一种头戴式显示器(“HMD”)包括显示模块、光组合器、控制电路和透镜。显示模块产生图像光,且光组合器用于将图像光与外部场景光组合。透镜被定位成接收图像光。透镜能够动态改变透镜的至少一个透镜特性。控制电路控制透镜以动态改变透镜的至少一个透镜特性。
【技术实现步骤摘要】
头戴式显示器本案是申请日为2015年1月7日、申请号为201580006638.9、专利技术名称为“用于头戴式显示器的动态透镜”的专利技术专利申请的分案申请。
本公开总地涉及光学器件,并尤其但非排他地涉及头戴式显示器。
技术介绍
头戴式显示器(headmounteddisplay,“HMD”)是佩戴在头部上或头部周围的显示设备。HMD通常结合有某种近眼光学系统来形成位于观察者前方某处的虚拟图像。单个眼睛的显示器被称为单眼HMD,而两个眼睛的显示器被称为双眼HMD。遮蔽式HMD,也称为沉浸式HMD,将虚拟图像投射到黑色背景上(投射光学器件不是透视的)。透视式HMD也投射虚拟图像,但是它们同时是透明的(或半透明的),并且投射光学器件被称为组合器光学器件,这是因为它们将虚拟图像组合在现实上。增强现实是透视式HMD的一个方面,其中虚拟图像被叠加到现实。HMD具有多种实际和休闲应用。历史上,第一个应用存在于航空应用中,其在不使他们的眼睛离开飞行路径的情况下准许飞行员看到重要飞行控制信息(它们被称为头盔式显示器(HelmetMountedDisplay)并通常用于旋翼飞行器)。平视显示器(HeadsUpDisplay,“HUD”)通常用于非旋翼飞行器,如飞机或喷气式飞机中,其中组合器位于挡风玻璃上而非头盔上。HUD也用于汽车中,其中光组合器可被集成在挡风玻璃中或靠近挡风玻璃。公共安全应用包括地图的战术显示和热成像。其他应用领域包括视频游戏、运输和电信。随着技术发展,一定会新发现的实用应用和休闲应用;然而,这些应用中的很多由于用于实现现有HMD的传统光学系统的尺寸、重量、视野和效率而受到限制。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面,提供一种头戴式显示器(“HMD”),包括:显示模块,用于产生图像光;光组合器,用于将图像光与外部场景光组合,其中所述光组合器包括反射元件,所述反射元件被耦合以接收图像光并在向眼睛方向上引导图像光;叠置的可切换透镜,所述叠置的可切换透镜被光学耦合以接收图像光,其中所述叠置的可切换透镜包括至少第一切换光学器件和第二切换光学器件;以及控制电路,所述控制电路被配置成选择性触发第一切换光学器件和第二切换光学器件,其中第一切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第一向眼睛区域引导,并且其中,第二切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第二向眼睛区域引导,第一向眼睛区域不同于第二向眼睛区域。附图说明本专利技术的非限制性和非穷尽性实施例参照下面的附图描述,图中相同的参考标记在各个视图中始终表示相同部件,除非另有所指。图1A描绘了包括显示模块、光中继、分束器和端部反射器的示例光组合器的顶部横截面图。图1B示出了被引导到光组合器的用户的估计视野的向眼睛区域(eyeward-region)中的计算机产生的图像。图2A示出了根据本公开的实施例的控制可调谐透镜的控制电路,该可调谐透镜接收要被引导到向眼睛区域的图像光。图2B-2E示出了根据本公开的实施例的可用作图2A中的可调谐透镜的可调谐透镜的示例。图2F示出了根据本公开的实施例的由可调谐透镜引导到相同向眼睛区域的不同深度的计算机产生的图像。图3A示出了根据本公开的实施例的控制叠置(stacked)可切换透镜的控制电路,该叠置可切换透镜接收要被引导到不同向眼睛区域中的图像光。图3B示出了根据本公开的实施例的显示模块和控制示例叠置可切换透镜的控制电路,该叠置可切换透镜包括三个切换光学器件(switchingoptic)。图3C示出了根据本公开的实施例的可以用在叠置可切换透镜内的示例切换光学器件配置。图3D示出了根据本公开的实施例的被引导到不同向眼睛区域中的被拼接到一起的计算机产生的图像。图3E示出了根据本公开的实施例的被引导到不同向眼睛区域的未被拼接到一起的计算机产生的图像。图4A示出了根据本公开的实施例的发出图像光的显示模块和控制电路,该控制电路被耦合以控制可重配置透镜,该可重配置透镜被定位成将图像光引导到不同向眼睛区域中。图4B-4D示出了根据本公开的实施例的可以用在图4A中的可重配置透镜中的示例可重配置光学器件配置。图5描绘了根据本公开的实施例的佩戴包括动态透镜的双眼头戴式显示器的用户的顶视图。具体实施例在此描述包括动态透镜的头戴式显示器的实施例。在下面的描述中,阐述了多个特定细节,以提供对实施例的全面理解。然而,相关领域技术人员将认识到在此描述的技术能够在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或者利用其它方法、部件、材料等实践。在其它情况下,公知的结构、材料或操作没有被详细示出或描述,以避免使特定方面模糊不清。