一种头戴式显示器可以包含框架、目镜、图像注入装置、传感器阵列、反射器和离轴光学元件。所述框架可以被配置成支撑在用户的头部上。所述目镜可以联接到所述框架并且被配置成安置在所述用户的眼睛的前面。所述目镜可以包含多个层。所述图像注入装置可以被配置成向所述目镜提供图像内容，以供所述用户观看。所述传感器阵列可以集成在所述目镜中或所述目镜上。所述反射器可以安置在所述目镜中或所述目镜上并且被配置成反射从物体接收的光以供所述传感器阵列成像。所述离轴光学元件可以安置在所述目镜中或所述目镜上。所述离轴光学元件可以被配置成接收从所述反射器反射的光，并且将所述光的至少一部分朝所述传感器阵列引导。将所述光的至少一部分朝所述传感器阵列引导。将所述光的至少一部分朝所述传感器阵列引导。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于头戴式显示器的目镜成像组合件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年12月23日提交的题为“用于头戴式显示器的目镜成像组合件(EYEPIECE IMAGING ASSEMBLIES FOR A HEAD MOUNTED DISPLAY)”的美国临时申请第63/130,274号(代理人案号：MLEAP.317PR)的优先权的权益。本申请与以下各项有关：于2016年9月21日提交的题为“使用离轴成像器的眼部成像(EYE IMAGING WITH ANOFF
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AXIS IMAGER)”的美国专利申请第15/271,802号(代理人案号：MLEAP.011A2)、于2018年3月19日提交的题为“使用衍射光学元件的眼部成像设备(EYE
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IMAGINGAPPARATUS USING DIFFRACTIVE OPTICAL ELEMENTS)”的美国专利申请第15/925,505号(代理人案号：MLEAP.099A3)以及于2020年7月29日提交的题为“用于眼动追踪的角度分段热镜(ANGULARLY SEGMENTED HOT MIRROR FOR EYE TRACKING)”的国际申请PCT/US2020/044107(代理人案号：MLEAP.247WO)。此段落中引用的每个申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]本公开涉及虚拟现实和增强现实成像和可视化系统，并且尤其涉及集成在头戴式显示器的目镜中或目镜上的成像组合件。
技术介绍
[0004]现代计算和显示技术已促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字地再现的图像或其部分以其中其看起来是真实的或可能被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际的真实世界视觉输入没有透明度；增强现实或“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种类型的AR场景，并且通常涉及集成到自然世界中并对其做出响应的虚拟物体。例如，在MR场景中，AR图像内容可能被现实世界中的物体阻挡或以其它方式被感知为与现实世界中的物体互动。
[0005]参考图1，描绘了增强现实场景10，其中AR技术的用户看到真实世界公园样环境20，所述环境以人、树、背景中的建筑物和混凝土平台30为特征。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他“看到”了“虚拟内容”，如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及飞行经过的卡通样化身角色50，其似乎是大黄蜂的化身，尽管这些元素40、50在现实世界中并不存在。由于人类视觉感知系统是复杂的，因此产生有助于在其它虚拟或真实世界影像元素中实现虚拟图像元素的舒适、自然感受的丰富呈现的AR技术具有挑战性。
[0006]本文所公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。
技术实现思路
[0007]所附权利要求范围内的方法和设备的各个实施方案各自均具有若干个方面，其中并非仅靠任何单一方面来负责本文所述的期望的属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文描述了一些突出的特征。
[0008]本公开的一个方面提供了使用成像组合件对如眼睛等物体进行成像，所述成像组合件不从所述物体的正前面的位置直接观看所述物体。相反，在本文所讨论的各种设计中，来自物体的光从至少部分反射的光学元件或反射器反射到传感器。此反射器可以是部分反射和部分透射的或透明的，使得用户可以通过所述部分反射/透射光学元件看到。因此，根据本文所描述的各个实施方案的各种光学装置包含这样的反射器，以将来自物体的光引导至成像组合件，从而捕获物体的图像，就好像成像组合件处于所述物体的正前面的位置处一样。例如，本文所描述的各个实施方案被配置成将光从眼睛引导至成像组合件，以便捕获所述眼睛的图像，就好像成像摄像头或传感器处于所述眼睛的正前面的位置处一样，但传感器偏离用户眼睛的视线(例如，直前方视线)、眼睛的视场(例如，中心视场)或这些的任何组合。某些实施方案的优点包含对物体进行成像，就好像从物体的正前面的位置观看一样，但不会干扰和/或阻碍用户在观看者的正前面观看物体(例如，通过相对于眼睛暂时放置成像组合件)。在各种情况下，成像组合件集成在头戴式显示器的目镜中或目镜上。一些这样的设计的优点包含减小摄像头外形尺寸以及增加目镜中或目镜上的光学组件之间的对准。成像组合件可以用于对用户的眼睛或环境中的物体进行成像。
