本發(fā)明總體涉及顯示系統(tǒng)，且更具體地，涉及改進(jìn)顯示系統(tǒng)的效率和性能。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前一代虛擬現(xiàn)實(shí)(“vr”)體驗(yàn)是使用可被拴到固定計(jì)算機(jī)(例如個(gè)人計(jì)算機(jī)(“pc”)、膝上型計(jì)算機(jī)或游戲控制臺(tái))的、與智能電話和/或其相關(guān)聯(lián)的顯示器組合和/或集成或自包含的頭戴式顯示器(“hmd”)創(chuàng)建的。通常，hmd是佩戴在用戶頭部上的顯示設(shè)備，其在一只眼睛(單目hmd)或每只眼睛(雙目hmd)的前面具有小顯示設(shè)備。顯示單元通常是小型化的，并且可以包括例如crt、lcd、硅基液晶(lcos)、oled技術(shù)或激光掃描光束顯示器。雙目hmd具有向每只眼睛顯示不同圖像的潛力。這種能力被用于顯示立體圖像。

2、隨著智能電話、高清晰度電視以及其它電子設(shè)備的發(fā)展，對(duì)具有增強(qiáng)性能的顯示器的需求增加。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，特別是使用hmd的系統(tǒng)的日益普及，已經(jīng)進(jìn)一步增加了這種需求。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常完全包圍佩戴者的眼睛，并用“虛擬”現(xiàn)實(shí)代替佩戴者前方的實(shí)際或物理視圖(或?qū)嶋H現(xiàn)實(shí))，而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)通常提供佩戴者眼睛前方的一個(gè)或多個(gè)屏幕的半透明或透明覆蓋，使得實(shí)際視圖用附加信息增強(qiáng)，并且媒介化現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以類(lèi)似地將現(xiàn)實(shí)世界元素與虛擬元素相結(jié)合的信息呈現(xiàn)給觀看者。

3、對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，可以提供將虛擬圖像和現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行組合并同時(shí)傳遞給用戶的眼睛的透視光學(xué)組合器。一旦用于光組合器的這種技術(shù)使用了高效率的衍射光學(xué)器件，就能夠容易地制造，并有其它優(yōu)點(diǎn)。然而，設(shè)計(jì)在整個(gè)視場(chǎng)上和/或在多個(gè)波長(zhǎng)上提供高水平校正的衍射光學(xué)組合器可能是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、頭戴式顯示系統(tǒng)可以概括為包括：支撐結(jié)構(gòu)；以及連接到支撐結(jié)構(gòu)的顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)包括：顯示光源；選擇性偏振光學(xué)器件，用于接收來(lái)自顯示光源的光，并且輸出處于第一偏振狀態(tài)的第一顏色的光和處于第二偏振狀態(tài)的第二顏色的光，第二偏振狀態(tài)與第一偏振狀態(tài)正交；以及光組合器，其被定位成接收來(lái)自選擇性偏振光學(xué)器件的光并向觀察者的眼睛提供圖像。光組合器包括：第一偏振敏感衍射光學(xué)元件(psdoe)，第一偏振敏感衍射光學(xué)元件包括第一衍射圖案，第一衍射圖案衍射第一偏振狀態(tài)的光并通過(guò)第二偏振狀態(tài)的光而不衍射，第一衍射圖案為第一顏色提供經(jīng)優(yōu)化的校正；以及第二psdoe，其包括第二衍射圖案，第二衍射圖案衍射第二偏振狀態(tài)的光并且使第一偏振狀態(tài)的光通過(guò)而不衍射，第二衍射圖案為第二顏色提供經(jīng)優(yōu)化的校正。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的每一者可以包括多扭曲延遲器。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的至少一者可以包括多扭曲延遲器。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的至少一者可以包括液晶材料。選擇性偏振光學(xué)器件可以用于輸出處于第二偏振狀態(tài)的第三顏色的光，并且第二衍射圖案可以為第二顏色和第三顏色提供經(jīng)優(yōu)化的校正。第一顏色可以是紅色，第二顏色和第三顏色可以分別是綠色和藍(lán)色。第一顏色可以是紅色，第二顏色可以是綠色或藍(lán)色。光組合器可以包括入連接器和出連接器。支撐結(jié)構(gòu)可以包括眼鏡鏡片。顯示光源可以包括激光掃描光束系統(tǒng)或微型顯示器。

