[发明专利]用于变焦头戴式显示器的基于挠曲的引导系统

说明书

一种变焦头戴式显示器(HMD)包括电子显示器、光学系统、以及引导系统。电子显示器呈现内容。光学系统包括一个或多个光学元件，并且将内容提供给HMD的眼箱。引导系统是基于挠曲的引导系统，其包括致动器以及第一和第二挠曲元件(例如，平行梁、双罗伯茨等)，该第一和第二挠曲元件引导电子显示器沿着光学系统的光轴的移动，以便调整光学系统中的一个或可移动元件的位置，并且从而控制图像平面的位置。第一和第二挠曲元件能够随着致动器移动而挠曲或弯曲，以调整一个或可移动元件的位置，该一个或可移动元件包括电子显示器和/或光学系统的一个或多个光学元件。

背景技术

本公开总体上涉及引导系统，并且具体涉及用于变焦头戴式显示器的基于挠曲的引导系统。

头戴式显示器(HMD)可以用于向用户提供虚拟图像。例如，在HMD内部的电子显示器上显示立体图像，以模拟深度错觉，并且头部追踪传感器估计用户正在查看虚拟环境的什么部分。当渲染内容时，传统HMD通常不能够补偿聚散(vergence)和调节(accommodation)冲突，这可能造成用户视觉疲劳和恶心。

发明内容

一种变焦头戴式显示器(HMD)包括电子显示器、光学系统(例如，饼状透镜组件)、以及引导系统。电子显示器呈现内容。光学系统包括一个或多个光学元件，并且将内容提供给HMD的眼箱。引导系统是基于挠曲的引导系统，其包括致动器、以及一个或多个挠曲元件的系统，该一个或多个挠曲元件引导电子显示器沿着光学系统的光轴的移动，以便调整光学系统中的一个或多个可移动元件的位置，并且从而控制图像平面的位置。一个或多个挠曲元件的系统能够随着致动器移动而挠曲或弯曲，以调整一个或多个可移动元件的位置，该一个或多个可移动元件包括电子显示器和/或光学系统的一个或多个光学元件。

在一个实施例中，引导系统是一种平行梁挠曲引导系统，该平行梁挠曲引导系统包括：致动器(例如，音圈致动器、步进电机、无刷DC电机等)；第一对挠曲梁，被配置为引导电子显示器102沿着光学系统的光轴的移动，并且防止在第一维度(即，x轴)上翻倒/倾斜；以及第二对挠曲梁，被配置为引导电子显示器102沿着光学系统的光轴的移动，并且防止在第二维度(即，y轴)上翻倒/倾斜。在该实施例中，致动器相对于光轴被离轴定位，并且第一对挠曲梁和第二对挠曲梁的形状为拱形，以符合光学系统周围的形状，以使HMD的外形规格最小。在一端，致动器相对于电子显示器被固定，以便移动电子显示器，并且在另一端，致动器相对于光学系统被固定。相应地，第一对挠曲梁和第二对挠曲梁在光学系统周围屈曲的同时，从致动器延伸到相对于光学系统固定的位置。因此，当操作致动器时，致动器的相对于电子显示器固定的一端被延伸，以使电子显示器相对于光学系统移动，并且从而调整图像平面的位置，同时第一对挠曲梁和第二对挠曲梁挠曲或弯曲远离光学系统。

在另一实施例中，引导系统是一种罗伯茨(Roberts)挠曲引导系统，其包括：致动器；三个挠曲元件；枢轴点，在该枢轴点处，这些挠曲元件中的每个挠曲元件以三角形阵列被连接；用于该三角形阵列的中心挠曲元件的第一锚固件，该第一锚固件相对于光学系统被固定；以及一对第二锚固件，该第二锚固件各自连接到三角形阵列的外挠曲中的一个外挠曲，该第二锚固件相对于电子显示器和致动器的移动端被固定。因此，当操作致动器时，致动器的相对于电子显示器固定的一端被延伸，以使电子显示器相对于光学系统移动，以调整图像平面的位置，同时挠曲元件围绕枢轴点挠曲。这使该对第二锚固件相对于第一锚固件在z方向上移动，从而以可预测且可重复的方式产生沿着光轴的线性运动。

相应地，这些挠曲引导系统产生沿着光学系统的光轴的线性运动，同时使包括电子显示器相对于光轴的行进直线度在内的寄生误差运动最小，同时使角度误差最小。而且，这些挠曲引导系统在相对较小的外形规格内产生该运动，同时使功率要求最小。