用于頭戴式光場顯示器的基于可移動(dòng)led陣列和微透鏡陣列的光場投影儀的制作方法
【專利摘要】頭戴式光場顯示系統(tǒng)(HMD)包括兩個(gè)光場投影儀(LFP)，一個(gè)眼睛一個(gè)，各自包括操作地耦合至微透鏡陣列(MLA)的固態(tài)LED發(fā)射器陣列(SLEA)。SLEA和MLA被放置成使得從SLEA的LED發(fā)出的光通過來自MLA的至多一個(gè)微透鏡到達(dá)眼睛。HMD的LFP包括耦合至微透鏡陣列以便緊密放置在眼睛之前而無需任何附加的中繼或耦合光學(xué)器件的可移動(dòng)固態(tài)LED發(fā)射器陣列，其中LED發(fā)射器陣列相對于微透鏡陣列物理移動(dòng)，以便機(jī)械復(fù)用LED發(fā)射器來經(jīng)由機(jī)械復(fù)用實(shí)現(xiàn)分辨率。
【專利說明】用于頭戴式光場顯示器的基于可移動(dòng)LED陣列和微透鏡陣列的光場投影儀
[0001]背景
[0002]三維(3D)顯示器可通過在光場中呈現(xiàn)所描繪物體的3D結(jié)構(gòu)的忠實(shí)印象而用于許多目的，包括視覺研究、遠(yuǎn)程設(shè)備的操作、醫(yī)學(xué)成像、外科訓(xùn)練、科學(xué)視覺化和虛擬原型，以及許多其它虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。3D顯示器通過模擬實(shí)體視像、運(yùn)動(dòng)視差和其它光學(xué)提示來增強(qiáng)觀看者對深度的感知。實(shí)體視像向用戶的每個(gè)眼睛提供不同的圖像，使得視網(wǎng)膜像差指示圖像內(nèi)所模擬的物體深度。相反，運(yùn)動(dòng)視差隨時(shí)間根據(jù)用戶改變的位置改變用戶所觀看的圖像，這再一次模擬了圖像內(nèi)物體的深度。然而，當(dāng)前的3D顯示器(諸如頭戴式顯示器(HMD))對固定焦距(focal distance)處的每個(gè)眼睛演示兩個(gè)稍微不同的二維(2D)圖像，而不考慮所示物體的所認(rèn)定的距離。如果所演示物體的距離不同于顯示器的焦距，則來自運(yùn)動(dòng)視差的距離提示也不同于焦點(diǎn)提示，導(dǎo)致眼睛或者聚焦在錯(cuò)誤的距離或者物體顯現(xiàn)為焦點(diǎn)未對準(zhǔn)。焦點(diǎn)提示和其它深度提示之間長時(shí)間的差異可引起用戶不適。實(shí)際上，畸變的主要原因在于典型的3D顯示器在二維(2D)表面上演示一個(gè)或多個(gè)圖像，而用戶在該二維表面上不得不聚焦在物理2D表面本身提供的深度提示上而非所描繪場景的圖像中所繪虛擬物體所提示的深度提示。
[0003]頭戴式顯示器(HMD)對于各種應(yīng)用是3D顯示器的有用且有前景的形式。盡管早期HMD使用小型CRT顯示器，但更現(xiàn)代的HMD使用各種顯示技術(shù)，諸如硅上液晶(LCOS)、MEMS掃描儀、OLED或DLP。然而，HMD設(shè)備仍舊龐大且昂貴，并且通常僅提供有限的視野(即，40度)。而且，如同其它3D顯示器，HMD通常不支持焦點(diǎn)提示并以幀順序的方式顯示圖像，其中在用戶頭部運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)視覺提示的顯示之間出現(xiàn)時(shí)滯(即延遲)。用戶頭部方向、光學(xué)焦點(diǎn)提示和立體圖像之間的差異可能會(huì)使用戶不適，且可導(dǎo)致暈動(dòng)和其它不合需要的副作用。此外，HMD通常難以被使用處方眼鏡的、具有視力缺陷的人使用。這些缺點(diǎn)又導(dǎo)致基于HMD的虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的接受度有限。
[0004]概述
[0005]產(chǎn)生立體圖像的頭戴式顯示系統(tǒng)在它們提供具有高分辨率的大視野并支持正確的光學(xué)焦點(diǎn)提示以使得用戶的眼睛能夠聚焦在所顯示的物體上如同這些物體位于距用戶認(rèn)定距離處一般時(shí)更為有效。光學(xué)焦點(diǎn)提示和立體圖像之間的差異可能會(huì)使用戶不適，且可導(dǎo)致暈動(dòng)或其它不合需要的副作用，因此正確的光學(xué)提示被用于創(chuàng)建更為真實(shí)的三維效果并最小化副作用。此外，頭戴式顯示系統(tǒng)糾正不完美的視覺并且考慮眼睛處方(包括對散光的糾正)。
[0006]描述了提供具有高分辨率特征的相對較大視野以及使用戶的眼睛能夠聚焦在所顯示的物體上如同這些物體位于距用戶的認(rèn)定距離處的正確光學(xué)焦點(diǎn)提示的HMD。若干這樣的實(shí)現(xiàn)具有輕量設(shè)計(jì)的特征，輕量設(shè)計(jì)在尺寸上緊湊、展現(xiàn)較高的光效率、使用低功率消耗并且具有低固有設(shè)備成本的特征。某些實(shí)現(xiàn)適于用戶的不完美視覺(例如，近視、散光坐^
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[0007]本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)還針對向用戶的每個(gè)眼睛呈現(xiàn)增強(qiáng)的立體光場的頭戴式光場顯示系統(tǒng)(HMD)。HMD包括兩個(gè)光場投影儀(LFP)，一個(gè)眼睛一個(gè)，它們各自包括操作地耦合至微透鏡陣列(MLA)并置于每個(gè)眼睛之前的固態(tài)LED發(fā)射器陣列(SLEA)。SLEA和MLA被放置成使得從SLEA的LED發(fā)出的光通過來自MLA的至多一個(gè)微透鏡到達(dá)眼睛。若干這樣的實(shí)現(xiàn)針對HMD LFP，它包括耦合至微透鏡陣列以便緊密放置在眼睛之前的可移動(dòng)固態(tài)LED發(fā)射器陣列，而不使用任何附加的中繼或耦合光學(xué)器件，其中LED發(fā)射器陣列相對于微透鏡陣列物理移動(dòng)，以便機(jī)械復(fù)用LED發(fā)射器來實(shí)現(xiàn)所需分辨率。
[0008]各種實(shí)現(xiàn)還針對“機(jī)械復(fù)用”小得多的數(shù)目(且更為實(shí)際)的LED(大約250000個(gè))以便按時(shí)序產(chǎn)生密集的177000000個(gè)LED陣列的效果。機(jī)械復(fù)用可通過移動(dòng)LED光發(fā)射器相對于微透鏡陣列的相對位置來實(shí)現(xiàn)，并通過有效地利用每一 LED來產(chǎn)生構(gòu)成所得到的顯示圖像的多個(gè)像素來增加顯示設(shè)備的有效分辨率而不增加LED的數(shù)目。六邊形采樣也可增加并最大化2D光學(xué)圖像設(shè)備的空間分辨率。
[0009]提供本概要從而以簡要形式引入將在下面具體實(shí)施例中進(jìn)一步描述的概念的選擇。本概要不旨在標(biāo)識所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用來限制所要求保護(hù)的主題的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，可以更好地理解以上概述以及以下對說明性實(shí)施例的詳細(xì)說明。出于說明各實(shí)施例的目的，在附圖中示出各實(shí)現(xiàn)的示例構(gòu)造；然而，各實(shí)現(xiàn)不局限于所公開的具體方法和手段。在附圖中:
[0011]圖1是頭戴式光場顯示系統(tǒng)(HMD)的光場投影儀(LFP)的實(shí)現(xiàn)的側(cè)視圖圖示；
[0012]圖2是圖1所示的頭戴式光場顯示系統(tǒng)(HMD)的LFP的實(shí)現(xiàn)的側(cè)視圖圖示，該LFP具有多個(gè)主要光束形成單個(gè)像素的特征；
