[發(fā)明專利]增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)成像系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780084730.6
• 申請日: 2017-03-15
• 公開（公告）號: CN110431467A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: Y·丹齊格
• 申請（專利權(quán)）人: 魯姆斯有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02C7/02
• 代理公司: 北京市中倫律師事務(wù)所 11410
• 代理人: 鐘錦舜;酒向飛

公開了一種用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)成像系統(tǒng)中的光學(xué)系統(tǒng)。該光學(xué)系統(tǒng)包含光引導(dǎo)裝置及投影光學(xué)裝置。該光引導(dǎo)裝置配置為用以引導(dǎo)輸入光以傳播至成像平面，該輸入光包含代表將投影的增強(qiáng)影像的光及代表外部場景的實(shí)像的輸入光。該投影光學(xué)裝置具有固定視野且在其多個不同區(qū)域處具有多個不同聚焦參數(shù)，該多個不同區(qū)域?qū)?yīng)至該視野內(nèi)的多個不同視區(qū)。該投影光學(xué)裝置用以影響該代表增強(qiáng)影像的光及該代表實(shí)像的光中至少一者的傳播，使得對于該多個不同區(qū)域的每一區(qū)域而言，該代表增強(qiáng)影像的光的一部分及該代表實(shí)像的光的一部分與該投影光學(xué)裝置的該區(qū)域的互動引導(dǎo)增強(qiáng)影像光及實(shí)像光的這些部分而沿著對應(yīng)至該區(qū)域的該聚焦參數(shù)的實(shí)質(zhì)上相同的輸出路徑傳播。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致上屬于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，且涉及在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中投影光的光學(xué)系統(tǒng)及方法。特別地，該光學(xué)系統(tǒng)可被包含于透視近眼顯示器、或頭戴式顯示器(如頭盔式或眼鏡安裝型顯示器)內(nèi)，其具有反射被投影的影像的能力并允許使用透視。

背景技術(shù)

近眼顯示器為一種穿戴式裝置，其在用戶的視野前產(chǎn)生顯示影像。近眼顯示器包含例如影像產(chǎn)生器和光學(xué)結(jié)合器的主組件。影像產(chǎn)生器例如使用空間光調(diào)制器(SLM)或類似的裝置以提供數(shù)字重制的影像，空間光調(diào)制器(SLM)或類似的裝置通常包含由準(zhǔn)直透鏡呈像至無限遠(yuǎn)并通過反射或部分反射表面(或多個表面)而傳輸至觀看者眼中的像素陣列，反射或部分反射表面(或多個表面)針對非透視與透視應(yīng)用具有結(jié)合器的功用。對于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示器而言，光學(xué)結(jié)合器將來自外界的光與來自影像產(chǎn)生器的光結(jié)合成為對呈像光學(xué)裝置與眼睛的視覺數(shù)據(jù)的單一呈現(xiàn)。

近眼顯示器將影像信息呈現(xiàn)至觀看者的觀看瞳孔(亦被稱為[眼箱(eyeboxes)」，當(dāng)觀看瞳孔和觀看者的眼睛的瞳孔對準(zhǔn)時，會在觀看者的視野內(nèi)產(chǎn)生虛擬影像。近眼顯示器的結(jié)合器或波導(dǎo)會將影像信息自觀看者的視野外的位置朝向觀看者的眼睛傳遞。

適合用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的此類波導(dǎo)的各種實(shí)例系記載于下列共讓渡與本申請的受讓人的專利公開文獻(xiàn)中：US8098439；US7643214；US8000020；US7724442；US8004765；US7577326；US6829095；US2015138451；WO16075689；WO16103251；US9513481；US9551880；US9551874。在此類波導(dǎo)中，載帶增強(qiáng)影像的光通過下列方式受到引導(dǎo)：全內(nèi)反射至一部分反射表面，然后自該部分反射表面反射至觀看者。

發(fā)明內(nèi)容

在本領(lǐng)域中需要一種新穎的方案將光學(xué)裝置配置于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中使用。應(yīng)了解，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，虛擬圖像被增強(qiáng)至實(shí)景影像上。因此，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，在透視近眼顯示器中使用的高質(zhì)量影像應(yīng)同時針對系統(tǒng)的整個視野內(nèi)的實(shí)像及虛擬/增強(qiáng)影像而提供并針對不同距離的真實(shí)物體與虛擬物體而提供。

為了能夠?qū)τ^看增強(qiáng)影像與實(shí)像兩者的觀看者提供舒適度，在許多情況中需修改增強(qiáng)影像與實(shí)像任一者或兩者。已知施用電子控制的動態(tài)透鏡能讓用戶動態(tài)控制影像焦點(diǎn)。

在透視近眼顯示器中所謂的“靜態(tài)”增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(亦即，在系統(tǒng)視野內(nèi)，系統(tǒng)具有固定的光學(xué)特性，如視野、光學(xué)功率/聚焦參數(shù)的輪廓)中，情況是不同的。本發(fā)明通過使用所謂的靜態(tài)光學(xué)系統(tǒng)而改善增強(qiáng)影像與實(shí)像兩者對觀看者的同時出現(xiàn)，達(dá)到所需的舒適度。為達(dá)此目的，配置本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)，使分別代表增強(qiáng)影像與實(shí)像的經(jīng)投影的光部分沿著遠(yuǎn)距虛擬物體與實(shí)物用的共同光學(xué)路徑及較近距離虛擬物體與實(shí)物用的共同光學(xué)路徑而傳播至觀看者的眼睛(成像平面)。在此方面應(yīng)注意，雖然在下文中將本發(fā)明用于光學(xué)系統(tǒng)的視野上部與下部中的焦點(diǎn)變化作為示例，但本發(fā)明的原理不限于此實(shí)例，焦點(diǎn)變化可應(yīng)用至系統(tǒng)視野各處的任何其他部分(或多個部分)/區(qū)塊(或多個區(qū)塊)。

在大部分情況中，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中不用對外部場景的實(shí)像做任何事，亦即遠(yuǎn)距與近距物體為以原狀呈現(xiàn)于觀看者。然而在某些情況中，實(shí)像投影以類似于多焦透鏡(如漸進(jìn)透鏡)投影的方式進(jìn)行，使增強(qiáng)影像與外界(實(shí)像)兩者聚焦至實(shí)物遙遠(yuǎn)的FOV上部的無限遠(yuǎn)處及實(shí)物通?？拷麱OV的下部的無限遠(yuǎn)處。這需要修改代表被投影的實(shí)像的光。