[发明专利]在显示器中控制虚像的方法

说明书

描述了一种用于在显示器中控制显示对象的虚像的方法，该显示对象的显示是可控的。该方法包括：提供与显示对象相对的弯曲镜面以产生虚像。确定观察者相对于弯曲镜面的位置。然后可以为该位置处的观察者确定虚像的位置，其中该虚像提供视差和立体深度线索中的至少一个。控制显示对象以产生经确定的虚像。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年3月7日提交的美国临时专利申请62/467,846和2017年6月2日提交的美国临时专利申请62/514,194的优先权或权益，其说明书的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

(a)技术领域

所公开的主题一般涉及镜像光学。更具体地，它涉及将镜面用于显示器应用。

(b)相关现有技术

由来自镜面的光线的反射所形成的物体的图像被称为物体的虚像。用于确定非平面镜或透镜的虚像位置的当前标准方法，在两个方面受到了限制：

1)它们基于高斯光学，因此仅在观察者和物体都靠近透镜或镜子的光轴时有效，和/或

2)它们没有考虑人类观察者用于推断深度所使用的不同的、相互冲突的深度线索。

控制虚像的产生的方式对最终结果有影响，当观察者正在使用显示器时，特别是当在假设条件之外使用显示器时，而现有技术显示器所基于的标准模型基于这些假设条件。因此，需要为人类观察者开发一种用于控制非平面镜子(例如球面镜或抛物面镜)中的虚像的显示的方法，以用于远离镜子的中心轴的观看角度(例如，距离其对称轴5°、或10°、15°或更大角度)。

各种显示器应用，特别是沉浸式显示器，可能需要镜子来为用户提供沉浸式环境。这些沉浸式显示器存在各种不同类型。

头戴式显示器(HMD)更广泛地用于使佩戴者沉浸虚拟现实中。通过将显示器佩戴在眼睛前方，并且通过在显示器中包括各种不同的光学系统，向用户呈现例如可以适应用户头部的移动的视觉内容。然而，用户需要始终佩戴HMD以享受沉浸式内容，这种情况并非总是令人满意，特别是如果用户要长时间沉浸，例如，在飞行模拟器中训练或在沉浸式工作站工作。

虚拟现实和增强现实系统还必须足够小，才能佩戴。因此，很难结合高分辨率和高质量的显示器。虚拟现实显示器还遭受深度线索冲突的影响，例如视觉辐辏调节冲突，即，观看者聚焦他们的眼睛以看清图像的距离，与他们通过立体线索感知图像的距离是不一致。虚拟现实显示器还存在晕动病的问题。

基于前投影或后投影的显示系统提供简单的设置，为用户创造身临其境的体验。虽然安装相对简单并且方便用于许多目的，例如观看电影，但这些显示的问题是与真实感不符的深度感，因为图像被投影到与观看者具有固定距离的屏幕上，因此观看者没有完全沉浸在体验中，因为图像中的对象之间没有深度差异。另外，位于投影区域外和投影区域上的对象之间的深度线索是类似的，这向大脑指示：观察者正在观看位于一个具有与该显示器周围的对象相似深度的平面显示器。这些问题可以部分地通过佩戴3D眼镜来校正，该3D眼镜使图像立体化，给观看者带来深度感。然而，这可能是不舒服的(特别是对于长时间使用或已经戴眼镜的用户)并且导致缺乏真实感，因为需要佩戴眼镜以再现通常不戴眼镜的现实。这些显示器也会受到视觉辐辏调节冲突的影响。

另一种沉浸式显示器是准直显示器。值得注意的是，飞行模拟器使用准直显示器来提供沉浸式环境。这个行业利用凹面镜产生一个虚像，驾驶舱内的两名飞行员能够用完全相同的角度观看该虚像。准直显示器是这样一种显示器，其中面向用户的显示器不是传统的而是反射的屏幕(即，凸镜)，其中通过中间显示屏上的反射将图像投射在所述屏幕上。这些反射用于提供用户所看到的图像，该图像是在物体(即，显示屏)的无限远处创建的虚像。显示屏被大致定位，从而使得经镜子反射后，从表面反射的光是近乎准直的。