[发明专利]用于显示图像的方法和系统

说明书

公开了具有宽视野(WFOV)的头戴式显示器。传统的小型显示器与光束转向机构(BSM)结合使用，以非常快的速率动态地转向所显示图像的FOV给沉浸式视觉体验提供有效的WFOV。在显示投影模块内提供电动的可切换转向机构(SM)，该机构以非常快的速率将投影图像转向镜头的不同部分。转向能够是一维、二维或三维。与传统的固定小FOV投影图像相比，对于观察者转向所显示的图像是更宽的视场(FOV)。SM以高速率转向，以使人类观察者无法区分。转向能够在凝视跟踪中动态按需控制以节省显示系统消耗的功耗。

本申请要求于2017年2月17日提交的美国临时专利申请62/460,659的优先权，故通过引用的方式将该临时专利申请整体并入本文。

技术领域

概括而言，本发明涉及用于显示图像的系统和方法，更具体地，涉及诸如在增强现实、虚拟现实或混合现实应用中使用的头戴式显示器(HMD)和近眼显示器(NED)。

背景技术

头戴式设备通常包括显示器。这些显示器被用在增强现实、虚拟现实或混合现实应用上。在这些应用中用户可见的屏幕大小通常称为视场(FOV)。FOV由所用显示器的物理尺寸和由用于将图像光投射到人类观察者的光瞳中的光学器件收集的光发射角来决定。通常，因为显示器尺寸以及从较大显示器收集光所需的光学器件的尺寸显著增大使得整个头戴式设备非常庞大、笨重并且在用户头上佩戴是不切实际的，所以对于传统显示技术而言提供较宽的视场(WFOV)可能是麻烦的。此外，由于功耗也与显示器的尺寸有关，因此更宽的FOV增加了功耗并且因而所需的电池尺寸变得更大，使得这种解决方案对于HMD应用而言不切实际。

图1(a)示出了现有技术的HMD架构100。该HMD架构100包括显示器110、光瞳形成光学器件120、组合器光学器件130和出射光瞳140。观看者的眼睛由150表示。显示器110发射具有有限发散角的光，如光线112、114和116所示。光瞳形成光学器件120通过将发散光线112、114和116分别准直成准直光束122、124和126，将图像从图像空间变换到角度空间。组合器光学器件130部分地反射这些准直光束以形成用于观察者眼睛150的出射光瞳140。在140处形成出射光瞳的准直光束张开等于观察者150的可见FOV的角度。图1(b)示出了现有技术HMD架构的FOV布局102。观察者170能够体验到仅从出射光瞳140看到的窄FOV160。由于FOV由所使用的显示器的物理尺寸和用于将图像光投射到人类观察者的光瞳中的光学器件收集的光发射角确定，因此为了提供较宽的视场，必须增加显示尺寸或发射锥角。因此，成本和尺寸限制了为了实现WFOV而增加显示器的尺寸。较大的尺寸也使头戴式设备庞大笨重，并且因而不切实际。较大的尺寸也会对功耗和电池寿命产生不利影响。

因此，希望为HMD电子设备提供改进的显示器，该改进的显示器提供WFOV而不会显着增加头戴式设备的尺寸和成本，同时仍然是低功耗。

发明内容

根据本发明，与传统非转向显示器FOV相比，传统显示器与以非常快速动态地转向所显示图像的FOV的光束转向机构(BSM)的结合使用，以向用户提供了更有效的WFOV。在显示投影模块内提供电致动的可切换转向机构(SM)，其将投影图像引导向镜头的不同部分。转向能够是一维、二维或三维。与传统投影的小固定FOV图像相比，对于观察者来说转向允许所显示的图像具有更宽的视场(FOV)。高速率地控制SM以使人类观察者无法区分。转向能够动态按需控制，以便节省显示系统消耗的电量。