦合出波导并朝向用户。用户可观看图像光并且可通过波导观察真实世界对象。波导可具有局部修改的部分，所述局部修改部分限定与多元件透镜的出射表面相距一定距离处的孔径光阑。所述多元件透镜可具有第一和第二消色差双合透镜以及介于所述第一和第二消色差双合透镜之间的第一单透镜和第二单透镜。多元件透镜的透镜元件可包括具有非球面表面的透镜元件。可包括具有非球面表面的透镜元件。可包括具有非球面表面的透镜元件。

【技术实现步骤摘要】
用于具有显示器的电子设备的光学系统
[0001]本申请是基于申请日为2018年5月11日、申请号为2018800285021、专利技术名称为“用于具有显示器的电子设备的光学系统”的中国专利技术专利申请的分案申请。

技术介绍

[0002]本专利技术整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。
[0003]电子设备通常包括显示器。例如，头戴式设备诸如虚拟现实或混合现实眼镜可具有用于为用户显示图像的显示器。光学系统可用于将图像光从显示器导向至用户的眼睛。
[0004]在头戴式设备中使用光学系统将图像从显示器提供给使用者的眼睛的过程具有引入图像失真的可能性。在形成足够紧凑以佩戴在使用者的头部上的光学系统中也可能出现挑战。如果不小心，则用于电子设备的光学系统可能过于庞大并且可能不表现出令人满意的光学性能。

