[发明专利]头戴式显示器的光学组合器中的级联光学器件

说明书

技术领域

本发明一般来说涉及光学器件，且特定来说(但非排他地)涉及头戴式显示器。

背景技术

头戴式显示器(“HMD”)为佩戴于头部上或围绕头部佩戴的显示装置。HMD通常并入某种近眼光学系统以形成位于观看者前面某处的虚拟图像。单眼显示器称为单目式HMD，而双眼显示器称为双目式HMD。闭塞式HMD(还称为沉浸式HMD)将虚拟图像投射于黑色背景上方(投射光学器件并非透视的)。透视HMD也投射虚拟图像，但其同时为透明的(或半透明的)，且投射光学器件称作组合器光学器件，这是因为其将虚拟图像组合于实境上。此些光学器件可比用于沉浸式HMD中的光学器件复杂。扩增实境为透视HMD的一个方面，其中虚拟图像叠加到实境。

HMD具有众多实际应用及休闲应用。在历史上，第一应用发现于航空应用中，航空应用准许飞行员在不使其眼睛脱离飞行路径的情况下看到至关重要的飞行控制信息(这些称为头盔式显示器且通常用于旋翼飞行器)。抬头式显示器(“HUD”)通常用于例如飞机及喷气式战斗机的非旋翼飞行器中，其中组合器位于挡风玻璃而非头盔上。HUD还用于汽车中，其中光学组合器可整合于挡风玻璃中或靠近于挡风玻璃。公共安全应用包含地图及热成像的战术显示器。其它应用领域包含视频游戏、交通运输及电信。随着技术演变，必定存在新发现的实际应用及休闲应用；然而，这些应用中的许多应用由于用于实施现有HMD的常规光学系统的大小、重量、视场及效率而受到限制。

附图说明

参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图的相似参考编号指代相似部件。

图1A描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器、分束器及端反射器的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图1B图解说明根据本发明的一实施例的经引导到图1A中所图解说明的光学组合器的用户的估计视场中的计算机产生的图像。

图2A描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器及朝向光中继器的向眼侧引导显示光的全息光学器件的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图2B图解说明根据本发明的一实施例的经引导到图2A中所图解说明的光学组合器的用户的估计视场中的三个计算机产生的图像。

图3描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器及朝向光中继器的向眼侧引导显示光的可切换全息光学器件的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图4是根据本发明的一实施例的包含耦合到显示模块、切换光学器件及眼睛追踪模块的控制器的HMD系统的示意性框图。

图5描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器及可切换镜的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图6描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器、端反射器及可切换全息光学器件的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图7A描绘根据本发明的一实施例的包含显示模块、光中继器、端反射器及可切换全息光学器件的实例性光学组合器的顶部横截面图。

图7B图解说明根据本发明的一实施例的包含透射全息光学器件及分束器的实例性可切换全息光学器件。

图8描绘用户佩戴根据本发明的一实施例的包含光学组合器的双目式头戴式显示器的俯视图。

具体实施方式

本文中描述用于在光学组合器中使用级联式光学器件的设备及方法的实施例。在以下描述中，陈述众多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述具体细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。

本说明书通篇所提及的“一个实施例”或“一实施例”意指结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必全部指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任一适合方式组合于一或多个实施例中。