本申請是申請?zhí)枮?01480074051.7、申請日為2014年11月27日、發(fā)明名稱為“虛擬和增強現(xiàn)實系統(tǒng)與方法”的申請的分案申請。

本公開涉及虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實成像與可視化系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)代計算和顯示技術已經(jīng)促進了針對所謂“虛擬現(xiàn)實”或“增強現(xiàn)實”體驗的系統(tǒng)開發(fā)，其中數(shù)字再現(xiàn)圖像或其一部分以看上去逼真或可以被感知為逼真方式呈現(xiàn)給用戶。虛擬現(xiàn)實或“vr”情境一般涉及呈現(xiàn)數(shù)字或虛擬圖像信息，但無法看到其它實際的真實世界可視化輸入；增強現(xiàn)實或“ar”情境通常涉及呈現(xiàn)數(shù)字或虛擬圖像信息作為用戶周圍實際世界的可視化增強。例如，參考圖1，描述了增強現(xiàn)實場景(4)，其中ar技術的用戶看到類似公園的真實世界設置(6)，該設置以人、樹木、背景中的建筑物和混凝土平臺(1120)為特征。除了這些項目之外，ar技術的用戶還感知到他“看到”機器人人像(1110)站在真實世界平臺(1120)上，并且類似卡通的虛像(2)在飛舞，看上去就像大黃蜂的化身，盡管這些元素(2、1110)在真實世界中不存在。實際上，人類視覺感知系統(tǒng)極為復雜，產(chǎn)生促進在其它虛擬或真實世界圖像元素當中舒適、自然、豐富地呈現(xiàn)虛擬圖像元素的vr或ar技術非常具有挑戰(zhàn)性。

參考圖2a，已經(jīng)開發(fā)出立體可穿戴眼鏡(8)型配置，該配置的特征是通常包括兩個顯示器(10、12)，這兩個顯示器被配置為通過略微不同的元素呈現(xiàn)顯示圖像，從而使人類視覺系統(tǒng)感知到三維遠景。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于聚散度與視覺調節(jié)之間的不匹配，此類配置令許多用戶感到不適，必須克服這種不適才能感知三維圖像；實際上，有些用戶無法忍受立體配置。圖2b示出另一立體可穿戴眼鏡(14)型配置，該配置的特征是包括兩個前置放置相機(16、18)，這些相機被配置為捕獲圖像以便通過立體顯示器向用戶呈現(xiàn)增強現(xiàn)實。當眼鏡(14)被戴在用戶的頭部上時，相機(16、18)和顯示器的位置通常會阻擋用戶的自然視場。

參考圖2c，其中示出增強現(xiàn)實配置(20)，該配置的特征是與眼鏡框架(24)耦合的可視化模塊(26)，框架(24)還夾持傳統(tǒng)的眼鏡片(22)。借助該系統(tǒng)，用戶能夠看到至少部分未被遮擋的真實世界場景，并且配備小顯示器(28)，通過該顯示器，可以在ar配置中將數(shù)字圖像呈現(xiàn)給一只眼睛—針對單目ar呈現(xiàn)。圖2d的特征是這樣的配置：其中是可視化模塊(32)可以與帽子或頭盔(30)耦合，并且被配置為通過小顯示器(34)向用戶呈現(xiàn)單目增強數(shù)字圖像。圖2e示出另一類似的配置，其中框架(36)能夠以類似于眼鏡耦合的方式與用戶頭部耦合，以使得可視化模塊(38)能夠被用于捕獲圖像并且通過小顯示器(40)向用戶呈現(xiàn)單目增強數(shù)字圖像。例如，此類配置由位于加州山景城的google,inc.推出，商標名為googleglass(rtm)。這些配置無一最適合于通過舒適、效用最大的方式向用戶呈現(xiàn)豐富的雙目式三維增強現(xiàn)實體驗，部分是因為現(xiàn)有系統(tǒng)無法解決人類感知系統(tǒng)的某些基本方面，其中包括用于產(chǎn)生用戶可視化感知的視網(wǎng)膜感光器以及視網(wǎng)膜感光器與大腦的協(xié)作。

參考圖3，示出人眼的簡化剖面圖，人眼的特征是包括角膜(42)、虹膜(44)、晶體—晶狀體(46)、鞏膜(18)、脈絡層(50)、黃斑(52)、視網(wǎng)膜(54)，以及到大腦的視神經(jīng)通路(56)。黃斑是視網(wǎng)膜的中心，被用于查看適度的細節(jié)；在黃斑的中心是被稱為“小凹”的視網(wǎng)膜的一部分，該部分被用于查看最精細的細節(jié)，并且包含比視網(wǎng)膜的其它任何部分都多的感光器(每視覺度大約120個錐體)。人類視覺系統(tǒng)不是被動式傳感器型系統(tǒng)，它被配置為主動掃描環(huán)境。通過在某種程度上類似于捕獲圖像的臺式掃描器的使用，或者類似于從紙張讀取盲文的手指的使用的方式，眼睛的感光器響應于激勵的變化而觸發(fā)，而非持續(xù)對激勵的常態(tài)做出響應。因此，需要執(zhí)行動作(臺式掃描器中跨紙張的線性掃描器陣列動作，或跨印在紙張內(nèi)的盲文的手指動作)以將感光器信息呈現(xiàn)給大腦。實際上，通過諸如眼鏡蛇毒液(被用于麻醉眼部肌肉)之類的物質執(zhí)行的試驗已經(jīng)表明，如果受試體睜開雙眼，使用被毒液麻醉的眼睛盯著靜態(tài)場景，便會失明。換言之，如果激勵不變，感光器不會將輸入提供給大腦，并且可能失明?？梢哉J為這是正常人被觀察到在被稱為“微眼跳”的邊到邊動作中來回移動或抖動的至少一個原因。

如上所述，視網(wǎng)膜的小凹包含最大密度的感光器，而人類通常認為在其整個視場內(nèi)具有高分辨率視覺功能，實際上，他們通常只有一個較小的高分辨率中心，并且經(jīng)常對此中心的周圍進行機械掃視，同時他們還保持著對通過小凹捕獲的高分辨率信息的持續(xù)記憶。在具有些許類似的方式中，眼睛的焦距控制機構(睫狀肌，其在工作時通過以下方式與晶狀體耦合：即，其中睫狀體放松導致緊繃的睫毛締結組織纖維使得晶狀體變平以實現(xiàn)更遠的焦距；睫狀體收縮導致使得睫毛締結組織纖維變松，這允許晶狀體采取更圓潤的幾何形狀以實現(xiàn)更近的焦距)以大約1/4到1/2的屈光度來回抖動，以循環(huán)地同時在目標焦距的近端和遠端引入少量所謂的“屈光模糊”；這被大腦的視覺調節(jié)控制回路用作周期性負反饋，其幫助不斷地校正方向并使固定對象的視網(wǎng)膜圖像變得清晰。

大腦的可視化中心還從雙眼及其部件的彼此相對的運動中獲得有價值的感知信息。雙眼彼此相對的聚散動作(即，瞳孔彼此接近或彼此遠離的滾動，用于將眼睛視線固定于一個對象上)與眼睛晶狀體的聚焦(或“視覺調節(jié)”)緊密相關。一般情況下，根據(jù)被稱為“視覺調節(jié)和輻輳條件反射”的關系，改變眼睛晶狀體的焦點或調節(jié)眼睛以在不同距離上聚焦于對象可以自動令輻輳變化與同一距離匹配。同樣，在一般情況下，輻輳變化將觸發(fā)視覺調節(jié)變化的匹配。根據(jù)此反射條件工作(如多數(shù)傳統(tǒng)的立體ar或vr配置那樣)會導致用戶產(chǎn)生視疲勞、頭疼或其它形式的不適。

眼睛所在的頭部的運動也對對象的可視化具有重大影響。人類移動其頭部來觀察其周圍的世界，他們通常處于相對于感興趣的對象重新放置和重新定向頭部的極為恒定的狀態(tài)。進一步地，多數(shù)人愿意在其眼睛注視需要離開中心多于約20度以聚焦于特定對象時移動其頭部(也就是說，人們一般不喜歡從眼角看事物)。人們還會相對于聲音掃描或移動其頭部—以改善聲音信號捕獲并且利用耳朵相對于頭部的幾何關系。人類視覺系統(tǒng)從所謂的“頭部運動視差”獲得重要的深度線索，頭部運動視差涉及位于不同距離的對象根據(jù)頭部運動和眼睛聚合距離的相對運動(即，如果人們將頭從一邊移到另一邊并且保持注視一個對象，則距離該對象最遠的物品將沿著與頭相同的方向移動，位于該對象前方的物品沿著與頭部運動方向相反的方向運動，當事物在空間上位于相對于人的環(huán)境中時，這些是極為顯著的線索—也許像立體視差那樣重要)。當然，頭部運動還被用于觀察對象的周圍事物。

進一步地，頭部和眼睛運動與被稱為“前庭眼反射”的事物協(xié)調，前庭眼反射在頭部旋轉期間相對于視網(wǎng)膜穩(wěn)定圖像信息，從而使對象圖像信息幾乎置于視網(wǎng)膜的中心。響應于頭部旋轉，眼睛沿著相反的方向成比例地反身旋轉以保持穩(wěn)定地注視對象。作為此補償關系的結果，許多人可以在來回搖頭的同時讀書(有趣的是，如果書本以相同的速度來回搖動，而頭部幾乎不動時，則無法得到相同的結果—人們不太可能閱讀正在移動的書，前庭眼反射是頭部和眼睛運動協(xié)調中的一項，一般并不針對手部運動開展)。該范例對于增強現(xiàn)實系統(tǒng)可能非常重要，因為用戶的頭部運動可能相對直接地與眼部運動相關，并且此類系統(tǒng)更傾向于利用這種關系工作。

實際上，在給出上述各種關系的情況下，當放置數(shù)字內(nèi)容(例如，3d內(nèi)容(諸如為了增強房間的真實世界場景而呈現(xiàn)的虛擬吊燈對象)或2d內(nèi)容(諸如為了增強房間的真實世界場景而呈現(xiàn)的平坦/光滑的虛擬油畫對象))時，可以做出設計選擇以控制對象的行為。例如，2d油畫對象可以以頭部為中心，在這種情況下，對象與用戶的頭部一起轉動(例如，如在googleglass方法中那樣)；或者對象可以以世界為中心，在這種情況下，對象就像真實世界坐標系的一部分那樣呈現(xiàn)，因此，用戶可以在不移動對象相對于真實世界的位置的情況下移動其頭部或眼睛。

因此，在將虛擬內(nèi)容置于通過增強現(xiàn)實系統(tǒng)呈現(xiàn)的增強真實世界中時，對象應被呈現(xiàn)為以世界為中心(即，虛擬對象位于真實世界中的位置上，以使得用戶能夠在不改變其相對于周圍的真實世界對象(諸如真實世界墻壁)的位置的情況下移動其身體、頭部、眼睛)；以身體或軀干為中心，在這種情況下，虛擬元素可以相對于用戶的軀干固定，這樣，用戶便可在不移動對象的情況下移動其頭部或眼睛，但是此運動遵從軀干運動；以頭部為中心，在這種情況下，所顯示的對象(和/或顯示器本身)可以與頭部運動一起運動，如上面參考googleglass所述的那樣；或者以眼睛為中心，就像在“注視點顯示(foveateddisplay)”配置中那樣(如下所述)，其中內(nèi)容隨著眼睛的位置而回轉。

對于以世界為中心的配置，可能需要具有輸入，例如精確的頭部姿勢測量、用戶周圍的真實世界對象和幾何圖形的精確表現(xiàn)和/或測量、增強現(xiàn)實顯示中根據(jù)頭部姿勢的低延遲動態(tài)渲染，以及常見的低延遲顯示。

本文描述的系統(tǒng)和技術被配置為與正常人的視覺配置協(xié)作以應對這些挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例涉及促進一個或多個用戶的虛擬現(xiàn)實和/或增強現(xiàn)實交互的裝置、系統(tǒng)和方法。在一方面，公開了一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；以及反射器陣列，其接收所述一個或多個光圖案并可變地將光導向出瞳。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)包括：圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；光調制器，其被配置為發(fā)射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；基片，其將圖像信息導向用戶的眼睛，其中所述基片容納多個反射器；所述多個反射器中的第一反射器，其以第一角度將與圖像數(shù)據(jù)的第一幀關聯(lián)的發(fā)射光反射到所述用戶的眼睛；以及第二反射器，其以第二角度將與所述圖像數(shù)據(jù)的第二幀關聯(lián)的發(fā)射光反射到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述多個反射器的反射角度可以可變。在一個或多個實施例中，所述反射器可切換。在一個或多個實施例中，所述多個反射器可以具有電光活性。在一個或多個實施例中，所述多個反射器的折射率可以被改變以與所述基片的折射率匹配。在一個可選實施例中，所述系統(tǒng)還可以包括高頻選通層，其可被配置為位于所述基片與所述用戶的眼睛之間，所述高頻選通層具有可控地移動的孔。在一個或多個實施例中，可以以僅通過穿過所述孔反射的光來選擇性地發(fā)射圖像數(shù)據(jù)的方式移動所述高頻選通層的所述孔。所述穿透式分束器基片的一個或多個反射器可以被所述高頻選通層阻擋。在一個或多個實施例中，所述孔可以為lcd孔。在一個或多個實施例中，所述孔可以為mems陣列。在一個或多個實施例中，所述第一角度可以與所述第二角度相同。在一個或多個實施例中，所述第一角度可以與所述第二角度不同。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括第一透鏡，其引導一組光線穿過節(jié)點并到達所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，所述第一透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于所述第一反射器前方，以使得從該反射器射出的所述一組光線在到達所述用戶的眼睛之前穿過所述第一透鏡。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括第二透鏡，其補償所述第一透鏡，所述第二透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于與放置所述第一透鏡的一側相對的一側，從而導致零放大。

