一种用于增强现实应用的头戴式显示器包括被布置在所述头戴式显示器的眼圈部分的孔内的图像光导，所述图像光导用于将对虚拟对象进行编码的角度相关的承载图像的光束朝向眼箱引导，以用于以距眼箱的超焦距离到近无穷大的聚焦距离来观看虚拟对象。在所述图像光导的一侧与眼箱之间的负焦度光学器件使所述承载图像的光束在眼箱之前发散，以用于以距眼箱更近的距离来观看虚拟对象，所述更近的距离小于所述超焦距离。在所述图像光导的相对侧上的正焦度光学器件补偿了所述负焦度光学器件的负焦度，以用于以真实世界对象距眼箱的实际距离来观看真实世界对象。位于所述图像光导与眼箱之间的矫正性光学器件减少了针对观看真实世界对象和虚拟对象两者的观看者像差。界对象和虚拟对象两者的观看者像差。界对象和虚拟对象两者的观看者像差。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】近焦矫正性AR眼镜
[0001]本公开涉及增强现实系统，该系统包括可操作以通过显示器来显示叠加在真实世界视图上的虚拟图像的近眼显示器。
技术介绍
[0002]头戴式显示器（HMD）越来越多地采取常规眼镜的形式，其具有不太突兀（obtrusive）的光学器件以用于显示虚拟图像内容、连同周围环境的较少遮挡的视图。可以沿着眼镜腿来支撑图像生成器，并且基本上透明的图像光导（light guide）将所生成的图像作为虚拟图像传送到佩戴者的眼睛，该虚拟图像被投影到通过图像光导可见的佩戴者的真实世界视图中。
[0003]图像内容可以作为角度相关光束（angularly related beam）的集合沿着图像光导被传送，其中每个光束在两个角度维度中的相对角度取向对应于所生成的图像内的不同位置（例如，像素）。通常，光束本身是准直的，就好像是对应于位于视场内的唯一角度位置处的远距离光点。因此，当准直光束被引导至共同眼箱（eyebox）内的重叠位置中时，佩戴者的眼睛会将来自眼箱的所生成图像视为位于接近无穷大的距离处的虚拟图像。然而，佩戴者感兴趣的真实世界对象可能位于近得多的位置，并且需要一些明显的眼睛调节（accommodation）来进行聚焦。在相同场景内观看需要不同的聚焦调节的虚拟对象和真实世界对象可能导致眼睛疲劳。
[0004]由诸如近视眼（近视）、远视眼（远视）以及散光之类的屈光不正（refractive error）所引起的佩戴者的视觉问题也可能对类似于常规眼镜的不显眼（low
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profile）HMD提出挑战。如果包含矫正性透镜的佩戴者眼镜必须被移除以容纳不显眼HMD，则佩戴者通过HMD对真实世界对象和虚拟对象两者的观看可能会被损害。
技术实现思路
[0005]本公开的实施例的特征在于对HMD的改进，以管理呈现给HMD佩戴者的真实世界对象与虚拟对象之间的聚焦差异、以及影响佩戴者本身的聚焦能力的视觉问题中的任一个或两者。佩戴者的眼睛需要将虚拟图像转换成真实图像，并且本公开提供了减少对佩戴者的眼睛在相同视场内观看虚拟对象连同真实世界对象的需求。
[0006]根据本公开的一种HMD具有眼圈部分（eye rim section），眼圈部分具有孔（aperture），通过所述孔，佩戴者可以观看周围环境内的真实世界对象。虽然许多HMD被布置成利用针对每只眼睛提供的眼圈部分来支持双目视觉，但是在理解了采用对称布置的第二眼圈部分可以用于支持双目或立体视觉的情况下，关于用于支持单目视觉的单个眼圈部分描述了各种改进。
[0007]被布置在所参考的头戴式显示器的眼圈部分的所述孔内的图像光导包括：具有平行于平面的内表面和外表面的透射平面波导、耦入光学器件（in
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coupling optic）、以及耦出光学器件（out
‑
coupling optic）。耦入光学器件将对虚拟对象进行编码的角度相关的承
载图像的光束（image
‑