在整个这个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着联系该实施例描述的特定特征、结构或特点被包括在本专利技术的至少一个实施例中。从而,短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在整个这个说明书中的各个位置中的出现不一定都指代相同的实施例。此外,特定的特征、结构或特点可以以任何适当的方式在一个或多个实施例中组合。图1A描绘了示例光组合器100的顶部横截面图,该光组合器100包括显示模块105、光中继(lightrelay)165、分束器131和端部反射器(endreflector)183。光组合器100可以集成在头部装备中以形成头戴式显示器(“HMD”)。显示模块105投射计算机产生的图像(“CGI”)。显示模块105可以通过发光二极管(“LED”)阵列、有机LED(“OLED”)阵列、量子点阵列、激光扫描仪等实现。显示模块105也可以通过给LED显示器提供背光的光源(例如,激光器、LED或灯泡)或者反射光源的硅上液晶(“LCOS”)面板来实现。显示模块105可以被认为是“微型显示器”。端部反射器183具有凹反射镜。在操作中,显示模块105沿着前向路径180朝向端部反射器183发出显示光(其可以是CGI光)。光中继165可以具有透明的结构,以准许显示光的大多数或大部分沿着前向路径180穿过。光中继165可以由实心(solid)透明材料(例如,玻璃、石英、丙烯酸塑料、透明塑料、PMMA、ZEONEX-E48R等)制造,或者可以实现为具有内部空气间隙的固体壳体,显示光可以穿过该内部空气间隙。光中继165可以操作以保护光路径,但是不必使用全内反射(“TIR”)来以导引或限制显示光。沿着前向路径180,显示光遇到分束器131。分束器131将显示光的第一部分朝向光组合器100的外部场景侧反射并使显示光的第二部分通过。分束器131可以是45度50/50非偏振分束器,这意味着其反射百分之五十的光且使另外百分之五十的光通过。通过分束器131的显示光继续沿着前向路径180,且端部反射器183将显示光沿着反向路径185反射回来。沿着反向路径185的显示光遇到分束器131,该分束器131将显示光的一部分沿着反向路径185朝向光组合器100的向眼睛侧(eye-wardside)反射。图1所示的实施例允许显示模块105所发出的显示光被投射到用户的眼睛160中,这是计算机产生的图像被引导到向眼睛区域176中的方式。除了将图像引导到向眼睛区域176中,光组合器100也可以允许外部场景光155的至少一部分到达眼睛160(在一部分被分束器131反射之后)。图1B示出了被引导本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种头戴式显示器(“HMD”),包括:显示模块,用于产生图像光;光组合器,用于将图像光与外部场景光组合,其中所述光组合器包括反射元件,所述反射元件被耦合以接收图像光并在向眼睛方向上引导图像光;叠置的可切换透镜,所述叠置的可切换透镜被光学耦合以接收图像光,其中所述叠置的可切换透镜包括至少第一切换光学器件和第二切换光学器件;以及控制电路,所述控制电路被配置成选择性触发第一切换光学器件和第二切换光学器件,其中第一切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第一向眼睛区域引导,并且其中,第二切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第二向眼睛区域引导,第一向眼睛区域不同于第二向眼睛区域。
【技术特征摘要】
2014.01.29 US 14/167,8511.一种头戴式显示器(“HMD”),包括:显示模块,用于产生图像光;光组合器,用于将图像光与外部场景光组合,其中所述光组合器包括反射元件,所述反射元件被耦合以接收图像光并在向眼睛方向上引导图像光;叠置的可切换透镜,所述叠置的可切换透镜被光学耦合以接收图像光,其中所述叠置的可切换透镜包括至少第一切换光学器件和第二切换光学器件;以及控制电路,所述控制电路被配置成选择性触发第一切换光学器件和第二切换光学器件,其中第一切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第一向眼睛区域引导,并且其中,第二切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第二向眼睛区域引导,第一向眼睛区域不同于第二向眼睛区域。2.如权利要求1所述的HMD,其中,所述控制电路被配置成控制显示模块,以将至少第一图像和第二图像包括在图像光中,并且其中所述控制电路被配置成当第一图像被包括在图像光中时触发第一切换光学器件,以及被配置成当第二图像被包括在图像光中时触发第二切换光学器件。3.如权利要求2所述的HMD,其中,第一图像和第二图像以高到...
【专利技术属性】
技术研发人员:BC克雷斯,GE普里斯特多曼,
申请(专利权)人:谷歌有限责任公司,
类型:发明
国别省市:美国,US
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