在一個或多個實施例中，所述多個反射器中的所述第一反射器可以為弧形反射面，該弧形反射面在與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的一組光線被傳送到所述用戶的眼睛之前，將該組光線采集到單個輸出點內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述弧形反射器可以為拋物線反射器。在一個或多個實施例中，所述弧形反射器可以為橢圓反射器。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：按照時序方式提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；經(jīng)由穿透式分束器將與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的所述一個或多個光圖案反射到出瞳，所述穿透式分束器具有多個反射器以可變地將光導向所述出瞳。

在一個或多個實施例中，所述多個反射器的反射角度可變。在一個或多個實施例中，所述反射器可切換。在一個或多個實施例中，所述多個反射器可以具有電光活性。在一個或多個實施例中，所述多個反射器的折射率可以被改變以與所述基片的折射率匹配。在一個可選實施例中，所述系統(tǒng)還可以包括高頻選通層，其可被配置為位于所述基片與所述用戶的眼睛之間，所述高頻選通層具有可控地移動的孔。在一個或多個實施例中，可以以僅通過穿過所述孔反射的光來選擇性地發(fā)射圖像數(shù)據(jù)的方式移動所述高頻選通層的所述孔。所述穿透式分束器基片的一個或多個反射器可以被所述高頻選通層阻擋。在一個或多個實施例中，所述孔可以為lcd孔。在一個或多個實施例中，所述孔可以為mems陣列。在一個或多個實施例中，所述第一角度可以與所述第二角度相同。在一個或多個實施例中，所述第一角度可以與所述第二角度不同。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括第一透鏡，其引導一組光線穿過節(jié)點并到達所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，所述第一透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于所述第一反射器前方，以使得從該反射器射出的所述一組光線在到達所述用戶的眼睛之前穿過所述第一透鏡。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括包括第二透鏡，其補償所述第一透鏡，所述第二透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于與放置所述第一透鏡的一側相對的一側，從而導致零放大。

在一個或多個實施例中，所述多個反射器中的所述第一反射器可以為弧形反射面，該弧形反射面在與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的一組光線被傳送到所述用戶的眼睛之前，將該組光線采集到單個輸出點內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述弧形反射器可以為拋物線反射器。在一個或多個實施例中，所述弧形反射器可以為橢圓反射器。

在一個或多個實施例中，所述波前可以為準直波前。在一個或多個實施例中，所述波前可以為弧形波前。在某些實施例中，所述準直波前可以被感知為無限深度平面。在某些實施例中，所述弧形波前可以被感知比光學無限遠更近的深度平面。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；以及反射器陣列，其接收所述一個或多個光圖案，所述反射器陣列按照特定角度定向；以及多個光學元件，其與所述反射器陣列耦合以可變地將所述光圖案導向出瞳。

在一個或多個實施例中，所述反射器陣列可以與所述光學元件分離。在一個或多個實施例中，所述反射器陣列包括平面鏡。在一個或多個實施例中，所述光學元件可以是與所述反射器陣列耦合的微透鏡。在一個或多個實施例中，所述反射器陣列中的一個或多個反射器可以為弧形反射器。在一個或多個實施例中，所述光學元件被集成在所述反射器陣列內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述多個光學元件可以擴展出瞳。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括第一透鏡，其引導一組光線穿過節(jié)點并到達所述用戶的眼睛，其中所述第一透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于所述第一反射器與所述眼睛之間，以使得從該反射器射出的所述一組光線在到達所述用戶的眼睛之前穿過所述第一透鏡。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)可以進一步包括第二透鏡，其補償所述第一透鏡，所述第二透鏡可被配置為位于所述基片上并且位于與放置所述第一透鏡的一側相對的一側，從而導致零放大。在一個或多個實施例中，所述多個反射器可以包括波長選擇性反射器。在一個或多個實施例中，所述多個反射器可以包括半鍍銀鏡。所述多個光學元件可以包括折射透鏡。在一個或多個實施例中，所述多個光學元件可以包括衍射透鏡。在一個或多個實施例中，所述弧形反射器可以包括波長選擇性陷波濾波器。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：按照時序方式提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；經(jīng)由穿透式分束器將與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的所述一個或多個光圖案反射到出瞳，所述穿透式分束器具有多個反射器以可變地將光導向所述出瞳；以及通過與所述穿透式分束器的所述多個反射器耦合的多個光學元件擴展出瞳。

在一個或多個實施例中，所述反射器陣列可以與所述光學元件分離。在一個或多個實施例中，所述反射器陣列包括平面鏡。在一個或多個實施例中，所述光學元件可以是與所述反射器陣列耦合的微透鏡。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；以及波導，其以第一聚焦程度接收所述一個或多個光圖案；以及可變焦元件(vfe)，其與所述波導耦合以將所述光圖案中的至少一部分置于第二聚焦程度。

在一個或多個實施例中，所述vfe為遠心的。在一個或多個實施例中，所述vfe為非遠心的。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括補償透鏡，以便所述用戶的外部世界視圖不失真。在一個或多個實施例中，以高頻率將多個幀呈現(xiàn)給所述用戶，以使得所述用戶將所述幀感知為單個連貫場景的一部分，其中所述vfe將所述焦點從第一幀改變到第二幀。在一個或多個實施例中，所述光源為掃描光顯示器，并且其中所述vfe逐行改變所述焦點。在一個或多個實施例中，所述光源為掃描光顯示器，并且其中所述vfe逐像素改變所述焦點。

在一個或多個實施例中，所述vfe為衍射透鏡。在一個或多個實施例中，所述vfe為折射透鏡。在一個或多個實施例中，所述vfe為反射鏡。在一個或多個實施例中，所述反射鏡不透明。在一個或多個實施例中，所述反射鏡部分反射。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)模塊，其跟蹤用戶的眼睛的視覺調節(jié)，并且其中所述vfe至少部分地基于所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)改變所述光圖案的焦點。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；波導，其接收所述一個或多個光圖案并將所述光圖案導向第一焦點；以及可變焦元件(vfe)，其與所述波導耦合以將所述光圖案中的至少一部分導向第二焦點，其中所述vfe被集成在所述波導內(nèi)。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；波導，其接收所述一個或多個光圖案并將所述光圖案導向第一焦點；以及可變焦元件(vfe)，其與所述波導耦合以將所述光圖案中的至少一部分導向第二焦點，其中所述vfe與所述波導分離。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；通過波導將與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的所述一個或多個光圖案會聚到第一焦點；以及通過可變焦元件(vfe)更改所述光的所述第一焦點以在第二焦點上產(chǎn)生波前。

在一個或多個實施例中，所述vfe與所述波導分離。在一個或多個實施例中，所述vfe被集成在所述波導內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀按照時序提供。在一個或多個實施例中，所述vfe逐幀更改所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的焦點。在一個或多個實施例中，所述vfe逐像素更改所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的焦點。在一個或多個實施例中，所述vfe更改所述第一焦點以在第三焦點上產(chǎn)生波前，其中所述第二焦點不同于所述第三焦點。在一個或多個實施例中，所述第二焦點上的所述波前被所述用戶感知為來自特定深度平面。

在某些實施例中，以高頻率將多個幀呈現(xiàn)給所述用戶，以使得所述用戶將所述幀感知為單個連貫場景的一部分，其中所述vfe將所述焦點從第一幀改變到第二幀。在一個或多個實施例中，所述光源為掃描光顯示器，并且其中所述vfe逐行改變所述焦點。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：多個波導，其接收與圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的光線并朝向所述用戶的眼睛發(fā)射所述光線，其中所述多個波導在面向所述用戶的眼睛的方向上堆疊；以及第一透鏡，其與所述多個波導中的第一波導耦合以更改從所述第一波導發(fā)射的光線，從而傳送具有第一波前曲率的光線；第二透鏡，其與所述多個波導中的第二波導耦合以更改從所述第二波導發(fā)射的光線，從而傳送具有第二波前曲率的光線，其中與所述第一波導耦合的所述第一透鏡和與所述第二波導耦合的所述第二透鏡在面向所述用戶的眼睛的方向上水平地堆疊。

在一個或多個實施例中，所述第一波前曲率不同于所述第二波前曲率。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括所述多個波導中的第三波導，其將準直光傳送到所述用戶的眼睛，以便所述用戶將所述圖像數(shù)據(jù)感知為來自光學無限遠平面。在一個或多個實施例中，所述波導被配置為將準直光發(fā)射到所述透鏡。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括補償透鏡層，其補償在面向所述用戶的眼睛的方向上堆疊的所述透鏡的聚合功率，其中所述補償透鏡層堆疊在距離所述用戶的眼睛最遠處。在一個或多個實施例中，所述波導包括多個反射器，所述反射器可被配置為朝向所述用戶的眼睛反射被注入所述波導的光線。

在一個或多個實施例中，所述波導具有電活性。在一個或多個實施例中，所述波導可切換。在一個或多個實施例中，具有所述第一波前曲率的所述光線和具有所述第二波前曲率的所述光線被同時傳送。在一個或多個實施例中，具有所述第一波前曲率的所述光線和具有所述第二波前曲率的所述光線被依次傳送。在一個或多個實施例中，所述第二波前曲率與所述第一波前曲率的裕度對應，從而提供使得所述用戶能夠適應的變焦范圍。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)模塊，其跟蹤用戶的眼睛的視覺調節(jié)，并且其中所述vfe至少部分地基于所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)改變所述光圖案的焦點。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其按照時序方式多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的一個或多個光圖案；多個波導，其接收所述一個或多個光圖案并且將光聚集到出瞳，其中所述多個波導沿著z軸堆疊并遠離所述用戶的視線；以及至少一個光學元件，其與堆疊的波導耦合以更改所述多個波導發(fā)射的所述光的焦點。

在一個或多個實施例中，所述多個波導中的波導可以包括用于跨該波導的長度分布投射光的波導，以及以產(chǎn)生波前曲率的方式更改所述光的透鏡，其中當被所述用戶查看時，所產(chǎn)生的波前曲率與焦平面對應。

在一個或多個實施例中，所述多個波導中的波導包括衍射光學元件(doe)。在一個或多個實施例中，所述doe可以在接通與關斷狀態(tài)之間切換。在一個或多個實施例中，所述多個波導中的所述波導包括折射透鏡。在一個或多個實施例中，所述多個波導中的所述波導包括菲涅爾帶片。在一個或多個實施例中，所述多個波導中的所述波導包括基片制導光學(sgo)元件。在一個或多個實施例中，所述波導可以在接通與關斷狀態(tài)之間切換。在一個或多個實施例中，所述波導為靜態(tài)波導。在一個或多個實施例中，圖像數(shù)據(jù)的第一幀和圖像數(shù)據(jù)的第二幀被同時傳送到所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，圖像數(shù)據(jù)的第一幀和圖像數(shù)據(jù)的第二幀被依次傳送到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多個角形反射器，其將光傳送到所述用戶的眼睛，其中所述第一波導組件和所述第二波導組件將光導向所述一個或多個角形反射器。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括光束分布波導光學元件，所述光束分布波導與所述波導組裝件耦合，其中所述光束分布波導光學元件可被配置為跨所述波導組裝件傳播所述投射光，以使得注入所述光束分布波導光學元件的光線被復制并注入所述波導組裝件的波導組件。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；光調制器，其投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；波導組裝件，其接收投射光并朝向所述用戶的眼睛傳送所述光，其中所述波導組裝件包括至少第一波導組件和第二波導組件，所述第一波導組件可被配置為更改與所述圖像數(shù)據(jù)的第一幀關聯(lián)的光，以使得所述光被感知為來自第一焦平面，所述第二波導組件可被配置為更改所述圖像數(shù)據(jù)的第二幀關聯(lián)的光，以使得所述光被感知為來自第二焦平面，并且其中所述第一波導組件和所述第二波導組件沿著所述用戶的眼睛前方的z軸堆疊。

在某些實施例中，所述波導組裝件的波導組件包括用于跨該波導的長度分布所述投射光的波導，以及用于以產(chǎn)生波前曲率的方式更改所述光的透鏡，其中當被所述用戶查看時，所產(chǎn)生的波前曲率與焦平面對應。在一個或多個實施例中，所述波導組裝件的波導組件包括衍射光學元件(doe)。

