具有相关耦入和耦出光学区域的增强和虚拟现实显示系统技术方案

增强现实和虚拟现实显示系统和设备被配置为有效地使用投射光。在一些方面，显示系统包括光投射系统和头戴式显示器，头戴式显示器被配置为将光投射到用户的眼睛中以显示虚拟图像内容。头戴式显示器包括至少一个波导，该波导包括多个耦入区域，每个耦入区域被配置为从光投射系统接收对应于用户视场的一部分的光，并将光耦入波导中；以及包括多个耦出区域，这些耦出区域被配置为将光耦出波导以显示虚拟内容，其中耦出区域中的每一个被配置为从不同的耦入区域接收光。在一些实现中，每个耦入区域与唯一对应的耦出区域具有一一对应关系。区域与唯一对应的耦出区域具有一一对应关系。区域与唯一对应的耦出区域具有一一对应关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有相关耦入和耦出光学区域的增强和虚拟现实显示系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]在与本申请一起提交的申请数据表中确定了外国或国内优先权要求的任何和所有申请均根据37CFR 1.57通过引用并入本文。
[0003]本申请要求以下申请的优先权：2020年5月22日提交的题为“METHOD AND SYSTEM FOR DUAL PROJECTOR WAVEGUIDE DISPLAYS WITH WIDE FIELD OF VIEW(用于具有宽视场双投影仪波导显示器的方法和系统)”的美国临时专利申请号63/029312，以及2020年7月10日提交的题为“AUGMENTED AND VIRTUAL REALITY DISPLAY SYSTEMS WITH CORRELATED IN
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COUPLING AND OUT
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COUPLING OPTICAL REGIONS FOR EFFICIENT LIGHT UTILIZATION(具有用于有效光利用的相关耦入和耦出光学区域的增强和虚拟现实显示系统)”的美国临时专利申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置为投射光以显示虚拟图像内容的头戴式显示系统，所述显示系统包括：光投射系统；以及被配置为显示虚拟图像内容的头戴式显示器，所述头戴式显示器包括至少一个波导，所述至少一个波导包括：多个耦入区域，每个耦入区域被配置为从所述光投射系统接收具有用于形成所述虚拟图像内容的图像信息的光，并将所述光耦入所述波导中；以及多个耦出区域，其被配置为将所述光耦出所述波导以显示所述虚拟内容，其中，所述多个耦出区域中的每个耦出区域被配置为接收来自所述耦入区域中的不同耦入区域的光。2.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的每个耦入区域对应于以及被配置为选择性地将光引导到所述多个耦出区域中的唯一的耦出区域。3.根据权利要求2所述的显示系统，其中，每个耦入区域是具有倾斜、光栅取向、光栅结构尺寸、或光栅间距中的至少一个的衍射光栅，所述倾斜、光栅取向、光栅结构尺寸、或光栅间距中的所述至少一个被选择为使得由所述耦入区域耦入的光被与所述耦入区域对应的所述耦出区域优先地耦出。4.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光耦合区域被配置为将来自所述光投射系统的入射光沿着传播方向以用于全内反射通过所述波导的角度进行重定向，所述显示系统还包括光分布结构，其被配置为重定向所述光的一部分以沿着与所述传播方向交叉的轴进行传播。5.根据权利要求4所述的显示系统，其中，所述光分布结构和所述多个耦出区域被设置在所述至少一个波导的相对主表面上。6.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域包括衍射光栅。7.根据权利要求6所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的每个耦入区域具有与所述波导的至少一个其他耦入区域不同的光栅间距。8.根据权利要求7所述的显示系统，其中，所述不同的光栅间距改变全内反射角，以所述全内反射角被耦入所述波导中的光朝着所述多个耦出区域中的相关联的耦出区域朝向所述波导进行全内反射。9.根据权利要求6所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的每个耦入区域在所述波导的平面内具有与所述波导的至少一个其他耦入区域不同的光栅取向。10.根据权利要求9所述的显示系统，其中，所述不同的光栅取向改变光被耦入所述波导中的角度，以使得所述光朝向所述多个耦出区域中的预期耦出区域传播。11.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的每个耦入区域相对于所述波导的平面具有与所述波导的至少一个其他耦入区域不同的倾斜。12.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述耦入区域彼此间隔开。13.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光耦入区域围绕所述多个耦出区域的至少一侧成行设置。14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述耦出区域中的每个耦出区域限定跨越所述波导的条带，所述条带沿着与所述耦入区域的行交叉的轴伸长。15.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述耦出区域限定跨越所述波导的栅格图案。
