目鏡中用于減少偽像的邊緣配置的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般而言涉及光學裝置，并且具體地而非排他地，涉及用于頭戴式顯示器的目鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]頭戴式顯示器(head mounted display，“HMD”)是佩戴在頭上或頭周圍的顯示設(shè)備。HMD通常包括在人眼的幾厘米內(nèi)發(fā)出光圖像的某種近眼光學系統(tǒng)。單眼顯示器被稱為單目HMD，而雙眼顯示器被稱為雙目HMD。一些HMD僅顯示計算機生成的圖像(computergenerated image，“CGI ”)，而其它類型的HMD能夠在真實世界視圖上疊加CGI。這后一種類型的HMD可用作用于實現(xiàn)增強現(xiàn)實的硬件平臺。利用增強現(xiàn)實，觀看者的世界圖像利用覆蓋的CGI增強，也被稱為抬頭顯示器(heads-up display，“HUD”)。
[0003]HMD具有許多實用應(yīng)用和休閑應(yīng)用。航天應(yīng)用允許飛行員在不使其眼睛離開飛行路徑的情況下看到重要飛行控制信息。公共安全應(yīng)用包括地圖和熱成像的戰(zhàn)術(shù)顯示。其它應(yīng)用領(lǐng)域包括視頻游戲、運輸和遠距離通信。在使用HMD的各種應(yīng)用中，重要的是維持被引導進入用戶的眼睛的CGI的完整性。因此，負責將CGI光引導到用戶的眼睛的光學系統(tǒng)必須被設(shè)計成將質(zhì)量圖像遞送給用戶。在一些情境下，用于HMD的傳統(tǒng)光學系統(tǒng)在CGI中生成諸如“拖尾”的偽影。“拖尾”例如可使得用戶感知到包括間隙和/或冗余部分的圖像。因此，具有減少引導到用戶的CGI中的偽影的光學系統(tǒng)將是有益的。
【附圖說明】
[0004]參考下列圖來描述本發(fā)明的非限制性和非窮盡性的實施例，其中除非另作說明，否則貫穿各視圖中，同樣的參考標記指代同樣的部分。
[0005]圖1圖示了依照本公開的實施例的包括目鏡的頭戴式顯示器(“HMD”)。
[0006]圖2圖示了依照本公開的實施例的朝著目鏡的朝向眼睛區(qū)域引導外部場景光和計算機生成的圖像(“CGI”)的示例目鏡的頂部截面視圖。
[0007]圖3圖示了依照本公開的實施例的在目鏡的邊緣上具有反射減少特征的目鏡的端視圖。
[0008]圖4圖示了依照本公開的實施例的在目鏡的邊緣上具有反射減少特征的目鏡的端視圖。
[0009]圖5圖示了依照本公開的實施例的在目鏡的邊緣上具有反射減少特征的目鏡的端視圖。
[0010]圖6示出了依照本公開的實施例的具有定位在用戶眼睛上方的目鏡的HMD。
【具體實施方式】
[0011]本文描述了頭戴式顯示器(“HMD”)和用于HMD的裝置的實施例。在下列描述中，闡述了許多具體細節(jié)，以提供對實施例的徹底理解。然而，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，本文描述的技術(shù)可在沒有這些具體細節(jié)中的一個或多個的情況下或者利用其它方法、組件、材料等等來實踐。在其它實例中，公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作未被示出或者詳細描述以避免模糊特定方面。
[0012]貫穿本說明書，提到“一個實施例”或“實施例”時，指的是聯(lián)系該實施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因而，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”出現(xiàn)在貫穿本說明書的不同地方并不一定都指代同一個實施例。此外，所述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個或多個實施例中以任何適當?shù)姆绞浇M合。
[0013]圖1圖示了依照本公開的實施例的包括目鏡180的頭戴式顯示器(“HMD”)100。示例HMD 100是單目HMD。HMD 100包括側(cè)臂173、中心框架支撐174和具有鼻梁架的鼻橋部分175。在圖1中所示的示例實施例中，中心框架支撐174連接側(cè)臂173。在所圖示的實施例中，HMD 100不包括包含透鏡元件的透鏡框架，但其它實施例可包括透鏡元件。HMD是佩戴在頭上或頭周圍的顯示設(shè)備。雖然圖1圖示了特定的單目HMD 100，但本發(fā)明的實施例可應(yīng)用到多種框架類型和款式(例如護面、頭帶、護目鏡)。
[0014]所圖示的HMD 100的實施例能夠向用戶顯示增強現(xiàn)實。除了顯示在HMD 100內(nèi)的顯示模塊所生成的光(具有計算機生成圖像(CGI))以外，目鏡180可允許用戶經(jīng)由外部場景光155看到現(xiàn)實世界圖像。在這種情況下，目鏡180可被稱為“光組合器”，因為其可向用戶的眼睛呈現(xiàn)外部場景光155和CGI光兩者。結(jié)果，CGI光可被用戶看見為作為增強現(xiàn)實疊加在現(xiàn)實世界上的虛擬圖像。
