用于头部可穿戴显示器的透明目镜制造技术

一种用于头部可穿戴显示器的目镜包括导光部件，该导光部件用于引导在从观看区域偏移的外围位置接收的显示光并在观看区域中沿着朝向眼睛的方向发射显示光。导光部件包括：输入表面，被取向为将显示光接收到导光部件中；面朝眼睛的表面，具有反射部分和观看部分；折转表面，被取向为将通过输入表面接收的显示光反射到面朝眼睛的表面的反射部分；以及第一界面表面，被取向为接收从面朝眼睛的表面的反射部分反射的显示光。部分反射层在观看区域中设置在第一界面表面上，以沿着朝向眼睛的方向反射显示光而穿过面朝眼睛的表面的观看部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体上涉及光学领域，特别地而不是排他地涉及用于头部可穿戴显示器(headwearabledisplay)的目镜(eyepiece)。
技术介绍
头戴式显示器(“HMD”)或者头部可穿戴显示器是佩带在头上或者在头附近的显示装置。HMD通常并入某种近眼光学系统以产生位于用户前面几米的放大的虚拟图像。单眼显示器被称为单目HMD，而双眼显示器被称为双目HMD。一些HMD仅显示计算机生成的图像(“CGI”)，而另一些类型的HMD能够在真实世界图景上叠加CGI。后面这种类型的HMD通常包括某种形式的透明目镜(see-througheyepiece)并能够用作用于实现增强现实的硬件平台。利用增强现实，观察者的真实世界的图像用重叠的CGI增强，这也称为平视显示器(“HUD”)。HMD具有许多实用性的应用和休闲的应用。航空和航天应用允许飞行员看见重要的飞行控制信息而不必使他们的眼睛离开飞行路径。公共安全应用包括地图和热成像的战术显示。其它的应用领域包括视频游戏、交通运输和无线电通信。随着技术进步，一定有新发现的实用性应用和休闲应用；然而由于用来实施现有的HMD的传统光学系统的成本、尺寸、重量、视野和效率，这些应用中的许多应用受到限制。附图说明本专利技术的非限制且非穷举的实施方式被参考以下的附图描述，其中在各个视图中相同的附图标记指代相同的部件，除非另外地指定。附图不必按比例，而是重点在于示出被描述的原理上。图1A是根据本公开的一实施方式的用于头部可穿戴显示器的透明目镜的平面图。图1B示出根据本公开的一实施方式的用于头部可穿戴显示器的透明目镜的弯曲楔形部分。图2是根据本公开的一实施方式的用于头部可穿戴显示器的透明目镜的透视图。图3是根据本公开的一实施方式的包括框架座的透明目镜的俯视图。图4A和图4B示出根据本公开的一实施方式的包括透明目镜的示范性头部可穿戴显示器。图5A和图5B是附录，其给出描述根据本公开的一实施方式的透明目镜的示范性实施方式的表面曲率的下陷方程(sagequation)。具体实施方式用于头部可穿戴显示器的透明目镜的系统和装置的实施方式在这里被描述。在以下的描述中，大量细节被阐述以提供对实施方式的彻底的理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，这里描述的技术能够被实施而没有所述细节中的一个或更多个，或者能够以其它的方法、部件、材料等来实施。在其它的情况下，众所周知的结构、材料或操作没有被详细示出或者描述以避免使某些方面模糊。遍及本说明书的对“一种实施方式”或“一实施方式”的提及意味着结合所述实施方式描述的具体的特征、结构或者特性被包括在本专利技术的至少一种实施方式中。因而，短语“在一种实施方式中”或者“在一实施方式中”在遍及本说明书的各个地方的出现未必全都指的是同一实施方式。此外，所述具体的特征、结构或者特性可以以任何适当的方式结合在一种或更多种实施方式中。图1A、图2和图3示出根据本公开的一实施方式的供头部可穿戴显示器使用的透明目镜100。图1A是目镜100的平面图，图2是目镜100的透视图，图3是包括框架座的另一平面图。目镜100的所示实施方式包括导光部件105、透明附加部件110、部分反射层115、显示源120和框架座125。图1B仅示出透明附加部件110和部分反射层115。导光部件105的示出的实施方式包括输入表面130、面朝眼睛的表面(eye-wardfacingsurface)135、折转表面(foldingsurface)140、界面表面145和观看区域147。附加部件110的示出的实施方式包括界面表面150和面对外部场景的表面(externalscenefacingsurface)155。面朝眼睛的表面135包括反射部分160和观看部分165。观看区域147是目镜100的在眼睛175前面的体积区域(volumetricregion)，而观看部分165是面朝眼睛的表面135的让显示光180和外部场景光170从其穿过而到达眼睛175的部分。在一种实施方式中，导光部件105和附加部件110被制造成两个独立的零件，这两个独立的零件沿着界面表面145和150用透明的粘合剂粘合在一起。导光部件105和附加部件110可以由具有相同折射系数的两种不同的材料制造，或者都由相同的材料制造。例如，导光部件105和附加部件110可以由光学级塑料(例如ZeonexE-330-R)、玻璃或者另外的材料制造。在一种实施方式中，所述部件被注塑成形，被加工以添加以下讨论的各种光学涂层/光学层，然后沿着界面表面145和150被接合在一起。在一种实施方式中，导光部件105和附加部件110由具有比空气高的折射系数的材料制造，以在导光部件105内的一个或多个表面处引起全界面折射(“TIR”)。