圖像生成系統(tǒng)及圖像生成方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了圖像生成系統(tǒng)及圖像生成方法。在一方面，圖像生成系統(tǒng)包括：附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定至用戶頭部將由該用戶觀察的位置；照明系統(tǒng)，具有位于無(wú)限距處的出射光瞳，且被配置為發(fā)射光；光調(diào)制器，被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的光，并選擇性地反射至少一些對(duì)應(yīng)于圖像的所接收的光；控制系統(tǒng)，與所述光調(diào)制器相耦合，并被配置為存取有關(guān)所述圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)所存取的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成多個(gè)控制信號(hào)，并輸出該控制信號(hào)至所述光調(diào)制器以控制至少一些所接收的光的選擇性反射；以及輸出光學(xué)系統(tǒng)，被配置為將所述選擇性反射的光定向至觀察者的眼睛，以由該觀察者進(jìn)行觀察。
【專利說(shuō)明】圖像生成系統(tǒng)及圖像生成方法
[0001]相關(guān)專利資料
[0002]本申請(qǐng)為2012 年 2 月 6 日提交的題為 “Image Generat1n Systems and ImageGenerat1n Methods”的美國(guó)專利申請(qǐng)13/367,261的繼續(xù)申請(qǐng)并要求該申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán),該申請(qǐng)所教示的內(nèi)容作為參考而被結(jié)合于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及圖像生成系統(tǒng)及圖像生成方法。

【背景技術(shù)】
[0004]成像系統(tǒng)在用于商業(yè)、科學(xué)、軍事應(yīng)用、娛樂(lè)等的許多應(yīng)用中都是非常有用的。成像系統(tǒng)的成熟度及質(zhì)量不斷地得到改善，且成像光學(xué)器件以及數(shù)字處理設(shè)備也在改進(jìn)。不同的成像布置或?qū)嵤┊a(chǎn)生了不同類型的圖像，諸如照片或包含數(shù)字內(nèi)容的計(jì)算機(jī)顯示屏幕、由傳感器生成的圖像、以及可對(duì)虛擬信息與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景描繪(例如，由攝像機(jī)拍攝的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景描繪)進(jìn)行整合的復(fù)合圖像。不同的成像系統(tǒng)可組合不同的傳感器來(lái)生成圖像，例如，光傳感器可用于生成環(huán)境的照片或視頻內(nèi)容，紅外傳感器可用于檢測(cè)電磁頻譜的紅外范圍內(nèi)的輻射并可用在熱成像攝像機(jī)中以生成場(chǎng)景的熱圖像。
[0005]本公開(kāi)的至少一些方面涉及用于生成圖像的系統(tǒng)及方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一實(shí)施方式，圖像生成系統(tǒng)包括:附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定在用戶頭部將被用戶觀察的位置；照明系統(tǒng)，具有位于無(wú)限距的出射光瞳，并被配置為發(fā)射光；光調(diào)制器，被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的光，并選擇性地反射至少一些對(duì)應(yīng)于圖像的所接收的光；控制系統(tǒng)，與所述光調(diào)制器相耦合，并被配置為存取有關(guān)所述圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)所存取的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成多個(gè)控制信號(hào)，并輸出該控制信號(hào)至所述光調(diào)制器以控制至少一些所接收的光的選擇性反射；以及輸出光學(xué)系統(tǒng)，被配置為將所述選擇性反射的光定向至觀察者的眼睛，以由觀察者進(jìn)行觀察。
[0007]根據(jù)另一實(shí)施方式，圖像生成系統(tǒng)包括:附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定在用戶頭部將被用戶觀察的位置；照明系統(tǒng)，被配置為發(fā)射光；全內(nèi)反射TIR棱鏡，包括被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的光的第一表面、被配置為輸出在所述第一表面接收的光并接收反射光的第二表面、以及被配置為輸出在所述第二表面處接收的反射光的第三表面；光調(diào)制器，被配置為選擇性地反射至少一些從所述全內(nèi)反射TIR棱鏡的第二表面輸出的光以提供反射光；以及輸出光學(xué)系統(tǒng)，被配置為接收從全內(nèi)反射TIR棱鏡的第三表面輸出的反射光并將該反射光輸出至觀察者眼睛的晶狀體，該晶狀體聚焦反射光以直接在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像。
[0008]根據(jù)另一實(shí)施方式，圖像生成方法包括:存取有關(guān)圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容；通過(guò)使用所存取的有關(guān)圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，反射對(duì)應(yīng)于所述圖像的多個(gè)像素的光；以及在朝向觀察者眼睛的方向上將所述圖像的反射光傳輸至無(wú)限距，所傳輸?shù)墓獗挥^察者眼睛的晶狀體聚焦以在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]以下將參考附圖對(duì)本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式進(jìn)行描述。
[0010]圖1為根據(jù)一實(shí)施方式的圖像生成系統(tǒng)的實(shí)施的示例；
[0011]圖2為根據(jù)一實(shí)施方式的圖像生成系統(tǒng)的組件的框圖；
[0012]圖3為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0013]圖4為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的組件的軸測(cè)圖；
[0014]圖5為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的輔助光學(xué)兀件的說(shuō)明性表不；
[0015]圖6為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0016]圖7為根據(jù)一實(shí)施方式的照明系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0017]圖8為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0018]圖9為根據(jù)一實(shí)施方式的觀看系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0019]圖10為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0020]圖11為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示；
[0021]圖12為根據(jù)一實(shí)施方式的成像系統(tǒng)的說(shuō)明性表示。

【具體實(shí)施方式】
[0022]參見(jiàn)圖1，根據(jù)一實(shí)施方式示出了被配置為穿戴在用戶頭部上的圖像生成系統(tǒng)10。在圖1的示例中，所示圖像生成系統(tǒng)10被實(shí)施為可由個(gè)人穿戴的頭盔顯示器(HMD)。
[0023]在一更為具體的示例中，圖像生成系統(tǒng)10可包含攝像機(jī)和/或傳感器，其被配置為生成有關(guān)圖像生成系統(tǒng)10所感測(cè)或觀察的環(huán)境的圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以及附加電路及成像組件，其可將所述數(shù)據(jù)內(nèi)容作為視覺(jué)圖像傳輸至一個(gè)或多個(gè)人(圖1中未示出一個(gè)或多個(gè)傳感器、電路、以及諸如成像系統(tǒng)的附加成像組件)。圖1的示例性圖像生成系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)傳感器、電路及組件被設(shè)置在通過(guò)使用附接系統(tǒng)14而被附著至頭盔及人體的頭部的殼體12內(nèi)。在所示的配置中，殼體12可保護(hù)圖像生成系統(tǒng)10的組件不受環(huán)境因素影響。其他實(shí)施方式也是可行的，例如系統(tǒng)10可被整合至頭盔或被嵌入在與頭盔相分離的護(hù)目鏡內(nèi)。附接系統(tǒng)14的其他配置(例如，皮帶、帽子、面罩等)也是可行的，以將系統(tǒng)10固定至用戶頭部而不需要使用頭盔。