在一個或多個實施例中，所述doe可以在接通與關斷狀態(tài)之間切換。在一個或多個實施例中，所述波導組裝件的波導組件包括折射透鏡。在一個或多個實施例中，所述波導組裝件的波導組件包括菲涅爾帶片。在一個或多個實施例中，圖像數(shù)據(jù)的第一幀和圖像數(shù)據(jù)的第二幀被同時傳送到所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，圖像數(shù)據(jù)的第一幀和圖像數(shù)據(jù)的第二幀被依次傳送到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多個角形反射器，其將光傳送到所述用戶的眼睛，其中所述第一波導組件和所述第二波導組件將光導向所述一個或多個角形反射器。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括光束分布波導光學元件，所述光束分布波導與所述波導組裝件耦合，其中所述光束分布波導光學元件可被配置為跨所述波導組裝件傳播所述投射光，以使得注入所述光束分布波導光學元件的光線被復制并被注入所述波導組裝件的波導組件。

所述波導組裝件的波導組件包括反射器，該反射器可被配置為以所需角度將所述投射光反射到所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，所述第一波導組件包括第一反射器，該第一反射器被配置為以第一角度反射所述投射光，并且其中所述第二波導組件包括第二反射器，該第二反射器以第二角度反射所述投射光。在一個或多個實施例中，所述第一反射器相對于所述第二反射器交錯，從而擴展所述用戶查看所述圖像的視場。

在一個或多個實施例中，所述波導組件的反射器被以跨所述波導組裝件形成連續(xù)弧形反射面的方式放置。在一個或多個實施例中，所述連續(xù)的弧形反射面包括拋物曲線。在一個或多個實施例中，所述連續(xù)的弧形反射面包括橢圓曲線。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：通過第一波導將與圖像數(shù)據(jù)的第一幀關聯(lián)的光線傳送到所述用戶，所述光線具有第一波前曲率；以及通過第二波導將與圖像數(shù)據(jù)的第二幀關聯(lián)的光線傳送到所述用戶，所述光線具有第二波前曲率，其中所述第一波導和第二波導沿著面向所述用戶的眼睛的z軸堆疊。

在一個或多個實施例中，所述第一波前曲率和所述第二波前曲率被同時傳送。在一個或多個實施例中，所述第一波前曲率和所述第二波前曲率被依次傳送。在一個或多個實施例中，所述第一和第二波前曲率被所述用戶感知為第一和第二深度平面。在一個或多個實施例中，所述第一和第二波導與一個或多個光學元件耦合。在一個或多個實施例中，所述方法可以進一步包括通過補償透鏡補償所述一個或多個光學元件的效應。

在一個或多個實施例中，所述方法可以進一步包括確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)；以及至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)，通過所述第一和第二波導中的至少一者傳送光線。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)；至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)，通過波導堆棧中的第一波導傳送具有第一波前曲率的光線，其中所述第一波前曲率與所確定的視覺調節(jié)的焦距對應；以及通過所述波導堆棧中的第二波導傳送具有第二波前曲率的光線，所述第二波前曲率與所確定的視覺調節(jié)的所述焦距的預定裕度關聯(lián)。

在一個或多個實施例中，所述裕度為正裕度。在一個或多個實施例中，所述裕度為負裕度。在一個或多個實施例中，所述第二波導增大所述用戶能夠適應的變焦范圍。在一個或多個實施例中，所述第一波導與可變焦元件(vfe)耦合，其中所述vfe改變所述波導聚焦所述光線的焦點。在一個或多個實施例中，至少部分地基于所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)改變所述焦點。在一個或多個實施例中，所述第一波前曲率和所述第二波前曲率被同時傳送。

在一個或多個實施例中，所述第一和第二波前曲率被所述用戶感知為第一和第二深度平面。在一個或多個實施例中，所述波導為衍射光學元件(doe)。在一個或多個實施例中，所述波導為基片制導光學元件(sgo)。在一個或多個實施例中，所述第一和第二波導可切換。在一個或多個實施例中，所述波導包括一個或多個可切換元件。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；顯示組裝件，其投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光線，所述顯示組裝件包括第一顯示元件和第二顯示元件，所述第一顯示元件與第一幀率和第一位深度對應，所述第二顯示元件與第二幀率和第二位深度對應；以及可變焦元件(vfe)，其可被配置為改變投射光的焦點并將所述光發(fā)射到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述第一幀率高于所述第二幀率，并且所述第一位深度低于所述第二位深度。在一個或多個實施例中，所述第一顯示元件為dlp投影系統(tǒng)。在一個或多個實施例中，所述第二顯示元件為液晶顯示器(lcd)。在一個或多個實施例中，所述第一顯示元件將光投射到所述第二顯示元件的一部分上，以使得所述lcd的周邊具有恒定光照。在一個或多個實施例中，只有從所述第一顯示元件發(fā)射的光才通過所述vfe被聚焦。

在一個或多個實施例中，所述vfe在光學上與出瞳共軛，從而在不影響所述圖像數(shù)據(jù)的放大率的情況下改變所述投射光的焦點。在一個或多個實施例中，所述第一顯示元件為dlp，所述第二顯示元件為lcd，并且其中所述dlp具有低分辨率，其中所述lcd具有高分辨率。在一個或多個實施例中，背光的強度隨著時間變化以均衡所述第一顯示元件投射的子圖像的亮度，從而增大所述第一顯示元件的幀率。

在一個或多個實施例中，所述vfe可被配置為逐幀改變所述投射光的焦點。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括用于補償與所述vfe的操作關聯(lián)的光學放大的軟件。在一個或多個實施例中，所述圖像生成源產(chǎn)生特定圖像的多個片段，當被一起投射或被依次投射時，這些片段產(chǎn)生對象的三維體積。在一個或多個實施例中，所述dlp在二進制模式下工作。在一個或多個實施例中，所述dlp在灰階模式下工作。

在一個或多個實施例中，所述vfe改變所述投射光，以使得第一幀被感知為來自第一焦平面，第二幀被感知為來自第二焦平面，其中所述第一焦平面不同于所述第二焦平面。在一個或多個實施例中，與所述焦平面關聯(lián)的焦距固定。在一個或多個實施例中，與所述焦平面關聯(lián)的焦距可變。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：提供一個或多個圖像片段，其中所述一個或多個圖像片段中的第一和第二圖像片段表示三維體積；通過空間光調制器投射與所述第一圖像片段關聯(lián)的光；通過可變焦元件(vfe)將所述第一圖像片段聚焦到第一焦點；將具有所述第一焦點的所述第一圖像片段傳送到所述用戶；提供與所述第二圖像片段關聯(lián)的光；通過所述vfe將所述第二圖像片段聚焦到第二焦點，其中所述第一焦點不同于所述第二焦點；以及將具有所述第二焦點的所述第二圖像片段傳送到所述用戶。

在一個或多個實施例中，所述方法可以進一步包括確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所述vfe至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)聚焦所述投射光。在一個或多個實施例中，按照幀序列方式提供所述圖像片段。在一個或多個實施例中，所述第一圖像片段和所述第二圖像片段被同時傳送。在一個或多個實施例中，所述第一圖像片段和所述第二圖像片段被依次傳送。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：將第一顯示元件和第二顯示元件進行組合，所述第一顯示元件與高幀率和低位深度對應，所述第二顯示元件與低幀率和高位深度對應，以使得組合后的顯示元件與高幀率和高位深度對應；以及通過所述組合后的顯示元件投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及通過可變焦元件(vfe)逐幀切換所述投射光的焦點，以便在第一焦點上投射第一圖像片段，在第二焦點上投射第二圖像片段。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：多個光導，其接收與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的連貫光，并且產(chǎn)生聚合波前；相位調制器，其與所述多個光導中的一個或多個光導耦合以引發(fā)所述一個或多個光導所投射的光的相位延遲；以及處理器，其以使得所述多個光導所產(chǎn)生的所述聚合波前變化的方式控制所述相位調制器。

在一個或多個實施例中，由所述多個光導中的光導產(chǎn)生的波前為球面波前。在一個或多個實施例中，由至少兩個光導產(chǎn)生的所述球面波前相長地彼此干涉。在一個或多個實施例中，由至少兩個光導產(chǎn)生的所述球面波前相消地彼此干涉。在一個或多個實施例中，所述聚合波前大致為平面波前。

所述平面波前與光學無限遠深度平面對應。在一個或多個實施例中，所述聚合波前為球面波前。在一個或多個實施例中，所述球面波前與比光學無限遠更近的深度平面對應。在一個或多個實施例中，所需光束的逆傅里葉變換被注入多芯光纖，從而產(chǎn)生所需的聚合波前。

在另一方面，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；多芯組裝件，其包括用于投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光的多個多芯光纖，所述多個多芯光纖中的一個多芯光纖通過波前發(fā)射光，以使得所述多芯組裝件產(chǎn)生投射光的聚合波前；以及相位調制器，其以使得所述多芯組裝件所發(fā)射的所述聚合波前改變的方式引發(fā)所述多芯光纖之間的相位延遲，從而改變所述用戶感知所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的焦距。

在又一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：通過多芯光纖發(fā)射光，所述多芯光纖包括多個單芯光纖，其中所述單芯光纖發(fā)射球面波前；通過所述多個單芯光纖發(fā)射的光提供聚合波前；以及引發(fā)所述多芯光纖中的所述單芯光纖之間的相位延遲，以使得至少部分地基于所引發(fā)的相位延遲來改變所述多芯光纖所產(chǎn)生的所述聚合波前。

在一個或多個實施例中，所述聚合波前為平面波前。在一個或多個實施例中，所述平面波前與光學無限遠對應。在一個或多個實施例中，所述聚合波前為球面波前。在一個或多個實施例中，所述球面波前與比光學無限遠更近的深度平面對應。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括將所需波前的逆傅里葉變換注入所述多芯光纖，以使得所述聚合波前與所需的波前對應。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；多芯組裝件，其包括用于投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光的多個多芯光纖；圖像注入器，其將圖像輸入所述多芯組裝件，其中所述輸入注入器可被進一步配置為將所需波前的逆傅里葉變換輸入所述多芯組裝件，以使得所述多芯組裝件通過在所需波前中產(chǎn)生與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的光來輸出所述傅里葉變換，從而允許所述用戶在所需焦距上感知所述圖像數(shù)據(jù)。

在一個或多個實施例中，所需波前與全息圖關聯(lián)。在一個或多個實施例中，輸入所述逆傅里葉變換以調制所述一個或多個光束的焦點。在一個或多個實施例中，所述多個多芯光纖中的多芯光纖為多模光纖。在一個或多個實施例中，所述多個多芯光纖中的該多芯光纖被配置為在沿著所述光纖的多個路徑上傳播光。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖為單芯光纖。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖為同軸芯光纖。

在一個或多個實施例中，所述圖像注入器被配置為將小波模式輸入所述多芯組裝件。在一個或多個實施例中，所述圖像注入器被配置為將澤尼克系數(shù)輸入所述多芯組裝件。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所述圖像注入器被配置為輸入與所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)對應的波前的逆傅里葉變換。

在又一實施例中，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所確定的視覺調節(jié)與對應于用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距關聯(lián)；通過波導投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)改變所述投射光的焦點；以及將所述投射光傳送到所述用戶的眼睛，以使得所述光被所述用戶感知為來自對應于所述用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距。

在一個或多個實施例中，直接測量所述視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，間接測量所述視覺調節(jié)。通過紅外自動驗光儀測量所述視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，通過偏心攝影驗光法測量所述視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括測量所述用戶的雙眼的會聚水平以估計所述視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)使所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的一個或多個部分變得模糊。在一個或多個實施例中，所述焦點在固定深度平面之間變化。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括補償透鏡補償所述波導的光學效應。

在一個或多個實施例中，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所確定的視覺調節(jié)與對應于用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距關聯(lián)；通過衍射光學元件(doe)投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)改變所述投射光的焦點；以及將所述投射光傳送到所述用戶的眼睛，以使得所述光被所述用戶感知為來自對應于所述用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距。

在另一實施例中，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所確定的視覺調節(jié)與對應于用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距關聯(lián)；通過自由形狀光學元件投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)改變投射光的焦點；以及將所述投射光傳送到所述用戶的眼睛，以使得所述光被所述用戶感知為來自對應于所述用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距。

在另一方面，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所確定的視覺調節(jié)與對應于用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距關聯(lián)；投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)改變投射光的焦點；以及將所述投射光傳送到所述用戶的眼睛，以使得所述光被所述用戶感知為來自對應于所述用戶的當前聚焦狀態(tài)的焦距。

在一個或多個實施例中，所述光通過基片制導光學組裝件被傳送到所述用戶。在一個或多個實施例中，所述光通過自由形狀光學元件被傳送到所述用戶。在一個或多個實施例中，所述光通過衍射光學元件(doe)被傳送到所述用戶。在一個或多個實施例中，所述光通過波導堆棧被投射，所述波導堆棧中的第一波導被配置為在特定波前上輸出光，第二波導被配置為輸出相對于所述特定波前的正裕度波前，第三波導被配置為輸出相對于所述特定波前的負裕度波前。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括通過這樣的方式使所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的一部分變得模糊：即，當所述投射光被傳送到所述用戶的眼睛時，該部分失焦。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；發(fā)光器，其提供與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；視覺調節(jié)跟蹤模塊，其跟蹤所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)；以及波導組裝件，其改變與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光的焦點，其中圖像數(shù)據(jù)的不同幀至少部分地基于所跟蹤的視覺調節(jié)被不同地聚焦。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)；圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；發(fā)光器，其投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；多個波導，其接收與圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的光線并將所述光線發(fā)射到所述用戶的眼睛，其中所述多個波導在面向所述用戶的眼睛的方向上堆疊；以及可變焦元件(vfe)，其至少部分地基于所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)改變發(fā)射光的焦點。

