[发明专利]用非远心成像防止重影图像的显示设备系统

说明书

防止重影图像的非远心显示系统包括光学波导和显示引擎。显示引擎的图像形成器包括反射表面，该反射表面具有到该反射表面的表面法线。显示引擎的照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射光，使得主光线与到反射表面的表面法线偏移锐角。显示引擎将反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光朝着光学波导的输入耦合器引导，以将与图像相对应的光耦合到其中，并且通过全内反射行进到波导的输出耦合器。由于由照明引擎发射的光的主光线与到反射表面的表面法线偏移锐角，因此重影图像至少部分地被防止。

背景技术

各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可以用透明或半透明的显示器来实现，设备的用户可以通过该透明或半透明的显示器查看周围的环境。这样的设备可以被称为透视混合现实显示设备系统或增强现实(AR)系统，其使得用户能够透视设备的透明或半透明显示器来查看周围的环境，并且还可以观看虚拟对象的图像(例如，文本、图形、视频等)，这些虚拟对象被生成以供显示，以显得像是周围环境的一部分和/或覆盖在周围环境上。这些设备可以被实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示设备，但不限于此，这些设备通常利用光学波导将显示引擎所产生的图像复制到一个位置，在该位置处，设备的用户可以查看该图像，作为增强现实环境中的虚拟图像。由于这仍是新兴技术，因此存在着与利用波导向用户显示虚拟对象的图像相关联的某些挑战。

发明内容

本技术的某些实施例涉及用于减轻透视混合现实显示设备系统中的重影图像的装置、方法和系统。根据一个实施例，一种透视混合现实显示设备系统包括显示引擎和光学波导。显示引擎包括图像形成器和照明引擎，其中图像形成器包括反射表面，该反射表面具有到其的表面法线。例如，图像形成器可以是硅上液晶(LCoS)微显示器，并且图像形成器的反射表面可以包括多个像素，该多个像素能够选择地和各自地被开启或关闭。照明引擎被配置为朝着图像形成器的反射表面发射光，使得由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角。显示引擎被配置为将反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光朝着光学波导的输入耦合器引导，使得与图像相对应的光的至少一部分被输入耦合器耦合到光学波导中，并且至少部分地通过全内反射(TIR)的方式行进到输出耦合器，在输出耦合器处，与图像相对应的光的至少一部分从光学波导被耦合出来。图像形成器、照明引擎和光学波导共同地提供非远心成像显示系统。根据某些实施例，显示系统的数值孔径略小于在显示系统包括通常关于透镜系统的光轴旋转对称的透镜系统的情况下显示系统将具有的数值孔径的一半。

根据某些实施例，由照明引擎发射的光在第一次反射出图像形成器的反射表面之后，朝着光学波导的输入耦合器行进第一路径集合。显示引擎和光学波导相对于彼此被定位，使得由显示引擎朝着光学波导的输入耦合器引导的、与图像相对应的光的一部分由于菲涅耳反射而朝着显示引擎被反射回，并且第二次反射出图像形成器的反射表面。第二次反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光在第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着光学波导返回。由于照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角，因此第二路径集合与第一路径集合不同。

根据某些实施例，显示引擎还包括孔径光阑，该孔径光阑阻挡第二次反射出图像形成器的反射表面的、并且在第二次被反射之后行进第二路径集合朝着光学波导返回的、与图像相对应的光入射在光学波导的输入耦合器上，从而防止被反射回的光导致重影图像。根据某些实施例，显示引擎具有与光学波导的输入耦合器相邻的出射光瞳，并且孔径光阑阻挡显示引擎的出射光瞳的一部分。

根据某些实施例，照明引擎包括光源和一个或多个透镜组和/或其他光学元件，该一个或多个透镜组和/或其他光学元件被配置为：使由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角。显示系统还可以包括被定位在照明引擎和图像形成器之间的偏振光束分光器(PBS)，以及在PBS和显示引擎的出射光瞳之间的一个或多个透镜组。

根据某些实施例，显示系统内的所有透镜组共享与显示系统的视场中心正交的公共光轴。备选地，显示系统内的一个或多个透镜组相对于与显示系统的视场中心正交的光轴是偏心的和/或倾斜的。