[發(fā)明專利]具有彎曲光路的虛擬圖像顯示器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580072464.6
• 申請日: 2015-12-31
• 公開（公告）號: CN107111137B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·特拉維斯;J·S·科林;A·喬治歐
• 申請（專利權(quán)）人: 微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/00;G02B5/18
• 代理公司: 31100 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陳小剛;陳斌

一種顯示器，包括：配置成提供虛擬圖像的光的投影儀(46)；波導(dǎo)(42)，由所述投影儀將所述虛擬圖像的光以入射角入射到所述波導(dǎo)中；以及沿所述波導(dǎo)布置并被配置成重定向所述虛擬圖像的光的組合器(50)。所述波導(dǎo)被配置成在由所述入射角所確立的點處出射所述光。所述組合器被進一步配置成允許來自所述波導(dǎo)后方的環(huán)境光穿過所述組合器。所述波導(dǎo)通過沿在所述投影儀與所述組合器之間的所述光的彎曲路徑(52)的全內(nèi)反射來約束所述虛擬圖像的光。

附圖描述

為更完全地理解本公開，參考以下詳細描述和附圖，在附圖中，相同的參考標(biāo)號可被用來標(biāo)識相同的元素。

圖1是根據(jù)一個示例的具有帶彎曲光路的虛擬圖像顯示器的可穿戴電子設(shè)備的示意透視圖。

圖2是根據(jù)一個示例的具有帶彎曲光路的虛擬圖像顯示器的可穿戴電子設(shè)備的部分示意透視圖。

圖3是根據(jù)一個示例的圖2的可穿戴電子設(shè)備的虛擬圖像顯示器的分解示意透視圖。

圖4是根據(jù)一個示例的圖2的可穿戴電子設(shè)備的虛擬圖像顯示器的示意平面圖。

圖5是根據(jù)一個示例的圖4的虛擬圖像顯示器的光柵的示意圖。

圖6是根據(jù)一個示例的圖2的虛擬圖像顯示器的彎曲波導(dǎo)的示意平面圖。

圖7是根據(jù)一個示例的其中可以使用具有彎曲光路的虛擬圖像顯示器的電子設(shè)備的框圖。

盡管所公開的設(shè)備易于具有各種形式的實施例，但在附圖中示出了(并在下文描述了)各具體實施例，其中要理解，本公開旨在是說明性的，而不將本發(fā)明限于本文所描述和示出的各具體實施例。

詳細描述

可穿戴電子設(shè)備包括產(chǎn)生虛擬圖像的顯示器。虛擬圖像可以是有用的，因為人眼對于在短距離(例如，小于幾厘米)處聚焦是有困難的。描述了提供虛擬圖像的電子設(shè)備，不管它在尺寸上被制成以及配置成近眼或其他可穿戴電子設(shè)備，諸如眼鏡或其他頭戴式顯示設(shè)備。

電子設(shè)備可具有帶彎曲波導(dǎo)的顯示器。彎曲波導(dǎo)可以允許電子設(shè)備的顯示器是緊湊的。例如，彎曲光路可在頭戴式設(shè)備中是有用的，因為電子設(shè)備可因而在尺寸上和形狀上被調(diào)整以符合用戶的頭部。在眼鏡示例中，波導(dǎo)的彎曲部和其他部分也可允許投影儀與虛擬圖像的位置間隔開，諸如沿鏡架的鏡腿。波導(dǎo)可有用于在兩個橫向方向上(例如，在橫向上向外和向后)攜帶來自與虛擬圖像位置偏移開的投影儀的光線。

電子設(shè)備解決因虛擬圖像的產(chǎn)生、彎曲波導(dǎo)的使用以及顯示器的其他方面而引起的視野和其他挑戰(zhàn)。虛擬圖像的產(chǎn)生可導(dǎo)致窄視野。如果顯示器被放置在透鏡的后焦平面中且人透過該透鏡來查看，則虛擬圖像被觀察到。在這種情形中，圖像看起來無限遠。如果顯示器移動得稍微更遠離透鏡，則虛擬圖像看起來被定位得較不遠離，從而允許更改眼睛的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。在這樣的情形中，虛擬圖像的視野是顯示器的尺寸的函數(shù)。該電子設(shè)備提供合適的視野而不訴諸于增加顯示器或投影儀的大小。此外，合適的視野可由該電子設(shè)備提供，而不管源自光學(xué)路徑在彎曲光路內(nèi)的折疊的進一步約束。合適的視野因而可被提供，同時避免龐大的設(shè)計。

緊湊設(shè)計和光路的彎曲性質(zhì)可以允許電子設(shè)備繞用戶的頭部彎曲。將電子設(shè)備環(huán)繞用戶的頭部彎曲可進而有用于支持極限視野。例如，曲率可以在創(chuàng)建極限角度(例如，與用戶的視線成90°或約90°)處的虛擬圖像時是有用的，而布置成垂直于查看者的視線的平面元件在沒有顯著變得更大的情況下可能無法提供這樣的虛擬圖像。

在一些情形中，電子設(shè)備被配置成透視顯示器，其中虛擬圖像疊加在外部世界的圖像上。電子設(shè)備包括允許用戶(除了虛擬圖像之外)還看到外部世界的組合器。觀察虛擬圖像以外的外部世界可以是有用的，例如結(jié)合戴在頭上的眼鏡和其他設(shè)備。為提供組合器，用來產(chǎn)生虛擬圖像的透鏡可由具有光學(xué)曲率或體光柵的鏡面來代替。電子設(shè)備的體光柵或其他組合器是部分地透明的，以允許來自外部世界的光穿透。例如，體光柵可以對于除顯示器提供的被該光柵反射的那些波長以外的波長而言是透明的。顯示器的附加或替換層或其他組件可以部分地或完全地透明的。