一种头戴式显示设备(1400)包括显示面板(104)和透镜组件(124)，其被安装成透镜组件的光轴与显示面板相交。透镜组件包括具有面向显示面板并且限定菲涅耳棱镜(108)的表面(112)的透镜体(102)。菲涅耳棱镜中的一个菲涅耳棱镜当在第一剖面中观察时具有第一面角并且当在平行于第一剖面的第二剖面中观察时具有第二面角。第一面角不同于第二面角。
Fresnel Prism Module with Variable Face Angle
A head-mounted display device (1400) includes a display panel (104) and a lens assembly (124), whose optical axis mounted as a lens assembly intersects the display panel. The lens assembly includes a lens body (102) having a surface (112) facing a display panel and defining a Fresnel prism (108). A Fresnel prism in a Fresnel prism has a first plane angle when observed in the first section and a second plane angle when observed in the second section parallel to the first section. The first angle is different from the second angle.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有可变面角的菲涅耳棱镜组件
本公开通常涉及虚拟现实显示器，更具体地，涉及虚拟现实显示器中的光学透镜组件。
技术介绍
随着用于工作和娱乐的视觉媒体的利用增加，用户正在寻求逼真的视觉体验，特别是那些融入三维体验的体验。同样地，用户正在转向虚拟现实(VR)头戴式耳机和其他三维(3D)显示技术。然而，常规透镜技术的性质在视场中，特别是沿着用户视场的周边边缘，引入了畸变、失焦、不期望的放大或不希望的场曲。这种畸变和像差会降低VR或3D体验的质量，特别是会减损VR显示器的现实感。为了补偿畸变和像差，传统的3D显示系统利用复杂的电子畸变校正和色彩校正技术，从而导致图像显示的延迟增加。无论畸变、像差还是延迟，视觉体验都会降级。附图说明通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且使其众多特征和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。图1是根据一些实施例的采用具有菲涅耳表面的透镜组件的近眼显示系统的剖面视图。图2是示出根据一些实施例的具有菲涅耳表面的透镜体的图。图3A和3B是示出根据一些实施例的示例性透镜体的菲涅耳表面的图。图4是示出根据一些实施例的具有菲涅耳表面的透镜体的图。图5和图6是示出根据一些实施例的由透镜体的表面限定的菲涅耳棱镜的示例性取向的图。图7是示出根据一些实施例的透镜体的正交剖面的中心线曲线的图。图8和图9是示出根据一些实施例的在透镜体的表面中限定的菲涅耳表面构成在不同位置处的剖面视图的图。图10是示出根据一些实施例的透镜体的中心线曲线的拟合曲率半径的变化的图。图11是示出根据一些实施例的包括相对的菲涅耳表面的透镜体的图。图12和图13是示出根据一些实施例的变形透镜体的图。图14是示出根据本公开的至少一个实施例的实现透镜组件的头戴式显示器(HMD)设备的后视图的图。在不同的附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。具体实施方式在具体的示例中，一种装置包括透镜组件，该透镜组件包括具有限定菲涅耳棱镜的表面的透镜体。有时被称为凹槽或段(segment)的菲涅耳棱镜可以具有随着沿菲涅耳棱镜的位置而改变的面角(facetangle)。例如，在沿着菲涅耳棱镜的第一位置处，菲涅耳棱镜可以具有第一面角，并且在沿着菲涅耳棱镜的第二位置处，菲涅耳棱镜可以具有不同于第一面角的第二面角。在一个示例中，该透镜组件可以被结合到包括显示面板的平视显示器中。安装透镜组件以提供与显示面板相交的、透镜组件的光轴。该透镜组件可以包括变形X-Y透镜体，其具有变形X-Y菲涅耳棱镜(面角沿着(椭圆形)凹槽/段变化以实现局部控制)，或者薄的(椭圆形)菲涅耳棱镜堆，例如具有线性可变段角度(螺旋式)式菲涅耳棱镜的、X方向中和Y方向中的菲涅耳棱镜堆。X和Y方向是用户的视平面中的正交方向(例如左/右和上/下)。特别地，结合该透镜组件的装置提供了新颖构成，诸如透镜体的双轴曲率或者将平坦区域整合成为弯曲透镜体，这增强了用户体验并且提供更少畸变。例如，如图1所示，一种装置包括具有透镜体102的透镜组件124，其位于显示面板104和眼睛节点106之间。透镜体102具有表面112和114。如所示，表面112限定菲涅耳棱镜108。从显示面板104发出的光，诸如光线116或118，通过菲涅耳棱镜108朝向眼睛节点106折射。当从图1表示的取向从右向左考虑时，光线116作为射入菲涅耳棱镜的最后光线相交，而光线118是射入相邻的菲涅耳棱镜的第一光线，并且这两者都指向眼睛节点106，以在眼睛节点106处看起来彼此相邻。