用于将图像光耦合到近眼显示器的投影光学系统技术方案

技术编号:12673798 阅读:43 留言:0更新日期:2016-01-07 18:26
描述了用于将来自图像源的图像光光学地耦合到可佩戴近眼显示器设备的近眼显示器(NED)的投影光学系统的技术。投影光学系统和图像源构成投影光引擎。来自图像源的光被引导到沉浸在高折射率玻璃中的鸟浴反射光学元件。图像光被鸟浴元件反射并准直化,并在投影光引擎的外壳外部行进形成外部出射光瞳,这意味着出射光瞳在投影光引擎外部。波导光学地耦合外部出射光瞳的图像光。可使用的波导的示例为表面起伏光栅波导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于将图像光輔合到近眼显示器的投影光学系统 ww] 背景 近眼显示器(肥D)设备(诸如头戴式显示器(HMD)设备)可由用户佩戴W得到诸 如增强现实(AR)体验或虚拟现实(VR)体验之类的体验。投影光引擎生成图像数据W供显 示在肥D设备的视野中。用于将来自投影光引擎的光禪合到近眼显示器的效率会影响图像 质量和功率消耗,因为该引擎必须提供更多的照明来补偿失去的光。禪合出射光瞳处的光 是非常高效的,因为出射光瞳是其中表示图像的光束具有最小截面并包含供显示的整个图 像所在的区域。然而,许多投影光引擎都具有内部出射光瞳,运意味着出射光瞳在投影光引 擎的各光学器件的内部。禪合来自具有内部出射光瞳的投影光引擎的光因用于在该光离开 出射光瞳后重新捕捉图像数据的附加光学器件而低效的多,并且由于该光必须通过更多的 光学器件而使图像光的光功率被削弱了。能够直接访问出射光瞳处的图像数据的显示器在 提供质量图像方面要功率高效的多。 概述 本技术提供用于将投影光引擎的外部出射光瞳的图像光禪合到肥D设备的近眼 显示器(肥D)中的一个或多个实施例。用于将来自投影光引擎的图像源的图像光禪合到近 眼显示器的投影光引擎的投影光学系统的实施例包括可由用户佩戴的近眼显示器设备的 支撑结构。高折射率玻璃区域由该支撑结构支撑。具有反射表面的鸟浴化ir化ath)光学 元件被沉浸在高折射率玻璃区域中,并被支撑结构定位成用于光学地禪合来自图像源的图 像光。鸟浴光学元件将该图像光准直化,并使该图像光反射通过高折射率玻璃区域至外部 出射光瞳。外部出射光瞳在投影光引擎的外部。 阳0化]本技术提供了近眼显示器(肥D)设备系统的一个或多个实施例。肥D设备的一实 施例包括近眼支撑结构,该近眼支撑结构支撑包括波导的近眼显示器(肥D)。包括图像源和 投影光学系统的投影光引擎也由该近眼支撑结构支撑,并具有外部出射光瞳。投影光学系 统包括高折射率玻璃区域,具有反射表面的鸟浴光学元件沉浸在该高折射率玻璃区域中。 鸟浴光学元件将来自图像源的图像光准直化并将该图像光反射到外部出射光瞳,并且近眼 支撑结构将波导定位成用于光学地禪合外部出射光瞳的图像光。 本技术提供用于将来自投影光引擎的图像源的图像光禪合到近眼显示器的方法 的一个或多个实施例。该方法的一实施例包括将来自图像源的图像光沿着在投影光学系统 外壳内的高折射率玻璃区域中的第一光路光学地引导到该高折射率玻璃区域中的鸟浴反 射光学元件。鸟浴反射光学元件将图像光准直化,并使该图像光沿着延伸通过高折射率玻 璃区域至在投影光学系统外壳之外的外部出射光瞳的第二光路反射。该图像光可在第一光 路和第二光路中的至少一者中被偏振化,并且近眼显示器的波导的输入光栅至少将出射光 瞳的图像光禪合到该波导。 提供该概述W便W简化形式介绍概念的选集,所述概念在W下详细描述中被进一 步描述。该概述不意图标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征,也不意图被用来帮 助确定所要求保护的主题的范围。 附图简述 图1是描绘近眼显示器(肥D)设备系统的一实施例的示例组件的框图。 图2A是肥D设备的控制电路系统内包括计算机系统在内的各示例硬件组件的框 图。 图2B是与具有外部出射光瞳的投影光引擎禪合的近眼显示器的一实施例的俯视 图。 图3A是使用沉浸在高折射率玻璃中的鸟浴光学元件来提供外部出射光瞳的投影 光引擎的一实施例的框图。 图3B是使用沉浸在高折射率玻璃中的鸟浴光学元件的投影光引擎的另一实施例 的框图。 阳014] 图3C是示出图3B中示出的波导示例的各层的俯视图的框图。 图4示出用于将具有外部出射光瞳的投影光引擎的一实施例定位成供使用眼镜 架与肥D设备中的近眼显示器光学禪合的支撑外壳结构的一实施例。 