CN105074537A

CN105074537A - 三件套棱镜目镜

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Publication number: CN105074537A
Application number: CN201380065159.5A
Authority: CN
Inventors: S·J·罗宾斯
Original assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Current assignee: Microsoft Technology Licensing LLC
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: US20140160576A1; CN105074537B; WO2014093521A1; WO2014093521A8; US8937771B2; EP2932326A1

Abstract

本文中公开了包括棱镜目镜和微型显示器的棱镜目镜及光学系统。棱镜目镜可以包括三个棱镜。主体棱镜具有从诸如微型显示器的源接收光的表面。另一个棱镜具有从诸如真实世界的源接收光的表面。这些图像都投射透过邻近出射光瞳的又一个棱镜的表面。邻近出射光瞳的棱镜的表面可以是平坦的。从诸如真实世界的源接收光的棱镜的表面也可以是平坦的。这些平坦的表面可以相互平行。这允许来自真实世界的光被传送到出射光瞳而没有畸变。

Description

三件套棱镜目镜

背景

混合现实是一种允许将虚拟图像与真实世界物理环境相混合的技术。作为一个示例，用户可以佩戴包括微型显示器和光学系统的头戴式显示器(HMD)，微型显示器和光学系统两者将来自微型显示器的图像投射到用户眼睛并允许用户看到真实世界。

构造这样的光学系统提供了数种挑战。一个问题是在将来自微型显示器图像投射到用户眼睛的同时向用户提供真实世界的清晰且无畸变的视图。

发明内容

在本文中描述了提供将来自两个不同源的图像投射到光学系统的出射光瞳的光学系统的各实施例的技术。在一个实施例中光学系统包括三个棱镜。主体棱镜具有从诸如微型显示器的源接收光的表面。另一个棱镜具有从诸如真实世界的源接收光的表面。这些图像都投射透过邻近用户眼睛的又一个棱镜的表面。邻近用户眼睛的棱镜的表面是平坦的。从诸如真实世界的源接收光的棱镜的表面也是平坦的。这允许来自真实世界的光被传送到用户眼睛而没有畸变。

一个实施例包括一种装置，该装置包括第一棱镜、第二棱镜和校正板。第一棱镜具有第一表面、第二表面和第三表面。第二棱镜具有邻近第一棱镜的第二表面的第一表面。第二棱镜具有平坦的第二表面。在第二棱镜的第一表面和第一棱镜的第二表面之间存在气隙。校正板具有邻近第一棱镜的第三表面的第一表面。校正板具有平坦的第二表面。第一棱镜、第二棱镜和校正板被配置成使得进入第一棱镜的第一表面的光自第二棱镜的第二表面发射。第一棱镜、第二棱镜和校正板被配置成使得进入校正板的第二表面的光自第二棱镜的第二表面发射。

一个实施例包括一种透视头戴式显示装置，该透视头戴式显示装置包括微型显示器、第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜。第一棱镜具有第一表面，该第一表面被配置成接收来自所述微型显示器的光。第一棱镜还具有第二表面和第三表面。第二棱镜具有第一表面，该第一表面被配置成接收来自第一棱镜的第二表面的光。第二棱镜的第二表面被配置成向出射光瞳传送光。第二棱镜的第二表面是平坦的。在第二棱镜的第一表面和第一棱镜的第二表面之间存在气隙。第三棱镜具有邻近第一棱镜的第三表面的第一表面。第三棱镜具有平坦的第二表面。第二棱镜的平坦的第二表面平行于第三棱镜的平坦的第一表面。第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜配置成将进入第三棱镜的第二表面的光传送到出射光瞳。第一棱镜、第二棱镜和第三棱镜配置成从微型显示器向出射光瞳传送光。

一个实施例包括一种光学系统，该光学系统包括微型显示器、第一棱镜、第二棱镜和校正板。第一棱镜具有第一表面、第二表面、第三表面和本体。第一棱镜的第一表面、第二表面和第三表面中的至少一个是自由形式表面。第一棱镜被配置成接收来自微型显示器的光进入第一表面。第二棱镜具有第一表面、第二表面和本体。第二棱镜的第二表面邻近第一棱镜的第二表面。第二棱镜的第二表面是平坦的。校正板具有第一表面、第二表面和本体。校正板的第一表面邻近第一棱镜的第三表面。校正板的第二表面是平坦的，并且平行于第二棱镜的平坦的第二表面。从微型显示器进入第一棱镜的第一表面的光在第一棱镜的第二表面处被全内反射反射，接着在第一棱镜的第三表面处被反射，接着被传送离开第一棱镜的第二表面进入在第一棱镜和第二棱镜之间的气隙，接着进入第二棱镜的第一表面，并接着离开第二棱镜的第二表面。进入校正板的第二表面的光被传送透过校正板的本体，透过第一棱镜的本体，进入气隙，透过第二棱镜的本体，并离开第二棱镜的第二表面。

