使用复合视场的可穿戴显示设备制造技术

公开了一种适用于增强现实环境的可穿戴显示设备。可穿戴显示设备可以包括投影仪，该投影仪被配置为通过衍射光学元件投射光，然后衍射光学元件将光分布到多个显示区域。每个显示区域可以布置成将光从可穿戴显示设备投射到用户的眼睛。由于每个显示区域相对于用户的眼睛位于不同的位置，结果是每个显示区域以不同的方向引导光。以这种方式，可以显着增加可穿戴显示器的用户的表观视场。穿戴显示器的用户的表观视场。穿戴显示器的用户的表观视场。

【技术实现步骤摘要】
使用复合视场的可穿戴显示设备
[0001]本申请是国际申请号为PCT/US2018/023842、国际申请日为2018年03月22日、中国国家申请号为201880019276.0、标题为“使用复合视场的可穿戴显示设备”的专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2017年3月22日提交的题为“使用复合视场的可穿戴显示设备”的美国临时专利申请No.62/475,087的优先权。

技术介绍

[0004]可穿戴显示设备通常包括目镜，该目镜以基本均匀的方向将图像场投射到用户的眼睛中。在可穿戴显示设备的制造中继续这种做法的一个原因是衍射波导的解耦光学器件通常由于由解耦光学器件发射的图像场在一个方向上取向而受到限制，导致显示应用中的有限视场。虽然以这种方式解耦图像场使得设计简单，但是这些目镜与用户的眼睛的紧密接近通常限制了可穿戴显示设备可显示的视场的大小。虽然某些显示变化(诸如增加显示器的像素的服务角度)可以在一定程度上改善这些问题，但是这些变化经常导致需要额外的功率，并且甚至对于某些显示器设计可能在技术上不可行。鉴于可穿戴设备通常是电池供电的，较高功率输出可能显着减少可穿戴设备的可用操作时间量。

技术实现思路

[0005]本公开一般涉及用于在使用可穿戴显示设备时扩展用户的有效视场的方法和装置。
[0006]可以通过在不同方向上定向来自与目镜相关联的不同显示区域的光来扩展可穿戴设备的有效视场，使得从目镜的每个显示区域输出的光大致朝向用户的眼睛定向。以这种方式，由位于用户的周边视场中的显示区域的部分发射的光可以到达用户的眼睛。在一些实施例中，可以使用更多数量的显示区域来进一步增加有效视场。较大数量的显示区域有助于每个显示区域限于发射在一个方向上定向的图像场的配置。例如，占据用户视场的远周边区域的显示区域可以比占据用户视场的近周边区域和远周边区域的显示区域更精确地指向用户的眼睛。利用更多数量的显示区域的实施例也可以利用更大数量的光源，例如投影仪，以支持更大数量的显示区域。
[0007]公开了一种可穿戴显示设备，包括以下部件：投影仪；波导系统，其包括光学元件，所述光学元件限定：具有第一输入区域的第一光学路径，所述第一输入区域被配置为以第一角度将从投影仪接收的光朝向用户重定向，以及具有第二输入区域的第二光学路径，该第二输入区域与第一输入区域相邻并且被配置为以与第一角度不同的第二角度将从投影仪接收的光朝向用户重定向。
[0008]描述了另一种可穿戴显示设备，其包括以下部件：投影仪；以及波导系统。该波导系统包括：输入耦合光栅，其具有被配置为接收来自投影仪的光的第一和第二输入区域；第一和第二正交光瞳扩展器，其被配置为传输从第一输入区域和第二输入区域中的对应一个
接收的光，以及第一和第二出射光瞳扩展器，其被配置为接收来自于正交光瞳扩展器中的对应一个的光并将光朝向用户重定向。第二出射光瞳扩展器被配置为以与第一出射光瞳扩展器不同的角度将来自波导系统的光解耦。
[0009]描述了另一种可穿戴显示设备，其包括以下部件：投影仪；以及包括光学元件的衍射波导系统，所述光学元件限定：第一光学路径；以及与第一光学路径分开并且不同的第二光学路径。第一和第二光学路径被配置为从投影仪接收光。第一光学路径被配置为以第一角度将从投影仪接收的光的第一部分朝向用户解耦，并且第二光学路径被配置为以不同于第一角度的第二角度将来自投影仪的光的第二部分朝向用户解耦。
