一种护目镜装置，包括：光导，其具有世界侧表面和眼睛侧表面；显示器，其定向为朝向所述光导发射光；以及波束转向元件，其包括第一偏振光栅，该第一偏振光栅沿显示器之间的光路定位。第一偏振光栅使显示器发射的光衍射成具有不同偏振的阶次，并且所述阶次被选择性地传送到不同的眼盒中。所述护目镜装置还包括框架，该框架支撑光导、显示器和第一偏振光栅。在一些情况下，所述不同偏振包括右圆偏振或左圆偏振，并且波束转向元件包括偏振相关滤光器，该偏振相关滤光器在第一状态中过滤右圆偏振光，并且在第二状态中过滤左圆偏振光。并且在第二状态中过滤左圆偏振光。并且在第二状态中过滤左圆偏振光。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用波束转向元件的眼盒转向和视场扩展
技术介绍
[0001]可穿戴电子护目镜装置包括光学系统，所述光学系统放大显示图像并将虚拟图像递送到使用者的视场(FOV)中。该装置还允许使用者通过透镜或透视目镜看见外部世界。一些可穿戴电子护目镜装置结合了近眼光学系统以向使用者显示内容。例如，以前的护目镜设计包括位于头部可穿戴框架的镜腿或边缘区域中的微型显示器(“显示器”)，就像一副传统的眼镜。显示器生成诸如计算机生成的图像(CGI)的图像，这些图像通过诸如部署在头部可穿戴框架的透镜(或透视目镜)中的弯曲波导的光学元件被传送到使用者的FOV中。因此，可穿戴电子护目镜装置可以用作用于实施增强现实(AR)的硬件平台。增强现实的不同模式包括光学透视增强现实、视频透视增强现实或不透明(VR)模式。
技术实现思路
[0002]电子增强型护目镜装置潜在地具有多个实践和休闲应用，但是可穿戴电子护目镜装置的开发和采用已经受到用于实施现有护目镜装置的光学系统的质量、成本、大小、重量、厚度、视场和效率的限制。例如，传统设计的几何和物理约束导致显示器的低视场(FOV)。此外，潜在使用者人群表现出大范围的面部几何，其特征是鼻子几何的分布、耳尖到耳尖距离的分布以及瞳孔间距的分布(即，使用者瞳孔中心之间的距离)。单个可穿戴电子护目镜装置不可能在满足可穿戴装置的所有物理和几何约束时为所有使用者提供最优体验。例如，如果使用者的瞳孔落入装置中实施的光学系统产生的“眼盒(eyebox)”内，则使用者仅看见可穿戴电子护目镜装置显示的整个图像。然而，传统的可穿戴电子护目镜装置产生相对较小的眼盒，其贯穿面部几何的整个分布不涵盖瞳孔位置。因此，并非所有使用者都能够观看由可穿戴电子护目镜装置显示的图像。
[0003]所提出的解决方案的一个方面涉及一种护目镜装置，该护目镜装置包括：波导，其具有世界侧表面和眼睛侧表面；显示器，其定向为朝向所述波导发射光；波束转向元件，其包括沿所述显示器和所述波导之间的光路定位的第一偏振光栅和偏振相关滤光器中的至少一个，该波束转向元件被配置用以在至少两个不同状态下操作，其中，在所述至少两个状态中的第一状态中，光直接进入第一眼盒，并且在所述至少两个不同状态中的第二状态中，光直接进入第二眼盒，该第二眼盒的尺寸与第一眼盒不同，特别是第二眼盒的容积与第一眼盒的容积不同。在一个实施例中，第一偏振光栅被配置用以使显示器发射的光衍射成具有不同偏振的阶次，并且将所述阶次选择性地传送到不同的眼盒中，眼盒被定义为护目镜装置的使用者的眼睛瞳孔的空间中的三维容积。一般来说，“眼盒”是从电子护目镜装置中的光学波导出射的光的发射锥产生的。因此，护目镜装置及其波束转向元件可以被配置为提供不同几何和/或尺寸的发射锥。如本文所使用，术语“眼盒”是指空间中的三维(3D)容积，眼睛的瞳孔位于该空间内以便满足一个或多个观看体验标准。观看体验标准的一个示例是使用者看见放大的虚拟图像的四个边缘。在该情况下，眼盒是空间中的3D容积，使用者的瞳孔位于该空间内，以看见放大的虚拟图像的四个边缘。在一些实施例中，基于瞳孔直径、电子护目镜装置产生的发射锥的角范围、一组标准和用于标准的阈值来评估电子护目