提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念的选集。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图简述

图1A是描绘光学系统的一个实施例的图示。

图1B描绘沿A-A’线的图1A的棱镜目镜的一个实施例的横截面。

图1C描绘图1A的第二棱镜的一个实施例。

图2A是描绘由用户配戴的透视头戴式显示(HMD)装置的一个实施例的图示。

图2B是描绘具有单个光学系统的透视头戴式显示(HMD)装置的一个实施例的图示。

图2C描绘包括HMD的系统的一个实施例。

图2D描绘包括具有单个光学系统的HMD的系统的一个实施例，该单个光学系统提供针对双眼的图像。

图3A描绘了光学系统的一个实施例。

图3B描绘了棱镜目镜的一个实施例。

图3C描绘了光学系统的一个实施例。

图4A是与透视近眼混合现实显示单元的硬件和软件组件的一个实施例的框图。

图4B是与透视近眼混合现实显示单元相关联的处理单元的硬件和软件组件的一个实施例的框图。

图5是可以在本文中所述技术的各实施例中操作的示例性移动设备的框图。

图6是另一示例性处理设备的框图。

详细描述

本文中所述的技术包括棱镜目镜。一个实施例包括一包括微型显示器和棱镜目镜的光学系统。一个实施例包括一包括微型显示器和棱镜目镜的头戴式显示器。

在一个实施例中，棱镜目镜可以包括三个棱镜。主体棱镜具有从诸如微型显示器的源接收光的表面。另一个棱镜具有从诸如真实世界的源接收光的表面。这些图像都投射透过邻近用户眼睛的另一个棱镜的表面。邻近用户眼睛的棱镜的表面可以是平坦的。从诸如真实世界的源接收光的棱镜的表面也可以是平坦的。这些平坦的表面可以相互平行。这允许来自真实世界的光被传送到用户眼睛而没有畸变。

图1A是描绘光学系统的一个实施例的图示。该图描绘在y-z平面内的横截面。一般而言，光学系统100包括棱镜目镜101和微型显示器108。在一个实施例中，棱镜目镜101包括三个棱镜。存在还被称作第一棱镜的主体102。存在内部或第二棱镜104。存在还被称作第三棱镜的校正板106。

主体102包括数个表面。这些表面中的三个表面被描绘为图1A中所表示的y-z平面内的线。第一表面111邻近微型显示器108，从而使它可以接收来自微型显示器108的光。第二表面113被描绘成邻近第二棱镜104。第二表面113不需要任何特殊的涂层。在一个实施例中，第一棱镜102的第二表面113是自由形式表面。在一个实施例中，第一棱镜102的第二表面113旋转对称。

第三表面115邻近校正板106。第三表面115可以是准直表面。第三表面115可以具有部分反射涂层。作为一个示例，该涂层可以提供约30％的反射率。这允许约70％的来自真实世界的光的传输透过表面115传递。反射率可以更高或更低。在一个实施例中，第一棱镜102的第三表面115是球形的。在一个实施例中，第一棱镜102的第三表面115旋转对称。然而，并不要求该第三表面115是旋转对称的。在一个实施例中，第一棱镜102的第三表面115是自由形式表面。

这三个表面111、113、115中的每一个表面可以被用来校正光学系统100中的光学象差。因此，存在用以校正光学象差的数个自由度。例如，可以校正离轴象差。这三个表面111、113、115中的每一个表面可以是自由形式的，或者替换地可以是旋转对称的。注意，这三个表面111、113、115中的一个或多个表面可以是自由形式的，而这些表面中的其他表面可以是旋转对称的。

