[实用新型]增强现实或虚拟现实显示装置

说明书

本实用新型公开了一种增强现实或虚拟现实显示装置。提供彩色投影仪以投射多个波长的光。第一波导和第二波导设置有相应的第一衍射光栅和第二衍射光栅，以将光耦合到第一波导和第二波导中。提供第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件，以将光耦合到第一波导和第二波导以外并朝向理论观看位置。投影仪被配置成沿与波导法向量成角度的方向向第一输入衍射光学元件和第二输入衍射光学元件提供光。第一输出衍射光学元件和第二输出衍射光学元件被配置成分别沿朝向波导法向量成角度的方向将光耦合到第一波导和第二波导以外。来自第一输出衍射光学元件的针对所选波长的光的角度输出与来自第二输出衍射光学元件的所选波长的光的角度输出不同。

技术领域

本实用新型涉及增强现实或虚拟现实显示装置。

背景技术

在增强现实耳机中，透明波导被设置在用户的一只眼睛或两只眼睛的前面。光投影仪朝向波导发射光。光可以通过输入衍射光栅耦合到波导中。然后，光通过全内反射在波导内传播，并且输出衍射光栅将光耦合到波导以外并朝向观看者。在使用中，观看者可以看到来自其外部环境的透过透明波导的光以及来自投影仪的投射光。这可以提供增强现实体验。除了用户只能看到投射光而不能看到来自其外部环境的任何光之外，虚拟现实耳机以类似的方式工作。

增强现实和虚拟现实显示器领域中的一个挑战是提供宽视场多色图像。还期望提供如下增强现实显示器，其在用户的视场的边缘处提供增强现实图像，使得这些图像不会分散对用户视觉中心处的真实世界活动的注意力。由于水平线之下的观看模仿了汽车和航空工业中使用的传统显示面板和仪表板，因此特别期望提供水平线之下的观看。此外，期望将投影仪和电子器件放置在它们提供对用户视觉的最小干扰和对用户面部的最小遮挡的位置。

US 2012/0127577描述了能够提供宽视场的多色图像的光学装置。该系统的一个问题是，它不能容易地适应于在常规的耳机设计中提供水平线之下的观看。

本实用新型的目的是解决和克服这些问题中的一些问题。

实用新型内容

根据本实用新型的一方面，提供了一种增强现实或虚拟现实显示装置，包括：投影仪；波导；定位在波导中或波导上的输入衍射光学元件，其被配置成接收来自投影仪的光并将光耦合到波导中；以及定位在波导中或波导上的输出衍射光学元件，其被配置成将光朝向理论观看位置耦合到波导以外；其中，投影仪被配置成沿与输入衍射光学元件的位置处的波导法向量成角度的方向向输入衍射光学元件提供光，并且其中，输出衍射光学元件被配置成沿朝向输入衍射光学元件的位置处的波导法向量成角度的方向将光耦合到波导以外。

以这种方式，光沿朝向输入衍射光学元件的位置向后倾斜的方向被耦合到波导以外。这可以使在波导的一侧注入光，并且从波导的另一侧沿朝向输入位置向后倾斜的方向耦出光。在一种布置中，这可以便于在波导顶部注入光并且从波导底部处的输出衍射光学元件观看水平线之下。

优选地，投影仪沿远离输出衍射光学元件的位置成角度的方向提供光。在一种配置中，投影仪可以与理论观看位置设置在波导的同一侧。在替选配置中，投影仪可以与理论观看位置定位在波导的相对侧。

优选地，来自投影仪的光与波导法向量之间的角度小于25度。优选地，该角度大于约5度。

在使用中，投影仪优选地设置在理论观看位置之上的位置，并且输出衍射光学元件被设置在理论观看位置之下的位置。这可以利用安装在用户眼睛之上的投影仪为用户提供水平线之下的观看。这可以在仍然提供水平线之下的观看的同时为用户眼睛之上或许邻近用户的眉毛或摩托车头盔内的框架上的投影仪提供方便的安装水平。对于寻求在用户视场的边缘处提供信息而不会分散用户对视觉中心处发生的真实世界活动的注意力的许多增强现实应用来说，这可能是期望的。在一个示例中，水平线之下的增强现实图像可能能够在摩托车头盔护目镜中提供“仪表板”。以这种方式，图像可以提供有用的增强现实信息，而不影响用户对前方道路的视觉。