《近眼光学反卷积显示器.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《近眼光学反卷积显示器.pdf（32页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103885182 A (43)申请公布日 2014.06.25 CN 103885182 A (21)申请号 201310710767.9 (22)申请日 2013.12.19 13/720,842 2012.12.19 US G02B 27/01(2006.01) G06F 3/01(2006.01) (71)申请人 辉达公司 地址 美国加利福尼亚州 (72)发明人 大卫帕特里克利布基 道格拉斯兰曼 托马斯F福克斯 格里特斯拉文博格 (74)专利代理机构 北京市磐华律师事务所 11336 代理人 董巍 谢栒 (54) 发明名称 近眼光学反卷积显示器 (57) 摘要。
2、 本发明公开了近眼光学反卷积显示器。在本 发明的实施例中， 一种装置可以包括显示器， 显示 器包括多个像素。 装置可进一步包括计算机系统， 计算机系统与显示器耦连并且可操作为指示显示 器显示与目标图像相应的反卷积的图像， 其中显 示器当位于观察者的近眼范围内时显示反卷积的 图像时， 观察者可以清晰地感知目标图像。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 16 页 附图 14 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书16页 附图14页 (10)申请公布号 CN 103885182 A CN 103885182 A 1/。
3、1 页 2 1. 一种装置， 包括 ： 显示器， 其包括多个像素 ； 计算机系统， 其与所述显示器耦连并且可操作为指示所述显示器显示与目标图像相 应的反卷积的图像， 其中所述显示器当位于观察者的近眼范围内时显示所述反卷积的图像 时， 所述目标图像可由所述观察者清晰地感知。 2. 根据权利要求 1 所述的装置， 所述反卷积的图像由所述计算机系统通过利用点扩展 函数的反函数对所述目标图像实施卷积运算来生成。 3. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述显示器是半透明的。 4. 根据权利要求 2 所述的装置， 进一步包括与所述计算机系统耦连的附加的显示器， 其中所述附加的显示器与所述显示器分开的距。
4、离小于所述近眼范围。 5. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述计算机系统可操作为基于所述观察者的眼睛 和所述观察者的所述眼睛的处方特性之间的距离确定反卷积的图像用于显示。 6. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述计算机系统可操作为确定抵消所述观察者的 眼睛的像差的反卷积的图像用于显示。 7. 根据权利要求 1 所述的装置， 进一步包括可操作为测量所述观察者眼睛的像差的反 馈系统 ； 以及 其中所述计算机系统进一步可操作为基于所述测量确定抵消所述像差的图像用于显 示。 8. 根据权利要求 1 所述的装置， 进一步包括可操作为提供与周围环境相关的信息的传 感器 ； 以及 其中所述计算机。
5、系统进一步可操作为基于所述信息确定抵消所述像差的图像用于显 示。 9. 根据权利要求 1 所述的装置， 进一步包括可操作为跟踪眼睛的凝视的眼动跟踪调节 系统， 其中所述眼动跟踪调节系统可操作为将与眼睛的凝视相关的信息通信到所述计算机 系统用于由所述计算机系统基于所述信息确定反卷积的图像用于显示。 10. 根据权利要求 1 所述的装置， 其中所述显示器包括彼此并排布置的多个子显示器。 11. 一种装置， 包括 ： 计算机系统， 其可操作为通过利用描述眼睛的模糊效果的第二函数的反函数对描述目 标图像的第一函数实施卷积运算， 以确定与所述目标图像相应的反卷积的图像 ； 以及 与所述计算机系统通信地耦。
