[发明专利]具有窄角背光的头戴式显示器

说明书

总体上涉及信息显示器的方法和系统，并且更具体地涉及用于信息显示器的发射光的窄角锥的背光组件的系统和方法。在诸如用作虚拟现实或增强现实系统的一部分的头戴式显示器配置中，发射光的窄角锥的背光组件可能特别有益，其中所述头戴式显示器包括将光从信息显示器引导到用户的眼睛的透镜组件。这种背光组件配置可有助于减少非期望的视觉效果，如泛光照明、重影图像、眩光和散射。

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2019年2月11日提交的名称为“Head-Mounted Display withNarrow Angle Backlight”的共同转让的、共同未决的美国专利申请序列号16/273,054的优先权，所述美国专利申请要求2018年2月21日提交的美国临时专利申请序列号62/633,510的优先权。这两个申请序列号16/273,054和62/633,510以引用方式完全并入本文。

发明背景

1.技术领域

本公开总体上涉及用于信息显示器的背光，并且更具体地涉及用于在近眼或头戴式显示器中使用的发射光的窄角锥的背光的系统和方法。

2.背景技术

背光信息显示器(诸如液晶显示器(“LCD”))包括若干部件。这些部件中的两个是显示矩阵和光源或背光，所述显示矩阵在高度粒化的子像素的基础上阻挡光以产生所显示的图像。光源通常定位在显示矩阵后方并对所显示的图像进行照明。对于彩色显示器，背光通常发射广谱光，即白光。

传统上，背光显示器中使用的光源通常是一个或多个冷阴极荧光灯(“CCFL”)。在物理上，CCFL看起来一定程度地类似于用于商业办公大楼的荧光灯管的微型化版本。然而，CCFL以与那些商业荧光灯不同的方式产生光。最近，CCFL的使用已让位于使用一个或多个发光二极管(“LED”)作为信息显示器中的光源。目前，LED技术是用于LCD显示器的最常见的背光类型。可预期，在未来背光显示器中，新的发光技术有一天可取代LED。

近眼显示器技术可用于向用户呈现信息和图像，以作为虚拟现实(“VR”)或增强现实(“AR”)系统的一部分。这种近眼显示器可结合到头戴式显示器(“HMD”)装置或头戴式装置中。HMD可采用许多形式，包括头盔、头显、护目镜、面罩、眼镜和其他头部或眼部穿戴件。在一些实施方案中，虚拟现实和增强现实系统包括另外的部件，包括生成图像信息以驱动虚拟现实或增强现实环境的控制器或计算机。此类环境可用于单个用户或多个用户。虚拟现实系统和增强现实系统中的HMD可使用单个信息显示器或使用多个信息显示器来向用户呈现图像。尽管这些近眼信息显示器可被取向为直视，但通常信息显示器与HMD中的一个或多个透镜耦合。此类透镜可增强虚拟现实或增强现实体验。

具体地，虚拟现实和增强现实HMD通常使用一个或多个透镜以将与一个或多个信息显示器上显示的图像相关联的光引导到用户的一只或两只眼睛。除其他事项之外，透镜还用于使来自一个或多个信息显示器的光弯曲，以便对于用户来说，信息显示器看起来比实际位置要远。这为用户提供虚拟环境中的更大的景深，并且允许用户更容易地集中于所显示的图像上。透镜还可用于虚拟现实和增强现实头戴式装置中，以为用户增大信息显示器的视野。较大的视野可增强虚拟现实或增强现实系统的沉浸效果。透镜还可用于虚拟现实或增强现实头戴式装置中，以将来自单个显示器的光成形成使得针对用户的左眼和右眼单独定制由用户接收的光。使用针对每只眼睛单独定制的图像可致使用户感知立体或三维图像。

尽管可在虚拟现实和增强现实HMD中使用常规球面透镜，但通常使用具有菲涅耳特征的一个或多个透镜。这是因为：与常规透镜相比，菲涅耳透镜可针对给定物理透镜大小提供更大的透镜光学能力。在虚拟现实和增强现实头戴式装置中通常期望高透镜光学能力以实现上述目标中的一些或全部。