[发明专利]具有集成成像和中继光学器件的头戴式光场显示器

权利要求书

1.一种头戴式显示器集成成像InI系统，包括：

微观InI单元，其被配置成在沿所述系统的光轴的所选方位处创建所选3D场景的光场；

中继组，其具有设置在其中的变焦元件VFE，所述中继组被设置在所述光轴上的一位置处，因此所选方位是所述中继组的光学共轭，所述中继组被配置成接收由所述微观InI单元创建的光场，以及在所选3D场景的光轴上创建中间3D场景，所述中继组被配置成沿着所述中间3D场景的光轴调整方位；以及

目镜光学器件，以用于将来自所述中继组的中间3D场景成像到所述系统的出射光瞳中，以供头戴式显示系统的用户观看。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述微观InI单元被配置成再现具有受约束观看区的3D场景的全视差光场。

3.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，包括与所述目镜光学器件光学连通的透视单元，以将真实世界的视图透射到所述目镜光学器件，以供头戴式显示系统的用户观看。

4.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述VFE被设置在与所述出射光瞳光学共轭的方位处。

5.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述中继组包括沿着所述光轴的：第一透镜组和第二透镜组，其中所述VFE被设置在它们之间。

6.根据权利要求5所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述VFE位于所述第一透镜组的后焦距处。

7.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述系统的视场与所述VFE的光焦度无关。

8.根据权利要求5所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述中继组的横向放大率由下式给出：其中和分别是第一透镜组、VFE、第二透镜组的光焦度，并且其中是所述中继组的复合焦度，z₀是前透镜组与所选方位之间沿所述光轴的距离，并且t₁和t₂分别是在i)所述第一透镜组与所述VFE之间以及在ii)所述VFE与所述第二透镜组之间沿所述光轴的距离。

9.根据权利要求5所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中其中t₂是所述VFE与所述第二透镜组之间沿所述光轴的距离，并且是所述第二透镜组的光焦度。

10.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述中继组在物体空间中是远心的。

11.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述VFE被设置在所述光轴上的一位置处，使得所述中继组的复合光焦度独立于所述VFE的光焦度而维持恒定。

12.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述微观InI单元包括微型显示器，并且所述微型显示器通过所述目镜光学器件的对向视场角独立于所述VFE的光焦度而维持恒定。

13.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述中继组是双重远心的。

14.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述目镜光学器件包括楔形自由形式棱镜。

15.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述中继组被配置成将沿着通过所述目镜光学器件重建的3D虚拟场景的方位的光轴的方位调整高达5屈光度。

16.根据权利要求1或2所述的头戴式显示器集成成像InI系统，其中所述VFE的焦距范围为75-100mm。