[0015]HMD 100可額外包括組件外殼176，組件外殼176可包括機載計算系統(tǒng)(未示出)、圖像捕捉設(shè)備178和用于操作圖像捕捉設(shè)備178(和/或可用于其它目的)的按鈕179。組件外殼176還可包括其它電氣組件和/或可電連接到在HMD內(nèi)或在HMD上的其它位置處的電氣組件。組件外殼176可包括用于朝著目鏡180發(fā)送CGI光的顯不模塊的光源(未不出)和/或?qū)⒐鈴墓庠匆龑У侥跨R180的光學元件(未示出)。因而，目鏡180可包括當HMD 100被佩戴時將CGI光朝著佩戴者的眼睛引導的光學特征。在所圖示的實施例中，目鏡180的大致形狀為具有上表面182、場景表面181、朝向眼睛的背表面183 (不可見)、下表面184(不可見)和端表面185(不可見)的三維矩形。朝向眼睛的背表面183與場景前表面181相對，并且下表面184與上表面182相對。上表面182、場景表面181、朝向眼睛的背表面183、下表面184和端表面185組成目鏡180的外表面。
[0016]圖2圖示了依照本公開的實施例的朝著目鏡的朝向眼睛區(qū)域引導外部場景光255和計算機生成的圖像(“CGI”)的示例目鏡200的頂部截面視圖。目鏡200是能被用作目鏡180的示例目鏡。要領(lǐng)會，目鏡200僅僅是能用于將CGI光和外部場景光255兩者都引導到用戶的眼睛260的目鏡的一個示例實施例。
[0017]目鏡200包括光中繼器265、光束分離器231和端反射器287。端反射器287將被布置在目鏡180的端表面185上。顯示模塊205可利用發(fā)光二極管(“LED”)陣列、有機LED( “0LED”)陣列、量子點陣或其它方式來實現(xiàn)。顯示模塊205還可通過光源(例如，激光、LED或者燈泡)背光的IXD顯示器或者反射光源的硅上液晶(“LC0S”)面板實現(xiàn)。端反射器287可以是凹面鏡。
[0018]在操作中，顯示模塊205朝著端反射器287沿著正向路徑280發(fā)出顯示光(其可以是CGI光)。光中繼器265可具有透明結(jié)構(gòu)以允許顯示光沿著正向路徑280通過。光中繼器265可由固體透明材料(例如，玻璃、石英、丙烯酸塑料、透明塑料、PMMA、ZE0NEX-E48R等等)制造或被實現(xiàn)為具有顯示光穿過的內(nèi)部空氣隙的固體外殼。光中繼器265可進行操作來保護光路，但可不一定使用全內(nèi)反射(total internal ref lect1n，“TIR”)來指引或者約束顯示光。
[0019]沿著正向路徑280，顯示光遇到光束分離器231。光束分離器231朝著目鏡200的場景表面(例如場景表面181)反射顯示光的第一部分，并且使顯示光的第二部分通過。在一個實施例中，光束分離器231是45度的50/50非偏振光束分離器，含義是其反射百分之50的光并使另百分之50的光通過。光束分離器231讓其通過的顯示光沿著正向路徑280繼續(xù)并且端反射器287沿著反向路徑285將顯示光反射回來。沿著反向路徑285的顯示光遇到光束分離器231，光束分離器231朝著目鏡200的朝向眼睛的表面(例如，朝向眼睛的表面183)反射沿著反向路徑285的顯示光的一部分。所圖示的圖2的實施例允許顯示模塊205所發(fā)出的顯示光被投射到用戶的眼睛260中，這就是圖像275被引導到眼睛260的方式。除了將圖像275引導到眼睛260中以外，目鏡200還可允許外部場景光255的至少一部分到達眼睛260 (在一部分被光束分離器231反射之后)。在這種情況下，目鏡200可被稱為“光組合器”。
[0020]圖3圖示了依照本公開的實施例的在目鏡的邊緣上具有反射減少特征310的目鏡300的端視圖。圖3中所示的視圖可表示通過端反射器287看向目鏡200將看到的視圖。目鏡300被示為具有上表面382、場景表面381、朝向眼晴的表面383和下表面384的矩形。反射減少特征310被布置在目鏡300的邊緣上，該邊緣在目鏡300的第一端和第二端之間伸展(run)。在圖1中，邊緣199可以是在目鏡200的第一端和第二端之間伸展的邊緣的一個示例。在一個實施例中，第一端可以是目鏡的被耦合以從顯示模塊205接收光的光接收端，并且第二端可以是目鏡300的端反射器287所位于的那一端。在第一端和第二端之間伸展的邊緣被配置(利用反射減少特征310)來減少使CGI光回到目鏡中的反射。在圖3中，該邊緣形成在上表面382聯(lián)接朝向眼睛的表面383之處，上表面382聯(lián)接場景表面381之處，下表面384聯(lián)接場景表面381之處，以及下表面384聯(lián)接朝向眼睛的表面383之處。上表面382可與場景表面381和朝向眼睛的表面383近乎垂直。下表面384也可與場景表面381和朝向眼睛的表面383近乎垂直。要領(lǐng)會，不是目鏡的所有邊緣都將必須包括反射減少元件310。在一個實施例中，只有一個邊緣包括反射減少元件310。
[0021]在某些情境下，沒有(一個或多個)反射減少元件(例如反射減少元件310)但具有與圖3類似的表面和邊緣的目鏡可能向呈現(xiàn)給用戶的圖像(例如圖像275)引入偽影。這被認為是由促進全內(nèi)反射(“TIR”)的目鏡的角所引起的，因為CGI光會遇到角。當TIR被角所促進時，CGI光可反射回到目鏡中，然后(當在目鏡內(nèi)反射之后)在朝向眼睛的方向上被引導到HMD的佩戴者的眼睛中。然而，這個已被反射回到目鏡中的回收的CGI光當在目鏡內(nèi)被反射之后可能不能在正確的位置呈現(xiàn)給用戶的眼睛，這可向用戶所看到的圖像引入偽影。因此，在目鏡的邊緣(角)上具有反射減少元件可減少CGI光的不需要的反射