[0013]圖3示出了光是如何被人眼處理用于有限深度提示的；
[0014]圖4示出了用于產(chǎn)生光源從有限距離散發(fā)的效果的圖1和2和LFP的示例性實(shí)現(xiàn)；
[0015]圖5示出了用于本文所公開的某些實(shí)現(xiàn)的示例性SLEA幾何形狀；
[0016]圖6是可被本文所述的各個(gè)實(shí)現(xiàn)使用的顯示處理器的實(shí)現(xiàn)的框圖；
[0017]圖7是表示本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)的頭戴式光場顯示設(shè)備(HMD)中圖6的顯示處理器對LFP的使用的操作流程圖；
[0018]圖8是圖6的顯示處理器對LFP的機(jī)械復(fù)用的操作流程圖；以及
[0019]圖9是可結(jié)合示例實(shí)現(xiàn)和方面使用的示例計(jì)算環(huán)境的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]對本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)，HMD包括兩個(gè)光場投影儀(LFP)，一個(gè)眼睛一個(gè)，這些LFP又包括固態(tài)LED發(fā)射器陣列(SLEA)和微透鏡陣列(MLA)，MLA包括具有統(tǒng)一直徑(例如，大約Imm)的多個(gè)微透鏡。SLEA包括多個(gè)固態(tài)發(fā)光二極管(LED)，它們被集成到具有用于驅(qū)動(dòng)LED的邏輯和電路的基于硅的芯片上。SLEA耦合至MLA，使得SLEA和MLA之間的距離等于構(gòu)成MLA的微透鏡的焦長(focal length)。這使得從SLEA (對應(yīng)于LED)的表面上的特定點(diǎn)發(fā)出的光線在其通過MLA 120時(shí)聚焦成“準(zhǔn)直”(即光線平行)光束。因此，來自一個(gè)特定點(diǎn)源的光將得到將進(jìn)入眼睛的一個(gè)準(zhǔn)直光束，準(zhǔn)直光束具有大約等于其所通過的微透鏡的直徑的直徑。
[0021]在固態(tài)LED陣列中，光發(fā)射孔徑可被設(shè)計(jì)成與像素間距相比相對較小，這與其它顯示陣列相比，允許對每個(gè)像素集成多得多的邏輯和支持電路。在具有增加的邏輯和支持電路的情況下，固態(tài)LED可被用于基于HMD用戶所測得的頭部姿態(tài)的快速圖像生成(包括，對于某些實(shí)現(xiàn)，快速無幀(frameless)圖像生成)，以便減少和最小化物理頭部運(yùn)動(dòng)和所生成的顯示圖像之間的延遲。最小化的延遲又減少了暈動(dòng)的發(fā)生以及當(dāng)HMD用在虛擬或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中時(shí)的其它負(fù)面的副作用。此外，與計(jì)算機(jī)生成的3D圖像固有的立體深度提示一致的焦點(diǎn)提示還可直接被添加到所生成的光場。應(yīng)注意到，固態(tài)LED可被快速驅(qū)動(dòng)，令它們與基于QLED和LCOS的HMD區(qū)分開。而且，盡管基于DPL的HMD可能非?？?，但它們相對昂貴，因此固態(tài)LED為這樣的實(shí)現(xiàn)提供了更經(jīng)濟(jì)的選擇。
[0022]為了實(shí)現(xiàn)大視野而不采用放大組件或中繼光學(xué)器件，顯示設(shè)備被置于靠近用戶的眼睛。例如，置于每個(gè)眼睛前15mm的20mm的顯示設(shè)備可提供大約66度的立體視野。
[0023]圖1是頭戴式光場顯示設(shè)備(HMD)的光場投影儀(LFP) 100的實(shí)現(xiàn)的側(cè)視圖圖示。LFP 100處于距用戶的眼睛130的所設(shè)定的目距104處。LFP 100包括固態(tài)LED發(fā)射器陣列(SLEA) 100和耦合的微透鏡陣列(MLA) 120，使得SLEA和MLA之間的距離(被稱為微透鏡間隔102)等于構(gòu)成MLA的微透鏡(它們又產(chǎn)生準(zhǔn)直光束)的焦長。SLEA110包括多個(gè)固態(tài)發(fā)光二極管(LED)，諸如LED 112，它們被集成到具有驅(qū)動(dòng)LED所需的邏輯和電路的基于硅的芯片(未示出)上。類似地，MLA 120包括多個(gè)微透鏡，諸如微透鏡122a、122b和122c，它們具有統(tǒng)一的直徑(例如，大約Imm)。應(yīng)注意，圖1所示的具體組件和特征沒有彼此按比例顯示。應(yīng)注意到，對本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成SLEA的LED的數(shù)目大于構(gòu)成MLA的透鏡的數(shù)目一個(gè)或多個(gè)數(shù)量級，盡管在任何給定時(shí)間僅特定的LED可發(fā)光。
[0024]SLEA的多個(gè)LED (例如，LED 112)表示可被獨(dú)立激活的最小的發(fā)光單元。例如，SLEA 110中的LED中的每一個(gè)可被獨(dú)立控制，并被設(shè)置成在特定時(shí)間以特定強(qiáng)度輸出光。盡管在圖1中示出了構(gòu)成SLEA 110的某一數(shù)目的LED，但這僅用于說明目的，且任何數(shù)目的LED可在當(dāng)前技術(shù)所承受的約束的范圍內(nèi)被SLEA 110支持(在本文進(jìn)一步討論)。此外，因?yàn)閳D1表示LFP 100的側(cè)視圖，SLEA 110中LED的附加列在圖1中不可見。
[0025]類似地，MLA 120包括多個(gè)微透鏡，包括微透鏡122a、122b和122c。盡管所示的MLA 120包括某個(gè)數(shù)目的微透鏡，這僅是用于說明目的的，且可在當(dāng)前技術(shù)所承受的約束的范圍內(nèi)在MLA 120中使用任何數(shù)目的微透鏡(在本文進(jìn)一步討論)。此外，如上所述，因?yàn)閳D1是LFP 100的側(cè)視圖，可能存在MLA 120中在圖1中不可見的微透鏡的附加列。此外，MLA 120的微透鏡可被打包或排列成三角形、六邊形或矩形陣列(包括正方形陣列)。
[0026]在操作中，SLEA 110中的每一 LED，諸如LED 112可從LED 112的發(fā)射點(diǎn)發(fā)光，并朝向MLA 120發(fā)散。當(dāng)這些光發(fā)射通過某些微透鏡，諸如微透鏡122b時(shí)，對于該微透鏡122b，使光發(fā)射準(zhǔn)直并朝向眼睛130，具體地朝向由虹膜136的內(nèi)緣定義的眼睛的孔徑。因此，光發(fā)射106中被微透鏡122b校準(zhǔn)的部分在角膜134處進(jìn)入眼睛130，并在眼睛130的后部在視網(wǎng)膜132上收斂成單個(gè)點(diǎn)或像素140。另一方面，當(dāng)來自LED 112的光發(fā)射通過某些其它微透鏡，諸如微透鏡122a和122c時(shí)，使用于這些微透鏡122a和122c的光發(fā)射準(zhǔn)直并定向?yàn)檫h(yuǎn)離眼睛130，具體而言遠(yuǎn)離虹膜136的內(nèi)緣所定義的眼睛的孔徑。因此，光發(fā)射108被微透鏡122a和122c校準(zhǔn)的部分不進(jìn)入眼睛130，因此不被眼睛130感知。還應(yīng)注意至IJ，進(jìn)入眼睛的準(zhǔn)直光束106的焦點(diǎn)被感知為從無限距離發(fā)出。而且，從MLA 120進(jìn)入眼睛的光束，諸如光束106是“主要光束”，而不從MLA 120進(jìn)入眼睛的光束是“次要光束”。