在一個或多個實施例中，所述多個波導中的一個波導是波導元件，其中從所述多個波導中的第一波導發(fā)射的圖像數(shù)據(jù)的第一幀的焦點不同于從所述多個波導中的第二波導發(fā)射的圖像數(shù)據(jù)的第二幀的焦點。在一個或多個實施例中，所述第一幀是3d場景的第一層，所述第二幀是所述3d場景的第二層。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括模糊模塊，其通過以下方式使所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的一部分變得模糊：即，當被所述用戶查看時，該部分失焦。

在一個或多個實施例中，所述vfe是所述多個波導公用的。在一個或多個實施例中，所述vfe與所述多個波導中的一個波導關聯(lián)。在一個或多個實施例中，所述vfe與所述多個波導中的一個波導耦合，以使得所述vfe交錯在所述多個波導中的兩個波導之間。在一個或多個實施例中，所述vfe被嵌入所述多個波導中的一個波導內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述vfe為衍射光學元件。在一個或多個實施例中，其中所述vfe為折射元件。

在一個或多個實施例中，所述波導具有電活性。在一個或多個實施例中，所述多個波導中的一個或多個波導被關斷。在一個或多個實施例中，所述多個波導中的一個波導與固定焦平面對應。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括出瞳，其中所述出瞳的直徑不大于0.5mm。所述發(fā)光器是掃描光纖顯示器。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括出瞳陣列。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多個發(fā)光器，一個發(fā)光器與出瞳耦合。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括出瞳擴展器。在一個或多個實施例中，能夠至少部分地基于所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)切換所述出瞳。

在另一方面，一種系統(tǒng)包括：視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定用戶的眼睛的視覺調節(jié)；光纖掃描顯示器，其掃描與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的多個光束，其中所述多個光束中的一個光束可移動；模糊軟件，其至少部分地基于所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)在所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀中渲染仿真折射模糊。

在一個或多個實施例中，所述光束的直徑不大于2mm。在一個或多個實施例中，所述光束的直徑不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，復制掃描光束以創(chuàng)建多個出瞳。在一個或多個實施例中，復制所述掃描光束以產(chǎn)生較大的眼框。在一個或多個實施例中，所述出瞳可切換。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定用戶的眼睛的視覺調節(jié)；通過光纖掃描顯示器掃描與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的多個光束，其中所述光束的直徑不大于0.5mm，以使得當被所述用戶查看時，所述圖像數(shù)據(jù)的幀出現(xiàn)在焦點中；以及使用模糊軟件至少部分地基于所確定的所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)使所述幀的一個或多個部分變得模糊。

在一個或多個實施例中，創(chuàng)建多個出瞳。在一個或多個實施例中，通過單芯光纖產(chǎn)生所述光束。在一個或多個實施例中，復制所述光束以創(chuàng)建多個出瞳。在一個或多個實施例中，所述出瞳可切換。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的瞳孔相對于一束投光器的位置，其中所述一束投光器與圖像中的要被呈現(xiàn)給所述用戶的子圖像對應；以及基于所確定的所述用戶的瞳孔的位置，將對應于所述子圖像的光驅入所述用戶的瞳孔的一部分內(nèi)。

在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括通過另一束投光器，驅動與所述圖像中的要被呈現(xiàn)給所述用戶的瞳孔的另一部分的另一子圖像對應的光。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括將所述光纖掃描顯示器的一束或多束投光器與所述用戶的瞳孔的一個或多個部分進行映射。在一個或多個實施例中，所述映射為1:1映射。

在一個或多個實施例中，所述光的直徑不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，所述一束投光器產(chǎn)生聚合波前。在一個或多個實施例中，所述投光器產(chǎn)生的細光束形成離散化聚合波前。在一個或多個實施例中，所述細光束平行地接近所述用戶的眼睛，所述眼睛使所述細光束偏斜以會聚在視網(wǎng)膜上的同一點。在一個或多個實施例中，所述用戶的眼睛接收細光束的超集，所述細光束對應于它們與所述瞳孔相交的多個角度。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光源，其提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及光顯示組裝件，其接收與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述光顯示組裝件與多個緊鄰的出瞳對應，并且其中所述多個出瞳將光射入所述用戶的瞳孔內(nèi)。

在一個或多個實施例中，所述多個出瞳被排列為六方點陣。在一個或多個實施例中，所述多個出瞳被排列為四方點陣。在一個或多個實施例中，所述多個出瞳被排列為二維陣列。在一個或多個實施例中，所述多個出瞳被排列為三維陣列。在一個或多個實施例中，所述多個出瞳被排列為時變陣列。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：對多個投光器進行分組以形成出瞳；通過第一出瞳將第一光圖案驅入所述用戶的瞳孔的第一部分內(nèi)；通過第二出瞳將第二光圖案驅入所述用戶的瞳孔的第二部分內(nèi)，其中所述第一光圖案和所述第二光圖案與圖像中的要被呈現(xiàn)給所述用戶的子圖像對應，并且其中所述第一光圖案不同于所述第二光圖案。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括創(chuàng)建離散化聚合波前。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：確定所述用戶的瞳孔相對于光顯示組裝件的位置；以及至少部分地基于所確定的所述瞳孔的位置周圍的有限眼框計算將光導向所述瞳孔時的焦點。

在一個或多個實施例中，光的直徑不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括創(chuàng)建離散化聚合波前。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括至少部分地基于所需聚合波前的曲率半徑的中心聚合多個離散的相鄰準直光束。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)計算所述焦點。

在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括選擇多個細光束中的光的角軌跡以創(chuàng)建失焦光束。在一個或多個實施例中，多個細光束表示要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像數(shù)據(jù)的像素。在一個或多個實施例中，所述細光束以多個入射角照射眼睛。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像的一個或多個部分；以及多個微投光器，其投射與所述圖像的所述一個或多個部分關聯(lián)的光，所述微投光器以面向所述用戶的瞳孔的方式放置，并且其中所述多個微投光器中的一個微投光器被配置為投射表示所述子圖像的一部分的一組光線，所述一組光線被投射到所述用戶的瞳孔的一部分。

在一個或多個實施例中，所述用戶的瞳孔的第一部分從多個微投光器接收光線。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括反射面，其將來自從所述多個微投光器的所述光反射到所述用戶的瞳孔的一個或多個部分。在一個或多個實施例中，所述反射面以使得所述用戶能夠通過所述反射面查看真實世界的方式放置。在一個或多個實施例中，光的直徑不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括創(chuàng)建離散化聚合波前。

在另一實施例中，一種系統(tǒng)包括：處理器，其確定用戶的瞳孔的位置；以及空間光調制器(slm)陣列，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述slm陣列至少部分地基于所確定的所述用戶的瞳孔的位置來放置，并且其中當被所述用戶查看時，所述slm陣列產(chǎn)生光場。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；第一空間光調制器(slm)，其被配置為選擇性地發(fā)射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光線；第二slm，其相對于所述第一slm放置，所述第二slm也被配置為選擇性地發(fā)射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光線；以及處理器，其以在所述用戶查看已發(fā)射光線時產(chǎn)生光場的方式控制所述第一和第二slm。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，所述slm為lcd。在一個或多個實施例中，所述lcd發(fā)生衰減。在一個或多個實施例中，所述lcd旋轉所述發(fā)射光的偏振。在一個或多個實施例中，其中slm為dmd。在一個或多個實施例中，dmd與一個或多個透鏡耦合。在一個或多個實施例中，所述slm為mems陣列。在一個或多個實施例中，所述mem陣列包括滑動mems百葉窗陣列。在一個或多個實施例中，所述mems陣列為mems陣列。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：多個光纖，其投射與要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中多個光纖芯中的一個光纖芯與透鏡耦合，所述透鏡被配置為改變由掃描光纖投射的光束的直徑，其中所述透鏡包括梯度折射率。

在一個或多個實施例中，所述透鏡為grin透鏡。在一個或多個實施例中，所述透鏡瞄準所述光束。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括致動器，其與所述多個光纖芯中的該光纖芯耦合以掃描所述光纖。在一個或多個實施例中，所述致動器為壓電致動器。在一個或多個實施例中，該光纖芯的一端以一個角度被拋光以產(chǎn)生透鏡效應。在一個或多個實施例中，該光纖芯的一端被熔化以產(chǎn)生透鏡效應。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述光通過多個光纖芯被投射；借助透鏡更改通過所述多個光纖芯投射的光，其中所述透鏡與所述多個光纖芯的尖端耦合；以及將更改后的光傳送到所述用戶。

在一個或多個實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：多芯組裝件，其包括多個光纖以多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及波導，其接收所述光圖案并發(fā)射所述光圖案，以使得第一查看區(qū)僅接收與圖像的第一部分關聯(lián)的光，并且第二查看區(qū)僅接收與所述圖像的第二部分關聯(lián)的光，其中所述第一和第二查看區(qū)不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括模糊軟件，其使所述圖像的幀的一個或多個部分變得模糊。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，所述波導在沒有中間查看光學元件的情況下直接將光投射到用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：多芯組裝件，其包括多個光纖以多路傳輸與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；波導，其接收光圖案并且發(fā)射所述光圖案，以使得第一查看區(qū)僅接收與圖像的第一部分關聯(lián)的光，并且第二查看區(qū)僅接收與所述圖像的第二部分關聯(lián)的光，其中所述第一和第二查看區(qū)不大于0.5mm；以及光學組裝件，其與所述波導耦合以更改被發(fā)射到所述第一和第二查看區(qū)的光束。

所述多個光纖將光投射到單個波導陣列內(nèi)。在一個或多個實施例中，掃描所述多芯組裝件。在一個或多個實施例中，產(chǎn)生時變光場。所述光學組裝件為doe元件。在一個或多個實施例中，所述光學組裝件為lc層。

在一個或多個實施例中，一種方法包括：通過多芯組裝件投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，所述多芯組裝件包括多個光纖芯；以及通過波導傳送投射光，以使得所述用戶的瞳孔的第一部分接收與圖像的第一部分關聯(lián)的光，并且所述用戶的瞳孔的第二部分接收與所述圖像的第二部分關聯(lián)的光。

在一個或多個實施例中，所述第一和第二部分的直徑不大于0.5mm。在一個或多個實施例中，所述多個光纖將光投射到單個波導陣列內(nèi)。在一個或多個實施例中，掃描所述多芯組裝件。在一個或多個實施例中，所述波導包括多個反射器。在一個或多個實施例中，所述反射器的角度可變。在一個或多個實施例中，一組光學元件更改被傳送到所述第一和第二查看區(qū)域的光。所述一組光學元件為doe元件。所述一組光學元件為自由形狀光學元件。在一個或多個實施例中，所述一組光學元件為lc層。

在一方面，一種系統(tǒng)包括：微投光器陣列，其投射與要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述微投光器陣列相對于所述用戶的瞳孔的位置放置，并且其中所述光被投射到所述用戶的瞳孔內(nèi)。在一個或多個實施例中，根據(jù)權利要求407所述的光纖掃描顯示器，其中所述第一和第二光束疊加。在一個或多個實施例中，根據(jù)權利要求407所述的光纖掃描顯示器，其中所述第一和第二光束至少部分地基于拋光的光纖束的臨界角發(fā)生偏斜。根據(jù)權利要求407所述的光纖掃描顯示器，其中拋光的光纖束被用于增大所述顯示器的分辨率。在一個或多個實施例中，其中拋光的光纖束被用于產(chǎn)生光場。

在另一實施例中，一種系統(tǒng)包括：微投光器陣列，其投射與要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述微投光器陣列相對于所述用戶的瞳孔的位置放置，并且其中所述光被投射到所述用戶的瞳孔內(nèi)；以及光學元件，其與所述微投光器陣列耦合以更改被投射到所述用戶的瞳孔內(nèi)的光。

在又一實施例中，一種系統(tǒng)包括：多個多芯光纖，其發(fā)射光束，所述多個光束耦合在一起；以及耦合元件，其將所述多個多芯光纖捆綁在一起，其中多芯光纖束以相對于所述光纖的縱軸的臨界角被拋光，以使得從所述光纖束中的第一光纖發(fā)射的第一光束具有第一路徑長度，并且從所述光纖束中的第二光纖發(fā)射的第二光束具有第二路徑長度，并且其中所述第一路徑長度不同于所述第二路徑長度，以使得所述第一光束相對于所述第二光束異相。

在一個或多個實施例中，所述第一和第二光束疊加。在一個或多個實施例中，所述第一和第二光束至少部分地基于拋光的光纖束的臨界角發(fā)生偏斜。在一個或多個實施例中，拋光的光纖束被用于增加所述顯示器的分辨率。在一個或多個實施例中，拋光的光纖束被用于產(chǎn)生光場。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；多個光纖芯，其發(fā)射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束；以及光學元件，其與所述多個光纖芯耦合以從所述光纖芯接收準直光并且將所述光束傳送到所述用戶的眼睛，其中所述光束以多個角度被傳送到所述用戶的眼睛，以使得第一光束以第一角度被傳送到用戶的眼睛的一部分，并且第二光束以第二角度被傳送到所述用戶的眼睛的同一部分，其中所述第一角度不同于所述第二角度。在一個或多個實施例中，所述光學元件為波導。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括相位調制器，其調制通過所述光纖的光傳輸。

