[实用新型]与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器

说明书

技术领域

本公开总体上涉及光学器件领域，并且特别地，涉及一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器。

背景技术

安装在头部的显示器(“HMD”)或头戴式显示器是一种穿戴在头部上或周围的显示装置。HMD通常整合某种近眼光学系统，以产生置于用户前方几米的放大的虚像。单眼显示器称为单眼用HMD，而双眼显示器称为双眼用HMD。一些HMD仅显示计算机生成图像(“CGI”)，而其他类型的HMD 能够将CGI叠加在现实世界视野之上。后一种类型的HMD典型地包含某种形式的透视目镜，并且可以充当用于实现增强现实的硬件平台。凭借增强现实，用交叠的CGI增强观看者的世界图像也称为抬头显示器(“HUD”)。

HMD具有许多实际的和休闲的应用。航天航空应用允许飞行员在不将视线移开飞行路径的情况下看到至关重要的飞行控制信息。公共安全应用包含地图和热成像的战术显示器。其他应用领域包含视频游戏、交通及电信。随着技术发展，必定有新发现的实际的和休闲的应用；然而，很多这些应用受限于用来实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率及成像质量。

实用新型内容

本实用新型的目的为提供一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器，其可以在用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率和/或成像质量中的一个或多个方面提供改善的特性。

本实用新型公开一种与头戴式显示器一同使用的设备，设备包括：弯曲目镜，引导在视野区域外围设置的输入表面处接收的显示光，并且将显示光沿着朝向眼睛的方向发射到视野区域中，弯曲目镜包含：面向眼睛表面，为凹面；面对世界表面，为凸面，并且与面向眼睛表面相反；弯曲光导，设置在面向眼睛表面与面对世界表面之间，以经由全内反射将显示光从输入表面引导到视野区域；以及光学合路器，设置在视野区域的弯曲目镜内，以将显示光从弯曲光导重新引导向输出的朝向眼睛的方向，其中光学合路器包含反射元件的图案，反射元件由填隙区域分隔，其中反射元件反射显示光，并且填隙区域使穿过面对世界表面入射的环境光通过，使得视野区域为部分透视。

头戴式显示器包括在外围位置处产生显示光的显示面板；以及弯曲目镜，用于将显示光引导到从外围位置偏移的视野区域并且沿着朝向眼睛的方向发射显示光。该弯曲目镜包含面向眼睛表面，为凹面；面对世界表面，为凸面，并且与面向眼睛表面相反；弯曲光导，设置在面向眼睛表面与面对世界表面之间，以经由全内反射将显示光从输入表面引导到视野区域；以及光学合路器，设置在视野区域处的弯曲目镜内，以将显示光从弯曲光导重新引导向输出的朝向眼睛的方向，其中光学合路器包含反射元件的图案，该反射元件由填隙区域分隔，其中该反射元件反射显示光，并且填隙区域使穿过面对世界表面入射的环境光通过，使得视野区域为部分透视；以及框架组件，支撑弯曲目镜和显示面板，用于穿戴在用户的头部上，使视野区域设置在用户的眼睛前方。

通过以上简要总结的结构，本实用新型可以提供一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器。对此，可以改善用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率和/或成像质量方面的特性。

附图说明

参考下面的附图描述了本实用新型非限制性和非穷举的实施例，其中在各图通篇中相同附图标记指代相同部分，除非另有指明。在适当的情况下，并非元素的全部示例都需要标记，以免使附图混乱。附图不一定按比例，而是将重点放在图示所描述的原理上。

图1是根据本公开的实施例的与头戴式显示器一同使用的光学系统的截面图。

图2是根据本公开的实施例的包含弯曲目镜的头戴式显示器的立体图。

图3是根据本公开的实施例的弯曲目镜和显示面板的立体图。

图4A、图4B以及图4C都示出根据本公开的实施例的匹配在一起以形成弯曲目镜的第一透镜体和第二透镜体的不同透视图。

图5A、图5B、图5C及图5D示出根据本公开的实施例的用于在弯曲目镜内实施光学合路器的反射元件的不同图案。

图6提供根据本公开的实施例的表征指示性弯曲光导的表面的下垂方程 (sag equation)。

具体实施方式