显示系统技术方案

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，这些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。该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。这些光束被从所述光引擎的出射光圈定向到该光学组件的入射耦合结构。该出射结构被布置成将所述光束引导到所述眼睛上。该光学组件被定位在光引擎和眼睛之间。光学组件相对于光引擎成角度，以使得这些光束的任何向外反射的版本传播离开该出射光圈。

display system

A wearable image display system includes a head component, an optical engine, and an optical component. The light engine is mounted on the head member and configured to generate a beam of light, each of which is substantially collimated so that the beam forms a virtual image. The optical assembly is positioned to project an image onto the wearer's eye and includes an incident coupling structure and an ejection structure. The light beams are directed from the exit aperture of the light engine to the incident coupling structure of the optical component. The ejection structure is arranged to guide the beam to the eye. The optical assembly is positioned between the light engine and the eye. The optical components are angled relative to the light engine so that any outward reflected versions of the beams propagate out of the exit aperture.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显示系统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(eyebox)。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
技术介绍
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；图11示出重影图像可如何被创建在某些显示系统中；图12解说了可用于消除重影图像的机制。详细描述通常，基于波导的显示系统包括图像源(例如，投影仪)、(诸)波导和压印在各波导表面上的各光学元件(例如，衍射光栅或全息图)。这些光学元件被用于例如将图像源所发射的光耦合入和耦合出波导，和/或用于调制其在波导内的空间分布。图1是头戴式显示器的透视图。头戴式显示器包括头部部件，该头部部件包括框架(2)，该框架(2)具有旨在适配在佩戴者的鼻梁上的中央部分(4)以及旨在适配在用户的耳朵上的左右支撑延伸部(6、8)。虽然支撑延伸部被示为基本笔直，它们可以以弯曲的部分终止，以按传统眼镜的方式更舒适地适配在耳朵上。框架2支撑标记为10L和10R的左和右光学组件，左和右光学组件为例如由玻璃或聚合物形成的波导。为了便于本文中的参考，光学组件10(其为波导)将被认为是左或右组件，因为这些组件除了是彼此的镜像外本质上相同。因此，涉及左手组件的所有描述也涉及右手组件。稍后将参考图3更详细地描述光学组件。中央部分(4)容纳两个光引擎，这两个光引擎在图1中未被示出，但在图2A中示出了其中的一个光引擎。图2A示出图1的框架的顶部部分的一部分的俯视图。由此，图2A示出包括微显示器15和成像光学器件17的光引擎13，成像光学器件17包括准直透镜20。光引擎还包括能够生成微显示器的图像的处理器。微显示器可以是任何类型的图像源，诸如硅上液晶(LCOS)显示器、透射液晶显示器(LCD)、LED的矩阵阵列(有机或无机)或任何其他合适的显示器。该显示器由图2A中不可见的电路系统驱动，该电路系统激活显示器的各个体像素以生成图像。从每一像素充分准直的光落在光引擎13的出射光瞳22上。在出射光瞳22处，经准直的光束被耦合到每一光学组件10L、10R中在每一组件上提供的相应入射耦合区12L、12R中。这些入射耦合区在图1中被清楚地示出，但在图2A中不是容易可见的。入射耦合光随后被引导通过涉及衍射和TIR的机制(该机制在相应的中间(折叠)区14L、14R中的光学组件的横向)，并且还向下到相应的出射区16L、16R中，光在该出射区16L、16R朝向用户的眼睛离开组件10。图1中示出了区14L、14R、16L和16R。以下详细描述这些技术。图2A示出接收来自出射区(16L或16R)的经衍射的光的用户的眼睛(右或左)。到用户的眼睛的输出光束OB与入射光束IR平行。例如参考在图2A中被标记为IB的光束以及在图2A中被标记为OB的两个平行输出光束。光学组件10位于光引擎13和眼睛之间，即显示系统配置具有所谓的透射类型。光学组件10是基本上透明的，以使得用户可不仅查看来自光引擎13的图像，还可透过该光学组件10查看现实世界视图。光学组件10具有折射率n，该折射率n使得全内反射发生，从而引导来自入射耦合区12的光束沿着中间展宽区14，并向下朝向出射区16。图2B示出显示系统1的俯视图。分开的左和右显示器(15L，15R)被容纳在中央部分(4)中，每一显示器具有其自己的成像光学器件(17L,17R)。这些构成刚才描述的种类的分开的光引擎13L、13R。由左成像光学器件(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可穿戴图像显示系统，包括：头部部件；光引擎，所述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；以及光学组件，所述光学组件被定位成将图像分别投影在佩戴者的眼睛上，并且包括入射耦合结构和出射结构；其中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，其中所述光学组件被定位在光引擎和所述眼睛之间，并且其中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传播离开所述出射光圈。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.09 US 14/617,6061.一种可穿戴图像显示系统，包括：头部部件；光引擎，所述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；以及光学组件，所述光学组件被定位成将图像分别投影在佩戴者的眼睛上，并且包括入射耦合结构和出射结构；其中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，其中所述光学组件被定位在光引擎和所述眼睛之间，并且其中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传播离开所述出射光圈。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光引擎包括在其上生成图像的显示器以及被布置成根据所述显示器上的所述图像生成所述光束的准直光学器件。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述结构是光栅，由此所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·罗宾斯，T·莱沃拉，P·萨里科，Y·C·珀恩，L·A·沃尔夫，E·L·托勒，
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