在又一實施例中，一種方法包括：提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；通過多個光纖芯發(fā)射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束；以及以多個角度將所述光束傳送到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括調制所述多個光纖的相位延遲。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括將光學元件耦合到所述多個光纖。在一個或多個實施例中，所述光學元件為光導。所述光學元件為自由形狀光學元件。在一個或多個實施例中，所述光學元件為doe。在一個或多個實施例中，所述光學元件為波導。

在一個或多個實施例中，一種虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)包括：多個光纖芯，其產(chǎn)生與要被呈現(xiàn)給用戶的一個或多個圖像關聯(lián)的光束；以及多個相位調制器，其與所述多個光纖芯耦合以調制所述光束，其中所述多個相位調制器以影響作為所述多個光束的結果而產(chǎn)生的波前的方式調制所述光。

在一個或多個實施例中，一個或多個光纖芯以一個或多個角度發(fā)生偏斜。在一個或多個實施例中，所述多個光纖中的一個光纖與grin透鏡耦合。在一個或多個實施例中，所述多個光纖被物理地致動以掃描所述光纖。

在又一方面，一種方法包括：提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；通過多個光纖芯投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及通過多個相位調制器，以影響所述多個光纖芯所產(chǎn)生的聚合波前的方式調制被所述多個光纖芯投射的光。

在一個或多個實施例中，被所述一個或多個光纖投射的光以一個或多個角度發(fā)生偏斜。在一個或多個實施例中，一個或多個光纖與grin透鏡耦合。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括掃描所述光束，其中所述多個光纖被物理地致動以掃描所述光纖。

在另一方面，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光纖陣列，其發(fā)射與要被呈現(xiàn)給用戶的圖像關聯(lián)的光束；以及透鏡，其與所述光纖陣列耦合以通過單個節(jié)點使所述光纖陣列輸出的多個光束發(fā)生偏斜，其中所述透鏡被物理地附接到所述光纖，以使得所述光纖的移動導致所述透鏡移動并且其中所述單個節(jié)點被掃描。

在一個或多個實施例中，所述光纖陣列輸出的光束表示要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像的像素。在一個或多個實施例中，所述透鏡為grin透鏡。在一個或多個實施例中，所述光纖陣列被用于顯示光場。在一個或多個實施例中，另一光纖陣列輸出的另一組光束表示要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像的另一像素。在一個或多個實施例中，多個光纖陣列被組合以表示要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像的像素。在一個或多個實施例中，所述光纖陣列被配置為將所述光束傳送到所述用戶的瞳孔的預定部分。在一個或多個實施例中，所述輸出光束發(fā)散。在一個或多個實施例中，所述輸出光束收斂。

在一個或多個實施例中，所述輸出光束的數(shù)值孔徑相對于各個光纖發(fā)射的光束增加。在一個或多個實施例中，增大的數(shù)值孔徑實現(xiàn)更高的分辨率。在一個或多個實施例中，所述光纖陣列通過使得穿過第一光纖的第一光束的路徑長度不同于穿過第二光纖的第二光束，從而允許所述光束的多個焦距被傳送到所述用戶的眼睛方式成斜面。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光纖芯陣列，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述光纖芯陣列中的一個或多個光纖芯以一角度被拋光，以使得投射光發(fā)生偏斜，并且其中拋光角度導致所述光纖芯陣列中的第一和第二光纖芯之間的相對于光學元件的路徑長度差；以及光掃描器，其接收偏斜的光束并沿至少一個軸掃描所述偏斜的光束。

在又一方面，一種向用戶提供虛擬或增強現(xiàn)實體驗中的至少一者的系統(tǒng)包括：框架；微投光器陣列，其由所述框架承載，并且當所述框架被所述用戶穿戴時，所述微投光器陣列能夠被置于所述用戶的至少一只眼睛的前方；以及本地控制器，其與所述微投光器陣列通信地耦合以將圖像信息提供給所述微投光器，所述本地控制器包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信地耦合的至少一個非臨時性處理器可讀介質，所述至少一個非臨時性處理器可讀介質存儲處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)中的至少一者，當由所述至少一個處理器執(zhí)行時，所述處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)導致所述至少一個處理器執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、緩存和存儲中的至少一項，并將所述圖像信息提供給所述微投光器，以便為所述用戶產(chǎn)生虛擬或增強現(xiàn)實視覺體驗中的至少一者。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少一個反射器，其由所述框架支撐并且被放置和定向為當所述框架被所述用戶穿戴時，將來自所述微投光器的光導向所述用戶的至少一只眼睛。在一個或多個實施例中，所述微投光器包括多個掃描光纖顯示器中的相應顯示器。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器中的每一者具有位于其末端的相應準直透鏡。在一個或多個實施例中，所述相應準直透鏡為梯度折射率(grin)透鏡。

在一個或多個實施例中，所述相應準直透鏡為曲面透鏡。在一個或多個實施例中，所述相應準直透鏡被熔合到所述相應掃描光纖顯示器的末端。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器具有位于其末端的相應衍射透鏡。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器中的每一者具有位于其末端的相應漫射器。

在一個或多個實施例中，所述漫射器被蝕刻在相應末端內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器中的每一者具有位于其末端的相應透鏡，所述透鏡從所述末端延伸足夠的距離以響應于激勵而自由振動。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器中的每一者具有位于其末端的相應反射器，所述反射器從所述末端延伸足夠的距離以響應于激勵而自由振動。在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器均包括相應單模光纖。

在一個或多個實施例中，所述掃描光纖顯示器均包括耦合的相應機械換能器以至少移動所述單模光纖的一個末端。在一個或多個實施例中，所述相應機械換能器均為壓電致動器。在一個或多個實施例中，每個所述單模光纖具有末端，所述末端具有半球透鏡形狀。在一個或多個實施例中，每個所述單模光纖具有末端，所述末端上貼附有折射透鏡。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括透明支架基片，其將所述多個單模光纖保持在一起。在一個或多個實施例中，所述透明支架基片具有與所述單模光纖包層的折射率至少大致匹配的折射率。在一個或多個實施例中，所述透明支架基片保持所述多個單模光纖芯，每個單模光纖芯均與公共點成一角度。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括耦合的至少一個機械換能器以統(tǒng)一移動所述多個單模光纖芯。在一個或多個實施例中，所述至少一個機械換能器以部分從所述透明支架基片懸挑出的單模光纖芯的機械諧振頻率來振動所述多個單模光纖芯。在一個或多個實施例中，所述微投光器包括多個平面波導中的相應波導，所述平面波導中的每一者的一部分從支架基片懸挑地延伸。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括耦合的至少一個機械換能器以統(tǒng)一移動所述多個平面波導。

在一個或多個實施例中，所述至少一個機械換能器以所述平面波導的機械諧振頻率振動所述支架基片。在一個或多個實施例中，所述微投光器包括耦合的多個壓電致動器中的相應壓電致動器以便相對于所述支架基片移動所述平面波導中的相應平面波導。在一個或多個實施例中，所述平面波導的每一者均限定沿著該平面波導的相應長度的全內(nèi)反射路徑，并且所述平面波導包括多個可電切換的衍射光學元件(doe)中的相應doe，所述doe可操作以將光傳播到相應全內(nèi)反射路徑的外部。在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列包括光纖陣列，每個光纖具有末端和至少一個斜邊。在一個或多個實施例中，所述至少一個斜邊位于所述末端，并且所述末端為拋光的末端。

在一個或多個實施例中，所述光纖中的每一者具有位于其相應末端的反射面。在一個或多個實施例中，所述末端具有位于所述末端處的輸出邊，所述輸出邊與相應光纖的縱軸成已定義的臨界角。在一個或多個實施例中，所述已定義的臨界角與所述相應光纖的所述縱軸大約成45度。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括聚焦透鏡，其位于從所述光纖芯的所述末端射出的光的光路中以接收所述光的多個彼此異相的光束。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括耦合的至少一個換能器，以在x-y笛卡爾坐標系中移動所述光纖芯中的至少一者，在x-z笛卡爾坐標系中移動所述至少一個光纖發(fā)射的光。在一個或多個實施例中，所述至少一個換能器為第一壓電致動器，所述第一壓電致動器在與所述光纖的懸挑部分延伸的方向垂直的方向上使所述懸挑部分共振。

在一個或多個實施例中，所述光纖包括光纖的細絲。在一個或多個實施例中，所述至少一個換能器為第二壓電致動器，所述第二壓電致動器在與所述光纖芯的懸挑部分延伸的方向平行的方向上移動至少所述懸挑部分。在一個或多個實施例中，所述微投光器包括至少一個單軸鏡，所述單軸鏡可操作以提供沿著所述光纖芯中的至少一個光纖芯的縱軸的緩慢掃描。在一個或多個實施例中，所述光纖陣列包括多芯光纖。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖包括位于單個導管內(nèi)的多個稀疏定位簇，這些簇約為七個，每個簇包括三個光纖，每個光纖承載光的三種不同顏色中的相應顏色。

在一個或多個實施例中，所述多芯光纖包括位于單個導管內(nèi)的多個稀疏定位簇，這些簇約為十九個，每個簇包括三個光纖芯，每個光纖承載光的三種不同顏色中的相應顏色以產(chǎn)生三種不同顏色的三個重疊點。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖包括位于單個導管內(nèi)的至少一個簇，所述簇包括至少三個光纖芯，所述光纖芯中的每一者承載光的至少兩種不同顏色。

在一個或多個實施例中，所述多芯光纖包括位于單個導管內(nèi)的至少一個簇，所述至少一個簇包括四個光纖，每個光纖承載光的四種不同顏色中的相應顏色，其中所述四中顏色中的一種為紅外線或近紅外線。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖包括緊束在一起的多個芯，并且進一步包括耦合的至少一個換能器以按照稀疏螺旋模式移動所述芯。在一個或多個實施例中，所述至少一個斜邊從所述末端向內(nèi)與所述末端具有間隔。在一個或多個實施例中，所述至少一個斜邊被拋光。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括耦合的至少一個換能器，以在x-y笛卡爾坐標系中移動所述光纖芯中的至少一者，在x-z笛卡爾坐標系中移動所述至少一個光纖發(fā)射的光。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括聚焦透鏡，其位于從所述光纖芯的所述斜邊射出的光的光路中以接收所述光的多個彼此異相的光束。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括激光器；以及至少一個相位調制器，其將所述激光器的輸出光學耦合到所述多芯光纖的多個芯以實現(xiàn)互相干性。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括微透鏡陣列，其光學耦合在所述多芯光纖的多個芯中的相應芯的輸入端的上游；以及棱鏡陣列，其光學耦合在多個準直透鏡與所述多芯光纖的所述芯的輸入端之間以使來自所述微透鏡陣列的光偏斜到所述多芯光纖的所述芯。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括微透鏡陣列，其光學耦合在所述多芯光纖的多個芯中的相應芯的輸入端的上游；以及共享聚焦棱鏡，其光學耦合在所述微透鏡與所述多芯光纖的所述芯的輸入端之間以使來自所述微透鏡陣列的光偏斜到所述多芯光纖的所述芯。

在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列進一步包括至少一個反射器，所述至少一個反射器可操作以產(chǎn)生掃描圖案并光學耦合到所述光纖陣列。在一個或多個實施例中，所述至少一個反射器可操作以產(chǎn)生多焦點光束的光柵掃描圖案、利薩如掃描圖案或螺旋掃描圖案中的至少一者。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖中的每個芯尋址無重疊的圖像面的相應部分。在一個或多個實施例中，所述多芯光纖中的每個芯尋址顯著重疊的圖像面的相應部分。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像源，其提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；光纖掃描顯示器，所述光纖掃描顯示器包括多個光纖以投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中使用致動器掃描所述多個光纖；以及處理器，其以使得光場被呈現(xiàn)給所述用戶的方式控制所述光纖掃描顯示器。

在一個或多個實施例中，在所述光纖掃描顯示器的所有光纖之間共享所述致動器。在一個或多個實施例中，每個光纖具有自己的個體致動器。在一個或多個實施例中，所述多個光纖通過點陣機械地耦合，以使得所述多個光纖一起移動。在一個或多個實施例中，所述點陣為石墨烯平面。在一個或多個實施例中，所述點陣為輕型支柱。

在另一實施例中，一種向用戶提供虛擬或增強現(xiàn)實體驗中的至少一者的系統(tǒng)包括：框架；顯示系統(tǒng)，其由所述框架承載，并且當所述框架被所述用戶穿戴時，所述顯示系統(tǒng)能夠被置于所述用戶的至少一只眼睛的前方；以及本地控制器，其與所述顯示系統(tǒng)通信地耦合以將圖像信息提供給所述顯示系統(tǒng)，所述本地控制器包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信地耦合的至少一個非臨時性處理器可讀介質，所述至少一個非臨時性處理器可讀介質存儲處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)中的至少一者，當由所述至少一個處理器執(zhí)行時，所述處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)導致所述至少一個處理器執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、緩存和存儲中的至少一項，并將所述圖像信息提供給所述顯示器，以便為所述用戶產(chǎn)生虛擬或增強現(xiàn)實視覺體驗中的至少一者。