[0027]由于LED在所有方向上發(fā)光，來自每一 LED的光可照射MLA中的多個(gè)微透鏡。然而，對于每一個(gè)別LED，僅通過這些微透鏡之一的光被定向到眼睛(通過眼睛瞳孔的入口孔徑)，而通過其它微透鏡的光被定向?yàn)檫h(yuǎn)離眼睛(在眼睛瞳孔的入口孔徑之外)。被定向到眼睛的光在本文中被稱為主要光束，而被定向?yàn)檫h(yuǎn)離眼睛的光在本文中被稱為次要光束。構(gòu)成微透鏡陣列的多個(gè)微透鏡的間距和焦長被用于實(shí)現(xiàn)這一效果。例如，如果眼睛和MLA之間的距離(目距104)被設(shè)置為15mm，MLA將需要大約直徑Imm并具有焦長2.5mm的透鏡。否則，次要光束可能會(huì)被定向到眼睛中，并產(chǎn)生移位但模擬預(yù)期圖像的“重影”。
[0028]圖2是圖1中所示的頭戴式光場顯示系統(tǒng)(HMD)的LFP的實(shí)現(xiàn)的側(cè)視圖圖示，該LFP具有多個(gè)主要光束106a、106b和106c形成單個(gè)像素140的特征。如圖2中所示，光束106a、106b和106c從SLEA 110的表面分別對應(yīng)于構(gòu)成SLEA 110的三個(gè)個(gè)別LED 114,116和118的點(diǎn)處發(fā)出。如圖所示，構(gòu)成SLEA 110的LED (包括三個(gè)LED 114、116和118)的發(fā)射點(diǎn)彼此分開等于每一微透鏡的直徑的距離，即透鏡到透鏡的距離(“微透鏡陣列間距”或簡稱為“間距”)。
[0029]由于SLEA 110中的LED具有與構(gòu)成MLA 120的多個(gè)微透鏡相同的間距(即間隔)，通過MLA 120的主要光束彼此平行。因此，當(dāng)眼睛朝向無限遠(yuǎn)聚焦時(shí)，來自三個(gè)發(fā)射器的光(經(jīng)由眼睛的晶狀體)收斂到虹膜上的單個(gè)點(diǎn)上，并因此被用戶感知為位于無限距離處的單個(gè)像素。由于眼睛的瞳孔直徑根據(jù)光照條件變化但大致在3mm到9mm的范圍中，來自多個(gè)(例如，范圍從7到81個(gè))個(gè)別LED的光可被組合以產(chǎn)生一個(gè)像素140。
[0030]如圖1和2所示，MLA 120可被置于SLEA 110之前，但SLEA 110和MLA 120之間的距離被稱為微透鏡間隔102。微透鏡間隔102可被選擇，使得從構(gòu)成SLEA 110的每一 LED發(fā)出的光通過MLA 120的每一微透鏡。MLA 120的微透鏡可被安排成從SLEA 110的每一個(gè)別LED發(fā)出的光通過MLA 120的僅一個(gè)微透鏡可被眼睛130觀看。盡管來自SLEA 110中各個(gè)LED的光可通過MLA 120中微透鏡的每一個(gè)，但是來自特定LED (諸如LED 112或116)的光可僅通過至多一個(gè)微透鏡(分別是122b和126)對眼睛130可見。
[0031]例如，如圖2中所示，從第一 LED 116發(fā)出的光束106b可通過微透鏡126被目距112處的眼睛130觀看。類似地，來自第二 LED 114的光106a可通過微透鏡124在目距112處的眼睛130處觀看，而來自第三LED 118的光106c可通過微透鏡128在目距112處的眼睛130處觀看。盡管來自LED 114、116和118的光通過MLA 120中的其它微透鏡(未示出)，但僅僅通過微透鏡114、116和118的、來自LED 114、116和118的光106a、106b和106c對眼睛130可見。而且，由于各個(gè)LED —般是單色的但確實(shí)存在于三原色的每一個(gè)中，這些LED 114、116和118中的每一個(gè)可對應(yīng)于三個(gè)不同顏色，例如分別對應(yīng)于紅、綠和藍(lán)，且這些顏色可按照不同的強(qiáng)度發(fā)出以便在像素140處混合在一起來創(chuàng)造所需的任何得到的顏色?；蛘撸渌鼘?shí)現(xiàn)可使用多個(gè)LED陣列，這些LED陣列具有可例如被放置在四個(gè)SLA(2x2)元素下的特定的紅、綠和藍(lán)陣列。在此配置中，輸入可在眼睛處被組合以提供例如Imm級對比在LED陣列中產(chǎn)生的的1ym級的顏色。因此，這種方法可為這樣的實(shí)現(xiàn)節(jié)省子像素計(jì)數(shù)并減少顏色轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性。
[0032]當(dāng)然，對某些實(shí)現(xiàn)，SLEA可不必包括RGB LED，例如因?yàn)榧t色LED需要不同的制造工藝；因此某些實(shí)現(xiàn)可包括僅包括藍(lán)色LED，其中綠和紅光由藍(lán)光經(jīng)由例如使用諸如量子點(diǎn)的熒光材料層的轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生。
[0033]然而，應(yīng)注意，在圖1和2中所示的實(shí)現(xiàn)不支持其中投影圖像被疊加在真實(shí)世界的視圖上的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。相反，在這些附圖中描述的實(shí)現(xiàn)僅提供所生成的顯示圖像。然而，在圖1和2中所示的HMD的替換實(shí)現(xiàn)可被實(shí)現(xiàn)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。例如，對某些增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，SLEA 110產(chǎn)生的圖像可被投影到半透明鏡上，該半透明鏡具有類似于MLA 120的性質(zhì)但是具有使得用戶能夠通過該鏡觀看真實(shí)世界的附加特征。同樣地，用于實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的其它實(shí)現(xiàn)可使用與HMD集成的攝像機(jī)來組合合成圖像投影與真實(shí)世界視頻顯示。這些和其它這樣的變型是本文所述實(shí)現(xiàn)的若干替換實(shí)現(xiàn)。
[0034]在圖1和2所述的實(shí)現(xiàn)中，準(zhǔn)直主要光束(例如106a、106b和106c) —起在用戶的眼睛130的視網(wǎng)膜上繪制像素，該像素被用戶感知為從無限距離散發(fā)。然而，有限深度提示被用于提供更一致且更全面的3D圖像。圖3示出了光如何被人類眼睛130處理用于有限深度提示，而圖4示出了用于產(chǎn)生從有限距離散發(fā)的光源的效果的圖1和2的LFP 100的示例性實(shí)現(xiàn)。
[0035]如圖3中所示，從距眼睛的特定距離150處的物體142的尖(或“點(diǎn)”)144發(fā)出的光106’將在它進(jìn)入眼睛130的瞳孔時(shí)具有某一發(fā)散度。當(dāng)眼睛130對距眼睛130距離150的物體142正確聚焦時(shí)，來自物體142的該點(diǎn)144的光然后將收斂到視網(wǎng)膜132上的單個(gè)圖像點(diǎn)140 (即對應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)視錐細(xì)胞中的光受體的像素)。這種“正確聚焦”向用戶提供用于判斷至物體142的距離150的深度提示。
