近眼式显示系统和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种近眼式显示系统，用于在用户的至少一只眼睛的视网膜上形成作为照射区域的图像。该系统包括调制光的光源、和近端光学装置，所述近端光学装置能够被定位成邻近用户的眼睛以接收调制光。近端光学装置具有多个光学转向区域组群。光学转向区域被构造成将调制光的多个光束引导到眼睛的瞳孔中以形成眼睛的视网膜的连续照射部分。第一光学转向区域组群被构造成从光源接收调制光并将调制光的光束转向到眼睛的瞳孔中用于照射视网膜的第一部分。第二光学转向区域组群被构造成从光源接收调制光并将调制光的光束转向到眼睛的瞳孔中用于照射视网膜的第二部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将图像提供到用户的眼睛中的近眼式显示系统，并且更具体地涉及在对通过眼睛的瞳孔的光进行转向的转向器结构处将光引导到视网膜的系统。
技术介绍
近眼式显示系统具有巨大的商业兴趣。已经进行多种努力来研制所谓的“头戴式显示器”。用于这种显示器的一些相关性能测量包括分辨率、视场、显示器是否可以被“看穿”、显示器是否提供动态焦点、以及显示器可以为轻质并且不引人注目的程度。其它示例性期望特征包括用户可以控制这种装置以及与语言通信装置集成的简易性。进一步的示例性期望方面包括从环境捕获图像的能力并适合具有视觉障碍的人。
技术实现思路
人眼通过将进入眼睛的瞳孔中的光改变到视网膜上的位置来“看”自然景色中的图像。从环境中足够远的点到达眼睛的光可以被认为是平行光线，这是因为光线之间的角度非常小，并且通常被称为“准直”光。眼睛作为透镜起作用，从而将进入眼睛的瞳孔的准直光的每一个光束的角度改变到其中光聚焦在视网膜上的相应的点。除了眼睛的传感器阵列形成为眼球的凹入内表面之外，这与在远处的物体上聚焦的照相机的平坦传感器上被阵列的像素检测器相同。如下文所述，本专利技术的系统优选地能够以各种角度和在各种位置产生能够进入眼睛的瞳孔并在视网膜上产生期望的像素点使得所述像素点可以被看到的光束。可以产生的角度的范围优选地使得相应的像素点填充视网膜的足够大的部分，使得产生的图像被感知为如沉浸在Imax电影院或现实生活中一样。如果对应于像素位置的光的起点不在远处，而在附近的点处，例如在伸臂可及之夕卜，则光线不会被准直，而是每一个稍微从所述点发散并且所述光线以显著地相互发散的角度进入眼睛。所述眼睛可以通过物理调节眼睛的“晶状体”的形状来“适应”这种发散，使得从多个点在所述距离处进入眼睛的光线被充分向内弯曲，使得所述光线聚焦到视网膜上的尖锐点。如果物体没有在远处，则眼睛进行调整，更多地类似于照相机聚焦在错误的东西上或当戴别人的眼镜时，视网膜上的相应图像是模糊的。本专利技术的系统优选地将发送到眼睛中的光的光束从被准直的(或稍微会聚的)改变到稍微发散的，以有助于欺骗眼睛认为发出光的所述物体在某一距离处。在一些示例中，到物体的距离对于本专利技术的系统是已知的，而在其它示例中，在测量眼睛的适应性、视网膜上的有效自动聚焦或眼睛之间的发散角度之后，计算系统的焦点校正。眼睛看到的光的颜色通过视网膜上的被称作视锥的传感器元件来识别。每一视锥有效地输出入射在该视锥上的光的量的简单测量值。具有多种类型的视锥，且每一个视锥对光的不同波长都具有自己的特征灵敏度。当视锥接收同一光时，大脑从不同类型的视锥的响应的相对大小推断色彩。通过当前的显示技术，可以通过改变三个波长(例如，红色、绿色和蓝色)从光获得可接受范围或“色域”的色彩。一些显示器通过使用稍微多于三个的波长获得较宽的色域，从而接近自然界中的色彩范围的感知的极限。本专利技术的系统对于光的多个色彩中的每一个进行单独调制以获得对期望色彩的感知。当光的短脉冲的重复率足够高时，光的短脉冲被连续集成和感知。通过当前的显示技术，例如，认为每秒八十帧以上的整体“闪烁”对于大多数人是不明显的。本专利技术的系统优选地能够具有类似于产生连续照射的错觉的速率。眼睛中的一些传感器实际上比其它传感器快，并且本专利技术的系统任选地如所述通过以不同的速度对视网膜的不同区域供应光的脉冲来实现此优点。