近眼光學(xué)反卷積顯示器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了近眼光學(xué)反卷積顯示器。在本發(fā)明的實施例中，一種裝置可以包括顯示器，顯示器包括多個像素。裝置可進一步包括計算機系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)與顯示器耦連并且可操作為指示顯示器顯示與目標圖像相應(yīng)的反卷積的圖像，其中顯示器當(dāng)位于觀察者的近眼范圍內(nèi)時顯示反卷積的圖像時，觀察者可以清晰地感知目標圖像。
【專利說明】近眼光學(xué)反卷積顯示器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及近眼光學(xué)反卷積顯示器。
【背景技術(shù)】
[0002]近眼顯示器(NED)包括可將圖像直接投射到觀看者眼中的頭戴式顯示器(HMD)。這類顯示器可以通過合成虛擬大幅面顯示表面來克服由其他移動顯示器形狀系數(shù)所給予的有限的屏幕大小，或者可以用于虛擬或增強現(xiàn)實應(yīng)用。
[0003]近眼顯示器可以劃分成兩個大類:沉浸式顯示器以及透視式顯示器。前者可以采用在虛擬現(xiàn)實(VR)環(huán)境中以利用合成渲染的影像完全包含用戶的視場。后者可以采用在增強現(xiàn)實(AR)應(yīng)用中，在該處文本、其他合成注釋或圖像可以覆加在用戶的物理環(huán)境的視圖中。就顯示技術(shù)而言，AR應(yīng)用要求半透明顯示器(例如通過光學(xué)或電光手段所達到的)，使得可以同時利用近眼顯示器觀看物理世界。
[0004]由于人類的肉眼不能適應(yīng)(注視)置于近距離內(nèi)的物體的事實，所述近距離例如當(dāng)用戶戴眼鏡時閱讀式眼鏡的透鏡到用戶眼睛之間的距離，所以已經(jīng)證明難以構(gòu)建近眼顯示器。因此，NED系統(tǒng)已常規(guī)地要求復(fù)雜并且笨重的光學(xué)元件允許觀看者舒服地適應(yīng)否則將脫離注視的近眼顯示器以及物理環(huán)境。
[0005]常規(guī)解決方案是將分束器(例如半涂銀鏡)直接置于觀看者眼睛前面。這允許直視物理場景，即使以降低的亮度。另外，顯示器(例如IXD面板)置于第二光線路徑上。在分束器與顯示器期間引入透鏡具有合成位于物理環(huán)境內(nèi)的半透明顯示的作用。實際上，要求多個光學(xué)元件以針對這類解決方案最小化像差以及達到寬視場，這導(dǎo)致笨重并且昂貴的、已禁止廣泛消費者采納的眼鏡。
[0006]用于VR應(yīng)用的常規(guī)解決方案是將放大鏡置于微型顯示器前面。例如，單個透鏡置于小IXD面板之上，使得觀看者可以既不管近距離而適應(yīng)或注視顯示器又可以放大顯示器，使得它似乎大得多并且在較遠距離處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的實施例中，一種裝置可以包括顯示器和計算機系統(tǒng)，所述顯示器包括多個像素。裝置可進一步包括計算機系統(tǒng)，其與所述顯示器耦連并且可操作為指示所述顯示器顯示與目標圖像相應(yīng)的反卷積的圖像，其中所述顯示器當(dāng)位于觀察者的近眼范圍內(nèi)時顯示所述反卷積的圖像時，所述目標圖像可由所述觀察者清晰地感知。。
[0008]本發(fā)明的各實施例可以包括一種裝置，所述裝置包括計算機系統(tǒng)，其可操作為通過利用描述眼睛的模糊效果的第二函數(shù)的反函數(shù)對描述目標圖像的第一函數(shù)實施卷積運算，以確定與所述目標圖像相應(yīng)的反卷積的圖像。該裝置還可包括與所述計算機系統(tǒng)通信地耦連的第一顯示器，其中所述第一顯示器可操作為基于從所述計算機系統(tǒng)接收的指令顯示所述反卷積的圖像。。
[0009]本發(fā)明的一些實施例可以包括一種接收目標圖像的方法。所述方法可包括確定與目標圖像相應(yīng)的反卷積圖像，其中，當(dāng)反卷積圖像在觀察者的近眼范圍內(nèi)顯示時，所述目標圖像可由所述觀察者清晰地感知。此外，方法可包括在顯示器上顯示該反卷積圖像。
[0010]下面的詳細描述與附圖一起將提供對本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)勢的更好理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]本發(fā)明的實施例以示例的方式并且不以限制的方式在附圖中示出，并且其中同樣的參考數(shù)字指代類似的元件。
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性計算機系統(tǒng)。
[0013]圖2A示出了觀察者的眼睛以及相應(yīng)的最小適應(yīng)距離。
[0014]圖2B和2C描繪了觀察者在不同觀看距離處所感知的圖像。
[0015]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、起源于焦點平面的光束。
[0016]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼微透鏡陣列顯示器的側(cè)視圖。
[0017]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、是光場的一部分的光束。
[0018]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼微透鏡陣列顯示器的經(jīng)放大視圖的側(cè)視圖。
[0019]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器的側(cè)視圖。
[0020]圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器和微透鏡陣列的側(cè)視圖。
[0021]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器的經(jīng)放大側(cè)視圖。
[0022]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼多層SLM顯示器的側(cè)視圖。
[0023]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼多層SLM顯示器的經(jīng)放大側(cè)視圖。
[0024]圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、通過近眼視差屏障顯示器的視圖。
[0025]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼光學(xué)反卷積顯示器的側(cè)視圖。
[0026]圖12A描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、卷積之前和之后的圖像。
[0027]圖12B描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、反卷積之前和之后的圖像。
[0028]圖12C描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、卷積之前和之后的經(jīng)反卷積圖像。
[0029]圖13描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、顯示近眼圖像的示例性過程的流程圖。
[0030]圖14描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、顯示近眼圖像的示例性過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]現(xiàn)在將對本公開的各實施例進行詳細參考，其示例在附圖中示出。雖然結(jié)合這些實施例進行了描述，但是將理解的是，他們不意圖將本公開限于這些實施例。相反，本公開旨在覆蓋可以包括在如隨附權(quán)利要求所定義的本公開的精神和范圍內(nèi)的替代、修改以及等同。此外，在下面的本公開的詳細描述中，將闡述大量具體細節(jié)以提供對本公開的透徹理解。然而，將理解的是，本公開可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下得以實踐。在其他實例中，未詳細描述公知方法、過程、部件和電路以不不必要地使本公開的各方面難以理解。
[0032]下面的詳細描述的一些部分依據(jù)對計算機存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)位的操作的過程、邏輯塊、處理以及其他符號表示來呈現(xiàn)。這些描述和表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域技術(shù)人員最有效地將他們工作的實質(zhì)傳達給本領(lǐng)域其他技術(shù)人員所使用的工具。在本應(yīng)用中，過程、邏輯塊等等被設(shè)想是導(dǎo)致所期望結(jié)果的自相一致的步驟或指令序列。步驟是那些利用物理量的物理操縱的步驟。盡管不一定，但是這些量通常采取能夠在計算機系統(tǒng)中被存儲、轉(zhuǎn)移、組合、比較以及否則操縱的電氣或磁信號的形式。主要出于普通用法的原因，將這些信號指代為事務(wù)、位、值、元素、符號、字符、樣本、像素等等已經(jīng)證明有時是方便的。