[0010]通过以下结合附图的详细描述，本专利技术的其他方面和优点将变得显而易见，附图通过示例的方式示出了所描述的实施例的原理。
附图说明
[0011]通过以下结合附图的详细描述将容易理解本公开，其中相似的附图标记表示相似的结构元件，并且其中：
[0012]图1示出了示例性可穿戴设备的透视图；
[0013]图2A示出了波导系统的一部分的侧视图，该波导系统包括具有出射光瞳扩展器的单一显示区域，该出射光瞳扩展器被配置为发射在一个方向上定向的光；
[0014]图2B示出了根据所描述的实施例的波导系统的一部分的侧视图，该波导系统将光分配到多个显示区域，该多个显示区域被配置成向用户的眼睛协作地呈现大视场；
[0015]图3A示出了根据所描述的实施例的另一波导系统的透视图，该另一波导系统被配置为将投影仪发出的光朝向用户的眼睛重定向；
[0016]图3B
‑
3C示出了根据所描述的实施例的波导系统的前视图以及光线如何穿过正交瞳孔扩展器并进入出射光瞳扩展器以显示给用户；
[0017]图3D示出了在一些实施例中如何从两个不同的显示区域发射的光线并且可以在相反的方向上朝向用户的眼睛解耦；
[0018]图4示出了根据所描述的实施例的另一波导系统的透视图，该另一波导系统包括两个目镜，其中每个目镜包括两个不同的显示区域。
[0019]图5A示出了根据所描述的实施例的另一波导系统的透视图；
[0020]图5B示出了每个显示区域内的光线如何能够朝向相应目镜的中心区域偏置，以进一步改善利用根据所描述的实施例的波导系统的显示设备的用户所感受到的沉浸水平；
[0021]图5C
‑
5E示出了根据所描述的实施例的另一波导系统的透视图和正视图；
[0022]图6示出了根据所描述的实施例的具有位于波导系统的上端和下端附近的投影仪的波导系统；和
[0023]图7示出了根据所描述的实施例的描绘用于将投射光分配到眼睛的方法的流程图。
具体实施方式
[0024]在本部分中描述根据本申请的方法和装置的代表性应用。提供这些示例仅仅是为了增加背景并有助于理解所描述的实施例。因此，对于本领域技术人员来说明显的是，可以
在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的处理步骤，以避免不必要地模糊所描述的实施例。其他应用是可能的，使得以下示例不应被视为限制。
[0025]诸如壁挂式显示器的传统显示器通常被设计成可从多个不同角度观看。以这种方式，可以将内容呈现给位于这种显示器附近的多个不同位置的用户。为了实现这一点，通常需要显示器的每个像素位置将其发射的光散布在大的服务角度上，使得观看显示器的用户能够从多个不同的位置欣赏显示器的一致视图。不幸的是，对于具有大服务角度的像素的显示器保持期望的图片亮度通常比具有小服务角度的像素的显示器需要更多的能量。虽然大的服务角度配置对于插入墙壁插座的大型固定显示器可以很好地工作，但是这种配置对于依赖于电池电源的移动显示设备可能不是理想的。
[0026]另一方面，可穿戴显示设备(诸如本文结合本专利技术的实施例描述的那些)可用于向通常已知位置的单个用户呈现内容。出于这个原因，这种可穿戴显示设备不需要包括在壁挂式显示器和其他显示设备的设计中反映的一些低效元件，这些壁挂式显示器和其他显示设备旨在在大范围的观看位置上提供一致的图像质量。例如，可以显着减小每个像素的服务角度，并且光输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴显示设备，包括：第一投射器，其被配置为发射与第一图像相关联的光；第一目镜，其包括：被配置为接收与所述第一图像的第一部分相关联的光的第一输入区域，和被配置为接收与所述第一图像的第二部分相关联的光的第二输入区域；被配置为重定向与所述第一图像的所述第一部分相关联的所述光的第一正交光瞳扩展器，和被配置为重定向与所述第一图像的所述第二部分相关联的所述光的第二正交光瞳扩展器；以及被配置为使与所