[发明专利]近眼中央凹显示器

说明书

一种用于在近眼显示装置中使用的显示屏的设备和系统。小型发光装置被放置在多个导光珠后面。用于显示装置和系统的发光装置和导光珠被放置在用户的前面以用于近眼显示。这使得用户能够体验具有更高的分辨率、更宽的视野和更快的帧速率的近眼显示器。本文描述了其他实施方式。

要求优先权

本申请要求于2017年8月8日提交的题为“NEAR-EYE FOVEAL DISPLAY”的美国专利申请序列号为第15/671,694号的优先权，该申请是于2017年5月12日提交的题为“NEAR-EYEFOVEAL DISPLAY”的美国专利申请序列号为第15/594,029号的部分延续申请案，这两个美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般地涉及显示系统，并且更具体地涉及用于诸如虚拟现实和增强现实的近眼显示器的显示系统。

背景技术

近来，虚拟现实、增强现实以及类似的近眼产品的使用和发展已经有了显著的增长。常见的虚拟现实用途包括视频游戏、电影、游乐模拟器等。虽然由娱乐推动普及开来，但是这些产品也在培训和教育中发挥作用。例如，虚拟现实头戴式耳机可以用于飞行模拟训练、医师的手术模拟、传统教室中用于激发学生对学科兴趣的技术等。

产生虚拟现实仿真的一种方法是使用头戴式耳机。头戴式耳机包含在眼睛与显示器之间放置有透镜的显示器。透镜用于聚焦和重塑由眼睛感知的图像。以这种方式，由来自显示屏的二维图像形成三维图像。

然而，这些虚拟现实头戴式耳机尺寸大且重量重。要求显示屏距用户的眼睛固定距离，其中透镜在显示器与眼睛之间，则需要一定的距离。另外地，光学部件以及计算机械和电子装置都是庞大且笨重的。此外，许多常规的虚拟现实头戴式耳机需要将另一装置例如用户的智能电话放置在设备中。许多头戴式耳机不包括专用于该设备的显示装置。

更具局限性的是，常规的近眼显示器涉及在视野、图像分辨率以及帧速率之间进行三方权衡；由于这三个有益特征中的每一个都可以被扩展，而其伴随着在光学设计和计算能力方面以牺牲其他特征为代价。因此，系统通常会折衷这三个特征并且最终导致帧速率太慢以至于图像滞后，分辨率太低以至于显示器具有“屏幕门效应”(即可以看到单个像素而不是流畅的“视网膜显示器”)并且视野非常有限。

需要用于将具有宽视野和高帧速率的高分辨率显示器集成至近眼观察系统例如虚拟现实头戴式耳机中以改善观看体验的方法。这样的装置在本文中被称为中央凹显示器，这是因为该装置通过将光直接聚焦至观察者的眼睛的中央凹中来实现其效果。

发明内容

根据本发明，一种方法和系统使用相对于用户的眼睛在多个导光珠或微透镜后面的多个发光装置。该装置被称为中央凹显示器，这是因为该装置将光直接且精确地聚焦至观察者的眼睛的中央凹中。该装置取代了庞大且累赘的虚拟现实(VR)头戴式耳机中典型的光学元件。该装置或中央凹显示器使得在轻量化装置中能够进行高分辨率显示，从而为用户提供广角视图和快速的帧速率。

该装置可以为平坦面板或曲面板显示器。导光微透镜或珠中的每一个与至少一个像素生成装置相关联。为了易于阅读，术语“透镜(lens)”或“多个透镜(lenses)”在此将贯穿始终。然而，应当理解，透镜、多个透镜、微透镜和/或珠指代装置内的同一结构。导光透镜可以具有使得透镜能够将光从发光装置正确地引导至用户的中央凹的形状。透镜可以以互锁配置或者在透镜之间具有间隙地间隔开。

处理器控制装置的焦点。可以基于用户偏好来调整焦点。可替选地，处理器可以自动改变焦点。该装置可以部署在平坦面板或跟随眼睛曲率的曲面显示器中的大面板或近眼显示器中。由于轻量构造、高分辨率、快帧速、极宽的视野以及减少了针对辅助显示装置的需求，因此本装置相对于使用常规的近眼显示器提供了优势。在平坦面板显示器中，本装置在显示用于自动立体三维(3D)显示器的极宽的视野方面提供了优势。