[發(fā)明專利]緊湊型頭戴式顯示系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010982143.2
• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN112285931B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y.阿密太;N.阿密太
• 申請（專利權(quán)）人: 奧里姆光學(xué)有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張婧晨;王麗輝

緊湊型頭戴式顯示系統(tǒng)。提供了光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置包括：具有至少兩個主要表面和邊緣的透光基片；用于將光波耦合到基片中以實現(xiàn)全內(nèi)反射的光學(xué)元件；以及至少一個平坦反射表面，該平坦反射表面具有位于透光基片的兩個主要表面之間的至少一個有效側(cè)以用于將光波耦合離開基片，其特征在于，被捕獲在基片內(nèi)部的光波在被耦合離開基片之前被反射表面的有效側(cè)反射至少兩次。

本申請是申請?zhí)枮?01780024405 .0、申請日為2016年2月18日、題為“緊湊型頭戴式顯示系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基片光波引導(dǎo)的光學(xué)裝置，并且特別地涉及包括透光基片所帶有的反射表面的裝置。

本發(fā)明可以被實現(xiàn)成有利于大量成像應(yīng)用（諸如，頭戴式和平視顯示器、蜂窩電話、緊湊型顯示器、3-D顯示器、緊湊型擴束器）以及非成像應(yīng)用（諸如，平板指示器、緊湊型照明器和掃描儀）。

背景技術(shù)

緊湊型光學(xué)元件的重要應(yīng)用之一是在頭戴式顯示器（HMD）中，其中，光學(xué)模塊既用作成像透鏡又用作組合器，其中二維顯示被成像到無窮遠(yuǎn)并被反射到觀察者的眼睛。顯示器可以從諸如陰極射線管（CRT）、液晶顯示器（LCD）、有機發(fā)光二極管陣列（OLED）或掃描源之類的空間光調(diào)制器（SLM）和類似裝置直接獲得，或借助于中繼透鏡或光纖束間接地獲得。顯示器包括由準(zhǔn)直透鏡成像到無窮遠(yuǎn)并且對于非透視和透視應(yīng)用分別借助于用作組合器的反射或部分反射表面透射到觀察者的眼睛中的元素（像素）陣列。通常，常規(guī)的自由空間光學(xué)模塊被用于這些目的。隨著系統(tǒng)的期望視場（FOV）增大，這種常規(guī)的光學(xué)模塊變得更大、更重且更龐大，并且因此甚至對于中等性能的裝置也是不切實際的。這對于所有類型的顯示器來說是主要缺點，特別是在頭戴式應(yīng)用中，在頭戴式應(yīng)用中系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡可能地輕且緊湊。

為緊湊性而作的努力已經(jīng)導(dǎo)致若干個不同的復(fù)雜的光學(xué)方案，一方面，所有這些光學(xué)方案對于大多數(shù)實際應(yīng)用來說仍然不是充分緊湊的，并且另一方面，所有這些光學(xué)方案在可制造性方面存在主要缺點。另外，由這些設(shè)計所產(chǎn)生的光學(xué)視角的眼睛運動框（EMB）通常非常小——通常小于8mm。因此，即使對于光學(xué)系統(tǒng)相對于觀察者的眼睛的小的移動，光學(xué)系統(tǒng)的性能也非常敏感，并且不允許充分的瞳孔徑運動以從這樣的顯示器方便地閱讀文本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明有助于提供用于HMD以及其他應(yīng)用的緊湊基片。本發(fā)明允許相對寬的FOV，以及相對大的EMB值。所得光學(xué)系統(tǒng)提供大的高質(zhì)量圖像，其還適應(yīng)眼睛的大的運動。由本發(fā)明提供的光學(xué)系統(tǒng)是特別有利的，因為它比現(xiàn)有技術(shù)的實現(xiàn)方式顯著地更緊湊，并且它仍能夠被容易地集成，甚至集成到具有專門配置的光學(xué)系統(tǒng)中。

本發(fā)明的另一應(yīng)用是提供具有寬FOV的緊湊型顯示器，用于諸如蜂窩電話的移動手持應(yīng)用。在今天的無線互聯(lián)網(wǎng)接入市場中，足夠的帶寬可用于全視頻傳輸。限制因素保持了最終用戶的裝置內(nèi)的顯示質(zhì)量。移動性需求限制了顯示器的物理尺寸，結(jié)果是具有差的圖像觀看質(zhì)量的直接顯示。本發(fā)明實現(xiàn)了具有大的虛像的物理上緊湊的顯示器。這是移動通信中（特別是對于移動互聯(lián)網(wǎng)接入來說）的關(guān)鍵特征，解決了其實際實現(xiàn)的主要限制之一。從而，本發(fā)明實現(xiàn)在諸如蜂窩電話之類的小型手持裝置內(nèi)觀看全格式互聯(lián)網(wǎng)頁面的數(shù)字內(nèi)容。

因此，根據(jù)具體需求，本發(fā)明的廣泛目的是減輕現(xiàn)有技術(shù)的緊湊型光學(xué)顯示裝置的缺點，并提供具有改進性能的其它光學(xué)部件和系統(tǒng)。

因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了光學(xué)裝置，其包括：具有至少兩個主要表面和邊緣的透光基片；用于將光波耦合到基片中以實現(xiàn)全內(nèi)反射的光學(xué)元件；以及至少一個平坦反射表面，該平坦反射表面具有位于透光基片的兩個主要表面之間的至少一個有效側(cè)（activeside）以用于將光波耦合離開基片，其特征在于，被捕獲在基片內(nèi)部的光波在被耦合離開基片之前被反射表面的有效側(cè)反射至少兩次。

附圖說明

參照以下說明性附圖結(jié)合某些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，以使得本發(fā)明可以更完整地被理解。