[发明专利]头戴式显示器

说明书

一种头戴式显示器(“HMD”)包括显示模块、光组合器、控制电路和透镜。显示模块产生图像光，且光组合器用于将图像光与外部场景光组合。透镜被定位成接收图像光。透镜能够动态改变透镜的至少一个透镜特性。控制电路控制透镜以动态改变透镜的至少一个透镜特性。

本案是申请日为2015年1月7日、申请号为201580006638.9、发明名称为“用于头戴式显示器的动态透镜”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开总地涉及光学器件，并尤其但非排他地涉及头戴式显示器。

背景技术

头戴式显示器(head mounted display，“HMD”)是佩戴在头部上或头部周围的显示设备。HMD通常结合有某种近眼光学系统来形成位于观察者前方某处的虚拟图像。单个眼睛的显示器被称为单眼HMD，而两个眼睛的显示器被称为双眼HMD。遮蔽式HMD，也称为沉浸式HMD，将虚拟图像投射到黑色背景上(投射光学器件不是透视的)。透视式HMD也投射虚拟图像，但是它们同时是透明的(或半透明的)，并且投射光学器件被称为组合器光学器件，这是因为它们将虚拟图像组合在现实上。增强现实是透视式HMD的一个方面，其中虚拟图像被叠加到现实。

HMD具有多种实际和休闲应用。历史上，第一个应用存在于航空应用中，其在不使他们的眼睛离开飞行路径的情况下准许飞行员看到重要飞行控制信息(它们被称为头盔式显示器(Helmet Mounted Display)并通常用于旋翼飞行器)。平视显示器(Heads UpDisplay，“HUD”)通常用于非旋翼飞行器，如飞机或喷气式飞机中，其中组合器位于挡风玻璃上而非头盔上。HUD也用于汽车中，其中光组合器可被集成在挡风玻璃中或靠近挡风玻璃。公共安全应用包括地图的战术显示和热成像。其他应用领域包括视频游戏、运输和电信。随着技术发展，一定会新发现的实用应用和休闲应用；然而，这些应用中的很多由于用于实现现有HMD的传统光学系统的尺寸、重量、视野和效率而受到限制。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种头戴式显示器(“HMD”)，包括：显示模块，用于产生图像光；光组合器，用于将图像光与外部场景光组合，其中所述光组合器包括反射元件，所述反射元件被耦合以接收图像光并在向眼睛方向上引导图像光；叠置的可切换透镜，所述叠置的可切换透镜被光学耦合以接收图像光，其中所述叠置的可切换透镜包括至少第一切换光学器件和第二切换光学器件；以及控制电路，所述控制电路被配置成选择性触发第一切换光学器件和第二切换光学器件，其中第一切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第一向眼睛区域引导，并且其中，第二切换光学器件被配置成在被控制电路触发时将图像光朝向第二向眼睛区域引导，第一向眼睛区域不同于第二向眼睛区域。

附图说明

本发明的非限制性和非穷尽性实施例参照下面的附图描述，图中相同的参考标记在各个视图中始终表示相同部件，除非另有所指。

图1A描绘了包括显示模块、光中继、分束器和端部反射器的示例光组合器的顶部横截面图。

图1B示出了被引导到光组合器的用户的估计视野的向眼睛区域(eyeward-region)中的计算机产生的图像。

图2A示出了根据本公开的实施例的控制可调谐透镜的控制电路，该可调谐透镜接收要被引导到向眼睛区域的图像光。

图2B-2E示出了根据本公开的实施例的可用作图2A中的可调谐透镜的可调谐透镜的示例。

图2F示出了根据本公开的实施例的由可调谐透镜引导到相同向眼睛区域的不同深度的计算机产生的图像。

图3A示出了根据本公开的实施例的控制叠置(stacked)可切换透镜的控制电路，该叠置可切换透镜接收要被引导到不同向眼睛区域中的图像光。

图3B示出了根据本公开的实施例的显示模块和控制示例叠置可切换透镜的控制电路，该叠置可切换透镜包括三个切换光学器件(switching optic)。