镜装置所产生的眼盒的容积和方向。在护目镜装置中使用波束转向元件例如允许在产生不同眼盒的至少两个不同的状态下选择性地操作护目镜装置。在第一状态下，表示图像的光线可以直接进入第一眼盒，而在第二状态下，光线可以直接进入第二眼盒。
[0004]在一个实施例中，使用者可以(例如，使用护目镜装置的开关、按钮或其他装置)将护目镜装置选择性地置于第一状态或第二状态，从而将所产生的眼盒移动通过与第一图像和第二图像对应的范围。因此，例如可以通过实施可切换波束转向元件来增加眼盒的有效大小。眼盒的大小可以是用于解决基于AR或VR的装置中的人群覆盖的可测量参数。在许多情况下，眼盒的大小决定了有多少使用者在穿戴护目镜装置时可以看见显示图像。使用本文所描述的技术，AR和VR应用的护目镜装置被创建为具有大的眼盒，以适应普通人群中越来越多的人。眼盒的位置或方向可以因此通过使用波束转向元件从一个位置移动到另一个位置。例如，波束转向元件可以在至少两个状态之间切换以及在至少两个不同的眼盒容积之间切换，所述至少两个状态与至少两个不同转向角对应，在所述至少两个不同转向角下，光从波束转向元件出射。
[0005]在一些实施例中，不同的偏振包括右圆偏振或左圆偏振。
[0006]在一些实施例中，右圆偏振与偏振光栅的+1阶次对应，而左圆偏振与偏振光栅的
‑
1阶次对应。
[0007]在一些实施例中，对于右圆偏振光，第一偏振光栅使光以正偏移角发生衍射，并且对于左圆偏振光，第一偏振光栅使光以负偏移角发生衍射。
[0008]在一些实施例中，第一偏振光栅是基本消色差液晶偏振光栅。
[0009]护目镜装置的一些实施例包括偏振相关滤光器，该滤光器对从第一偏振光栅接收的光进行过滤，并且该偏振相关滤光器对处于第一状态下的右圆偏振光和处于第二状态下的左圆偏振光进行过滤。
[0010]护目镜装置的一些实施例包括位于光导的眼睛侧表面附近的第二偏振光栅，第二偏振光栅被配置用以将显示器发射的光选择性地传送到不同的视场(FOV)中。
[0011]在一些实施例中，第二偏振光栅被配置用以对表示不同FOV的内容进行时间复用，以呈现穿戴护目镜装置的使用者所感知的更大有效FOV。
[0012]在一些实施例中，第二偏振光栅包括可切换偏振光栅，该可切换偏振光栅在偏振之间切换以对表示不同FOV的内容进行时间复用。
[0013]所提出的解决方案的另一方面涉及一种护目镜装置，该护目镜装置包括：波导，其具有世界侧表面和眼睛侧表面；显示器，其定向为朝波导发射光；波束转向元件，其包括偏振光栅，该偏振光栅沿波导的眼睛侧和护目镜装置的使用者的眼睛之间的光路定位，例如，靠近波导的眼睛侧表面，该偏振光栅被配置用以将显示器发射的光选择性地传送到不同的视场FOV中；以及框架，其支撑波导、显示器和偏振光栅。在一些实施例中，如本文所讨论的，可以附加地包括可以在多个状态之间切换以提供不同眼盒容积的眼盒的附加波束转向元件。
[0014]总体而言，所提出的解决方案具体而言涉及一种护目镜装置，该护目镜装置包括：波导，其具有世界侧表面和眼睛侧表面；显示器，其定向为朝向所述波导发射光；至少一个波束转向元件，和框架，该框架支撑波导、显示器和所述至少一个波束转向元件，其中所述波束转向元件被配置用以(a)使显示器发射的光衍射成具有不同偏振的阶次并且将所述阶
次选择性地传送到不同的眼盒中和/或(b)将显示器发出的光选择性地传送到不同的视场FOV中。