[0033]然而，應(yīng)該記住的是，所有這些以及類似術(shù)語將與適當(dāng)物理量相關(guān)聯(lián)并且僅是應(yīng)用到這些物理量的方便的標簽。除非特別聲明否則從下面的討論中顯而易見，應(yīng)該理解，貫穿本公開利用術(shù)語諸如“顯示”、“生成”、“產(chǎn)生”、“計算”、“確定”、“輻射”、“發(fā)出”、“衰減”、“調(diào)制”、“卷積”、“反卷積”、“實施”等等的討論是指計算機系統(tǒng)或類似電子計算設(shè)備或處理器(例如圖1的系統(tǒng)110)的動作和過程(例如圖13和14的流程圖1300和1400)。計算機系統(tǒng)或類似電子計算設(shè)備操縱以及變換表示為計算機系統(tǒng)存儲器、寄存器或其他這類信息存儲、傳輸或顯示設(shè)備內(nèi)的物理(電子)量的數(shù)據(jù)。
[0034]本文所描述的實施例可以在駐留在某一形式的計算機可讀存儲介質(zhì)上的計算機可執(zhí)行指令的通用背景中進行討論，所述計算機可執(zhí)行指令諸如由一個或多個計算機或其他設(shè)備執(zhí)行的程序模塊。以示例的方式并且不進行限制，計算機可讀存儲介質(zhì)可以包括非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)以及通信介質(zhì)；非暫時性計算機可讀介質(zhì)包括除暫時性傳播信號的所有計算機可讀介質(zhì)。一般地，程序模塊包括例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，其實施特定任務(wù)或者實現(xiàn)特定抽象的數(shù)據(jù)類型。程序模塊的功能性可以按照各實施例中所期望的進行組合或分布。
[0035]計算機存儲介質(zhì)包括以用于信息的存儲的任何方法或技術(shù)實現(xiàn)的易失性和非易失性、可移動和不可移動介質(zhì)，所述信息諸如計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)。計算機存儲介質(zhì)包括但不限于隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦可編程ROM (EEPR0M)、閃存或其他存儲器技術(shù)、壓縮光盤ROM (CD-ROM)、數(shù)字多用光盤(DVD)或其他光學(xué)存儲、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲或其他磁存儲設(shè)備，或者可以用來存儲所期望信息并可被訪問以檢索該信息的任何其他介質(zhì)。
[0036]通信介質(zhì)可以具體化計算機可執(zhí)行指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及程序模塊，并且包括任何信息傳遞介質(zhì)。以示例的方式但不進行限制，通信介質(zhì)包括有線(wired)介質(zhì)諸如有線網(wǎng)絡(luò)或直接有線的(direct-wired)連接，以及無線介質(zhì)諸如聽覺、射頻(RF)、紅外線以及其他無線介質(zhì)。以上任何組合也可以包括在計算機可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0037]圖1是能夠?qū)崿F(xiàn)本公開的實施例的計算系統(tǒng)110的示例的框圖。計算系統(tǒng)110寬廣地表示能夠執(zhí)行計算機可讀指令的任何單個或多處理器計算設(shè)備或系統(tǒng)。計算系統(tǒng)110的示例包括但不限于工作站、膝上型電腦、客戶端終端、服務(wù)器、分布式計算系統(tǒng)、手持設(shè)備、穿戴式設(shè)備(例如頭戴式或腰佩式設(shè)備)或任何其他計算系統(tǒng)或設(shè)備。在它最基本的配置中，計算系統(tǒng)110可以包括至少一個處理器114和系統(tǒng)存儲器116。
[0038]處理器114 一般表示能夠處理數(shù)據(jù)或解析并且執(zhí)行指令的任何類型或形式的處理單元。在某些實施例中，處理器114可以從軟件應(yīng)用或模塊接收指令。這些指令可以使處理器114實施本文所描述和/或示出的示范性實施例中的一個或多個的功能。
[0039]系統(tǒng)存儲器116 —般表示能夠存儲數(shù)據(jù)和/或其他計算機可讀指令的任何類型或形式的易失性或非易失性存儲設(shè)備或介質(zhì)。系統(tǒng)存儲器116的示例包括但不限于RAM、R0M、閃存或任何其他合適的存儲器設(shè)備。盡管未要求，但是在某些實施例中，計算系統(tǒng)110可以包括易失性存儲單元(諸如例如系統(tǒng)存儲器116)和非易失性存儲設(shè)備(諸如例如主要存儲設(shè)備132) 二者。
[0040]計算系統(tǒng)110也可以包括除處理器114和系統(tǒng)存儲器116之外的一個或多個部件或元件。例如，在圖1的實施例中，計算系統(tǒng)Iio包括存儲器控制器118、輸入/輸出(I/O)控制器120以及通信接口 122，其中的每一個可以經(jīng)由通信基礎(chǔ)設(shè)施112進行互連。通信基礎(chǔ)設(shè)施112 —般表示能夠促進計算設(shè)備的一個或多個部件之間的通信的任何類型或形式的基礎(chǔ)設(shè)施。通信基礎(chǔ)設(shè)施112的示例包括但不限于通信總線(諸如工業(yè)標準架構(gòu)(ISA)、外圍部件互連(PCI)、PCI Express (PCIe)、或類似總線)以及網(wǎng)絡(luò)。
[0041 ] 存儲器控制器118 一般表示能夠處置存儲器或數(shù)據(jù)或控制計算系統(tǒng)110的一個或多個部件之間的通信的任何類型或形式的設(shè)備。例如，存儲器控制器118可經(jīng)由通信基礎(chǔ)設(shè)施112對處理器114、系統(tǒng)存儲器116與I/O控制器120之間的通信進行控制。
[0042]I/O控制器120 —般表示能夠協(xié)調(diào)和/或控制計算設(shè)備的輸入和輸出功能的任何類型或形式的模塊。例如，I/o控制器120可以控制或促進計算系統(tǒng)110的一個或多個元件之間的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移，所述元件諸如處理器114、系統(tǒng)存儲器116、通信接口 122、顯示適配器126、輸入接口 130以及存儲接口 134。
[0043]通信接口 122寬廣地表示能夠促進示范性計算系統(tǒng)110和一個或多個附加設(shè)備之間的通信的任何類型或形式的通信設(shè)備或適配器。例如，通信接口 122可以促進計算系統(tǒng)110和包括附加計算設(shè)備的專用網(wǎng)絡(luò)或公共網(wǎng)絡(luò)之間的通信。通信接口 122的示例包括但不限于有線網(wǎng)絡(luò)接口(諸如網(wǎng)絡(luò)接口卡)、無線網(wǎng)絡(luò)接口(諸如無線網(wǎng)絡(luò)接口卡)、調(diào)制解調(diào)器以及任何其他合適的接口。在一個實施例中，通信接口 122經(jīng)由到網(wǎng)絡(luò)諸如互聯(lián)網(wǎng)的直接鏈路提供直接連接到遠程服務(wù)器。通信接口 122也可以通過任何其他合適的連接來提供這類連接。
[0044]通信接口 122也可以表示配置為經(jīng)由外部總線或通信信道促進計算系統(tǒng)110和一個或多個附加網(wǎng)絡(luò)或存儲設(shè)備之間的通信的主機適配器。主機適配器的示例包括但不限于小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)主機適配器、通用串行總線(USB)主機適配器、IEEE (電氣與電子工程師協(xié)會)1394主機適配器、串行高級技術(shù)附件(SATA)以及外部SATA (eSATA)主機適配器、高級技術(shù)附件(ATA)以及并行ATA (PATA)主機適配器、光纖通道接口適配器、以太網(wǎng)適配器等等。通信接口 122也可以允許計算系統(tǒng)110進行分布式或遠程計算。例如，通信接口 122可以從遠程設(shè)備接收指令或者發(fā)送指令到遠程設(shè)備用于執(zhí)行。
[0045]如圖1所示，計算系統(tǒng)110也可以包括經(jīng)由顯示適配器126耦連到通信基礎(chǔ)設(shè)施112的至少一個顯示設(shè)備124。顯示設(shè)備124 —般表示能夠視覺上顯示由顯示適配器126所轉(zhuǎn)發(fā)的信息的任何類型或形式的設(shè)備。類似地，顯示適配器126 —般表示配置為轉(zhuǎn)發(fā)圖形、文本以及其他數(shù)據(jù)用于顯示設(shè)備124上的顯示的任何類型或形式的設(shè)備。