述第一图像的所述第一部分相关联的所述光输出的第一出射光瞳扩展器，和被配置为使与所述第一图像的所述第二部分相关联的所述光输出的第二出射光瞳扩展器；第二投射器，其被配置为发射与第二图像相关联的光；以及第二目镜，其包括：被配置为接收与所述第二图像的第一部分相关联的所述光的第三输入区域，和被配置为接收与所述第二图像的第二部分相关联的所述光的第四输入区域；被配置为重定向与所述第二图像的所述第一部分相关联的所述光的第三正交光瞳扩展器，和被配置为重定向与所述第二图像的所述第二部分相关联的所述光的第四正交光瞳扩展器；以及被配置为使与所述第二图像的所述第一部分相关联的所述光输出的第三出射光瞳扩展器，和被配置为使与所述第二图像的所述第二部分相关联的所述光输出的第四出射光瞳扩展器。2.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述第一出射光瞳扩展器被配置为使与所述第一图像的所述第一部分相关联的所述光以第一角度朝向用户的第一只眼睛输出，并且所述第二出射光瞳扩展器被配置为使与所述第一图像的所述第二部分相关联的所述光以第二角度朝向所述用户的所述第一只眼睛输出，并且其中，所述第一角度与所述第二角度不同。3.根据权利要求2所述的可穿戴显示设备，其中，所述第三出射光瞳扩展器被配置为使与所述第二图像的所述第一部分相关联的所述光以第三角度朝向所述用户的第二只眼睛输出，并且所述第四出射光瞳扩展器被配置为使与所述第二图像的所述第二部分相关联的所述光以第四角度朝向所述用户的所述第二只眼睛输出，并且其中，所述第三角度与所述第四角度不同。4.根据权利要求2所述的可穿戴显示设备，其中，所述第三出射光瞳扩展器被配置为使与所述第二图像的所述第一部分相关联的所述光以第三角度朝向所述用户的所述第一只眼睛输出，并且所述第四出射光瞳扩展器被配置为使与所述第二图像的所述第二部分相关联的所述光以第四角度朝向所述用户的所述第一只眼睛输出，并且其中，所述第三角度与所述第四角度不同。5.根据权利要求4所述的可穿戴显示设备，其中，所述第一角度、所述第二角度、所述第三角度和所述第四角度不同。6.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述第一目镜进一步包括位于所述第
一输入区域和所述第二输入区域之间的第一光阻挡结构，所述第一光阻挡结构阻止光在所述第一输入区域和所述第二输入区域之间不利地行进，并且其中，所述第二目镜进一步包括位于所述第三输入区域和所述第四输入区域之间的第二光阻挡结构，所述第二光阻挡结构阻止光在所述第三输入区域和所述第四输入区域之间不利地行进。7.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述第一目镜进一步包括第一输入耦合光栅，所述第一输入耦合光栅包括所述第一输入区域和所述第二输入区域，并且其中，所述第二目镜进一步包括第二输入耦合光栅，所述第二输入耦合光栅包括所述第三输入区域和所述第四输入区域。8.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，进一步包括：限定第一开口和第二开口的框架，所述第一开口的尺寸被限定为支撑所述第一目镜，并且所述第二开口的尺寸被限定为支撑所述第二目镜。9.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，进一步包括：第三投射器，其被配置为发射与第三图像相关联的光；以及第三目镜，其包括：被配置为接收与所述第三图像的第一部分相关联的所述光的第五输入区域、被配置为接收与所述第三图像的第二部分相关联的所述光的第六输入区域、被配置为接收与所述第三图像的第三部分相关联的所述光的第七输入区域、和被配置为接收与所述第三图像的第四部分相关联的所述光的第八输入区域；被配置为重定向与所述第三图像的所述第一部分相关联的所述光的第五正交光瞳扩展器、被配置为重引导与所述第三图像