[0036]為了近似這一效果，且如圖4中所示，LFP 100產(chǎn)生在眼睛130的瞳孔處具有類似發(fā)散度的光的波前。這是通過選擇LED發(fā)射點(diǎn)114’、116’和118’使得這些點(diǎn)之間的距離小于MLA間距(與圖1和2中用于無限距離處的像素而等于MLA間距相反)而達(dá)成的。當(dāng)這些LED發(fā)射點(diǎn)114’、116’和118’之間的距離小于MLA間距時(shí)，得到的主要光束106a’、106’和106c’仍各自準(zhǔn)直但不再彼此平行；相反它們發(fā)散(如圖所示)以在視網(wǎng)膜132上的一個(gè)點(diǎn)(或像素)140中交集，給出眼睛130的聚焦?fàn)顟B(tài)用于相應(yīng)的有限距離的深度提示。每一個(gè)別光束114’、116’和118’仍舊準(zhǔn)直，因?yàn)轱@示芯片到MLA的距離未改變。最終結(jié)果是顯現(xiàn)為源自特定距離150處而非無限遠(yuǎn)的物體的聚焦圖像。然而，應(yīng)注意，盡管來自三個(gè)個(gè)別MLA透鏡124、126和128 (即，每一個(gè)別光束的中心)的光106a，、106b，和106c，在視網(wǎng)膜上的單個(gè)點(diǎn)140處相交，來自三個(gè)個(gè)別MLA透鏡中的每一個(gè)的光不分別收斂在視網(wǎng)膜上的焦點(diǎn)，因?yàn)镾LEA到MLA的距離未改變。相反，每一個(gè)別光束的焦點(diǎn)140’位于視網(wǎng)膜之外。
[0037]HMD生成聚焦提示的能力依賴于來自若干主要光束的光在眼睛中組合以形成一個(gè)像素的事實(shí)。因此，每一個(gè)別光束例如僅貢獻(xiàn)大約1/10到1/40的像素強(qiáng)度。如果眼睛在不同的距離處聚焦，來自這些若干主要光束的光將散開并顯現(xiàn)為模糊的。因此，這些實(shí)現(xiàn)的聚焦深度提示的實(shí)際范圍使用采用全瞳孔的人眼的景深(DOF)與HMD的DOF(但是入口孔徑減少至一個(gè)光束的直徑)之間的差。為了說明這一點(diǎn)，考慮以下示例:
[0038]首先，在眼睛瞳孔直徑4_且顯示角分辨率2弧分的情況下，如果眼睛聚焦在22英尺距離處的物體上，則幾何形狀DOF從11英尺延伸至無限遠(yuǎn)。對DOF存在基于衍射的組件，但在這些條件下，幾何組件將主導(dǎo)。相對地，Imm光束將增加DOF成范圍從2.7英尺到無限遠(yuǎn)。換言之，如果這一顯示設(shè)備的操作范圍被設(shè)置成在DOF范圍上限包括無限遠(yuǎn)，則所公開的顯示器的操作范圍將在用戶面前大約33英寸處開始。呈現(xiàn)為顯現(xiàn)為比該距離近的所顯示的物體將開始顯現(xiàn)為模糊，即使用戶正確地聚焦在它們上。
[0039]其次，HMD的工作范圍可被移動(dòng)以便以限制操作上限為代價(jià)包括縮短的操作范圍。這可通過稍微減少SLEA和MLA之間的距離來進(jìn)行。例如，調(diào)整MLA焦點(diǎn)用于3英尺意味著工作距離將在23英寸到6.4英尺的范圍上在HMD中產(chǎn)生正確的聚焦提示。從而有可能通過包括可調(diào)整SLEA和MLA之間的距離的機(jī)制來調(diào)整HMD的操作范圍，使得可針對HMD的使用優(yōu)化操作范圍。例如，玩游戲可呈現(xiàn)長距離處的物體(建筑物、風(fēng)景)，而用于修理PC或?qū)颊邉?dòng)手術(shù)的教材通常顯示附近的物體。
[0040]用于某些實(shí)現(xiàn)的HMD還可適于用戶的眼睛130的不完美。由于眼睛的外表面(角膜134)貢獻(xiàn)了眼睛的光學(xué)系統(tǒng)的成像折射的大部分，用分段球形補(bǔ)片(對波前顯示器的每一個(gè)光束一個(gè))近似這一表面可糾正諸如近視和散光的不完美。實(shí)際上，糾正可被轉(zhuǎn)換成合適的表面，該表面于是為每一光束產(chǎn)生角度糾正以近似理想的光學(xué)系統(tǒng)。
[0041]對某些實(shí)現(xiàn)，光傳感器(光電二極管)可被嵌入到SLEA 110中以傳感來自反射回朝向SLEA的光(類似于“紅眼現(xiàn)象”)的每一光束在視網(wǎng)膜上的位置。向SLEA添加光電二極管根據(jù)IC集成能力而言是容易達(dá)成的，因?yàn)橄袼氐较袼氐木嚯x較大并為光電二極管支持電路提供足夠的空間。采用這一嵌入式光傳感器陣列，有可能測量眼睛的實(shí)際光學(xué)性質(zhì)并糾正透鏡像差而無需來自之前眼科檢查的處方。這種機(jī)制在某些光由HMD發(fā)出時(shí)起作用。取決于光電二極管有多敏感，替換實(shí)現(xiàn)可依賴于用于昏暗場景的某種最小背景照明、當(dāng)光線不足時(shí)暫停調(diào)整、在使用開始時(shí)使用專用調(diào)整模式和/或使用IR照明系統(tǒng)。
[0042]精確地監(jiān)視眼睛實(shí)時(shí)地測量眼間距和眼睛的實(shí)際方向，產(chǎn)生用于改善計(jì)算機(jī)生成的3D場景的精度和逼真度的信息。實(shí)際上，透視和立體圖像對生成使用對觀察者眼睛位置的估計(jì)，且知道每一眼睛的實(shí)際方向可向軟件提供關(guān)于正在觀察場景的哪一部分的提示。
[0043]然而，關(guān)于本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)注意，MLA間距與顯示設(shè)備得到的分辨率無關(guān)，因?yàn)镸LA本身不位于像平面中。相反，這一顯示設(shè)備的分辨率由可多精確地控制光束方向以及可使這些光束多緊密地準(zhǔn)直來指示。
[0044]較小的LED產(chǎn)生較高的分辨率。例如，2.5mm的MLA焦長和直徑1.5微米的LED發(fā)射孔徑將產(chǎn)生2.06弧分即大約人眼的角分辨率兩倍的幾何光束發(fā)散度。這將產(chǎn)生等同于在大約20英寸的觀看距離處的85DPI (每英寸點(diǎn)數(shù))顯示器的分辨率。在66度的視野上，這等同于1920像素的寬度。換言之，在兩維上，這一配置將導(dǎo)致幾乎4百萬像素并超過當(dāng)前高清電視(HDTV)標(biāo)準(zhǔn)的顯示器。然而，基于這些參數(shù)，SLEA將需要具有大約20mm乘以20mm的有效面積，被1.5微米大小的光發(fā)射器完全覆蓋——即，總共大約177000000個(gè)LED。然而，這樣的配置由于若干原因是不切實(shí)際的，包括在LED之間沒有用于所需布線或驅(qū)動(dòng)電子器件的空間的事實(shí)。
[0045]為克服這一點(diǎn)，本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)針對“機(jī)械復(fù)用”大致250，000個(gè)LED按時(shí)序產(chǎn)生密集的177000000個(gè)LED陣列的效果。這種方法利用固態(tài)LED所具有的高效率和快速切換速度的特征兩者。一般而言，LED效率青睞具有導(dǎo)致高輻射的高電流密度的小設(shè)備，這又允許構(gòu)造其中大多數(shù)光是從一小孔徑產(chǎn)生的LED發(fā)射器。這種類型的紅和綠色LED已經(jīng)為光纖應(yīng)用生產(chǎn)了超過十年，且高效率藍(lán)色LED現(xiàn)在可用類似小的孔徑生產(chǎn)。小設(shè)備大小由于低設(shè)備容量還有利于快速切換時(shí)間，使得LED能夠在數(shù)納秒內(nèi)開關(guān)，而小型、專門優(yōu)化的LED可實(shí)現(xiàn)亞納秒的切換時(shí)間?？焖偾袚Q時(shí)間允許一個(gè)LED按時(shí)序?yàn)槎鄠€(gè)發(fā)射器位置產(chǎn)生光。盡管LED發(fā)射孔徑對于所提議的顯示設(shè)備而言是小的，但是發(fā)射器間距沒有這樣的約束。因此，LED顯示芯片是在LED之間具有足夠空間來容納驅(qū)動(dòng)電路的小發(fā)射器的陣列。