[0024]圖像生成系統(tǒng)10可廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用。在一示例性的實(shí)施方式中，圖像生成系統(tǒng)10包括一個(gè)或多個(gè)熱傳感器及光學(xué)器件，以生成例如可用于軍事或監(jiān)測(cè)應(yīng)用的熱圖像。在附加實(shí)施方式中，圖像生成系統(tǒng)10可以不同的配置而被實(shí)施。例如，如上所述，系統(tǒng)10可包括用于感測(cè)有關(guān)系統(tǒng)10的環(huán)境內(nèi)的光的攝像機(jī)。在另一示例中，系統(tǒng)10可被實(shí)施在車輛中，并可包括被布置為生成該車輛的環(huán)境的數(shù)據(jù)內(nèi)容的外部攝像機(jī)和/或傳感器。另夕卜，在一些實(shí)施方式中，這些攝像機(jī)可形成立體對(duì)以產(chǎn)生三維圖像以及目標(biāo)測(cè)距信息。圖像生成系統(tǒng)10的這些實(shí)施方式及應(yīng)用均是說(shuō)明性的，該圖像生成系統(tǒng)10可用于需要生成圖像的其他實(shí)施及應(yīng)用中。
[0025]參見(jiàn)圖2，示出了圖像生成系統(tǒng)10的一實(shí)施方式的電路及組件。在示例性描繪的布置中，圖像生成系統(tǒng)10包括數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)20、控制系統(tǒng)22以及成像系統(tǒng)24。此外，在所示的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)20包括一個(gè)或多個(gè)傳感器30，控制系統(tǒng)22包括處理電路32及存儲(chǔ)電路34。圖3示出了成像系統(tǒng)24的示例性配置細(xì)節(jié)。
[0026]還可設(shè)置圖像生成系統(tǒng)10的其他組件。例如，可利用電源(例如，便攜式應(yīng)用中的電池)來(lái)給系統(tǒng)20、22、24提供電能，且所述控制系統(tǒng)22可包括用于接收來(lái)自外部源的數(shù)據(jù)內(nèi)容的接口或通信電路，該接口或通信電路可用于生成圖像以由用戶觀察。
[0027]在所述的實(shí)施方式中，傳感器30被配置為感測(cè)關(guān)于圖像生成系統(tǒng)10的環(huán)境。此夕卜，傳感器30可生成數(shù)據(jù)內(nèi)容，例如以電信號(hào)的方式，該電信號(hào)可用于生成可視化地展現(xiàn)所感測(cè)的環(huán)境的圖像。在示例性的配置中，傳感器30可被配置為感測(cè)可視光、紅外、毫米波以及兆赫輻射。
[0028]在所述的實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)22與傳感器30電耦合?？刂葡到y(tǒng)22的處理電路32可存取關(guān)于即將被形成的圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容。在一實(shí)施方式中，示例性的數(shù)據(jù)內(nèi)容指定了將被形成的數(shù)字圖像的多個(gè)像素的強(qiáng)度。數(shù)據(jù)內(nèi)容可由數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)20的傳感器30生成、存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電路34、以及從外部傳感器或圖像生成系統(tǒng)10外部的其他源進(jìn)行存取。
[0029]在一實(shí)施方式中，處理電路32可另外提供對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的適當(dāng)處理，并使用處理后的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成并輸出控制信號(hào)至成像系統(tǒng)34，以創(chuàng)建由用戶觀看的視覺(jué)圖像。如以下所詳細(xì)描述的，在一實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)24使用光調(diào)制器來(lái)生成圖像。如以下另外詳細(xì)描述的，控制信號(hào)可控制光生成器的多面反光鏡在多個(gè)位置(即，對(duì)應(yīng)于開(kāi)啟/關(guān)閉狀態(tài))之間運(yùn)動(dòng)以生成圖像。
[0030]處理電路32被布置為處理數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)存取及存儲(chǔ)、以及控制其他期望的操作，例如包括實(shí)施如將在以下另外詳細(xì)描述的眼球跟蹤操作。在至少一實(shí)施方式中，處理電路32可包括被配置為實(shí)施由合適計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)所提供的期望的程序。例如，處理電路32可被實(shí)施為一個(gè)或多個(gè)處理器和/或被配置為執(zhí)行可執(zhí)行指令(包括例如軟件和/或固件指令)的其他結(jié)構(gòu)。處理電路32的其他示例性實(shí)施方式包括單獨(dú)的或與一個(gè)或多個(gè)處理器的結(jié)合的硬件邏輯、PGA、FPGA, ASIC、狀態(tài)機(jī)和/或其他結(jié)構(gòu)。處理電路32的這些示例是說(shuō)明性的，其他配置也是可行的。
[0031]存儲(chǔ)電路34被配置為存儲(chǔ)程序，諸如可執(zhí)行的代碼或指令(例如，軟件和/或固件)、電子數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、或其他數(shù)字信息，且可包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。在此所述的至少一些實(shí)施方式或方面可通過(guò)使用存儲(chǔ)于存儲(chǔ)電路34的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)并被配置為控制合適的處理電路32的程序而被實(shí)施。
[0032]在示例性的實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可被體現(xiàn)在可包含、存儲(chǔ)或保持程序、數(shù)據(jù)和/或數(shù)字信息的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品內(nèi)，其可由包括處理電路32的指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或與該系統(tǒng)相結(jié)合。例如，示例性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可為非暫時(shí)性的，且包括物理介質(zhì)(諸如電、磁、光、電磁、紅外)或半導(dǎo)體介質(zhì)中的任一者。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的一些更為具體的示例包括但不限于便攜式磁性計(jì)算機(jī)磁盤(pán)(諸如軟磁盤(pán))、壓縮磁盤(pán)、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、閃存、緩沖存儲(chǔ)器和/或能夠存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)或其他數(shù)字信息的其他配置。
[0033]以下將根據(jù)一示例性的實(shí)施參考圖3來(lái)對(duì)成像系統(tǒng)24進(jìn)行描述。所示的成像系統(tǒng)24可用于生成用于由用戶觀察的視覺(jué)圖像。在一實(shí)施方式中，圖像生成系統(tǒng)10被配置為虛擬視網(wǎng)膜顯示器(VRD)，而成像系統(tǒng)24向觀察者的眼睛傳送光，以直接在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像，且在一實(shí)施方式中，形成于視網(wǎng)膜上的圖像是所形成的唯一的圖像(即，沒(méi)有形成觀察者聚焦之處的實(shí)像)。如下所述，多個(gè)光束被反射并被定向至觀察者的眼睛，以在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像像素。在一些實(shí)施(諸如圖1的示例性護(hù)目鏡配置)中，可利用多個(gè)圖3的成像系統(tǒng)24來(lái)生成立體或3D視覺(jué)圖像，以由個(gè)人的雙眼觀看。在一實(shí)施方式中，光調(diào)制器(如以下將在一實(shí)施方式中詳細(xì)描述的，其可用于生成圖像)的物理范圍(例如，對(duì)角線測(cè)量)大于觀察者眼睛的入射光瞳的直徑，其中從圖像生成系統(tǒng)進(jìn)入觀察者眼睛的所述多個(gè)光束模仿了在不借助外部觀看設(shè)備直接觀看場(chǎng)景時(shí)的外圍視覺(jué)體驗(yàn)。
[0034]圖3所示的成像系統(tǒng)24的示例性配置包括光源40、光學(xué)接口 42、照明器透鏡44、光調(diào)制器46以及眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48。在其他實(shí)施例中，成像系統(tǒng)24可采用其他配置。光源40被配置為發(fā)射光以用于生成由用戶觀察的視覺(jué)圖像。光源40可從控制系統(tǒng)22接收控制信號(hào)，該控制系統(tǒng)22根據(jù)將被創(chuàng)建的圖像控制光的發(fā)射。所述控制信號(hào)可控制所發(fā)射的光的參數(shù)(例如，強(qiáng)度、顏色)及時(shí)間。