bearing light beam）引导至所述波导中，以用于通过来自平行的内表面和外表面的内反射进行传播。耦出光学器件将正在传播的承载图像的光束从所述波导朝向眼箱引导，以用于以距眼箱的第一聚焦距离来观看虚拟对象。被形成为在所述孔内位于所述波导的内表面与眼箱之间的单个光学元件的多功能光学器件提供了如下两者：（a）负光焦度贡献（negative optical power contribution），其用于使所述承载图像的光束在眼箱之前发散，以用于以距眼箱更近的第二聚焦距离来观看虚拟对象；以及（b）矫正性光学贡献，其用于减少与以所述更近的第二聚焦距离来观看真实世界对象和虚拟对象两者相关联的观看者光学像差（optical aberration）。在所述孔内位于所述波导的外表面与周围环境之间的正焦度（positive
‑
power）光学器件补偿了所述多功能光学器件的负光焦度贡献，而不补偿所述多功能光学器件的矫正性光学贡献，以用于以经矫正的视觉、以真实世界对象距眼箱的实际距离来观看真实世界对象。
[0008]所述第一聚焦距离优选地是超焦距离到近无穷大的距离，并且所述更近的第二聚焦距离优选地小于超焦距离。例如，所述更近的第二聚焦距离可以在1.5米与4米之间、或者在0.05米与1.5米之间。优选地，将矫正性光学贡献设置成用于减少在所述更近的第二聚焦距离处的观看者光学像差。
[0009]所述多功能光学器件可以是多个多功能光学器件中的第一个，并且所述第一多功能光学器件可以是可移除的，并且可用所述多功能光学器件中的第二个来替换，以使所述显示器适配于不同的光学规定（optical prescription）。所述正焦度光学器件也可以是多个正焦度光学器件中的第一个。所述第一多功能光学器件和所述第一正焦度光学器件可以是可共同移除的，并且可用所述多功能光学器件中的第二个和所述正焦度光学器件中的第二个来共同替换，以用于将所述更近的第二聚焦距离改变成不同的第三聚焦距离。所述第二多功能光学器件还可以提供矫正性光学贡献，以减少在所述不同的第三聚焦距离处的观看者光学像差。所述多功能光学器件和所述正焦度光学器件两者可以均形成为单个折射透镜元件。
[0010]透射保护性外罩（outer cover）可以在所述孔内位于所述正焦度光学器件与周围环境之间。替代地，所述正焦度光学器件可以形成为具有凸形外表面的透镜，所述凸形外表面面向周围环境并且用保护性涂层来处理。
[0011]根据本公开的一种增强现实虚拟图像显示系统提供了管理观看者对共同视场内的虚拟对象和真实世界对象的观看，特别是在意图作为小于需要显著眼睛调节的超焦距离来观看真实世界对象的情况下。所述图像光导将对虚拟对象进行编码的角度相关的承载图像的光束朝向眼箱引导，以用于以距眼箱的第一聚焦距离来观看虚拟对象。被形成为位于所述图像光导的内侧与眼箱之间的单个光学元件的多功能光学器件提供了如下两者：（a）负光焦度贡献，其用于使所述承载图像的光束在眼箱之前发散，以用于以距眼箱更近的第二聚焦距离来观看虚拟对象；以及（b）矫正性光学贡献，其用于减少与以所述更近的第二聚焦距离来观看真实世界对象和虚拟对象两者相关联的观看者光学像差。所述图像光导的外侧上的正焦度光学器件补偿了所述多功能光学器件的负光焦度贡献，而不补偿所述多功能光学器件的矫正性光学贡献，以用于以经矫正的视觉、以真实世界对象距眼箱的实际距离来观看真实世界对象。
[0012]所述多功能光学器件优选地是单个折射透镜元件。所述第一聚焦距离优选地是超
焦距离到近无穷大的距离，并且所述更近的第二聚焦距离小于超焦距离，诸如在1.5米与4米之间、或者在0.05米与1.5米之间。优选地，将矫正性光学贡献设置成用于减少在所述更近的第二聚焦距离处的观看者光学像差。
