[发明专利]光学元件的运动耦合

说明书

本文提供了用于在光学组件中使用的光学元件的方面。光学元件可以包括光学衬底、光学部件(例如，透镜)和多个对准特征。光学部件被配置为接收光，并且被包括在光学衬底的中间区域中。对准特征被包括在光学衬底的表面上的外围区域中。对准特征被配置为接触被包括在光学组件的另一光学元件中的相对应的多个对准特征，以在光学元件和另一光学元件之间提供运动耦合，从而用于将光学部件对准。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月27日提交的第16/455,395号美国申请的优先权，该美国申请的内容通过引用以其整体并入本文以用于所有目的。

公开领域

本公开的方面总体上涉及光学元件，并且尤其但不排他地，涉及光学组件的光学元件的对准特征。

背景

头戴式显示器(HMD)是一般戴在用户的头上的显示设备。HMD可以用在各种应用(例如游戏、航空、工程、医学、娱乐等)中以向用户提供人工现实内容。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混杂现实(hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。

被包括在HMD中的各种光学元件(如透镜、偏振器、波片等)的精度可能取决于特定的应用。例如，一些HMD可以包括眼睛跟踪系统，该眼睛跟踪系统包括用于跟踪用户眼睛运动的集成相机。因此，随着对眼睛跟踪系统的要求和精度的增加，眼睛跟踪系统所使用的各种光学元件的制造和组装所需的精度也增加了。

概述

本发明涉及一种用于与电子部件一起使用的光学组件。该光学组件包括第一光学元件和耦合到第一光学元件的第二光学元件。第二光学元件包括：具有面向第一光学元件的表面的光学衬底；用于接收光的光学部件，其中光学部件被包括在光学衬底的中间区域中；以及多个对准特征，多个对准特征被包括在光学衬底的在光学衬底的表面上的外围区域中。多个对准特征接触被包括在第一光学元件中的相对应的多个对准特征，以在第一光学元件和第二光学元件之间提供运动耦合，从而用于将第二光学元件的光学部件与第一光学元件的光学部件光学对准。

在一个实施例中，第二光学元件的对准特征可以包括形成在光学衬底的表面上的凸块(bump)或凹槽(groove)中的一个，并且第一光学元件的相对应的对准特征可以包括凸块或凹槽中的另一个。可选地，第二光学元件的对准特征可以包括弯曲横截面，优选地弯曲横截面具有正弦形状。在这种情况下，第二光学元件的对准特征可以在正弦形状的最大斜率区域处接触第一光学元件的相对应的对准特征。此外，正弦形状可以基于余弦函数。

在另一个实施例中，第一光学元件的对准特征可以包括具有基于第一余弦函数的第一正弦形状的第一弯曲横截面，以及第二光学元件的对准特征可以包括具有基于第二余弦函数的第二正弦形状的第二弯曲横截面，第二余弦函数不同于第一余弦函数。第一余弦函数的振幅和周期可以被配置成产生第一正弦形状，以及第二余弦函数的振幅和周期可以被配置成产生第二正弦形状，其中第一余弦函数的振幅或周期中的至少一个不同于第二余弦函数的相对应的振幅或周期。

在一个实施例中，光学组件还可以包括第三光学元件，其中第二光学元件被设置在第一光学元件和第三光学元件之间。第二光学元件还包括附加的多个对准特征，附加的多个对准特征被包括在光学衬底的在光学衬底面向第三光学元件的另一表面上的外围区域中。附加的多个对准特征接触被包括在第三光学元件中的相对应的多个对准特征，以在第三光学元件和第二光学元件之间提供运动耦合，从而用于将第二光学元件的光学部件与第三光学元件的光学部件光学对准。

在一个实施例中，多个对准特征可以是旋转不对称的，以提供在第二光学元件的光学部件和第一光学元件的光学部件之间的旋转对准。