[发明专利]具有通量校准的显示设备

说明书

提供了可穿戴显示设备和用于可穿戴显示设备的校准方法。可穿戴显示设备或其部件可以展示依赖于视窗处的光束角度或光束坐标的光学通量。当生成待显示的图像时，通量的线性或角度依赖性可以被考虑，以在可穿戴显示器的操作期间减少或抵消这些依赖性。

技术领域

本公开涉及视觉显示器和显示系统，且特别是涉及可穿戴显示器、显示系统及其方法。

背景

头戴式显示器(HMD)用于向用户提供虚拟场景，或者用附加信息或虚拟对象来增强真实场景。虚拟或增强场景可以是三维(3D)的，以增强体验并使虚拟对象与由用户观察到的真实3D场景匹配。在一些HMD系统中，用户的头部和/或眼睛位置和定向被跟踪，以及所显示的场景根据用户的头部定向和凝视方向被动态地调整，以提供进入模拟或增强的3D环境内的沉浸式体验。

减小头戴式显示器的尺寸和重量是合乎需要的。重量轻的和紧凑的近眼显示器减小了对用户的头部和颈部的压力，且佩戴起来通常是更舒适的。时常地，可穿戴显示器的光学块是显示器的最大和最重的模块，特别是当光学块包括例如折射型透镜和立方体分束器的大块光学器件时。紧凑的平面光学部件例如波导、光栅、菲涅耳透镜等有时用于减小光学块的尺寸和重量。然而，紧凑的平面光学器件倾向于有变形、不均匀、重影、残余着色和其他缺点，这阻碍了它们在可穿戴光学显示系统中的使用。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，其中：

图1是根据本公开的近眼显示器(NED)的示意图；

图2A是波导光瞳扩展器(pupil expander)的侧横截面视图；

图2B是图2A的波导光瞳扩展器的平面图，其示出光束的多条路径；

图3是2D波导光瞳扩展器原型的光功率密度的二维(2D)角分布；

图4A至图4E是2D波导光瞳扩展器原型在不同位置处的通量(throughput)的2D角分布；

图5是图4A到图4E的2D波导光瞳扩展器原型的示意性平面图；

图6是根据本公开的实施例的NED设备的示意性顶视图；

图7是图1和图6的NED的校准装置的示意性顶视图；

图8是图1和图6的NED的校准方法的流程图；

图9A是合并本公开的NED的眼镜形状因子(form factor)近眼AR/VR显示器的等距视图；

图9B是图9A的显示器的侧横截面视图；以及

图10是合并本公开的NED的头戴式显示器(HMD)的等距视图。

详细描述

虽然结合各种实施例和示例描述了当前教导，但是意图并不是当前教导被限制到这样的实施例。相反，当前教导包括各种备选方案和等同物，正如本领域中的技术人员将认识到的。叙述本公开的原理、方面和实施例的所有陈述以及其特定示例意欲包括其结构和功能等同物两者。另外，意图是这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物两者，即，执行相同功能的所开发的任何要素，而不考虑结构。

如在本文所使用的，除非明确规定，否则术语“第一”、“第二”等并不意欲暗示顺序次序，而是更确切地意欲将一个要素与另一个要素区分开。类似地，除非明确规定，否则方法步骤的顺序次序并不暗示它们执行的顺序次序。在图1和图6中，相似的参考数字指代相似的元件。