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CN110456505A - 透明和反射性的照明源 - Google Patents

透明和反射性的照明源 Download PDF

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CN110456505A CN201910373150.XA CN201910373150A CN110456505A CN 110456505 A CN110456505 A CN 110456505A CN 201910373150 A CN201910373150 A CN 201910373150A CN 110456505 A CN110456505 A CN 110456505A
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Abstract

本发明涉及透明和反射性的照明源。头戴式显示器(HMD)包括由一个或多个照明源照明的显示器。照明源耦接到部分透明电路板，并配置成将光发射到复合镜上。复合镜比显示器更远离HMD的出射光瞳，并且将来自照明源的光反射回HMD的出射光瞳。由复合镜反射的光通过部分透明电路板透射到显示器上，照亮显示器。

Description

透明和反射性的照明源
技术领域
本公开总体涉及向用户呈现内容的头戴式显示器，并且具体地涉及包含在头戴式显示器中以照亮用户眼睛的照明源。
背景技术
头戴式显示器(HMD)可以向用户呈现各种类型的内容。例如，HMD向用户呈现虚拟环境。当经由HMD向用户呈现内容时，系统可以追踪HMD内的用户眼睛的位置或注视以改善呈现给用户的内容。例如，由HMD呈现的内容可以是中央凹(foveated)的，这降低了在用户的眼睛聚焦在HMD内的区域之外的呈现内容的分辨率。类似地，增加了用户眼睛聚焦在HMD内的区域内的内容的分辨率。在另一示例中，用户眼睛聚焦在HMD内的区域之外的内容比用户眼睛聚焦在HMD内的区域内的内容压缩得更高。
为了确定用户的眼睛在HMD中聚焦的位置，其他成像装置的相机通常包括在与成像光学器件相邻的HMD中，或者对可见光透明，但是对由位于用户的眼睛和HMD内的显示器之间的成像装置使用的红外光反射的热镜中。然而，随着虚拟现实、混合现实或增强现实系统所呈现的内容视野的增加以及用户眼睛与HMD内的显示器之间的距离减小，识别用户眼睛的瞳孔以确定用户的焦点的传统方法变为越来越难了。虽然将成像装置定位在HMD的显示器后面将抵消这种传统方法的一些困难，但是与显示器(诸如液晶显示器)一起使用的传统背光散射和折射光，防止位于显示器后面的成像装置捕获适于识别用户眼睛的瞳孔的用户眼睛的图像。
发明内容
向用户呈现内容的头戴式显示器(HMD)包括由一个或多个反射照明源照明的显示器。显示器和一个或多个反射照明源包括在HMD的前刚性主体中，其包括出射光瞳作为用户眼睛所在的位置。获取并向用户呈现内容的显示器。例如，显示器是液晶显示器。
为了照亮显示器，反射照明源包括耦接到部分透明电路板的照明源，以及复合镜。照明源、部分透明电路板和复合镜定位成比显示器更远离HMD的前刚性主体的出射光瞳。例如，照明源、部分透明电路板和复合镜位于比显示器更靠近HMD的前侧的位置。因此，从HMD的前刚性主体的出射光瞳330，照明源、部分透明电路板和复合镜在显示器后面。
照明源被配置为将光发射到复合镜上。在不同的实施方式中，可以使用任何类型的照明源。示例性照明源310包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、超辐射源和包括在波导中的反射器。照明源耦接到部分透明电路板，其比照明源更靠近显示器。部分透明电路板包括透明基板，诸如玻璃或塑料，以及电路迹线耦接部件。在各种实施方式中，每个电路迹线的高度与宽度的比率等于或大于阈值。
照明源将光发射到复合镜上，该复合镜距离HMD的出射光瞳比显示器更远，并且被定位到距照明源一定的距离处。复合镜是在两个正交轴上具有曲率的镜面。在各种实施方式中，一个或多个轴中的曲率是球形或非球形。在各种实施方式中，复合镜可以是金属镜或干涉镜。另外，复合镜透射入射在复合镜上的某些波长的光，同时反射入射在复合镜上的其他波长的光。例如，复合镜反射入射在复合镜上的可见光，但透射入射在复合镜上的至少50％的红外光(例如，波长为850nm的光)。由照明源发射的光入射在复合镜上，复合镜反射入射光以形成朝向照明源和部分透明电路板的光线。光线通过部分透明电路板朝向显示器透射。
附图说明
图1示出了根据至少一个实施方式的包括呈现内容的头戴式显示器(HMD)的示例系统环境。
图2示出了根据至少一个实施方式的头戴式显示器(HMD)的示图。
图3是根据至少一个实施方式的包括包含反射照明源的电子显示元件的头戴式显示器(HMD)的前刚性主体的横截面。
