[发明专利]具有多焦点模块的头戴式显示器

说明书

一种HMD采用具有一个或多个压控光学元件(318、642)的多焦点模块(204)。通过改变施加到一个或多个光学元件的电压，HMD可以改变由微显示器生成的图像(207、208)的焦距。多焦点模块可以包括胆甾型液晶(CLC)元件和偏振器开关(316)。通过控制施加到CLC元件和偏振器开关中的每一个的电压，HMD可以改变通过多焦点模块的图像的焦距。因而，HMD可以改变由微显示器生成的任何图像的焦距。

背景技术

头戴式显示器(HMD)系统提供了一种让用户在视觉上沉浸于虚拟现实(VR)或增强现实(AR)环境中的方式，或者以便捷的方式向用户显示其它的内容。一些HMD系统包括经由光线集合来发射图像的微显示器。光线耦合到HMD的光导中，并在进入用户眼睛之前反复从光导的世界侧表面反弹。然而，常规的HMD系统具有可能对观看者体验产生负面影响的局限性。例如，一些HMD系统只能显示具有单焦平面的图像，限制了所显示图像的沉浸感和灵活性。其它HMD系统包括在诸如多个微显示器的不同焦平面处生成图像的机制、机械调整HMD部分的机制等，但这些系统具有其它局限性，包括大形状因数和高成本。

发明内容

本公开涉及通过采用具有一个或多个压控光学元件的多焦点模块从HMD的单个微显示器提供不同焦距的图像的系统和技术。通过改变施加到一个或多个光学元件的电压，HMD可以改变由微显示器生成的图像的焦距。例如，多焦点模块可以胆甾型液晶(CLC)元件和偏振器开关。通过控制施加到CLC元件和偏振器开关中的每一个的电压，HMD可以改变通过多焦点模块的图像的焦距。因而，HMD可以改变由微显示器生成的任何图像的焦距。

可以采用不同焦距的图像场来支持各种用途和应用。例如，在一些实施例中，可以使用不同焦距的图像在不同的图像平面显示对象，增强VR和AR内容的沉浸感。另外，多焦点模块可以由具有小形状因数的光学元件构成，诸如CLC元件，从而允许在各种HMD系统中使用多焦点。

根据一个方面，提出了一种头戴式显示器系统，包括：微显示器，该微显示器用于发射显示光；以及多焦点模块，该多焦点模块耦合到微显示器并包括压控光学元件，该多焦点模块基于显示光生成多个图像，该多个图像中的每一个具有不同的焦距。多焦点模块因此可以被配置为基于显示光生成图像，其中，所生成的图像的焦距以及由此所生成的图像的假想平面可以是基于施加到多焦点模块的电压。

在一示例性实施例中，多焦点模块可以包括压控胆甾型液晶(CLC)元件。压控偏振器开关可以耦合到CLC元件。多焦点模块可以包括胆甾型液晶(CLC)元件和偏振器开关。通过控制施加到CLC元件和偏振器开关中的每一个的电压，HMD可以改变通过多焦点模块的图像的焦距。因而，HMD可以改变由微显示器生成的任何图像的焦距。

例如，可选地，偏振器可以是液晶显示器(LCD)单元。附加地或替代地，多焦点模块可以包括耦合到偏振器开关的平面平行板。

在一示例性实施例中，多焦点模块可以包括液晶(LC)移相器、液晶合路器和耦合到多焦点模块的滤光器叠层中的至少一个。在一实施例中，滤光器叠层可以包括第一四分之一波片，分束器耦合到该第一四分之一波片。第二四分之一波片可以耦合到分束器。

附图说明

通过参照附图，本领域技术人员可以更好地理解本公开并使得本公开的许多特征和优势清楚明了。不同图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。

图1是根据一些实施例的包括多焦点模块的HMD系统的示图，该多焦点模块具有至少一个压控光学元件，以从普通微显示器生成具有不同焦距的图像。

图2是示出根据一些实施例的图1中的包括多焦点模块的HMD的一部分的框图。

图3是示出根据一些实施例的具有胆甾型液晶元件的多焦点模块的示图。

图4是示出根据一些实施例的图3中的多焦点模块的操作的示图。

图5是示出根据一些实施例的图3中的多焦点模块连同附加光学元件的示图。