[发明专利]光学装置和头戴式显示器

说明书

诸如在头戴式显示器中实施的光学装置包括发射光的显示器、反射器以及位于所述反射器和用户的一只或两只眼睛之间的部分反射圆偏振器(RCP)。所述反射器能够是部分反射的。所述部分反射圆偏振器、反射器或这两者能够是弯曲的。来自所述显示器的光被反射器反射一次或多次。RCP能够包括四分之一波板(QWP)、反射偏振器层、线性偏振器、支撑基板和抗反射膜中的一个或多个。所述反射器能够包括镜面涂层和抗反射涂层。

背景技术

用于制造头戴式显示器(HMD)的一种方案是将曲面镜与部分反射材料相组合地使用。对于HMD的佩戴者来说，这种组合产生了短焦距和宽视野。部分透明的HMD允许佩戴者同时查看显示的图像和佩戴者前方的场景。在不同的操作模式中，透视HMD呈现所显示的图像，使得所显示的图像的区域是透明的、半透明的或不透明的。在透明模式中，所述场景的透视视图不被遮挡，并且能够以低对比度提供叠置的显示图像。在半透明模式中，所述场景的透视视图被部分地遮挡，并且能够以较高的对比度提供叠置的显示图像。在不透明模式中，所述场景的透视视图被完全地遮挡，并且能够以高对比度提供叠置的显示图像。

HMD的某些实施方案为其中真实场景对用户可见并且另外的图像信息被叠置在其上的增强现实视图提供了透视显示器。通过在军事应用中发现的头盔安装的透视显示器并且通过汽车的挡风玻璃中的平视显示器(HUD)提供了这种增强现实视图。在这样的实施例中，能够存在用于在透视视图之上显示图像的多个区域。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且使其很多特征和优点对于本领域技术人员而言显而易见。在不同的绘图中使用相同的附图标记来指示类似或相同的项目。

图1是根据各种实施例的反射折射头戴式显示器(HMD)的侧视图的简化图；

图2是沿图1所示反射折射HMD的线1-1的俯视截面视图；

图3-7是根据各种实施例的反射折射HMD的元件的布置的侧视图的图；

图8是根据一些实施例的反射折射HMD的顶视图的图；

图9是根据各种实施例的反射折射装置的一些部分的元件的分解图；并且

图10是示意根据各种实施例通过反射折射装置向用户提供光的方法的流程图。

具体实施方式

反射折射系统采用折射和反射两者来提供某些好处，包括构建更轻的头戴式显示器(HMD)。反射折射HMD为佩戴者提供宽视野(FOV)。在此描述了可以是反射折射HMD的一部分的光学装置的实施例，该反射折射HMD将至少一个小型电子显示器与两个光学元件组合，该两个光学元件为：偏振滤光器和组合器。所述组合器也称为反射器。一些实施例使用自由形式的部分反射壳作为所述反射器，并且使用反射圆偏振器作为所述偏振滤光器。所述反射器能够相对于佩戴者的眼睛沿一条或多条定向轴线弯曲。弯曲的反射器将生成的图像成形或导引到眼睛瞳孔。根据某些实施例，所述图像由可见光能量形成。所述元件中的一个或多个是自由形式的，其中，如本文使用的自由形式至少指在表面中的曲率没有旋转对称性或者是旋转非对称的。例如，所述偏振器的表面或所述反射器的表面不具有沿一条方向轴线或沿两条方向轴线的旋转对称性。根据一些实施例，这些构件不共享相同的光轴。例如，偏振滤光器的第一光轴从自由形式的部分反射反射器的第二光轴偏移或不对准。

反射圆偏振器消除了对全内反射(TIR)的使用或需要。如在本文描述地，圆偏振至少指具有偏振的电磁波，在该偏振中，在每个点处，所述波的电场具有恒定的振幅，并且其方向在垂直于所述波的方向的平面中随时间旋转。这种布置允许所述光学构件为薄壳(例如，1.0mm，1.5mm和2.0mm)，并且不要求当使用透视外壳来允许环境光进入所述装置时如在传统的自由形式的棱镜架构中要求的、用于增强现实(AR)的补偿棱镜。此外，仅需要单个偏振滤光器来管理整条光路中的偏振状态。这些元件的组合促进了用于佩戴者的虚拟现实(VR)和AR视觉。图1-10显示本文进一步描述的光学架构的各方面。