[发明专利]具有用于分体式光瞳的空间光调制器照射的显示系统

说明书

将不同颜色分离为横向位移光束的照射系统可以用于将不同颜色图像内容导引到用于将图像显示在眼睛中的目镜中。例如，这样的目镜可以用于增强现实头戴式显示器。可以提供利用一个或多个波导将来自光源的光朝向空间光调制器导引的照射系统。来自所述空间光调制器的光可以朝向目镜导引。本发明的一些方面提供具有不同颜色的光以不同角度从所述一个或多个波导耦出并且沿着不同光束路径导引。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月21日提交的美国临时申请号62/474,568(代理人案号MLEAP.084PR)在35U.S.C.§119(e)下的优先权的权益，其以整体内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及光学设备，包括虚拟现实和增强现实成像和可视化系统。

背景技术

现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种类型的AR场景，一般涉及被集成到自然世界中并对该自然世界做出响应的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可以被真实世界中的对象阻挡，或者以其他方式，可以被感知为与真实世界中的对象交互。

参考图1，描绘了增强现实场景10，其中，AR技术的用户看到了真实世界的公园状的设置20，该设置以人、树、背景中的建筑物以及混凝土平台30为特征。除了这些项之外，AR技术的用户还感知到他“看到”了“虚拟内容”，诸如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及看起来是大黄蜂的化身的正在飞行的卡通式的化身角色50，即使这些元素40、50在真实世界中不存在。由于人类视觉感知系统是复杂的，因此要产生有助于在其他虚拟或真实图像元素当中舒适、感觉自然、丰富呈现的虚拟影像元素的AR技术具有挑战性。

本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术有关的各种挑战。

附图说明

图1示出了用户通过AR设备观看的增强现实(AR)视图。

图2示出了可佩戴显示系统的示例。

图3示出了用于为用户模拟三维影像的传统显示系统。

图4示出了使用多个深度平面模拟三维影像的方法的各方面。

图5A至5C示出了曲率半径与焦半径之间的关系。

图6示出了用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。

图7示出了由波导输出的出射光束的示例。

图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。

图9A示出了一组堆叠波导的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。

图9B示出了图9A的多个堆叠波导的示例的透视图。

图9C示出了图9A和9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。

图9D示出了向多个耦入光学元件提供多个输入光束的基于波导的图像源，该多个耦入光学元件与形成目镜的一部分的波导的堆叠集成。

图10A和10B示出了包括单个波导的基于波导的图像源，该单个波导可以接收白光并且包括具有色散并且将不同颜色光(例如，红、绿、蓝)导引到不同方向中的耦出光学元件。

图11A-11C示出了包括多个波导的基于波导的图像源，多个波导中的每一个光学耦合到具有将相应波导中的光导引到不同方向中的耦出光学元件的不同颜色LED(例如，红、绿、蓝)。