[发明专利]具有弯曲光路的虚拟图像显示器

说明书

一种显示器，包括：配置成提供虚拟图像的光的投影仪(46)；波导(42)，由所述投影仪将所述虚拟图像的光以入射角入射到所述波导中；以及沿所述波导布置并被配置成重定向所述虚拟图像的光的组合器(50)。所述波导被配置成在由所述入射角所确立的点处出射所述光。所述组合器被进一步配置成允许来自所述波导后方的环境光穿过所述组合器。所述波导通过沿在所述投影仪与所述组合器之间的所述光的弯曲路径(52)的全内反射来约束所述虚拟图像的光。

附图描述

为更完全地理解本公开，参考以下详细描述和附图，在附图中，相同的参考标号可被用来标识相同的元素。

图1是根据一个示例的具有带弯曲光路的虚拟图像显示器的可穿戴电子设备的示意透视图。

图2是根据一个示例的具有带弯曲光路的虚拟图像显示器的可穿戴电子设备的部分示意透视图。

图3是根据一个示例的图2的可穿戴电子设备的虚拟图像显示器的分解示意透视图。

图4是根据一个示例的图2的可穿戴电子设备的虚拟图像显示器的示意平面图。

图5是根据一个示例的图4的虚拟图像显示器的光栅的示意图。

图6是根据一个示例的图2的虚拟图像显示器的弯曲波导的示意平面图。

图7是根据一个示例的其中可以使用具有弯曲光路的虚拟图像显示器的电子设备的框图。

尽管所公开的设备易于具有各种形式的实施例，但在附图中示出了(并在下文描述了)各具体实施例，其中要理解，本公开旨在是说明性的，而不将本发明限于本文所描述和示出的各具体实施例。

详细描述

可穿戴电子设备包括产生虚拟图像的显示器。虚拟图像可以是有用的，因为人眼对于在短距离(例如，小于几厘米)处聚焦是有困难的。描述了提供虚拟图像的电子设备，不管它在尺寸上被制成以及配置成近眼或其他可穿戴电子设备，诸如眼镜或其他头戴式显示设备。

电子设备可具有带弯曲波导的显示器。弯曲波导可以允许电子设备的显示器是紧凑的。例如，弯曲光路可在头戴式设备中是有用的，因为电子设备可因而在尺寸上和形状上被调整以符合用户的头部。在眼镜示例中，波导的弯曲部和其他部分也可允许投影仪与虚拟图像的位置间隔开，诸如沿镜架的镜腿。波导可有用于在两个横向方向上(例如，在横向上向外和向后)携带来自与虚拟图像位置偏移开的投影仪的光线。

电子设备解决因虚拟图像的产生、弯曲波导的使用以及显示器的其他方面而引起的视野和其他挑战。虚拟图像的产生可导致窄视野。如果显示器被放置在透镜的后焦平面中且人透过该透镜来查看，则虚拟图像被观察到。在这种情形中，图像看起来无限远。如果显示器移动得稍微更远离透镜，则虚拟图像看起来被定位得较不远离，从而允许更改眼睛的适应性调节。在这样的情形中，虚拟图像的视野是显示器的尺寸的函数。该电子设备提供合适的视野而不诉诸于增加显示器或投影仪的大小。此外，合适的视野可由该电子设备提供，而不管源自光学路径在弯曲光路内的折叠的进一步约束。合适的视野因而可被提供，同时避免庞大的设计。

紧凑设计和光路的弯曲性质可以允许电子设备绕用户的头部弯曲。将电子设备环绕用户的头部弯曲可进而有用于支持极限视野。例如，曲率可以在创建极限角度(例如，与用户的视线成90°或约90°)处的虚拟图像时是有用的，而布置成垂直于查看者的视线的平面元件在没有显著变得更大的情况下可能无法提供这样的虚拟图像。

在一些情形中，电子设备被配置成透视显示器，其中虚拟图像叠加在外部世界的图像上。电子设备包括允许用户(除了虚拟图像之外)还看到外部世界的组合器。观察虚拟图像以外的外部世界可以是有用的，例如结合戴在头上的眼镜和其他设备。为提供组合器，用来产生虚拟图像的透镜可由具有光学曲率或体光栅的镜面来代替。电子设备的体光栅或其他组合器是部分地透明的，以允许来自外部世界的光穿透。例如，体光栅可以对于除显示器提供的被该光栅反射的那些波长以外的波长而言是透明的。显示器的附加或替换层或其他组件可以部分地或完全地透明的。