[发明专利]可佩戴3D增强现实显示器

说明书

一种可佩戴3D增强现实显示器和方法，其可包括3D集成成像光学器件。

本申请是申请号为2015800230326、发明名称为“可佩戴3D增强现实显示器”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及可佩戴3D增强现实显示器，并且更特别地但不是排外地涉及包括3D集成成像（InI）光学器件的可佩戴3D增强现实显示器。

背景技术

允许在人的现实世界视图上叠加2D或3D数字信息的增强现实（AR）显示器长期以来已被描述为一项重新定义我们感知数字信息且与数字信息相互作用的方式的起改造作用的技术。尽管已经探索了若干个类型的AR显示设备，但是期望形式的AR显示器是轻质的光学看穿式（see-through）头戴式显示器（OST-HMD），其能够实现数字信息到物理世界的直观视图上的光学叠加并且保持对现实世界的看穿式视觉。随着无线网络的迅速增加的带宽、电子器件的小型化以及流行的云计算，当前挑战之一是实现不显眼（unobtrusive）AR显示器，其将OST-HMD、智能电话以及移动计算的功能集成在一副眼镜的体积内。

如果可用的话，这样的AR显示器将有潜力彻底改革许多实践的领域并且渗透生活的结构（fabric），包括医疗、防御和安全、制造、运输、教育和娱乐领域。例如，在医学中，AR技术可使得医生能够在实施手术的同时看到叠加在患者的腹腔上的患者的CT图像；在移动计算中，它可以允许旅行者在街上行走的同时访问他或她视线中的饭店的评论；在军事训练中，它可以允许战士在将3D虚拟对象混入现场训练环境中的环境中有效地训练。

通常，AR技术的大多数关键障碍是由显示器来限定的。缺少高性能、紧凑和低成本AR显示器会限制探索AR技术潜在提供的全范围益处的能力。近年，重要的研究和市场驱动已经朝向克服OST-HMD系统的笨重、类似头盔的外形因数，主要集中于实现紧凑且轻质的外形因数。已经探索了导致OST-HMD显著进步的几个光学技术。例如，大力宣传的googleGlass^®是非常紧凑、轻质（~36克）、单眼OST-HMD，提供无障碍即时访问数字信息的益处。尽管它已展示了AR显示器的有前途且令人兴奋的未来前景，但是google Glass^®的当前版本在640×360像素的图像分辨率下具有非常窄的FOV（沿对角线近似15°FOV）。这对有效增强许多应用程序中的现实世界视图提供了有限的能力。

尽管这样的承诺，但是现有的OST-HMD仍有许多问题，诸如AR显示器的视觉不适。因此，在实现低成本、高性能、轻质且真正3D OST-HMD系统的同时提供提供增加的视觉舒适度的OST-HMD将是本领域中的进步。

发明内容

在本发明的各方面之一中，本发明可以提供一种3D增强现实显示器，其具有用于提供向用户显示的虚拟3D图像的微显示器。例如，本发明的光学方法可将AR显示系统的光学路径和微InI子系统的光学路径唯一地组合以提供3D光场光源。此方法提供了实现不易受到适应-会聚差异问题影响的AR显示器的潜力。受益于自由形式的光学技术，该方法还可以创建轻质且紧凑的OST-HMD解决方案。

在这点上，在本发明的一个示例性配置中，显示光学器件可被提供用来从微显示器接收光学辐射并且可被配置成从所接收的辐射创建3D光场，即真正光学重构的3D实际或虚拟对象。（如这里所使用的，术语“3D光场”被定义成意指包括看起来要由3D场景发射以创建3D场景的感知的光线集合的3D场景的辐射场）。还可包括与显示光学器件光通信的目镜，其中该目镜被配置成从显示光学器件接收3D光场并将所接收到的辐射递送到该系统的出瞳以提供虚拟显示路径。目镜可包括被配置成从显示光学器件接收3D光场且将所接收到的辐射反射到该系统的出瞳以提供虚拟显示路径的所选表面。该所选表面还可被配置成从不同于微显示器的源接收光学辐射并将这样的光学辐射传输到出瞳以提供看穿式光学路径。该目镜可包括自由形式的棱镜形状。在一个示例性配置中，该显示光学器件可包括集成成像光学器件。

附图说明