[发明专利]宽视场头戴式显示器

权利要求书

1.一种用于向观看者显示的光学设备，所述光学设备包括：

凹球面镜，其具有在观看者瞳孔处的曲率中心并且具有第二曲率半径；

图像生成设备，其将图像形成到球形漫射表面上，其中，所述球形漫射表面具有第一曲率半径，所述第一曲率半径基本上是第二曲率半径长度的一半；和

分束器，其沿凹球面镜的主轴定位，并且将球形漫射表面光学设置在凹球面镜的焦面处。

2.如权利要求1所述的设备，其中，图像生成设备包括激光光源、扫描镜以及将一个或多个图像像素聚焦到球形漫射表面上的透镜。

3.如权利要求1所述的设备，其中图像生成设备包含空间光调制器。

4.如权利要求1所述的设备，其中图像生成设备包含线性光调制器。

5.如权利要求2所述的设备，其中，分束器折叠光轴以将球形漫射表面设置在球面镜的焦面处。

6.如权利要求2所述的设备，其中，分束器将来自球形漫射表面的光透射到球面镜。

7.如权利要求1所述的设备，其中，图像生成设备将一个或多个二维图像平铺图投射到球形漫射表面上。

8.如权利要求1所述的设备，其中，凹球面镜包含一个或多个全息光学元件。

9.如权利要求1所述的设备，其中，图像像素密度在图像的范围内变化超过5％。

10.一种用于向观看者显示的头戴式光学设备，其包括：

a)沿着光轴引导调制光的光源；

b)扫描设备，其包括

(i)限定沿着光轴的焦点的聚焦透镜；

(ii)扫描镜，其能够被致动以折叠光轴并将扫描光的焦点重新定向到球形弯曲的漫射表面上；

(iii)其中，球形弯曲的漫射表面在扫描镜处具有第一曲率中心并且具有第一曲率半径；

c)凹球面镜，其具有在接近观看者的瞳孔的第二曲率中心并且具有第二曲率半径，所述第二曲率半径基本上是第一曲率半径的长度的两倍；以及

d)分束器，其沿着凹球面镜的主轴定位，并且将弯曲的漫射表面光学设置在凹球面镜的焦面处，并且被进一步设置以在观看者的瞳孔与扫描镜之间提供光学共轭关系。

11.如权利要求10所述的设备，其中，弯曲的漫射表面包含光纤面板。

12.如权利要求10所述的设备，其中，分束器透射超过一半的接收自光源的入射光。

13.如权利要求10所述的设备，其中，弯曲的漫射表面为经过处理的玻璃组件或漫射膜。

14.如权利要求10所述的设备，其还包括设置用于检测观看者瞳孔位置的摄像机。

15.如权利要求10所述的设备，其中，凹球面镜为全息元件或菲涅耳反射性元件。

16.如权利要求10所述的设备，其中，光源包括至少一个激光器。

17.如权利要求10所述的设备，其中，扫描镜为微机电系统装置。

18.如权利要求10所述的设备，其中，针对观看者的每只眼睛复制光源、扫描设备、球面镜和分束器。

19.如权利要求10所述的设备，其中，分束器折叠凹球面镜的主轴。