6、连的第一显示器， 其中所述第一显示器可操作为基于从所 述计算机系统接收的指令显示所述反卷积的图像。 12. 根据权利要求 11 所述的装置， 其中所述第一显示器是半透明的。 13. 根据权利要求 11 所述的装置， 进一步包括位于与所述第一显示器相邻的位置的至 少一个附加的显示器， 其中所述至少一个附加的显示器与所述计算机系统通信地耦连并且 可操作为基于从所述计算机系统接收的指令显示所述反卷积的图像。 14. 根据权利要求 11 所述的装置， 其中所述反卷积的图像当在近眼范围外被观看时是 失焦的， 并且所述反卷积的图像当在近眼范围内被观看时是焦点对准的。 15. 根据权利要求 11 所述的装置。
7、， 其中所述第二函数是点扩展函数。 权 利 要 求 书 CN 103885182 A 2 1/16 页 3 近眼光学反卷积显示器 技术领域 0001 本发明涉及近眼光学反卷积显示器。 背景技术 0002 近眼显示器 （NED） 包括可将图像直接投射到观看者眼中的头戴式显示器 （HMD） 。 这类显示器可以通过合成虚拟大幅面显示表面来克服由其他移动显示器形状系数所给予 的有限的屏幕大小， 或者可以用于虚拟或增强现实应用。 0003 近眼显示器可以划分成两个大类 ： 沉浸式显示器以及透视式显示器。前者可以采 用在虚拟现实 （VR） 环境中以利用合成渲染的影像完全包含用户的视场。后者可以采用在 增强。
8、现实 （AR） 应用中， 在该处文本、 其他合成注释或图像可以覆加在用户的物理环境的视 图中。就显示技术而言， AR 应用要求半透明显示器 （例如通过光学或电光手段所达到的） ， 使得可以同时利用近眼显示器观看物理世界。 0004 由于人类的肉眼不能适应 （注视） 置于近距离内的物体的事实， 所述近距离例如当 用户戴眼镜时阅读式眼镜的透镜到用户眼睛之间的距离， 所以已经证明难以构建近眼显示 器。因此， NED 系统已常规地要求复杂并且笨重的光学元件允许观看者舒服地适应否则将 脱离注视的近眼显示器以及物理环境。 0005 常规解决方案是将分束器 （例如半涂银镜） 直接置于观看者眼睛前面。这允许直。
9、视 物理场景， 即使以降低的亮度。另外， 显示器 （例如 LCD 面板） 置于第二光线路径上。在分束 器与显示器期间引入透镜具有合成位于物理环境内的半透明显示的作用。实际上， 要求多 个光学元件以针对这类解决方案最小化像差以及达到宽视场， 这导致笨重并且昂贵的、 已 禁止广泛消费者采纳的眼镜。 0006 用于 VR 应用的常规解决方案是将放大镜置于微型显示器前面。例如， 单个透镜 置于小 LCD 面板之上， 使得观看者可以既不管近距离而适应或注视显示器又可以放大显示 器， 使得它似乎大得多并且在较远距离处。 发明内容 0007 在本发明的实施例中， 一种装置可以包括显示器和计算机系统， 所述显。
10、示器包括 多个像素。装置可进一步包括计算机系统， 其与所述显示器耦连并且可操作为指示所述显 示器显示与目标图像相应的反卷积的图像， 其中所述显示器当位于观察者的近眼范围内时 显示所述反卷积的图像时， 所述目标图像可由所述观察者清晰地感知。 。 0008 本发明的各实施例可以包括一种装置， 所述装置包括计算机系统， 其可操作为通 过利用描述眼睛的模糊效果的第二函数的反函数对描述目标图像的第一函数实施卷积运 算， 以确定与所述目标图像相应的反卷积的图像。该装置还可包括与所述计算机系统通信 地耦连的第一显示器， 其中所述第一显示器可操作为基于从所述计算机系统接收的指令显 示所述反卷积的图像。 。 0。
11、009 本发明的一些实施例可以包括一种接收目标图像的方法。 所述方法可包括确定与 说 明 书 CN 103885182 A 3 2/16 页 4 目标图像相应的反卷积图像， 其中， 当反卷积图像在观察者的近眼范围内显示时， 所述目标 图像可由所述观察者清晰地感知。此外， 方法可包括在显示器上显示该反卷积图像。 0010 下面的详细描述与附图一起将提供对本发明的性质和优势的更好理解。 附图说明 0011 本发明的实施例以示例的方式并且不以限制的方式在附图中示出， 并且其中同样 的参考数字指代类似的元件。 0012 图 1 是根据本发明的实施例的示例性计算机系统。 0013 图 2A 示出了观察者。
12、的眼睛以及相应的最小适应距离。 0014 图 2B 和 2C 描绘了观察者在不同观看距离处所感知的图像。 0015 图 3A 示出了根据本发明的实施例的、 起源于焦点平面的光束。 0016 图 3B 示出了根据本发明的实施例的、 近眼微透镜阵列显示器的侧视图。 0017 图 4 示出了根据本发明的实施例的、 是光场的一部分的光束。 0018 图 5 示出了根据本发明的实施例的、 近眼微透镜阵列显示器的经放大视图的侧视 图。 0019 图 6A 示出了根据本发明的实施例的、 近眼视差屏障显示器的侧视图。 0020 图 6B 示出了根据本发明的实施例的、 近眼视差屏障显示器和微透镜阵列的侧视 图。。
