[發(fā)明專利]包括用于頭戴式顯示器的光導(dǎo)的光學(xué)設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980038306.7
• 申請(qǐng)日: 2019-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN112236716B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厄贊·恰克馬克徹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 谷歌有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G02B27/01
• 分類號(hào): G02B27/01
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李寶泉;任慶威

光學(xué)設(shè)備包括微型顯示器(105)，所述微型顯示器被配置成發(fā)出計(jì)算機(jī)生成圖像(CGI)的光。所述光學(xué)設(shè)備還包括光導(dǎo)(101)，所述光導(dǎo)具有彎曲的第一表面和彎曲的第二表面，所述第一表面用于從所述微型顯示器接收所述CGI，所述第二表面用于通過眼睛側(cè)的第三表面將所述CGI反射到用戶的眼睛。所述光學(xué)設(shè)備還包括頭戴式框架(110)，所述頭戴式框架支撐所述微型顯示器和所述光導(dǎo)，其中，所述微型顯示器位于所述頭戴式框架的頂部處，并且其中，所述光導(dǎo)的所述第一彎曲表面在所述光導(dǎo)的頂側(cè)處。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般地涉及光導(dǎo)的設(shè)計(jì)、放置和使用，該光導(dǎo)可以被用作用于產(chǎn)生增強(qiáng)視覺的頭戴式顯示器(HMD)設(shè)備的一部分。

背景技術(shù)

HMD設(shè)備通常包括近眼光學(xué)系統(tǒng)，以產(chǎn)生放置在用戶前方一定距離的虛擬圖像。單眼和雙眼顯示器分別被稱為單眼HMD和雙眼HMD。一些HMD設(shè)備僅顯示計(jì)算機(jī)生成的圖像(CGI)，而其它類型的HMD設(shè)備能夠在真實(shí)視圖上疊加CGI。后一種類型的HMD通常包括某種形式的透明目鏡，并且能夠用作用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)的硬件平臺(tái)。通過覆蓋的CGI，增大了當(dāng)透過透明眼鏡觀看時(shí)的世界的場景。這種裝置也被稱為平視顯示器(HUD)。

HMD具有實(shí)際應(yīng)用和休閑應(yīng)用。然而，由于用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有HMD設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)的成本、尺寸、重量、厚度、視場以及效率，許多應(yīng)用受到了限制。狹窄的視場特別受限制。使用常規(guī)組件會(huì)產(chǎn)生僅幾度的寬度和幾度的高度的CGI，從而導(dǎo)致較差的用戶體驗(yàn)。先前的HMD設(shè)計(jì)已經(jīng)試圖通過采用彎曲的光導(dǎo)來解決這些問題，并且將微型顯示器定位在類似于傳統(tǒng)眼鏡的頭戴式框架的鏡腿區(qū)域中。然而，基于這些設(shè)計(jì)的裝置的特定幾何形狀和物理約束，光導(dǎo)將光路限制成在光導(dǎo)的眼睛側(cè)包括至少兩次反彈或反射，并且在光導(dǎo)的世界側(cè)包括至少兩次反射，由此限制結(jié)果可見圖像的大小。另外，都放置HMD的組件的常規(guī)限制導(dǎo)致在用戶視線內(nèi)約10度等級(jí)對(duì)角線的低視場(FOV)顯示器。

附圖說明

通過參考附圖，可以更好地理解本公開，并且本公開的許多特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見。在不同的圖中使用相同的參考符號(hào)表示相似或相同的項(xiàng)目。

圖1和圖2示出了根據(jù)一些實(shí)施例的眼鏡設(shè)備的透視圖。

圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的光導(dǎo)的分解透視圖。

圖4示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在圖3中所示的光導(dǎo)的正視圖。

圖5示出了根據(jù)一些實(shí)施例的沿圖1的線1-1的光導(dǎo)、顯示器和場鏡的側(cè)面截面圖。

圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的沿圖1的線2-2的眼鏡設(shè)備的側(cè)面截面圖。

圖7示出了根據(jù)一些實(shí)施例的就像位于如圖1和2中所示的框架中一樣的光導(dǎo)的俯視圖。

圖8示出了根據(jù)一些實(shí)施例的表征彎曲的透明光導(dǎo)的兩個(gè)表面的形狀的一組示例系數(shù)。

圖9示出了根據(jù)一些實(shí)施例的表征彎曲的透明光導(dǎo)的表面的一組坐標(biāo)值。

具體實(shí)施方式

先前的光導(dǎo)設(shè)計(jì)將微型顯示器放置在頭戴式顯示器(HMD)設(shè)備或裝置或透明的平視顯示器(HUD)設(shè)備或裝置的鏡腿位置處。該位置可能導(dǎo)致光導(dǎo)長度比期望的更長。尤其是，鏡腿位置處的微型顯示器可能需要在光到達(dá)用戶的眼睛之前，在光導(dǎo)的眼睛側(cè)表面上具有兩次或以上次反射并且在光導(dǎo)的世界側(cè)表面上具有兩次或以上次反射的光路。為了將微型顯示器隱藏在鏡腿位置，需要將光導(dǎo)傾斜大約18度，以便促進(jìn)光導(dǎo)內(nèi)的全內(nèi)反射(TIR)。所有這些約束在從微型顯示器發(fā)出的可視圖像中產(chǎn)生了約近10度對(duì)角線的低視場(FOV)顯示。