[0046]如圖1所示，計算系統(tǒng)110也可以包括經(jīng)由輸入接口 130耦連到通信基礎(chǔ)設(shè)施112的至少一個輸入設(shè)備128。輸入設(shè)備128 —般表示能夠?qū)⒂嬎銠C或人類生成的輸入提供到計算系統(tǒng)110的任何類型或形式的輸入設(shè)備。輸入設(shè)備128的示例包括但不限于鍵盤、指向設(shè)備、語音辨識設(shè)備、眼動跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng)、環(huán)境運動跟蹤傳感器、內(nèi)部運動跟蹤傳感器、陀螺傳感器、加速度傳感器、電子羅盤傳感器或任何其他輸入設(shè)備。
[0047]如圖1所示，計算系統(tǒng)110也可以包括主要存儲設(shè)備132以及經(jīng)由存儲接口 134耦連到通信基礎(chǔ)設(shè)施112的備份存儲設(shè)備133。存儲設(shè)備132和133 —般表示能夠存儲數(shù)據(jù)和/或其他計算機可讀指令的任何類型或形式的存儲設(shè)備或介質(zhì)。例如，存儲設(shè)備132和133可以磁盤驅(qū)動器(例如所謂的硬盤驅(qū)動器)、軟盤驅(qū)動器、磁帶驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、閃存驅(qū)動器等等。存儲接口 134—般表示用于在存儲設(shè)備132和133以及計算系統(tǒng)110的其他部件之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的任何類型或形式的接口或設(shè)備。
[0048]在一個示例中，數(shù)據(jù)庫140可以存儲在主要存儲設(shè)備132中。數(shù)據(jù)庫140可以表示單個數(shù)據(jù)庫或計算設(shè)備的部分或者它可以表示多個數(shù)據(jù)庫或計算設(shè)備。例如，數(shù)據(jù)庫140可以表示(存儲在其上)計算系統(tǒng)110的一部分和/或圖2 (下文)中的示范性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)200的部分?？商娲?，數(shù)據(jù)庫140可以表示(存儲在其上)能夠由計算設(shè)備訪問的一個或多個物理上分開的設(shè)備，所述計算設(shè)備諸如計算系統(tǒng)110和/或網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)200的部分。
[0049]繼續(xù)參考圖1，存儲設(shè)備132和133可配置為從可移動存儲單元讀和/或?qū)懙娇梢苿哟鎯卧隹梢苿哟鎯卧渲脼榇鎯τ嬎銠C軟件、數(shù)據(jù)或其他計算機可讀信息。適合的可移動存儲單元的示例包括但不限于軟盤、磁帶、光盤、閃速存儲器設(shè)備等等。存儲設(shè)備132和133也可以包括其他類似結(jié)構(gòu)或設(shè)備用于允許計算機軟件、數(shù)據(jù)或其他計算機可讀指令被加載到計算系統(tǒng)110中。例如，存儲設(shè)備132和133可配置為讀和寫軟件、數(shù)據(jù)或其他計算機可讀信息。存儲設(shè)備132和133也可以是計算系統(tǒng)110的一部分或者可以是通過其他接口系統(tǒng)被訪問的分開的設(shè)備。
[0050]許多其他設(shè)備或子系統(tǒng)可以連接到計算系統(tǒng)110。相反，圖1示出的所有部件和設(shè)備不需要存在以實踐本文所描述的實施例。上文所提及的設(shè)備和子系統(tǒng)也可以以與圖1示出的方式不同的方式進行互連。計算系統(tǒng)110也可以采用任何數(shù)目的軟件、固件和/或硬件配置。例如，本文所公開的示范性實施例可以編碼為計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序(也被稱為計算機軟件、軟件應(yīng)用、計算機可讀指令或計算機控制邏輯)。
[0051]包含計算機程序的計算機可讀介質(zhì)可以加載到計算系統(tǒng)110中。存儲在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序的全部或一部分可以隨后存儲在系統(tǒng)存儲器116和/或存儲設(shè)備132和133的各部分中。當(dāng)由處理器114所執(zhí)行時，加載到計算系統(tǒng)110中的計算機程序可以使處理器114實施本文所描述和/或示出的示范性實施例的功能，和/或是用于實施本文所描述和/或示出的示范性實施例的功能的工具。附加地或可替代地，本文所描述和/或示出的示范性實施例可以以固件和/或硬件的方式實現(xiàn)。
[0052]例如，用于基于目標圖像確定預(yù)過濾的圖像的計算機程序可以存儲在計算機可讀介質(zhì)上，并且隨后存儲在系統(tǒng)存儲器116和/或存儲設(shè)備132和133的各部分中。當(dāng)由處理器114所執(zhí)行時，計算機程序可使處理器114實施實行上文所討論的預(yù)過濾的圖像的確定所要求的功能，和/或是用于實施實行上文所討論的預(yù)過濾的圖像的確定所要求的功能的工具。
[0053]近眼顯示器
[0054]本發(fā)明的實施例提供近眼顯示器，所述近眼顯示器包括可操作為直接置于觀看者眼睛前面的半透明顯示器的薄堆疊，與預(yù)處理算法一起用于評估所描繪的影像，而不需要附加的昂貴或笨重的光學(xué)元件來支持舒服的適應(yīng)。
[0055]本發(fā)明的實施例慮及基于衰減的光場顯示器，其可以允許輕量的近眼顯示器。應(yīng)該理解的是，其他實施例不限于僅基于衰減的光場顯示器，而還有基于發(fā)光的光場顯示器。使用近眼光場顯示器，可通過合成與位于觀察者的適應(yīng)范圍內(nèi)的虛擬顯示器相應(yīng)的光場來達到舒服的觀看。
[0056]本發(fā)明的實施例提供包括一個或多個鄰近觀看者眼睛放置的近眼顯示器，在該處目標影像由用于眼的所估計點擴展功能所反卷積，而不是合成支持舒服的適應(yīng)的光場。進一步地，本發(fā)明的實施例提供用于近眼顯示器的附加方法，包括將光場顯示器和光學(xué)反卷積組合，以及延伸到全息顯示器的方法。
[0057]圖2A示出了觀察者的眼睛204以及相應(yīng)的最小適應(yīng)距離218。眼睛204包括將所觀看物體注視到眼睛204的視網(wǎng)膜平面212的透鏡208。眼睛204可能能夠以從眼睛204以及透鏡208的各距離來注視物體。例如，眼睛204可能能夠注視位于比近平面216離眼睛204更遠的物體，例如在超過近平面216的焦點平面214處。
[0058]因此，眼睛204可以具有定義眼睛204能夠以其注視的物體的最小距離的最小適應(yīng)距離218。換句話說，眼睛204可能能夠注視位于離眼睛204小于最小適應(yīng)距離218或者比近平面216更靠近眼睛204的距離處的物體。例如，如果物體表面位于離眼睛204小于最小適應(yīng)距離218的距離處的近眼平面222處，那么物體表面將脫離觀察者的注視。比近平面216離眼睛204更遠的物體在適應(yīng)范圍之內(nèi)，并且比近平面216更接近于眼睛204的物體在適應(yīng)范圍之外。比近平面216更接近眼睛204的物體在近眼范圍中。
[0059]圖2B和2C描繪了觀察者的不同觀看距離處的感知到的圖像230和240。例如，圖2B示出了當(dāng)它位于圖2A的眼睛204的焦點平面214處時觀察者將感知到的視力檢查表230?；蛘撸暳z查表230可以位于不同的焦點平面處，只要視力檢查表230在適應(yīng)范圍內(nèi)。如可以理解的，視力檢查表230是清晰對焦(in focus)、銳利和/或可辨認的。
[0060]可替代地，圖2C示出了當(dāng)它比圖2A的焦點平面214更接近眼睛204時觀察者將感知到的視力檢查表240。換句話說，視力檢查表230可以位于適應(yīng)范圍之外例如在近眼平面222處。如可以理解的，視力檢查表240是失焦(out of focus)、模糊和/或不可辨認的。
[0061]近眼微透鏡陣列顯示器
[0062]常規(guī)顯示器諸如液晶顯示器(IXD)和有機發(fā)光二極管(OLED)可以設(shè)計為在所有方向上各向同性地(一致地)發(fā)出光。相反，光場顯不器支持單獨光束的控制。例如，光束的輻射可以調(diào)制為跨顯示器的位置以及光束離開顯示器的方向的函數(shù)。
[0063]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、起源于焦點平面214的光束320。圖3A包括相同眼睛204、透鏡208、視網(wǎng)膜平面212、焦點平面214以及圖2A的適應(yīng)距離218。圖3A還包括起源于位于焦點平面214處的物體表面的光束320。光束320的起源點、角、強度和顏色以及由觀察者可觀看的其他光束將焦點對準(清晰)物體的視圖提供給觀察者。
