[发明专利]具有虚拟图像距离调节和矫正透镜的显示系统

说明书

头戴式设备可具有显示器，该显示器为用户显示计算机生成的内容。该头戴式设备可具有光学系统，该光学系统将该计算机生成的图像朝向眼箱引导以供用户查看。该光学系统可为透视光学系统，该透视光学系统允许该用户在接收该计算机生成的图像时透过该光学系统查看真实世界对象，或者该光学系统可包括不能够移除的透镜和能够移除的视力矫正透镜，可透过该能够移除的视力矫正透镜查看不透明显示器。该光学系统可包括能够移除的透镜。该能够移除的透镜可用作定制视力矫正透镜以矫正用户的视力缺陷。该光学系统可具有投影偏置透镜和对应的补偿偏置透镜，该投影偏置透镜将计算机生成的内容置于一个或多个期望的虚拟图像距离处。

本专利申请要求2019年12月13日提交的美国专利申请号16/713877以及2019年1月15日提交的美国临时专利申请号62/792730的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

本文整体涉及电子设备，并且更具体地，涉及可穿戴电子设备系统。

电子设备有时被配置成由用户穿戴。例如，头戴式设备设置有允许设备被戴在用户头上的头戴结构。头戴式设备可包括具有透镜的光学系统。透镜允许设备中的显示器向用户呈现视觉内容。

头戴式设备的一些用户具有视觉缺陷，诸如近视、远视、散光或老花。确保头戴式设备中的光学系统令人满意地显示计算机生成的内容并且为具有视觉缺陷的用户提供可接受的查看体验可能是具有挑战性的。如果不小心，具有视觉缺陷的用户可能难以或不可能正确地聚焦在正被显示的内容上或者可能无法根据需要显示内容。

发明内容

一种头戴式设备可具有显示器，该显示器为用户显示计算机生成的内容。该头戴式设备可具有光学系统，该光学系统将计算机生成的内容朝向眼箱引导以供用户查看。

在一个例示性配置中，光学系统可包括不能够移除的透镜和能够移除的透镜，可透过该能够移除的透镜查看不透明显示器。能够移除的透镜可用作视力矫正透镜，并且可具有径向增大的透镜光焦度以补偿光学系统中的场曲率。

在另一例示性配置中，光学系统可为透视光学系统，该透视光学系统允许用户在接收计算机生成的图像时透过光学系统查看真实世界对象。这种类型的系统可具有波导，该波导具有输出耦合器，该输出耦合器插置在至少第一透镜和第二透镜之间。显示器可向波导提供图像。输出耦合器可通过第一透镜将图像从波导朝向眼箱耦合。第一透镜可为投影偏置透镜，其调节图像的虚拟图像距离。第二透镜可为对应的补偿偏置透镜，其补偿第一透镜并且允许用户正常查看真实世界对象。如果需要，光学系统中的第一透镜或能够移除的第三透镜可用作视力矫正透镜。

附图说明

图1是根据实施方案的例示性电子设备诸如头戴式显示设备的示意图。

图2是根据实施方案的例示性头戴式设备的顶视图。

图3是根据实施方案的例示性显示器和具有能够移除的透镜结构的相关联光学系统的图示。

图4是根据实施方案的用户的视野的图示，示出了可如何在不同的虚拟图像距离处为视野的不同部分提供虚拟图像内容。

图5、图6和图7是示出根据实施方案的透镜光焦度可如何作为光学系统中的透镜内的位置的函数而变化的曲线图。

图8、图9和图10是根据实施方案的例示性显示器和相关联光学系统的图示。

图11是根据实施方案的具有不透明(非透视)显示器和光学系统的例示性头戴式设备的侧视图。

图12是根据实施方案的用于图11的头戴式设备的例示性透镜的图示。

图13是根据实施方案的用于诸如图11的头戴式设备的设备的例示性显示器和光学系统的图示。

具体实施方式