的所述第二部分相关联的所述光的第六正交光瞳扩展器、被配置为重定向与所述第三图像的所述第三部分相关联的所述光的第七正交光瞳扩展器、和被配置为重定向与所述第三图像的所述第四部分相关联的所述光的第八正交光瞳扩展器；以及被配置为使与所述第三图像的所述第一部分相关联的所述光输出的第五出射光瞳扩展器、被配置为使与所述第三图像的所述第二部分相关联的所述光输出的第六出射光瞳扩展器、被配置为使与所述第三图像的所述三部分相关联的所述光输出的第七出射光瞳扩展器、和被配置为使与所述第三图像的所述第四部分相关联的所述光输出的第八出射光瞳扩展器。10.根据权利要求9所述的可穿戴显示设备，其中，所述第五出射光瞳扩展器被配置为使与所述第三图像的所述第一部分相关联的所述光以第五角度朝向用户的第一只眼睛输出，并且所述第六出射光瞳扩展器被配置为使与所述第三图像的所述第二部分相关联的所述光以第六角度朝向所述用户的所述第一只眼睛输出，并且其中，所述第五角度与所述第六角度不同。11.根据权利要求10所述的可穿戴显示设备，其中，所述第七出射光瞳扩展器被配置为使与所述第三图像的所述第三部分相关联的所述光以第七角度朝向所述用户的第二只眼睛输出，并且所述第八出射光瞳扩展器被配置为使与所述第三图像的所述第四部分相关联的所述光以第八角度朝向所述用户的所述第二只眼睛输出，并且其中，所述第七角度与所述第八角度不同。12.根据权利要求11所述的可穿戴显示设备，其中，所述第五角度、所述第六角度、所述
第七角度和所述第八角度不同。13.根据权利要求9所述的可穿戴显示设备，其中，所述第三目镜进一步包括：位于所述第五输入区域和所述第六输入区域之间的第三光阻挡结构，所述第三光阻挡结构阻止光在所述第五输入区域和所述第六输入区域之间不利地行进，以及位于所述第七输入区域和所述第八输入区域之间的第四光阻挡结构，所述第四光阻挡结构阻止光在所述第七输入区域和所述第八输入区域之间不利地行进。14.根据权利要求9所述的可穿戴显示设备，其中，所述第三目镜进一步包括：位于所述第五输入区域和所述第七输入区域之间的第五光阻挡结构，所述第五光阻挡结构阻止光在所述第五输入区域和所述第七输入区域之间不利地行进，以及位于所述第六输入区域和所述第八输入区域之间的第四光阻挡结构，所述第四光阻挡结构阻止光在所述第六输入区域和所述第八输入区域之间不利地行进。15.根据权利要求9所述的可穿戴显示设备，其中，所述第三目镜进一步包括第三输入耦合光栅，所述第三输入耦合光栅包括所述第五输入区域、所述第六输入区域、所述第七输入区域和所述第八输入区域。16.根据权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述第一目镜进一步包括：设置在所述第一输入区域中并被配置为将所述第一图像的所述第一部分划分为第一子部分和第二子部分的第一分束器，和设置在所述第二输入区域中并被配置为将所述第一图像的所述第二部分划分为第三子部分和第四子部分的第二分束器；被配置为重定向与所述第一图像的所述第一子部分相关联的所述光的第一上正交光瞳扩展器，和被配置为重定向与所述第一图像的第四子部分相关联的所述光的第一下正交光瞳扩展器；被配置为使与所述第一图像的所述第一子部分相关联的所述光输出的第五出射光瞳扩展器，和被配置为使与所述第一图像的所述第四子部分相关联的所述光输出的第六出射光瞳扩展器；并且所述第二目镜进一步包括：设置在所述第三输入区域中并被配置为将所述第二图像的所述第一部分划分为第一子部分和第二子部分的第三分束器，和设置在所述第四输入区域中并被配置为将所述第二图像的所述第二部分划分为第三子部分和第四子部分的第四分束器；被配置为重定向与所述第二图像的所述第一子部分相关联的所述光的第二上正交光瞳扩展器，和被配置为重定向与所述第二图像的第四子部分相关联的所述光的第二下正交光瞳扩展器；被配置为使与所述第二图...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：