第二棱镜104具有数个表面。这些表面中的两个表面被标记在图1A中。第一表面121邻近第一棱镜102。在第二棱镜104的第一表面121和第一棱镜102的第二表面113之间存在气隙109。气隙109可以是约1mm。但是，气隙109可以更小或更大。注意，具有较小的气隙可以减少畸变。第二棱镜的第一表面121可以被匹配到第一棱镜的第二表面113。第二棱镜104的第一表面121可以具有取决于第一棱镜102的第二表面113的形状。例如，这两个表面113、121的质量要求(prescription)可以匹配。具有小气隙和具有相同质量要求的组合可以最小化透视畸变。如果气隙非零则畸变可以非零。然而，在表面113和表面121重合的极限下，畸变可以变成零。在一个实施例中，第二棱镜104的第一表面121是自由形式表面。在一个实施例中，第二棱镜104的第一表面121旋转对称。

第二棱镜104也具有第二表面123。在一个实施例中，第二表面123是平坦的。例如，该第二表面可以是平面。

第三棱镜106(或校正板)具有数个表面。这些表面中的两个表面被标记在图1A中。第一表面131邻近第一棱镜102。在一个实施例中，第三棱镜106的第一表面131与第一棱镜102的第三表面115具有共同边界。例如，这两个表面115、131可以相互物理接触。在一个实施例中，第三棱镜106的第一表面131是自由形式表面。在一个实施例中，第三棱镜106的第一表面131旋转对称。

第三棱镜106还具有第二表面133。在一个实施例中，该第二表面133是平坦的。例如，该第二表面可以是平面。在一个实施例中，第二棱镜104的平坦的第二表面123平行于第三棱镜106的平坦的第二表面133。在一个实施例中，第二棱镜104的第二表面123处于第一平面中，而校正板106的第二表面133处于与第一平面平行的第二平面中。

在一个实施例中，来自微型显示器108的光进入第一棱镜102的第一表面111，在此光可以被折射。该光透过第一棱镜102的本体传送到第一棱镜102的第二表面113。在一个实施例中，该光在第二表面113处被全内反射反射。该光被反射朝向第一棱镜102的第三表面115。光可以在第一棱镜102的第三表面115处反射回第一棱镜102的本体中。因此，光可以在第一棱镜102和第三棱镜106之间的边界处被反射。并不要求所有的光被反射回本体中。

还是参考来自微型显示器108的光，在传送透过第一棱镜102的本体之后，光透过第二表面113离开第一棱镜102，行进透过气隙109，并且透过第二棱镜104的第一表面121进入第二棱镜104。在行进透过第二棱镜104的本体之后，光离开第二棱镜104的第二表面123。在一个实施例中，光学系统100的出射光瞳位于邻近第二棱镜104的第二表面123处。

在第一棱镜102的第二表面113和气隙109之间的边界处可以存在光的一些折射。在气隙109和第二棱镜104的第一表面121之间的边界处也可以存在光的一些折射。当光离开第二棱镜104的第二表面123时也可以存在光的一些折射。在离开第二表面123之后，光可以传递通过空气直到抵达用户眼睛。

接下来，将讨论在第三棱镜106的第二表面133处收到的光的传输。第三棱镜106的第二表面133自诸如真实世界图像的源接收光。该光进入第三棱镜106的本体。在该入口处光可以折射。在传递透过第三棱镜106的本体之后，光透过第三棱镜106的第一表面131离开并且透过主体102的第三表面115进入主体102。在一个实施例中，主体102的折射率与校正板106的折射率相匹配。因此，光未必在第一棱镜和第三棱镜之间的边界处折射。

如前所述，第一棱镜102的第三表面115具有部分反射涂层。该涂层可以防止少量来自真实世界图像的光进入主体102。然而，该涂层可以被设计成允许大部分光进入。

在传递透过第一棱镜102的本体之后，光透过第一棱镜102第二表面113离开第一棱镜102，行进透过气隙109，并且透过第二棱镜104的第一表面121进入第二棱镜104。在行进透过第二棱镜104的本体之后，光离开第二棱镜104的第二表面123。

棱镜目镜101允许透过第三棱镜106的第二表面133进入的光传递透过并透过第二棱镜104的第二表面123离开而仅有少量畸变或没有畸变。在一个实施例中，第二棱镜104的第二表面123是图1A中描绘的x-y平面内的平坦表面。第三棱镜106的第二表面133也可以是图1A中描绘的x-y平面内的平坦表面。因此，这两个平坦的表面123、133可以相互平行。由于这些表面123、133可以是平坦的并且相互平行的，故而仅发生真实世界图像的极少畸变或者没有畸变。

