[发明专利]用于近眼观察的可穿戴显示器

说明书

光学装置具有激光源，以将调制光导向扫描镜和限定焦面的物镜。光瞳中继光学器件将扫描镜处的第一光瞳传递到眼睛晶状体处的第二光瞳，光瞳中继光学器件限定在光瞳之间延伸的光轴，并且具有弯曲镜，该弯曲镜透射大致一半的调制光束并且在第一光瞳处具有第一曲率中心，并且在来自扫描镜的光路中具有第一偏振器，以将第一偏振和第一角度的入射光反射到弯曲的镜面并透射正交偏振和第二角度的入射光，其中，光瞳中继光学器件将调制光束两次引导到第一偏振器，并且其中第二次入射的调制光被准直并指向第二光瞳。

相关申请的交叉引用

本申请要求以David Kessler等的名义于2016年11月28日临时提交的，名称为“用于近眼观察的可穿戴显示器”的美国临时申请序列号62/426655的权益，将其整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及近眼显示器，更具体地说，涉及利用采用具有同心设计的光瞳中继配置的成像装置的显示器。

背景技术

已经提出了许多用于从可穿戴设备提供图像内容的解决方案。已经描述了各种类型的护目镜、眼镜和其他装置，用于向佩戴该装置的观察者显示图像内容。这些设备可以是完全沉浸式的，使得观察者仅看到由装置生成的图像，并且在佩戴设备时不能看到外界，从而提供虚拟现实(VR)显示。或者，真实世界的不同程度的可见性由其他设计提供，使得生成的图像作为增强现实(AR)或混合现实显示叠加在真实世界图像上，或者以某种方式用于补充位于观察者视场中的真实世界视觉内容。

可穿戴显示设备提供相当大的承诺，用于提供信息和显示补充图像，该补充图像可以在许多领域中提高性能和效率并且可以帮助增强观察者对视场中的视觉内容的理解。例如，在医学和牙科学中，查看先前存储的图像内容，并且可选地，查看后处理的图像内容或查看当前从另一个有利位置获取的图像内容的能力可以帮助从业者更准确地获得有助于诊断和治疗的详细数据。目前仅可从高成本3-D成像系统获得的成像数据可以以可用的格式提供，以便在较便宜的可穿戴成像设备上观察，该设备允许从业者在活跃的临床环境中获得该信息。立体成像具有增强的空间理解和相关细节的改进呈现，对于那些使用医学成像指导或医学数据治疗患者的技术人员以及其他领域的技术人员特别有用。此外，甚至由眼镜提供的非立体2-D图像内容的呈现，该眼镜允许清晰地看到主要视场而不受阻碍，可用于各种功能，例如包括用于患者监测以及远程医疗和远程诊断或治疗指导。

对于已经提出用于可穿戴显示器的许多装置，由于设备尺寸、体积和不适、部件和图像定位、差的图像质量、眼睛疲劳和其他困难，观察者以某种方式受到设备的阻碍。虽然已经概述了许多用于提供更自然的观察体验的巧妙解决方案，并且已经引入了许多改进图像质量的进步，但是用于许多这些解决方案的形状因素仍然难以赢得对这些设备的广泛接受，特别是对于长期使用或在工作或娱乐活动期间。它们庞大的尺寸和外观仍然认为是限制可穿戴成像设备对许多人的吸引力的重要因素。

尽管多年的设计努力和优化，包括小型化的集成和改进的成像技术，设计具有可接受的人体工程学和高图像质量的可穿戴显示装置已证明是持续的挑战。用于具有自然的“感觉”并且易于佩戴和使用的可穿戴显示设备的可行解决方案仍然是难以捉摸的。因此，可以理解，需要一种用于单眼或立体显示器的可穿戴设备，其提供高图像质量，并且重量轻，价格低廉，易于使用，并且比传统设计在人体工程学上更少侵入性和复杂，并且提供增强的显示机会而不妨碍或减少主要视场。

发明内容

本发明的一个目的是推进直接虚拟视网膜显示的技术，更一般地称为虚拟图像呈现，用于从可穿戴装置观察虚拟或增强现实。本公开的实施例提供了一种可穿戴观察装置，其提供合适的图像质量，对观察者在视场上的可见性几乎没有或没有障碍。本公开的实施例可以提供改进的观察装置，其减少传统头戴式显示器(HMD)的许多光学、生理和人体工程学约束。本公开的实施例可以提供一种可穿戴观察装置，其具有增加的视场，具有在超近眼成像布置中的扫描、光束宽度调节和相关光学部件的通用布置，包括具有在眼睛的物体焦距内的光学部件的实施例。