13、 0021 图 7 示出了根据本发明的实施例的、 近眼视差屏障显示器的经放大侧视图。 0022 图 8 示出了根据本发明的实施例的、 近眼多层 SLM 显示器的侧视图。 0023 图 9 示出了根据本发明的实施例的、 近眼多层 SLM 显示器的经放大侧视图。 0024 图 10 描绘了根据本发明的实施例的、 通过近眼视差屏障显示器的视图。 0025 图 11 示出了根据本发明的实施例的、 近眼光学反卷积显示器的侧视图。 0026 图 12A 描绘了根据本发明的实施例的、 卷积之前和之后的图像。 0027 图 12B 描绘了根据本发明的实施例的、 反卷积之前和之后的图像。 0028 图 12C 。
14、描绘了根据本发明的实施例的、 卷积之前和之后的经反卷积图像。 0029 图 13 描绘了根据本发明的实施例的、 显示近眼图像的示例性过程的流程图。 0030 图 14 描绘了根据本发明的实施例的、 显示近眼图像的示例性过程的流程图。 具体实施方式 0031 现在将对本公开的各实施例进行详细参考， 其示例在附图中示出。虽然结合这些 实施例进行了描述， 但是将理解的是， 他们不意图将本公开限于这些实施例。相反， 本公开 旨在覆盖可以包括在如随附权利要求所定义的本公开的精神和范围内的替代、 修改以及等 同。此外， 在下面的本公开的详细描述中， 将阐述大量具体细节以提供对本公开的透彻理 解。 然而， 。
15、将理解的是， 本公开可以在没有这些具体细节的情况下得以实践。 在其他实例中， 未详细描述公知方法、 过程、 部件和电路以不不必要地使本公开的各方面难以理解。 0032 下面的详细描述的一些部分依据对计算机存储器内的数据位的操作的过程、 逻辑 块、 处理以及其他符号表示来呈现。这些描述和表示是数据处理领域技术人员最有效地将 他们工作的实质传达给本领域其他技术人员所使用的工具。 在本应用中， 过程、 逻辑块等等 说 明 书 CN 103885182 A 4 3/16 页 5 被设想是导致所期望结果的自相一致的步骤或指令序列。 步骤是那些利用物理量的物理操 纵的步骤。 尽管不一定， 但是这些量通常采。
16、取能够在计算机系统中被存储、 转移、 组合、 比较 以及否则操纵的电气或磁信号的形式。 主要出于普通用法的原因， 将这些信号指代为事务、 位、 值、 元素、 符号、 字符、 样本、 像素等等已经证明有时是方便的。 0033 然而， 应该记住的是， 所有这些以及类似术语将与适当物理量相关联并且仅是应 用到这些物理量的方便的标签。 除非特别声明否则从下面的讨论中显而易见， 应该理解， 贯 穿本公开利用术语诸如 “显示” 、“生成” 、“产生” 、“计算” 、“确定” 、“辐射” 、“发出” 、“衰减” 、 “调制” 、“卷积” 、“反卷积” 、“实施” 等等的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备或。
17、处理 器 （例如图 1 的系统 110） 的动作和过程 （例如图 13 和 14 的流程图 1300 和 1400） 。计算机 系统或类似电子计算设备操纵以及变换表示为计算机系统存储器、 寄存器或其他这类信息 存储、 传输或显示设备内的物理 （电子） 量的数据。 0034 本文所描述的实施例可以在驻留在某一形式的计算机可读存储介质上的计算机 可执行指令的通用背景中进行讨论， 所述计算机可执行指令诸如由一个或多个计算机或其 他设备执行的程序模块。以示例的方式并且不进行限制， 计算机可读存储介质可以包括非 暂时性计算机可读存储介质以及通信介质 ； 非暂时性计算机可读介质包括除暂时性传播信 号的所有。
18、计算机可读介质。 一般地， 程序模块包括例程、 程序、 对象、 组件、 数据结构等， 其实 施特定任务或者实现特定抽象的数据类型。 程序模块的功能性可以按照各实施例中所期望 的进行组合或分布。 0035 计算机存储介质包括以用于信息的存储的任何方法或技术实现的易失性和非易 失性、 可移动和不可移动介质， 所述信息诸如计算机可读指令、 数据结构、 程序模块或其他 数据。计算机存储介质包括但不限于随机存取存储器 （RAM） 、 只读存储器 （ROM） 、 电可擦可 编程 ROM（EEPROM） 、 闪存或其他存储器技术、 压缩光盘 ROM（CD-ROM） 、 数字多用光盘 （DVD） 或其他光学存。