图1A描绘了照明器153，该照明器153可以为微型显示器108提供光。因此，该示例是背光技术。然而，照明器153可以在微型显示器108的前面或者是微型显示器108的一部分。因此，可以使用许多技术来实现微型显示器108。例如，微型显示器108可以使用透射投影技术来实现，其中光源由光学活性材料来调制，用白光从背后照亮。这些技术通常是使用具有强大背光和高光能量密度的LCD类型的显示器来实现的。微型显示器108还可使用反射技术来实现，其中外部光被光学活性材料反射并调制。取决于该技术，照明是由白光源或RGB源来向前点亮的。数字光处理(DLP)、硅上液晶(LCOS)、以及来自Qualcomm有限公司的显示技术都是高效的反射技术的示例，因为大多数能量从已调制结构反射离开并且可用在本文描述的系统中。附加地，微型显示器108可以使用发射技术来实现，其中光由该显示器生成。

图1B从另一个视角描绘图1A的棱镜目镜101。图1B描绘沿A-A’线的棱镜目镜的切片。因此，该横截面切片处于x-z平面内。注意，微型显示器108没有描绘在此视图中。

如前所述，第二棱镜104的第二表面123可以是平坦的。第三棱镜106的第二表面133也可以是平坦的。如前所述，这些表面123、133中的两者可以是相互平行的平面。例如，这些表面123、133可以平行于图1A和1B中所表示的x-y平面。

参考图1B，例如来自真实世界图像的光可以进入第三棱镜106的第二表面113并且分别透过第三棱镜106、第一棱镜102和第二棱镜104的本体传送到出射光瞳而仅有少量光学畸变或没有光学畸变。

一个实施例的棱镜目镜100可以具有约10mm的出射光瞳。焦距可以是约22mm。视野可以是约60°x36°。参考图1A，棱镜目镜101在z方向上的长度可以是约20mm。光学系统100在y方向上的长度可以是约40mm。注意，这些参数是用于解说之便，并且可以是不同的。所有参数可具有更高或更低的值。

图1C描绘第二棱镜104的一个实施例。可以看到第二表面123的平坦的平面形状。在图1C中，该表面平行于xy-平面。第一表面121可以是自由形式表面。然而，第一表面可以旋转对称。

图2A是描绘由用户配戴的透视头戴式显示(HMD)装置2的一个实施例的图示。透视HMD2(在一个实施例中它是带框架118的眼镜的形状)被佩戴在用户的头上，使得用户可以透视显示器(在该示例中该显示器体现为用于每一只眼睛的光学系统100a/100b)，并且从而具有对该用户前方的空间的实际直接视图。使用术语“实际直接视图”来指直接用人眼看到真实世界对象，而非看到所创建的对象的图像表示的能力。例如，透过眼镜看房间将允许用户得到该房间的实际直接视图，而在电视机上查看房间的视频不是该房间的实际直接视图。基于执行软件(例如，游戏应用)的上下文，该系统可以将虚拟对象的图像(有时称为虚拟图像或全息图)投影在可由人透过棱镜目镜101观看的微型显示器108上，同时该人还透过该棱镜目镜101观看真实世界对象。

在该实施例中，HMD2包括两个光学系统100a、100b。每个光学系统100a、100b包括棱镜目镜101和微型显示器108。因此，在该实施例中HMD2具有针对每只眼睛的光学系统100。然而，作为另一个替换，可以存在用于双眼的单个光学系统。

作为又一种可能性，HMD2可以具有被设计成仅给一只眼睛提供图像的单个光学系统。图2B是描绘具有单个光学系统100的透视头戴式显示(HMD)装置2的一个实施例的图示，该单个光学系统100具有微型显示器108和被设计成仅给一只眼睛提供图像的棱镜目镜101。在此情况下，框架118可以绕用户的头部向后缠绕，通过安装到用户头部的后半部分而有效地附连，而不是作为类似眼镜的镜框。