图4是根据至少一个实施方式的包括包含替代反射照明源的电子显示元件的头戴式显示器(HMD)的前刚性主体的横截面。
图5是根据至少一个实施方式的照明显示器的反射照明源阵列的示例。
附图仅出于说明的目的描绘本公开的实施方式。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，可以采用本文所示的结构和方法的替代实施方式而不脱离本文所述的本公开的原理或益处。
具体实施方式
系统概述
图1是头戴式显示器(HMD)100运行的系统环境。在该示例中，系统环境包括HMD100、输入/输出接口140，均耦接到控制台130。虽然图1示出单个HMD 100、单个成像装置120和单个VR输入/输出接口140，在其他实施方式中，在系统中可以包含任何数量的这些组件。例如，可以存在多个HMD 100，每个HMD具有相关联的输入/输出接口140并且由一个或多个成像装置120监视，其中每个HMD 100、输入/输出接口140和成像装置120与控制台130进行通信。在备选配置中，不同的和/或附加的组件也可以包括在系统环境中。
HMD 100向用户呈现内容。示例内容包括图像、视频、音频或其某种组合。音频内容可以经由HMD 100外部的单独装置(例如，扬声器和/或耳机)呈现，该单独装置从HMD 100、控制台130或两者接收音频信息。图1中所示的HMD 100包括电子显示元件102、光学块104、变焦驱动模块106、眼睛追踪模块108、一个或多个定位器110、内部测量单元(IMU)112，以及一个或多个头部追踪传感器114。
光学块104将来自电子显示元件102的光(下面结合图3和图4进一步描述)引导至出射光瞳以供用户使用一个或多个光学元件(诸如光圈，菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器等、并且可包括不同光学元件的组合)观看。在一些实施方式中，光学块104中的一个或多个光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。通过光学块104对图像光的放大允许电子显示元件102在物理上更小、重量更轻、并且比更大的显示器消耗更少的功率。另外，图像光的放大可以增加所显示内容的视野。例如，所显示内容的视野使得使用几乎所有(例如，150度对角线)并且在一些情况下所有用户的视野来呈现所显示的内容。
在各种实施方式中，光学块104被设计为校正一个或多个光学误差。光学误差的示例包括：桶形失真、枕形失真、纵向色差、横向色差、球面像差、彗形像差、像场弯曲、像散等。在一些实施方式中，提供给电子显示元件102用于显示的内容是预失真的，并且当光学块104接收到基于内容生成的电子显示元件102的图像光时，光学块104校正失真。
变焦致动块106包括变焦元件，使得光学块104改变HMD 100的焦距(或光焦度)，以使用户的眼睛保持舒适区域作为聚散和调节变化。在一个实施方式中，变焦致动块106通过移动电子显示元件102或光学块104(或两者)来物理地改变电子显示元件102和光学块104之间的距离。或者，变焦致动块106通过调节一个或多个透镜的一个或多个属性来改变光学块104的焦距。由变焦致动块调节的透镜的示例属性包括：光程长度、透镜介质的折射率、透镜的形状等。例如，变焦致动块106使用变形聚合物透镜、具有液体透镜的电润湿方法、Alvarez-Lohmann透镜、可变形膜镜、液晶(电活性)透镜或仅相位空间光调制器(SLM)、或任何其他合适的组件改变一个或多个透镜的焦距。另外，也可以使用相对于彼此移动或平移两个透镜来改变HMD 100的焦距。因此，变焦致动块106可包括致动器或马达，其在轨道上移动电子显示元件102或光学块104以改变它们之间的距离或者可以包括用于改变光学块104中包括的一个或多个透镜的属性的致动器和其他部件或机构。在各种实施方式中，变焦致动块106可以与光学块104分离或集成到光学块104中。
在一些实施方式中，光学块104的不同状态对应于HMD 100的不同焦距或者焦距和眼睛位置相对于光学块104的组合。在操作中，对于大约1000个焦距的粒度，光学块104可以在～5mm的范围内移动，位置精度为～5μm，对应于光学块104的1000个状态。可以提供任何数量的状态；然而，为适应人眼的灵敏度的有限数量的状态，允许一些实施方式包括更少的焦距。例如，第一状态对应于理论无限远(0屈光度)的焦距，第二状态对应于2.0米(0.5屈光度)的焦距，第三状态对应于1.0米的焦距(1屈光度)，第四状态对应于0.5米(1屈光度)的焦距，第五状态对应于0.333米(3屈光度)的焦距，第六状态对应于0.250米(4屈光度)的焦距。因此，变焦致动块106设定并改变光学块104的状态以实现期望的焦距。