菲涅耳棱镜108包括将光从显示面板104折射到眼睛节点的光接收表面110(或面)。光接收表面可以是平坦表面或弯曲表面。如所示，折射表面110是非球表面。光接收表面110与非折射面120相交以形成脊122。每个菲涅耳棱镜108具有面高度(fh)和面角(fa)，并且与相邻的菲涅耳棱镜分开面间距(fp)。面高度(fh)是从脊122到的、平行于透镜体102的中心线曲线的选定表面(例如被示为表面112)的高度。面角是相对于平行于透镜体102的中心线的曲线的切线的直线或表面112测量的、从脊到光接收表面110接触表面112或相邻菲涅耳棱镜的点、沿着折射表面110延伸的线的角度。间距(fp)是相邻的菲涅耳棱镜的脊之间的距离。虽然透镜体102被示为具有限定菲涅耳棱镜108的单个表面112，但是在可替选的示例中，第二表面114也可以限定菲涅耳棱镜。此外，限定菲涅耳棱镜的表面112被示为面向显示面板104并且与面向眼睛节点106的表面相对。在可替选的示例中，作为由表面112限定的菲涅耳棱镜的替选或者除了该菲涅耳棱镜外，表面114也可以限定菲涅耳棱镜。为了示例，透镜体102可以由光学塑料或玻璃构成，并且当制造透镜组件时，作为模制过程的一个部分形成菲涅耳表面112。替选地，菲涅耳表面112可以经由例如压花、激光烧蚀或其它加工技术在塑料或玻璃透镜坯料中形成。可替选地，眼睛节点106可以通过连接各自具有菲涅耳表面的两个单独的菲涅耳透镜形成。对于下文描述的弯曲透镜体，可以制造弯曲透镜组件106以维持弯曲轮廓(例如，通过使用刚性材料模制透镜体102以刚性地维持弯曲轮廓)，或者可以将透镜体102形成为柔性的，由此透镜体102可以被安装在弯曲的位置中，以便提供期望的弯曲轮廓。特别地，当在沿着透镜体102的不同位置处的剖面(如所示，延伸到页面中)中观察时，与菲涅耳棱镜相关联的面角可以从一个剖面到另一个剖面改变。这种改变的面角允许透镜体的可替选的结构构成。在图2所示的另一个示例中，透镜体200包括菲涅耳棱镜202。当在不同的剖面处，诸如剖面A-A或剖面B-B处，沿着菲涅耳棱镜穿过时，给定菲涅耳棱镜的面角是不同的。在图2所示的示例中，与当在剖面A-A中观察时的菲涅耳棱镜的面角相比，当在剖面B-B中观察时的菲涅耳棱镜的面角更小。在特定示例中，菲涅耳棱镜具有线性可变的面角。例如，如图3A所示，剖面A-A中的菲涅耳棱镜可以具有面角(faA)，并且剖面B-B中的菲涅耳棱镜可以具有不同的面角(faB)。在示例中，面角faA大于面角faB。可选地，相邻的菲涅耳棱镜之间的间距(fp)可以是恒定的。例如，对选定的菲涅耳棱镜，包括选定的菲涅耳棱镜的相邻菲涅耳棱镜对可以具有近似相等的间距(fp)。如本文所使用的，术语“近似相等”是指在制造公差范围内相等。可替选地，间距可以改变。如图3A所示，面高度可以由于改变面角而改变。例如，在剖面A-A中，面高度(fhA)大于剖面B-B中的面高度(fhB)。可替选地，如图3B所示，当面角从faA改变到faB时，相对于平行于透镜体的中心线的表面的面高度(fh)可以保持恒定。该平行表面可以是例如平行于透镜体的中心线并且例如在呈现最大面角的剖面处穿过在相邻的菲涅耳棱镜之间的最低点的表面。在这样的示例中，间距被示为在相邻的菲涅耳棱镜对之间是恒定的或近似相等的。可替选地，间距在透镜体的不同位置和剖面处是不同的。特别地，通过利用具有随着位置而改变的面角的菲涅耳棱镜，可以利用可替选几何形状的透镜体，使得畸变更小或者不会太降低用户体验。例如，如图4所示，透镜体400包括菲涅耳棱镜402。菲涅耳棱镜402可以被形成为具有形成连续环的脊，在该连续环中，菲涅耳棱镜402的一菲涅耳棱镜的脊环本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种装置，包括：透镜组件[124]，所述透镜组件[124]包括具有限定菲涅耳棱镜[108]的第一表面[112]的透镜体[102]；并且其中，所述菲涅耳棱镜中的一个菲涅耳棱镜当在第一剖面中观察时具有第一面角并且当在平行于所述第一剖面的第二剖面中观察时具有第二面角，所述第一面角不同于所述第二面角。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.11 US 62/420,942;2016.12.19 US 15/383,2191.一种装置，包括：透镜组件[124]，所述透镜组件[124]包括具有限定菲涅耳棱镜[108]的第一表面[112]的透镜体[102]；并且其中，所述菲涅耳棱镜中的一个菲涅耳棱镜当在第一剖面中观察时具有第一面角并且当在平行于所述第一剖面的第二剖面中观察时具有第二面角，所述第一面角不同于所述第二面角。2.如权利要求1所述的装置，所述一个菲涅耳棱镜在所述第一剖面和所述第二剖面中具有相等的面高度。3.如权利要求1所述的装置，其中，与所述一个菲涅耳棱镜相邻的菲涅耳棱镜具有与所述一个菲涅耳棱镜近似相等的面高度。4.如权利要求1所述的装置，其中，在包括所述一个菲涅耳棱镜的相邻菲涅耳棱镜对之间的间距近似相等。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述一个菲涅耳棱镜以环形延伸。6.如权利要求5所述的装置，其中，所述一个菲涅耳棱镜以圆形延...
【专利技术属性】
技术研发人员：塞吉·比尔胡伊森，胡昕达，杰罗姆·卡洛罗，
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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