技术实现思路

[0005]电子设备诸如头戴式设备可具有像素阵列。光源可照明像素阵列以产生图像光。当照明像素阵列时，来自光源的光可穿过棱镜。反射的图像光可穿过棱镜至多元件透镜。
[0006]图像光可穿过多元件透镜并且可使用输入耦合器诸如棱镜耦合到波导中。输出耦合器诸如衍射光栅可将图像光耦合出波导并朝向用户。用户可观看图像光并且同时可通过波导观察真实世界对象。
[0007]波导可具有厚度并且可具有局部修改的横向部分，所述局部修改的横向部分限定与多元件透镜的出射表面相距一定距离处的孔径光阑。所述多元件透镜可具有第一和第二消色差双合透镜以及介于所述第一和第二消色差双合透镜之间的第一单透镜和第二单透镜。多元件透镜的透镜元件可包括具有非球面表面的透镜元件。
附图说明
[0008]图1是根据实施方案的具有显示器的例示性电子设备的图示。
[0009]图2为根据一个实施方案的将图像光从显示器提供给用户的示例性光学系统的图示。
[0010]图3是根据一个实施方案的示例性光学系统的图示，示出了图像光可如何耦合到或出波导。
[0011]图4为根据一个实施方案的波导的端部部分的视图，其示出了波导的各部分可如何被修改以横向限制光以限定孔径光阑。
[0012]图5是根据实施方案的光学系统的示例性多元件透镜的横截面侧视图。
具体实施方式
[0013]头戴式设备和其他电子设备可用于虚拟现实和混合现实(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。将虚拟现实和/或混合现实内容提供给具有头戴式显示设备的用户(观察者)的设备构型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视觉内容，例如虚拟现实和/或混合现实内容。
[0014]佩戴在用户头部的头戴式设备诸如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。光学系统中可包括波导诸如由透明材料(诸如玻璃或塑料)的片形成的薄平面波导或其他光导，以将来自像素阵列的图像光输送至用户。显示系统可包括反射型显示器，诸如硅上液晶显示器、微电子机械系统(MEMS)显示器或其他显示器。
[0015]图1中示出了例示性电子设备诸如头戴式设备的示意图。如图1所示，头戴式设备10可具有可佩戴在头部的支撑结构，诸如支撑结构15。头戴式显示器10的部件可由支撑结构15支撑。支撑结构15(有时可被称为外壳)可被配置为形成一副眼镜的框架(例如，左右镜腿和其他框架构件)、可被配置为形成头盔、可被配置为形成一副护目镜，或者可具有其他可佩戴在头部的构型。
[0016]可使用控制电路16来控制设备10的操作。控制电路16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16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16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、专用集成电路以及其他集成电路。软件代码可存储在电路16中的存储装置上，并且在电路16中的处理电路上运行，以实现头戴式显示器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、以产生向用户显示的图像内容的图像呈现操作等)。
[0017]头戴式设备10可包括输入
‑
输出电路，诸如输入
‑
输出设备12。输入
‑
输出设备12可用于允许由头戴式显示器10从外部装置(例如，拴系计算机、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设备10提供用户输入。输入
‑
输出设备12还可用于收集有关在其中操作头戴式设备10的环境的信息。设备12中的输出部件可允许头戴式设备10向用户提供输出，并且可用于与外部电气装置通信。
[0018]如图1所示，输入输出设备12可包括一个或多个显示器，诸如显示器14。显示器14可用于为头戴式设备10的用户显示图像。显示器14具有像素阵列以生成通过光学系统呈现给用户的图像。光学系统可包括光学部件，诸如波导，光学耦合器和透镜。光学系统可以具有透明部分，用户(观察者)可以通过该透明部分观察现实世界物体，同时计算机生成的内容通过在显示器14上产生计算机生成的图像而覆盖在现实世界物体顶上。
[0019]图2是用于在显示器14上将图像呈现给用户37的眼睛的示例性光学系统的图示。如图2所示，显示器35可包括照明源，诸如光源22。光源22可具有用于产生输出光的一个或多个发光部件24。发光部件24可以是例如发光二极管(例如，红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管、白色发光二极管和/或其他颜色的发光二极管)。照明也可使用光源诸如激光或灯来提供。
[0020]设备10中的显示器诸如示例性显示器14可为反射型显示器，诸如硅上液晶显示器、微电子机械系统(MEMS)显示器(有时称为数字微镜设备)或其他显示器。光学部件诸如棱镜20可插入显示器14的光源22和像素阵列18之间。如光线26所示，棱镜20可用于将照明从光源22耦合到显示器14，并且可用于将来自显示器14的像素阵列18的反射图像光耦合到透镜30。透镜30可用于将来自显示器14的图像光(例如，反射光26)提供至光学部件32。透镜30可具有相对宽的视场(例如，至少52
°×
52
°
，至少52
°×
30
°
等)。
[0021]光学部件32可包括波导(例如，由透明玻璃或塑料的透明层形成的波导)，用于将图像光(光26)耦合到波导中的输入耦合器，以及用于将图像光耦合出波导的输出耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子设备，包括：像素阵列；光源，所述光源照明所述像素阵列以产生图像光；具有多个透镜元件的透镜，所述多个透镜元件包括具有入射表面的初始透镜元件并且包括具有出射表面的最终透镜元件，所述入射表面接收所述图像光，所述图像光通过所述出射表面离开；和波导，所述波导接收来自所述最终透镜元件的所述图像光，其中所述波导具有厚度、大于所述厚度的长度和大于所述厚度的宽度，其中所述波导具有被所述厚度分开的相对的第一表面和第二表面，并且其中，所述波导在所述第一表面上具有第一光阻止部分和第二光阻止部分，所述第一光阻止部分和第二光阻止部分为所述图像光限定孔径光阑。2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述图像光被配置为通过使用全内反射从所述相对的第一表面和第二表面反射而沿着所述波导的所述长度传播。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述宽度是第一宽度，并且其中，小于所述第一宽度并且平行于所述第一宽度的第二宽度将所述第一光阻止部分和所述第二光阻止部分分开。4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述长度是第一长度，并且其中，所述第一光阻止部分和第二光阻止部分具有小于所述第一长度并且平行于所述第一长度的第二长度。5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述孔径光阑距所述最终透镜元件的所述出射表面至少三毫米。6.根据权利要求5所述的电子设备，其中所述第二长度为至少三毫米。7.根据权利要求1所述的电子设备，还包括输入耦合器，所述输入耦合器被配置为将所述图像光从所述透镜耦合到所述波导中。8.根据权利要求7所述的电子设备，还包括被配置为将所述图像光耦合出所述波导的输出耦合器。9.根据权利要求1所述的电子设备，还包括支撑所述像素阵列的头戴式支撑结构。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数字微镜设备。11.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述透镜元件包括：第一消色差双合透镜，其中所述第一消色差双合透镜包括所述初始透镜元件；第二消色差双合透镜，其中所述第二消色差双合透镜包括所述最终透镜元件；以及介于所述第一消色差双合透镜和所述第二消色差双合透镜之间的第一单透镜和第二单透镜。12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述第一单透镜具有第一非球面表面，其中所述第二单透镜具有第二非球面表面，并且其中所述初始透镜元件的所述入射表面是第三非球面表面。13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述初始透镜元件是负透镜元件。14.一种光学系统，包括：像素阵列；光源，所述光源照明所述像素阵列以产生图像光；和具有多个透镜元件的透镜，所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭国林，H，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：