眼睛追踪模块108追踪HMD 100的用户的眼睛位置和眼睛运动。HMD 100内的相机或其他光学传感器捕获用户眼睛的图像信息，并且眼睛追踪模块108使用捕获的信息以确定瞳孔间距、双眼间距、每只眼睛相对于HMD 100的三维(3D)位置(例如，用于失真调节目的)，包括扭转和旋转的大小(即，滚动、俯仰和偏航)和每只眼睛的注视方向。在一个示例中，红外光在HMD 100内发射并从每只眼睛反射。相机接收或检测反射光并进行分析以从每只眼睛反射的红外光的变化中提取眼睛旋转。可以由眼睛追踪模块108使用用于追踪用户眼睛的许多方法。因此，眼睛追踪模块108可以追踪每只眼睛的多达六个自由度(即，3D位置、滚动、俯仰和偏航)，并且可以从用户的两只眼睛组合追踪量的至少一个子集以估计注视点(即，用户正在观看的虚拟场景中的3D位置或方位)。例如，眼睛追踪模块108集成来自过去测量的信息，测量识别用户头部的位置，且3D信息描述电子显示元件102呈现的场景。因此，用户眼睛的位置和方向的信息是用于确定由用户正在观看的HMD 100呈现的虚拟场景中的注视点。
基于来自眼睛追踪模块108的信息，变焦致动块106基于注视点或由眼睛追踪模块108确定的注视线的估计交叉来确定用户注视的聚散深度。聚焦是双眼在相反方向上的同时移动或旋转，以维持单眼双眼视觉，其由人眼自然地并且自动地执行。因此，用户眼睛被瞄准的位置是用户正在看的位置，并且通常也是用户眼睛聚焦的位置。例如，变焦致动块106对注视线进行三角测量以估计与注视线的交叉相关联的用户的距离或深度。然后，与注视线的交叉相关联的深度可以用作适应距离的近似，其标识距用户眼睛所指向的用户的距离。因此，聚散距离允许确定用户的眼睛应该聚焦的位置和眼睛聚焦的用户眼睛的深度，从而提供诸如物体或焦平面之类的信息，用于渲染对虚拟场景的调整。
在一些实施方式中，并非在确定的聚散深度处为眼睛提供调节，而是可以通过波前传感器(诸如Shack-Hartmann波前传感器)直接确定调节；因此，光学块104的状态可以是每个眼睛的聚散度或适应深度和3D位置的函数，因此光学块104将由电子显示元件102呈现的场景中的对象聚焦到用于用户观看场景。此外，聚散度和调节信息可以组合到聚焦光学块104并且呈现合成的景深模糊。
定位器110是位于HMD 100上相对于彼此并且相对于HMD 100上的特定参考点的特定位置的物体。定位器110可以是发光二极管(LED)、角隅棱镜反射器、反射标记、与HMD 100操作的环境形成对比的一种光源，或其某种组合。有源定位器110(即，LED或其他类型的发光器件)可以在可见波段(～380nm至750nm)、红外(IR)波段(～750nm至1mm)、紫外波段(10nm至380nm)、电磁波谱的一些其他部分、或其某种组合中发射光。
在各种实施方式中，定位器110位于HMD 100的外表面下方，其对于由定位器110发射或反射的光的波长是透明的，或者足够薄以基本上不会衰减由定位器110发射或反射的光的波长。此外，HMD 100的外表面或其他部分在光波长的可见波段中可以是不透明的。因此，定位器110可以在HMD 100的外表面下方发射IR波段的光，该外表面在IR带中是透明的但在可见带中是不透明的。
惯性测量单元(IMU)112是基于从一个或多个头部追踪传感器114接收的测量信号生成快速校准数据的电子装置，其响应于HMD 100的运动而生成一个或多个测量信号。头部追踪传感器114的示例包括加速度计、陀螺仪、磁力计、适于检测运动的其他传感器、校正与IMU 112相关联的误差、或其某种组合。头部追踪传感器118可以位于IMU 112外部、IMU 112内部或其某种组合。
基于来自头部追踪传感器118的测量信号，IMU 112生成指示HMD 100相对于HMD100的初始位置的估计位置的快速校准数据。例如，头部追踪传感器118包括多个加速度计以测量平移运动(前进/后退、上/下、左/右)和多个陀螺仪以测量旋转运动(例如，俯仰、偏航和侧倾)。例如，IMU 112可以快速采样测量信号并根据采样数据计算HMD 100的估计位置。例如，IMU 112随时间积分从加速度计接收的测量信号以估计速度矢量并且随时间积分速度矢量以确定HMD 100上的参考点的估计位置。参考点是可用于描述HMD 100的位置的点。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在各种实施方式中，参考点被定义为HMD 100内的点(例如，IMU 112的中心)。或者，IMU 112将采样的测量信号提供给控制台130，控制台130确定快速校准数据。
