[發明專利]具有相互遮擋和不透明度控制能力的用于光學透視頭戴顯示器的設備

有效

• 申請號: 201711317230.0
• 申請日: 2013-04-05
• 公開（公告）號: CN107843988B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: C·高;Y·林;H·華
• 申請（專利權）人: 奇躍公司
• 主分類號: G02B27/14
• 分類號: G02B27/14;G02B27/10;G02B5/04;G02B13/06;G02B25/00;G02B27/01;G02B27/28;G03B37/02;H04N5/225;H04N5/232
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 牛南輝;楊曉光

1.一種緊湊光學透視頭戴顯示器系統，被配置為組合透視路徑和虛擬視圖路徑，以便透視視圖的不透明度能夠被調制以及虛擬視圖遮擋所述透視視圖的部分，所述系統包括：

a.微顯示器，用于在所述虛擬視圖路徑上生成要被用戶觀察的虛擬圖像；

b.空間光調制器，用于修改來自外部場景的光，以擋住所述透視視圖的要被遮擋的部分；

c.物鏡光學部件，被配置為接收在所述透視路徑上接收并折疊來自所述外部場景的所述光，并將來自所述外部場景的所述光作為中間圖像聚焦到在所述物鏡光學部件的背焦平面距離處的所述空間光調制器上，其中所述物鏡光學部件為包括三個光學自由形狀表面的單-反射自由形狀棱鏡，該三個光學自由形狀表面為：折射表面S4、反射表面S5和折射表面S6；

d.分束器，被配置為合并虛擬圖像和遮擋的透視圖像，在所述透視視圖的那些遮擋的部分中產生來自所述微顯示器的所述虛擬圖像的組合的圖像；

e.目鏡光學部件，被配置為放大所述組合的圖像，其中所述目鏡光學部件為包括三個光學自由形狀表面的單-反射自由形狀棱鏡，該三個光學自由形狀表面為：折射表面S1、反射表面S2和折射表面S3；

f.出瞳，被配置為面對所述目鏡光學部件，其中所述用戶通過所述出瞳觀察所述組合的圖像；

g.反射鏡，被配置為將來自所述外部場景的光反射到所述物鏡光學部件中，其中，所述反射鏡被設置在所述顯示器系統的前層上，其中，所述物鏡光學部件被設置在所述顯示器系統的所述前層上，其中所述空間光調制器被設置在所述顯示器系統的背層上，其中所述微顯示器被設置在所述顯示器系統的所述背層上，其中所述微顯示器和所述空間光調制器通過所述分束器彼此光學共軛，其中所述分束器被設置，以便所述透視路徑與所述虛擬視圖路徑合并，并且來自合并的路徑的光被導引到所述目鏡光學部件，其中，所述目鏡光學部件被設置在所述顯示器系統的所述背層上，

其中來自所述外部場景的被所述反射鏡反射的所述光通過所述折射表面S4進入所述物鏡光學部件，然后被所述反射表面S5反射，并且通過所述折射表面S6離開所述物鏡光學部件，并且在所述物鏡光學部件的焦平面處且在所述空間光調制器上形成中間圖像，其中所述空間光調制器調制在所述透視路徑中的光以遮擋所述透視視圖的部分，其中所述空間光調制器將所述調制的光反射到所述分束器中，其中來自所述微顯示器的光進入所述分束器，其中所述分束器合并在所述透視路徑中的所述調制的光和在所述虛擬視圖路徑中的光，并且折向所述目鏡光學部件以用于觀察，其中來自所述分束器的光通過所述折射表面S3進入所述目鏡光學部件，然后被所述反射表面S2反射，并且通過所述折射表面S1離開所述目鏡，并且到達所述出瞳，其中所述用戶的眼睛被對準以看到虛擬圖像和調制的透視圖像的組合的圖像。

2.一種用于根據權利要求1所述的緊湊光學透視頭戴顯示器系統的顯示方法，包括：

通過所述物鏡光學部件接收來自所述外部場景的被所述反射鏡反射的外部光；

通過所述反射鏡、所述物鏡光學部件的所述折射表面S4、所述反射表面S5和所折射表面S6、以及所述目鏡光學部件的所述折射表面S1、所述反射表面S2和所述折射表面S3折疊來自所述外部場景的所述外部光以產生透視路徑；

將作為中間圖像的所述外部光聚焦在所述空間光調制器上；

在所述空間光調制器上調制從所述外部場景接收的所述外部光以擋住所述透視視圖的要被遮擋的部分，由此產生所述外部場景的調制的透視圖像；

將所述外部場景的所述調制的透視圖像傳輸到所述分束器；

通過所述微顯示器渲染虛擬圖像；

將渲染的圖像傳輸到所述虛擬視圖路徑上的所述分束器；

通過所述分束器組合所述渲染的圖像與所述調制的透視圖像；以及

通過所述目鏡光學部件折疊組合的渲染的圖像和調制的透視圖像，所述目鏡光學部件被配置為放大所述組合的渲染的圖像和調制的透視圖像。