[发明专利]显示系统

说明书

背景

显示系统可用于使得期望图像对用户(观看者)可见。可穿戴显示系统可被具体化在可穿戴头部装置中，该可穿戴显示系统被布置成在距人类眼睛的短距离内显示图像。这样的可穿戴头部装置有时被称为头戴式显示器，并且提供有框架，该框架具有适配在用户的(佩戴者的)鼻梁上的中央部分以及适配在用户的耳朵上的左右支撑延伸部。光学组件被布置在该框架中，以便在用户眼睛的几厘米之内显示图像。该图像可以是显示器(诸如微显示器)上的计算机生成的图像。该光学组件被布置成将在显示器上生成的期望图像的光传输到用户的眼睛以使得该图像对用户可见。在其上生成图像的显示器可形成光引擎的一部分，以使得该图像本身生成可由该光学组件引导以提供对用户可见的图像的准直光束。

不同种类的光学组件已被用来将图像从显示器传达到人类眼睛。这些光学组件可包括例如透镜、反光镜、光学波导、全息图和衍射光栅。在一些显示系统中，光学组件是使用以下光学器件来构造的：该光学器件允许用户看见图像但在“现实世界”不透视该光学器件。其他类型的显示系统通过其光学器件提供视图，以使得向用户显示的生成的图像重叠在现实世界视图上。这有时被称为增强现实。

基于波导的显示系统通常经由波导(光导)中的TIR(全内反射)机制将光从光引擎传输到眼睛。这样的系统可并入衍射光栅，该衍射光栅引起高效的光束展宽，以使得输出由光引擎提供的光束的经展宽的版本。这意味着当看着波导的输出而非直接看着光引擎时，图像在更宽的区域上可见：假设眼睛在某区域内，使得该眼睛可接收来自基本全部(即所有或大多数)经展宽的光束的光，则整个图像将对用户可见。这样的区域被称为眼框(eye box)。

在一种类型的头戴式显示器中，框架支持两个光引擎，这两个光引擎各自用相应的引导机制生成相应类型的图像，其中每一引导机制引导图像以将其投影在相对于相关联的眼睛适当的位置处，使得佩戴者的眼睛联合运作以接收单个非失真的图像。

概述

提供本概述以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题也不限于解决背景技术部分中指出的任何或所有缺点的实现。

可穿戴图像显示系统包括头部部件、光引擎和光学组件。该光引擎被安装在所述头部部件上并被配置成生成光束，所述光束中的每一者被基本准直以使得所述光束形成虚拟图像。所述光学组件被定位成将图像投影到佩戴者的眼睛上，并包括入射耦合结构和出射结构。所述光束被从所述光引擎的出射光圈定向到所述光学组件的入射耦合结构。所述出射结构被布置成将所述光束引导到所述眼睛上。所述光学组件被定位在所述光引擎和所述眼睛之间。所述光学组件相对于所述光引擎成角度，以使得所述光束的任何向外反射的版本脱离所述出射光圈传播。

附图简述

图1示出可穿戴显示系统；

图2A示出显示系统的一部分的俯视图；

图2B示出显示系统的一部分的俯视图；

图3A和3B示出光学组件的透视图和正视图；

图4A示出其表面上形成有表面起伏光栅的光学组件的示意俯视图；

图4B示出图4A的光学组件的示意图，该光学组件被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图5A是直的二元表面起伏光栅的示意性说明，该直二元表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图5B是斜二元表面起伏光栅的示意图，该斜二元表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图5C是突出的三角表面起伏光栅的示意性说明，该突出的三角表面起伏光栅被示为与入射光交互并且是从侧面观看的；

图6示出光学组件的入射耦合区域的一部分的关闭视图；

图7A示出了显示系统的一部分的透视图；

图7B示出显示器的各个体像素的俯视图；

图7C和7D示出与光学组件交互的光束的俯视图和正视图；

图7E示出执行光束展宽的光学组件的正视图；

图7F示出执行光束展宽的光学组件的俯视图；

图7G是弯曲的光学组件的俯视图；

图8A和8B是光学组件的一部分的俯视图和正视图；

图9A示出在波导的折叠区内的光束反射的透视图；

图9B解说光束展宽机制；

图10示出显示系统的侧视图；