[发明专利]用于扩展现实显示的自动可变虚拟焦点

说明书

技术领域

本发明涉及用于扩展现实显示的自动可变虚拟焦点。

背景

扩展现实是一种允许将虚拟图像与现实世界物理环境相混合的技术。通常，用户佩戴透视近眼显示器以查看虚拟物体和现实物体的混合图像。该近眼显示器通常使用光学器件与立体视觉的组合来将虚拟图像聚焦到固定距离处。然而，在虚拟物体处于固定距离处并且用户的位置改变的情况下，虚拟物体不会像在用户用自然视力查看虚拟物体的情况下那样移进和移出用户的焦点。

概述

本技术提供了用于实现用于混合现实或扩展现实显示的可变焦点的实施例。用户通过透视显示设备查看场景。该场景包括用户通过显示设备的透明或透视透镜用他或她的眼睛直接查看的物理环境中的一个或多个现实物体。一个或多个虚拟物体由显示设备投影到用户眼睛位置的至少之一。因此，用虚拟物体来扩展现实场景的显示。

在一个实施例中，该技术提供：改变由显示设备所投影的虚拟物体的焦距。为用户确定三维视野，并且还确定一个或多个虚拟物体在该用户的视野内的三维位置。在视野内确定用户的当前三维聚焦区。用户的当前聚焦区中的一个或多个虚拟物体基于其位置被标识出。

为了在显示器中用户的当前聚焦区中显示虚拟物体，该虚拟物体被移动到该图像的处于当前聚焦区中的区域。在一个实施例中，这是通过改变透视显示设备的微显示器部件的聚焦区而实现的。微显示器部件可以包括诸如反射元件之类的元件、沿着光路对准的至少一个光学元件和微显示器单元、以及可变虚拟焦点调整器。微显示器单元生成图像以供显示，并且图像的光沿着光路经过至少一个光学元件(例如准直透镜)传播到反射元件。

在一个实施例中，调整器改变微显示器部件的至少两个元件之间沿着光路的位移，以改变图像中的虚拟物体的聚焦区。在另一实施例中，可以调整光学元件的焦距以获得所期望的聚焦区。例如，可以改变至少一个双折射透镜的偏振性，或者可以调整流体或液体透镜的曲率半径。

在一个实施例中，可以根据与用户聚焦区聚焦区相距的距离来将人工深度场技术应用到处于用户聚焦区之外、但位于用户视野之内的虚拟物体。

该技术还提供用于提供虚拟物体的可变焦点的扩展现实系统，该系统包括透视显示单元，该透视显示器单元包括包含可变虚拟焦点调整器的微显示器部件。控制电路包括驱动器以控制可变虚拟焦点调整器。在一个实施例中，该系统还在控制电路中包括定时生成器以控制可变虚拟焦点调整器扫过微显示器部件的不同聚焦区的定时。在大多数实施例中，扫描速率被设置为足够快，使得人类瞬时图像汇合将使在不同聚焦区中生成的图像看上去同时存在。查看不同聚焦区中生成的图像显示的用户将看到虚拟物体自然地进入和离开焦点，就好像该虚拟物体是物理环境中的现实物体。

该技术还提供一种用于在扩展现实显示中生成不同聚焦区中的虚拟物体的方法。为使用透视显示设备查看包括现实和虚拟物体的场景的用户生成三维视野。为该用户的视野内的一个或多个虚拟物体标识出三维聚焦区。调整微显示器部件以扫过多个聚焦区。可以选择聚焦区以包括用户当前查看的聚焦区以及包括虚拟物体的那些区域。为每个聚焦区生成图像。

在一个示例中，这些图像中每个都可以足够快的速率显示给用户，使得人类瞬时图像汇合使该图像在人眼看来为同时存在。在另一实施例中，显示在不同聚焦区处生成的虚拟图像的聚焦部分的复合图像。

提供本发明内容以便以简化形式介绍在以下具体实施方式中进一步描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是描绘了用于提供虚拟物体的可变焦点的系统的一个实施例的示例性组件的框图。

图2A是头戴式显示单元的一个实施例的一部分的顶视图。

图2B是头戴式显示单元的另一实施例的一部分的顶视图。

图3A是供用作近眼显示器的微显示器部件的一部分的可旋转透镜系统的示例。

图3B1和图3B2是展示出不同曲率半径的流体透镜的示例，这些流体透镜供用作微显示器部件的一部分。

图3C是供用作近眼显示器的微显示器部件的一部分的双折射透镜系统的示例。

图3D是供用作微显示器部件的一部分的可插入透镜系统的示例。

图4是头戴式显示单元的组件的一个实施例的框图。

图5是与头戴式显示单元相关联的处理单元的组件的一个实施例的框图。