[發明專利]人機工程學的頭戴顯示設備和光學系統

在審

• 申請號: 201380058207.8
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN104813218A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: C·高
• 申請（專利權）人: 奇躍公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 牛南輝;楊曉光

1.一種圖像顯示系統，包括：

具有第一主表面和第二主表面的自由形態光波導棱鏡，所述光波導棱鏡的所述第一主表面在使用中被定位為從主動圖像源向所述光波導棱鏡中接收主動投影圖像或將所述主動投影圖像從所述光波導棱鏡中發射出去中的至少一種，以及所述光波導棱鏡的所述第二主表面在使用中被定位為向所述光波導棱鏡中接收真實世界周圍環境的圖像，所述真實世界周圍環境在所述圖像顯示系統之外，所述光波導棱鏡的所述第一和第二主表面的至少一些部分是折射表面，該折射表面沿著所述光波導棱鏡的長度的至少一部分以小于臨界角的角度在內部傳播進入所述光波導棱鏡的光；以及

具有第一主表面和第二主表面的自由形態補償透鏡，所述補償透鏡的所述第一主表面具有至少近似匹配所述光波導棱鏡的所述第二主表面的形狀的形狀，所述自由形態補償透鏡相對地被定位在所述光波導棱鏡的所述第二主表面外部并朝向所述真實世界周圍環境，以在所述補償透鏡的所述第一主表面和所述光波導棱鏡的所述第二主表面之間形成間隙。

2.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述折射表面經由全內反射沿著所述光波導棱鏡的長度的至少一部分以小于臨界角的角度在內部傳播進入所述光波導棱鏡的光。

3.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述光波導棱鏡的所述第一或所述第二主表面中的至少一個的至少一部分具有半透明的部分反射材料。

4.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述光波導棱鏡具有在所述光波導棱鏡的所述第一和所述第二主表面之間延伸的周邊邊緣，所述周邊邊緣在所述光波導棱鏡內部保有至少一部分光。

5.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述補償透鏡的所述第一主表面和所述光波導棱鏡的所述第二主表面之間的間隙為小的間隙。

6.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述補償透鏡的所述第一主表面和所述光波導棱鏡的所述第二主表面之間的間隙具有從至少入口位置附近到至少出口位置附近增加的寬度，在所述入口位置處，主動投影圖像進入所述光波導棱鏡，在所述出口位置處，所述主動投影圖像離開所述光波導棱鏡。

7.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述光波導棱鏡和所述補償透鏡使所述真實世界周圍環境的圖像聚焦到與主動投影圖像一致的焦點，所述主動投影圖像經由所述光波導棱鏡的所述第一主表面上的出口位置離開所述光波導棱鏡。

8.根據權利要求7所述的圖像顯示系統，其中所述光波導棱鏡的所述第一主表面上的所述出口位置沿著所述光波導棱鏡的長度與所述光波導棱鏡的所述第一主表面上的入口位置間隔開，在所述入口位置處，主動投影圖像進入所述光波導棱鏡。

9.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中所述補償透鏡補償由所述光波導棱鏡造成的所述真實世界周圍環境的圖像的光線漂移和變形。

10.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，其中形成所述主動投影圖像的光線在所述光波導棱鏡內部交叉并形成中間圖像。

11.根據權利要求1所述的圖像顯示系統，進一步包括：

被定位和取向為將圖像提供到所述光波導棱鏡中的圖像顯示單元。

12.根據權利要求11所述的圖像顯示系統，進一步包括：

將來自于所述圖像顯示單元的光導向所述光波導棱鏡并校正光學像差的至少一個耦合透鏡。

13.根據權利要求11所述的圖像顯示系統，其中所述圖像顯示單元為自發光像素陣列或被照明像素陣列中的至少一種。

14.根據權利要求11所述的圖像顯示系統，其中所述圖像顯示單元選自：硅上液晶(LCoS)顯示裝置、液晶顯示(LCD)面板、有機發光顯示器(OLED)、硅上鐵電液晶(LCoS)裝置、數字鏡裝置(DMD)、和微投影儀。

15.根據權利要求11所述的圖像顯示系統，進一步包括：在所述間隙中接收的匹配結合劑，所述匹配結合劑將所述補償透鏡牢固地耦合到所述光波導棱鏡。