IMU 112还可以从控制台130接收一个或多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或多个校准参数用于维持HMD 100的追踪。基于接收的校准参数，IMU 112可以调整一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，某些校准参数使IMU 112更新参考点的初始位置以对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与确定估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差)使得参考点的估计位置随时间“漂移”远离参考点的实际位置。
成像装置120根据从控制台130接收的校准参数产生慢校准数据。慢校准数据包括一个或多个图像，其示出了成像装置120可检测的定位器110的观察位置。在各种实施方式中，成像装置120可包括一个或多个相机、一个或多个视频相机、能够捕获包括一个或多个定位器110的图像的其他装置、或其某种组合。另外，成像装置120可包括一个或多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。成像装置120被配置为检测在成像装置120的视野中从定位器110发射或反射的光。在定位器110包括无源元件(例如，后向反射器)的实施方式中，成像装置120可包括照明定位器110中的一些或全部的光源，其将光反向朝向成像装置120中的光源反射。慢校准数据被从成像装置120传送到控制台130，并且成像装置120接收一个或多个来自控制台130的校准参数用于调整一个或多个成像参数(例如，焦距、焦距、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
输入/输出接口140是允许用户向控制台130发送动作请求的装置。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序或在应用程序内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或多个输入装置。示例输入装置包括键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将所接收的动作请求传送到控制台130的任何其他合适的装置。由输入/输出接口140接收的动作请求被传送到控制台130，其执行与动作请求相对应的动作。在一些实施方式中，输入/输出接口140可以根据从控制台130接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，输入/输出接口140提供触觉反馈，或者控制台130将指令传送到输入/输出接口140，使得输入/输出接口140在控制台130执行动作时生成触觉反馈。
控制台130根据从成像装置120、HMD 100或输入/输出接口140接收的信息向HMD100提供内容以呈现给用户。在图1所示的示例中，控制台130包括应用程序商店122、追踪模块134和引擎136。控制台130的一些实施方式具有与结合图1描述的模块不同或附加的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以以与这里描述的方式不同的方式分布在控制台130的组件之间。
应用程序商店132存储一个或多个应用程序以供控制台130执行。应用程序是一组指令，当由处理器执行时，生成用于呈现给用户的内容。由应用程序生成的内容可以响应于通过HMD 100的移动或经由输入/输出接口140从用户接收的输入。应用程序的示例包括游戏应用程序、会议应用程序、视频回放应用程序或其他合适的应用程序。
追踪模块134使用一个或多个校准参数来校准系统环境，并且可以调整一个或多个校准参数以减少确定HMD 100的位置时的误差。例如，追踪模块134调整成像装置120的焦点，以获得HMD 100上观察到的定位器110的更准确位置。此外，由追踪模块134执行的校准还考虑从IMU 112接收的信息。另外，如果丢失了对HMD 100的追踪(例如，成像装置120失去至少阈值数量的定位器110的视线)，则追踪模块134重新校准一些或所有系统环境组件。
另外，追踪模块134使用来自成像装置120的慢校准信息来追踪HMD 100的移动，并使用来自慢校准信息的观察到的定位器和HMD的模型来确定HMD 100上的参考点的位置。追踪模块134还使用来自HMD 100上的IMU 112的快速校准信息的位置信息来确定HMD 100上的参考点的位置。另外，追踪模块134可以使用快速校准信息、慢速校准信息或其某种组合的部分来预测HMD 100的未来位置，该未来位置被提供给引擎136。
引擎136在系统环境内执行应用程序，并从追踪模块134接收HMD 100的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于所接收的信息，引擎136确定要提供给HMD 100以呈现给用户的内容，诸如虚拟场景。例如，如果所接收的信息指示用户向左看，则引擎136为HMD 100生成镜像或追踪用户在虚拟环境中的移动的内容。另外，引擎136响应于从输入/输出接口140接收的动作请求，在控制台130上执行的应用内执行动作，并向用户提供执行动作的反馈。所提供的反馈可以是经由HMD 100的视觉或听觉反馈或经由输入/输出接口140的触觉反馈。