19、储、 磁带盒、 磁带、 磁盘存储或其他磁存储设备， 或者可以用来存储所期望信 息并可被访问以检索该信息的任何其他介质。 0036 通信介质可以具体化计算机可执行指令、 数据结构以及程序模块， 并且包括任何 信息传递介质。以示例的方式但不进行限制， 通信介质包括有线 （wired） 介质诸如有线网 络或直接有线的 （direct-wired） 连接， 以及无线介质诸如听觉、 射频 （RF） 、 红外线以及其 他无线介质。以上任何组合也可以包括在计算机可读介质的范围内。 0037 图 1 是能够实现本公开的实施例的计算系统 110 的示例的框图。计算系统 110 宽 广地表示能够执行计算机可读指令。
20、的任何单个或多处理器计算设备或系统。计算系统 110 的示例包括但不限于工作站、 膝上型电脑、 客户端终端、 服务器、 分布式计算系统、 手持设 备、 穿戴式设备 （例如头戴式或腰佩式设备） 或任何其他计算系统或设备。在它最基本的配 置中， 计算系统 110 可以包括至少一个处理器 114 和系统存储器 116。 0038 处理器 114 一般表示能够处理数据或解析并且执行指令的任何类型或形式的处 理单元。在某些实施例中， 处理器 114 可以从软件应用或模块接收指令。这些指令可以使 处理器 114 实施本文所描述和 / 或示出的示范性实施例中的一个或多个的功能。 0039 系统存储器116一。
21、般表示能够存储数据和/或其他计算机可读指令的任何类型或 形式的易失性或非易失性存储设备或介质。 系统存储器116的示例包括但不限于RAM、 ROM、 闪存或任何其他合适的存储器设备。尽管未要求， 但是在某些实施例中， 计算系统 110 可以 说 明 书 CN 103885182 A 5 4/16 页 6 包括易失性存储单元 （诸如例如系统存储器 116） 和非易失性存储设备 （诸如例如主要存储 设备 132） 二者。 0040 计算系统 110 也可以包括除处理器 114 和系统存储器 116 之外的一个或多个部件 或元件。例如， 在图 1 的实施例中， 计算系统 110 包括存储器控制器 1。
22、18、 输入 / 输出 （I/O） 控制器120以及通信接口122， 其中的每一个可以经由通信基础设施112进行互连。 通信基 础设施 112 一般表示能够促进计算设备的一个或多个部件之间的通信的任何类型或形式 的基础设施。通信基础设施 112 的示例包括但不限于通信总线 （诸如工业标准架构 （ISA） 、 外围部件互连 （PCI） 、 PCI Express（PCIe） 、 或类似总线） 以及网络。 0041 存储器控制器118一般表示能够处置存储器或数据或控制计算系统110的一个或 多个部件之间的通信的任何类型或形式的设备。例如， 存储器控制器 118 可经由通信基础 设施 112 对处理。
23、器 114、 系统存储器 116 与 I/O 控制器 120 之间的通信进行控制。 0042 I/O 控制器 120 一般表示能够协调和 / 或控制计算设备的输入和输出功能的任何 类型或形式的模块。例如， I/O 控制器 120 可以控制或促进计算系统 110 的一个或多个元 件之间的数据的转移， 所述元件诸如处理器 114、 系统存储器 116、 通信接口 122、 显示适配 器 126、 输入接口 130 以及存储接口 134。 0043 通信接口122宽广地表示能够促进示范性计算系统110和一个或多个附加设备之 间的通信的任何类型或形式的通信设备或适配器。例如， 通信接口 122 可以促。
24、进计算系统 110 和包括附加计算设备的专用网络或公共网络之间的通信。通信接口 122 的示例包括但 不限于有线网络接口 （诸如网络接口卡） 、 无线网络接口 （诸如无线网络接口卡） 、 调制解调 器以及任何其他合适的接口。在一个实施例中， 通信接口 122 经由到网络诸如互联网的直 接链路提供直接连接到远程服务器。通信接口 122 也可以通过任何其他合适的连接来提供 这类连接。 0044 通信接口122也可以表示配置为经由外部总线或通信信道促进计算系统110和一 个或多个附加网络或存储设备之间的通信的主机适配器。 主机适配器的示例包括但不限于 小型计算机系统接口 （SCSI） 主机适配器、 。