在一個或多個實施例中，所述顯示器包括至少一個楔形波導，所述楔形波導具有至少兩個跨第一楔形波導的厚度彼此相對的平面，以及具有這樣的長度：沿著該長度，經(jīng)由所述楔形波導的入口部以已定義的角度進入所述楔形波導的光經(jīng)由全內(nèi)反射傳播，所述楔形波導的厚度沿著所述楔形波導的長度線性地變化。在一個或多個實施例中，所述楔形波導提供雙模全內(nèi)反射。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少兩個投光器，其在沿著所述楔形波導的入口部的相應不同位置處與所述楔形波導光學耦合。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多個投光器的第一線性陣列，其在沿著所述楔形波導的入口部的相應不同位置處與所述楔形波導光學耦合。

在一個或多個實施例中，其中所述多個投光器的第一線性陣列中的投光器為掃描光纖顯示器。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多個空間光調制器的堆棧，其沿著所述楔形波導的入口部與所述楔形波導光學耦合。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括多芯光纖，其在沿著所述楔形波導的入口部的一個或多個位置處與所述楔形波導光學耦合。

在一個或多個實施例中，所述投光器的第一線性陣列中的投光器與所述楔形波導光學耦合以便以第一角度將光注入所述楔形波導，進一步包括多個投光器的第二線性陣列，其在沿著所述楔形波導的入口部的相應不同位置處與所述楔形波導光學耦合，其中所述投光器的第二線性陣列中的投光器與所述楔形波導光學耦合以便以第二角度將光注入所述楔形波導，所述第二角度不同于所述第一角度。

在一個或多個實施例中，所述入口部是所述楔形波導的縱向端。在一個或多個實施例中，所述入口部是所述楔形波導的橫向邊。在一個或多個實施例中，所述入口部是所述楔形波導的平面之一。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少一個光學組件，其與投光器光學耦合，并且更改從所述投光器接收的光的角度，以便以在所述楔形波導內(nèi)實現(xiàn)所述光的全內(nèi)反射的角度將所述光光學耦合到所述楔形波導。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：微投光器陣列，其投射與要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束，其中所述微投光器可被配置為能夠相對于所述微投光器陣列中的一個或多個微投光器移動；框架，其容納所述微投光器陣列；以及處理器，其在操作上與所述微投光器陣列中的一個或多個微投光器耦合，以便以根據(jù)所述一個或多個微投光器相對于所述微投光器陣列的位置調制從所述一個或多個投光器發(fā)射的一個或多個光束的方式來控制所述一個或多個光束，從而使能將光場圖像傳送到所述用戶。

在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列中的微投光器與透鏡耦合。在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列以基于要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像的所需分辨率的方式排列。在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列以基于所需視場的方式排列。在一個或多個實施例中，多個微投光器中的光束重疊。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括致動器，其中所述致動器與一個或多個微投光器耦合，并且其中所述致動器可被配置為移動所述一個或多個微投光器。

在一個或多個實施例中，所述致動器與多個微投光器耦合。在一個或多個實施例中，所述致動器與單個微投光器耦合。在一個或多個實施例中，所述微投光器陣列中的一個微投光器與點陣機械耦合。

在又一實施例中，一種與虛擬或增強現(xiàn)實顯示器的用戶的眼睛角膜接觸的接觸鏡包括局部半球狀基片和選擇性濾光器。在一個或多個實施例中，所述選擇性濾光器被配置為選擇性地使光束通過用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，所述選擇性濾光器為陷波濾波器。在一個或多個實施例中，所述陷波濾波器充分地阻擋大約450nm(藍色峰值)的波長，并且充分地使電磁波譜可見部分中的其它波長通過。在一個或多個實施例中，所述陷波濾波器充分地阻擋大約530nm(綠色)的波長，并且充分地使電磁波譜可見部分中的其它波長通過。在一個或多個實施例中，所述陷波濾波器充分地阻擋大約650nm的波長，并且充分地使電磁波譜可見部分中的其它波長通過。

在一個或多個實施例中，所述陷波濾波器包括由所述基片承載的多層介電材料。在一個或多個實施例中，所述濾波器具有直徑小于1.5mm的針孔開口。在一個或多個實施例中，所述針孔開口允許多個波長的光束通過。在一個或多個實施例中，所述針孔的大小至少部分地基于所述顯示器的所需焦深變化。在一個或多個實施例中，所述接觸鏡進一步包括多個工作模式。在一個或多個實施例中，所述接觸鏡進一步包括所述虛擬內(nèi)容的多焦深顯示配置。

在一個或多個實施例中，所述接觸鏡進一步包括視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，特定顯示對象的焦深至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)變化。在一個或多個實施例中，圖像通過波導被中繼，所中繼的圖像與特定焦深關聯(lián)。

在另一實施例，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及通過與所述用戶的瞳孔耦合的局部半球狀基片接收投射光并選擇性地過濾出到所述用戶的瞳孔的光束。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光系統(tǒng)，其將與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光投射到用戶的眼睛，所述投光系統(tǒng)被配置為投射對應于與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的多個像素的光；以及處理器，其調制向所述用戶顯示的所述多個像素的焦深。

在一個或多個實施例中，對所述焦深進行空間調制。在一個或多個實施例中，對所述焦深進行時間調制。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括圖像生成源，其按照時序方式提供所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀。在一個或多個實施例中，逐幀調制所述焦深。在一個或多個實施例中，所述投光系統(tǒng)包括多個光纖，并且其中跨所述多個光纖調制所述焦深，以使得所述光纖的一部分與第一焦深關聯(lián)，所述光纖的另一部分與第二焦深關聯(lián)，其中所述第一焦深不同于所述第二焦深。

在一個或多個實施例中，特定幀的第一顯示對象通過第一焦深顯示，所述特定幀的第二顯示對象通過第二焦深顯示，其中所述第一焦深不同于所述第二焦深。在一個或多個實施例中，特定幀的第一像素與第一焦深關聯(lián)，所述特定幀的第二像素與第二焦深關聯(lián)，其中所述第一焦深不同于所述第二焦深。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視覺調節(jié)跟蹤模塊，其確定所述用戶的眼睛的視覺調節(jié)，其中所述焦深至少部分地基于所確定的視覺調節(jié)被調制。

在一個或多個實施例中，與所述發(fā)光系統(tǒng)關聯(lián)的發(fā)光模式隨所確定的視覺調節(jié)動態(tài)地改變。在一個或多個實施例中，所述模式是多個光纖的掃描圖案。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括模糊模塊，其使所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個部分變得模糊，其中產(chǎn)生所述模糊以平滑第一掃描圖案與第二掃描圖案之間的過渡，或平滑第一分辨率掃描間距到第二分辨率掃描間距的過渡。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光系統(tǒng)，其將與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光投射到用戶的眼睛，所述投光系統(tǒng)被配置為投射對應于與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的多個像素的光；處理器，其調制向所述用戶顯示的所述多個像素的大小。

在一個或多個實施例中，所述投光系統(tǒng)為光纖掃描顯示器。在一個或多個實施例中，所述投射光通過掃描圖案顯示。在一個或多個實施例中，所述處理器至少部分地基于掃描圖案類型調制特定像素的大小。在一個或多個實施例中，能夠部分地基于所述掃描圖案的掃描線之間的距離調制所述一個或多個像素的大小。在一個或多個實施例中，同一幀中的第一像素的大小不同于第二像素的大小。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中投射光的一個或多個光束與一個或多個像素對應，其中通過光纖掃描顯示器投射光；以及調制向所述用戶顯示的所述一個或多個像素的大小。

在一個或多個實施例中，所述特定像素的大小至少部分地基于所述光纖掃描顯示器的掃描圖案變化。在一個或多個實施例中，至少部分地基于所述掃描圖案的掃描線之間的距離調制所述一個或多個像素的大小。在一個或多個實施例中，所述一個或多個像素的大小可變。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：顯示系統(tǒng)，其傳送與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述顯示系統(tǒng)包括多個像素，其中所述顯示系統(tǒng)掃描具有可變線間距的光；模糊模塊，其可變地使所述多個像素中的一個或多個像素變得模糊，以更改所述一個或多個像素的大?。灰约疤幚砥?，其以使得至少部分地基于所述顯示系統(tǒng)的所述線間距改變像素大小的方式控制所述模糊模塊。在一個或多個實施例中，所述顯示系統(tǒng)為光纖掃描系統(tǒng)。在一個或多個實施例中，所述像素大小被放大。在一個或多個實施例中，所述像素大小被縮小。在一個或多個實施例中，所述間距線稀疏。在一個或多個實施例中，所述間距線稠密。

在另一方面，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的方法包括投射與要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及至少部分地基于所述圖像數(shù)據(jù)的特征選擇性地衰減所述投射光的至少一部分；以及將衰減后的光束傳送到所述用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述光束至少部分地基于所述光束的入射角度而被選擇性地衰減。在一個或多個實施例中，所述幀的不同部分被衰減到不同的量。在一個或多個實施例中，所述衰減光束的焦深可變。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；兩個或更多個空間光調制器(slm)的堆棧，所述空間光調制器的放置使得所述堆棧將與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光傳送到所述用戶，其中所述slm對來自外部環(huán)境的光進行空間衰減；以及處理器，其以調制光束穿過所述slm的一個或多個單元時的角度的方式控制所述slm堆棧。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括一組光學顯示元件，其中所述一組光學顯示元件被置于所述用戶的眼睛與所述外部環(huán)境之間。所述slm堆棧中的所述slm為膽甾相l(xiāng)cd。在一個或多個實施例中，所述slm中的至少一者為膽甾相l(xiāng)cd。在一個或多個實施例中，所述slm堆棧以使得所述用戶能夠通過所述slm堆棧查看外部世界的方式放置，其中所述slm至少半透明。

在一個或多個實施例中，所述空間光調制器陣列包括多個液晶陣列、數(shù)字光處理系統(tǒng)的多個數(shù)字鏡設備元件、多個微電機系統(tǒng)(mems)陣列或多個mems百葉窗中的至少一者。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括包含至少一個光學組件的遮光板，并且其中所述處理器控制所述遮光板的所述至少一個光學組件以產(chǎn)生黑色虛擬對象的暗場表示。

在另一方面，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：空間光調制器陣列，所述空間光調制器陣列被配置為產(chǎn)生光圖案，并且其中所述空間光調制器陣列包括至少兩個調制器；以及處理器，其以使得所述至少兩個空間調制器形成莫爾條紋的方式控制所述空間調制器陣列，其中所述莫爾條紋為周期性空間圖案，所述周期性空間圖案在與所述至少兩個空間光調制器上形成所述光圖案的時段不同的時段衰減光。

在一個或多個實施例中，所述空間光調制器陣列包括至少兩個空間光調制器陣列，所述至少兩個空間光調制器彼此光學耦合并且經(jīng)由莫爾效應控制光的經(jīng)過。在一個或多個實施例中，所述至少兩個空間光調制器陣列均承載相應衰減圖案。在一個或多個實施例中，所述至少兩個空間光調制器陣列均承載被印刷、蝕刻或以其它方式銘刻在其上或其中的相應細間距正弦波圖案。在一個或多個實施例中，所述至少兩個空間光調制器陣列彼此配準(registration)。在一個或多個實施例中，所述至少兩個空間光調制器陣列均承載相應衰減圖案。

在又一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：發(fā)光源，其提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述發(fā)光源為空間光調制器；以及針孔陣列，其以相對于所述空間光調制器的方式放置，以使得所述針孔陣列中的一個針孔從所述空間光調制器的多個單元接收光，并且其中穿過該針孔的第一光束與穿過該針孔的第二光束對應于不同的角度，并且其中所述空間光調制器的所述單元選擇性地衰減光。

在一個或多個實施例中，通過所述針孔陣列和所述slm查看外部環(huán)境，并且其中光束至少部分地基于所述光束的入射角度被選擇性地衰減。在一個或多個實施例中，來自視場的不同部分的光被選擇性地衰減。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括選擇性衰減層，其可選擇性地操作以衰減穿過其中的光的傳輸，所述選擇性衰減層與針孔層光學串聯(lián)。

在一個或多個實施例中，所述選擇性衰減層包括承載相應衰減圖案的液晶陣列、數(shù)字投光系統(tǒng)或空間光調制器陣列。在一個或多個實施例中，所述針孔陣列被置于距離所述用戶的眼睛的角膜大約30mm處，并且選擇性衰減板位于所述眼睛一側并與所述針孔陣列相對。在一個或多個實施例中，所述針孔陣列包括多個針孔，并且其中所述處理以使得光根據(jù)光束穿過所述多個針孔的角度被衰減的方式控制所述slm，從而產(chǎn)生聚合光場。在一個或多個實施例中，所述聚合光場在所需焦距處導致遮蔽。

在另一實施例中，一種系統(tǒng)包括：發(fā)光源，其提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述發(fā)光源為空間光調制器；以及透鏡陣列，其以相對于所述空間光調制器的方式放置，以使得所述透鏡陣列中的一個透鏡從所述空間光調制器的多個單元接收光，并且其中該透鏡接收的第一光束與該透鏡接收的第二光束對應于不同的角度，并且其中所述空間光調制器的所述單元選擇性地衰減光。