[0009]在以下附图和说明中阐述了本说明书所描述的主题的一个或多个实施方案的细节。根据本说明书、附图以及权利要求书，其它特征、方面和优点将变得显而易见。此
技术实现思路
和以下详细描述并不有意限定或限制本专利技术主题的范围。
附图说明
[0010]图1展示了用户通过增强现实(AR)装置的AR视图。
[0011]图2展示了可穿戴显示器系统的实例。
[0012]图3展示了用于为用户模拟三维图像的常规显示器系统。
[0013]图4展示了使用多个深度平面模拟三维图像的方法的各方面。
[0014]图5A
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5C展示了曲率半径与焦半径之间的关系。
[0015]图6展示了向用户输出图像信息的波导堆叠的实例。
[0016]图7展示了由波导输出的出射光束的实例。
[0017]图8展示了堆叠波导组合件的实例，其中每个深度平面包含使用多个不同分量色彩形成的图像。
[0018]图9A展示了各自包含内耦接光学元件的堆叠波导的集合的实例的横截面侧视图。
[0019]图9B展示了图9A的多个堆叠波导的实例的透视图。
[0020]图9C展示了图9A和9B的多个堆叠波导的实例的俯视平面图。
[0021]图10A
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10B示意性地展示了被安置成不阻挡用户的眼睛的中心视场或直前方视线的示例成像系统，所述成像系统包括部分透射、部分反射的光学元件和用于跟踪眼睛的摄像头组合件。
[0022]图11A和11B示意性地展示了被安置成不阻挡用户的眼睛的中心视场或直前方视线的示例成像系统，所述成像系统集成在目镜中或目镜上并且被配置成分别对眼睛或环境中的物体进行成像。
[0023]图12A和12B示意性地展示了集成在目镜中或目镜上的示例传感器阵列和光学透镜，其中透镜位于同一层但在所述层的相对侧上，或者其中透镜和传感器阵列位于与传感
器阵列不同的层上。
[0024]图13示意性地展示了具有传感器阵列的另一个示例成像系统，所述传感器阵列具有集成在目镜的层上的晶圆级光学器件。
[0025]图14是使用被安置成不阻挡用户的眼睛的中心视场或直前方视线的摄像头对物体进行成像的方法的实例的过程流程图。
[0026]贯穿附图，附图标记可以被重复使用以指示参考元件之间的对应关系。提供附图以展示本文所描述的示例实施例，并且并非旨在限制本公开的范围。
具体实施方式
[0027]概本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种头戴式显示器，其包括：框架，所述框架被配置成支撑在用户的头部上；目镜，所述目镜联接到所述框架并且被配置成安置在所述用户的眼睛的前面，所述目镜包括多个层；图像注入装置，所述图像注入装置被配置成向所述目镜提供图像内容，以供所述用户观看；传感器阵列，所述传感器阵列集成在所述目镜中或所述目镜上；反射器，所述反射器安置在所述目镜中或所述目镜上，所述反射器被配置成反射从物体接收的光以供所述传感器阵列成像；以及透射性衍射或透射性折射光学元件，所述透射性衍射或透射性折射光学元件安置在所述目镜中或所述目镜上，所述透射性衍射或透射性折射光学元件被配置成接收从所述反射器反射的光，并且使所述光的至少一部分朝所述传感器阵列衍射或折射。2.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示器，其中所述传感器阵列包括形成在所述层中的至少一个层上的多个检测器像素。3.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示器，其中所述传感器阵列包括晶圆级光学器件。4.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示器，其中所述衍射或折射光学元件包括至少一个透镜，所述至少一个透镜相对于所述传感器阵列对准，使得来自所述反射器的光穿过所述至少一个透镜到达所述传感器阵列以在所述传感器阵列上形成图像。5.根据权利要求4所述的头戴式显示器，其中所述传感器阵列安置在所述目镜的所述多个层中的第一层中或所述第一层上，并且所述至少一个透镜安置在所述目镜的所述多个层中的第二不同层中或所述第二不同层上。6.根据权利要求4所述的头戴式显示器，其中所述传感器阵列安置在所述目镜的所述多个层中的一个层的第一侧中或所述第一侧上，并且所述至少一个透镜安置在所述层的第二相对侧中或所述第二相对侧上。7.根据权利要求4至6中任一项所述的头戴式显示器，其中至少一个透镜包括晶圆级光学器件。8.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示器，其中所述反射器包括热镜。9.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示器，其中所述反射器被配置成反射第一红外(IR)或近IR波长范围的光，同时透射第二可见波长范围的光。10.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾志恒，D，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：
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