[0064]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼微透鏡陣列顯示器301的側(cè)視圖。圖3B包括與圖3A相同的元件，增加了顯示器324以及微透鏡陣列328。雖然圖3A示出了顯示器324和眼睛204之間的微透鏡陣列328，但是實施例慮及微透鏡陣列328和眼睛204之間的顯示器324。
[0065]顯示器324可以是但不限于IXD或0LED。微透鏡陣列328可以是多個微透鏡的合集。微透鏡陣列328或每個單獨微透鏡可由多個表面所形成以最小化光學(xué)像差。顯示器324可以提供圖像，在該處圖像各向同性地發(fā)出光束。然而，當(dāng)光束到達微透鏡328時，微透鏡328可以允許某些光束折射向眼睛204或者通過眼睛204，同時折射其他光束遠離眼睛204。
[0066]因此，微透鏡328可以允許來自顯示器324的選擇像素的光反射向或者通過眼睛204,而其他光束通過而不是折射遠離眼睛204。因此,微透鏡328可以允許光束321通過，這模擬圖3A的光束320。例如，光束321可以具有光束320的相同角、強度和顏色。重要的是，光束321不具有與光束320相同的起源點，因為它起源于顯示器324并且非焦點平面214，而是來自眼睛204的角度，光束320等同于光束321。因此，不考慮光束321的起源點，當(dāng)沒有物體實際存在于焦點平面214處時，光束321所表示的物體似乎位于焦點平面214處。
[0067]應(yīng)該理解的是，微透鏡或微透鏡陣列328完全可以是電光可切換的，使得微透鏡328陣列可配置為透明或不透明的(例如表現(xiàn)為平玻璃板)。例如，微透鏡陣列328可以由液晶或雙折射鏡片形成，偏振器將一起形成。因此，這類可切換微透鏡可以是電子控制的，交替地來自可操作為將光場顯示到類似于平玻璃板出現(xiàn)的不透明元件、可操作為允許觀看周圍環(huán)境的微透鏡陣列。透明和不透明模式可以快速地在其之間交替、空間多路復(fù)用或組合的空間和時間調(diào)制。因此，類似于參考圖6-10所討論的那些，可以提供增強現(xiàn)實應(yīng)用。進一步地，使用固定的微透鏡陣列可以提供虛擬現(xiàn)實應(yīng)用。
[0068]重要的是，顯示器324位于眼睛204的適應(yīng)范圍之外。換句話說，顯示器324位于小于最小適應(yīng)訪問218的處理處。然而，因為微透鏡陣列328創(chuàng)建光場(如下文所討論的)，所述光場模仿或模擬由可以注視的最小適應(yīng)距離218之外的物體所發(fā)出的光束，所以由顯示器324所示出的圖像可以是清晰的。
[0069]圖4不出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、是光場的一部分的光束408。光場可以定義或描述表面404、多個疊加的表面或一般3D場景的外表。對于一般虛擬3D場景而言,可以撞擊微透鏡陣列328的(虛擬)束的集合必須由近眼顯示器設(shè)備來重新創(chuàng)建。因此，表面404將與顯示器的平面324相應(yīng)，并且每個束408將與相交顯示器的平面324的束320相應(yīng)，這導(dǎo)致創(chuàng)建從近眼光場顯示器所發(fā)出的束321。
[0070]更特別地，光場可以包括用于每個點的光束以及表面404上的光束輻射角的信息，其可以描述來自不同距離和角的表面404的外表。例如，對于表面404上的每個點以及對于光束的每個福射角而言，諸如光束的強度和顏色的信息可以定義描述的表面404的外表的光場。用于每個點以及福射角的這類信息構(gòu)成光場。
[0071]在圖4中，光束408可以輻射自可通過“X”和“y”坐標描述的表面404的起源點412。進一步地，光束408可以輻射到具有X (水平)、y (垂直)以及z (進入頁面內(nèi)或離開頁面外的深度)分量。這類角可以通過角Φ和Θ描述。因此，每個(X，y, Φ，Θ )坐標可以描述光束，例如示出的光束408。每個(χ，7，Φ，Θ )坐標可以與一起形成光場的光束強度和顏色相應(yīng)。對于視頻應(yīng)用而言，光場強度和顏色也可以隨著時間(t)而變化。
[0072]一旦光場因表面404而公知，那么可以在沒有實際表面404的情況下對觀察者創(chuàng)建或模擬表面404的外表。模擬表面404的光束的起源點可以與來自表面404而不是觀察者的角度的實際光束的實際起源點不同，表面404可似乎好像觀察者實際上觀看到它而存在。
[0073]返回到圖3B，結(jié)合微透鏡328的顯示器324可以產(chǎn)生可模仿或模擬焦點平面214處的物體的光場。如上文所討論的，從眼睛204的角度，光束321可以等同于圖3A的光束320。因此，由顯示器324模擬以位于觀看平面214處的物體以及微透鏡陣列328可能對于眼睛204是清晰的，因為模擬了用于真實物體的等同光場。進一步地，因為模擬了用于真實物體的等同光場，所以所模擬物體將好像是三維的。
[0074]在一些情況下，光場顯示器分辨率的限制可能使所產(chǎn)生光束到僅接近復(fù)制的束。例如，參考圖3A和3B，光束321可能具有稍不同于光束320的顏色、強度、位置或角?？紤]到預(yù)過濾算法的質(zhì)量、近眼光場顯示器的能力以及人類視覺系統(tǒng)感知差異的能力，由近眼顯示器所發(fā)出的束321的集合可能接近或完全復(fù)制虛擬物體的外表，諸如地點404。在外表接近的情況下，束可能不需要準確地被復(fù)制用于適當(dāng)或令人滿意的圖像識別。
[0075]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、圖3B的顯示器324和微透鏡陣列328的放大的側(cè)視圖。圖5還包括圖3B的觀察者的眼睛204。
[0076]顯示器324可以包括多個像素，例如像素512、522、524以及532?？梢源嬖谙袼亟M，例如包括像素512的像素組510、包括像素522和524的像素組520以及包括像素532的像素組530。每個像素組可以與微透鏡328的微透鏡相應(yīng)。例如，像素組510、520以及530可以分別位于與微透鏡516、526以及536相鄰的位置。
[0077]如上文所討論的，像素可以在所有方向上各向同性地(一致地)發(fā)出光。然而，微透鏡陣列328可以對齊由每個像素所發(fā)出的光以在一個方向或在窄范圍的方向(例如出射波束可以以小角擴展或會聚/聚焦)上實質(zhì)上反各向同性地(非一致地)行進。實際上，在一些情況下可以是令人滿意的。例如，像素532可以在所有方向上發(fā)出光束，但是在光束到達微透鏡536之后，可能使所有光束在一個方向上行進。如所示，由像素532所發(fā)出的光束在其已經(jīng)通過微透鏡536之后可以平行地向眼睛204行進。因此，顯示器324和微透鏡328可操作為使用光束創(chuàng)建光場以模擬物體的外表。
[0078]光束行進的方向可以取決于發(fā)光像素相對于微透鏡的位置。例如，雖然由像素532所發(fā)出的束可以向右上方方向行進，但是由像素522所發(fā)出的束可以向右下方方向行進，因為像素522比像素532相對于他們的相應(yīng)微透鏡定位更高。因此，用于像素組中的每個像素的光束可能不一定向眼睛行進。例如，當(dāng)眼睛204被如所示定位時，由像素524所發(fā)出的虛線的光束可不向眼睛204行進。
[0079]應(yīng)該理解的是，顯示器324可以包括像素行和像素列，使得進入頁面內(nèi)或離開頁面外的像素可以生成可行進進入頁面或離開頁面的光束。因此，這類光在通過微透鏡之后可被致使以在進入頁面或離開頁面的一個方向上行進。
[0080]還應(yīng)該理解的是，顯示器324可以顯示僅當(dāng)通過微透鏡陣列328所觀看時可辨認或清晰的圖像。例如，如果由顯示器324所產(chǎn)生的圖像在沒有微透鏡陣列328的情況下被觀看，那么它可能不等同于在微透鏡328的幫助下由眼睛204所感知到的圖像，即使以比近平面216更遠的距離被觀看。顯示器324可以顯示與所最終要投射的目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像，其當(dāng)在沒有微透鏡328的情況下被觀看時是不可辨認的。當(dāng)預(yù)過濾的圖像利用微透鏡陣列328被觀看時，目標圖像可被產(chǎn)生并且是可辨認的。計算機系統(tǒng)或圖形處理系統(tǒng)可以生成與目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像。
[0081]應(yīng)該進一步注意的是，分開的微透鏡陣列和/或顯示器可以置于觀看者的每個眼睛前面。因此，可以達到雙眼觀看。因此，雙眼像差和會聚的深度知覺暗示可以完整地或接近地被模擬。每個光場也可以支持所要正確被模擬的適應(yīng)(聚焦)的深度暗示。此外，通過使用近眼光場顯示器對，雙眼視差、會聚以及適應(yīng)同時地以及完整地或接近地被模擬，產(chǎn)生延伸到顯示器324之后的3D場景的“舒服的”感覺。
