[发明专利]紧凑的头戴显示系统

说明书

本申请涉及紧凑的头戴显示系统。提供了一种光学系统，包括：具有至少两个主表面(26)和边缘的光传输基底(20)；具有至少第一(58)、第二(56)和第三(60)表面的光学棱镜(54)，用于将具有给定视场的光波通过全内反射耦合入基底中；至少一个位于基底中的部分反射表面，该部分反射表面被相对于基底的主表面不平行地取向，用于将光波从该基底耦合出来；基底的边缘(50)中的至少一个以相对于主表面的倾斜角倾斜；棱镜的第二表面定位为相邻于基底的倾斜边缘；和基底的紧挨着倾斜边缘定位的部分基本上是透明的，其中光波穿过棱镜的第一表面进入棱镜，在不经过任何反射的情况下横穿棱镜，并且穿过倾斜边缘进入基底。

本申请为于2016年11月25日提交、申请号为201580028030.6、发明名称为“紧凑的头戴显示系统”的中国专利申请的分案申请。所述母案申请的国际申请日为2015年4月21日，国际申请号为PCT/IL2015/050422。

技术领域

本发明涉及基底导光光学装置，尤其涉及包括由常见的光传输基底所承载的多个反射表面的装置(也被称作光导元件)。

本发明可被实施以有利于大量的成像应用，诸如便携式DVD、移动电话、移动电视接收器、视频游戏、便携式媒体播放器或任何其他移动显示装置。

背景技术

紧凑的光学元件的一个应用涉及头戴显示器(HMD)，其中光学模块用作成像透镜和组合器，其中二维图像源被成像至无穷远，并且被反射进观看者的眼睛中。显示源可以是直接地或者是通过中继透镜、光纤束或类似设备的方式不直接地来源于空间光调制器(SLM)，诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管阵列(OLED)、扫描光源或类似的装置，。显示源包括通过准直透镜成像至无穷远，并且通过反射或部分反射的表面(用作用于非透视和透视应用的组合器)传输到观看者的眼睛里的元件(像素)阵列。通常，常见的自由空间光学模块被用于这些目的。随着系统的期望的视场(FOV)增加，然而，这种常见的光学模块变得更大、更重和更笨重，因此，即使对于中等性能的装置也是不现实的。这对于所有类型的显示器都是一个主要的缺点，尤其是在系统需要尽可能地轻和紧凑的头戴式应用中。

为了紧凑化所作的努力导致了一些不同的复杂的光学方案，所有的这些方案，一方面，对于大多数实际应用仍然不够紧凑，而另一方面，遇到了关于可制造性的主要缺点。此外，由这些设计造成的光学观看角的眼睛运动箱(eye-motion-box)(EMB)通常非常小，通常小于8mm。因此，即使是光学系统相对于观看者眼睛很小的运动，光学系统的性能也非常敏感，并且也不允许瞳孔充分的运动以从这种显示器舒适地阅读文本。

以本申请人的名义申请的公开号WO01/95027、WO03/081320、WO2005/024485、WO2005/024491、WO2005/024969、WO2005/124427、WO2006/013565、WO2006/085309、WO2006/085310、WO2006/087709、WO2007/054928、WO2007/093983、WO2008/023367、WO2008/129539、WO2008/149339和WO2013/175465中包括了的教导在此处通过引用的方式被结合。

发明内容

本发明促进了非常紧凑的光导光学元件(LOE)用于HMD和其他应用。本发明允许相对较宽的FOV和相对较大的EMB值。得到的光学系统提供了大的、高质量的图像，这样也容许了眼睛的较大的运动。本发明所公开的光学系统是特别有利的，因为它基本上比现有技术的实施方式更紧凑，因而它可被容易地结合在甚至是具有特殊构造的光学系统中。

因此本发明的广泛的目标是减少现有技术的紧凑的光学显示装置的缺点，并根据特定需求提供其他具有提高了的性能的其他光学组件和系统。