[0035]可依據(jù)圖像生成系統(tǒng)10的應(yīng)用(例如系統(tǒng)10是生成單色圖像還是彩色圖像)而使用不同的光源40。在一彩色實(shí)施方式的示例中，光源40可被配置為生成多個(gè)不同顏色的光(例如，RGB、CMYK)以生成所述圖像。在一更具體的實(shí)施方式中，可按序發(fā)送不同顏色的光，以形成彩色圖像。光源40可被實(shí)施為多個(gè)發(fā)光二極管(LED),其在一實(shí)施方式中被配置為生成紅、綠及藍(lán)光。在另一實(shí)施方式中，光源40可包括基本白色的光源(諸如白熱光源)以及色輪，以生成不同顏色的光。在再一示例中，可使用一個(gè)或多個(gè)被配置為發(fā)射不同顏色光的激光器來(lái)實(shí)施光源40。在一些布置中，可使用分色鏡或使用熔接光學(xué)耦合器來(lái)在自由空間內(nèi)組合這些多種顏色的照明光。
[0036]在所不的實(shí)施方式中，光學(xué)接口 42與光源40光學(xué)稱合,并被配置為發(fā)送光源40生成的光并將光50發(fā)射至照明器透鏡44。光學(xué)接口 42在成像系統(tǒng)24存在物理尺寸和/或空間限制的配置中是有用的。在一實(shí)施方式中，可將光學(xué)接口 42實(shí)施為光學(xué)多模光纖以傳送光。
[0037]所述照明器透鏡44與光學(xué)接口 42光學(xué)耦合，并被布置為接收來(lái)自光學(xué)接口 42及光源40的光50。照明器透鏡44被布置為校準(zhǔn)所接收的光50，并將校準(zhǔn)后的光52定向至光調(diào)制器46。在示例性的實(shí)施方式中，照明器透鏡44可為雙合透鏡或三合透鏡。光源40、光學(xué)接口 42以及透鏡44中的一個(gè)或多個(gè)組件在此可被稱為照明系統(tǒng)。
[0038]光調(diào)制器46被布置為接收校準(zhǔn)后的光52，并選擇性地在不同方向上對(duì)光進(jìn)行反射以在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像。在一實(shí)施方式中，光調(diào)制器46的物理范圍(例如，德州儀器DLP 0.55 XGA具有0.55英寸或?14mm的對(duì)角線測(cè)量)可大于光適應(yīng)的人類瞳孔(直徑3-5mm)，且在本次描述的實(shí)施方式中，觀察者將感覺(jué)到一類似于自然視覺(jué)的外圍視覺(jué)體驗(yàn)。在一實(shí)施方式中，光調(diào)制器46為數(shù)字微鏡器件(DMD),其包括多個(gè)微反射鏡(圖3僅示出了單個(gè)反射鏡47)。更為具體的是，數(shù)字微鏡器件包括可被布置為二維陣列的多個(gè)反射鏡，且該反射鏡可被控制為處于不同位置或狀態(tài)(例如，開(kāi)啟/關(guān)閉)以生成圖像像素。
[0039]控制系統(tǒng)22提供控制信號(hào)，該控制信號(hào)控制各個(gè)反射鏡處于對(duì)應(yīng)于“開(kāi)啟”和“關(guān)閉”狀態(tài)的不同位置。如圖3所示，反射鏡47被設(shè)置在“開(kāi)啟”位置/狀態(tài)，其將光束54在第一方向反射至觀察者的眼睛，且來(lái)自單個(gè)反射鏡47的光束54形成了在用戶眼睛視網(wǎng)膜上生成的圖像的像素。反射鏡47還可被設(shè)置在“關(guān)閉”狀態(tài)，其將光束56在第二方向上反射離開(kāi)觀察者的眼睛。根據(jù)將被形成的圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容而將反射鏡47在“開(kāi)啟”和“關(guān)閉”狀態(tài)之間進(jìn)行控制創(chuàng)建了圖像。
[0040]在一具體示例性的布置中，光調(diào)制器46被實(shí)施為可獲自德州儀器公司的DLP0.55 XGA系列450數(shù)字微鏡器件(DMD)。該示例性器件包括1024x768的微鏡陣列，且具有10.8 μ m的反射鏡間距,該陣列為11.06mmx8.3mm,對(duì)角線為?14mm(0.55")。在一實(shí)施方式中，所述微鏡可為CMOS襯底上的硅，其可由來(lái)自控制系統(tǒng)22的數(shù)字存儲(chǔ)單元的控制信號(hào)進(jìn)行尋址。
[0041]在所述的實(shí)施方式中，陣列的單個(gè)微鏡可在多個(gè)不同位置之間圍繞跨反射鏡對(duì)角線的樞軸旋轉(zhuǎn)±12°，以產(chǎn)生反射鏡的“開(kāi)啟”與“關(guān)閉”狀態(tài)。在一實(shí)施方式中，反射鏡的電源關(guān)閉狀態(tài)為0°傾斜，而“開(kāi)啟”狀態(tài)可為+12°，“關(guān)閉”狀態(tài)可為-12°?？刂葡到y(tǒng)22提供的控制信號(hào)可根據(jù)將被形成的圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容而控制反射鏡處于“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”狀態(tài)。例如，控制信號(hào)可識(shí)別并控制合適的反射鏡處于“開(kāi)啟”狀態(tài)以將光反射至觀察者的眼睛，同時(shí)識(shí)別并控制其他反射鏡處于“關(guān)閉”狀態(tài)以將光反射離開(kāi)觀察者的眼睛，從而生成圖像。在本次描述的實(shí)施方式中，圖像可指完整的圖像(其中該圖像的所有像素可被同時(shí)成像(例如，單色圖像))或彩色圖像幀(例如，不同時(shí)刻的多個(gè)不同顏色的連續(xù)幀會(huì)被觀察者感知為彩色圖像)。對(duì)于給定的圖像或幀，“開(kāi)啟”的透鏡可被稱之為第一透鏡組，“關(guān)閉”的透鏡可被稱之為第二透鏡組。
[0042]在一實(shí)施方式中，陣列的透鏡對(duì)應(yīng)于將被形成的圖像的像素，且對(duì)于給定圖像或幀，來(lái)自控制系統(tǒng)22的控制信號(hào)可識(shí)別或指定哪些像素被成像至觀察者的眼睛(即，哪些像素“開(kāi)啟”)以及哪些像素不被成像至觀察者的眼睛(即，哪些像素“關(guān)閉”)。因此，在一實(shí)施方式中，對(duì)于給定圖像或幀，多個(gè)光束可由光調(diào)制器同時(shí)并行反射并定向至觀察者的眼睛，以在給定圖像或像素將被形成時(shí)，在兩個(gè)維度上同時(shí)在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成針對(duì)所述給定圖像或幀的多個(gè)像素。
[0043]在一實(shí)施方式中，可通過(guò)連續(xù)感知為紅色、綠色及藍(lán)色的原色的幀而最小限度地形成彩色圖像。在一彩色圖像的生成方法中，光源40可在各個(gè)時(shí)刻順序發(fā)射紅、綠及藍(lán)光，且可控制反射鏡在紅光期間提供圖像的紅色幀至觀察者，之后可控制反射鏡在綠光期間提供圖像的綠色幀至觀察者，并在此之后可控制反射鏡在藍(lán)光期間提供圖像的藍(lán)色幀至觀察者?？梢砸赃h(yuǎn)快于人類視覺(jué)暫留的速率控制合適的反射鏡處于“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”狀態(tài)，以形成彩色圖像(在一示例中，可以以每秒上千次的速度對(duì)透鏡進(jìn)行調(diào)制)。在一實(shí)施方式中，所產(chǎn)生的遞色可控制單個(gè)像素的顏色及亮度水平，以匹配原始圖像的顏色及亮度水平。
[0044]如上所述，可使用LED光源40，且光學(xué)接口 42可發(fā)送所述所發(fā)射的光。光學(xué)接口42可組合、傳輸以及均勻化所發(fā)射的光(其可包括不同波長(zhǎng)的光)，且可被實(shí)施為多模式光纖，諸如可獲取自Thorlabs公司的商品FT400EMT，且其可通過(guò)使用分色鏡而被組合成單個(gè)大芯徑光纖，以反射每一單個(gè)RGB波長(zhǎng)且使其他兩個(gè)通過(guò)以用于三色照明器。上述光纖具有0.4_的內(nèi)徑以及0.37的數(shù)值孔徑(NA)。此外，在一些實(shí)施方式中，二向色性自由空間組合器可使用光纖組合器而被替代，其中光纖成對(duì)熔接在一起以組合不同顏色的照明光束。
[0045]在一更為具體的實(shí)施方式中，照明器透鏡44可為具有19mm有效焦距的雙合透鏡，以對(duì)0.37NA光纖的輸出進(jìn)行校準(zhǔn)并完全照亮光調(diào)制器46的反射鏡陣列的表面。應(yīng)該注意的是，多模光纖不會(huì)嚴(yán)格產(chǎn)生校準(zhǔn)后的點(diǎn)源輸出(像單模光纖所提供的那樣)，而是會(huì)產(chǎn)生多個(gè)以稍微不同的角度(取決于所述源的橫向延伸)離開(kāi)光纖端面的校準(zhǔn)后的光束。然而，由于0.4_的相對(duì)小的內(nèi)徑，相比于基于白熾燈泡的照明器或LED陣列，可提供小范圍角度光分布。在一實(shí)施方式中，光調(diào)制器46的反射鏡陣列反射入射光,而路徑長(zhǎng)度可保持相對(duì)短且緊湊，可很容易實(shí)現(xiàn)小于25mm的路徑長(zhǎng)度。
[0046]在一實(shí)施方式中，構(gòu)成光調(diào)制器46所傳輸?shù)膱D像的光不需要大視場(chǎng)(FOV)的觀看系統(tǒng)來(lái)將所述圖像傳輸至觀察者的眼睛。雖然可利用DMD反射鏡上的銳角入射角度來(lái)從反射鏡的涂面獲取有效的反射回的光，但是“開(kāi)啟”和“關(guān)閉”狀態(tài)的指定是任意的。圖3的示例性配置還在沒(méi)有光束分離元件(其反而可能會(huì)減小反射光的強(qiáng)度)的情況下實(shí)施。