[0082]另外，因為合成的光場可以延伸超過透鏡/瞳孔208，所以觀看者可以移動左/右/上/下，轉(zhuǎn)動他們的頭，或者改變他們眼睛204之間的距離(例如由于不同用戶)，這維持了虛擬3D場景的錯覺。本發(fā)明的實施例還支持被叫做運動視差的第四深度暗示。
[0083]進一步地，應(yīng)該理解的是，微透鏡陣列和/或顯示器可以僅占據(jù)觀察者的視圖的一部分。
[0084]近眼視差屏障顯示器
[0085]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器600的側(cè)視圖。圖6A包括圖2的具有透鏡208的眼睛204、視網(wǎng)膜平面212、焦點平面214以及近平面216。圖6A還包括顯示器624以及空間光調(diào)制器(SLM)陣列626 (或視差屏障或針孔陣列)。SLM可以吸收或衰減光束或光而不顯著更改他們的方向。因此，SLM可以更改強度以及可能地更改光束的顏色，而不是它的方向。SLM可以包括印刷膠片、LCD、光閥或其他機構(gòu)。
[0086]雖然顯示器624和SLM陣列626在最小適應(yīng)距離218內(nèi)，但是他們可操作為產(chǎn)生光場以模擬來自眼睛204的適應(yīng)范圍內(nèi)的清晰的物體。例如，光場621可由顯示器624和SLM陣列626產(chǎn)生，其是模擬位于超過近平面216的物體的光場的一部分。
[0087]顯示器624和SLM陣列626的區(qū)域可能可操作為在透明、半透明和/或不透明之間進行切換。因此，起源于超過顯示器624和SLM陣列626 (例如自周圍的環(huán)境)的光束可仍到達眼204。例如，起源于可在10英尺遠的物體的表面的光束622可能通過顯示器624以及SLM陣列626到眼204。因此，觀察者可能仍能夠觀看周圍環(huán)境的至少一部分。
[0088]圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器和微透鏡陣列的側(cè)視圖。圖6B包括與圖3B類似的元件。圖6 A還包括可以布置在近平面216和顯示器324之間的微透鏡陣列328b。微透鏡陣列328b可以例如壓縮凹透鏡而不是凸透鏡。微透鏡陣列328和328b的組合可以允許束622通過微透鏡系統(tǒng)。除了包括光罩(mask)、棱鏡或雙折射材料的其他元件之外，微透鏡328和328b可以包括多個微透鏡。
[0089]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼視差屏障顯示器600的放大的側(cè)視圖。圖7包括圖6A的顯示器624以及SLM陣列626。顯示器624可以包括多個像素，例如像素722和725。SLM陣列626可以包括多個針孔，其可操作為允許、阻止或否則調(diào)制SLM陣列626的各點處的光的通過，所述各點例如像素730、735、740和745。視差屏障626可以利用任何空間光調(diào)制器實現(xiàn)。例如，視差屏障可以是IXD或0LED。
[0090]在一個或多個實施例中，顯示器624可以包括光發(fā)射(light-emitting)元件(例如半透明0LED)的陣列，并且SLM陣列626可以包括光衰減(light-attenuating)元件(例如半透明IXD)。在這類實施例中，起源于周圍環(huán)境的光束736、741和746可以不由顯示器624和SLM陣列626修改。而是，可使用當(dāng)顯示器624和SLM陣列626操作時阻止束進入的附加的光快門來達到對這類光束的修改。
[0091]在一個或多個實施例中，顯示器624和SLM陣列626 二者是光衰減SLM。顯示器624或SLM陣列626中的一個可以顯示開縫/針孔陣列，而其他元件通過衰減通過層的、起源于周圍環(huán)境的光束736、741和746來顯示預(yù)過濾圖像以合成光場。這將支持“低功率”情況，在該情況下通過看場景，束被阻止創(chuàng)建文本或圖像，而不是從顯示器624被發(fā)出，隨后被SLM陣列626所阻止。
[0092]SLM陣列626可以允許某些光束通過而阻止其他光束。例如，像素730可以阻止由像素722所發(fā)出的光束723，而允許由像素722所發(fā)出的另一個光束724通過。因此，因為SLM陣列626使光在一個方向上反各向同性地行進,所以可以產(chǎn)生光場。可替代地，由像素722所發(fā)出的多個光束可以通過SLM陣列626。在常規(guī)視差屏障(開縫或針孔)中，僅單個方向可以通過，而在廣義解決方案中，多個方向可以通過(甚至一些情況下的所有方向，這導(dǎo)致沒有對由像素722所發(fā)出的光束的阻止或調(diào)制。進一步地，SLM陣列626可以以變化的程度部分地光衰減。例如，像素745可以部分地衰減由像素725所發(fā)出的光束726。
[0093]顯示器624可以是半透明顯示器(例如透明IXD或0LED)。因此，從眼睛204的角度起源于顯示器624和SLM陣列626 二者之后的光束可被允許通過顯示器624。因此，即使當(dāng)顯示器624和SLM陣列624置于眼睛204前面時，眼睛204也可能能夠觀看周圍的環(huán)境。
[0094]然而，SLM陣列626可以允許或阻止這類起源于周圍環(huán)境的光束。例如，起源于周圍環(huán)境的光束736可被像素735允許以通過到眼睛204，而起源于周圍環(huán)境的光束741可被像素740阻止通過到眼睛204。光束736、741以及746也可以由顯示器624來調(diào)制。因此，顯示器624表現(xiàn)為類似于SLM陣列626、半透明光發(fā)射器或SLM陣列和發(fā)射器的組合的另一個SLM。
[0095]另外，SLM陣列626可以以變化的程度不同地衰減這類光。例如，像素745可以部分地衰減從眼睛204的角度起源于顯示器624和SLM陣列626的光束746。
[0096]因此，因為來自周圍環(huán)境的光束可以到達眼睛204，所以觀看者可能能夠總地觀看環(huán)境，而顯示器624和SLM陣列626可通過添加和/或移除光束來修改觀看者可以看到什么。例如，光衰減元件(例如IXD)通過阻止光可以包括觀察者視圖中的黑文本,或者光發(fā)射元件(例如0LED)通過發(fā)出光可以包括觀察者視圖中的白文本。因此，顯示器624和SLM陣列626可以提供增強現(xiàn)實體驗。
[0097]例如，圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、通過近眼視差屏障顯示器600的視圖。視圖包括在該示例中包括街道、建筑物、樹等等的周圍環(huán)境。近眼視差屏障顯示器600可以通過包括例如具有指向咖啡館方向的箭頭1010的咖啡標示1005來修改視圖。
[0098]在本發(fā)明的一個或多個實施例中，可以提供適應(yīng)暗示。例如，如果箭頭1010被代替地加標簽并且指向房子1015，并且觀看者眼睛注視在位于比房子1015更近距離的汽車1020上，那么箭頭1010可被稍微模糊以接近房子1015的相同模糊量。因此，可以模擬自然人類適應(yīng)/散焦效應(yīng)。
[0099]應(yīng)該理解的是，近眼視差屏障顯示器600當(dāng)操作為沉浸式顯示器時可以提供虛擬現(xiàn)實體驗，例如通過阻止來自周圍環(huán)境的所有光以及通過顯示器624和SLM陣列626提供影像。
[0100]在圖6和7中，SLM陣列626在眼睛204和顯示器624之間。然而，應(yīng)該記住的是，本發(fā)明的實施例慮及將在眼睛204和SLM陣列626之間的顯示器624。
[0101]應(yīng)該理解的是，顯示器624和/或SLM陣列626可以產(chǎn)生圖像，所述圖像僅當(dāng)位于比近平面216更近時被觀看時是可辨認或清晰的。例如，圖像在適應(yīng)范圍內(nèi)被觀看時可能看起來模糊或脫焦。顯示器624可以顯示與所最終要投射的目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像，其在沒有SLM陣列626的情況下被觀看時是不可辨認的。當(dāng)利用SLM陣列626觀看預(yù)過濾的圖像時，目標圖像可被產(chǎn)生并且是可辨認的。計算機系統(tǒng)和圖形處理系統(tǒng)可以生成與目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像。
[0102]另外，應(yīng)該記住的是，圖6和7示出了來自側(cè)視圖的近眼視差屏障顯示器600并且近眼視差屏障顯示器600可以是延伸進入頁面或離開頁面的三維物體。例如，近眼視差屏障顯示器600可以跨閱讀式眼鏡水平地和垂直地延伸。應(yīng)該進一步注意的是，分開的近眼視差屏障顯示器可以置于觀看者的每個眼睛前面。另外，應(yīng)該理解的是，近眼視差屏障顯示器600可以僅占據(jù)觀察者的視圖的一部分。
[0103]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼多層SLM顯示器800的側(cè)視圖。圖8的近眼多層SLM顯示器800可以與圖6A的近眼視差屏障顯示器600類似。然而，圖8的近眼多層SLM顯示器800包括多個SLM陣列826。通過使用多個SLM陣列，可以改進場的亮度、分辨率和/或深度。進一步地，通過使用比人類閃光融合閾值刷新更快的高速SLM，分辨率可以靠近本地顯示器分辨率的分辨率。本發(fā)明的實施例提供如圖6和7中的高速顯示器的應(yīng)用到雙層SLMS、其他雙層配置以及多層SLM。
