[發(fā)明專利]具有多焦點模塊的頭戴式顯示器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201980094974.1
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN113678051A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦怡;厄贊·恰克馬克徹
• 申請（專利權(quán)）人: 谷歌有限責(zé)任公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02F1/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 李佳;周亞榮

一種HMD采用具有一個或多個壓控光學(xué)元件(318、642)的多焦點模塊(204)。通過改變施加到一個或多個光學(xué)元件的電壓，HMD可以改變由微顯示器生成的圖像(207、208)的焦距。多焦點模塊可以包括膽甾型液晶(CLC)元件和偏振器開關(guān)(316)。通過控制施加到CLC元件和偏振器開關(guān)中的每一個的電壓，HMD可以改變通過多焦點模塊的圖像的焦距。因而，HMD可以改變由微顯示器生成的任何圖像的焦距。

背景技術(shù)

頭戴式顯示器(HMD)系統(tǒng)提供了一種讓用戶在視覺上沉浸于虛擬現(xiàn)實(VR)或增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)環(huán)境中的方式，或者以便捷的方式向用戶顯示其它的內(nèi)容。一些HMD系統(tǒng)包括經(jīng)由光線集合來發(fā)射圖像的微顯示器。光線耦合到HMD的光導(dǎo)中，并在進(jìn)入用戶眼睛之前反復(fù)從光導(dǎo)的世界側(cè)表面反彈。然而，常規(guī)的HMD系統(tǒng)具有可能對觀看者體驗產(chǎn)生負(fù)面影響的局限性。例如，一些HMD系統(tǒng)只能顯示具有單焦平面的圖像，限制了所顯示圖像的沉浸感和靈活性。其它HMD系統(tǒng)包括在諸如多個微顯示器的不同焦平面處生成圖像的機(jī)制、機(jī)械調(diào)整HMD部分的機(jī)制等，但這些系統(tǒng)具有其它局限性，包括大形狀因數(shù)和高成本。

發(fā)明內(nèi)容

本公開涉及通過采用具有一個或多個壓控光學(xué)元件的多焦點模塊從HMD的單個微顯示器提供不同焦距的圖像的系統(tǒng)和技術(shù)。通過改變施加到一個或多個光學(xué)元件的電壓，HMD可以改變由微顯示器生成的圖像的焦距。例如，多焦點模塊可以膽甾型液晶(CLC)元件和偏振器開關(guān)。通過控制施加到CLC元件和偏振器開關(guān)中的每一個的電壓，HMD可以改變通過多焦點模塊的圖像的焦距。因而，HMD可以改變由微顯示器生成的任何圖像的焦距。

可以采用不同焦距的圖像場來支持各種用途和應(yīng)用。例如，在一些實施例中，可以使用不同焦距的圖像在不同的圖像平面顯示對象，增強(qiáng)VR和AR內(nèi)容的沉浸感。另外，多焦點模塊可以由具有小形狀因數(shù)的光學(xué)元件構(gòu)成，諸如CLC元件，從而允許在各種HMD系統(tǒng)中使用多焦點。

根據(jù)一個方面，提出了一種頭戴式顯示器系統(tǒng)，包括：微顯示器，該微顯示器用于發(fā)射顯示光；以及多焦點模塊，該多焦點模塊耦合到微顯示器并包括壓控光學(xué)元件，該多焦點模塊基于顯示光生成多個圖像，該多個圖像中的每一個具有不同的焦距。多焦點模塊因此可以被配置為基于顯示光生成圖像，其中，所生成的圖像的焦距以及由此所生成的圖像的假想平面可以是基于施加到多焦點模塊的電壓。

在一示例性實施例中，多焦點模塊可以包括壓控膽甾型液晶(CLC)元件。壓控偏振器開關(guān)可以耦合到CLC元件。多焦點模塊可以包括膽甾型液晶(CLC)元件和偏振器開關(guān)。通過控制施加到CLC元件和偏振器開關(guān)中的每一個的電壓，HMD可以改變通過多焦點模塊的圖像的焦距。因而，HMD可以改變由微顯示器生成的任何圖像的焦距。

例如，可選地，偏振器可以是液晶顯示器(LCD)單元。附加地或替代地，多焦點模塊可以包括耦合到偏振器開關(guān)的平面平行板。

在一示例性實施例中，多焦點模塊可以包括液晶(LC)移相器、液晶合路器和耦合到多焦點模塊的濾光器疊層中的至少一個。在一實施例中，濾光器疊層可以包括第一四分之一波片，分束器耦合到該第一四分之一波片。第二四分之一波片可以耦合到分束器。

附圖說明

通過參照附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本公開并使得本公開的許多特征和優(yōu)勢清楚明了。不同圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示相似或相同的項目。

圖1是根據(jù)一些實施例的包括多焦點模塊的HMD系統(tǒng)的示圖，該多焦點模塊具有至少一個壓控光學(xué)元件，以從普通微顯示器生成具有不同焦距的圖像。

圖2是示出根據(jù)一些實施例的圖1中的包括多焦點模塊的HMD的一部分的框圖。

圖3是示出根據(jù)一些實施例的具有膽甾型液晶元件的多焦點模塊的示圖。

圖4是示出根據(jù)一些實施例的圖3中的多焦點模塊的操作的示圖。

圖5是示出根據(jù)一些實施例的圖3中的多焦點模塊連同附加光學(xué)元件的示圖。