图5是从软件角度用于供近眼显示器设备显示图像数据的系统的一实施例的框 图。 图6是用于将来自投影光引擎的图像源的图像光禪合到近眼显示器(肥D)设备的 近眼显示器的方法的一实施例的流程图。 图7是可用于实现网络可访问的计算系统、近眼显示器设备的伴随处理模块或控 制电路系统的计算系统的一个实施例的框图。 详细描述 近眼显示器(肥D)设备的一示例是头戴式显示器(HMD)设备,其是用户可佩戴的 移动计算机设备。在使得顾客可佩戴计算机设备有用并因此有销路时,对重量、尺寸和电池 寿命的实用考虑可W是用于解决期望其计算机设备随其一起移动的用户的移动性和舒适 性需求的关键特征。将出射光瞳处的图像光禪合到近眼显示器(肥D)中通过削减照明功率 增加了效率并提供了良好的图像质量。具有外部出射光瞳的投影光引擎允许肥D利用该增 加的效率和图像质量。再次,出射光瞳是其中表示图像的光束具有最小截面并包含供显示 的整个图像的区域。[OOW图1是描绘近眼显示器(肥D)设备系统的一实施例的各示例组件的框图。在所示 的实施例中,该系统包括被通信地禪合到被标识为伴随处理模块4的另一计算机系统的作 为头戴式显示器(HMD)设备2的近眼显示器(肥D)设备。该示例中示出了无线通信,但也 可实现经由模块4和显示设备2之间的线的通信。 在该实施例中,肥D设备2采用框架115中眼镜的形状,其中相应的显示器光学系 统14(141和14r)被定位在肥D设备的前部W在肥D被用户佩戴时由每一只眼睛透视。在 运一实施例中,每一显示器光学系统14使用投影显示器,其中图像数据被投影到用户眼睛 中W生成图像数据的显示,从而使得该图像数据对于用户而言看上去位于用户前方的=维 视野中的一位置处。例如,用户可能正在他的起居室中W光学透视模式玩击倒敌人直升机 的游戏。如图2B中所示,直升机的图像对于用户而言看上去正飞过他起居室中的椅子的上 方,但不在光学透镜116和118之间,因为用户无法聚焦于离人类眼睛如此之近的图像数据 上。每个显示器光学系统14也被称为示器,并且两个显示器光学系统14 一起也可W被称 为显示器。 在该实施例中,框架115提供方便的眼镜框架作为用于将肥D设备2的各元件保 持在原位的近眼支撑结构W及用于电连接的管道。近眼支撑结构的一些其他示例是护目镜 框架或护眼镜支撑。框架115包括鼻梁架104、顶端前部的覆盖部分117、针对该设备的左 侧(1301)和右侧(130r)中的每一者的相应投影光引擎外壳130W及被设计成停留在用户 的每一耳朵上的左和右镜腿或侧臂1021和102r。在该实施例中,鼻梁架104包括具有用于 记录声音并向控制电路系统136传送音频数据的话筒110。在侧外壳单元1301和13化的 外部是相应的面向外的相机1131和113r,运些相机捕捉在用户前面的现实环境的图像数 据W用于映射什么在近眼显示器(肥D)的视野内。 在该示例中,虚线128是连接到控制电路系统136(其也用虚线示出)的一些电连 接路径的说明性示例。一个虚线电连接被标记128W避免使附图过于拥挤。在该示例中, 电连接和控制电路系统136在虚线中W指示它们在顶端前部的覆盖部分117下面。在用于 其他组件的侧臂中还可存在包括电源总线的延伸的其他电连接(未示出),其他组件的一 些示例是包括附加相机的传感器单元、耳机或单元等音频输出设备W及可能为附加处理器 和存储器。示出了可用于将框架的各个部分连接在一起的诸如螺钉等连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近眼显示器设备,包括:近眼支撑结构;由所述近眼支撑结构支撑的近眼显示器(NED),所述近眼显示器包括波导;投影光引擎,包括由所述近眼支撑结构支撑的图像源和投影光学系统,并具在所述投影光引擎外部的外部出射光瞳;所述投影光学系统包括其中沉浸有具有反射表面的鸟浴光学元件的高折射率玻璃区域,所述鸟浴光学元件准直化来自所述图像源的图像光,并将所述图像光反射到所述外部出射光瞳;以及所述近眼支撑结构将所述波导定位成用于光学地耦合所述外部出射光瞳的图像光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·D·博恩N·内斯特洛维克S·J·罗宾斯
申请(专利权)人:微软技术许可有限责任公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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