25、通用串行总线 （USB） 主机适配器、 IEEE（电气与电 子工程师协会） 1394 主机适配器、 串行高级技术附件 （SATA） 以及外部 SATA（eSATA） 主机 适配器、 高级技术附件 （ATA） 以及并行 ATA（PATA） 主机适配器、 光纤通道接口适配器、 以太 网适配器等等。通信接口 122 也可以允许计算系统 110 进行分布式或远程计算。例如， 通 信接口 122 可以从远程设备接收指令或者发送指令到远程设备用于执行。 0045 如图 1 所示， 计算系统 110 也可以包括经由显示适配器 126 耦连到通信基础设施 112 的至少一个显示设备 124。显示设备 124 。
26、一般表示能够视觉上显示由显示适配器 126 所转发的信息的任何类型或形式的设备。类似地， 显示适配器 126 一般表示配置为转发图 形、 文本以及其他数据用于显示设备 124 上的显示的任何类型或形式的设备。 0046 如图1所示， 计算系统110也可以包括经由输入接口130耦连到通信基础设施112 的至少一个输入设备 128。输入设备 128 一般表示能够将计算机或人类生成的输入提供到 计算系统 110 的任何类型或形式的输入设备。输入设备 128 的示例包括但不限于键盘、 指 向设备、 语音辨识设备、 眼动跟踪调节系统、 环境运动跟踪传感器、 内部运动跟踪传感器、 陀 螺传感器、 加速度传。
27、感器、 电子罗盘传感器或任何其他输入设备。 0047 如图1所示， 计算系统110也可以包括主要存储设备132以及经由存储接口134耦 说 明 书 CN 103885182 A 6 5/16 页 7 连到通信基础设施 112 的备份存储设备 133。存储设备 132 和 133 一般表示能够存储数据 和 / 或其他计算机可读指令的任何类型或形式的存储设备或介质。例如， 存储设备 132 和 133 可以磁盘驱动器 （例如所谓的硬盘驱动器） 、 软盘驱动器、 磁带驱动器、 光盘驱动器、 闪存 驱动器等等。存储接口 134 一般表示用于在存储设备 132 和 133 以及计算系统 110 的其他 。
28、部件之间转移数据的任何类型或形式的接口或设备。 0048 在一个示例中， 数据库 140 可以存储在主要存储设备 132 中。数据库 140 可以表 示单个数据库或计算设备的部分或者它可以表示多个数据库或计算设备。 例如， 数据库140 可以表示 （存储在其上） 计算系统 110 的一部分和 / 或图 2（下文） 中的示范性网络架构 200 的部分。可替代地， 数据库 140 可以表示 （存储在其上） 能够由计算设备访问的一个或多个 物理上分开的设备， 所述计算设备诸如计算系统 110 和 / 或网络架构 200 的部分。 0049 继续参考图1， 存储设备132和133可配置为从可移动存储单。
29、元读和/或写到可移 动存储单元， 所述可移动存储单元配置为存储计算机软件、 数据或其他计算机可读信息。 适 合的可移动存储单元的示例包括但不限于软盘、 磁带、 光盘、 闪速存储器设备等等。存储设 备 132 和 133 也可以包括其他类似结构或设备用于允许计算机软件、 数据或其他计算机可 读指令被加载到计算系统 110 中。例如， 存储设备 132 和 133 可配置为读和写软件、 数据或 其他计算机可读信息。存储设备 132 和 133 也可以是计算系统 110 的一部分或者可以是通 过其他接口系统被访问的分开的设备。 0050 许多其他设备或子系统可以连接到计算系统110。 相反， 图1示。
30、出的所有部件和设 备不需要存在以实践本文所描述的实施例。上文所提及的设备和子系统也可以以与图 1 示 出的方式不同的方式进行互连。计算系统 110 也可以采用任何数目的软件、 固件和 / 或硬 件配置。 例如， 本文所公开的示范性实施例可以编码为计算机可读介质上的计算机程序 （也 被称为计算机软件、 软件应用、 计算机可读指令或计算机控制逻辑） 。 0051 包含计算机程序的计算机可读介质可以加载到计算系统 110 中。存储在计算机可 读介质上的计算机程序的全部或一部分可以随后存储在系统存储器 116 和 / 或存储设备 132 和 133 的各部分中。当由处理器 114 所执行时， 加载到计。
31、算系统 110 中的计算机程序 可以使处理器 114 实施本文所描述和 / 或示出的示范性实施例的功能， 和 / 或是用于实施 本文所描述和 / 或示出的示范性实施例的功能的工具。附加地或可替代地， 本文所描述和 / 或示出的示范性实施例可以以固件和 / 或硬件的方式实现。 0052 例如， 用于基于目标图像确定预过滤的图像的计算机程序可以存储在计算机可读 介质上， 并且随后存储在系统存储器 116 和 / 或存储设备 132 和 133 的各部分中。当由处 理器 114 所执行时， 计算机程序可使处理器 114 实施实行上文所讨论的预过滤的图像的确 定所要求的功能， 和 / 或是用于实施实行。