[0046]換言之，為了實(shí)現(xiàn)分辨率，顯示芯片的LED被復(fù)用以將芯片上的實(shí)際LED的數(shù)目減少到特定數(shù)目。同時(shí)，復(fù)用釋放了芯片表面積，這些面積用于驅(qū)動(dòng)電路以及可能如前所述用于傳感功能的光電二極管。青睞稀疏發(fā)射器陣列的另一個(gè)原因在于容納三組不同的、交錯(cuò)的發(fā)射器LED (每一個(gè)顏色一個(gè)，顏色是紅色、綠色和藍(lán)色)的能力，這可使用不同的技術(shù)或附加的設(shè)備來將所發(fā)出的波長轉(zhuǎn)換成特定的顏色。
[0047]對于某些實(shí)現(xiàn)，每一LED發(fā)射器可被用于顯示多達(dá)721個(gè)像素(721:1復(fù)用比率)，使得代替實(shí)現(xiàn)177000000個(gè)LED，SLEA使用大致250，000個(gè)LED。盡管因數(shù)721是通過以因數(shù)15增大六邊形像素到像素距離來得到的(即，15x間距比率，即兩個(gè)六邊形陣列中點(diǎn)數(shù)目組件的比率是3*n*(n+l)+l，其中η是較粗略陣列的點(diǎn)之間省略的點(diǎn)的數(shù)目)。其它復(fù)用比率取決于可用技術(shù)約束是可能的。然而，像素的六邊形排列看上去為給定數(shù)目的像素提供最高可能的分辨率而同時(shí)減輕混疊偽像。因此，本文公開的實(shí)現(xiàn)基于六邊形網(wǎng)格，盡管也可使用二次或矩形網(wǎng)格，但本文不旨在將所公開的實(shí)現(xiàn)限于僅六邊形網(wǎng)格。而且，應(yīng)注意，MLA結(jié)構(gòu)和SLEA結(jié)構(gòu)不必使用相同的圖案。例如，六邊形MLA可使用具有正方形陣列的顯示芯片，反之亦然。然而，六邊形看上去是圓形的較佳近似，且為MLA提供改善的性能。
[0048]圖5示出了用于本文所公開的某些實(shí)現(xiàn)的示例性SLEA幾何形狀。在附圖中，疊加在X軸302和Y軸304上的具有網(wǎng)格特征的增量上的是5微米，SLEA幾何形狀以8χ間距比率為特征(與上述15χ間距比率作對比)，這對應(yīng)于LED “軌道”330的兩個(gè)中心之間的距離，該距離被測量為目標(biāo)像素310的數(shù)目(即，LED軌道330的每一中心間隔分開八個(gè)目標(biāo)像素310)。在附圖中，由加號(“ + ”)表示的目標(biāo)像素310指示所需LED發(fā)射器在表示上述177000000個(gè)LED配置的排列的顯示芯片表面上的位置。在這一示例性實(shí)現(xiàn)中，每一目標(biāo)像素之間的距離是1.5微米(如上所述，與提供HDTV保真度一致)。星號(類似于“*”)是每一 LED “軌道”330 (以下討論)的中心，且因此表示實(shí)際物理LED的存在，且所示的七個(gè)LED被用于模擬每一目標(biāo)像素310的所需LED。盡管每一 LED可從具有1.5微米直徑的孔徑發(fā)出光，這些LED在附圖中間隔分開12微米(對上述15x間距比率，分開22.5微米)。假定當(dāng)代的集成電路(IC)幾何形狀使用22nm到45nm的晶體管，這在LED之間提供了用于電路和其它布線的充足間隔。
[0049]在由圖5的配置表示的這樣實(shí)現(xiàn)中，SLEA和MLA相對于彼此機(jī)械移動(dòng)以便為每一實(shí)際LED實(shí)現(xiàn)“軌道”。在某些特定實(shí)現(xiàn)中，這是通過移動(dòng)SLEA、移動(dòng)MLA或同時(shí)移動(dòng)兩者來進(jìn)行的。無論實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)的位移是小的——在大約30微米的數(shù)量級上——這小于人類頭發(fā)的直徑。而且，一個(gè)掃描周期的可用時(shí)間大約與常規(guī)顯示器的一個(gè)幀時(shí)間相同，即每秒一百個(gè)幀的顯示器將需要每秒一百個(gè)掃描周期。這是容易達(dá)成的，因?yàn)橐苿?dòng)具有克的分?jǐn)?shù)的重量的物體小于人類頭發(fā)的直徑的距離每秒一百次不需要許多能量，且可或者使用例如壓電或者使用電磁致動(dòng)器來容易地完成。對某些實(shí)現(xiàn)，可在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中使用電容或光學(xué)傳感器以使該運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定化。而且，由于運(yùn)動(dòng)是嚴(yán)格周期性的且獨(dú)立于所顯示的圖像內(nèi)容，致動(dòng)器可使用諧振系統(tǒng)，諧振系統(tǒng)節(jié)省功率并避免振動(dòng)和噪聲。此外，盡管可能存在本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)所預(yù)期的用于移動(dòng)陣列的各種機(jī)械和機(jī)電方法，采用在SLEA和MLA之間采用液晶矩陣(LCM)來提供運(yùn)動(dòng)的替換實(shí)現(xiàn)也被預(yù)期并據(jù)此公開。
[0050]圖5還示出了使用標(biāo)記為LED “軌道”路徑322的圓圈所表示的圓形掃描軌跡的復(fù)用操作。對這樣的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際的LED在其軌道期間當(dāng)它們最靠近LED被期望呈現(xiàn)的目標(biāo)像素310的所需位置(由附圖中最佳適合像素320 “X”符號示出)時(shí)被照射。盡管這一近似在這一特定配置中不是特別良好的(由許多“X”符號離“ + ”目標(biāo)像素310位置稍遠(yuǎn)的事實(shí)明證)；然而，該近似隨掃描軌跡的直徑的增加而改善。
[0051]當(dāng)根據(jù)機(jī)械位移的幅度計(jì)算15x間距配置的均值和最大位置誤差時(shí)，顯然圓形掃描路徑不是最佳的。相反，Lissajous曲線(它在X和y方向上的正弦偏轉(zhuǎn)以不同頻率發(fā)生的情況下生成)看上去提供極大減少的誤差，且因此正弦偏轉(zhuǎn)通常被選擇，因?yàn)樗匀坏貜闹C振系統(tǒng)中出現(xiàn)。例如，SLEA可被安裝在彈性彎曲臺(tái)(例如，音叉)上，該彈性彎曲臺(tái)在X方向上移動(dòng)而MLA附連于在垂直的Y方向上移動(dòng)的類似的彈性彎曲臺(tái)。假定3:5頻率t匕，這在每秒一百幀的上下文中將意味著，這些臺(tái)以300Hz和500Hz (或其任何倍數(shù))操作。實(shí)際上，這些頻率對僅使用少量亞微米的偏轉(zhuǎn)的系統(tǒng)是實(shí)際的，因?yàn)?:5LiSSajouS軌跡當(dāng)以34毫米的偏轉(zhuǎn)操作時(shí)，將具有0.97微米的最差情況的位置誤差以及僅0.35毫米的均值位置誤差。
[0052]替換實(shí)現(xiàn)可關(guān)于掃描移動(dòng)可如何實(shí)現(xiàn)來使用變型。例如，對某些實(shí)現(xiàn)，一方法將是在顯示芯片的前面旋轉(zhuǎn)MLA。這樣的方法具有角分辨率沿從旋轉(zhuǎn)中心向外延伸的半徑增加的性質(zhì)，這是有用的，因?yàn)橥獠康墓馐芤嬗谳^高的分辨率。
[0053]還應(yīng)注意，固態(tài)LED是當(dāng)今最高效的光源之一，尤其對于其中冷卻因總光輸出不大而不是問題的小型高電流密度的設(shè)備。具有等同于本文所述的各個(gè)SLEA實(shí)現(xiàn)的發(fā)射面積的LED如果采用全功率(即使沒有聚焦光學(xué)器件)可容易地在僅瞳孔前15_的距離照瞎眼睛，且因此僅使用低功率光發(fā)射。而且，由于MLA將LED發(fā)出的光的大部分直接聚焦到瞳孔中，LED使用甚至比正常更少的電流。此外，LED開啟非常短的脈沖以實(shí)現(xiàn)用戶將感知為明亮的顯示器。降低總體顯示器亮度防止瞳孔收縮，否則瞳孔收縮會(huì)增加眼睛的景深從而降低光學(xué)深度提示的有效性。相反，本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)使用相對低光強(qiáng)度的范圍以增加顯示器“動(dòng)態(tài)范圍”，以便在同一場景中顯示非常明亮和非?；璋档奈矬w兩者。
