[发明专利]用于近眼显示器的虚拟图像的颜色校正

说明书

一种用于在真实世界视图内传送虚拟图像的近眼显示器，包括被设置成补偿虚拟图像中的不期望的颜色梯度的投影仪。该投影仪包括具有扩展光源的照明器，该扩展光源具有多个单元，每个单元包含不同颜色光源，以及用于在空间光调制器的照明平面处部分地重叠来自多个单元的光的部分均化器。控制器调整单元的颜色输出以提供照明平面上的颜色分布，从而补偿虚拟图像内的颜色梯度。

技术领域

本公开涉及用于近眼显示器的投影系统，该近眼显示器将虚拟彩色图像传送给观看者，诸如从彩色图像投影仪通过图像光导传送到观看者的眼睛。

背景技术

通常会并入头戴式显示器(HMD)、一些被设计为做成常规眼镜的近眼显示器通常包括诸如投影仪的图像源，以及用于将图像源的虚拟图像传送到佩戴者眼睛的专门设计的光学件。特别设计的光学件可以包括具有透明波导的图像光导，其支持佩戴者对周围环境的自然观察以及虚拟图像到佩戴者眼睛的传播二者。虚拟图像可被投影到佩戴者的视野中，这对于增强现实(AR)应用尤其有用。

在这种传统的图像光导中，来自图像投影仪的准直的、相对角度编码的光束通过诸如衍射光学件的输入耦合光学件耦合到光学透明平面波导中，所述输入耦合光学件可以安装或形成在平面波导的表面上或者埋入波导中。在沿着平面波导传播之后，角度编码光束可以通过类似的输出耦合光学件朝向观看者的眼睛而被引导出平面波导。在离开波导时，角度编码光束在称为“眼动范围（eyebox）”的空间区域内重叠，在该眼动范围内可以看到图像源的虚拟图像。通过将每个角度编码光束分成共同占据较大面积的多个空间偏移的子束（beamlet），可以扩展眼动范围以降低对观看者眼睛位置的灵敏度。可以通过角度编码光束沿着波导利用包括输出耦合光学件的光学件的多次遇到来产生子束，其中，每次这样的遇到都会将每个光束的一部分光能连续地分配到这样的子束中。

从图像投影仪到眼动范围的彩色图像的传送可能会受到介入光学组件的波长敏感性能差异的影响。折射和衍射二者的效果可以是波长敏感的。这种性能差异的一个总体效果可以是呈现给观看者的虚拟图像中的颜色偏移。例如，对于由图像投影仪生成的全白图像，虚拟图像可以看起来在虚拟图像的一侧(例如右侧)具有微红色色调，而虚拟图像的相对侧(例如左侧)可能看起来具有微蓝色色调。

除了这种水平梯度之外，还可以出现这种颜色梯度的其他取向，例如垂直的顶部到底部颜色梯度，或者对角的左下到右上或者左上到右下颜色梯度。颜色梯度也可以表现为虚拟图像中的隔离区域。由于波导和波导组件的制造可变性、和/或投影仪系统及其组件的制造、以及近眼显示器组件的操作环境(包括热和/或湿气)，也可能会出现颜色梯度。

因此，可以理解，可以调整虚拟图像内颜色分布的近眼显示系统将是有利的。

发明内容

实施例提供了在从近眼显示器可见的虚拟图像内重新平衡颜色分布。特征包括：扩展光源，被划分为单元，在每个单元内具有不同颜色光源；以及部分均化器，在空间光调制器所位于以用于生成用于显示的图像的照明平面处仅部分地重叠来自单元的光场。虽然不同的光场在照明平面处大部分重叠，但是不同的光场可以充分地移位以贡献于空间光调制器处的照明图案的略微不同的部分。通过控制各个单元的相对颜色输出，由空间光调制器形成的用于输入到近眼显示器中的图像可以被生成有颜色不平衡，其可以补偿否则将存在于由近眼显示器变得可见的所得虚拟图像中的颜色不平衡。

一种用于近眼显示器的投影仪可以被布置有具有多个单元的扩展光源，每个单元包含不同颜色光源，所述不同颜色光源是可调节的以用于改变单独的单元的相对颜色输出。部分均化器收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并在照明平面部分地重叠来自不同光学通道的光。位于照明平面的空间光调制器通过选择性地调制在照明平面处的部分重叠的光来生成真实图像。目镜光学件将来自空间光调制器的调制光朝向瞳孔引导，以便传送所生成的真实图像的虚拟图像以供观看者观看。扩展光源的控制器调节一个或多个单元的相对颜色输出，以更改入射到空间光调制器的光在照明平面上的颜色分布。