32、上文所讨论的预过滤的图像的确定所要求的功能 的工具。 0053 近眼显示器 0054 本发明的实施例提供近眼显示器， 所述近眼显示器包括可操作为直接置于观看者 眼睛前面的半透明显示器的薄堆叠， 与预处理算法一起用于评估所描绘的影像， 而不需要 附加的昂贵或笨重的光学元件来支持舒服的适应。 0055 本发明的实施例虑及基于衰减的光场显示器， 其可以允许轻量的近眼显示器。应 该理解的是， 其他实施例不限于仅基于衰减的光场显示器， 而还有基于发光的光场显示器。 说 明 书 CN 103885182 A 7 6/16 页 8 使用近眼光场显示器， 可通过合成与位于观察者的适应范围内的虚拟显示器相应的光。
33、场来 达到舒服的观看。 0056 本发明的实施例提供包括一个或多个邻近观看者眼睛放置的近眼显示器， 在该处 目标影像由用于眼的所估计点扩展功能所反卷积， 而不是合成支持舒服的适应的光场。进 一步地， 本发明的实施例提供用于近眼显示器的附加方法， 包括将光场显示器和光学反卷 积组合， 以及延伸到全息显示器的方法。 0057 图 2A 示出了观察者的眼睛 204 以及相应的最小适应距离 218。眼睛 204 包括将所 观看物体注视到眼睛 204 的视网膜平面 212 的透镜 208。眼睛 204 可能能够以从眼睛 204 以及透镜 208 的各距离来注视物体。例如， 眼睛 204 可能能够注视位于。
34、比近平面 216 离眼 睛 204 更远的物体， 例如在超过近平面 216 的焦点平面 214 处。 0058 因此， 眼睛 204 可以具有定义眼睛 204 能够以其注视的物体的最小距离的最小适 应距离 218。换句话说， 眼睛 204 可能能够注视位于离眼睛 204 小于最小适应距离 218 或者 比近平面 216 更靠近眼睛 204 的距离处的物体。例如， 如果物体表面位于离眼睛 204 小于 最小适应距离 218 的距离处的近眼平面 222 处， 那么物体表面将脱离观察者的注视。比近 平面 216 离眼睛 204 更远的物体在适应范围之内， 并且比近平面 216 更接近于眼睛 204 。
35、的 物体在适应范围之外。比近平面 216 更接近眼睛 204 的物体在近眼范围中。 0059 图 2B 和 2C 描绘了观察者的不同观看距离处的感知到的图像 230 和 240。例如， 图 2B 示出了当它位于图 2A 的眼睛 204 的焦点平面 214 处时观察者将感知到的视力检查表 230。或者， 视力检查表 230 可以位于不同的焦点平面处， 只要视力检查表 230 在适应范围 内。如可以理解的， 视力检查表 230 是清晰对焦 （in focus） 、 锐利和 / 或可辨认的。 0060 可替代地， 图 2C 示出了当它比图 2A 的焦点平面 214 更接近眼睛 204 时观察者将 感。
36、知到的视力检查表240。 换句话说， 视力检查表230可以位于适应范围之外例如在近眼平 面 222 处。如可以理解的， 视力检查表 240 是失焦 (out of focus)、 模糊和 / 或不可辨认 的。 0061 近眼微透镜阵列显示器 0062 常规显示器诸如液晶显示器 （LCD） 和有机发光二极管 （OLED） 可以设计为在所有 方向上各向同性地 （一致地） 发出光。相反， 光场显示器支持单独光束的控制。例如， 光束的 辐射可以调制为跨显示器的位置以及光束离开显示器的方向的函数。 0063 图 3A 示出了根据本发明的实施例的、 起源于焦点平面 214 的光束 320。图 3A 包括 。
37、相同眼睛 204、 透镜 208、 视网膜平面 212、 焦点平面 214 以及图 2A 的适应距离 218。图 3A 还包括起源于位于焦点平面 214 处的物体表面的光束 320。光束 320 的起源点、 角、 强度和 颜色以及由观察者可观看的其他光束将焦点对准 （清晰） 物体的视图提供给观察者。 0064 图3B示出了根据本发明的实施例的、 近眼微透镜阵列显示器301的侧视图。 图3B 包括与图 3A 相同的元件， 增加了显示器 324 以及微透镜阵列 328。虽然图 3A 示出了显示器 324 和眼睛 204 之间的微透镜阵列 328， 但是实施例虑及微透镜阵列 328 和眼睛 204 。