[0047]所示成像系統(tǒng)24的眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48被配置為接收由光調(diào)制器46的反射鏡在他們處于“關(guān)閉”期間反射的光56。例如，可在期望時(shí)刻控制光調(diào)制器46的反射鏡處于“關(guān)閉”狀態(tài)，以將光反射至眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48，眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48可包含數(shù)字?jǐn)z像機(jī)49以采集觀察者的眼睛的圖像。在一示例中，可在源40的照明脈沖之間獲取觀察者眼睛的圖像，從而避免來(lái)自光源40的光使攝像機(jī)49飽和。在一實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)24可在連續(xù)時(shí)刻將圖像的連續(xù)的RGB幀傳輸至觀察者的眼睛，此后可控制調(diào)制器46的反射鏡處于“關(guān)閉”狀態(tài)以使得在再次提供其他的RGB幀至觀察者眼睛之前，攝像機(jī)49能夠采集觀察者的眼睛的圖像。在另一示例中，光調(diào)制器46可在個(gè)別的RGB幀之間提供觀察者的眼睛的圖像至攝像機(jī)49。還可以利用在觀察所生成圖像期間采集觀察者的眼睛的圖像的其他實(shí)施方式和/或方案。
[0048]在一實(shí)施方式中，通過(guò)使用眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48對(duì)觀察者眼睛的動(dòng)作的監(jiān)控可被控制系統(tǒng)22利用以控制圖像生成系統(tǒng)10的操作。例如，一些成像系統(tǒng)24提供由用戶觀察的出射光瞳?？衫糜嘘P(guān)觀察者眼睛的運(yùn)動(dòng)的信息來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向透鏡(未示出)以對(duì)應(yīng)于觀察者眼睛的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)出射光瞳。在另一實(shí)施方式中，還可使用由眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48所跟蹤的眼睛運(yùn)動(dòng)來(lái)控制圖像生成系統(tǒng)10的一個(gè)或多個(gè)傳感器30。例如，如果用戶向上看，可使得傳感器30(諸如提供由用戶觀察的數(shù)字內(nèi)容的攝像機(jī))斜向上以改變觀察視野，或者在立體攝像機(jī)對(duì)的情況下改變系統(tǒng)的會(huì)聚點(diǎn)。還可另外使用眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48的輸出以用于其他布置中的其他目的，例如使用眼睛的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制指示器。此外，在另一實(shí)施方式中，可利用眨眼來(lái)控制圖像生成系統(tǒng)10的操作。
[0049]在上述一實(shí)施方式中，圖像生成系統(tǒng)10被配置為虛擬視網(wǎng)膜顯示器(VRD)，其使用觀察者眼睛的晶狀體作為最終光學(xué)元件而在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上直接形成圖像。在一示例中，成像系統(tǒng)24所生成的唯一的圖像為在視網(wǎng)膜上生成的圖像(即，不需要在用戶前面生成用戶聚焦到其上的中間的實(shí)像)。例如，光調(diào)制器46將光54定向至觀察者眼睛的晶狀體及角膜，以直接傳輸圖像至觀察者眼睛的視網(wǎng)膜。在一實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)24的出射光瞳與觀察者眼睛的入射光瞳在同一平面上。在所述實(shí)施方式中，光調(diào)制器46將包含來(lái)自各個(gè)反射鏡的多個(gè)并行光束定向至觀察者眼睛，之后觀察者眼睛的晶狀體及角膜將所述光束聚焦到視網(wǎng)膜上，從而在觀察者的眼睛上形成圖像。
[0050]在所述示例性的實(shí)施方式中，光調(diào)制器46在同一時(shí)刻將對(duì)應(yīng)于圖像多個(gè)不同的像素(例如，圖像的紅色幀)的多個(gè)光束同時(shí)并行定向至觀察者眼睛。光束54進(jìn)入觀察者眼睛的角度決定了光束各自在視網(wǎng)膜上聚焦的位置。在一些實(shí)施方式中，這些角度還可有助于模仿外圍視覺(jué)的自然觀看體驗(yàn)(例如，將在以下結(jié)合圖5對(duì)一實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述)。
[0051]在圖3所示的示例中，光調(diào)制器46的反射鏡可定向光在光的路徑54、56之間。另夕卜，為適應(yīng)不同的實(shí)施方式，成像系統(tǒng)24的其他布置也是可行的。例如，在其他實(shí)施方式中，可使用一個(gè)或多個(gè)附加反射鏡將光調(diào)制器46所反射的光定向至觀察者的眼睛、眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48、或其他期望的位置。
[0052]參見(jiàn)圖4，示出了根據(jù)一實(shí)施方式的被布置為示例性護(hù)目鏡配置的成像系統(tǒng)24。在所示的配置中，光源40在殼體12外部且未被示出。光學(xué)接口 42在殼體12內(nèi)部將來(lái)自外部光源40的光發(fā)送至照明器透鏡44，照明器透鏡44將光52定向至光調(diào)制器46 (圖4僅示出了光調(diào)制器46的一個(gè)反射鏡47)。
[0053]可選擇性地控制光調(diào)制器46的每個(gè)反射鏡47分別處于“開(kāi)啟”或“關(guān)閉”狀態(tài)，以選擇性地將光54定向至目鏡58以由用戶觀察，或定向至眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48。在一實(shí)施方式中，可密封外殼12以避免環(huán)境的光進(jìn)入外殼12內(nèi)部，且由用戶觀看的的光基本上僅為由光調(diào)制器47反射的光54。因此，在夜里使用的軍事應(yīng)用中，器件的一些布置不會(huì)提供可能暴露觀察者位置的光信號(hào)(optical signature)。
[0054]在一配置中，目鏡58為埃弗利目鏡(Erfle eyepiece),其被布置為將光54的中間圖像中繼至觀察者眼睛的視網(wǎng)膜?？蓪⑹纠阅跨R58設(shè)計(jì)為中繼在望眼鏡焦距處形成的圖像，并將該圖像映射至無(wú)限距(校準(zhǔn)空間)。通過(guò)利用人類的視覺(jué)適應(yīng)能力，該“位于無(wú)限距處的圖像”被傳輸至觀察者眼睛的晶狀體，之后被聚焦到視網(wǎng)膜上。在一些實(shí)施方式中，目鏡58可被稱之為輸出光學(xué)系統(tǒng)。
[0055]參見(jiàn)圖5，示出了可用于成像系統(tǒng)24的一布置中的輔助光學(xué)元件70的一實(shí)施方式。在所繪示的布置中，示例性元件70為軸棱鏡，其可用于增強(qiáng)觀察者的外圍視覺(jué)。在一實(shí)施方式中，可將光學(xué)元件70插在光調(diào)制器46與觀察者的眼睛之間，且射線束72可從光調(diào)制器46接收并作為射線束74而被定向至觀察者眼睛(或在利用目鏡58的實(shí)施方式中，在觀察者的眼睛內(nèi)接收之前，將射線束74首先定向至目鏡58)。雖然出于簡(jiǎn)潔的目的，圖5中每一射線束72、74均包含5組射線，但每一射線束72、74 —般可包含更多的射線(其將被包含在所繪示的5組射線之間)。
[0056]由光調(diào)制器46反射的射線束72可大于觀察者眼睛的瞳孔(該瞳孔一般可適應(yīng)于由成像系統(tǒng)24生成的光來(lái)創(chuàng)建視覺(jué)圖像)(例如，射線束72可為1mmxlOmm平方,而光適應(yīng)瞳孔的直徑可為3_)?？蓪⒃?0實(shí)施為具有截去錐形尖端區(qū)域71 (該區(qū)域可近似于觀察者的光適應(yīng)瞳孔的尺寸)的軸棱鏡。所述截去錐形尖端區(qū)域71可允許中心射線穿過(guò)元件70，以撞擊觀察者的眼睛負(fù)責(zé)中心視覺(jué)的部分上。軸棱鏡元件70的未被截去的其他角部分可使得其他射線以多個(gè)角度偏向瞳孔，從而使射線撞擊觀察者眼睛富有負(fù)責(zé)外圍視覺(jué)的視桿細(xì)胞的區(qū)域上?？苫诟鞣N因素(諸如至觀察者眼睛的距離)來(lái)選擇軸棱鏡元件70的角部分的角度。相比于未使用光學(xué)元件70的布置，該示例性元件70的使用可將射線束74從多個(gè)不同的角度定向至觀察者眼睛以增強(qiáng)觀察者的外圍視覺(jué)。
[0057]在上述圖3的示例中，照明路徑、投射路徑以及關(guān)閉狀態(tài)光路徑共享光調(diào)制器46之前的公共空間。相比于在光路徑之間提供較小間隔的一些布置，一些以下描述的實(shí)施方式在圖3布置的光路徑之間具有額外的間隔，以提供減小的相互作用、減小的串?dāng)_、減小的圖像退化以及減小的機(jī)械干擾。
[0058]參見(jiàn)圖6，描述了成像系統(tǒng)24a的另一實(shí)施方式，其可被用于被配置為作為虛擬視網(wǎng)膜顯示器的圖像生成系統(tǒng)10中。在一些實(shí)施方式中，期望提供具有減小深度的圖像生成系統(tǒng)以用于例如頭盔顯示器的應(yīng)用中。類似于以上參考圖3所描述的布置，在圖6中，光調(diào)制器46選擇性地將來(lái)自光源40及光學(xué)接口 42的校準(zhǔn)光52作為光束54及光束56進(jìn)行反射。然而，由光調(diào)制器46的所選反射鏡47反射的光束54被定向至第一轉(zhuǎn)向反射鏡82，其可將光束54反射至第二轉(zhuǎn)向反射鏡84。在所示的實(shí)施方式中，第二轉(zhuǎn)向反射鏡84將光束54定向至物鏡86 (如上所述，其可被配置為目鏡58)以及觀察者的眼睛。