眼睛的瞳孔的直径的范围为对于有些人在非常明亮的环境中为大约2mm的最小孔径，而对于一些人在非常暗的光线下达到8_。据认为，瞳孔可以被视为通常为大约4_，尤其对于平均成年人在室内时。在一些自然情况下，从远点发出的光束的多个部分被阻挡，从而被阻止进入眼睛的瞳孔，例如，这是因为例如当人通过小开口(例如，仅打开一条缝的门)看时，仅光束的小横截面使所述光束进入瞳孔中。然而，在这种情况下，在视网膜上产生的像素点的位置不会变化-与由准直光束的角度确定的位置一样但是光能或亮度的大小被减小。通过本专利技术的系统被发送到眼睛中的光在一些示例中是直径受到限制的光束。在一些示例中，光束甚至可以被瞳孔边缘处的虹膜部分阻挡或“削减”;然而，本专利技术的系统在这种情况下优选地调节光束中的光能的量以产生期望的亮度的感知。然而，进入瞳孔的光束的尺寸影响视网膜上的光斑尺寸。认为稍微意外的是，大约2mm光束尺寸是“最好的光斑”，并且通常在视网膜上产生最小的光斑。相当大的光束由于眼睛的视力的缺陷产生稍微大点的光斑；而相当小的光束由于衍射的光学现象产生相当大的光斑。因此,2mm的准直光束产生被感知到的尽可能小的光斑尺寸；而大致十倍窄的光束比较起来产生大约十倍大的光斑。感知到的细节的分辨率或数量取决于视网膜上的像素的光斑尺寸。然而，视网膜的一些部分可以感测小于其它部分的光斑尺寸。视网膜的最敏锐部分(有时被称为“中央凹”区域)仅对应于位于注视点的中心的一度或几度。视觉敏锐度从所述中央凹区域急剧下降，达到中央凹的大致八倍，仅仅小于十度。因此，眼睛以高分辨率在注视点附近的中央凹区域中观看，但是基本上在所述中央凹区域以外，分辨率迅速减少。即使这种减小的分辨率例如通过注意到不能读取眼睛所注视的字母附近的字母(尤其是在字母不能拼成单词的情况下)易于进行检查，但是大多数人没有意识到此。大脑通常产生人们以相同的高分辨率在所有方向上观看的幻觉。本专利技术的系统在一些示例中将大致2mm的光束供应给中央凹区域，并任选地将较小的光束供应给更多的周边区域。因此，这些系统为视网膜的相应部分供应适当的光束尺寸以允许眼睛最好地观察，但是可以具有使用其基本上不会降低感知的较小光束尺寸的优点。眼睛典型地连续掠过，在中间简短地停止。眼睛以期间很快地观看然后每次停下来“注视”大约十分之一秒的所谓的“扫视”的弹道方式移动。本专利技术的系统在一些实施例中跟踪眼睛的旋转位置，以确定眼睛正在看哪儿，从而确定如何倾斜所述光束以使所述光束进入到眼睛的瞳孔中。较大的光束通过指向眼睛的旋转中心而被引导到瞳孔中以提供中央凹像素点，而其余较大的像素点由此时更加倾斜地指向瞳孔的特定位置的任选的小周边光束形成。通过一些示例性专利技术系统将至少一些光束提供到眼睛的瞳孔中是通过如随后所述的多个“转向器”来实现的。转向器的示例是嵌入在眼镜镜片的内表面中或内表面上的部分反射镜。光束在转向器处被发射通过投射器出射窗或“出瞳”。入射在转向器上的光束因此被朝向眼睛引导并优选地至少部分地被引导到眼睛的瞳孔中。转向器的定位和方位以及光在所述转向器处被发射的角度优选地允许它们提供到眼睛的瞳孔中的完整角度范围。因此，连续图像覆盖感知到的视场。中央凹部分在一些示例中从更平直地被指向到眼睛中的注视点附近接收大光束以提供高分辨率，而周边部分任选地接收更倾斜地指向以能够进入瞳孔的小光束。用于图像的周边部分的转向器在一些实施例中被分成多组，且每一组阵列基本上在整个眼镜镜片上。一个这种组中的转向器基本上都指向眼睛的瞳孔的潜在位置；其它组中的转向器指向眼睛的瞳孔的其它相应位置。在一些实施例中便利的是，同时照射多组这种转向器导致来自一组转向器的光进入眼睛的瞳孔，来自其它组转向器的光入射在眼睛的虹膜或其它部位而没有进入眼睛。这种布置被认为提供用于使每一个周边角度的光束进入眼睛的紧凑且经济的示例性办法。在转向器处发射的光束的散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·乔姆，托马斯·W·莫斯伯格，约翰·R·罗杰斯，
申请(专利权)人：大卫·乔姆，托马斯·W·莫斯伯格，约翰·R·罗杰斯，
类型：
国别省市：