[0054]HMD的接受度受到它們引起暈動(dòng)的傾向的限制，這是通常被歸因于視覺提示時(shí)常被人腦與來自本體感受和前庭系統(tǒng)的信號集成以確定身體位置并保持平衡的事實(shí)的問題。因此，當(dāng)視覺提示背離內(nèi)耳和身體移動(dòng)的感覺時(shí)，用戶變得不適。已經(jīng)在本領(lǐng)域認(rèn)識到該問題超過20年，但沒有關(guān)于可容忍多大滯后的共識。實(shí)驗(yàn)表明60毫秒的延遲過高，且下界尚未被建立，因?yàn)榇蠖鄶?shù)當(dāng)前可用的HMD由于使用可用顯示技術(shù)的圖像生成流水線所需的時(shí)間而仍具有高于60毫秒的延遲。
[0055]然而，本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)由于極大增強(qiáng)的LED顯示器的速度和較快的刷新率克服了這一缺點(diǎn)。這使得HMD中的姿態(tài)傳感器能夠在小于I毫秒內(nèi)確定用戶的頭部位置，且這一姿態(tài)數(shù)據(jù)然后可用于相應(yīng)地更新圖像生成算法。此外，所提議的顯示器可通過掃描LED顯示器使得在視野上同時(shí)進(jìn)行改變而沒有任何存留來被更新，這是一種不同于其它顯示技術(shù)的方法。例如，盡管像素在LCOS顯示器中持續(xù)發(fā)光，其強(qiáng)度以掃描線的方式被周期性調(diào)整，這引起快速移動(dòng)場景的撕裂偽像。相反，本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)具有顯示器的快速(且對于某些實(shí)現(xiàn)而言是無幀的隨機(jī)更新的特征。(如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知并理解地，無幀呈現(xiàn)減少了運(yùn)動(dòng)偽像，這結(jié)合低延遲位置更新可緩解虛擬現(xiàn)實(shí)病的出現(xiàn))。
[0056]圖6是可被本文所述的各個(gè)實(shí)現(xiàn)使用的顯示處理器165的實(shí)現(xiàn)的框圖。顯示處理器165可跟蹤LFP 100中運(yùn)動(dòng)中的LED孔徑的位置、每一微透鏡在MLA120中的位置、調(diào)整構(gòu)成SLEA的LED的輸出以及處理數(shù)據(jù)以便呈現(xiàn)所需光場。光場可以例如是3D圖像或場景，且該圖像或場景可以是諸如3D電影或電視廣播的3D視頻的一部分。各種源可向顯示處理器165提供光場。
[0057]顯示處理器165可跟蹤和/或確定LED孔徑在LFP 100中的位置。在一些實(shí)現(xiàn)中，顯示處理器165還可使用與眼睛跟蹤相關(guān)聯(lián)的位置和/或跟蹤設(shè)備來跟蹤由眼睛130的虹膜136形成的孔徑的位置?？墒褂糜糜诖_定位置的本領(lǐng)域中已知的任何系統(tǒng)、方法或技術(shù)。
[0058]顯示處理器165可使用諸如以下參考圖9描述的計(jì)算設(shè)備500的計(jì)算設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。顯示處理器165可包括各種組件，包括眼睛跟蹤器240。顯示處理器165還可包括如前所述的LED跟蹤器230。顯示處理器165還可包括光場數(shù)據(jù)220，該數(shù)據(jù)可包括3D圖像或場景的幾何描述供LFP 100向用戶的眼睛顯示。在一些實(shí)現(xiàn)中，光場數(shù)據(jù)220可以是所存儲(chǔ)或記錄的3D圖像或視頻。在其它實(shí)現(xiàn)中，光場數(shù)據(jù)220可以是計(jì)算機(jī)、視頻游戲系統(tǒng)或機(jī)頂盒等的輸出。例如，可從輸出描述3D場景的數(shù)據(jù)的視頻游戲系統(tǒng)接收光場數(shù)據(jù)220。在另一示例中，光場數(shù)據(jù)220可以是處理3D電影或3D電視廣播的3D視頻播放器的輸出。
[0059]顯示處理器165可包括像素呈現(xiàn)器210。像素呈現(xiàn)器210可控制LED的輸出，使得向LFP 100的觀看者顯示由光場數(shù)據(jù)210描述的光場。像素呈現(xiàn)器210可使用LED跟蹤器230的輸出(S卩，通過MLA 120中每一個(gè)別微透鏡在觀看孔徑140a和140b處可見的像素)和光場數(shù)據(jù)220來確定LED的輸出，該輸出將導(dǎo)致向LFP 100的觀看者正確地呈現(xiàn)光場數(shù)據(jù)220。例如，像素呈現(xiàn)器210可為每一 LED確定適當(dāng)?shù)奈恢煤蛷?qiáng)度以便呈現(xiàn)與光場數(shù)據(jù)220對應(yīng)的光場。
[0060]例如，對于不透明場景物體，像素的顏色和強(qiáng)度可由像素呈現(xiàn)器210通過按最靠近目標(biāo)像素的交點(diǎn)處的場景幾何的顏色和強(qiáng)度來確定而被確定?？墒褂酶鞣N已知的技術(shù)來進(jìn)行對這一顏色和強(qiáng)度的計(jì)算。
[0061]在一些實(shí)現(xiàn)中，像素呈現(xiàn)器210可激勵(lì)光場的像素呈現(xiàn)中的聚焦提示。例如，像素呈現(xiàn)器210可呈現(xiàn)光場數(shù)據(jù)以包括諸如基于光場幾何(例如，各個(gè)物體在光場中的距離)的適于光場的視網(wǎng)膜模糊的容納和梯度以及顯示距離112的聚焦提示?？墒褂糜糜诩ぐl(fā)聚焦提示的本領(lǐng)域中已知的任何系統(tǒng)、方法或技術(shù)。
[0062]圖7是表示本文公開的各個(gè)實(shí)現(xiàn)的頭戴式光場顯示設(shè)備(HMD)中圖6的顯示處理器165對LFP的使用的操作流程圖700。在701，顯示處理器165標(biāo)識供在人眼的視網(wǎng)膜上呈現(xiàn)的目標(biāo)像素。在703，顯示處理器從多個(gè)LED中確定至少一個(gè)LED用于顯示該像素。在705，顯示處理器將該至少一個(gè)LED移動(dòng)至相對于MLA并對應(yīng)于該目標(biāo)像素的最佳適合像素320位置，且在707，該顯示處理器使得該LED發(fā)出特定強(qiáng)度的主要光束達(dá)特定持續(xù)時(shí)間。
[0063]圖8是圖6的顯示處理器165對LFP的機(jī)械復(fù)用的操作流程圖800。在801，顯示處理器165為每一目標(biāo)像素標(biāo)識最佳適合像素。在803，該處理器使LED繞軌道而行，且在805，當(dāng)LED位于要被呈現(xiàn)的目標(biāo)像素的最佳適合像素位置時(shí)發(fā)出主要光束以便在用戶的眼睛的視網(wǎng)膜上至少部分呈現(xiàn)一像素。