图2是根据至少一个实施方式的头戴式显示器(HMD)100的图。在该示例中，HMD100包括前刚性主体和围绕用户头部的带。前刚性主体包括对应于电子显示元件102、IMU112、头部追踪传感器114和定位器110的一个或多个电子显示元件。在该示例中，头部追踪传感器114位于IMU 112内。
定位器110相对于彼此并且相对于参考点200位于前刚性主体上的固定位置。在该示例中，参考点200位于IMU 112的中心。每个定位器110发射可由成像装置120检测的光。定位器110或定位器110的部分位于前刚性主体的前侧、顶侧、底侧、右侧和左侧，如图2所示。
头戴式显示器中包含的显示器的反射照明
图3是包括包含反射照明源的电子显示元件102的头戴式显示器(HMD)100的前刚性主体的横截面。在图3的示例中，电子显示元件102包括显示器305，其从控制台130或从另一个源获得内容并呈现内容。例如，显示器305是液晶显示器。电子显示元件102还包括耦接到部分透明电路板315的照明源310，以及复合镜320。然而，在其他实施方式中，电子显示元件102可以包括与结合图3所示的组件不同或附加的组件。
照明源310、部分透明电路板315和复合镜320定位成比显示器305更远离HMD 100的前刚性主体的出射光瞳330。例如，照明源310、部分透明电路板315和复合镜320位于比显示器305更靠近HMD 100的前侧的位置。因此，从HMD 100的前刚性主体的出射光瞳330，照明源310、部分透明电路板315和复合镜320位于显示器305的后面。
照明源310被配置为将光发射到复合镜320上。在不同的实施方式中，可以使用任何类型的照明源310。示例性照明源310包括发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、超辐射源和包括在波导中的反射器。然而，在不同实施方式中，任何合适的光源可以用作照明源310。
照明源310耦接到部分透明电路板315，其比照明源310更靠近显示器305。部分透明电路板315包括透明基板，诸如玻璃或塑料，以及电路迹线耦接组件。在各种实施方式中，电路迹线具有高纵横比，电路迹线的高度与电路迹线的宽度的比率等于或大于0.25。然而，在其他实施方式中，电路迹线的高度与电路迹线的宽度之比至少为0.5。作为另一示例，电路迹线的高度与电路迹线的宽度的比率至少为1.0，而在其他示例中，电路迹线的高度与电路迹线的宽度的比率至少为1.5。在各种实施方式中，电路迹线的前表面和后表面都是高反射性的。另外，部分透明电路板315包括一个或多个安装垫，以与照明源310形成结合并与之电连接。最靠近显示器305的安装垫的表面是高反射性的。另外，在各种实施方式中，最靠近显示器305的安装垫的表面是平坦的。
照明源310将光发射到复合镜320上，复合镜320比显示器305更远离HMD 100的出射光瞳330并且定位在距照明源310一定距离处。复合镜320是在两个正交轴上具有曲率的镜面。在各种实施方式中，一个或多个轴中的曲率是球形或非球形。非球面表面是在不同实施方式中用圆锥、多项式非球面表面、变形表面、Zernike表面或自由形状表面修饰的球形表面。复合镜320还可以包括可控制地改变由复合镜320反射的光线的角度的结构。用于改变由复合镜320反射的光线的角度的示例性结构包括曲率的周期性变化、随机结构、和可控制散射光的涂层。
在各种实施方式中，复合镜320可以是金属镜或干涉镜。示例性干涉镜包括通过物理气相沉积(PVD)、溅射、原子层沉积(ALD)、聚合物涂层或聚合物膜制成的干涉镜。在各种实施方式中，复合镜320的涂层反射入射在复合镜320上的光的至少50％；在其他实施方式中，复合镜320的涂层反射入射在复合镜320上的光的至少90％。另外，复合镜320透射入射在复合镜320上的某些波长的光，同时反射入射在复合镜320上的其他波长的光。例如，复合镜320反射入射在复合镜320上的可见光，但透射入射在复合镜320上的至少50％的红外光(例如，具有850nm波长的光)。作为另一示例，复合镜320反射入射在复合镜320上的可见光，但透射入射在复合镜320上的至少90％的红外光(例如，具有850nm波长的光)。