38、之间的 显示器 324。 0065 显示器 324 可以是但不限于 LCD 或 OLED。微透镜阵列 328 可以是多个微透镜的 合集。微透镜阵列 328 或每个单独微透镜可由多个表面所形成以最小化光学像差。显示器 324可以提供图像， 在该处图像各向同性地发出光束。 然而， 当光束到达微透镜328时， 微透 说 明 书 CN 103885182 A 8 7/16 页 9 镜 328 可以允许某些光束折射向眼睛 204 或者通过眼睛 204， 同时折射其他光束远离眼睛 204。 0066 因此， 微透镜 328 可以允许来自显示器 324 的选择像素的光反射向或者通过眼睛 204， 而其他光束。
39、通过而不是折射远离眼睛 204。因此， 微透镜 328 可以允许光束 321 通过， 这模拟图 3A 的光束 320。例如， 光束 321 可以具有光束 320 的相同角、 强度和颜色。重要 的是， 光束 321 不具有与光束 320 相同的起源点， 因为它起源于显示器 324 并且非焦点平面 214， 而是来自眼睛 204 的角度， 光束 320 等同于光束 321。因此， 不考虑光束 321 的起源点， 当没有物体实际存在于焦点平面 214 处时， 光束 321 所表示的物体似乎位于焦点平面 214 处。 0067 应该理解的是， 微透镜或微透镜阵列 328 完全可以是电光可切换的， 使得。
40、微透镜 328阵列可配置为透明或不透明的 （例如表现为平玻璃板） 。 例如， 微透镜阵列328可以由液 晶或双折射镜片形成， 偏振器将一起形成。因此， 这类可切换微透镜可以是电子控制的， 交 替地来自可操作为将光场显示到类似于平玻璃板出现的不透明元件、 可操作为允许观看周 围环境的微透镜阵列。透明和不透明模式可以快速地在其之间交替、 空间多路复用或组合 的空间和时间调制。因此， 类似于参考图 6-10 所讨论的那些， 可以提供增强现实应用。进 一步地， 使用固定的微透镜阵列可以提供虚拟现实应用。 0068 重要的是， 显示器 324 位于眼睛 204 的适应范围之外。换句话说， 显示器 324。
41、 位于 小于最小适应访问 218 的处理处。然而， 因为微透镜阵列 328 创建光场 （如下文所讨论的） ， 所述光场模仿或模拟由可以注视的最小适应距离 218 之外的物体所发出的光束， 所以由显 示器 324 所示出的图像可以是清晰的。 0069 图4示出了根据本发明的实施例的、 是光场的一部分的光束408。 光场可以定义或 描述表面 404、 多个叠加的表面或一般 3D 场景的外表。对于一般虚拟 3D 场景而言， 可以撞 击微透镜阵列 328 的 （虚拟） 束的集合必须由近眼显示器设备来重新创建。因此， 表面 404 将与显示器的平面 324 相应， 并且每个束 408 将与相交显示器的平。
42、面 324 的束 320 相应， 这 导致创建从近眼光场显示器所发出的束 321。 0070 更特别地， 光场可以包括用于每个点的光束以及表面 404 上的光束辐射角的信 息， 其可以描述来自不同距离和角的表面 404 的外表。例如， 对于表面 404 上的每个点以及 对于光束的每个辐射角而言， 诸如光束的强度和颜色的信息可以定义描述的表面 404 的外 表的光场。用于每个点以及辐射角的这类信息构成光场。 0071 在图 4 中， 光束 408 可以辐射自可通过 “x” 和 “y” 坐标描述的表面 404 的起源点 412。进一步地， 光束 408 可以辐射到具有 x（水平） 、 y（垂直） 。
43、以及 z（进入页面内或离开 页面外的深度） 分量。这类角可以通过角 和 描述。因此， 每个 （x， y， ， ） 坐标可 以描述光束， 例如示出的光束 408。每个 （x， y， ， ） 坐标可以与一起形成光场的光束强 度和颜色相应。对于视频应用而言， 光场强度和颜色也可以随着时间 （t） 而变化。 0072 一旦光场因表面 404 而公知， 那么可以在没有实际表面 404 的情况下对观察者创 建或模拟表面 404 的外表。模拟表面 404 的光束的起源点可以与来自表面 404 而不是观察 者的角度的实际光束的实际起源点不同， 表面 404 可似乎好像观察者实际上观看到它而存 在。 0073 。