[0064]還應(yīng)注意，盡管在與HMD —起使用的上下文中描述了本文提供的概念和方案，但是本發(fā)明還構(gòu)想了其它替換實(shí)現(xiàn)，諸如供一般用于投影方案中。例如，本文所述的各個(gè)實(shí)現(xiàn)可用于僅僅提高具有較小MLA (B卩，透鏡)對SLEA (B卩，LED)比率的顯示系統(tǒng)的分辨率。在一個(gè)這樣的實(shí)現(xiàn)中，可使用較小的MLA元件(在10 μ m到50 μ m的數(shù)量級上，與Imm作對比)來實(shí)現(xiàn)8x乘以Sx的方案，其中陣列的運(yùn)動(dòng)允許更大的分辨率。當(dāng)然，這樣的實(shí)現(xiàn)的某些好處在提供其它好處(諸如增加的分辨率)時(shí)可能會(huì)丟失(諸如聚焦)。此外，替換實(shí)現(xiàn)還可將電移動(dòng)陣列的結(jié)果投入到光導(dǎo)方案中以啟用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)應(yīng)用。
[0065]圖9是可結(jié)合示例實(shí)現(xiàn)和方面使用的示例計(jì)算環(huán)境的框圖。計(jì)算系統(tǒng)環(huán)境只是合適的計(jì)算環(huán)境的一個(gè)示例，并非旨在對使用范圍或功能提出任何限制。
[0066]可以使用很多其他通用和專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)環(huán)境或配置。適合使用的公知的計(jì)算系統(tǒng)、環(huán)境和/或配置的示例包括但不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、手持式或膝上型設(shè)備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)PC、微型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、包括任何以上系統(tǒng)或設(shè)備的分布式計(jì)算環(huán)境等。
[0067]可以使用諸如程序模塊等可由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。一般而言，程序模塊包括執(zhí)行特定任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。也可使用其中任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)或其他數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)鏈接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行的分布式計(jì)算環(huán)境。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊和其他數(shù)據(jù)可以位于包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備的本地和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中。
[0068]參考圖9，用于實(shí)現(xiàn)此處所描述的各方面的示例性系統(tǒng)包括計(jì)算設(shè)備，諸如計(jì)算設(shè)備500。在其最基本的配置中，計(jì)算設(shè)備500通常包括至少一個(gè)處理單元502和存儲(chǔ)器504。取決于計(jì)算設(shè)備的確切配置和類型，存儲(chǔ)器504可以是易失性的(如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM))、非易失性的(諸如只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存等)或兩者的某種組合。該最基本配置在圖9中由虛線506來示出。
[0069]計(jì)算設(shè)備500可以具有附加特征/功能。例如，計(jì)算設(shè)備500還可包含附加存儲(chǔ)(可移動(dòng)和/或不可移動(dòng))，包括但不限于磁盤、光盤或磁帶。這樣的附加存儲(chǔ)在圖9中由可移動(dòng)存儲(chǔ)508和不可移動(dòng)存儲(chǔ)510示出。
[0070]計(jì)算設(shè)備500通常包括各種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是可由設(shè)備500訪問的任何可用介質(zhì)，且包括易失性和非易失性介質(zhì)、可移動(dòng)和不可移動(dòng)介質(zhì)。
[0071]計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括以用于存儲(chǔ)諸如計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)之類的信息的任何方法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)的易失性和非易失性、可移動(dòng)和不可移動(dòng)介質(zhì)。存儲(chǔ)器504、可移動(dòng)存儲(chǔ)508和不可移動(dòng)存儲(chǔ)510都是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)的示例。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)包括但不限于，RAM、ROM、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、閃存或其它存儲(chǔ)器技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能盤(DVD)或其它光存儲(chǔ)、磁帶盒、磁帶、磁盤存儲(chǔ)或其它磁性存儲(chǔ)設(shè)備、或可用于存儲(chǔ)信息且可以由計(jì)算設(shè)備500訪問的任何其它介質(zhì)。任何這樣的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)都可以是計(jì)算設(shè)備500的一部分。
[0072]計(jì)算設(shè)備500可包含允許該設(shè)備與其它設(shè)備通信的通信連接512。計(jì)算設(shè)備500也可具有諸如鍵盤、鼠標(biāo)、筆、語音輸入設(shè)備、觸摸輸入設(shè)備等的輸入設(shè)備514。還可包括輸出設(shè)備516，諸如顯示器、揚(yáng)聲器、打印機(jī)等。所有這些設(shè)備在本領(lǐng)域是眾知的并且不必在此詳細(xì)討論。
[0073]計(jì)算設(shè)備500可以是由網(wǎng)絡(luò)互連的多個(gè)計(jì)算設(shè)備500之一。如可以理解的，網(wǎng)絡(luò)可以是任何合適的網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)計(jì)算設(shè)備500可用任何合適的方式通過通信連接512與網(wǎng)絡(luò)連接，并且每一個(gè)計(jì)算設(shè)備500可用任何合適的方式與網(wǎng)絡(luò)中的其他計(jì)算設(shè)備500中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行通信。例如，網(wǎng)絡(luò)可是組織或家庭等內(nèi)部的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，并且可包括到諸如因特網(wǎng)等外部網(wǎng)絡(luò)的直接或間接耦合。
