[发明专利]多焦点显示系统和方法

说明书

本发明涉及多焦点显示系统和方法。公开了用于向用户呈现虚拟现实体验和增强现实体验的结构。系统可包括：用于提供一帧或多帧图像数据的图像生成处理器，用于发送与一帧或多帧图像数据相关联的光的光调制器，具有数值孔径的范围以改变与一帧或多帧图像数据相关联的有效数值孔径的多个可切换屏幕，以及用于改变多个可切换屏幕中的一个可切换屏幕上的一帧或多帧图像数据的焦点的变焦元件(VFE)。

本申请是申请日为2015年1月30日、申请号为201580017626.6、发明名称为“多焦点显示系统和方法”的申请的分案申请。

背景技术

现代计算技术和显示技术已经促进了用于所谓“虚拟现实”体验或者“增强现实”体验的系统的发展，其中，数字再现的图像或者其部分以看起来是真实或者可感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对于其它实际的真实世界视觉输入并不透明；增强现实“AR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，作为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

当向AR系统的用户呈现3D虚拟内容时存在诸多挑战。向用户呈现3D内容的中心前提包括创建多个深度的感知。如一些虚拟内容看起来更靠近用户，而其它虚拟内容可能看起来正从远方而来。因此，为了实现3D感受，AR系统被配置成在相对用户不同的焦平面上传递虚拟内容。

美国临时专利申请列出了以上当前的系统和技术以在AR系统的环境中生成各种焦平面。这些虚拟现实和/或增强现实系统的设计存在诸多挑战，包括系统在传递虚拟内容时的速度、虚拟内容的质量、用户的出瞳距离、系统的大小和可移植性、以及其它系统和光学挑战。

在此所述的系统和技术被配置成与典型的人的视觉结构一起工作以应对这些挑战。

发明内容

本发明的实施例提供了用于促进对于一个或多个用户的虚拟现实和/或增强现实交互的装置、系统和方法。在一个方面，公开了用于显示虚拟内容的系统。

在一个或多个实施例中，增强现实显示系统包括：用于扫描一帧或多帧图像数据的扫描装置，其中，该扫描装置可通信地耦合到图像源以接收图像数据；可操作地耦合到扫描装置以用于将一帧或多帧图像数据聚焦在中间图像平面上的变焦元件(VFE)，其中，该中间图像平面对准多个可切换屏幕中的一个，该多个可切换屏幕将与该中间图像平面相关联的光扩散到特定观看距离；以及可操作地耦合到多个可切换屏幕以中继一帧或多帧图像数据的观看光学器件。

在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕包括可切换的聚合物分散液晶(PDLC)散射器。在一个或多个实施例中，扫描装置是光纤扫描装置(FSD)。在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕在散射状态和透明状态之间切换。在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕的一个屏幕被切换成散射状态，剩余的屏幕被切换成透明状态。

在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕可逐帧在散射状态和透明状态之间进行切换。在一个或多个实施例中，扫描装置在扫描图案中扫描一帧或多帧图像数据。在一个或多个实施例中，VFE与小孔径相关联。

在一个或多个实施例中，VFE的驱动信号根据光调制器的扫描图案而变化。在一个或多个实施例中，VFE平坦化一帧或多帧图像数据的场曲。在一个或多个实施例中，VFE的光功率根据扫描装置的扫描场内的扫描点的位置而变化。在一个或多个实施例中，图像的第一部分与该图像的边缘不同地进行聚焦。

在另一个方面，显示增强现实的方法包括：提供一帧或多帧图像数据；在扫描图案中扫描与一帧或多帧图像数据相关联的光；通过变焦元件(VFE)改变所扫描的光的焦点，以使得一帧或多帧图像数据在多个可切换屏幕中的一个上聚焦；以及通过多个可切换屏幕中的所述一个，扩散所聚焦的光，其中，多个可切换屏幕与不同的观看距离对应。

在一个或多个实施例中，焦点可逐帧地改变。在一个或多个实施例中，一帧或多帧图像数据以时序方式呈现。在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕包括可切换的聚合物分散液晶(PDLC)散射器。在一个或多个实施例中，多个可切换屏幕在散射状态和透明状态之间切换。