16.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的每个耦入区域被布置成耦入光，并引导所述光通过全内反射在所述波导内沿着与所述波导的至少一个其他耦入区域不同的方向进行传播。17.根据权利要求16所述的显示系统，其中，靠近所述至少一个耦出区域的横向边缘的至少一个耦入区域被配置为：沿着围绕向内偏置的轴对称设置的角度范围耦入光。18.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域中的至少两个耦入区域沿着所述多个耦出区域中的至少一个耦出区域的不同侧被设置。19.根据权利要求18所述的显示系统，其中，所述多个耦入区域包括在至少三侧围绕所述多个耦出区域中的所述至少一个耦出区域的耦入光学元件。20.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光投射系统包括光源和可移动光注入器，所述可移动光注入器被配置为将图像光引导到所述耦入区域中的各个耦入区域。21.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述头戴式显示器包括形成波导堆叠的多个波导，所述波导中的每个波导包括多个所述耦入区域和所述耦出区域，其中，当从入射到所述耦入区域上的入射光的方向观察时，每个所述波导的所述耦入区域在正面平面图中被横向移位。22.根据权利要求21所述的显示系统，其中，同一波导的耦出区域被配置为输出具有相同波前发散的光，其中，不同波导的耦出区域被配置为输出具有与至少一个其他波导的耦出区域不同的波前发散量的光，其中，所述不同的波前发散量对应于不同的深度平面。23.根据权利要求21所述的显示系统，其中，每个波导的所述耦入区域被配置为耦入与同一分量颜色对应的波长范围的光，其中，一些波导的耦入区域被配置为耦入对应于与其他波导的耦入区域不同的分量颜色的波长范围的光。24.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光投射系统包括：光源，其包括光发射器阵列；空间光调制器，其被配置为调制来自所述光源的光；以及投影光学器件，其被安装在框架上并且被配置为将来自所述空间光调制器的光引导到所述耦入区域，其中，所述显示系统被配置为激活不同的多个所述光发射器以在不同的深度平面上提供所述虚拟图像内容，其中，所述显示系统被配置为：在多个光发射器中的各个光发射器之间提供相对大的距离，以用于在相对近的深度平面上提供所述虚拟图像内容；以及在多个光发射器中的各个光发射器之间提供相对小的距离，以用于在相对远的深度平面上提供所述虚拟图像内容。25.根据权利要求24所述的显示系统，其被配置为在不同的时间顺序地激活多个光发射器中的每个所述光发射器，其中，所述显示系统被配置为使每个光发射器的激活与不同的视差各异瞳孔内图像的显示同步。26.根据权利要求24所述的显示系统，其中，所述光源是微显示器，并且所述光发射器
是发光二极管。27.根据权利要求1所述的显示系统，还包括位于所述波导的相对侧的可变焦透镜元件。28.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述光投射系统包括多个投影仪，并且其中，所述多个投影仪中的投影仪被配置为提供用于不超过所述头戴式显示器的FOV的细分部分的图像内容。29.一种显示系统，包括：光投射系统；头戴式显示器，其被配置为将光投射到用户的眼睛中以显示虚拟图像内容，所述头戴式显示器包括：至少一个波导，其包括：多个光耦入区域，其被配置为接收来自所述光投射系统的光；以及多个光耦出区域，其被配置为向所述用户的所述眼睛输出光；以及处理电子器件，其与所述显示器和面向内的成像系统通信，所述处理电子器件包括一个或多个处理器和存储指令的一个或多个计算机存储介质，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时使得所述一个或多个处理器执行包括以下的操作：确定与所述眼睛的眼睛姿势相关联的光耦出区域；以及提供指令以将来自所述光投射系统的光引导到与所确定的光耦出区域相关联的光耦入区域。30.根据权利要求29所述的显示系统，其中，确定所述光耦出区域包括：确定所述眼睛的视线与所述多个光耦出区域中的一个光耦出区域的交叉点。31.根据权利要求29所述的显示系统，其中，所述光耦入区域围绕所述多个耦出区域的至少一侧成行设置。32.根据权利要求29所述的显示系统，其中，所述光投射系统包括至少一个光源和至少一个可移动光注入器，所述至少一个可移动光注入器被配置为输出图像光。33.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述至少一个可移动光注入器包括扫描镜。34.根据权利要求32所述的显示系统，其中，所述至少一个可移动光注入器包括扫描光纤注入器。35.根据权利要求29所述的显示系统，其中，所述光投射系统包括至少一个光源和至少一个空间光调制器，所述空间光调制器被配置为调制来自所述光源的光。36.根据权利要求29所述的显示系统，其中，所述头戴式显示器被配置为在多个深度平面上显示虚拟对象。37.根据权利要求36所述的显示系统，其中，所述操作包括：将所述虚拟对象的视差各异瞳孔内图像组注入所述眼睛，以在所述深度平面中的一个深度平面上显示所述虚拟对象。38.根据权利要求37所述的显示系统，其中，所述操作包括：在闪烁融合阈值内注入所述视差各异瞳孔内图像组中的每一个。39.根据权利要求36所述的显示系统，其中，所述操作包括：提供指令以将光引导到与
所确定的光耦出区域相关联的所述多个耦入区域中的光耦入区域中的多个耦入元件。40.根据权利要求36所述的显示系统，还包括在所述至少一个波导的用户侧的至少一个可变焦透镜元件，其中，所述第一可变焦透镜元件被配置为修改所投射的光以校正所述用户的眼睛的屈光不正。41.根据权利要求40所述的显示系统，其中，所述操作还包括：确定所述眼睛的注视点，并应用与所述注视点对应的校正。42.根据权利要求29所述的显示系统，还包括面向内的成像系统，其被配置为捕获所述用户的眼睛的一个或多个图像，其中，所述操作包括：接收由所述面向内的成像系统所捕获的所述用户的所述眼睛的图像；以及基于所接收的图像，识别所述眼睛姿势。43.根据权利要求29所述的显示系统，其中，所述至少一个波导是形成波导堆叠的多个波导之一，所述波导中的每个波导包括多个所述耦入区域和所述耦出区域，其中，当从入射到所述耦入区域上的入射光的方向观察时，所述波导中的每个波导的所述耦入区域在正面平面图中被横向移位。44.根据权利要求43所述的显示系统，其中，同一波导的耦出区域被配置为输出具有相同波前发散的光，其中，不同波导的耦出区域被配置为输出具有与至少一个其他波导的耦出区域不同的波前发散量的光，以及其中，所述不同的波前发散量对应于不同的深度平面。45.根据...

【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：