2、頭戴式顯示系統(tǒng)可以概括為包括：支撐結(jié)構(gòu)；以及連接到支撐結(jié)構(gòu)的顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)包括：顯示光源；選擇性偏振光學(xué)器件，用于接收來(lái)自具有總視場(chǎng)的顯示光源的光，并且輸出第一偏振狀態(tài)的總視場(chǎng)的第一視場(chǎng)部分的光和第二偏振狀態(tài)的總視場(chǎng)的第二視場(chǎng)部分的光，第二偏振狀態(tài)與第一偏振狀態(tài)正交；以及光組合器，其被定位成接收來(lái)自選擇性偏振光學(xué)器件的光并向觀察者的眼睛提供圖像。光組合器包括：第一偏振敏感衍射光學(xué)元件(psdoe)，第一偏振敏感衍射光學(xué)元件包括第一衍射圖案，第一衍射圖案衍射第一偏振狀態(tài)的光并通過(guò)第二偏振狀態(tài)的光而不衍射，第一衍射圖案為第一視場(chǎng)部分提供經(jīng)優(yōu)化的校正；以及第二psdoe，其包括第二衍射圖案，第二衍射圖案衍射第二偏振狀態(tài)的光并且使第一偏振狀態(tài)的光通過(guò)而不衍射，第二衍射圖案為第二視場(chǎng)部分提供經(jīng)優(yōu)化的校正。第一視場(chǎng)部分可以包括0度到m度的角度范圍，并且第二視場(chǎng)部分可以包括m度到n度的角度范圍，其中n是hmd系統(tǒng)的視場(chǎng)的角度范圍，并且m小于n。第一視場(chǎng)部分和第二視場(chǎng)部分可以組合以形成總視場(chǎng)。第一視場(chǎng)部分可以被第二視場(chǎng)部分包圍。第一視場(chǎng)部分可以包括總視場(chǎng)的第一半，第二視場(chǎng)部分可以包括總視場(chǎng)的第二半。第一視場(chǎng)部分和第二視場(chǎng)部分可以至少部分地彼此重疊。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的每一者可以包括多扭曲延遲器。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的至少一者可以包括多扭曲延遲器。選擇性偏振光學(xué)器件、第一psdoe和第二psdoe中的至少一者可以包括液晶材料。光組合器可以包括入連接器和出連接器。支撐結(jié)構(gòu)可以包括眼鏡鏡片。顯示光源可以包括激光掃描光束系統(tǒng)或微型顯示器。

技術(shù)特征：

1.一種頭戴式顯示系統(tǒng)，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述第一視場(chǎng)部分包括0度至m度的角度范圍，并且所述第二視場(chǎng)部分包括m度至n度的角度范圍，其中，n是所述頭戴式顯示系統(tǒng)的視場(chǎng)的角度范圍，并且m小于n。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述第一視場(chǎng)部分和所述第二視場(chǎng)部分組合以形成所述總視場(chǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述第一視場(chǎng)部分由所述第二視場(chǎng)部分包圍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述第一視場(chǎng)部分包括所述總視場(chǎng)的第一半，并且所述第二視場(chǎng)部分包括所述總視場(chǎng)的第二半。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述第一視場(chǎng)部分和所述第二視場(chǎng)部分至少部分地彼此重疊。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述選擇性偏振光學(xué)器件、所述第一psdoe和所述第二psdoe中的每一者包括多扭曲延遲器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述選擇性偏振光學(xué)器件、所述第一psdoe和所述第二psdoe中的至少一者包括多扭曲延遲器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述選擇性偏振光學(xué)器件、所述第一psdoe和所述第二psdoe中的至少一者包括液晶材料。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述光組合器包括入連接器和出連接器。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)包括眼鏡鏡片。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式顯示系統(tǒng)，其中，所述顯示光源包括激光掃描光束系統(tǒng)或微型顯示器。

13.光組合器，用于接收光并向觀察者的眼睛提供圖像，所述光組合器包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一視場(chǎng)部分包括0度至m度的角度范圍，并且所述第二視場(chǎng)部分包括m度至n度的角度范圍，其中，n是所述頭戴式顯示系統(tǒng)的視場(chǎng)的角度范圍，并且m小于n。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一視場(chǎng)部分和所述第二視場(chǎng)部分組合以形成所述總視場(chǎng)。

16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一視場(chǎng)部分由所述第二視場(chǎng)部分包圍。

17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一視場(chǎng)部分包括所述總視場(chǎng)的第一半，并且所述第二視場(chǎng)部分包括所述總視場(chǎng)的第二半。

18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一視場(chǎng)部分和所述第二視場(chǎng)部分至少部分地彼此重疊。

19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一psdoe和所述第二psdoe中的每一者包括多扭曲延遲器。

20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一psdoe和所述第二psdoe中的至少一者包括多扭曲延遲器。

21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述第一psdoe和所述第二psdoe中的至少一者包括液晶材料。

22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述光組合器還包括入連接器和出連接器。

23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光組合器，其中，所述光組合器由包括眼鏡鏡片的支撐結(jié)構(gòu)支撐。

24.一種頭戴式顯示系統(tǒng)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明大體上涉及用于改善顯示系統(tǒng)(例如激光掃描光束顯示系統(tǒng)或HMD系統(tǒng)或其它裝置的其它類(lèi)型的顯示系統(tǒng)(例如，微顯示器))的性能和效率的技術(shù)。本公開(kāi)的顯示系統(tǒng)可以使用允許經(jīng)改進(jìn)的衍射光學(xué)器件優(yōu)化的偏振多路復(fù)用。在至少一些實(shí)施方式中，顯示系統(tǒng)可以根據(jù)波長(zhǎng)(例如，顏色)或視場(chǎng)來(lái)選擇性地偏振光。一種光組合器可以包括偏振敏感衍射光學(xué)元件，偏振敏感衍射光學(xué)元件中的每一者針對(duì)顏色子集或整個(gè)視場(chǎng)的部分而被優(yōu)化，從而為顯示系統(tǒng)提供改進(jìn)的校正光學(xué)器件。

技術(shù)研發(fā)人員：約書(shū)亞·馬克·胡德曼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：威爾烏集團(tuán)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30