[發明專利]用于頭戴式顯示器的光學系統

有效

• 申請號: 201911033913.2
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN110703444B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: S·A·卡恩;N·朱;G·B·米勒;B·J·博爾曼;T·安德森;W·程;J·N·波德
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/28
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 王其文;吳麗麗

頭戴式顯示器可包括外殼中的顯示系統和光學系統。該顯示系統可具有產生與圖像相關聯的光的像素陣列。該顯示系統還可具有線偏振器和四分之一波片，來自像素陣列的光穿過該線偏振器，光在穿過該四分之一波片之后穿過該四分之一波片。該光學系統可以是具有一個或多個透鏡元件的折反射光學系統。透鏡元件可包括平凸透鏡和平凹透鏡。部分反射鏡可以形成在平凸透鏡的凸表面上。反射偏振器可以形成在平凸透鏡的平面表面或平凹透鏡的凹表面上。額外的四分之一波片可以位于反射偏振器和部分反射鏡之間。

本申請是申請日為2017年7月27日、申請號為201780046188.5、發明名稱為“用于頭戴式顯示器的光學系統”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2016年8月2日提交的臨時專利申請62/370,170；2016年9月6日提交的臨時專利申請No.62/383,911；以及2017年2月16日提交的美國專利申請15/434,623的優先權，這些專利申請據此全文以引用方式并入本文。

技術領域

本發明整體涉及光學系統，并且更具體地講，涉及用于頭戴式顯示器的光學系統。

背景技術

頭戴式顯示器，諸如虛擬現實眼鏡，使用透鏡來為用戶顯示圖像。微顯示器可為用戶的每個眼睛生成圖像。可將透鏡放置在用戶的每只眼睛和微顯示器的一部分之間，使得用戶可查看虛擬現實內容。

如果不加注意，則頭戴式顯示器可能佩戴起來非常笨重且令人疲勞。用于頭戴式顯示器的光學系統可能使用體積龐大且重的透鏡布置。將頭戴式顯示器更多地與這種類型的光學系統一起使用可能令人不適。

因此，期望能夠提供改進的頭戴式顯示器。

發明內容

一種頭戴式顯示器可包括顯示系統和光學系統。顯示系統和光學系統可由佩戴在用戶頭部上的外殼支撐。該頭戴式顯示器可在外殼佩戴于用戶頭部的同時使用顯示系統和光學系統將圖像呈現給用戶。

顯示系統可具有產生與圖像相關聯的圖像光的像素陣列。顯示系統還可具有線偏振器和四分之一波片，來自像素陣列的圖像光穿過該線偏振器，光在穿過線偏振器之后穿過該四分之一波片。

該光學系統可以是具有由透明材料形成的一個或多個透鏡元件并具有反射結構的折反射光學系統，透明材料諸如是玻璃或塑料。透鏡元件可包括平凸透鏡元件和平凹透鏡元件。平凸透鏡元件可具有凸表面和相對的平面表面。平凹透鏡元件可具有凹表面和面對凸透鏡元件的平面表面的相對的平面表面。

部分反射鏡可以形成在平凸透鏡元件的凸表面上。反射偏振器可以形成在平凸透鏡的平面表面或平凹透鏡的凹表面上。額外的四分之一波片可以位于反射偏振器和部分反射鏡之間。

附圖說明

圖1是根據一個實施方案的例示性頭戴式顯示器的圖示。

圖2是根據一個實施方案的例示性頭戴式顯示器的圖示，示出了頭戴式顯示器中例示性光學系統的部件。

圖3是根據一個實施方案的具有另一例示性光學系統的頭戴式顯示器的圖示。

圖4和圖5是根據一個實施方案的可結合到頭戴式顯示器光學系統中的類型的例示性透鏡元件的橫截面側視圖。

圖6和圖7是根據實施方案的額外的例示性頭戴式顯示器的圖示。

圖8和圖9分別是根據一個實施方案的具有圓柱形表面的透鏡元件的頂視圖和側視圖。

圖10是根據一個實施方案的在模具的模制操作期間的例示性透鏡元件和反射偏振器的圖示。

具體實施方式

頭戴式顯示器可用于虛擬現實和增強現實系統。例如，一副穿戴在用戶頭上的虛擬現實眼鏡可用于向用戶提供虛擬現實內容。