[0104]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼多層SLM顯示器800的放大的側(cè)視圖。圖9與圖7類似，因為它包括眼睛204和顯示器824。然而，圖9還包括多個SLM陣列826，例如SLM陣列830、832以及834。在示出的實施例中，多個SLM陣列826包括三個SLM陣列。然而，本發(fā)明的實施例慮及任何數(shù)目的SLM陣列。
[0105]多個SLM陣列826慮及對被允許通過到眼睛204的光的經(jīng)增加的控制。例如，因為每個附加的SLM陣列可能有助于進一步限定光束，所以多個SLM陣列826允許更多被限定的光場被提供到眼睛204。因此，可以改進影像的場的分辨率和/或深度。例如，光束905可被允許通過到眼睛204，而光束920可被SLM陣列832阻止，但是相反只要SLM陣列830位于光束920和眼睛204之間則已能夠通過。應(yīng)該理解的是，多個SLM陣列826中的像素可以部分地衰減光束，與圖7的像素745類似。
[0106]進一步地，因為多個光束的路徑可能重疊，所以這類束可以通過相同的SLM陣列的SLM元件，并且因此，更多光可被允許到達眼睛204。例如，光束905和910可以通過相同的SLM陣列832的SLM元件，以及光束905和915可以通過相同的SLM陣列834的SLM元件。
[0107]另外，分辨率或亮度可以通過以高速調(diào)制SLM陣列來增加。例如，如果人眼可能僅能夠以60Hz檢測圖像，那么SLM陣列可以以更快十倍的600Hz進行調(diào)制。雖然光束在第一幀期間被阻止行進到眼睛204中，但是SLM陣列可以調(diào)制以允許相同光束通過，從而增加分
辨率或亮度。
[0108]在圖8和9中，多個SLM陣列826在眼睛204和顯示器824之間。然而，應(yīng)該記住的是，本發(fā)明的實施例慮及將在眼睛204和多個SLM陣列826之間的顯示器824。
[0109]應(yīng)該進一步注意的是，分開的SLM陣列和/或顯示器可以置于觀看者的每個眼睛前面。因此，可以達到雙眼觀看。因此，雙眼像差和會聚的深度知覺暗示可以完整地或接近地被模擬。每個光場也可以支持所要正確被模擬的適應(yīng)(聚焦)的深度暗示。此外，通過使用SLM陣列顯示器對，雙眼視差、會聚以及適應(yīng)同時地以及完整地或接近地被模擬，產(chǎn)生延伸到顯示器624或824之后的3D場景的“舒服的”感覺。[0110]另外，因為合成的光場可以延伸超過透鏡/瞳孔208，所以觀看者可以移動左/右/上/下，轉(zhuǎn)動他們的頭，或者改變他們眼睛204之間的距離(例如由于不同用戶)，這維持了虛擬3D場景的錯覺。本發(fā)明的實施例還支持被叫做運動視差的第四深度暗示。
[0111]進一步地，應(yīng)該理解的是，SLM陣列和/或顯示器可以僅占據(jù)觀察者的視圖的一部分。
[0112]近眼光學(xué)反卷積顯示器
[0113]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、近眼光學(xué)反卷積顯示器1100的側(cè)視圖。圖11包括圖2的具有透鏡208的眼睛204、視網(wǎng)膜平面212、焦點平面214以及近平面216。圖11還包括第一顯示器1124以及可選地附加的顯示器比如顯示器1125。因此，如關(guān)于圖2A所討論的，由顯示器1124所顯示的圖像將典型地對于眼睛204是失焦的。
[0114]然而，本發(fā)明的實施例使得顯示器1124可產(chǎn)生當(dāng)由眼睛204所感知時清楚并且清晰對焦的圖像。以這類近距離被觀看的表面以某種方式被模糊。本發(fā)明的實施例允許已被逆向地模糊的圖像的顯示，使得眼睛的自然模糊作用將抵消逆向模糊，產(chǎn)生清晰圖像。
[0115]圖12A描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在卷積之前和之后的圖像。圖12A包括表面上的點1204。當(dāng)點1204在眼睛的最小適應(yīng)距離內(nèi)被眼睛觀看時，點1204對于觀察者可能顯現(xiàn)是模糊的。例如，所感知的模糊的圖像可由圓盤1208來描繪。描述圓盤1208的函數(shù)s (X, y)可以是描述點1204的函數(shù)i (x, y)與第二函數(shù)h (x, y)的卷積運算的結(jié)果。第二函數(shù)可以是例如點擴展函數(shù)(PSF)。點擴展函數(shù)可以描述嘗試觀看眼睛的適應(yīng)距離之外的平面的散焦眼睛的效果。
[0116]因此，由眼睛所引起 的自然模糊效果可以通過卷積運算來描述。例如，下面的數(shù)學(xué)等式可以描述點1204和圓盤1208之間的關(guān)系:
[0117]i (X，y) *h (X，y) =s (x，y)
[0118]圖12B描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在反卷積之前和之后的圖像。圖12B包括與12A相同的點1204。為了抵消、撤銷或抵制由眼睛所引起的模糊效果，可以產(chǎn)生反卷積的或預(yù)過濾的圖像。例如，點1204的反卷積的點1212可通過對點1204實施反卷積運算來產(chǎn)生。反卷積運算的結(jié)果例如反卷積的點1212可以通過兩個同心環(huán)來描繪。兩個同心環(huán)可以具有不同的強度。
[0119]更特別地，如果由函數(shù)i (x，y)所描述的點1204與第二函數(shù)的反函數(shù)IT1Uy)卷積，那么產(chǎn)生的描述反卷積的點1212的函數(shù)可以是#，勿。第二函數(shù)的反函數(shù)可以是例如PSF的反函數(shù)。
[0120]因此，相對的或相反的由眼睛所引起的自然模糊效果可通過反卷積運算來描述。下面的數(shù)學(xué)等式可以描述點1204和反卷積的點1212之間的關(guān)系:
[οι 21 ] i(x，y) * K1 (X, y) = ?(χ, y)
[0122]反卷積運算可以在負值方面降低，其可由顯示器或顯示器的動態(tài)范圍之外的值來合成。反卷積的圖像?(Χ，勿可經(jīng)濾波以將反卷積輸出變換到在顯示設(shè)備的動態(tài)范圍內(nèi)。
[0123]圖12C描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、在卷積之前和之后的反卷積的圖像。當(dāng)對描述反卷積的圖像的函數(shù)實施卷積運算時，產(chǎn)生的函數(shù)可以描述原始圖像。例如，當(dāng)由l(X, W所描述的反卷積的點1212經(jīng)歷與第二函數(shù)h (X，y)的卷積運算時，結(jié)構(gòu)可以是描
述原始點1204的函數(shù)i (x，y)。第二函數(shù)可以是例如PSF。
[0124]下面的數(shù)學(xué)等式可以描述反卷積的點1212和點1204之間的關(guān)系:
[0125]i(x, V) * h (X，V ) = i (x, V )
[0126]因此，因為眼睛的卷積效果可將點的反卷積的版本完全地或至少接近地類似于原始點1204進行轉(zhuǎn)譯，所以眼睛當(dāng)在近眼范圍(比眼睛的近平面更靠近眼睛沖觀看點的反卷積的版本1212時，眼睛可以清晰地感知完整地或至少接近地類似于原始點1204。與沒有所應(yīng)用的反卷積或預(yù)過濾的常規(guī)顯示器相比，該接近可具有減小的對比度或其他偽影，但是仍可以改進圖像的清晰度或可辨認性。
[0127]應(yīng)該理解的是，函數(shù)i (X，y)可以描述一起形成圖像的表面上的多個點或像素。因此，反卷積函數(shù)YU)可以與一起形成圖像的反卷積的版本的多個點或像素相應(yīng)。因此，
當(dāng)由反卷積的函數(shù)勿所描述的圖像的反卷積的版本在近眼范圍中被觀看時，觀察者可以感知到由函數(shù)i (x，y)所描述的原始圖像。
[0128]返回圖11，顯示器1124可以顯示反卷積的圖像。因為顯示器1124在近眼范圍內(nèi)，所以觀察者可以感知到反卷積的圖像的經(jīng)卷積版本。如上文所討論的，由卷積函數(shù)的反函數(shù)所反卷積的圖像的卷積實質(zhì)上將產(chǎn)生原始圖像。因此，由于眼睛的模糊效果將被反卷積的圖像的顯示所抵制，所以觀察者將感知到清晰的圖像。因此，圖像在近距離范圍中是由觀察者可辨認的。
[0129]應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實施例允許除了反卷積的預(yù)過濾過程。例如，除反卷積之外的其他運算可以用來創(chuàng)建當(dāng)在近眼距離處被觀看時的預(yù)過濾的圖像，在經(jīng)歷眼睛的卷積效果之后將可辨認圖像提供給觀察者。
