[发明专利]三维虚拟和增强现实显示系统

权利要求书

1.一种三维图像可视化系统，包括：

a.选择性透明的投射装置，用于将图像从空间中相对于观察者的眼睛的投射装置位置朝向观察者的眼睛投射，所述投射装置能够在没有图像被投射时呈现基本透明的状态；

b.遮挡掩模装置，其耦合到所述投射装置，并且被配置成以在几何结构上与所述投射装置投射的所述图像相对应的遮挡图案，选择性地阻挡从处于所述投射装置的与观察者的眼睛相反的一侧的一个或多个位置朝向眼睛传播的光；以及

c.波带片衍射图装置，其被置于观察者的眼睛和所述投射装置之间，并且被配置成使来自所述投射装置的光在其向眼睛传播时穿过具有可选择的几何结构的衍射图，并且以至少部分地基于所述衍射图的所述可选择的几何结构而模拟出的距离眼睛的焦距进入眼睛。

2.如权利要求1所述的系统，还包括：控制器，其可操作地耦合到所述投射装置、遮挡掩模装置和所述波带片衍射图装置，并且被配置成协调以下操作：所述图像和相关联的遮挡图案的投射，以及以所述可选择的几何结构插入所述衍射图。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制器包括微处理器。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述投射装置包括：基本上平面的透明数字显示器，其基本上占据显示平面。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述显示平面被定向为与观察者的眼睛的视轴基本垂直。

6.如权利要求4所述的系统，其中所述基本上平面的透明数字显示器包括液晶显示器。

7.如权利要求4所述的系统，其中所述基本上平面的透明数字显示器包括有机发光二极管显示器。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述投射装置被配置成将所述图像以准直形式朝向眼睛投射，使得对于观察者的眼睛的聚焦深度是无穷大的聚焦深度。

9.如权利要求1所述的系统，其中所述投射装置包括：高速迷你投射仪，其被耦合到衬底引导型延迟出射光瞳扩展器装置，所述衬底引导型延迟出射光瞳扩展器装置被配置成在向观察者的眼睛递送所述图像之前扩展所述图像的尺寸。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述迷你投射仪被安装成基本上垂直于观察者的眼睛的视轴，以及其中所述衬底引导型延迟出射光瞳扩展器装置被配置成从所述迷你投射仪接收所述图像，并将所述图像递送到所述波带片衍射图装置，并以基本上与眼睛的视轴对准的方向以扩展后的尺寸将所述图像递送到观察者的眼睛。

11.如权利要求1所述的系统，其中所述波带片衍射图装置和投射装置包括至少一个共有结构。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述波带片衍射图装置被集成到波导中，使得所述投射装置包括高速迷你投射仪，所述高速迷你投射仪被耦合到所述波导并且被配置成在所述图像去往观察者的眼睛的途中在离开所述波导之前使所述图像穿过所述衍射图。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述迷你投射仪被安装成基本上垂直于观察者的眼睛的视轴，以及其中所述波导被配置成从所述迷你投射仪接收所述图像，并以基本上与眼睛的视轴对准的方向以扩展后的尺寸将所述图像递送到观察者的眼睛。

14.如权利要求1所述的系统，其中所述遮挡掩模装置包括显示器，所述显示器被配置成取决于在所述显示器的多个部分中的每个部分遮挡或透过光的相关命令，在每个部分处遮挡或透过光。

15.如权利要求14所述的系统，其中所述遮挡掩模装置包括一个或多个液晶显示器。

16.如权利要求1所述的系统，其中所述波带片衍射图装置包括：高频二进制显示器，其被配置成取决于在所述显示器的多个部分中的每个部分遮挡或透过光的相关命令，在每个部分处遮挡或透过光。

17.如权利要求2所述的系统，其中所述波带片衍射图装置具有大约500Hz和大约2,000Hz之间的刷新速率。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述波带片衍射图装置具有大约720Hz的刷新速率。