由照明源310发射的光入射在复合镜320上，复合镜320反射入射光以形成朝向照明源310和部分透明电路板315的光线325。光线325由部分透明电路板315朝向显示器305透射。在一些实施方式中，四分之一波长延迟器位于照明源310和显示器305之间，因此，透过部分透明电路板315的光线325在到达显示器之前通过四分之一波长延迟器。附加地或替代地，反射偏振器160位于照明源310和显示器305之间，因此透射通过部分透明电路板315的光线325在到达显示器305之前穿过反射偏振器。在一些实施方式中，四分之一波长延迟器和反射偏振器都位于显示器305和部分透明电路板315之间，因此，透过部分透明电路板315的光在到达显示器305之前穿过四分之一波长延迟器和反射偏振器。
来自显示器305的光通过光学块104指向HMD 100的前刚性主体的出射光瞳330，如上面结合图1进一步描述的。出射光瞳330是HMD 100的前刚性主体的位置，当用户佩戴HMD100时，用户的眼睛定位在该位置。在各种实施方式中，作为眼睛追踪模块108的一部分的图像捕获装置(例如照相机)位于复合镜320的后面(例如，比复合镜320更靠近HMD 100的前刚性主体的前侧)。图像捕获装置捕获由复合镜320透射的光，诸如在各种实施方式中的红外波长的光，并且生成位于出射光瞳330处的用户眼睛的图像，如上面结合图1进一步描述的。
图4是包括包含替代反射照明源的电子显示元件102的头戴式显示器(HMD)100的前刚性主体的横截面。在图4的示例中，电子显示元件102包括显示器305，其从控制台130或从另一个源获得内容并呈现内容。电子显示元件102还包括耦接到部分透明电路板315的照明源310，以及复合镜320。然而，在其他实施方式中，电子显示元件102可以包括与结合图4所示的组件不同或附加的组件。
在图4的示例中，复合镜320包括在光学材料400中。示例性光学材料400包括无机玻璃(例如，钠钙或硼硅酸盐)、聚合物(例如，硅树脂)、丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、环氧树脂、聚碳酸酯和聚烯烃(例如环状聚烯烃)。在各种实施方式中，光学材料400具有介于1.2和1.9之间的折射率，而在其他实施方式中，光学材料400具有介于1.4和1.6之间的折射率。虽然图4示出了包括在单个光学材料400中的复合镜320的实施方式，但是在其他实施方式中，光学材料400包围复合镜320的最靠近照明源310的表面，而不同的替代光学材料位于复合镜320的距离照明源310最远的附加表面的后面。例如，通过注射成型聚合物并用合适的反射材料涂覆复合镜320的弯曲表面来形成复合镜320的阵列，并且用不同的聚合物填充阵列的表面，诸如铸塑和紫外线或热固化树脂。
在图4所示的实施方式中，照明源305包括在光学材料400中；然而，在其他实施方式中，照明源305在光学材料400的外部。或者，照明源光学耦接到光学材料400。在另一实施方式中，具有小于阈值折射率的材料位于照明源305和光学材料400之间。
光学材料400具有靠近照明源310的表面405和靠近复合镜320的后表面(即，距离显示器305最远的复合镜的表面)的附加表面410。在各种实施方式中，光学材料400的表面405平行于光学材料400的附加表面410。在各种实施方式中，表面405和附加表面410是平坦且光滑的；或者，表面405和附加表面410具有任何合适的结构，以提供至少阈值量的光漫射。
图5是照明显示器515的反射照明源阵列500的示例。阵列500包括多个复合镜505，每个复合镜505由相应的照明源510照明。如上面结合图3和图4进一步描述的，每个复合镜505与相应的照明源510相距一定距离，该照明源510将光发射到复合镜505上。由照明源510发射的光被相应的复合镜505反射，作为指向显示器515的一部分的光线，显示器515位于照明源510的与复合镜505相对的一侧。
结论
已经出于说明的目的呈现了实施方式的前述描述；它并非旨在详尽无遗或将专利权限制在所公开的精确形式上。相关领域的技术人员可以理解，鉴于以上公开内容，许多修改和变化是可能的。
实施方式可以包括人工现实系统或者与人工现实系统结合实施。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混合现实、或其某些组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括与捕获的(例如，真实世界)内容组合的完全生成的内容或生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，并且其中的任何一个可以在单个频道或多个频道中呈现(诸如向观看者产生三维效果的立体视频)。另外，在一些实施方式中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，其例如用于在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立HMD、移动装置或计算系统、或能够向一个或多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，并且可能未选择它来描绘或限制专利权。因此，专利权的范围旨在不受该详细描述的限制，而是受基于此处的申请的任何权利要求的限制。因此，实施方式的公开内容旨在说明而非限制专利权的范围，其在以下权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种头戴式显示器(HMD)，包括：