[0059]在一實(shí)施方式中，可利用第一及第二轉(zhuǎn)向反射鏡82、84來(lái)增大觀看路徑與照明及眼睛監(jiān)測(cè)路徑之間的間隔，且相比于圖3的實(shí)施方式，可減小光路徑之間的干擾。在一些實(shí)施方式中，第二轉(zhuǎn)向反射鏡84可被部分透射，以允許觀察者觀察其視野內(nèi)由圖像生成系統(tǒng)10所傳輸?shù)臄?shù)字信息增強(qiáng)的場(chǎng)景。所示的成像系統(tǒng)24a在將光定向至觀察者眼睛的物鏡86輸出表面與光調(diào)制器46之間具有大約56.5mm的尺寸。
[0060]參見(jiàn)圖7-12,描述了成像系統(tǒng)24b_24e的其他實(shí)施方式。圖7中描述了可與一個(gè)或多個(gè)所公開(kāi)的成像系統(tǒng)結(jié)合使用的照明系統(tǒng)的示例性實(shí)施方式。光學(xué)接口 42發(fā)射由光源生成的光(該光源未示于圖7中，但可被實(shí)施為白光源以及在一示例性布置中用于生成不同顏色的光以形成彩色圖像的色輪)。所發(fā)射的光穿過(guò)擴(kuò)散器43(例如，在一些說(shuō)明性示例中為磨砂玻璃、全息或微透鏡陣列)，其可在光到達(dá)照明器透鏡44之前均勻化該光的強(qiáng)度分布。照明器透鏡44對(duì)接收的光進(jìn)行校準(zhǔn)并輸出校準(zhǔn)后的光52，在示例性的實(shí)施方式中，所述透鏡44可為雙合透鏡或三合透鏡。
[0061]在一實(shí)施方式中，所述接口 42具有100微米的直徑和0.39的數(shù)值孔徑。在一實(shí)施方式中，所述透鏡44可與接口 42間隔大約I個(gè)焦距，且可利用校準(zhǔn)器焦距實(shí)現(xiàn)大約25mm的校準(zhǔn)光束直徑，以溢滿調(diào)制器46的表面。在一實(shí)施方式中，透鏡44為具有焦距30mm的雙合透鏡，以對(duì)接口 42的輸出進(jìn)行校準(zhǔn)，從而獲得大約25mm的校準(zhǔn)光束直徑。
[0062]在一些實(shí)施方式中，從照明系統(tǒng)傳出的小束主射線在入射至調(diào)制器46時(shí)是平行的。圖7的示例中所示的照明系統(tǒng)在圖像空間中是遠(yuǎn)心的，因此具有位于無(wú)限距的出射光瞳。在所繪示的示例中，對(duì)象點(diǎn)的穿過(guò)所述出射光瞳的主射線平行于光學(xué)軸并且在從照明系統(tǒng)的透鏡44發(fā)射出的校準(zhǔn)光52中相互平行。在所繪示的實(shí)施方式中，照明系統(tǒng)所提供的光射線在到達(dá)調(diào)制器46時(shí)是平行的。
[0063]參見(jiàn)圖8，描述了虛擬視網(wǎng)膜顯示器的示例性成像系統(tǒng)24b的其他細(xì)節(jié)。從照明系統(tǒng)的透鏡44 (該透鏡于圖7中示出)輸出的校準(zhǔn)光52被定向至棱鏡90，在所示的實(shí)施方式中，該棱鏡90為全內(nèi)反射(TIR)棱鏡。所示的示例性TIR棱鏡90包括第一棱鏡92、第二棱鏡94以及該第一棱鏡92與第二棱鏡94之間的空氣間隙96。在不例性的實(shí)施方式中，棱鏡90可由玻璃或塑料制造，其中塑料更輕且在出現(xiàn)對(duì)顯示屏的機(jī)械撞擊時(shí)具有更好的抗破損性。
[0064]在一實(shí)施方式中，第一棱鏡92被定位為在表面91以一大于臨界角的角度接收校準(zhǔn)光52,相應(yīng)地,第一棱鏡92將所接收的光以大約兩倍于光調(diào)制器46反射鏡傾斜角的角度從表面93反射至光調(diào)制器46。
[0065]光經(jīng)由光調(diào)制器46處于“開(kāi)啟”狀態(tài)的反射鏡向下反射至棱鏡90，之后來(lái)自處于“開(kāi)啟”狀態(tài)的反射鏡的反射光由第一棱鏡92的表面93接收。所反射的光在第一棱鏡92的表面93處被折射并穿過(guò)空氣間隙96 (在一實(shí)施方式中，該空氣間隙96小于10微米)傳播。在穿過(guò)空氣間隙96傳播之后，光會(huì)遇到第二棱鏡94，該第二棱鏡被設(shè)計(jì)為對(duì)光進(jìn)行等量折射且相反于鄰近空氣間隙96的第一棱鏡的表面,該第二棱鏡94允許光以一大約垂直于表面97的角度離開(kāi)第二棱鏡94的表面97。
[0066]物鏡86被定位在棱鏡90下游并接收離開(kāi)第二棱鏡94的表面97的光。在一實(shí)施方式中，物鏡86為雙合透鏡，該雙合透鏡的輸入表面相比于透鏡86的輸出表面具有增大的曲率(以比其中輸出表面相比于輸入表面具有增大曲率的布置提供減小的失真/扭曲變形)。在一實(shí)施方式中，物鏡86被定位在離調(diào)制器46 —個(gè)焦距的位置處，具有位于無(wú)限距處的出射光瞳以及位于調(diào)制器46位置處的入射光瞳。在圖8的不例中，物鏡86將選擇性的反射光從光調(diào)制器46定向至觀察者的眼睛，且在其被觀察者的眼睛接收之前沒(méi)有進(jìn)一步的光反射。
[0067]如上所述，在一些實(shí)施方式中，本公開(kāi)的圖像生成系統(tǒng)10可被配置為虛擬視網(wǎng)膜顯示器。一些虛擬視網(wǎng)膜顯示器以一方式直接將光傳送至觀察者的眼睛，該方式允許直接在觀察者的視網(wǎng)膜上感知光調(diào)制器46的圖像。在一些示例性的虛擬視網(wǎng)膜顯示器的實(shí)施方式中，來(lái)自光調(diào)制器46的圖像校準(zhǔn)光從成像系統(tǒng)24b-24e的物鏡86輸出，并由觀察者眼睛的晶狀體聚焦以將來(lái)自光調(diào)制器46的圖像直接形成在觀察者的視網(wǎng)膜上，而不需要形成中間或間接圖像(例如，位于用戶聚焦于其上的距離處的屏幕上的圖像)。在一些實(shí)施方式中，觀察者的眼睛距離物鏡86的輸出小于25mm。
[0068]在一些實(shí)施方式中，物鏡86將來(lái)自調(diào)制器46的光定向至觀察者的眼睛，其可由觀察者直接感知為圖像。在所述的示例中，物鏡86將輸出自棱鏡90的圖像朝向觀察者的眼睛傳輸至無(wú)限距，其可由觀察者眼睛的晶狀體成像或聚焦，以直接在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成實(shí)像。
[0069]調(diào)制器46的反射鏡可對(duì)應(yīng)于多個(gè)對(duì)象點(diǎn)(例如，像素)，且輸出光學(xué)系統(tǒng)(即，物鏡86)將對(duì)應(yīng)于這些對(duì)象點(diǎn)的校準(zhǔn)光束并行輸出至觀察者的眼睛。在經(jīng)由觀察者的未適應(yīng)的眼睛(unaccommodated eye)進(jìn)行觀看期間,觀察者眼睛的睫狀肌是放松的且聚焦在無(wú)限距處，且觀察者眼睛的晶狀體會(huì)將來(lái)自調(diào)制器46的圖像直接形成在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上。因此，在一實(shí)施方式中，由觀察者眼睛的晶狀體在觀察者的視網(wǎng)膜上形成首個(gè)實(shí)像，而不需要如上所述的形成觀察者眼睛聚焦在其上的間接或中間圖像。此外，如上所述，在一實(shí)施方式中，輸出光學(xué)系統(tǒng)具有無(wú)限距焦距。在其他實(shí)施方式中，輸出光學(xué)系統(tǒng)可具有其他焦距，諸如10-100英尺。
[0070]在一些示例性的實(shí)施方式中，調(diào)制器46所反射的校準(zhǔn)光束對(duì)應(yīng)于在相同瞬間形成在觀察者眼睛視網(wǎng)膜上的像素，而不同于被光柵掃描。換句話說(shuō)，在這些實(shí)施方式中，二維圖像的像素可被并行形成在觀察者的視網(wǎng)膜上。
[0071]在從物鏡86的輸出表面(其將光定向至觀察者的眼睛)至光調(diào)制器46的尺寸為大約35mm的至少一實(shí)施方式中，所示成像系統(tǒng)24b是相對(duì)緊湊的。相比于一些其他實(shí)施方式，將物鏡86設(shè)置得更靠近光調(diào)制器46的系統(tǒng)24b的布置可相比于增大了物鏡86與光調(diào)制器46之間間隔的其他實(shí)施方式，增加來(lái)自光調(diào)制器46的圖像的放大率。增加的放大率是由于觀察者眼睛的焦距(EFLeye =大約21mm)與物鏡86的焦距(在所述的實(shí)施方式中，ELFobjective =大約35_)之間的關(guān)系，該所述實(shí)施方式可對(duì)來(lái)自光調(diào)制器的圖像提供一放大率，該放大率由以下公式所限定=EFLeyeZiEFLtjbjeetive = 21/35 = 0.6。在該布置中，觀看路徑與照明路徑相互相差大約90度。
[0072]參見(jiàn)圖9，示出了觀看系統(tǒng)的一實(shí)施方式。圖9所示的圖示是從上述圖8的右側(cè)進(jìn)行觀看的。如上所述，圖像的光被光調(diào)制器46反射并由棱鏡90定向至輸出光學(xué)系統(tǒng)(透鏡86)，其將光定向至觀察者眼睛的瞳孔99。在所繪示的示例中，觀察者眼睛的瞳孔99具有大約5mm的直徑，并與透鏡86相隔大約5mm。觀察者眼睛的晶狀體將所接收的光聚焦以直接在觀察者眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像。在一實(shí)施方式中，可相對(duì)于觀察者眼睛的瞳孔99對(duì)透鏡86的位置進(jìn)行軸向調(diào)節(jié)(更近一些或更遠(yuǎn)一些)(例如，通過(guò)使用機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)-未示出)，以便不同觀察者(其中一些可能具有視力障礙，諸如近視)對(duì)輸出進(jìn)行清晰地觀看。
