[发明专利]用于具有显示器的电子设备的光学系统

说明书

本公开涉及用于具有显示器的电子设备的光学系统。电子设备可具有像素阵列。光源可照明像素阵列以产生图像光。图像光可穿过多元件透镜并且可使用输入耦合器诸如棱镜耦合到波导中。输出耦合器诸如衍射光栅可将图像光耦合出波导并朝向用户。用户可观看图像光并且可通过波导观察真实世界对象。波导可具有局部修改的部分，所述局部修改部分限定与多元件透镜的出射表面相距一定距离处的孔径光阑。所述多元件透镜可具有第一和第二消色差双合透镜以及介于所述第一和第二消色差双合透镜之间的第一单透镜和第二单透镜。多元件透镜的透镜元件可包括具有非球面表面的透镜元件。

本申请是基于申请日为2018年5月11日、申请号为2018800285021、发明名称为“用于具有显示器的电子设备的光学系统”的中国发明专利申请的分案申请。

背景技术

本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。

电子设备通常包括显示器。例如，头戴式设备诸如虚拟现实或混合现实眼镜可具有用于为用户显示图像的显示器。光学系统可用于将图像光从显示器导向至用户的眼睛。

在头戴式设备中使用光学系统将图像从显示器提供给使用者的眼睛的过程具有引入图像失真的可能性。在形成足够紧凑以佩戴在使用者的头部上的光学系统中也可能出现挑战。如果不小心，则用于电子设备的光学系统可能过于庞大并且可能不表现出令人满意的光学性能。

发明内容

电子设备诸如头戴式设备可具有像素阵列。光源可照明像素阵列以产生图像光。当照明像素阵列时，来自光源的光可穿过棱镜。反射的图像光可穿过棱镜至多元件透镜。

图像光可穿过多元件透镜并且可使用输入耦合器诸如棱镜耦合到波导中。输出耦合器诸如衍射光栅可将图像光耦合出波导并朝向用户。用户可观看图像光并且同时可通过波导观察真实世界对象。

波导可具有厚度并且可具有局部修改的横向部分，所述局部修改的横向部分限定与多元件透镜的出射表面相距一定距离处的孔径光阑。所述多元件透镜可具有第一和第二消色差双合透镜以及介于所述第一和第二消色差双合透镜之间的第一单透镜和第二单透镜。多元件透镜的透镜元件可包括具有非球面表面的透镜元件。

附图说明

图1是根据实施方案的具有显示器的例示性电子设备的图示。

图2为根据一个实施方案的将图像光从显示器提供给用户的示例性光学系统的图示。

图3是根据一个实施方案的示例性光学系统的图示，示出了图像光可如何耦合到或出波导。

图4为根据一个实施方案的波导的端部部分的视图，其示出了波导的各部分可如何被修改以横向限制光以限定孔径光阑。

图5是根据实施方案的光学系统的示例性多元件透镜的横截面侧视图。

具体实施方式

头戴式设备和其他电子设备可用于虚拟现实和混合现实(增强现实)系统。这些设备可包括便携式消费电子设备(例如，便携式电子设备，诸如蜂窝电话、平板电脑、眼镜、其他可穿戴装置)、在驾驶舱、车辆等中的头顶显示器、基于显示器的装置(投影仪、电视机等)。诸如这些设备的设备可包括显示器和其他光学部件。将虚拟现实和/或混合现实内容提供给具有头戴式显示设备的用户(观察者)的设备构型在本文中作为示例描述。然而，这仅为例示性的。任何合适的装置都可用于向用户提供视觉内容，例如虚拟现实和/或混合现实内容。

佩戴在用户头部的头戴式设备诸如增强现实眼镜可用于向用户提供覆盖在真实世界内容顶部的计算机生成的内容。真实世界内容可由用户通过光学系统的透明部分直接查看。光学系统可用于将图像从显示系统中的一个或多个像素阵列路由至用户的眼睛。光学系统中可包括波导诸如由透明材料(诸如玻璃或塑料)的片形成的薄平面波导或其他光导，以将来自像素阵列的图像光输送至用户。显示系统可包括反射型显示器，诸如硅上液晶显示器、微电子机械系统(MEMS)显示器或其他显示器。