[发明专利]虚拟和增强现实系统和方法

说明书

公开了用于使用例如增强现实显示系统在有限数量的深度平面上呈现虚拟对象的方法和系统。深度平面中的最远深度平面在光学无限远的失配容限内。显示系统可以切换主动显示内容的深度平面，使得内容显示在用户正在注视的深度平面上。使用部分重叠的深度平面解决了注视跟踪误差的影响。确定用户正在注视的注视深度，并且显示系统确定是否调整呈现虚拟对象的选定深度平面的选择。该确定可以基于注视深度是否落入相邻深度平面的深度重叠区域内。该显示系统可以根据注视深度是否落在重叠区域外来切换有效深度平面。

优先权声明

本申请根据35 U.S.C.§119(e)，要求2016年3月25日提交的序列号为62/313,698的美国临时专利申请和2016年8月22日提交的序列号为62/378,109的美国专利申请的优先权益。这些优先权益文献中的每一者的公开的全部内容通过引用并入此文。

相关申请的交叉引用

以下专利申请中的每个的全部内容通过引用并入本申请：2014年11月27日提交的序列号为14/555,585的美国申请；2015年4月18日提交的序列号为14/690,401的美国申请；2014年3月14日提交的序列号为14/212,961的美国申请；以及2014年7月14日提交的序列号为14/331,218的美国申请。

技术领域

本公开涉及显示系统，包括增强现实成像和可视化系统。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统开发，其中，数字再现图像或其部分以看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及以对其它实际的真实世界视觉输入不透明的方式呈现数字或虚拟图像信息；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围真实世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是一种AR场景，通常涉及集成到自然世界中并对自然世界做出响应的虚拟对象。例如，MR场景可以包括AR图像内容，其看起来被真实世界中的对象阻挡或者以其它方式被感知为与对象交互。

参考图1，示出了增强现实场景10。AR技术的用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台30为特征的真实世界公园状设置20。用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，诸如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及看起来是大黄蜂的化身的正在飞行的卡通式化身角色50。这些元素50、40是“虚拟的”，因为它们在真实世界中不存在。因为人类视觉感知系统是复杂的，所以开发促进虚拟图像元素在其它虚拟或真实世界图像元素中舒适、感觉自然、丰富呈现的AR技术是极具挑战的。

本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。

发明内容

在一些实施例中，一种显示系统包括具有超焦距的头戴式显示器。所述头戴式显示器包括一个或多个波导，每个波导具有光焦度(optical power)和关联深度平面。所述一个或多个波导被配置为向观看者投射光以在关联深度平面上显示图像内容。所述深度平面中的每一者在小于光学无限远处。

在一些其它实施例中，一种显示系统包括头戴式显示器。所述头戴式显示器包括一个或多个波导，每个波导具有光焦度和关联深度平面。所述一个或多个波导被配置为向观看者投射光以关联深度平面上显示图像内容。所述深度平面中的最远深度平面在光学无限远的约0.33dpt内。

在又一些实施例中，一种显示系统包括头戴式显示器。所述头戴式显示器包括形成波导堆叠的多个波导。每个波导具有光焦度和关联深度平面，其中，所述波导被配置为向观看者投射光以在所述关联深度平面上显示图像内容。所述深度平面中的最远深度平面在光学无限远的失配容限内。所述失配容限约为0.5dpt。

在一些其它实施例中，提供了一种用于在头戴式显示器上显示图像内容的方法。所述方法包括确定所述图像内容的调节-辐辏失配是否超过阈值；以及如果所述调节-辐辏失配超过所述阈值，则修改所述图像内容。