[0015]所提出的护目镜装置的实施例可以被配置为实施所提出的方法的实施例。因此，本文结合所提出的护目镜装置的实施例讨论的特征也适用于所提出的方法的相应实施例，反之亦然。
[0016]在一些实施例中，公开了一种方法，该方法包括在护目镜装置中中从显示器朝向第一偏振光栅发射光，该护目镜装置包括光导，该光导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种护目镜装置，包括：光导，所述光导具有世界侧表面和眼睛侧表面；显示器，所述显示器被定向为朝向所述光导发射光；波束转向元件，所述波束转向元件包括第一偏振光栅，所述第一偏振光栅沿在所述显示器和所述光导之间的光路定位，其中所述第一偏振光栅被配置以将由所述显示器发射的光衍射成具有不同偏振的阶次，并且其中所述阶次被选择性地传送到不同的眼盒中；以及框架，所述框架支撑所述光导、所述显示器和所述第一偏振光栅。2.根据权利要求1所述的护目镜装置，其中，所述不同的偏振包括右圆偏振或左圆偏振。3.根据前述权利要求中的任一项所述的护目镜装置，其中，所述右圆偏振与所述偏振光栅的+1阶次对应，并且所述左圆偏振与所述偏振光栅的
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1阶次对应。4.根据前述权利要求中的任一项所述的护目镜装置，其中，对于右圆偏振光，所述第一偏振光栅使光以正偏移角发生衍射，并且对于左圆偏振光，所述第一偏振光栅使光以负偏移角发生衍射。5.根据前述权利要求中的任一项所述的护目镜装置，其中，所述第一偏振光栅是基本消色差液晶偏振光栅。6.根据前述权利要求中的任一项所述的护目镜装置，其中，所述波束转向元件包括偏振相关滤光器，所述偏振相关滤光器对从所述第一偏振光栅接收的光进行过滤，其中所述偏振相关滤光器对处于第一状态中的右圆偏振光和处于第二状态中的左圆偏振光进行过滤。7.根据权利要求1所述的护目镜装置，进一步包括：第二偏振光栅，所述第二偏振光栅被定位于所述光导的所述眼睛侧表面附近，所述第二偏振光栅被配置用以将由所述显示器发射的光选择性地传送到不同的视场FOV中。8.根据权利要求7所述的护目镜装置，其中，所述第二偏振光栅被配置以对表示所述不同的FOV的内容进行时间复用，以呈现由穿戴所述护目镜装置的使用者所感知的更大的有效FOV。9.根据权利要求7或8所述的护目镜装置，其中，所述第二偏振光栅包括可切换偏振光栅，所述可切换偏振光栅在偏振之间切换，以对表示所述不同FOV的所述内容进行时间复用。10.一种方法，包括：在护目镜装置中从显示器朝向第一偏振光栅发射光，所述护目镜装置包括具有世界侧表面和眼睛侧表面的光导；将从所述第一偏振光栅接收的光衍射成具有不同偏振的阶次；以及经由所述第一偏振光栅，将所衍射的阶次中的一个经由所述光导的所述眼睛侧表面选择性地传送到多个眼盒中的一个眼盒中。11.根据权利要求10所述的方法，其中，将由所述显示器发射的所述光选择性地传送到所述多个眼盒中的一个眼盒中包括：生成具有右圆偏振和左圆偏振的阶次。12.根据权利要求10或权利要求11所述的方法，其中，所述右圆偏振与所述偏振光栅的+1阶次对应，并且所述左圆偏振与所述偏振光栅的
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【专利技术属性】
技术研发人员：厄赞，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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