[0130]應(yīng)該理解的是，可以使用多個顯示器。應(yīng)該進一步理解的是，顯示器1124和1125可以是半透明的。因此，眼睛204可能能夠通過顯示器1125觀看由顯示器1124所顯示的圖像。眼睛204可能還能夠通過顯示器1124和1125觀看周圍的環(huán)境。顯示器的多個層還可以降低或消除偽影振鈴(ringing)以及改進對比度。
[0131]還應(yīng)該理解的是，光學(xué)反卷積顯示器可以阻止來自周圍環(huán)境的光以提供VR應(yīng)用。例如，顯示器可以阻止觀察者視圖的一部分，同時在另一個部分提供反卷積的圖像。或者，例如，多層反卷積顯示器中的第一顯示器可以阻止光，而第二顯示器提供反卷積的圖像。
[0132]可替代地，這類顯示器可以一般允許來自周圍環(huán)境的光，并且僅阻止部分傳入光和/或增強具有顯示器產(chǎn)生的光的部分以提供AR應(yīng)用。
[0133]還應(yīng)該理解的是，顯示器1124和1125可以顯示僅當(dāng)位于比近平面216更近時被觀看時可辨認或清晰的圖像。例如，當(dāng)在適應(yīng)范圍中被觀看時，圖像可能似乎模糊或不清晰。顯示器1124和1125可以顯示與所最終要投射的目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像，其當(dāng)在適應(yīng)范圍內(nèi)被觀看時是不可辨認的。當(dāng)預(yù)過濾的圖像在適應(yīng)范圍內(nèi)被觀看時，目標圖像可能是可辨認的。計算機系統(tǒng)或圖形處理系統(tǒng)可以生成與目標圖像相應(yīng)的預(yù)過濾的圖像。
[0134]附加的實施例
[0135]應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實施例提供近眼光場顯示器、近眼視差屏障顯示器和/或近眼光學(xué)反卷積顯示器的結(jié)合層。光場顯示器和光學(xué)反卷積顯示器可以呈現(xiàn)不同的性能權(quán)衡。光場顯示器可以要求高分辨率底層顯示器已達到銳利影像，但在其他方面保持圖像對比度。相反，光學(xué)反卷積顯示器可以保持圖像分辨率，但降低對比度。
[0136]可以結(jié)合光場顯示器和光學(xué)反卷積顯示器以從每個顯示器的性能獲益以及支持分辨率和對比度之間的連續(xù)權(quán)衡。例如，本發(fā)明的實施例支持實施光場域中的光學(xué)反卷積，而不是獨立地被應(yīng)用到每個顯示器層。
[0137]可以結(jié)合近眼光場顯示器、近眼視差屏障顯示器和/或近眼光學(xué)反卷積顯示器，因為這類顯示器可以實現(xiàn)半透明顯示器。例如，這類顯示器可以實現(xiàn)光衰減(例如IXD)或光發(fā)射(例如OLED )顯示器。
[0138]應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實施例慮及使用平鋪在一起的多個顯示器形成一個有效的顯不器。例如，顯不器324、顯不器624、顯不器824或顯不器1124和1125可以包括多個子顯示器。子顯示器可以例如并排地平鋪以合成形式顯示器。不同于多個監(jiān)視器工作站，顯示器之間的任何間隙可以不引入偽影，因為預(yù)過濾的圖像可經(jīng)修改以顯示在每個平鋪片上以適應(yīng)他們之間的間隙。
[0139]本發(fā)明的實施例提供虛擬顯示(VR)和增強顯示(AR)應(yīng)用。例如，近眼光場顯示器、近眼視差屏障顯示器和/或近眼光學(xué)解卷積顯示器可以阻止來自周圍環(huán)境的光以提供VR應(yīng)用?？商娲兀@類顯示器可以一般允許來自周圍環(huán)境的光，并且僅阻止部分傳入光和/或增強具有顯示器產(chǎn)生的光的部分以提供AR應(yīng)用。
[0140]在各實施例中，來自周圍環(huán)境的光可以用作背光，顯示器層衰減入射光場。在一些實施例中，至少一個顯示器層可以包含光發(fā)射元件(例如OLED面板)。在本發(fā)明的實施例中，可以采用光衰減和光發(fā)射層的結(jié)合。應(yīng)該理解的是，多于一個層可以發(fā)射光。例如，在圖9中，除了顯示器824之外，SLM陣列830、832和834也可以發(fā)射光。
[0141]在一個或多個實施例中，每個顯示器層可以包括光衰減顯示器或光發(fā)射顯示器，或者這二者的結(jié)合(每個像素可以衰減和/或發(fā)射光束)。進一步的實施例可以包括多層設(shè)備，例如OLED和LCD、LCD和LCD或等等。
[0142]對于用于VR應(yīng)用的近眼光場顯示器而言，2D顯示器可以利用視差屏障或微透鏡陣列來覆蓋以支持舒服的適應(yīng)。此外，多個光發(fā)射層可以用來增加場的亮度、分辨率和深度。
[0143]本發(fā)明進一步的實施例可以包括全息顯示元件。例如，隨著分辨率的增加，節(jié)距(pitch)可以變得足夠小，使得衍射效果可以得到解釋。成像模型和優(yōu)化方法可以用來解釋衍射，包含以類似于光場顯示器的方式使用用于近眼顯示器的計算機生成的全息圖。本發(fā)明的實施例提供將光學(xué)反卷積應(yīng)用到全息系統(tǒng)，從而消除不相干顯示器所觀察的對比度損失。
[0144]本發(fā)明的實施例使用如上文所討論的近眼顯示器提供具有寬視場的輕量的“太陽鏡式的(sunglasses-like)形狀系數(shù)。這類顯示器實際上可以以高容量和低成本來構(gòu)建。這類顯示器作為信息顯示器可以具有可行的商業(yè)潛力，例如描繪了基本狀態(tài)消息、時刻以及增強了直接感知到的物理世界。
[0145]本發(fā)明的實施例提供調(diào)節(jié)所產(chǎn)生圖像以解釋觀察者眼睛的像差或缺陷。像差可以包括近視、遠視、散光和/或老花眼。例如，近眼光場顯示器、近眼視差顯示器或近眼光學(xué)反卷積顯示器可以產(chǎn)生圖像以基于觀察者的光學(xué)處方來抵消觀察者的像差的效果。因此，觀察者可能能夠在沒有校正性眼鏡比如眼鏡或隱形眼鏡的情況下清晰地觀看圖像。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的實施例還可以利用可確定眼睛的缺陷的反饋系統(tǒng)的使用來自動地校準視力矯正調(diào)節(jié)。
[0146]本發(fā)明的實施例還可以基于來自可確定眼睛離顯示器的距離和/或凝視的方向的眼動跟蹤(eye-track)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的信息來調(diào)節(jié)所提供的圖像。因此，顯示器可以針對不同的凝視方向、眼睛離顯示器的距離和/或眼睛的像差來調(diào)節(jié)所顯示的圖像以優(yōu)化圖像的可辨認性。
[0147]本發(fā)明的實施例還基于來自一個或多個傳感器的信息來調(diào)節(jié)所提供的圖像。例如，實施例可以包括可包括照相機的環(huán)境運動跟蹤部件。環(huán)境運動跟蹤部件可以跟蹤周圍環(huán)境中的移動或變化(例如物體的移動或光的變化)。在進一步的示例中，可以跟蹤用戶身體的移動并且可以提供相關(guān)的信息。因此，本發(fā)明的實施例可基于用戶的環(huán)境、用戶的運動或用戶的移動來調(diào)節(jié)所提供的圖像。
[0148]在另一個示例中，本發(fā)明的實施例可以包括內(nèi)部運動跟蹤部件，所述內(nèi)部運動跟蹤部件可以包括陀螺傳感器、加速度傳感器、電子羅盤傳感器等等。內(nèi)部運動跟蹤部件可以跟蹤用戶的移動并且提供與所跟蹤的移動相關(guān)聯(lián)的信息。因此，本發(fā)明的實施例可以基于運動來調(diào)節(jié)所提供的圖像。在其他示例中，傳感器可以確定并且提供用戶的位置(例如GPS)、用戶的頭部定位或朝向、觀看者頭部定位和朝向的速度和加速度、環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、諱度等等°
[0149]與傳感器確定相關(guān)的信息可以在相對參考系或絕對參考系中來表達。例如，GPS可以具有對地球的經(jīng)度和緯度的絕對參考系?？商娲兀瑧T性傳感器當(dāng)測量相對于初始狀態(tài)(例如電話當(dāng)前每秒移動2mm vs.電話在給定緯度/經(jīng)度處)的速度和加速度時可以具有相對參考系。
[0150]近眼光場顯示器、近眼視差屏障顯示器和/或近眼光學(xué)反卷積顯示器可以包括眼鏡中。例如，這類顯示器可以替換眼鏡中的常規(guī)透鏡。
[0151]圖13描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、顯示近眼圖像的示例性過程的流程圖1300。在框1302中，確定所要顯示的預(yù)過濾的圖像，其中預(yù)過濾的圖像與目標圖像相應(yīng)。例如，計算機系統(tǒng)可以確定預(yù)過濾的圖像，所述預(yù)過濾的圖像當(dāng)它自身在適應(yīng)范圍中被觀看時可以是模糊的，而當(dāng)通過濾光器(f iIter)或光場生成元件被觀看時可以是清晰的。
[0152]在框1304中，預(yù)過濾的圖像顯示在顯示器上。例如，在圖3B、6和8中，預(yù)過濾的圖像分別顯示在顯示器324、624和826上。
