[发明专利]头戴式增强现实系统、装置和设备

说明书

一种增强现实设备包括：两个光学组合器，被配置为分别对应于用户的两只眼睛，所述两个光学组合器中的每一个包括用于将光从图像源反射到所述用户的相应眼睛的内表面，其中，所述内表面是自由表面，所述自由表面具有基于包括至少一个多元单项式的XY多项式的表面函数；图像源，位于所述用户的眼睛上方，用于向所述光学组合器发射光，其中，所述图像源包括位于两个不同平面上的两个活动显示区域；以及外壳结构，被配置为保持所述光学组合器和所述图像源的相对位置和方向。

相关申请

本申请基于2019年6月20日提交的临时专利申请No.62/864,347并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及增强现实系统、装置和设备。

背景技术

增强现实(AR)是通过在观看者观察到的真实图像上显示计算机生成的图像(也称为计算机生成内容、虚拟内容或虚拟图像)来实现的。在视频透明(VST)增强现实中，首先由成像设备(例如，智能手机摄像头)捕获真实图像；然后，将计算机生成的内容渲染在所捕获的真实图像之上；最后，在物理显示媒体(例如，智能手机或平板电脑屏幕)上查看所渲染的图像。在光学透明(OST)增强现实技术中，来自真实世界的光穿过光学介质，在该光学介质中，光与计算机生成的图像内容相结合，使得观看者同时接收到所结合的内容。本公开包括一种头戴式OST AR系统。

发明内容

本文的各种实施例包括但不限于用于提供增强现实的系统、设备和装置，包括头戴式增强现实设备。

在各种实施例中，增强现实设备可包括两个光学组合器、图像源和外壳结构。在一些实施例中，两个光学组合器被配置为分别对应于用户的两只眼睛，两个光学组合器中的每一个包括用于将光从图像源反射到用户的相应眼睛的内表面以及用于允许来自真实世界的光进入相应光学组合器的外表面，其中，所述内表面是自由表面，所述自由表面具有基于包括至少一个多元单项式的XY多项式的表面函数。

在一些实施例中，所述图像源位于用户的眼睛上方，所述图像源被配置为将光发射到两个光学组合器的内表面上，其中，所述图像源包括位于两个不同平面上的两个活动显示区域。

在一些实施例中，所述外壳结构被配置为保持两个光学组合器和图像源的相对位置和方向。

在一些实施例中，所述图像源包括两个独立显示面板，并且两个活动显示区域中的每一个是两个独立显示面板中相应一个的部分或全部；并且每个独立显示面板与两个光合路器中的相应一个相关联。

在一些实施例中，每个显示面板关于垂直于相应显示面板的正交轴成角度。

在一些实施例中，两个活动显示区域中的每一个都关于竖直轴成角度，所述角度的绝对值在0到45度之间。在一些实施例中，每个活动显示区域关于由水平轴和纵轴形成的参考平面成角度，所述角度的值介于45度与90度之间。

在一些实施例中，每个活动显示区域关于纵轴成角度，所述角度的绝对值介于0度和45度之间。

在一些实施例中，所述图像源包括液晶显示器、微型LED显示器、有机发光二极管显示器或有源矩阵有机发光二极管显示器。

在一些实施例中，所述内表面涂覆有部分反射部分透射层；外表面涂覆有防反射层；所述两个光学组合器中的每一个还包括位于所述内表面和所述外表面之间的半透明基板。

在一些实施例中，所述表面函数具有包括顶点曲率、二次曲线常数和与多元单项式相关联的常数的参数，其中，所述参数均为非零。

在一些实施例中，基于内表面的表面函数和相应光学组合器的折射率，通过光线跟踪优化两个光学组合器中每一个的外表面的表面函数。