[0013]所述多功能光学器件可以是多个多功能光学器件中的第一个，并且所述第一多功能光学器件可以是可移除的，并且可用所述多功能光学器件中的第二个来替换，以使所述显示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种头戴式显示器，其具有眼圈部分，眼圈部分具有孔，通过所述孔，佩戴者可以观看周围环境内的真实世界对象，所述头戴式显示器包括：图像光导，其被布置在所述头戴式显示器的眼圈部分的所述孔内，所述图像光导包括：透射平面波导，其具有平行于平面的内表面和外表面，耦入光学器件，其用于将对虚拟对象进行编码的角度相关的承载图像的光束从图像源引导至所述波导中，以用于通过来自所述内表面和外表面的内反射进行传播，以及耦出光学器件，其用于将正在传播的承载图像的光束从所述波导朝向眼箱引导，以用于以距眼箱的第一聚焦距离来观看虚拟对象；多功能光学器件，其形成为在所述孔内位于所述波导的内表面与眼箱之间的单个光学元件，所述多功能光学器件提供了如下两者：（a）负光焦度贡献，其用于使所述承载图像的光束在眼箱之前发散，以用于以距眼箱更近的第二聚焦距离来观看虚拟对象，以及（b）矫正性光学贡献，其用于减少与以所述更近的第二聚焦距离来观看真实世界对象和虚拟对象两者相关联的观看者光学像差；以及正焦度光学器件，其在所述孔内位于所述波导的外表面与周围环境之间，所述正焦度光学器件用以补偿所述多功能光学器件的负光焦度贡献，而不补偿所述多功能光学器件的矫正性光学贡献，以用于以经矫正的视觉、以真实世界对象距眼箱的实际距离来观看真实世界对象。2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中所述多功能光学器件是单个折射透镜元件。3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中所述第一聚焦距离是超焦距离到近无穷大的距离，并且所述更近的第二聚焦距离小于所述超焦距离。4.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其中所述更近的第二聚焦距离在1.5米与4米之间。5.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其中所述更近的第二聚焦距离在0.05米与1.5米之间。6.根据权利要求3所述的头戴式显示器，其中矫正性光学贡献被设置成用于减少在所述更近的第二聚焦距离处的观看者光学像差。7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中所述多功能光学器件是多个多功能光学器件中的第一个，并且所述第一多功能光学器件是可移除的，并且可用所述多功能光学器件中的第二个来替换，以使所述显示器适配于不同的光学规定。8.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中所述多功能光学器件是多个多功能光学器件中的第一个，所述正焦度光学器件是多个正焦度光学器件中的第一个，并且所述第一多功能光学器件和所述第一正焦度光学器件是可共同移除的，并且可用所述多功能光学器件中的第二个和所述正焦度光学器件中的第二个来共同替换，以用于将所述更近的第二聚焦距离改变成不同的第三聚焦距离。9.根据权利要求8所述的头戴式显示器，其中所述第二多功能光学器件提供矫正性光学贡献，以减少在所述不同的第三聚焦距离处的观看者光学像差。10.根据权利要求1所述的头戴式显示器，进一步包括在所述孔内位于所述正焦度光学
器件与周围环境之间的透射保护性外罩。11.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中所述正焦度光学器件是具有凸形外表面的透镜，所述凸形外表面面向周围环境并且用保护性涂层来处理。12.一种增强现实虚拟图像显示系统，其用于管理观看者对共同视场内的虚拟对象和真实世界对象的观看，所述系统包括：图像光导，其包括内表面和外表面，所述图像光导用于将对虚拟对象进行编码的角度相关的承载图像的光束朝向眼箱引导，以用于以距眼箱的第一聚焦距离来观看...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：伊奎蒂公司，
类型：发明
国别省市：
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