本发明专利技术揭示一种用于头戴式显示器的目镜，其包含照明模块、端面反射器、观看区域及偏振旋转器。所述照明模块在所述目镜内沿着前向传播路径提供CGI光。所述端面反射器安置在所述目镜的与所述照明模块相对的端处以在所述目镜内沿着反向传播路径将所述CGI光反射回。所述观看安置在所述照明模块与所述端面反射器之间且包含外耦合偏振光束分离器“PBS”。所述外耦合PBS使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过且将沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。所述偏振旋转器安置在所述外耦合PBS与所述端面反射器之间的所述前向及反向传播路径中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术揭示一种用于头戴式显示器的目镜，其包含照明模块、端面反射器、观看区域及偏振旋转器。所述照明模块在所述目镜内沿着前向传播路径提供CGI光。所述端面反射器安置在所述目镜的与所述照明模块相对的端处以在所述目镜内沿着反向传播路径将所述CGI光反射回。所述观看安置在所述照明模块与所述端面反射器之间且包含外耦合偏振光束分离器“PBS”。所述外耦合PBS使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过且将沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出。所述偏振旋转器安置在所述外耦合PBS与所述端面反射器之间的所述前向及反向传播路径中。【专利说明】用于近眼式显示器的方法及设备
本专利技术大体上涉及光学领域，且特定来说但不排他地，涉及近眼式光学系统。
技术介绍
头戴式显示器(“HMD”)为在头部上或围绕头部佩戴的显示装置。HMD通常并入某种类别的近眼式光学系统以在人眼的几厘米之内发射光图像。单眼显示器称为单眼式HMD，而双眼显示器称为双眼式HMD。一些HMD仅显示计算机产生图像(“CGI”)，而其它类型的HMD能够在现实世界景物上叠加CGI。这后一种类型的HMD可充当用于实现增强现实的硬件平台。在增强现实的情况下，观看者的世界图像以重叠CGI增强(也称为抬头显示(“HUD”))。HMD具有许多实际应用及休闲应用。航空应用允许飞行员在不使其眼睛离开飞行路径的情况下看见极其重要的飞行控制信息。公共安全应用包含地图及热成像的战术显示。其它应用领域包含视频游戏、交通运输及长途通信。随着技术发展，必定存在新发现的实际应用及休闲应用；然而，这些应用中的许多归因于用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、视界及效率而受到限制。
技术实现思路
【专利附图】【附图说明】参考附图描述本专利技术的非限制性且非穷举性实施例，其中相同参考数字在所有各种视图中指代相同部件，除非另有指定。图1A说明使用输入透镜及两个镜面的第一常规近眼式光学系统。图1B说明使用角度敏感分色镜的第二常规近眼式光学系统。图1C说明使用全息衍射光栅的第三常规近眼式光学系统。图2为根据本专利技术的实施例的目镜的俯视横截面图。图3A为根据本专利技术的实施例的目镜的侧视图。图3B为根据本专利技术的实施例的贯穿目镜的光中继器截面的横截面图。图4为根据本专利技术的实施例的包含涂覆在顶部及底部的黑视层的目镜的侧视图。图5为说明根据本专利技术的实施例的目镜将近眼式图像递送到用户的操作过程的流程图。图6为根据本专利技术的实施例的包含与端面反射器完全相对的图像源的目镜的俯视横截面图。图7为根据本专利技术的实施例的以目镜实施的双眼式HMD的俯视图。图8为根据本专利技术的实施例的以大致遵循用户头部的轮廓的向后弯曲成角度的目镜实施的双眼式HMD的俯视图。【具体实施方式】描述用于头戴式显示器(“HMD”)目镜的系统、设备及操作方法的实施例。在以下描述中，阐述许多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识至IJ，本文中描述的技术可在没有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下实践或可以用其它方法、组件、材料等等实践。在其它例子中，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以免模糊某些方面。贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书的各种地方出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或一个以上实施例中以任何合适方式组合。图1A说明使用输入透镜及两个镜面的第一常规近眼式光学系统101。