电子显示元件，被配置为向佩戴所述HMD的用户显示内容，所述电子显示器包括：
照明源，耦接到部分透明电路板，所述照明源被配置为将光发射到位于距所述照明源一定距离处的复合镜上；
所述复合镜，所述复合镜在两个正交轴上具有曲率，所述复合镜反射来自所述照明源的光，以形成指向所述照明源的、且透射过耦接到所述照明源的所述部分透明电路板的光线；以及
显示器，呈现内容并被定位成使得透射过所述部分透明电路板的光线入射在所述显示器上；以及
光学块，被配置为将来自所述电子显示元件的光引导到所述HMD的出射光瞳。
2.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述照明源包括发光二极管。
3.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述复合镜包括在光学材料中，所述光学材料具有靠近所述照明源的表面和靠近所述复合镜的距离所述显示器最远的表面的附加表面。
4.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述表面平行于所述附加表面。
5.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述光学材料具有1.2至1.9之间的折射率。
6.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述光学材料具有1.4至1.6之间的折射率。
7.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述电子显示元件还包括：
四分之一波长延迟器，位于所述照明源和所述显示器之间，因此透射过所述部分透明电路板的光线在到达所述显示器之前通过所述四分之一波长延迟器。
8.根据权利要求7所述的HMD，其中，所述电子显示元件还包括：
反射偏振器，位于所述显示器和所述部分透明电路板之间，因此透射过所述部分透明电路板的光线在到达所述显示器之前穿过所述四分之一波长延迟器和所述反射偏振器。
9.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述电子显示元件还包括：
反射偏振器，位于所述显示器和所述部分透明电路板之间，使得透射过所述部分透明电路板的光线在到达所述显示器之前穿过所述反射偏振器。
10.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述复合镜反射可见光并透射红外光。
11.根据权利要求10所述的HMD，其中，所述复合镜透射入射在所述复合镜上的至少90％的红外光。
12.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述部分透明电路板包括透明基板和一个或多个电路迹线，每个电路迹线的电路迹线的高度与所述电路迹线的宽度的比率等于或大于1.0。
13.根据权利要求12所述的HMD，其中，所述透明基板包括玻璃或塑料。
14.一种装置，包括：
照明源，耦接到部分透明电路板，所述照明源被配置为将光发射到位于距所述照明源一定距离处的复合镜上；
所述复合镜，所述复合镜在两个正交轴上具有曲率，所述复合镜反射来自所述照明源的光，以形成指向所述照明源的、且透射过耦接到所述照明源的所述部分透明电路板的光线；以及
显示器，呈现内容并被定位成使得透射过所述部分透明电路板的光线入射在所述显示器上。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述复合镜包括在光学材料中，所述光学材料具有靠近所述照明源的表面和靠近所述复合镜的距离所述显示器最远的表面的附加表面。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述表面平行于所述附加表面。
17.根据权利要求15所述的装置，其中，所述光学材料具有1.4至1.6之间的折射率。
18.根据权利要求14所述的装置，其中，所述照明源包括发光二极管。
19.根据权利要求14所述的装置，其中，所述复合镜反射可见光并透射红外光。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述复合镜透射入射在所述复合镜上的至少90％的红外光。
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