[发明专利]用于可头戴显示器的混合透镜系统

说明书

一种用于可头戴显示器的混合光学系统包括中心视觉透镜和周边视觉透镜。中心视觉透镜与用户的角膜近似对齐并且在用户直视前方时向用户的中心视觉提供透镜效应。周边视觉透镜与中心视觉透镜不同，在用户直视前方时向超出由中心视觉透镜提供透镜效应的中心视觉角状延伸的延伸视野提供透镜效应。周边视觉透镜被布置在中心视觉透镜周围。周边视觉透镜与中心视觉透镜具有一致的光学中心，但中心视觉透镜偏离周边视觉透镜的物理中心。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年1月12日递交的美国临时申请62/102,491号和2015年6月19日递交的美国专利申请14/744,641号的优先权，这里通过引用并入这些申请的内容。

技术领域

本公开概括而言涉及光学系统，具体地但非唯一地，涉及用于可头戴显示器的光学系统。

背景技术

头戴式显示器(head mounted display，“HMD”)或可头戴显示器是穿戴在头上或头周的显示设备。HMD通常包含某种近眼光学系统来产生置于用户前方一米左右(近)和光学无限远(远)之间的放大虚拟图像。单眼显示器被称为单眼HMD，而双目显示器被称为双目HMD。一些HMD只允许用户看到显示图像(例如，计算机生成图像、静止图像、视频图像等等)，而其他类型的HMD能够将显示图像叠加在真实世界视图上。显示真实世界视图与显示图像结合的该种类型的HMD通常包括某种形式的透视目镜并且可充当用于实现增强现实的硬件平台。有了增强现实，观看者对世界的感知上添加了覆盖的显示图像。这种类型的系统有时也被称为抬头显示器(“HUD”)。完全沉浸式显示器(即，非透视)经常被称为虚拟现实(virtual reality，“VR”)显示器。沉浸式HMD也可通过电子地组合来自查看用户前方的世界的相机或其他传感器的图像与其他电子影像或信息的融合来提供增强现实。

HMD具有许多实际和娱乐应用。航空应用允许飞行员看到至关重要的飞行控制信息，而无需将其眼睛从飞行路线上转开。公共安全应用包括地图的战术性显示和热成像。其他应用领域包括视频游戏、交通运输和电信。随着技术发展必定会有新发现的实际和娱乐应用；然而，这些应用中的许多由于用于实现现有HMD的传统光学系统的成本、大小、重量、视野和效率而受到限制。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性且非穷举性的实施例，附图中相似的标号在各种视图中始终指代相似的部件，除非另有指明。附图不一定是按比例的，而重点是放在图示所描述的原理。

图1图示了瞳孔间距(IPD)的概念。

图2图示了矢状平面的概念。

图3是在矢状平面上没有延伸(extent)的物体的双目视图的图示。

图4图示了透镜的边缘如何渐晕或限制用户的视野。

图5图示了良视距如何影响透镜的渐晕的程度。

图6A和6B根据本公开的第一实施例图示了混合透镜系统。

图7根据本公开的第二实施例图示了混合透镜系统。

图8根据本公开的第三实施例图示了混合透镜系统。

图9A根据本公开的第四实施例图示了混合透镜系统。

图9B根据本公开的第五实施例图示了包括混合透镜系统和弯曲显示器的双目可头戴显示器；

图9C根据本公开的第六实施例图示了包括具有弯曲部分的显示器的可头戴显示器，该弯曲部分延伸超出混合透镜系统以获得极端周边视觉。

图10是根据本公开的实施例图示出作为像素平面与透镜之间的光路长度的减小的函数的虚拟图像距离的图表。

图11是根据本公开的实施例图示出对于放置在距透镜43.9mm处的显示器的作为焦距的函数的图像距离的图表。