[发明专利]增强现实光场头戴式显示器

说明书

一种近眼显示系统(100)包括透射显示面板(118)，以显示包括基元图像(122)的阵列(120)的近眼光场帧(151、153)。所述透射显示面板配置为远离所述用户的眼睛(132)并且朝向曲面分束器的阵列(126)透射所述近眼光场帧的光线。所述曲面分束器对所透射的光线进行准直，并将所准直的光线朝向所述透射显示面板往回反射，以供向所述用户的眼睛传递。

背景技术

头戴式显示器(HMD)和其它近眼显示系统可以利用光场显示器或其它计算显示器来提供三维(3D)图形的有效显示。大体上，光场显示器采用一个或多个显示面板和覆盖在一个或多个显示面板上的小透镜、针孔或其它光学特征的阵列。渲染系统渲染基元图像的阵列，其中，每个基元图像表示根据对应视角或虚拟相机位置的对象或场景的图像或视图。在HMD的情况下，虚拟对象可以被叠加在用户观看的视觉上(例如现实世界场景)以提供增强现实(AR)或混合现实(MR)的沉浸式体验。

发明内容

根据一个方面，一种近眼显示系统包括：透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，透射显示面板对光是透明的；以及分束器阵列，用以对近眼光场帧的光线进行准直，以供呈现给用户的眼睛。在一些实施例中，透射显示面板包括透明背光和透明空间光调制器(SLM)，该透明空间光调制器在光线透射到分束器阵列之前从透明背光接收光线。透明空间光调制器还可以包括嵌入在空间光调制器内的光栅，该光栅配置为抵消由通过透明空间光调制器的光透射引起的高阶衍射波长。另外，透明背光可以包括：平面波导，接收来自光源的光线；以及全息出耦合器，配置为将光线从平面波导中衍射出来，以供透射到透明空间光调制器。透明背光还可以包括：平面波导，接收来自光源的光线，其中，平面波导包括多个表面缺陷，这些表面缺陷配置为将光线从平面波导中衍射出来，以供透射到透明空间光调制器。

在一些方面中，透明背光包括单色LED发射器阵列，其在透明衬底的面向SLM的表面上图案化。阵列可以布置为使得单色LED发射器中的每一个大致以分束器阵列中的分束器的节距间隔开。基元图像的阵列中的每个基元图像与从单色LED发射器中的单独一个发射的光对应。

根据一些方面，一种近眼显示系统包括：透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，透射显示面板是对光透明的；以及双折射透镜阵列，用以对近眼光场帧的光线进行准直，以供呈现给用户的眼睛。透射显示面板可以配置为将近眼光场帧的光线远离用户的眼睛并且朝向线栅偏振器透射，并且进一步其中，线栅偏振器配置为将第一偏振态的光线朝向透射显示面板往回反射。透射显示面板还可以配置为在将第一偏振态的反射光线呈现给用户的眼睛之前，传递第一偏振态的反射光线以供透射到双折射透镜阵列以供准直。线栅偏振器可以配置为向透射显示面板透射第二偏振态的源自现实世界环境的光线，并且透射显示面板可以配置为传递第二偏振态的光线以供透射到双折射透镜阵列，并且进一步其中，双折射透镜阵列和线栅偏振器两者都在不改变第二偏振态的光线的行进路径的情况下传递第二偏振态的光线以供呈现给用户的眼睛。透射显示面板还可以配置为在将近眼光场帧的光线呈现给用户的眼睛之前朝向用户的眼睛和朝向双折射透镜阵列透射近眼光场帧的光线以供准直。在一些方面中，由透射显示面板透射的光线的第一部分包括表示期望的虚拟影像数据的第一偏振态的光线，该第一偏振态的光线由双折射透镜阵列折射，并且进一步其中，由透射显示面板透射的光线的第二部分包括表示离焦影像数据的第二偏振态的光线，该第二偏振态的光线穿过双折射透镜阵列而不改变行进路径。在这种方面中，近眼显示系统还可以包括：第二线栅偏振器，定位成接近于用户的眼睛；以及可变半波片，定位于第二线栅偏振器与双折射透镜阵列之间，其中，可变半波片配置为使从双折射透镜阵列接收到的光线的偏振态旋转。可变半波片可以使第一偏振态的光线的第一部分旋转到第二偏振态，使得期望的虚拟影像数据可穿过第二线栅偏振器以供呈现给用户的眼睛。进一步地，可变半波片可以使第二偏振态的光线的第二部分旋转到第一偏振态，使得第二线栅偏振器阻挡离焦影像数据到达用户的眼睛。