图2C描绘包括HMD2的系统10的一个实施例。系统10包括经由线6与处理单元4通信的HMD。在其他实施例中，HMD2经由无线通信与处理单元4通信。处理单元4可以采取各种实施例。在一些实施例中，处理单元4是可以佩戴在用户的身体(例如，在所示示例中的腕上或置于口袋中)的分开的单元，并且包括用于操作透视近眼显示设备2的计算能力中的大部分能力。处理单元4可以与一个或多个计算系统、热点、蜂窝数据网络等无线地(例如，WiFi、蓝牙、红外、或其他无线通信手段)通信。在其他实施例中，处理单元4的功能可被集成在HMD2的软件和硬件组件中。

HMD2具有第一光学系统100a和第二光学系统100b。每个光学系统100包括棱镜目镜101和微型显示器108。光学系统100a、100b连接至HMD2的框架118。框架118可以包括或支持各种电路系统，诸如电路系统136和/或耳机130。

可以用图1A中所描绘的光学系统100来实现图2C的光学系统100。第一平面202被描绘为平分第一光学系统100a的棱镜目镜101和微型显示器108。该第一平面在y-z平面内。根据一个实施例，图1A描绘图2C的光学系统100沿第一平面202的横截面。

第二平面204被描绘为平分第二光学系统100b的棱镜目镜101。该第二平面在x-z平面内。根据一个实施例，图1B描绘图2C的棱镜目镜101沿第二平面204的横截面。

框架118提供用于将该系统的各元件保持在原位的支承体以及用于电连接的管道。在一个实施例中，框架118提供了便利的眼镜架作为下面进一步讨论的系统的各元件的支撑体。在其他实施例中，可以使用其他支承结构。这样的结构的示例是遮罩、帽子、头盔或护目镜。框架118包括用于搁置在用户的每只耳朵上的边撑或侧臂。框架118可以包括用于操作微型显示器108的控制电路系统136。框架的鼻梁104可以包括用于记录声音并向处理单元4传送音频数据的话筒3。

图2D描绘具有HMD2的系统的一个实施例。HMD2具有给双眼提供图像的单个光学系统100。光学系统100可以包括单个棱镜目镜101和单个微型显示器108。光学系统100连接至HMD2的框架118。

可以用图1A中所描绘的光学系统100来实现图2D的光学系统100。平面212被描绘为平分光学系统100的棱镜目镜101和微型显示器108。这一平面在y-z平面内。图1A描绘图2D的光学系统100的一个实施例沿第一平面212的横截面。

另一平面214被描绘为平分光学系统100的棱镜目镜101。这一平面在x-z平面内。图1B描绘图2D的棱镜目镜101的一个实施例沿这一平面214的横截面。

图3A描绘具有棱镜目镜101和微型显示器108的光学系统100的一个实施例。该图描绘在y-z平面内的横截面。这一实施例在一些方面与图1A和1B中的实施例相似。例如，它具有三件套棱镜目镜101，该三件套棱镜目镜101具有主体102(或第一棱镜)、第二棱镜104和校正板106(或第三棱镜)。如上所提及的，第一棱镜102的表面可以采取许多不同的形状。在此实施例中，主体102的第一表面111和第二表面113在y-z平面内是直线。

图3B描绘具有棱镜目镜101和微型显示器108的光学系统100的一个实施例。该图描绘在x-z平面内的横截面。这一实施例在一些方面与图1A和1B中的实施例相似。例如，它具有三件套棱镜目镜101，该三件套棱镜目镜101具有主体102(或第一棱镜)、第二棱镜104和校正板106(或第三棱镜)。在此实施例中，主体102的第二表面113在x-z平面内是直线。

在一个实施例中，图3B的配置与图3A的配置相结合。在这样的实施例中，主体102的第二表面113可以是平坦的平面。在一个实施例中，主体的第一表面111是平坦的平面。尽管平坦的平面可以简化设计，但是它们将为校正象差提供较少的自由度。

图3C描绘了光学系统100的另一个实施例。这一实施例在一些方面与图1A和1B中的实施例相似。例如，它具有三件套棱镜目镜101，该三件套棱镜目镜101具有主体102(或第一棱镜)、第二棱镜104和校正板106(或第三棱镜)。但是，在微型显示器108和主体102之间存在透镜402。透镜402可以是凸透镜，如图3C所描绘的，但是并不要求其是凸透镜。透镜402可以为校正象差提供另一自由度。在一个实施例中，透镜402是自由形式透镜。例如，透镜402可以是非球面的。然而，透镜402可以旋转对称。主体的各个表面(例如，111、113、115)可以是自由形式的、旋转对称的，等等。同样，第二棱镜104的第一表面121和第三棱镜106的第一表面可以是自由形式的、旋转对称的，等等。