在一個或多個實施例中，通過所述透鏡陣列和所述slm查看外部環(huán)境，并且其中光束至少部分地基于所述光束的入射角度被選擇性地衰減。在一個或多個實施例中，來自視場的不同部分的光被選擇性地衰減。在一個或多個實施例中，所述透鏡陣列包括多個透鏡，并且其中所述處理以使得光根據(jù)所述多個透鏡接收光束的角度被衰減的方式控制所述slm，從而產(chǎn)生聚合光場。在一個或多個實施例中，所述聚合光場在所需焦距處導致遮蔽。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光器，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；至少一個偏振敏感層，其接收所述光并且旋轉所述光的偏振；以及偏振調制器陣列，其調制所述偏振敏感層的偏振，并且其中所述陣列中的單元的狀態(tài)確定多少光穿過所述偏振敏感層。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)以近眼配置放置。在一個或多個實施例中，所述偏振調制器為液晶陣列。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括視差屏障，所述視差屏障使偏振器偏移，以使得不同的出瞳具有通過所述偏振器的不同路徑。在一個或多個實施例中，所述偏振器為x極偏振器。在一個或多個實施例中，所述偏振器為多極偏振器。在一個或多個實施例中，所述偏振器為圖案化的偏振器。在一個或多個實施例中，所述光與一個或多個mems陣列相互作用。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括slm，其投射光，其中所述slm被置于一個或多個光學元件之間，其中所述光學元件與零放大望遠鏡對應。在一個或多個實施例中，所述用戶通過所述零放大望遠鏡查看外部環(huán)境。在一個或多個實施例中，至少一個slm被置于所述零放大望遠鏡內(nèi)的圖像平面處。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括dmd，其中所述dmd與透明基片對應。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括包含至少一個光學組件的遮光板，并且其中所述處理器控制所述遮光板的所述至少一個光學組件以產(chǎn)生黑色虛擬對象的暗場表示。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括一個或多個lcd，其中所述一個或多個lcd選擇性地衰減光束。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括一個或多個lcd，其中所述一個或多個lcd用作偏振旋轉器。在一個或多個實施例中，所述遮光板為百葉窗式mems設備。

在一個或多個實施例中，所述百葉窗式mem設備不透明，并且其中所述百葉窗式mems設備逐像素更改入射角度。在一個或多個實施例中，所述遮光板為滑動板mems設備，其中所述滑動板mems設備來回滑動以更改遮蔽區(qū)域。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光；通過基片處的接收投射光的偏振敏感層旋轉光的偏振；以及調制光的偏振以選擇性地衰減穿過所述偏振層的光。

在一個或多個實施例中，所述偏振調制器為液晶陣列。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括創(chuàng)建視差屏障，所述視差屏障使偏振器偏移，以使得不同的出瞳具有通過所述偏振器的不同路徑。在一個或多個實施例中，所述偏振器為x極偏振器。在一個或多個實施例中，所述偏振器為多極偏振器。在一個或多個實施例中，所述偏振器為圖案化的偏振器。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：發(fā)光源，其提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述發(fā)光源為空間光調制器；微電-機(mems)百葉窗陣列，其中所述mems百葉窗被容納在基本透明的基片內(nèi)，并且其中所述mems百葉窗能被配置為更改光被傳送到像素的角度，以及其中被傳送到所述用戶的第一像素的角度不同于被傳送到所述用戶的第二像素的角度。

在一個或多個實施例中，所述至少一個光學組件包括第一微電-機系統(tǒng)(mems)百葉窗陣列。在一個或多個實施例中，所述mems百葉窗陣列包括由光學透明基片承載的多個基本不透明的百葉窗。在一個或多個實施例中，所述所述微電-機系統(tǒng)(mems)百葉窗陣列具有足夠細以選擇地按像素遮光的百葉窗間距。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括所述遮光板的至少一個光學組件，所述至少一個光學組件包括第二mems百葉窗陣列，所述第二mems百葉窗陣列與所述第一mems百葉窗陣列成堆疊配置。

在一個或多個實施例中，所述mems百葉窗陣列包括由光學透明基片承載的多個偏振百葉窗，所述百葉窗中的每一者的相應偏振狀態(tài)可選擇性地控制。在一個或多個實施例中，所述第一和第二mems板陣列中的所述百葉窗為偏振器。在一個或多個實施例中，所述遮光板的至少一個光學組件包括被安裝為在框架中移動的第一微電-機系統(tǒng)(mems)板陣列。

在一個或多個實施例中，所述第一mems板陣列中的所述板以可滑動的方式安裝以在框架中移動。在一個或多個實施例中，所述第一mems板陣列中的所述板以可旋轉的方式安裝以在框架中移動。在一個或多個實施例中，所述第一mems板陣列中的所述板同時以可平移和可旋轉的方式安裝以在框架中移動。在一個或多個實施例中，所述板可移動以產(chǎn)生莫爾條紋。在一個或多個實施例中，所述遮光板的所述至少一個光學組件進一步包括被安裝為在框架中移動的第二mems板陣列，所述第二陣列與所述第一陣列成堆疊配置。所述第一和所述第二mems板陣列中的板為偏振器。在一個或多個實施例中，所述遮光板的所述至少一個光學組件包括反射器陣列。

在另一實施例中，一種系統(tǒng)包括至少一個波導，其從外部環(huán)境接收光并將所述光導向一個或多個空間光調制器，其中所述一個或多個空間光調制器選擇性地衰減所述用戶的視場的不同部分中所接收的光。在一個或多個實施例中，所述至少一個波導包括第一和第二波導，并且其中所述第二波導被配置為將從所述slm射出的光傳送到所述用戶的眼睛。

在另一實施例中，一種方法包括：從外部環(huán)境接收光；將所述光導向選擇性衰減器；以及通過所述選擇性衰減器選擇性地衰減所述用戶的視場的不同部分中所接收的光。

在一個或多個實施例中，所述至少一個波導包括第一和第二波導，并且其中所述第二波導被配置為將從所述slm射出的光傳送到所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，所述選擇性衰減器為空間光調制器。在一個或多個實施例中，所述空間光調制器為dmd陣列。在一個或多個實施例中，所述光通過一個或多個波導被導向所述一個或多個空間光調制器。在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括將光重新耦合回所述波導，從而導致所述光部分地朝向所述用戶的眼睛射出。在一個或多個實施例中，所述波導被定向為基本垂直于所述選擇性衰減器。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：發(fā)光源，其提供與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述發(fā)光源包括多個微投光器；波導，其被配置為從所述多個微投光器接收光并將光發(fā)射到用戶的眼睛。

在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于線性陣列中。在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于所述波導的一個邊中。在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于所述波導的多個邊中。在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于二維陣列中。在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于三維陣列中。在一個或多個實施例中，所述微投光器被置于所述基片的多個邊處。在一個或多個實施例中，其中以多個角度放置所述微投光器。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀，其中所述圖像數(shù)據(jù)包括要被呈現(xiàn)給用戶的一個或多個虛擬對象；以及渲染引擎，其以使得所述用戶感知到所述一個或多個虛擬對象周圍的光環(huán)的方式渲染所述一個或多個虛擬對象。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括光衰減器，其中所述光衰減器跨所述用戶的視場平衡所述光環(huán)的光強度。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀，其中所述圖像數(shù)據(jù)包括要被呈現(xiàn)給用戶的一個或多個虛擬對象；以及以使所述用戶感知到所述一個或多個虛擬對象周圍的光環(huán)的方式渲染所述一個或多個虛擬對象，從而使得所述用戶更容易查看所述虛擬對象，其中所述虛擬對象為黑色虛擬對象。

在一個或多個實施例中，所述方法進一步包括通過光衰減器選擇性地衰減從外部環(huán)境接收的光，其中所述光衰減器跨所述用戶的視場平衡所述光環(huán)的光強度。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：相機系統(tǒng)，其捕獲真實環(huán)境的視圖；穿透式光學系統(tǒng)，其顯示疊加在所述真實環(huán)境的視圖上的一個或多個虛擬對象，其中所捕獲的視圖被用于渲染要被呈現(xiàn)給所述用戶的一個或多個虛擬對象；以及光強度模塊，其至少部分地基于一個或多個真實對象與所述一個或多個虛擬對象之間的關聯(lián)調制所述真實環(huán)境的視圖的光強度，以便與所述一個或多個真實對象相比，黑色虛擬對象是可見的。

在一個或多個實施例中，所捕獲的視圖被用于產(chǎn)生一個或多個虛擬對象周圍的光環(huán)，其中所述光環(huán)跨空間消退。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括光衰減器，其中所述光衰減器跨所述用戶的視場平衡所述光環(huán)的光強度。

在又一實施例中，一種驅動增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)的方法包括：渲染用戶的視場的一個位置處的第一虛擬對象；以及基本與所述第一虛擬對象的渲染同時，渲染所述用戶的視場中至少在空間上接近所渲染的第一虛擬對象的視覺重點。

在一個或多個實施例中，渲染視覺重點包括以強度梯度渲染所述視覺重點。在一個或多個實施例中，渲染視覺重點包括以接近所述視覺重點的周界的模糊渲染所述視覺重點。

在一個或多個實施例中，渲染至少在空間上接近所渲染的第一虛擬對象的視覺重點包括渲染在空間上接近所渲染的第一虛擬對象的光環(huán)視覺效應。在一個或多個實施例中，渲染在空間上接近所渲染的第一虛擬對象的光環(huán)視覺效應包括渲染所述光環(huán)視覺效應以便比所渲染的第一虛擬對象更亮。

在一個或多個實施例中，渲染所述光環(huán)視覺效應以便比所渲染的第一虛擬對象更亮是響應于判定所渲染的第一虛擬對象比暗閾值更暗。在一個或多個實施例中，渲染光環(huán)視覺效應包括在所感知的三維空間中與所渲染的第一虛擬對象分離的焦平面中渲染所述光環(huán)視覺效應。在一個或多個實施例中，渲染光環(huán)視覺效應包括以強度梯度渲染所述光環(huán)視覺效應。在一個或多個實施例中，渲染光環(huán)視覺效應包括以這樣的強度梯度渲染所述光環(huán)視覺效應：即，該強度梯度與被施加到所述第一虛擬對象的渲染的遮蔽所導致的暗光環(huán)匹配以補償所述遮蔽的暗場效應。

在一個或多個實施例中，渲染光環(huán)視覺效應包括以接近所述光環(huán)視覺效應的周界的模糊渲染所述光環(huán)視覺效應。在一個或多個實施例中，所渲染的第一視覺對象具有非圓形周界，并且所渲染的光環(huán)視覺效應與所述非圓形周界一致。在一個或多個實施例中，渲染至少在空間上接近所渲染的第一虛擬對象的視覺重點包括在所感知的三維空間中與所渲染的第一虛擬對象分離的焦平面中渲染所述視覺效應。在一個或多個實施例中，在所感知的三維空間中與所渲染的第一虛擬對象分離的焦平面中渲染所述視覺效應包括就其中渲染所渲染的第一虛擬對象的焦平面而言，在相對遠離所述用戶的焦平面中渲染所述視覺效應。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀，其中所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀包括至少一個黑色虛擬對象；以及渲染圖像，其渲染所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀，并且其中所述渲染引擎將所述黑色虛擬對象渲染為藍色虛擬對象，以使得所述黑色虛擬對象對所述用戶可見。

在一個或多個實施例中，渲染用戶的視場的一個位置處的第一虛擬對象包括首先將所述第一虛擬對象的任何黑色調更改為深藍色。

在又一實施例中，一種用于發(fā)射光束以顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：至少一個波導，所述至少一個波導具有第一端、跨所述至少一個波導的長度與所述第一端具有間隔的第二端，沿著該長度，以已定義的角度進入相應波導的光經(jīng)由全內(nèi)反射傳播；至少接近所述至少一個波導的第一端放置的至少一個邊緣反射器，其用于通過光學反射將光耦合回所述至少一個波導的所述第一端；以及至少接近所述至少一個波導的第二端放置的至少一個邊緣反射器，其用于通過光學反射將光耦合回所述至少一個波導的所述第二端。

在一個或多個實施例中，所述至少一個波導具有在所述波導內(nèi)部的多個橫向反射和/或衍射面，所述面將所述光的至少一部分橫向地重定向到所述波導的外部。在一個或多個實施例中，所述橫向反射和/或衍射面為低衍射效率衍射光學元件(doe)。在一個或多個實施例中，至少接近所述至少一個波導的第一端放置的至少一個邊緣反射器包括至少接近所述至少一個波導的所述第一端放置的多個反射器。

在一個或多個實施例中，至少接近所述至少一個波導的第二端放置的至少一個邊緣反射器包括至少接近所述至少一個波導的所述第二端放置的多個反射器。在一個或多個實施例中，至少一個波導為單波導。

在又一實施例中，一種用于發(fā)射光束以顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：波導組裝件，其包括：多個平面波導，所述平面波導中的每一者分別具有跨該平面波導的厚度彼此相對的至少兩個扁平平行主面；第一端；第二端，其跨該波導的長度與所述第一端相對，沿著該長度，以已定義的角度進入相應波導的光經(jīng)由全內(nèi)反射傳播；以及兩個扁平主邊，其跨該波導的寬度彼此相對，所述多個平面波導沿著與所述平面波導的厚度方向平行的第一軸線和沿著與所述平面波導的寬度平行的第二軸線具有堆疊配置，從而形成三維平面波導陣列。

