具有解耦非球面的球面镜制造技术

本技术提供了将非球面光学元件从近眼显示器(NED)设备中的鸟浴光学元件解耦。一个或多个非球面透镜与球面鸟浴反射镜一起在NED设备的投影光引擎中被使用。投影光引擎借助球面鸟浴反射镜和至少一个非球面透镜向NED设备的近眼显示器提供图像光(或其它信息)。球面鸟浴反射镜准直化图像光并将图像光反射到在投影光引擎外的出射光瞳。将非球面光学元件从球面鸟浴反射镜解耦可实现投影光引擎的高调制传递函数(MTF)以及改善的制造性能。将非球面光学元件从鸟浴光学元件解耦的NED设备可由头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)中的支撑结构定位。

Spherical mirror with decoupled aspheric surface

This technology provides the aspheric optics from near eye display (NED) decoupling optical element equipment in the bird bath. One or more non spherical lens and spherical mirror together in the bird bath projection optical engine used in NED equipment. The projection light engine by using the spherical mirror bird bath and at least one aspheric lens with optical image to near eye display NED device (or other information). The spherical mirror collimating optical images of the bird bath and the image is the reflection of light in the projection light engine exit pupil. The high modulation transfer function of spherical optical element can realize the projection light engine from spherical mirror bird bath decoupling (MTF) and to improve the performance of manufacturing. The aspheric optics optical element NED decoupled from the bird bath equipment can be the head mounted display (HMD) or HUD (HUD) positioning of the supporting structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景近眼显示器(NED)设备可由用户佩戴以得到诸如增强现实(AR)体验和虚拟现实(VR)体验之类的体验。NED设备可包括投影光引擎，该投影光引擎可在NED设备的近眼显示器中提供计算机生成的图像(CGI)或其它信息。在AR体验中，NED设备的近眼显示器可包括光学透视透镜来允许将CGI重叠在用户的现实世界视图上。NED设备可被包括在头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)中。HMD可包括处于头盔、遮光罩、眼镜和护目镜中或者由一个或多个带来系附的NED设备。HMD可被至少用于航空、工程、科学、医疗、计算机游戏、视频、体育、训练、仿真和其它应用。HUD可被至少用于军事和商业航空、汽车、计算机游戏、和其它应用。概述本技术提供了将非球面光学元件从近眼显示器(NED)设备中的鸟浴光学元件解耦的实施例。例如，一个或多个非球面透镜与球面鸟浴反射镜一起在NED设备的投影光引擎中被使用。投影光引擎借助球面鸟浴反射镜和至少一个非球面光学元件向NED设备的近眼显示器提供图像光(或信息)。球面鸟浴反射镜准直化图像光并将图像光反射到在投影光引擎外的出射光瞳。将非球面光学元件从球面鸟浴反射镜解耦可实现投影光引擎的高调制传递函数(MTF)以及改善的制造性能。将非球面光学元件从鸟浴光学元件解耦的NED设备可由头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)的支撑结构放置。本技术提供了NED设备的一个或多个实施例。投影光引擎实施例包括一种装置，该装置包括用于将图像光提供给分束器的显示器，该分束器将图像光分束。鸟浴光学元件接收来自分束器的图像光并且还反射以及准直化图像光。至少一个非球面光学元件被置于鸟浴光学元件和出射光瞳之间的光学路径中以纠正图像光中的像差(aberration)。本技术提供了一种方法的一个或多个实施例，该方法包括将图像光沿第一光学路径引导到鸟浴反射镜。鸟浴反射镜准直化图像光并沿第二光学路径反射图像光到鸟浴反射镜的外壳外的出射光瞳。图像光在所述第一光学路径和所述第二光学路径中的至少一者中被偏振化。图像光的光学像差被沿第二光学路径放置的非球面光学元件纠正。本技术还提供包括计算系统和具有近眼显示器的头戴式显示器的一个或多个实施例。一种装置包括一种提供表示图像数据的电子信号的计算机系统。头戴式显示器响应于该电子信号提供图像数据。头戴式显示器包括具有投影光引擎和近眼显示器的近眼显示器设备。投影光引擎响应于该电子信号提供图像数据。投影光引擎中的反射表面反射来自微显示器的图像数据。同样在投影光引擎中的偏振分束器随后偏振化来自反射表面的图像数据的光束并将其分束。球面鸟浴反射镜反射并准直化来自偏振分束器的图像数据到在投影光引擎外的出射光瞳。可在投影光引擎中的非球面凹凸透镜(meniscuslens)随后纠正图像数据。近眼显示器包括用于接收图像数据的波导。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。附图简述图1是描绘近眼显示器(NED)设备系统的一实施例的各示例组件的框图。图2A是NED设备的控制电路系统中的示例硬件组件的框图。图2B是与具有外部出射光瞳的投影光引擎耦合的近眼显示器的一实施例的俯视图。图3A是使用鸟浴光学元件以及在鸟浴光学元件附近的非球面光学元件的投影光引擎的一实施例的框图。图3B是使用鸟浴光学元件以及在分束器附近的非球面光学元件的投影光引擎的一实施例的框图。