图像源105输出由两个镜面110及115反射的图像，所述两个镜面在眼睛120附近形成图像。图像源105通常安装在头部上方或安装到头部侧面，而镜面110及115使观看者脸部前方附近的图像朝向观看者的眼睛120弯曲。因为人眼通常不能够聚焦在放置在几厘米内的物体上，所以此系统需要插入在第一镜面110与图像源105之间的透镜125。通过将图像源105定位在透镜125的焦点f内，透镜125产生与镜面115的实际位置相比从眼睛更远地向后移位的虚像。光学系统101受制于由镜面110及115的范围以及透镜125的笨重性限制的相对小的视场。所述视场可通过将镜面110及115放置在高折射率材料内以压缩入射角来稍微地改善，但仍是非常有限的，且波导的厚度迅速增加以实现较大视场。图1B说明使用角度敏感分色镜的第二常规近眼式光学系统102。光学系统102包含安置在波导140内的单个内耦合镜130及两个外耦合分色镜135。此系统使用来自放置在无穷远处的虚像的准直输入光且使用全内反射(“TIR”)来沿着波导140朝向外耦合分色镜135引导输入光。为在眼睛120处产生有用图像，输入光的每一入射角应对应于发射光的单个输出角。因为光可潜在地在向下轨迹(光线段145)或向上轨迹(光线段150)上从输出镜135反射离开,所以每一输入角可潜在地产生多个输出角，从而损坏输出图像。为克服此问题，光学系统102使用角度敏感分色镜135，所述角度敏感分色镜使具有充分接近法线的入射角的光通过同时反射具有充分倾斜的入射角的光。然而，分色镜110使一些入射角通过同时反射其它入射角的特性限制了光学系统100的视场且降低了所述系统的光学效率。此外，这些分色镜涂层不提供锐角截止，从而导致重影效应。最后，角度敏感分色镜涂层需要复杂且定制的涂层设计，这是没有成本效益的。图1C说明使用全息衍射光栅的第三常规近眼式光学系统103。光学系统103与光学系统102类似，只是使用全息衍射光栅150来替代镜面130及135。衍射光栅150是低效率的反射器，因为其仅反射较高阶的衍射而使第一阶衍射通过，所述第一阶衍射含有光波前中的最大部分的能量。除了是较差的光学反射器之外，还必须使输入及输出衍射光栅相对于彼此精确地调整，否则输出图像将会经历分色。实现输入光栅150与输出光栅150之间的充分匹配需要对制造公差的极端控制，这通常是困难且昂贵的。图2、3A及3B说明根据本专利技术的实施例的目镜200。图2说明目镜200的俯视横截面图，而图3A说明目镜200的侧视图且图3B说明目镜200的横截面端视图。目镜200的所说明的实施例包含照明模块205、光中继器210、观看区域215、偏振旋转器220、端面反射器225及保护性端盖230。照明模块205的所说明的实施例包含灯235、聚光透镜240、内耦合偏振光束分离器(“PBS”)245、显示器250(例如，硅面板上的液晶)及扩散表面(例如，磨砂表面)255。观看区域215的所说明的实施例包含外耦合PBS 260。灯235可使用发光二极管(“LED”)源(或多色LED阵列)来实施，其经由从内耦合PBS 245的反射照亮显示器250。内耦合PBS 245可实施为离散PBS块，灯235、聚光透镜240及显示器250结合到所述离散PBS块。内耦合PBS 245操作以实质上使第一线性偏振的光通过(例如，使90%以上的P偏振通过)同时实质上反射第二偏振的光(例如，反射99%以上的S偏振)。两个线性偏振通常为正交线性偏振。显示器250 (例如，LCOS、IXD面板等等)将图像数据赋予本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于头戴式显示器的目镜，所述目镜包括：照明模块，其用于在所述目镜内沿着前向传播路径提供计算机产生图像“CGI”光；凹端面反射器，其安置在所述目镜的与所述照明模块相对的端处以在所述目镜内沿着反向传播路径将所述CGI光反射回；观看区域，其待与用户的眼睛对准，所述观看区域安置在所述照明模块与所述凹端面反射器之间且包含外耦合偏振光束分离器“PBS”，所述外耦合PBS用于使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过且用于将沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光从所述目镜的朝眼睛侧重新引导出；及偏振旋转器，其安置在所述外耦合PBS与所述凹端面反射器之间的所述CGI光的所述前向及反向传播路径中。
【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：马克·B·史派特兹，缪潇宇，巴巴克·阿米尔帕尔维兹，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：
国别省市：
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