[发明专利]适应可调节的以及放大率校正的光学系统

说明书

本公开描述了使得能够改变虚拟图像内容的焦点而基本上不改变现实世界内容的放大率的人工现实(AR)系统和技术。例如，AR系统包括虚拟图像内容输出设备、在虚拟图像内容输出设备的现实世界侧上的第一可调谐透镜、在虚拟图像内容输出设备的眼侧上的第二可调谐透镜，以及至少一个补偿透镜。至少一个补偿透镜被配置为随着第一可调谐透镜或第二可调谐透镜中的至少一个可调谐透镜的光焦度改变而基本上消除光学系统的现实世界端与光学系统的眼侧端之间的现实世界光的放大率变化。

本申请要求于2020年1月17日提交的美国临时专利申请第62/962,579号的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及人工现实系统，诸如增强现实、混合现实和/或虚拟现实系统。

背景技术

人工现实系统具有在诸如计算机游戏、健康和安全、工业和教育等许多领域中的应用。作为一些示例，人工现实系统被结合到移动设备、游戏控制台、个人计算机、电影院和主题公园中。一般而言，人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式进行调节的现实形式，其可包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。

典型的人工现实系统包括用于向用户绘制和显示内容的一个或多个设备。作为一个示例，人工现实系统可结合由用户佩戴并被配置为向用户输出人工现实内容的头戴式显示器(HMD)。人工现实内容可完全由系统生成的内容组成，或者可包括与现实世界内容相结合的所生成的内容(例如，穿过视图或所捕获的现实世界视频和/或用户物理环境的图像)。在操作期间，用户典型地与人工现实系统交互以选择内容、启动应用程序、配置系统，并且一般而言，体验人工现实环境。

发明内容

一般而言，本公开涉及人工现实系统，具体而言，涉及允许用户观看表示用户的物理环境的现实世界内容并向用户呈现由系统生成的具有经减少的或不可感知的放大率的虚拟内容的系统。本公开尤其涉及用于增强现实系统和/或混合现实系统或者用户(例如，同时地)观看现实世界和虚拟内容的任何类型的人工现实系统中的光学显示组件。

根据本发明的第一方面，提供了一种光学系统，包括：虚拟图像内容输出设备；第一可调谐透镜，在虚拟图像内容输出设备的现实世界侧上；第二可调谐透镜，在虚拟图像内容输出设备的眼侧上；至少一个补偿透镜，其中至少一个补偿透镜被配置为随着第一可调谐透镜或第二可调谐透镜中的至少一个可调谐透镜的光焦度改变而基本上消除光学系统的现实世界端与光学系统的眼侧端之间的现实世界光的放大率变化。

优选地，至少一个补偿透镜与和虚拟图像内容输出设备相对的第一可调谐透镜邻近地设置。

优选地，至少一个补偿透镜与和虚拟图像内容输出设备相对的第二可调谐透镜邻近地设置。

优选地，至少一个补偿透镜设置在第一可调谐透镜和虚拟图像内容输出设备之间。

优选地，至少一个补偿透镜设置在第二可调谐透镜和虚拟图像内容输出设备之间。

优选地，至少一个补偿透镜还被配置为提供处方校正。

优选地，第一可调谐透镜或第二可调谐透镜中的至少一个可调谐透镜包括液体透镜。

优选地，第一可调谐透镜是会聚透镜，第二可调谐透镜是发散透镜，并且至少一个补偿透镜是会聚透镜。

优选地，该系统还包括耦合至第一可调谐透镜和第二可调谐透镜的控制器，其中控制器被配置为控制第二可调谐透镜的光焦度，以使虚拟图像内容出现在虚拟图像内容输出设备的现实世界侧上的虚拟图像内容输出设备后方的选定距离处。

优选地，控制器被配置为控制第一可调谐透镜，使得与补偿透镜相结合时，第二可调谐透镜的光焦度的变化使现实世界光的放大率基本上不变。