图4A是可以用于一个或多个实施例的透视近眼混合现实显示单元2的硬件和软件组件的一个实施例的框图。图4B是描述处理单元4的各组件的框图。在这一实施例中，透视近眼显示设备2接收来自处理单元4的关于虚拟图像的指令并将传感器信息提供回处理单元4。可被体现在处理单元4中并在图4B中被描绘的软件和硬件组件，将接收来自HMD2的传感器信息。基于这一信息，处理单元4将确定在何处以及在何时向用户提供虚拟图像并相应地将指令发送给HMD2的控制电路系统136。

注意，图4A的各组件中的一些(例如，微型显示器108、照明器153、耳机130、显示调整机构203)被以阴影示出，以指示这些设备中的每一者至少有两个——至少一个用于HMD2的左侧，以及至少一个用于HMD2的右侧。图4A显示与电源管理单元275通信的控制电路200。控制电路200包括处理器210、与存储器253(例如D-RAM)通信的存储器控制器263、相机接口216、相机缓冲218、显示驱动器220、显示格式化器222、定时生成器226、显示输出228，以及显示输入接口230。在一个实施例中，驱动器220的所有组件都通过一个或多个总线的专用线路彼此进行通信。在另一实施例中，控制电路200的每个组件都与处理器210通信。

显示驱动器220将驱动微型显示器108。显示格式化器222可以向执行该增强现实系统的处理的一个或多个计算机系统的一个或多个处理器(例如4、210)提供与被显示在微型显示器108上的虚拟图像有关的信息。定时生成器226被用于向该系统提供定时数据。显示输入230是用于接收诸如要在微型显示器108上显示的虚拟图像之类的图像的缓冲。显示输出230与作为到处理单元4的接口的带接口232通信。

电源管理单元275包括电压调节器234、音频DAC和放大器238、话筒前置放大器和音频ADC240、(诸)显示调整机构驱动器245，以及时钟生成器244。电压调节器234经由带接口232从处理单元4接收电力，并将该电力提供给HMD2的其他组件。照明驱动器236例如经由驱动电流或电压来控制照明器153以大约预定波长或在某一波长范围内操作。音频DAC和放大器238向耳机130提供音频信息。话筒前置放大器和音频ADC240提供用于话筒3的接口。

图4B是与透视近眼混合现实显示单元相关联的处理单元4的硬件和软件组件的一个实施例的框图。处理单元4可包括硬件和软件组件的这一实施例以及执行类似功能的类似组件。图4B示出与电源管理电路307进行通信的控制电路306。控制电路304包括：中央处理单元(CPU)320，图形处理单元(GPU)322、高速缓存324、RAM326、与存储器330(例如，D-RAM)通信的存储器控制器328、与闪存335(或其他类型的非易失性存储)通信的闪存控制器332、经由带接口302和带接口232与透视近眼显示设备2通信的显示输出缓冲336、经由带接口302和带接口340与透视近眼显示设备2通信的显示输入缓冲338、与用于连接到话筒的外部话筒连接器342通信的话筒接口340、用于连接到无线通信组件346的PCIexpress接口，以及(诸)USB端口348。

在一个实施例中，无线通信组件346可包括启用Wi-Fi的通信设备、蓝牙通信设备、红外通信设备等。USB端口可以用于将处理单元4对接到辅助计算设备，以便将数据或软件加载到处理单元4上以及对处理单元4充电。在一个实施例中，CPU320和GPU322是用于确定在何处、何时以及如何向用户的视野内插入虚拟图像的主负荷设备。

电源管理电路306包括：时钟生成器360、模数转换器362、电池充电器364、电压调节器366、透视近眼显示器电源接口376，以及与温度传感器374通信的温度传感器接口372(例如，位于处理单元4的腕带上)。到模数转换器362的交流电连接到充电插孔370以用于接收AC供电并为该系统产生DC供电。电压调节器366与用于向该系统提供电力的电池368进行通信。电池充电器364被用来在从充电插孔370接收到电力时对电池368进行充电(通过电压调节器366)。设备电源接口376向HMD2提供电力。

