[发明专利]具有聚焦管理的眼睛投影系统和方法

说明书

提出具有聚焦管理的眼投影系统及方法。眼投影系统包括：图像投影系统，用于产生光束，该光束被调制为对代表要沿着光束传播路径朝向对象的眼睛投影的图像的图像数据进行编码；光学组件，位于该光束传播路径中且用于在该图像投影系统与该对象的眼睛的视网膜之间引导该光束，该光学组件包括光束分散组件，该光束分散组件用于可控地改变该光学组件的聚焦特性及调整该光束的分散，由此影响该对象的眼睛的视网膜上的该图像的一个或多个部分的一个或多个聚焦参数。该方法包括：接收代表图像的图像数据输入；接收代表瞬间眼睛焦距的眼焦点数据；产生聚焦和光束分散数据；基于该数据产生光束；及以期望的时间或空间顺序将该光束朝向该对象的眼睛投影。

技术领域

本发明涉及图像投影系统，更具体而言，本发明涉及向用户提供虚拟及/或扩增实境经验的技术。

背景技术

向用户眼睛提供虚拟及/或扩增虚拟现实的穿戴式如头戴式图像投影系统变得越来越热门。各种系统被配置为可配戴于用户头部上的眼镜并可操作为将图像投影至用户的眼睛。

某些已知的系统致力于将纯虚拟现实图像投影至用户眼睛，其中来自外在实境景象的光会受到阻挡而无法到达眼睛；某些其他的已知系统致力于提高扩增虚拟现实投影，其中允许来自外在实境景象的光通过眼睛但图像投影系统投影至眼睛的图像/视频帧会迭加于外在实境景象上。

景深与景宽为此类虚拟或扩增实境投影系统中应考虑的两个参数。

例如，WO06078177描述以广视野将图像显示于眼睛的视网膜上的直接视网膜显示。直接视网膜显示包括设置用以产生扫描光束的扫描源，扫描光束在扫描角度的范围内为二维的且受到图像的调制。直接视网膜显示还包括在扫描光束的路径中的发散反射器，其设置用以使入射于发散反射器上的扫描光束以放大扫描角度往外朝向会聚反射器反射，会聚反射器设置用以使扫描光束实质上朝向眼睛的瞳孔处的会聚点处反射以在视网膜以广视野重建和显示图像。

WO15081313描述将虚拟现实和扩增实境经验呈现给用户的系统。该系统可包括以时序方式提供图像数据的一个或多个帧的图像产生源、用以传输与图像数据的一个或多个帧相关联的光的光调制器、用以将图像信息引导至用户眼睛的基板，其中基板容纳了多个反射器，多个反射器中的第一反射器用以使与图像数据的第一帧相关联的传输光以第一角度反射至用户眼睛、而第二反射器用以使与图像数据的第二帧相关联的传输光以第二角度反射至用户眼睛。

WO15184412描述将虚拟现实和扩增实境经验呈现给用户的系统。该系统包括空间光调制器和可变焦点组件，空间光调制器可操作地耦接至用以投影与图像数据的一个或多个帧相关联的光的图像源，可变焦点组件用以改变投影光的焦点以使图像数据的第一帧聚焦于第一深度平面处而图像数据的第二帧聚焦于第二深度平面处，其中第一深度平面与第二深度平面之间的距离是固定的。

发明内容

虚拟及扩增实境应用应向用户提供令人信服的现实以及便利经验，这种经验尽可能地接近三维真实人生经验。当思考现实人生中的世界时，取决于人的注视方向/焦点及与瞬间焦点平面之间的距离，人会见到聚焦的物体或失焦的物体。我们直接注视的每个物体是聚焦的，因为我们调节我们的目光去聚焦于注视中心的物体上；我们未直接注视且位于不同聚焦平面中的环境中的每个物体(被称为以世界为中心的物体)是失焦且模糊的，因为来自此类物体的光并非聚焦于我们眼睛的视网膜上，眼睛会调节以聚焦来自于我们关注的物体的光。

与下面将说明的本发明的技术不同，某些虚拟及/或扩增实境系统使用“延长焦深”原理，在此原理中不管所有的物体与用户之间的距离以及用户的眼睛调节，用户见到的所有物体都是聚焦的。此效应通过将光学系统的出射瞳减少至一定程度以使焦深涵盖大的调节屈光度范围而达成。