[發明專利]用于可頭戴顯示器的混合透鏡系統

有效

• 申請號: 201680005477.6
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN107209381B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: M.B.斯皮澤
• 申請（專利權）人: 谷歌有限責任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邵亞麗

一種用于可頭戴顯示器的混合光學系統包括中心視覺透鏡和周邊視覺透鏡。中心視覺透鏡與用戶的角膜近似對齊并且在用戶直視前方時向用戶的中心視覺提供透鏡效應。周邊視覺透鏡與中心視覺透鏡不同，在用戶直視前方時向超出由中心視覺透鏡提供透鏡效應的中心視覺角狀延伸的延伸視野提供透鏡效應。周邊視覺透鏡被布置在中心視覺透鏡周圍。周邊視覺透鏡與中心視覺透鏡具有一致的光學中心，但中心視覺透鏡偏離周邊視覺透鏡的物理中心。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年1月12日遞交的美國臨時申請62/102,491號和2015年6月19日遞交的美國專利申請14/744,641號的優先權，這里通過引用并入這些申請的內容。

技術領域

本公開概括而言涉及光學系統，具體地但非唯一地，涉及用于可頭戴顯示器的光學系統。

背景技術

頭戴式顯示器(head mounted display，“HMD”)或可頭戴顯示器是穿戴在頭上或頭周的顯示設備。HMD通常包含某種近眼光學系統來產生置于用戶前方一米左右(近)和光學無限遠(遠)之間的放大虛擬圖像。單眼顯示器被稱為單眼HMD，而雙目顯示器被稱為雙目HMD。一些HMD只允許用戶看到顯示圖像(例如，計算機生成圖像、靜止圖像、視頻圖像等等)，而其他類型的HMD能夠將顯示圖像疊加在真實世界視圖上。顯示真實世界視圖與顯示圖像結合的該種類型的HMD通常包括某種形式的透視目鏡并且可充當用于實現增強現實的硬件平臺。有了增強現實，觀看者對世界的感知上添加了覆蓋的顯示圖像。這種類型的系統有時也被稱為抬頭顯示器(“HUD”)。完全沉浸式顯示器(即，非透視)經常被稱為虛擬現實(virtual reality，“VR”)顯示器。沉浸式HMD也可通過電子地組合來自查看用戶前方的世界的相機或其他傳感器的圖像與其他電子影像或信息的融合來提供增強現實。

HMD具有許多實際和娛樂應用。航空應用允許飛行員看到至關重要的飛行控制信息，而無需將其眼睛從飛行路線上轉開。公共安全應用包括地圖的戰術性顯示和熱成像。其他應用領域包括視頻游戲、交通運輸和電信。隨著技術發展必定會有新發現的實際和娛樂應用；然而，這些應用中的許多由于用于實現現有HMD的傳統光學系統的成本、大小、重量、視野和效率而受到限制。

附圖說明

參考以下附圖描述本發明的非限制性且非窮舉性的實施例，附圖中相似的標號在各種視圖中始終指代相似的部件，除非另有指明。附圖不一定是按比例的，而重點是放在圖示所描述的原理。

圖1圖示了瞳孔間距(IPD)的概念。

圖2圖示了矢狀平面的概念。

圖3是在矢狀平面上沒有延伸(extent)的物體的雙目視圖的圖示。

圖4圖示了透鏡的邊緣如何漸暈或限制用戶的視野。

圖5圖示了良視距如何影響透鏡的漸暈的程度。

圖6A和6B根據本公開的第一實施例圖示了混合透鏡系統。

圖7根據本公開的第二實施例圖示了混合透鏡系統。

圖8根據本公開的第三實施例圖示了混合透鏡系統。

圖9A根據本公開的第四實施例圖示了混合透鏡系統。

圖9B根據本公開的第五實施例圖示了包括混合透鏡系統和彎曲顯示器的雙目可頭戴顯示器；

圖9C根據本公開的第六實施例圖示了包括具有彎曲部分的顯示器的可頭戴顯示器，該彎曲部分延伸超出混合透鏡系統以獲得極端周邊視覺。

圖10是根據本公開的實施例圖示出作為像素平面與透鏡之間的光路長度的減小的函數的虛擬圖像距離的圖表。

圖11是根據本公開的實施例圖示出對于放置在距透鏡43.9mm處的顯示器的作為焦距的函數的圖像距離的圖表。