[0073]參見(jiàn)圖10，示出了成像系統(tǒng)24c的另一實(shí)施方式，相比于一些其他布置，其可減少頭戴機(jī)體積。圖10所示的棱鏡被實(shí)施為反向全內(nèi)反射棱鏡，其中相比于圖8的成像系統(tǒng)24b，照明路徑與觀看路徑被調(diào)換。圖10的成像系統(tǒng)24c還提供了相互之間相差大約90度的照明路徑與觀看路徑。在此所使用的全內(nèi)反射棱鏡可指所公開(kāi)的不同配置的全內(nèi)反射棱鏡(例如，圖8及圖10的實(shí)施方式中的棱鏡)，除非在此特別說(shuō)明為僅指特定配置。
[0074]在所示的布置中，校準(zhǔn)光52經(jīng)由第二棱鏡94的表面97以一大約垂直于光調(diào)制器46的反射鏡表面的角度而被接收。在所示實(shí)施方式中，所接收的光穿過(guò)第二棱鏡94、空氣間隙96、第一棱鏡92,并由光調(diào)制器46反射回第一棱鏡92,之后從表面91輸出至物鏡86。
[0075]參見(jiàn)圖11，示出了成像系統(tǒng)24d的另一實(shí)施方式，其類似于圖10的實(shí)施方式但提供了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法。具體而言，類似于圖10的系統(tǒng)24c，校準(zhǔn)光52在第二棱鏡94的表面97被接收，并在第一棱鏡92的表面91處被輸出至物鏡86。自物鏡86輸出光被定向至部分傳送轉(zhuǎn)向反射鏡98，該轉(zhuǎn)向反射鏡98被設(shè)置在觀看路徑內(nèi)且位于物鏡86之后，以允許同時(shí)進(jìn)行數(shù)字與現(xiàn)實(shí)世界內(nèi)容的觀看與融合。在所示的實(shí)施方式中，部分傳送轉(zhuǎn)向反射鏡98傳遞成像系統(tǒng)24d接收的環(huán)境觀100的光，從而提供環(huán)境加上由光調(diào)制器46傳送的數(shù)字內(nèi)容的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)觀。
[0076]參見(jiàn)圖12，示出了成像系統(tǒng)24e的另一實(shí)施方式，其整合了上述眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48。眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48可包括攝像機(jī)(未示出)，以在使用圖像生成系統(tǒng)10期間采集觀察者眼睛的圖像，且在一實(shí)施方式，可用于實(shí)施眼睛跟蹤操作。在所繪示的示例中，校準(zhǔn)光52在被定向至棱鏡90之前穿過(guò)光束分離器110。觀察者眼睛的圖像的光可由數(shù)字調(diào)制器46在反射鏡周期的眼睛采樣部分期間(照明被關(guān)閉)被設(shè)為“開(kāi)啟”狀態(tài)的反射鏡反射，并通過(guò)表面91離開(kāi)棱鏡。該光由光束分離器110反射至眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48，眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)48可采集觀察者眼睛的圖像，并在一實(shí)施方式中用來(lái)實(shí)施眼睛跟蹤。
[0077]在一實(shí)施方式中，成像系統(tǒng)24_24e被配置為生成圖像以由觀察者的眼睛進(jìn)行觀看。換句話說(shuō)，光調(diào)制器46所生成的圖像被定向至觀察者的左眼或右眼。在一些實(shí)施方式中，可利用多個(gè)成像系統(tǒng)24-24e提供并行/立體觀看對(duì)，其可生成獨(dú)立圖像且可分別被定向至觀察者的左眼或右眼。多個(gè)成像系統(tǒng)24-24e的使用使得能夠?yàn)橛^察者融合來(lái)自不同數(shù)字源的圖像，或者在頭戴式觀看布置中針對(duì)平面圖像為每一眼顯示相同圖像。此外，可針對(duì)單獨(dú)的觀察者對(duì)多個(gè)成像系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立的光學(xué)或機(jī)械調(diào)節(jié)。
[0078]如上所述，一些實(shí)施方式利用了相對(duì)緊湊的成像系統(tǒng)(例如，上述包含TIR棱鏡的實(shí)施方式)，且在一立體觀看實(shí)施方式中的成像系統(tǒng)的輸出(多個(gè))相互可間隔大約75mm，同時(shí)在光調(diào)制器46與物鏡86的輸出之間個(gè)別地具有大約35_的深度。
[0079]上述成像系統(tǒng)24的至少一些實(shí)施方式利用除了激光器之外一般用于掃描實(shí)施的光源。例如，在一實(shí)施方式中，光源可包括一個(gè)或多個(gè)LED。此外,相比于掃描方法,針對(duì)圖像或幀的光調(diào)制器的像素可被并行傳遞至觀察者，以釋放時(shí)間來(lái)進(jìn)行其他感測(cè)及處理操作(例如，眼睛跟蹤)。此外，在一實(shí)施方式中，可在不使用偏振元件的情況下實(shí)施成像系統(tǒng)，相比于使用偏振元件的布置，其可提供更有效的照明。另外，上述一實(shí)施中所述的微鏡“關(guān)閉”狀態(tài)可用于將從觀察者眼睛反射的光定向至眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而不需要使用有損耗的光束分離器，以通過(guò)可用來(lái)作為指針或映射至其他用戶命令的眨眼、向上或向下轉(zhuǎn)動(dòng)眼睛、或其他獨(dú)特的眼睛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行所傳遞內(nèi)容的“免提(hands free)”控制。在一實(shí)施方式中光纖傳遞校準(zhǔn)照明器光束(例如，通過(guò)使用多模光纖)的使用可均勻化光束，并產(chǎn)生近似點(diǎn)或小的源，相比于使用延伸白熾光照明器或LED陣列而不使用光學(xué)接口，其可易于重新被成像至觀察者眼睛的晶狀體上。
[0080]另外，脈沖式LED照明的使用具有相對(duì)低的功耗，使得能夠通過(guò)電池供電來(lái)實(shí)施圖像生成系統(tǒng)。在一實(shí)施方式中，高照明效率源自非偏振LED照明的使用。進(jìn)一步地，圖像生成系統(tǒng)可被布置為相對(duì)緊湊的尺寸，以用于使用眼鏡、護(hù)目鏡、頭盔顯示器或其他布置的個(gè)人攜帶的顯示技術(shù)。所述圖像生成系統(tǒng)可包括一個(gè)或兩個(gè)成像系統(tǒng)以用于用戶輸入的立體或三維顯示。另外，可提供最終轉(zhuǎn)向反射鏡，以通過(guò)該最終轉(zhuǎn)向反射鏡的旋轉(zhuǎn)允許瞳孔間的距離的調(diào)整(對(duì)于95%的成年人來(lái)說(shuō)，該距離為55m至75mm)及顯示器中圖像的數(shù)字轉(zhuǎn)換/平移。在一示例中，眼睛疲勞可通過(guò)眼睛聚焦處于無(wú)限距處的對(duì)象而得到緩解。此外，光學(xué)系統(tǒng)是可調(diào)節(jié)的，以考慮不同觀察者的視敏度。相對(duì)低的發(fā)射透射光的使用允許在用于軍事及警察夜間操作的頭戴式顯示器內(nèi)使用所述系統(tǒng)。此外，可通過(guò)合并處于從可見(jiàn)波長(zhǎng)至長(zhǎng)波紅外波長(zhǎng)的攝像機(jī)圖像來(lái)實(shí)施多波長(zhǎng)觀看器以用于作戰(zhàn)人員應(yīng)用及白天/夜間操作。在一些實(shí)施方式中，由于圖像僅能夠由期望的觀察者看見(jiàn)，所述系統(tǒng)可提供安全的顯示操作。
[0081]在此所述的利用數(shù)字光調(diào)制器的一些實(shí)施方式使得能夠生成具有HD分辨率的視頻速率數(shù)字圖像(其可由聚焦在無(wú)限距處的放松的眼睛觀看)，其極大地減小了眼睛疲勞，且使得用于商業(yè)、軍事及警察應(yīng)用的各種低功率、緊湊、用戶可穿戴顯示設(shè)備成為可能。如上所述，還可實(shí)現(xiàn)成像系統(tǒng)雙布置以用于對(duì)環(huán)境進(jìn)行立體或三維成像，其中可融合多種不同成像樣式(諸如，可見(jiàn)光成像器、熱紅外成像器、毫米波長(zhǎng)成像器)，以用于利用優(yōu)良的深度感知的活動(dòng)，諸如對(duì)飛機(jī)、坦克或其他車輛進(jìn)行引航。
[0082]根據(jù)法規(guī)，已針對(duì)結(jié)構(gòu)及方法特征以或多或少具體的語(yǔ)言對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。但是，可以理解的是，本發(fā)明并不限于所示及所述的特定特征，由于在此所公開(kāi)的方式包含了使本發(fā)明產(chǎn)生效果的優(yōu)選形式。因此，本發(fā)明包含所附權(quán)利要求以等同原則進(jìn)行合適解釋之后的適當(dāng)范圍之內(nèi)的任何形式或修改。