[0153]在框1306中，在預(yù)過濾的圖像通過毗鄰顯示器的光場生成元件之后產(chǎn)生近眼光場，其中近眼光場可操作為模擬與目標圖像相應(yīng)的光場。例如，在圖3A中，在預(yù)過濾的圖像通過微透鏡陣列328之后產(chǎn)生與目標圖像相應(yīng)的光場。類似地，在圖6和8中，在預(yù)過濾的圖像分別通過SLM陣列626和多個SLM陣列826之后產(chǎn)生與目標圖像相應(yīng)的光場。
[0154]圖14描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的、顯示近眼圖像的示例性過程的流程圖1400。在框1402中，接收目標圖像。例如，計算機系統(tǒng)可以接收來自圖形處理系統(tǒng)的目標圖像。
[0155]在框1404中，確定與目標圖像相應(yīng)的反卷積圖像，其中當(dāng)反卷積圖像顯示在觀察者的近眼范圍內(nèi)時，觀察者可以清晰地感知到目標圖像。例如，在圖12B中，確定目標圖像的反卷積版本。如在圖12C中，當(dāng)目標圖像的反卷積版本經(jīng)歷眼睛的卷積運算時，觀察者清晰地感知到目標圖像。
[0156]在框1406中，反卷積圖像顯示在顯示器上。例如，在圖11中，反卷積圖像可以顯示在顯示器1124或1125上。
[0157]應(yīng)該理解的是，雖然本發(fā)明的實施例已關(guān)于位于離眼睛不遠的近平面內(nèi)的各種顯示器進行了討論和示出，例如在圖3B、6、8、11中，但是本發(fā)明的實施例還提供鄰近眼睛的顯示器。例如，顯示器中的一個或多個層可能可操作為鄰近眼睛，類似于隱形眼鏡。因為這類顯示器可以具有半球形外形，所以顯示器可以解釋外形的影響以提供銳利并且可辨認的圖像到眼睛。
[0158]雖然前述公開使用具體框圖、流程圖和示例闡述了各實施例，但是每個框圖組分、流程圖步驟、操作和/或本文所描述和/或示出的組分可使用各種硬件、軟件或固件(或其組合)配置單獨和/或選擇性地來實現(xiàn)。另外，包含在其他部件內(nèi)的部件的任何公開應(yīng)被視為示范性的，因為許多其他架構(gòu)可以實現(xiàn)為達到相同功能性。
[0159]本文所描述和/或示出的步驟序列和工藝參數(shù)僅以示例的方式給出。例如，雖然本文所示出和/或描述的步驟可以以特定次序來示出和討論，但是這些步驟不一定需要以所示出或討論的次序來實施。本文所描述和/或示出的各示范性方法也可以省略本文所描述或示出的步驟中的一個或多個，或者包括除這些所公開步驟外的附加的步驟。
[0160]雖然本文已在全功能計算系統(tǒng)的環(huán)境中對各實施例進行了描述和/或示出，但是這些示范性實施例中的一個或多個可以以各種形式分布為程序產(chǎn)品，而不管用來實際實行分布的計算機可讀介質(zhì)的特定類型。本文所公開的實施例也可以使用實施某些任務(wù)的軟件模塊來實現(xiàn)。這些軟件模塊可以包括可存儲在計算機可讀存儲介質(zhì)或計算系統(tǒng)上的腳本、批處理或其他可執(zhí)行文件。這些軟件模塊可將計算系統(tǒng)配置為實施本文所公開的示范性實施例中的一個或多個。本文所公開的軟件模塊中的一個或多個可以在云計算環(huán)境中實現(xiàn)。云計算環(huán)境可經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)提供各種服務(wù)和應(yīng)用。這些基于云的服務(wù)(例如軟件即服務(wù)、平臺即服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)等)可以通過網(wǎng)頁瀏覽器或其他遠程接口訪問。本文所描述的各功能可以通過遠程臺式電腦環(huán)境或任何其他基于云的計算環(huán)境來提供。
[0161]出于說明的目的，已參照具體實施例對前述描述進行了描述。然而，以上示例性討論不旨在是詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的確切形式。鑒于以上教導(dǎo)，許多修改和變化是可能的。為了最好地說明本發(fā)明的原理和其實際應(yīng)用選擇并且描述了實施例，從而使本領(lǐng)域其他技術(shù)人員最好地利用本發(fā)明和具有如可能適合于所構(gòu)想的特定使用的各修改的各實施例。
[0162]因此描述了本發(fā)明的實施例。雖然已在特定實施例中描述了本公開，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不應(yīng)理解為受這類實施例所限制，而應(yīng)理解為根據(jù)下面的權(quán)利要求書。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 顯示器，其包括多個像素； 計算機系統(tǒng)，其與所述顯示器耦連并且可操作為指示所述顯示器顯示與目標圖像相應(yīng)的反卷積的圖像，其中所述顯示器當(dāng)位于觀察者的近眼范圍內(nèi)時顯示所述反卷積的圖像時，所述目標圖像可由所述觀察者清晰地感知。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述反卷積的圖像由所述計算機系統(tǒng)通過利用點擴展函數(shù)的反函數(shù)對所述目標圖像實施卷積運算來生成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述顯示器是半透明的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，進一步包括與所述計算機系統(tǒng)耦連的附加的顯示器，其中所述附加的顯示器與所述顯示器分開的距離小于所述近眼范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述計算機系統(tǒng)可操作為基于所述觀察者的眼睛和所述觀察者的所述眼睛的處方特性之間的距離確定反卷積的圖像用于顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述計算機系統(tǒng)可操作為確定抵消所述觀察者的眼睛的像差的反卷積的圖像用于顯示。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括可操作為測量所述觀察者眼睛的像差的反饋系統(tǒng)；以及 其中所述計算機系統(tǒng)進一步可操作為基于所述測量確定抵消所述像差的圖像用于顯/Jn ο
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括可操作為提供與周圍環(huán)境相關(guān)的信息的傳感器；以及 其中所述計算機系統(tǒng)進一步可操作為基于所述信息確定抵消所述像差的圖像用于顯/Jn ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括可操作為跟蹤眼睛的凝視的眼動跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中所述眼動跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng)可操作為將與眼睛的凝視相關(guān)的信息通信到所述計算機系統(tǒng)用于由所述計算機系統(tǒng)基于所述信息確定反卷積的圖像用于顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述顯示器包括彼此并排布置的多個子顯示器。
11.一種裝置，包括: 計算機系統(tǒng)，其可操作為通過利用描述眼睛的模糊效果的第二函數(shù)的反函數(shù)對描述目標圖像的第一函數(shù)實施卷積運算，以確定與所述目標圖像相應(yīng)的反卷積的圖像；以及 與所述計算機系統(tǒng)通信地耦連的第一顯示器，其中所述第一顯示器可操作為基于從所述計算機系統(tǒng)接收的指令顯示所述反卷積的圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第一顯示器是半透明的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，進一步包括位于與所述第一顯示器相鄰的位置的至少一個附加的顯示器，其中所述至少一個附加的顯示器與所述計算機系統(tǒng)通信地耦連并且可操作為基于從所述計算機系統(tǒng)接收的指令顯示所述反卷積的圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述反卷積的圖像當(dāng)在近眼范圍外被觀看時是失焦的，并且所述反卷積的圖像當(dāng)在近眼范圍內(nèi)被觀看時是焦點對準的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述第二函數(shù)是點擴展函數(shù)。
【文檔編號】G06F3/01GK103885182SQ201310710767
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】大衛(wèi)·帕特里克·利布基, 道格拉斯·蘭曼, 托馬斯·F·?？怂? 格里特·斯拉文博格 申請人:輝達公司