[发明专利]包括折射分束凸透镜的紧凑近眼光学系统

说明书

第一过滤器堆栈(110,315,415)将光转换为第一圆偏振，并且第二过滤器堆栈(125,320,420)反射具有所述第一圆偏振的光并透射具有第二圆偏振的光。折射分束凸透镜(115,210,310,410)设置在所述过滤器堆栈之间。所述第一过滤器堆栈包括：第一线性偏振器(112)，所述第一线性偏振器(112)用于将光转换为第一线性偏振；以及第一四分之一波片(114)，所述第一四分之一波片(114)用于将所述光从所述第一线性偏振转换为第一圆偏振。所述第二过滤器堆栈包括：第二四分之一波片(127)，所述第二四分之一波片(127)用于将所述光从所述第一圆偏振转换为横向于所述第一线性偏振的第二线性偏振；偏振相关分束器(128)，所述偏振相关分束器(128)用于通过所述第一偏振并反射所述第二偏振；以及线性偏振器(129)，所述线性偏振器(129)用于通过所述第二偏振。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月11日提交并通过引用整体并入本文的标题为“A CompactNear-Eye Optical System Including A Refractive Beam-Splitting Convex Lens”的美国临时专利申请62/531,225的优先权。

背景技术

沉浸式虚拟现实(VR)和增强现实(AR)系统通常利用将立体影像呈现给用户以便在三维(3D)场景中给予临场感的头戴式显示器(HMD)设备。常规的HMD设备要么实现单个平显示器，所述单个平显示器被分成两个独立的显示区域，一个用于用户的左眼并且一个用于用户的右眼，要么实现一对独立的平显示器，用户的每只眼睛各一个。常规的HMD还包括将显示器的整个图像聚焦到用户的眼睛中的光学系统。该光学系统包括单透镜，诸如非球面透镜或菲涅耳透镜，其具有大约35毫米(mm)或更大的焦距。两种类型的透镜都不提供高质量VR或AR体验所需要的光学性能水平。单非球面透镜生成相对大量的色像差、场曲率和像散。菲涅耳透镜生成相对大量的色像差并且它们产生菲涅耳伪像，诸如来自菲涅耳刻面上的全内反射的杂散光和由于菲涅耳刻面处的制造误差而导致的重影。

此外，诸如非球面透镜和菲涅耳透镜这样的单透镜具有相对长的后焦距，这增加透镜与显示器之间的距离。长的后焦距产生具有高惯性矩的笨重的前重HMD。单透镜可被构造有较短的透镜焦距。然而，透镜放大率与透镜焦距成反比。透镜放大率因此随着透镜焦距减小而增加。取决于显示器的像素分辨率，增加透镜放大率可使观看者在显示器的放大图像中感知到像素化。此外，短焦距放大器更难以设计，通常需要更多的光学元件来管理增加的光学像差，并且对光学/机械公差和眼睛定位敏感。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其许多特征和优点对于本领域的技术人员而言变得显而易见。在不同的附图中使用相同的附图标记指示类似或相同的项目。

图1是根据一些实施例的准直从显示器接收的光以向用户的眼睛提供基本上平行的光线的光学系统的第一示例的图。

图2是根据一些实施例的准直从显示器接收的光的光学系统的第二示例的图。

图3是根据一些实施例的准直从显示器接收的光的光学系统的第三示例的图。

图4是根据一些实施例的准直从显示器接收的光的光学系统的第四示例的图。

图5图示根据一些实施例的包括被构造成经由显示器提供虚拟现实、增强现实或混合现实功能性的电子设备的显示系统。

具体实施方式