在所示的实施方式中，部分反射层115沿着界面表面145和150设置在导光部件105和附加部件110之间。部分反射层115可以在将这两个部件接合在一起之前被涂覆到界面表面145和150之一或者两者上。部分反射层115可以被实施为常规分束器(例如非偏振的分束器膜)或者偏振的分束器(“PBS”)。分束比(splittingratio)可以根据设计需要来选择，但是在一种实施方式中可以被实施为50/50分束器。在部分反射层115采用PBS实施的实施方式中，显示源120将输出偏振光，该偏振光具有被选择的偏振以基本上被部分反射层115反射。PBS设计能够用来提高光学系统的效率。例如，LCD或硅上液晶(“LCoS”)是输出偏振光的示例显示技术。当然，外部偏振膜可以与其它非偏振显示技术结合使用。当以偏振光工作时，使用低应力材料以减少双折射对光学设计的影响会有益的。因此，在一些实施方式中，导光部件105可以由低应力的塑料、玻璃或者其它低应力的光学级材料制造。由于分束器仅是部分反射的并且导光部件105和附加部件110由光学上透射的材料(例如透明的塑料)制造，所以观看区域147允许外部场景光170的至少一部分穿过而到达眼睛175。目镜100用作光合路器(opticalcombiner)，该光合路器将外部场景光170与沿着朝向眼睛的方向穿过观看部分165发射到眼睛175里的显示光180合并。这样，目镜100能够向眼睛175显示增强的现实。在操作期间，显示源120从观看区域147偏移的外围位置发射显示光180到导光部件105中。显示源120可以使用各种不同的显示技术(包括液晶显示器(“LCD”)、有机发光二极管(“OLED”)显示器或者另外的显示技术)实施。显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于头部可穿戴显示器的目镜，所述目镜包括：导光部件，用于引导在从观看区域偏移的外围位置接收的显示光并在所述观看区域中沿着朝向眼睛的方向发射所述显示光，所述导光部件包括：输入表面，被取向为在所述外围位置将所述显示光接收到所述导光部件中；面朝眼睛的表面，具有反射部分和观看部分；折转表面，邻近所述输入表面设置并与所述面朝眼睛的表面相对，所述折转表面被取向为将通过所述输入表面接收的所述显示光反射到所述面朝眼睛的表面的所述反射部分；以及第一界面表面，在所述观看区域中与所述面朝眼睛的表面相对地设置，并被取向为接收从所述面朝眼睛的表面的所述反射部分反射的所述显示光；以及部分反射层，在所述观看区域中设置在所述第一界面表面上，所述部分反射层沿着所述朝向眼睛的方向反射所述显示光而穿过所述面朝眼睛的表面的观看部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.19 US 14/135,2841.一种用于头部可穿戴显示器的目镜，所述目镜包括：
导光部件，用于引导在从观看区域偏移的外围位置接收的显示光并在所述观看区域中
沿着朝向眼睛的方向发射所述显示光，所述导光部件包括：
输入表面，被取向为在所述外围位置将所述显示光接收到所述导光部件中；
面朝眼睛的表面，具有反射部分和观看部分；
折转表面，邻近所述输入表面设置并与所述面朝眼睛的表面相对，所述折转表面被取
向为将通过所述输入表面接收的所述显示光反射到所述面朝眼睛的表面的所述反射部分；
以及
第一界面表面，在所述观看区域中与所述面朝眼睛的表面相对地设置，并被取向为接
收从所述面朝眼睛的表面的所述反射部分反射的所述显示光；以及
部分反射层，在所述观看区域中设置在所述第一界面表面上，所述部分反射层沿着所
述朝向眼睛的方向反射所述显示光而穿过所述面朝眼睛的表面的观看部分。
2.如权利要求1所述的目镜，其中所述部分反射层包括沿着所述朝向眼睛的方向部分
地反射所述显示光的分束器或者偏振分束器。
3.如权利要求1所述的目镜，还包括：
透明附加部件，在所述观看区域中沿着所述第一界面表面安装到所述导光部件，
其中所述部分反射层设置在所述观看区域中且在所述导光部件的所述第一界面表面
和所述透明附加部件之间的界面处，
其中所述透明附加部件和所述导光部件的所述观看区域对沿着所述朝向眼睛的方向
行进的外部场景光是至少部分透明的。
4.如权利要求3所述的目镜，其中所述透明附加部件由具有与所述导光部件的折射系
数基本上相等的折射系数的材料形成。
5.如权利要求3所述的目镜，其中所述透明附加部件包括：
第二界面表面，具有与所述导光部件的所述第一界面表面匹配的尺寸和曲率；以及
面对外部场景的表面，具有与所述面朝眼睛的表面的在所述观看区域中的第二曲率互
补的第一曲率以基本上抵消所述面朝眼睛的表面的在所述观看区域中的屈光力。
6.如权利要求5所述的目镜，其中所述透明附加部件的所述面对外部场景的表面的所
述第一曲率形成与所述导光部件的所述折转表面连续的表面。
7.如权利要求1所述的目镜，其中所述面朝眼睛的表面的所述反射部分和所述折转表
面是透明表面，所述透明表面被取向为借助全内反射来反射所述显示光。
8.如权利要求1所述的目镜，其中所述输入表面被弯曲以向被接收到所述导光部件中
的所述显示光赋予屈光力从而减小畸变。
9.如权利要求1所述的目镜，其中所述折转表面、所述面朝眼睛的表面和所述第一界面
表面都是弯曲表面，所述弯曲表面被成形为对所述显示光给予反射中的屈光力，并且其中
所述导光部...

【专利技术属性】
技术研发人员：O卡马奇，A格普塔，OA马丁内斯，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US