[发明专利]头戴式显示设备的具有共享光学元件的左和右眼光路

说明书

背景

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)可视化系统开始进入主流消费者市场。AR头戴式显示(HMD)设备(“AR-HMD设备”)是此类技术的一种有前景的应用。AR-HMD设备包括使得用户能够看见叠加在用户对现实世界的视野上的虚拟内容的图像生成组件和光学器件。看起来像是叠加在用户的现实世界视野上的虚拟内容通常被称为AR或全息内容。VR和AR可视化系统可为用户提供娱乐、沉浸式的三维(3D)虚拟环境，在该虚拟环境中，这些用户能够可视地经历他们在现实生活中通常无法经历的事物。

概述

此处引入的技术包括用于头戴式显示设备的显示引擎组装件。在某些实施例中，显示引擎组装件包括用于分别在头戴式显示设备中生成左图像和右图像的第一成像器和第二成像器。左图像和右图像分别是单个立体图像的左分量和右分量。显示引擎进一步包括光学地耦合到第一成像器和第二成像器两者的光学波导。光学波导是用于将左图像传达到头戴式显示设备的用户的左眼的第一光路的部分，并且也是用于将右图像传达到头戴式显示设备的用户的右眼的第二光路的部分。在某些实施例中，光学波导是例如偏振分束器(PBS)。在某些实施例中，显示引擎组装件包括各自形成第一光路和第二光路两者的一部分的两个或更多个光学波导，其中的任何一者或多者可以是例如PBS。

根据附图和详细描述，该技术的其他方面将显而易见。

提供本概述以便以简化的形式介绍以下在详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。

附图简述

在附图中的各图中作为示例而非限制解说了本公开的一个或多个实施例，其中相同的标记指示相似的元素。

图1示意性地解说了HMD设备中的左光路和右光路的示例。

图2A示意性地解说了HMD设备中其间共享至少一个PBS的左光路和右光路的示例。

图2B示意性地解说了HMD设备中其间共享每一个无源光学组件的左光路和右光路的示例。

图3更详细地示意性示出HMD设备中形成光路的组件的示例。

图4解说了其中共享鸟盆型PBS和共享线栅PBS可与其他光学组件物理地集成的光学器件组装件的示例。

图5A解说了供在HMD中使用的显示组装件的示例的左侧视图。

图5B解说了图5A的显示组装件的正视图。

图6A示出了图5A和5B的显示组装件的显示引擎组装件的正视图。

图6B示出了图5A和5B的显示组装件的显示引擎组装件的侧视图。

图6C示出了图5A和5B的显示组装件的显示引擎组装件的俯视图。

图6D示出了图5A和5B的显示组装件的显示引擎组装件的后视图。

图7解说了可纳入图5A和5B的显示组装件的AR-HMD的示例。

详细描述

在该描述中，对“一实施例”、“一个实施例”等的引用意味着描述的特定特征、功能、结构或特性被包括在本文中引入的技术的至少一个实施例中。这样的短语在本说明书中的出现不一定全部涉及同一实施例。另一方面，所涉及的各实施例也不一定是相互排斥的。

为了提供3D可视化，AR-HMD设备针对用户的左眼和右眼生成分开的全息图像，并且那些图像沿着分开但平行的光路传播到用户的眼睛。左图像和右图像表现为横向略微偏移，以便向用户提供3D视觉效果。本申请的发明人已确定为了使AR-HMD设备最优地工作，表示图像的光从该设备进入用户的眼睛的角度(被称为“瞄准线”)应当对于左眼和右眼两者都被精确地维持。甚至左图像和右图像之间的瞄准线角度的极小变化也可导致图像质量的降级。本申请的发明人进一步确定了甚至左图像和右图像之间的瞄准线的极小波动也可导致用户感觉极度不适，包括眼睛疼、头晕、头疼和/或恶心。因此，瞄准线稳定性在这样的HMD设备的设计中是重要的。

然而，维持AR-HMD设备中的左图像和右图像之间的瞄准线稳定性是一个挑战。左光路和右光路各自包括多个个体组件，包括一个或多个成像器、透镜、分束器、波导等。归因于设备的正常使用的机械应力和/或归因于来自电子器件的热量的热膨胀可引起各组件的相对移动，从而导致瞄准线的不可接受的变化。