[发明专利]具有相互遮挡和不透明度控制能力的用于光学透视头戴显示器的设备

摘要

本发明涉及具有相互遮挡和不透明度控制能力的用于光学透视头戴显示器的设备。本发明包括一种紧凑光学透视头戴显示器，其能够组合透视图像路径和虚拟图像路径，以便所述透视图像路径的不透明度可以被调制并且所述虚拟图像遮挡所述透视图像的部分，并且反之亦然。

主权项

一种紧凑光学透视头戴显示器，能够组合透视路径和虚拟视图路径，以便所述透视路径的不透明度被调制，并且虚拟视图遮挡透视视图的部分，并且反之亦然，所述显示器包括：a.微显示器，用于生成要被用户观察的图像，所述微显示器具有与之关联的虚拟视图路径；b.反射型空间光调制器，用于修改来自外部场景的所述光，以挡住所述透视视图的要被遮挡的部分，所述空间光调制器具有与之关联的透视路径；c.物镜光学部件，面对外部场景，被配置为接收来自所述外部场景的所述入射光并且将所述光聚焦到所述空间光调制器上，其中所述物镜光学部件为包括四个光学自由形状表面的双‑反射自由形状棱镜，该四个光学自由形状表面为：折射表面S4、反射表面S5、S4’和折射表面S6；d.第一分束器，被配置为将所述透视路径反射到反射镜上；e.中继透镜，被配置为在所述空间光调制器上生成另一中间图像；f.第二分束器，被配置为合并来自微显示器的虚拟图像和来自空间光调制器的外部场景的调制的透视图像，产生组合的图像；g.目镜，被配置为放大所述组合的图像，其中所述目镜为包括四个光学自由形状表面的双‑反射自由形状棱镜，该四个光学自由形状表面为：折射表面S1、反射表面S2、反射表面S1’和折射表面S3；h.出瞳，被配置为面对所述目镜，所述用户通过所述出瞳观察所述虚拟视图和所述透视视图的所述组合的视图，其中所述虚拟视图遮挡所述透视视图的部分；i.反射镜，被配置为折叠所述透视路径；其中，所述物镜光学部件被设置在所述显示器的所述前层上，其中所述第一分束器被设置在所述显示器的所述前层上，其中，所述反射镜被设置在所述显示器的所述前层上、在所述物镜光学部件的焦平面处，面对着所述空间光调制器，其中所述空间光调制器被设置在所述显示器的所述背层上，面对所述第二分束器，其中所述中继被设置在所述第一和所述第二分束器之间，其中所述微显示器被设置在所述显示器的所述背层上，面对着所述第二分束器，其中所述第二分束器被设置在所述背层上，以便来自所述第二分束器的光传输的所述方向是面对着所述目镜，其中，所述目镜被设置在所述显示器的所述背层上，其中来自所述外部场景的所述入射光通过所述折射表面S4进入所述物镜光学部件，然后被所述反射表面S5、S4’连续地反射，并且通过所述折射表面S6离开所述物镜光学部件，其中所述入射光被所述第一分束器反射到所述反射镜上，在该反射镜处形成中间图像，其中所述反射镜将来自所述前层的所述光反射到所述中继透镜上，其中所述中继透镜在所述空间光调制器上形成另一中间图像，其中所述空间光调制器调制在所述透视路径中的所述光，以去除要被遮挡的所述光，其中所述空间光调制器将所述调制的光反射到所述第二分束器中，其中来自所述微显示器的所述光进入所述第二分束器，其中所述第二分束器合并在所述透视路径中的所述调制的光和在所述虚拟视图路径中的所述光，并且折向所述目镜以用于观察，其中来自所述第二分束器的所述光通过所述折射表面S3进入所述目镜，然后被所述反射表面S1’和S2连续地反射，并且通过所述折射表面S1离开所述目镜，并且到达所述出瞳，其中所述观察者的眼睛被对准以看到虚拟视图和调制的透视视图的组合的视图。