[0083]進(jìn)一步地，在此已給出了各個(gè)方面，以在對(duì)本公開(kāi)的說(shuō)明性實(shí)施方式進(jìn)行構(gòu)建和/或操作時(shí)提供指導(dǎo)。本發(fā)明的 申請(qǐng)人:認(rèn)為這些所描述的說(shuō)明性實(shí)施方式還包含、公開(kāi)并描述了除了在此明確公開(kāi)的方面之外更進(jìn)一步的創(chuàng)新性方面。例如，其他創(chuàng)新性方面可包含相比于所述說(shuō)明性實(shí)施方式內(nèi)所描述的那些特征更少的、更多的和/或可替換的特征。在更為具體的實(shí)施例中， 申請(qǐng)人:認(rèn)為本公開(kāi)包含、公開(kāi)并描述了一些方法及設(shè)備，所述方法包含比明確公開(kāi)的那些方法更少的、更多的和/或可替換的步驟，所述設(shè)備包含比明確公開(kāi)的結(jié)構(gòu)更少的、更多的和/或可替換的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像生成系統(tǒng)，包括: 附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定至用戶頭部將由該用戶觀察的位置； 成像系統(tǒng)，被配置為在一時(shí)刻將一些光反射至觀察者的眼睛以在該觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像的多個(gè)像素，并在所述時(shí)刻將其他光反射離開(kāi)所述觀察者的眼睛； 控制系統(tǒng)，與所述成像系統(tǒng)相耦合，且其中所述控制系統(tǒng)被配置為存取關(guān)于所述圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)所存取的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成多個(gè)控制信號(hào)，以及輸出該控制信號(hào)至所述成像系統(tǒng)，以控制所述一些光由所述成像系統(tǒng)在所述時(shí)刻反射至所述觀察者的眼睛以在所述觀察者的眼睛的所述視網(wǎng)膜上形成所述圖像的所述多個(gè)像素，并控制所述其他光在所述時(shí)刻反射離開(kāi)所述觀察者的眼睛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)被配置為從多個(gè)不同角度將所述一些光反射至所述觀察者的眼睛，以增強(qiáng)所述觀察者的外圍視覺(jué)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)被配置為將包括多個(gè)光束的所述一些光并行反射至所述觀察者的眼睛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)被配置為在所述時(shí)刻將所述一些光反射至所述觀察者的眼睛，以在所述時(shí)刻同時(shí)在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像的所述像素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述圖像為二維圖像，且所述成像系統(tǒng)被配置為在所述時(shí)刻將所述一些光反射至所述觀察者的眼睛，以在所述時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成二維的所述像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)包括: 光源，被配置為發(fā)射所述光；以及 光調(diào)制器，與所述光源光學(xué)耦合，并包括被配置為在多個(gè)位置之間移動(dòng)的多個(gè)反射鏡，且其中所述控制系統(tǒng)被配置為生成所述控制信號(hào)以控制一組所述反射鏡移動(dòng)至其中一個(gè)所述位置，以將來(lái)自所述光源的所述一些光反射至所述觀察者的眼睛以在所述時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像的所述像素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述成像系統(tǒng)將反射自所述一組反射鏡的所述一些光定向至所述觀察者的眼睛，而不需要進(jìn)一步反射。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述一組反射鏡為第一組，且其中所述控制系統(tǒng)被配置為生成所述控制信號(hào)以控制第二組所述反射鏡在所述時(shí)刻將來(lái)自所述光源的所述其他光反射離開(kāi)所述觀察者的眼睛。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述光源被配置為在多個(gè)不同時(shí)刻的各個(gè)時(shí)刻發(fā)射具有不同顏色的光，且其中所述光調(diào)制器的所述反射鏡被配置為在不同時(shí)刻將所述不同顏色的一些光反射至所述觀察者的眼睛，以形成彩色圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述光源為L(zhǎng)ED。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述光源為激光器。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述反射鏡被配置為在其他時(shí)刻將所述觀察者的眼睛的圖像反射至眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述圖像為彩色圖像，且所述成像系統(tǒng)被配置為在多個(gè)連續(xù)時(shí)刻的各個(gè)時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上生成不同顏色的多個(gè)圖像，且其中所述成像系統(tǒng)被配置為針對(duì)一所述顏色的一所述圖像，在所述時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上同時(shí)形成所述顏色的所述圖像的多個(gè)像素。
14.一種圖像生成系統(tǒng),包括: 數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)，被配置為生成二維彩色圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容； 成像系統(tǒng)，被配置為發(fā)送光至觀察者的眼睛，以在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上同時(shí)形成所述二維圖像的多個(gè)像素； 控制系統(tǒng)，與所述數(shù)據(jù)生成系統(tǒng)及所述成像系統(tǒng)相耦合，其中所述控制系統(tǒng)被配置為存取所述圖像的所述數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)所存取的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成多個(gè)控制信號(hào)，以及輸出該控制信號(hào)至所述成像系統(tǒng)，以控制所述光的對(duì)應(yīng)于各個(gè)所述像素的多個(gè)光束并行傳輸至所述觀察者的眼睛，以在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上同時(shí)形成所述二維彩色圖像的所述像素； 眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與所述控制系統(tǒng)相耦合，其中該眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被配置為監(jiān)測(cè)所述觀察者的眼睛的動(dòng)作； 其中所述成像系統(tǒng)被配置為在多個(gè)不同時(shí)刻中的各個(gè)時(shí)刻形成所述二維彩色圖像的多個(gè)不同顏色的幀，其中所述成像系統(tǒng)包括: 光源，被配置為在所述不同時(shí)刻發(fā)射具有不同顏色的所述光； 光學(xué)光纖，與所述光源光學(xué)耦合，并被配置為對(duì)所述光進(jìn)行均勻化；以及光調(diào)制器，與所述光源及所述光學(xué)光纖光學(xué)耦合，其中所述光調(diào)制器包括被配置為在多個(gè)位置之間移動(dòng)的多個(gè)反射鏡，且其中所述控制系統(tǒng)被配置為生成所述控制信號(hào)以控制不同組的所述反射鏡移動(dòng)至其中一個(gè)所述位置，以將來(lái)自所述光源的所述光在所述不同時(shí)刻反射至所述觀察者的眼睛，以在所述不同時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述二維彩色圖像的所述不同顏色的幀，以及在其他時(shí)刻將所述觀察者的眼睛的圖像反射至所述眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；以及 其中所述控制系統(tǒng)被配置為根據(jù)所述觀察者的眼睛的所述圖像至所述眼睛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的反射來(lái)控制所述成像系統(tǒng)的至少一個(gè)操作。
15.一種圖像生成方法，包括: 存取有關(guān)圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容； 使用所述數(shù)據(jù)內(nèi)容識(shí)別將在一時(shí)刻被形成的所述圖像的多個(gè)像素；以及在所述識(shí)別之后，將針對(duì)所述圖像的多個(gè)被識(shí)別的像素的一些光并行反射至觀察者的眼睛，以在所述時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像的所述多個(gè)被識(shí)別的像素，并在所述時(shí)刻將其他光反射離開(kāi)所述觀察者的眼睛。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括:并行反射所述光的多個(gè)光束。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括:反射所述光線的對(duì)應(yīng)于所述圖像的各個(gè)所識(shí)別像素的多個(gè)光束。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括首先使用光調(diào)制器進(jìn)行反射，且進(jìn)一步包括: 使用所述光調(diào)制器，在其他時(shí)刻再次反射所述觀察者的眼睛的圖像；以及 監(jiān)測(cè)所述觀察者的眼睛的所述圖像。