[0074]應(yīng)該理解，此處描述的各種技術(shù)可以結(jié)合硬件或軟件，或在適當(dāng)時(shí)結(jié)合兩者的組合來實(shí)現(xiàn)。由此，當(dāng)前公開的主題的過程和裝置或其特定方面或部分可采取包含在諸如軟盤、CD-ROM、硬盤驅(qū)動(dòng)器或任何其它機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)等有形介質(zhì)中的程序代碼(S卩，指令)的形式，其中當(dāng)程序代碼被加載到諸如計(jì)算機(jī)等機(jī)器內(nèi)并由其執(zhí)行時(shí)，該機(jī)器成為用于實(shí)現(xiàn)當(dāng)前所公開的主題的裝置。
[0075]在程序代碼在可編程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的情況下，計(jì)算設(shè)備通常包括處理器、該處理器可讀的存儲(chǔ)介質(zhì)(包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)元件)、至少一個(gè)輸入設(shè)備、以及至少一個(gè)輸出設(shè)備。一個(gè)或多個(gè)程序可以實(shí)現(xiàn)或利用結(jié)合本發(fā)明公開的主題，例如通過使用AP1、可重用控件等描述的過程。這樣的程序可以用高級過程語言或面向?qū)ο缶幊陶Z言來實(shí)現(xiàn)，以與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。然而，程序可以用匯編或機(jī)器語言來實(shí)現(xiàn)。在任何情形中，語言都可以是編譯語言或解釋語言，且它可以與硬件實(shí)現(xiàn)相結(jié)合。
[0076]盡管示例性實(shí)現(xiàn)可涉及在一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的上下文中利用當(dāng)前所公開的主題的各方面，但本主題不受此限制，而是可以結(jié)合任何計(jì)算環(huán)境，諸如網(wǎng)絡(luò)或分布式計(jì)算環(huán)境來實(shí)現(xiàn)。此外，當(dāng)前所公開的主題的各方面可在多個(gè)處理芯片或設(shè)備中或跨多個(gè)處理芯片或設(shè)備實(shí)現(xiàn)，且存儲(chǔ)可類似地跨多個(gè)設(shè)備來起作用。這些設(shè)備可能包括例如PC、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、以及手持式設(shè)備。
[0077]盡管用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權(quán)利要求書中定義的主題不必限于上述具體特征或動(dòng)作。相反，上述具體特征和動(dòng)作是作為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求的示例形式公開的。
【權(quán)利要求】
1.一種光場投影儀(LFP)，包括: 包括多個(gè)發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)LED陣列(SLEA)； 置于距所述SLEA分隔距離處的微透鏡陣列(MLA)，所述MLA包括多個(gè)微透鏡；以及 通信耦合至所述SLEA的處理器，所述處理器適于: 標(biāo)識供呈現(xiàn)在人眼的視網(wǎng)膜上的目標(biāo)像素，從所述多個(gè)LED中確定至少一個(gè)LED以便顯示所述像素(140)， 將所述至少一個(gè)LED移動(dòng)至相對于所述MLA并對應(yīng)于所述目標(biāo)像素的最佳適合像素位置，并且 使得所述LED發(fā)出特定強(qiáng)度的主要光束達(dá)特定持續(xù)時(shí)間。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分隔距離等于所述MLA中對應(yīng)微透鏡的焦長，以使得所述MLA能夠使從所述SLEA發(fā)出的通過所述MLA的光準(zhǔn)直。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，通信耦合至所述SLEA的所述處理器還適于對所生成的光場添加聚焦提示。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，構(gòu)成所述SLEA的所述多個(gè)LED中每一LED之間的間距等于構(gòu)成所述MLA的所述多個(gè)微透鏡中每一微透鏡之間的間距，以便在無限遠(yuǎn)的感知距離處生成圖像。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，構(gòu)成所述SLEA的所述多個(gè)LED中每一LED之間的間距小于構(gòu)成所述MLA的所述多個(gè)微透鏡中每一微透鏡之間的間距，以便在有限感知距離處生成關(guān)于圖像的視覺提示。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，通信耦合到所述SLEA(IlO)的所述處理器還適于糾正所述LFP的用戶的不完美視覺。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，構(gòu)成所述MLA的所述多個(gè)微透鏡中每一微透鏡的直徑和焦長足夠小，以允許來自構(gòu)成所述SLEA的每一 LED的不超過一個(gè)光束進(jìn)入所述眼睛。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，投影到眼睛的視網(wǎng)膜上的像素包括來自所述多個(gè)LED中的眾LED的主要光束，且其中所述多個(gè)LED被機(jī)械復(fù)用以按時(shí)序產(chǎn)生較大數(shù)目的靜態(tài)LED的效果。
9.一種用于機(jī)械復(fù)用光場投影儀(LFP)中的多個(gè)LED的方法，所述光場投影儀包括具有多個(gè)發(fā)光二極管(LED) (112)的固態(tài)LED陣列(SLEA)以及置于距所述SLEA的分隔距離處、具有多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列(MLA)，所述方法包括: 排列多個(gè)LED以實(shí)現(xiàn)重疊軌道； 為每一目標(biāo)像素標(biāo)識最佳適合像素； 使所述LED繞軌道而行； 當(dāng)LED位于要被呈現(xiàn)的目標(biāo)像素的最佳適合像素位置時(shí)發(fā)出主要光束以便在用戶的眼睛的視網(wǎng)膜上至少部分呈現(xiàn)一像素。
10.一種包括用于光場投影儀(LFP)的計(jì)算機(jī)可讀指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述光場投影儀包括具有多個(gè)發(fā)光二極管(LED)的固態(tài)LED陣列(SLEA)以及置于距所述SLEA的分隔距離處、具有多個(gè)微透鏡的微透鏡陣列(MLA)，所述計(jì)算機(jī)可讀指令包括使處理器執(zhí)行以下操作的指令: 標(biāo)識供呈現(xiàn)在人眼的視網(wǎng)膜上的多個(gè)目標(biāo)像素，計(jì)算所述多個(gè)LED中要被用于顯示所述像素的LED的子集， 機(jī)械復(fù)用所述多個(gè)LED，并且 使得所述LED根據(jù)相對于所述MLA并對應(yīng)于所述目標(biāo)像素的最佳適合像素位置發(fā)出特定強(qiáng)度的主要光束達(dá)特定持續(xù)時(shí)間。
【文檔編號】G02B27/01GK104246578SQ201380021923
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月25日
【發(fā)明者】A·G·諾瓦茲克, R·G·弗萊克 申請人:微軟公司