上述系统可被用于将虚拟图像添加到用户的视图，使得虚拟图像与用户看到的现实图像相混合。在一个示例中，虚拟图像是以它们看上去为原始场景的一部分的方式被添加。

图5是可以在本技术的各实施例中操作的示例性移动设备的框图(例如，处理单元4)。描绘了典型移动电话的示例性电子电路系统。设备1500包括一个或多个微处理器1512，以及存储由控制处理器1512的一个或多个处理器执行来实现此处所述的功能的处理器可读代码的存储器1510(例如，诸如ROM等非易失性存储器和诸如RAM等易失性存储器)。

移动设备1500可包括例如处理器1512、包括应用和非易失性存储的存储器1550。处理器1512可实现通信以及任何数量的应用，包括本文中所描述的交互应用。存储器1550可以是任何种类的存储器存储介质类型，包括非易失性和易失性存储器。设备操作系统处理移动设备1500的不同操作，并可包含用于操作的用户界面，如拨打和接听电话呼叫、文本消息收发、检查语音邮件等。应用1530可以是任何种类的程序，如用于照片和/或视频的相机应用、地址簿、日历应用、媒体播放器、因特网浏览器、游戏、其他多媒体应用、闹钟应用、其他第三方应用、本文中讨论的交互应用等。存储器1510中的非易失性存储组件1540包含诸如web高速缓存、音乐、照片、联系人数据、时间安排数据、以及其他文件等数据。

处理器1512还与RF发射/接收电路系统1506进行通信，该电路系统1506进而耦合到天线1502，它还与红外发射器/接收器1508、与像Wi-Fi或蓝牙等任何附加通信信道1560以及与诸如加速度计等移动/定向传感器1514通信。加速计被包括到移动设备中，以启用诸如让用户通过姿势输入命令的智能用户界面之类的应用，在与GPS卫星断开联系之后计算设备的移动和方向的室内GPS功能，并检测设备的定向，并且，当旋转电话时自动地将显示从纵向变为横向。可以，例如，通过微机电系统(MEMS)来提供加速度计，该微机电系统是构建在半导体芯片上的微小机械器件(微米尺寸)。可以感测加速度方向、以及定向、振动和震动。处理器1512还与响铃器/振动器1516、用户界面键区/屏幕、生物测定传感器系统1518、扬声器1520、话筒1522、相机1524、光传感器1526以及温度传感器1528进行通信。

处理器1512控制无线信号的发射和接收。在发射模式期间，处理器1512向RF发射/接收电路系统1506提供来自话筒1522的语音信号或其他数据信号。发射/接收电路系统1506将该信号发射到远程站(例如固定站、运营商、其他蜂窝电话等)来通过天线1502进行通信。响铃器/振动器1516被用于向用户发传入呼叫、文本消息、日历提醒、闹钟提醒或其它通知等信号。在接收模式期间，发射/接收电路系统1506通过天线1502接收来自远程站的语音或其他数据信号。所接收到的语音信号被提供给扬声器1520，同时所接收到的其它数据信号也被适当地处理。

另外，物理连接器1588可被用来将移动设备1500连接到外部电源，如AC适配器或加电对接底座。物理连接器1588还可被用作到计算设备的数据连接。该数据连接允许诸如将移动设备数据与另一设备上的计算数据进行同步等操作。

为这样的服务启用使用基于卫星的无线电导航来中继用户应用程序的位置的GPS收发机1565。

附图中示出的示例计算机系统包括计算机可读存储介质的示例。计算机可读存储介质包括计算机可读存储设备。这些可以是硬件设备。计算机可读存储介质也是处理器可读存储介质。这样的介质可包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、高速缓存、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、记忆棒或卡、磁带盒、磁带、媒体驱动器、硬盘、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储所需信息且可以由计算机访问的任何其他介质。

图6是可用于实现一个或多个网络可访问计算系统12或处理单元4的计算系统一个实施例的框图。参考图6，示例性系统包括计算设备，诸如计算设备1700。在大多数基本配置中，计算设备1700通常包括一个或多个处理单元1702，包括一个或多个中央处理单元(CPU)和一个或多个图形处理单元(GPU)。计算设备1700还包括存储器1704。取决于计算设备的确切配置和类型，存储器1704可以包括易失性存储器1705(如RAM)、非易失性存储器1707(如ROM、闪存等)或是两者的某种组合。该最基本配置在图17中由虚线1706来例示出。另外，设备1700还可具有附加特征/功能。例如，设备1700还可包含附加存储(可移动和/或不可移动)，包括但不限于磁盘、光盘或磁带。这样的附加存储在图16中由可移动存储1708和不可移动存储1710示出。

