[发明专利]用于遮挡功能的紧凑显示器的方法和系统

说明书

在一个实施例中，渲染图像的方法包括提供具有至少一个透镜的眼镜。显示模块首先通过空间光调制器将来自现实世界环境的图像路由，使得现实世界场景的选择性部分可以被遮挡。得到的图像然后与另一个计算机生成的虚拟图像合成，然后路由到观察者。在另一个实施例中，在显示模块内部设置有电驱动的可切换遮挡机构，其允许仅在需要时才提供遮挡功能的能力。

本申请要求于2018年1月3日提交的美国临时专利申请第62/613,369号、于2018年2月10日提交的美国临时专利申请第62/740,119号和2018年2月16日提交的巴黎合作条约(PCT)申请第PCT/US2018/000016号的优先权，以其整体通过引用合并于此。

技术领域

本发明通常涉及用于显示图像的系统和方法，以及更特别地涉及例如在增强现实、虚拟现实或混合现实应用中使用的头戴式显示器(HMD)和近眼显示器(NED)。

背景技术

头戴式装置通常包括显示器。这些用于增强现实、虚拟现实或混合现实应用程序。

图1显示现有技术头戴式显示器HMD架构100。头戴式显示器HMD架构100包括由用于创建虚拟内容112的显示空间光调制器(SLM)110和合成器光学件120。合成器光学元件120合成现实世界图像130和虚拟图像112。当通过他们的眼球150看时，观察者感知被合成的图像140。

传统的合成器光学元件120将来自两个输入端口(即：现实世界侧130和虚拟SLM侧110)的照度值相加，并且因此在观察者的眼睛处的净照度是在这两个输入端口处的照度的简单的总和。当观察者的周围环境黑暗时，将虚拟内容112保真地显示到观察者的眼睛150。或者，当有任何光背景对观察者可见时，如在典型的周围日光环境中；所显示的内容的很大一部分由于周围背景的光亮变得冲洗掉或模糊。这在图1中在合成的图像140中描述，其中树132是在周围的现实世界场景130中，填充虚拟图像112的背景。观察者的眼睛感觉虚拟图像的某些部分是透视的，并且因此给出的印象是虚拟内容不是实体地存在其前面。当观察者绕着现实世界场景移动他们的头部时，其他对象(例如汽车134)显现在被感觉图像144中显示的这个透视虚拟内容的背景中。虚拟内容的这种透视特性使这种现有技术的HMD架构使用非常有限，因为观察者的大脑看到透视虚拟内容和背景中可见的现实世界场景之间的冲突。

还有其他场景，例如明亮的室内灯、从相对来车侧可见的明亮的前灯、以及户外或从窗户进入的阳光，可能引起虚拟内容的冲洗掉。典型地，为了防止由于存在明亮的环境光而导致冲洗掉，虚拟内容的照度被增加，这导致更高的能耗并影响系统的整体大小和重量。同样，这种环境照度的存在会导致减小的动态范围和浪费的位深。所感觉的颜色域也会减少，并且会影响整体图像质量。

如果要在周围现实环境光线充足的情况下表现黑暗的虚拟对象，则可以投射的最暗的黑色等于周围环境的照度(其是明亮的)。这意味着虚拟图像将被冲洗掉，并且由于其缺少对比度，虚拟对象可能显现为非现实。

因此，期望提供一种用于头戴式显示器HMD电子装置的显示系统，所述显示系统以空间可选择方式提供对环境照度的控制，使得观察者根据需要并在需要的地方可以体验高的对比度。而且，期望防止当由于环境光的存在具有照度竞争时能耗增加。还优选的是减少系统的尺寸和成本，同时还采用低功耗。

发明内容

本公开一般地涉及增强现实显示系统，并且更具体地涉及具有增强功能的显示系统。

增强现实(AR)是一种根本性的变化性技术，可以实现访问和感觉我们日常生活中必不可少的数字信息的新颖和独特的方式。AR技术被认为是继诸如智能手机形式的移动计算之后的下一个大型平台。

AR显示器可以是头戴式显示器(HMD)、抬头显示器(HUD)或其他传统的显示器，例如移动设备或计算机。如图1所示，传统的AR显示架构使用合成器以将计算机生成的虚拟内容叠置在现实世界场景的顶部。