[发明专利]具有反射棱镜输入耦合器的光学系统

说明书

一种电子设备可包括产生光的显示模块以及将该光朝眼箱重定向的光学系统。该系统可包括在波导上的输入耦合器以及将该光朝该输入耦合器定向的透镜。该输入耦合器可包括棱镜，该棱镜具有将该光反射到该波导中的反射表面。该反射表面可弯曲以向该光提供屈光度。该棱镜可被配置为扩展该光的视场。双折射光束移位器可扩展该光的有效光瞳尺寸。该透镜可包括透镜元件，该透镜元件将该光会聚在该透镜元件与该波导之间的位置处。可切换面板可放置于该位置处并且在第一取向与第二取向之间来回切换以增加该光的有效分辨率。

本专利申请要求于2019年9月19日提交的美国临时专利申请第62/902,645号的优先权，该美国临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

本发明整体涉及光学系统，并且更具体地讲，涉及用于显示器的光学系统。

电子设备可包括向用户的眼睛呈现图像的显示器。例如，诸如虚拟现实和增强现实头戴式耳机之类的设备可包括具有允许用户观看显示器的光学元件的显示器。

设计设备诸如这些设备可能是有挑战性的。如果稍有不慎，用于显示内容的部件可能是难看且笨重的，并且可能未表现出期望的光学性能水平。

发明内容

电子设备诸如头戴式设备可具有为用户产生图像的一个或多个近眼显示器。头戴式设备可以是一副虚拟现实眼镜，或者可以是增强现实头戴式耳机，其允许观察者观看计算机生成的图像和观察者周围环境中的真实世界对象两者。

近眼显示器可包括产生光的显示模块以及将来自显示模块的光朝眼箱(eye box)重定向的光学系统。该光学系统可包括形成在波导上的输入耦合器和输出耦合器。输入耦合器可将来自显示模块的光重定向，使得该光在波导中朝输出耦合器传播。输出耦合器可将光耦合出波导并朝向眼箱。输出耦合器可包括衍射光栅结构诸如波导中的体积全息图。

输入耦合器可为安装到波导的反射输入耦合棱镜。透镜可引导来自显示模块的光穿过波导以到达输入耦合器。棱镜可接收穿过波导的来自透镜的光，并且可具有将光反射到波导中的反射表面。反射表面可弯曲以向反射光提供屈光度。这可以允许透镜相比于在棱镜不向光赋予屈光度的情况下具有更少的透镜元件。

该棱镜可被配置为扩展该光的视场。例如，可切换反射层可设置在反射表面上以用于扩展光的视场。如果需要，棱镜可为分体式棱镜，其包括具有第一反射表面的第一楔形物和安装到该第一反射表面的第二楔形物。第一反射表面可沿第一方向反射图像光，而第二反射表面在第二方向上反射图像光。偏振敏感膜可设置在第一反射表面上，并且可反射光的第一偏振，同时透射光的第二偏振。可切换偏振器可用于相继为棱镜提供第一偏振光和第二偏振光。在另一种合适的布置中，显示面板可同时为棱镜提供第一偏振光和第二偏振光。如果需要，可切换反射层可设置在第一反射表面上，并且可选择性地反射或透射来自显示模块的光。如果需要，双折射光束移位器可插置在显示器的光路上以用于扩展光的有效光瞳尺寸。

透镜可包括第一组透镜元件，该第一组透镜元件将来自显示模块的光会聚在该第一组透镜元件与该波导之间的位置处。能够在第一取向与第二取向之间切换的透明面板可放置于该位置处。透明面板可在第一取向与第二取向之间来回切换以增加光的有效分辨率。如果需要，第二组透镜元件可插置在该位置与波导之间。

附图说明

图1是根据一些实施方案的具有显示器的例示性系统的图示。

图2是根据一些实施方案的用于显示器的例示性光学系统的顶视图，该光学系统具有波导和输入耦合器。

图3是根据一个实施方案的由反射棱镜形成的例示性输入耦合器的顶视图。

图4是根据一个实施方案的由反射棱镜形成的例示性输入耦合器的顶视图，该反射棱镜具有弯曲的反射表面。

图5是根据一些实施方案的由反射棱镜形成的例示性输入耦合器的顶视图，该反射棱镜具有用于扩展显示器的视场的可切换反射部件。