[发明专利]用于头戴式显示系统的基于波导的照明

说明书

一种头戴式显示系统，其被配置为将光投射到佩戴头戴式显示系统的用户的眼睛以在所述用户的视场中显示内容。头戴式显示系统包括至少一个漫射光学元件、至少一个出耦合光学元件、包括至少一个掩模开口的至少一个掩模、被配置为将来自至少一个照明源的光入耦合到导光部件中的入耦合光学元件、被配置为入耦合图像的图像投影仪、以及被配置为将光入耦合到至少一个照明入耦合光学元件的至少一个照明源、目镜、弯曲的导光部件、包括框架的一部分的导光部件、和/或设置在至少一个出耦合光学元件的相对侧上的两个导光部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月5日提交的第62/694,366号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及显示系统，并且更具体地，涉及增强和虚拟现实显示系统。

背景技术

现代计算和显示技术已经促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，以它们似乎是真实的或可能被感知为真实的方式向用户呈现数字再现的图像或其一部分。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，以增强对用户周围现实世界的可视化。混合现实或“MR”场景是AR场景类型并且通常涉及集成到自然世界中并响应于自然世界的虚拟对象。例如，MR场景可以包括AR图像内容，该AR图像内容似乎被现实世界中的对象阻挡或被感知为与现实世界中的对象交互。

参考图1，示出了增强现实场景10。AR技术的用户看到以人、树、背景中的建筑物为特征的现实世界的公园般的设置20，以及混凝土平台30。用户还感知到他/她“看到”了站在现实世界平台30上的诸如机器人雕像40的“虚拟内容”，以及飞来飞去的似乎是大黄蜂的化身的卡通般的化身角色50。这些元素50、40是“虚拟的”，因为它们在现实世界中不存在。由于人类的视觉感知系统很复杂，因此要开发一种促进虚拟图像元素以及其他虚拟或现实图像元素的舒适、感觉自然、丰富的呈现的AR技术是具有挑战的。

本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术有关的各种挑战。

用于IR(红外)眼睛跟踪的物理LED在美学上很差，并且施加了机械放置限制，因此眼睛跟踪性能欠佳。需要一种改进的系统配置，以采用IR光照亮用户的眼睛，而不会显著影响整个系统的质量、功率，体积和成本。

发明内容

以下提供了各种示例。

一种头戴式显示系统，其被配置为将光投射到佩戴所述头戴式显示系统的用户的眼睛，以在所述用户的视场中显示内容，所述头戴式显示系统包括：

框架，其被配置为被支撑在所述用户的头部上；

图像投影仪，其被配置为投影图像；

至少一个照明源；

导光部件，所述导光部件被配置为当所述框架被所述用户佩戴时被定位在所述用户的一只眼睛前方；

至少一个照明入耦合光学元件，其被配置为将来自所述至少一个照明源的光入耦合到所述导光部件中以便在其中引导来自所述至少一个照明源的光；以及

至少一个漫射光学元件，其被设置在所述导光部件上，以便当所述框架被所述用户佩戴时被定位在所述用户的一只眼睛前方，其中，所述至少一个漫射光学元件被配置为将来自所述至少一个照明源的光漫射地耦合出所述导光部件。

一种头戴式显示系统，其被配置为将光投射到佩戴所述头戴式显示系统的用户的眼睛，以在所述用户的视场中显示内容，所述头戴式显示系统包括：

框架，其被配置为被支撑在所述用户的头部上；

图像投影仪，其被配置为投影图像；

至少一个照明源；