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括:使用光調(diào)制器進(jìn)行反射，以及所述識(shí)別包括識(shí)別所述光調(diào)制器的對(duì)應(yīng)于所識(shí)別像素的多個(gè)反射鏡，且進(jìn)一步包括控制所識(shí)別的反射鏡處于多個(gè)不同位置之一，以在所述時(shí)刻將針對(duì)所識(shí)別像素的光束反射至所述觀察者的眼睛。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括控制所述反射鏡中未被識(shí)別的反射鏡處于所述不同位置中的另一位置，以在所述時(shí)刻將其他光反射離開(kāi)所述觀察者的眼睛。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像，而不會(huì)形成用戶聚焦于其上的實(shí)像。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括在所述時(shí)刻在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上同時(shí)形成所述圖像的所識(shí)別像素。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在不同時(shí)刻發(fā)射不同顏色的光，其中所述識(shí)別包括識(shí)別將在所述不同時(shí)刻形成的所述圖像的不同像素，且所述反射一些光至所述觀察者的眼睛包括在所述不同時(shí)刻反射對(duì)應(yīng)于所述圖像的所識(shí)別不同像素的所述不同顏色的光。
24.—種圖像生成系統(tǒng),包括: 附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定至用戶頭部將由該用戶觀察的位置； 照明系統(tǒng)，具有位于無(wú)限距處的出射光瞳，且被配置為發(fā)射光； 光調(diào)制器，被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的光，并選擇性地反射至少一些對(duì)應(yīng)于圖像的所接收的光； 控制系統(tǒng)，與所述光調(diào)制器相耦合，并被配置為存取有關(guān)所述圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，根據(jù)所存取的數(shù)據(jù)內(nèi)容生成多個(gè)控制信號(hào)，并輸出該控制信號(hào)至所述光調(diào)制器以控制至少一些所接收的光的選擇性反射；以及 輸出光學(xué)系統(tǒng)，被配置為將所述選擇性反射的光定向至觀察者的眼睛，以由該觀察者進(jìn)行觀察。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)被配置為將所述圖像傳輸至無(wú)限距，以由所述觀察者觀察。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的系統(tǒng),其中由所述輸出光學(xué)系統(tǒng)定向的所述選擇性反射的光由所述觀察者的眼睛的晶狀體聚焦，以直接在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中由所述輸出光學(xué)系統(tǒng)定向的所述選擇性反射的光直接由所述觀察者感知為所述圖像。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)被配置為將所述選擇性反射的光定向至所述觀察者的眼睛，以直接在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像，而不需要形成所述用戶聚焦于其上的中間實(shí)像。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)將所述選擇性反射的光定向至所述觀察者的眼睛，以在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上并行形成所述圖像的多個(gè)像素。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)將所述選擇性反射的光定向至所述觀察者的眼睛，以在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上同時(shí)形成包括二維圖像的所述圖像的多個(gè)像素。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)包括物鏡，該物鏡包括接收所述選擇性發(fā)射的光的輸入表面以及將所述選擇性反射的光輸出至所述觀察者的眼睛的輸出表面,且其中相比于所述輸出表面的曲率，所述輸入表面具有增大的曲率。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括全內(nèi)反射TIR棱鏡，其被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的所述光，將來(lái)自所述照明系統(tǒng)的所述光定向至所述光調(diào)制器，以及將所述選擇性反射的光定向至所述輸出光學(xué)系統(tǒng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述照明系統(tǒng)為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)被配置為將所述選擇性反射的光作為多個(gè)校準(zhǔn)光束并行定向至所述觀察者的眼睛。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)將所述選擇性反射的光定向至所述觀察者的眼睛，而在該光被所述觀察者的眼睛接收之前不需要進(jìn)一步反射。
36.根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng),其中所述輸出光學(xué)系統(tǒng)將所述選擇性反射的光定向至所述觀察者的僅一個(gè)眼睛。
37.一種圖像生成系統(tǒng)，包括: 附接系統(tǒng)，被配置為將所述圖像生成系統(tǒng)固定至用戶頭部將由該用戶觀察的位置； 照明系統(tǒng)，被配置為發(fā)射光； 全內(nèi)反射TIR棱鏡，包括: 第一表面，被配置為接收來(lái)自所述照明系統(tǒng)的所述光； 第二表面，被配置為輸出在所述第一表面處接收的所述光，并接收反射光；以及 第三表面，被配置為輸出在所述第二表面處接收的所述反射光， 光調(diào)制器，被配置為選擇性地反射從所述全內(nèi)反射TIR棱鏡的所述第二表面輸出的所述光的至少一些，以提供所述反射光；以及 輸出光學(xué)系統(tǒng)，被配置為接收從所述全內(nèi)反射TIR棱鏡的所述第三表面輸出的所述反射光，并輸出該反射光至觀察者的眼睛的晶狀體，該晶狀體聚焦所述反射光以直接在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成圖像。
38.一種圖像生成方法，包括: 存取關(guān)于圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容； 使用所存取的關(guān)于所述圖像的數(shù)據(jù)內(nèi)容，反射對(duì)應(yīng)于所述圖像的多個(gè)像素的光；以及在朝向觀察者眼睛的方向上將所反射的所述圖像的光傳輸至無(wú)限距，所傳輸?shù)墓庥伤鲇^察者的眼睛的晶狀體聚焦以在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上形成所述圖像。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括使用具有位于無(wú)限距的出射光瞳的照明系統(tǒng)提供所述光。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述圖像的所述像素并行形成在所述觀察者的眼睛的視網(wǎng)膜上。
41.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述傳輸包括將所述反射光作為多個(gè)校準(zhǔn)光束并行傳輸至所述觀察者的眼睛。
42.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述反射包括使用具有對(duì)應(yīng)于像素的多個(gè)反射性反射鏡的光調(diào)制器進(jìn)行反射。
43.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述傳輸包括: 在反射之后，接收所述圖像的所述像素的所述光；以及 將所述像素的所述光定向至所述觀察者的眼睛，而不需要在反射之后進(jìn)一步反射。
44.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述傳輸包括將所述圖像的所述像素的所述光傳輸至所述觀察者的眼睛，而不需要形成所述用戶聚焦于其上的中間圖像。
45.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述反射包括使用光調(diào)制器進(jìn)行反射，且進(jìn)一步包括: 使用照明系統(tǒng)發(fā)射光； 通過(guò)使用全內(nèi)反射TIR棱鏡，將來(lái)自所述照明系統(tǒng)的所述光定向至所述光調(diào)制器；以及 通過(guò)使用全內(nèi)反射TIR棱鏡，將來(lái)自所述光調(diào)制器的所述光定向至將所述圖像的反射光傳輸至無(wú)限距的輸出光學(xué)系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G02B27/01GK104254800SQ201380008363
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月6日
【發(fā)明者】艾倫·T·埃文斯, 布魯斯·E·貝爾納基 申請(qǐng)人:巴特爾紀(jì)念研究院