图3C是使用鸟浴光学元件和至少两个非球面凹凸透镜的投影光引擎的一实施例的框图。图3D是使用沉浸在高折射率玻璃中的鸟浴光学元件和非球面光学元件的投影光引擎的另一实施例的框图。图3E是示出图3D中示出的波导示例的各层的俯视图的框图。图3F是使用鸟浴光学元件、非球面消色差透镜和非球面凹凸透镜的投影光引擎的另一实施例的框图。图3G是使用鸟浴光学元件和非球面凹凸双合透镜的投影光引擎的另一实施例的框图。图4示出用于将具有用于使用镜框与NED设备中的近眼显示器光学耦合的外部出射光瞳的投影光引擎的外壳的一实施例。图5是从用于由NED设备显示图像数据的软件角度来看的一系统的一实施例的框图。图6A-B是用于操作NED设备和/或NED设备系统的方法的实施例的流程图。图7是可用于实现网络可访问计算系统、NED设备的伴随处理模块或控制电路系统的计算机系统的一个实施例的框图。详细描述本技术提供了将非球面光学元件从近眼显示器(NED)设备中的鸟浴光学元件解耦的实施例。例如，一个或多个非球面透镜与球面鸟浴反射镜一起在投影光引擎中被使用。投影光引擎借助球面鸟浴反射镜和至少一个非球面光学元件将图像光(或信息)提供到NED设备的近眼显示器中。球面鸟浴反射镜准直化图像光并将图像光反射到在投影光引擎外的出射光瞳。将非球面光学元件从鸟浴光学元件解耦的NED设备可被包括在由HMD或HUD的支撑结构放置的投影光引擎中。通常，球面鸟浴反射镜包括用于针对光学像差进行纠正以便反射镜可获得高MTF的非球面光学元件。然而，这些具有非球面光学元件的反射镜可能对可降级MTF的制造中的表面误差和/或组装容许误差敏感。对表面误差和组装容许误差的高敏感度可限制球面鸟浴反射镜的大量(高成品率)制造。对表面和组装容许误差的敏感度可通过从反射镜中移除非球面光学元件并在如本文所述的投影光引擎中的别处或在其它透镜上提供非球面光学元件来减小。具有解耦的非球面光学元件和球面鸟浴反射镜的投影光引擎在用于更大视野(FOV)和更快速的NED设备系统中时可具有更高的MTF和减小的图像失真。其它优势可包括但不限于：1)使得具有更高性能和更高成品率的球面鸟浴反射镜能够被制造，因为它们不需要包括非球面元件；2)通过在透射光学路径中具有非球面光学元件而减少容许误差；以及3)将非球面光学元件移动到其它位置或表面可分散容许误差而有助于其它光学元件的敏感度。图1是描绘近眼显示器(NED)设备系统8的一实施例的各示例组件的框图。在所示实施例中，NED设备系统8包括在头戴式显示器(HMD)设备2中的近眼显示器(NED)设备和伴随处理模块4。HMD2通信地耦合至伴随处理模块4。在该示例中示出了无线通信，但也可实现经由伴随处理模块4和HMD2之间的线的通信。在一实施例中，HMD2包括具有投影光引擎120(在图2B和3A-D和F-G中示出)的NED设备和具有波导的近眼显示器14，如本文详细描述的。在替换实施例中，NED设备可被包括在平视显示器(HUD)中。在该实施例中，HMD2采用具有镜架115的眼镜的形状，其中每个显示器光学系统14l和14r被定位在HMD2的前部以在被用户佩戴时由每一只眼睛通过其查看。每个显示器光学系统14l和14r也被称为显示器或近眼显示器14，且这两个显示器光学系统14l和14r还可共同被称为显示器或近眼显示器14。在这一实施例中，每一显示器光学系统14l和14r使用投影显示器，其中图像数据(或图像光)被投影到用户的眼睛中以生成图像数据的显示，从而使得该图像数据对于用户而言看上去位于用户前方的三维视野中的位置处。例如，用户可能正在他的起居室中以光学透视模式玩击落敌人直升机的游戏。如图2B中所示，直升机的图像对于用户而言看上去正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：用于提供图像光的显示器；用于将所述图像光进行分束的分束器；用于从所述分束器接收所述图像光的光学元件，所述光学元件反射并准直化所述图像光；以及用于纠正所述图像光中的像差的非球面光学元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.07 US 14/454,0481.一种装置，包括：用于提供图像光的显示器；用于将所述图像光进行分束的分束器；用于从所述分束器接收所述图像光的光学元件，所述光学元件反射并准直化所述图像光；以及用于纠正所述图像光中的像差的非球面光学元件。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述非球面光学元件包括第一和第二非球面凹凸透镜，其中所述光学元件是球面镜，其中所述显示器是微显示器，其中所述球面镜反射并准直化所述图像光至外部出射光瞳，以及其中所述第一和第二非球面凹凸透镜被置于所述球面镜和所述外部出射光瞳之间。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述非球面光学元件包括非球面凹凸透镜，其中所述光学元件是球面镜；其中所述显示器包括微显示器，以及其中所述非球面凹凸透镜被置于所述球面镜和所述分束器之间。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：置于所述光学元件和所述分束器之间的四分之一波阻滞器；置于所述光学元件和所述分束器之间的双合透镜；以及置于所述分束器和外部出射光瞳之间的颜色选择过滤器，其中所述非球面光学元件包括置于所述分束器和所述外部出射光瞳之间的非球面凹凸双合透镜，其中所述光学元件是球面镜；其中所述显示器包括微显示器，其中所述分束器是从由立方体、板、线格偏振器和内部折射分束器构成的组中选择的一种类型的分束器。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，包括：包括至少一个光源的照明单元，其中所述微显示器通过反射来自所述至少一个光源的光来输出所述图像光。6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，进一步包括用于偏振化所述图像光的至少一个偏振器，其中所述微显示器是自发射微显示器。7.如权利要求3所述的装置，其特征在于，包括：用于将来自所述微显示器的图像光反射到所述分束器的反射表面；置于所述反射表面和所述分束器之间的球面双合...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·C·珀恩，J·A·胡德曼，R·A·沃尔，S·麦克尔道尼，S·J·罗宾斯，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US