[发明专利]具有交错式光重定向器的光学系统

说明书

本公开涉及具有交错式光重定向器的光学系统。一种电子设备，该电子设备可以包括产生图像的显示器。显示器可以为光学系统生成光，该光学系统将光朝眼箱重定向。光学系统可以包括波导，该波导使光沿第一方向朝所述输出耦合器传播。输出耦合器可以将光朝眼箱耦合出波导，同时关于第一方向将光的奇偶性反转。耦合器可以包括第一元件，诸如一组部分镜或衍射光栅，该耦合器将光的第一部分沿第二方向重定向。耦合器可以包括第二元件，该第二元件将光的第二部分沿与第二方向相反的第三方向重定向。第一元件可以重定向第二部分，并且第二元件可以将第一部分朝眼箱重定向。

本专利申请要求2019年8月13日提交的美国非临时专利申请16/539,818以及2018年9月24日提交的美国临时专利申请62/735,560的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

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。

背景技术

电子设备可包括靠近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单元和将来自显示单元的光朝眼箱(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单元的光重定向，使得该光在波导中沿着朝输出耦合器的第一方向传播。输出耦合器可以将光耦合出波导并沿朝眼箱的第二方向耦合，同时关于第一方向将光的奇偶性(parity)反转。

输出耦合器可以包括第一光重定向元件，该第一光重定向元件将光的第一部分沿第三方向重定向，并且可以包括第二光重定向元件，该第二光重定向元件将光的第二部分沿与第三方向相反的第四方向重定向。第一光重定向元件可以将由第二光重定向元件重定向的光的第二部分沿朝眼箱的第二方向重定向。第二光重定向元件可以将由第一光重定向元件重定向的光的第一部分沿朝眼箱的第二方向重定向。第一光重定向元件和第二光重定向元件可以共同定位(co-locate)在输出耦合器中(例如，交错或重叠)。第一光重定向元件和第二光重定向元件可包括相应衍射光栅组，诸如体积全息图。在另一合适的布置中，光重定向元件可包括部分反射镜。输出耦合器可以在宽视场上利用均匀强度光来填充大眼箱，同时减少或最小化通过输出耦合器的光的光路。

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2A是根据一些实施方案的具有光学系统的例示性显示系统的顶视图，该光学系统包括至少部分地嵌入在波导基板中的输入耦合器和输出耦合器。

图2B是根据一些实施方案的具有光学系统的例示性显示系统的顶视图，该光学系统包括形成在波导基板上的输入耦合器和输出耦合器。

图3是根据一些实施方案的具有交错式(共同定位)光重定向元件的例示性输出耦合器的前视图，其中光重定向元件反转传入图像的垂直轴线奇偶性。

图4是根据一些实施方案的具有交错式光重定向元件的例示性输出耦合器的透视图。

图5是示出根据一些实施方案的输出耦合器中的例示性交错的第一光重定向元件和第二光重定向元件如何沿不同方向重定向光的光线图。

图6是示出根据一些实施方案的例示性交错的第一光重定向元件和第二光重定向元件可以如何由不同的衍射光栅组形成的顶视图。