44、返回到图 3B， 结合微透镜 328 的显示器 324 可以产生可模仿或模拟焦点平面 214 说 明 书 CN 103885182 A 9 8/16 页 10 处的物体的光场。如上文所讨论的， 从眼睛 204 的角度， 光束 321 可以等同于图 3A 的光束 320。因此， 由显示器 324 模拟以位于观看平面 214 处的物体以及微透镜阵列 328 可能对于 眼睛 204 是清晰的， 因为模拟了用于真实物体的等同光场。进一步地， 因为模拟了用于真实 物体的等同光场， 所以所模拟物体将好像是三维的。 0074 在一些情况下， 光场显示器分辨率的限制可能使所产生光束到仅接近复制的束。 例如， 。
45、参考图 3A 和 3B， 光束 321 可能具有稍不同于光束 320 的颜色、 强度、 位置或角。考虑 到预过滤算法的质量、 近眼光场显示器的能力以及人类视觉系统感知差异的能力， 由近眼 显示器所发出的束321的集合可能接近或完全复制虚拟物体的外表， 诸如地点404。 在外表 接近的情况下， 束可能不需要准确地被复制用于适当或令人满意的图像识别。 0075 图 5 示出了根据本发明的实施例的、 图 3B 的显示器 324 和微透镜阵列 328 的放大 的侧视图。图 5 还包括图 3B 的观察者的眼睛 204。 0076 显示器 324 可以包括多个像素， 例如像素 512、 522、 524 。
46、以及 532。可以存在像素 组， 例如包括像素 512 的像素组 510、 包括像素 522 和 524 的像素组 520 以及包括像素 532 的像素组 530。每个像素组可以与微透镜 328 的微透镜相应。例如， 像素组 510、 520 以及 530 可以分别位于与微透镜 516、 526 以及 536 相邻的位置。 0077 如上文所讨论的， 像素可以在所有方向上各向同性地 （一致地） 发出光。然而， 微透 镜阵列 328 可以对齐由每个像素所发出的光以在一个方向或在窄范围的方向 （例如出射波 束可以以小角扩展或会聚 / 聚焦） 上实质上反各向同性地 （非一致地） 行进。实际上， 在一。
47、些 情况下可以是令人满意的。例如， 像素 532 可以在所有方向上发出光束， 但是在光束到达微 透镜 536 之后， 可能使所有光束在一个方向上行进。如所示， 由像素 532 所发出的光束在其 已经通过微透镜 536 之后可以平行地向眼睛 204 行进。因此， 显示器 324 和微透镜 328 可 操作为使用光束创建光场以模拟物体的外表。 0078 光束行进的方向可以取决于发光像素相对于微透镜的位置。 例如， 虽然由像素532 所发出的束可以向右上方方向行进， 但是由像素 522 所发出的束可以向右下方方向行进， 因为像素 522 比像素 532 相对于他们的相应微透镜定位更高。因此， 用于像。
48、素组中的每个 像素的光束可能不一定向眼睛行进。例如， 当眼睛 204 被如所示定位时， 由像素 524 所发出 的虚线的光束可不向眼睛 204 行进。 0079 应该理解的是， 显示器 324 可以包括像素行和像素列， 使得进入页面内或离开页 面外的像素可以生成可行进进入页面或离开页面的光束。因此， 这类光在通过微透镜之后 可被致使以在进入页面或离开页面的一个方向上行进。 0080 还应该理解的是， 显示器 324 可以显示仅当通过微透镜阵列 328 所观看时可辨认 或清晰的图像。例如， 如果由显示器 324 所产生的图像在没有微透镜阵列 328 的情况下被 观看， 那么它可能不等同于在微透镜。
49、328的帮助下由眼睛204所感知到的图像， 即使以比近 平面 216 更远的距离被观看。显示器 324 可以显示与所最终要投射的目标图像相应的预过 滤的图像， 其当在没有微透镜 328 的情况下被观看时是不可辨认的。当预过滤的图像利用 微透镜阵列 328 被观看时， 目标图像可被产生并且是可辨认的。计算机系统或图形处理系 统可以生成与目标图像相应的预过滤的图像。 0081 应该进一步注意的是， 分开的微透镜阵列和 / 或显示器可以置于观看者的每个眼 睛前面。因此， 可以达到双眼观看。因此， 双眼像差和会聚的深度知觉暗示可以完整地或接 说 明 书 CN 103885182 A 10 9/16 页 11 近地被模拟。每个光场也可以支持所要正确被模拟的适应 （聚焦） 的深度暗示。此外， 通过 使用近眼光场显示器对， 双眼视差、 会聚以及适应同时地以及完整地或接近地被模拟， 产生 延伸到显示器 324 之后的 3D 场景的 “舒服的” 感觉。 。