设备1700还可包含允许该设备与其他设备通信的(诸)通信连接1712，如一个或多个网络接口和收发机。设备1700还可以具有诸如键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备等(诸)输入设备1714。还可以包括诸如显示器、扬声器、打印机等(诸)输出设备1716。所有这些设备在本领域是众知的并且不必在此详细讨论。

附图中示出的示例计算机系统包括计算机可读存储设备的示例。计算机可读存储设备也是处理器可读存储设备。这样的设备包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任意方法或技术来实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动存储器设备。处理器或计算机可读存储设备的一些是RAM、ROM、EEPROM、高速缓存、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、记忆棒或卡、磁带盒、磁带、媒体驱动器、硬盘、磁盘存储或其他磁性存储设备、或能用于存储信息且可以由计算机访问的任何其他设备。

尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但可以理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作是作为实现权利要求的示例形式公开的。

Claims

1.一种装置，包括：

具有第一表面的第一棱镜，所述第一棱镜具有第二表面和第三表面；

第二棱镜，所述第二棱镜具有邻近所述第一棱镜的第二表面的第一表面并且具有第二表面，所述第二棱镜的第二表面是平坦的，在所述第二棱镜的第一表面和所述第一棱镜的第二表面之间存在气隙；以及

校正板，所述校正板具有邻近所述第一棱镜的第三表面的第一表面，所述校正板具有平坦的第二表面；

所述第一棱镜、所述第二棱镜和所述校正板被配置成使得进入所述第一棱镜的第一表面的光自所述第二棱镜的第二表面发射；

所述第一棱镜、所述第二棱镜和所述校正板被配置成使得进入所述校正板的第二表面的光自所述第二棱镜的第二表面发射。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二棱镜的第二表面处于第一平面中，所述校正板的第二表面处于与所述第一平面平行的第二平面中。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一棱镜的第一表面、第二表面和第三表面中的至少一个是自由形式表面。

4.如权利要求1至3中任意项所述的装置，其特征在于，进一步包括微型显示器，所述第一棱镜的第一表面被配置成接收来自所述微型显示器的光。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一棱镜、所述第二棱镜和所述校正板被配置成使得从所述微型显示器进入所述第一棱镜的第一表面的光在所述第一棱镜的第二表面处被全内反射反射，接着在所述第一棱镜的第三表面处被反射，接着被传送离开所述第一棱镜的第二表面进入所述气隙，接着进入所述第二棱镜的第一表面，并接着离开所述第二棱镜的第二表面。

6.如权利要求1至5中任意项所述的装置，其特征在于，所述校正板的折射率与所述第一棱镜的折射率匹配。

7.如权利要求1至6中任意项所述的装置，其特征在于，所述第一棱镜的第三表面旋转对称。

8.如权利要求1至7中任意项所述的装置，其特征在于，所述第二棱镜的第一表面的质量要求与所述第一棱镜的第二表面的质量要求匹配。

9.如权利要求1至8中任意项所述的装置，其特征在于，进一步包括：

微型显示器，所述第一棱镜的第一表面被配置成接收来自所述微型显示器的光；以及

与所述微型显示器通信的处理设备，所述处理设备提供图像到所述微型显示器。

10.一种透视头戴式显示装置，包括：

微型显示器；

具有第一表面的第一棱镜，所述第一表面被配置成接收来自所述微型显示器的光，所述第一棱镜具有第二表面和第三表面；

第二棱镜，所述第二棱镜具有配置成从所述第一棱镜的第二表面接收光的第一表面，所述第二棱镜的第二表面配置成向出射光瞳传送光，所述第二表面是平坦的，在所述第二棱镜的第一表面和所述第一棱镜的第二表面之间存在气隙；以及

第三棱镜，所述第三棱镜具有邻近所述第一棱镜的第三表面的第一表面，所述第三棱镜具有平坦的第二表面，所述第二棱镜的平坦的第二表面平行于所述第三棱镜的平坦的第二表面，所述第一棱镜、所述第二棱镜和所述第三棱镜配置成将进入所述第三棱镜的第二表面的光传送到所述出射光瞳；

所述第一棱镜、所述第二棱镜和所述第三棱镜配置成从所述微型显示器向所述出射光瞳传送光。