在一個或多個實施例中，存在沿著所述第一軸線的方向堆疊的至少三個平面波導。在一個或多個實施例中，存在沿著所述第二軸線的方向堆疊的至少三個平面波導。在一個或多個實施例中，存在沿著所述第二軸線的方向堆疊的至少三個平面波導。在一個或多個實施例中，沿著所述第一軸線堆疊的相繼平面波導彼此緊鄰，并且沿著所述第二軸堆疊的相繼平面波導彼此緊鄰。在一個或多個實施例中，所述波導組裝件進一步包括由所述平面波導中的至少一者的至少一個平面承載的多個反射層。

所述反射層包括完全反射的金屬涂層。在一個或多個實施例中，所述反射層包括波長特定的反射器。在一個或多個實施例中，所述反射層沿著所述第一或所述第二軸線中的至少一者分隔每個相繼平面波導對中的平面波導。在一個或多個實施例中，所述反射層沿著所述第一和所述第二軸線兩者分隔每個相繼平面波導對中的平面波導。

在一個或多個實施例中，多個所述平面波導中的每一者分別包括多個橫向反射和/或衍射面，所述面將相應平面波導接收的光的至少一部分橫向地重定向到該平面波導的外部。在一個或多個實施例中，所述橫向反射和/或衍射面包括衍射光學元件，所述衍射光學元件夾在在相應平面波導的所述主面之間的相應平面波導中。在一個或多個實施例中，所述衍射光學元件可選擇性地操作以改變焦距。。

在一個或多個實施例中，所述第一軸線為弧形軸線，并且所述波導組裝件中的至少一組中的每個所述平面波導的至少一個所述主邊被定向為聚焦于單個線，所述單個線與所述平面波導的長度平行。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光器，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述投光器為光纖掃描顯示器；波導組裝件，其可變地使光偏斜到用戶的眼睛，其中所述波導朝向所述眼睛凹陷地彎曲。

在一個或多個實施例中，所述彎曲波導擴展視場。在一個或多個實施例中，彎曲的波導有效地將光導向所述用戶的眼睛。在一個或多個實施例中，彎曲的波導包括時變光柵，從而產(chǎn)生針對所述光纖掃描顯示器掃描所述光的軸線。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：穿透式分束器基片，其具有用于接收光的入口和相對于所述入口成一角度的多個內(nèi)部反射或衍射面，所述內(nèi)部反射或衍射面將在所述入口接收的光的至少一部分橫向地重定向到所述穿透式分束器基片的外部并重定向到所述用戶的眼睛，其中所述多個內(nèi)部反射或衍射面包括沿著所述穿透式分束器基片的縱軸具有間隔的多個橫向反射和/或衍射面，所述橫向反射和/或衍射面中的每一者與所述入口成一角度或者可與所述入口成一角度，以將在所述入口接收的光的至少一部分橫向地重定向到所述穿透式分束器基片的外部并沿著光路重定向到所述用戶的眼睛；發(fā)光系統(tǒng)，其將光發(fā)射到所述穿透式分束器；以及本地控制器，其與顯示系統(tǒng)通信地耦合以將圖像信息提供給所述顯示系統(tǒng)，所述本地控制器包括至少一個處理器，以及與所述至少一個處理器通信地耦合的至少一個非臨時性處理器可讀介質，所述至少一個非臨時性處理器可讀介質存儲處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)中的至少一者，當由所述至少一個處理器執(zhí)行時，所述處理器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)導致所述至少一個處理器執(zhí)行數(shù)據(jù)處理、緩存和存儲中的至少一項，并且將所述圖像信息提供給所述顯示器，以便為所述用戶產(chǎn)生虛擬或增強現(xiàn)實視覺體驗中的至少一者。

在一個或多個實施例中，所述橫向反射和/或衍射面包括至少一個衍射光學元件(doe)，其中以多個已定義的角度進入所述分束器的準直光束沿著其長度被全內(nèi)反射，并且在一個或多個位置處與所述doe相交。在一個或多個實施例中，至少一個衍射光學元件(doe)包括第一光柵。在一個或多個實施例中，所述第一光柵為第一布拉格光柵。

在一個或多個實施例中，所述doe包括第二光柵，所述第一光柵位于第一平面上并且所述第二光柵位于第二平面上，所述第二平面與所述第一平面具有間隔，以使得所述第一和所述第二光柵相互作用以產(chǎn)生莫爾拍頻波形圖。在一個或多個實施例中，所述第一光柵具有第一間距并且所述第二光柵具有第二間距，所述第一間距與所述第二間距相同。在一個或多個實施例中，所述第一光柵具有第一間距并且所述第二光柵具有第二間距，所述第一間距不同于所述第二間距。在一個或多個實施例中，可控制所述第一光柵間距以隨時間更改所述第一光柵間距。在一個或多個實施例中，所述第一光柵包括彈性材料并且發(fā)生機械變形。

在一個或多個實施例中，所述第一光柵由發(fā)生機械變形的彈性材料承載。在一個或多個實施例中，可控制所述第一光柵間距以隨時間更改所述第一光柵間距。在一個或多個實施例中，可控制所述第二光柵間距以隨時間更改所述第二光柵間距。在一個或多個實施例中，所述第一光柵為電活性光柵，其具有至少一個接通狀態(tài)和關斷狀態(tài)。在一個或多個實施例中，所述第一光柵包括聚合物分散液晶，所述聚合物分散液晶的多個液晶滴被可控地激活以更改所述第一光柵的折射率。

在一個或多個實施例中，所述第一光柵為時變光柵，其中所述第一光柵為時變光柵，并且所述本地控制器控制至少所述第一光柵以擴展所述顯示器的視場。在一個或多個實施例中，所述第一光柵為時變光柵，并且所述本地控制器采用至少所述第一光柵的時變控制以校正色差。在一個或多個實施例中，所述本地控制器驅動至少所述第一光柵以相對于圖像的對應像素中的藍色或綠色子像素中的至少一者改變所述圖像的像素中的紅色子像素的放置。在一個或多個實施例中，所述本地控制器驅動至少所述第一光柵以橫向地移動出射圖案，從而填充出站像圖中的間隙。

在一個或多個實施例中，至少一個doe元件具有第一圓形對稱項。在一個或多個實施例中，至少一個doe元件具有第一線性項，所述第一線性項被與所述第一圓形對稱項相加。在一個或多個實施例中，所述圓形對稱項可控。在一個或多個實施例中，至少一個doe元件具有又一第一圓形對稱項。在一個或多個實施例中，所述至少一個衍射光學元件(doe)包括第一doe。在一個或多個實施例中，所述第一doe為圓形doe。

在一個或多個實施例中，所述圓形doe為時變doe。在一個或多個實施例中，所述圓形doe相對于波導被分層以供聚焦調制。在一個或多個實施例中，所述圓形doe的衍射圖案為靜態(tài)圖案。在一個或多個實施例中，所述圓形doe的衍射圖案為動態(tài)圖案。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)包括附加的圓形doe，其中所述附加的圓形doe相對于所述圓形doe放置，從而通過少量可切換doe實現(xiàn)多種聚焦程度。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括可切換doe元件矩陣。在一個或多個實施例中，所述矩陣被用于擴展視場。在一個或多個實施例中，所述矩陣被用于擴展出瞳的大小。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光系統(tǒng)，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束；衍射光學元件(doe)，其接收投射光束并在所需焦點處傳送所述光束，其中所述doe為圓形doe。

在一個或多個實施例中，所述doe可沿著單個軸線拉伸以調整線性doe項的角度。在一個或多個實施例中，所述doe包括膜以及至少一個換能器，所述換能器可操作以在z軸中通過振蕩動作選擇性地振動所述膜，從而提供z軸控制和焦點隨時間的改變。在一個或多個實施例中，所述doe內(nèi)嵌在可拉伸的介質中，以使得能夠通過物理地拉伸所述介質來調整所述doe的間距。在一個或多個實施例中，所述doe被雙向拉伸，并且其中所述doe的拉伸影響所述doe的焦距。在一個或多個實施例中，根據(jù)權利要求762所述的系統(tǒng)進一步包括多個圓形doe，其中所述doe沿著z軸堆疊。圓形doe在波導前方被分層以供聚焦調制。在一個或多個實施例中，根據(jù)權利要求768所述的系統(tǒng)，其中所述doe為靜態(tài)doe。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光系統(tǒng)，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束；第一波導，其沒有任何衍射光學元件(doe)，所述第一波導沿著所述第一波導的長度的至少一部分，經(jīng)由全內(nèi)反射傳播由所述第一波導以多個已定義的角度接收的光，并且將來自所述第一波導的光提供給外部作為準直光；第二波導，其具有至少第一圓形對稱衍射光學元件(doe)，所述第二波導被光學耦合以從所述第一波導接收所述準直光；以及處理器，其控制所述doe的光柵。

在一個或多個實施例中，所述第一doe可被選擇性地控制。在一個或多個實施例中，所述顯示器除所述第一doe之外還包括多個附加doe，所述doe按照堆疊配置排列。在一個或多個實施例中，所述多個附加doe中的每個doe可被選擇性地控制。在一個或多個實施例中，本地控制器控制所述第一doe和所述多個附加doe以動態(tài)地調制穿過所述顯示器的光的焦點。在一個或多個實施例中，所述處理器選擇性地分別切換所述第一doe和所述多個附加doe以實現(xiàn)多種聚焦程度，可實現(xiàn)的聚焦程度數(shù)目大于所述堆棧中的所述doe的總數(shù)。

在一個或多個實施例中，所述堆棧中的每個所述doe具有相應光功率，所述doe的光功率以靜態(tài)可控方式彼此相加。在一個或多個實施例中，所述堆棧中的至少一個所述doe的相應光功率是所述堆棧中的至少另一所述doe的相應光功率的兩倍。在一個或多個實施例中，所述處理器選擇性地分別切換所述第一doe和所述多個附加doe以隨時間調制所述doe的相應線性項和半徑項。在一個或多個實施例中，所述處理器選擇性地分別基于幀序列切換所述第一doe和所述多個附加doe。

所述doe堆棧包括聚合物分散液晶元件堆棧。在一個或多個實施例中，在沒有施加的電壓時，主介質折射率與所述聚合物分散液晶元件的一組分散分子的折射率匹配。在一個或多個實施例中，所述聚合物分散液晶元件包括鈮酸鋰分子和位于主介質的任一側的多個透明氧化銦錫層電極，其中所述分散的鈮酸鋰分子以可控方式更改折射率并且在所述主介質內(nèi)功能性地形成衍射圖案。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的方法包括：將與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光投射到用戶；在第一波導處接收光，所述第一波導沒有任何衍射光學元件，并且通過內(nèi)反射傳播所述光；在具有至少第一圓形對稱衍射光學元件(doe)的第二波導處接收準直光，所述第二波導被光學耦合以從所述第一波導接收所述準直光，其中所述圓形對稱doe的光柵可變，并且其中所述第一波導和所述第二波導被組裝在doe堆棧中。

在一個或多個實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的光學元件包括：至少一個衍射光學元件(doe)，其被放置為接收光，所述至少一個doe包括多個可單獨尋址區(qū)段的第一陣列，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者具有至少一個電極，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者對經(jīng)由相應至少一個電極接收的至少一個相應信號做出響應，從而選擇性地在至少第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換，所述第二狀態(tài)不同于所述第一狀態(tài)。

在一個或多個實施例中，通過多路傳輸相鄰可尋址子區(qū)段來擴展視場。在一個或多個實施例中，所述第一狀態(tài)為接通狀態(tài)，所述第二狀態(tài)為關斷狀態(tài)。在一個或多個實施例中，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者具有相應一組至少兩個氧化銦錫電極。在一個或多個實施例中，所述至少一個doe的多個可單獨尋址區(qū)段的第一陣列為一維陣列。在一個或多個實施例中，所述至少一個doe的多個可單獨尋址區(qū)段的第一陣列為二維陣列。在一個或多個實施例中，所述可單獨尋址區(qū)段的第一陣列為位于第一平面層上的第一doe的區(qū)段。

在一個或多個實施例中，所述至少一個doe包括至少第二doe，所述第二doe包括多個可單獨尋址區(qū)段的第二陣列，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者具有至少一個電極，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者對經(jīng)由相應至少一個電極接收的至少一個相應信號做出響應，從而選擇性地在至少第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換，所述第二狀態(tài)不同于所述第一狀態(tài)，所述第二doe陣列位于第二平面層上，所述第二平面層與所述第一平面層成堆疊配置。

在一個或多個實施例中，所述至少一個doe包括至少第三doe，所述第三doe包括多個可單獨尋址區(qū)段的第三陣列，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者具有至少一個電極，所述可單獨尋址子區(qū)段中的每一者對經(jīng)由相應至少一個電極接收的至少一個相應信號做出響應，從而選擇性地在至少第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換，所述第二狀態(tài)不同于所述第一狀態(tài)，所述第三doe陣列位于第三平面層上，所述第三平面層與所述第一和第二平面層成堆疊配置。

在一個或多個實施例中，所述可單獨尋址區(qū)段的第一陣列內(nèi)嵌在單個平面波導內(nèi)。在一個或多個實施例中，所述本地控制器控制所述單獨可尋址子區(qū)段，以便選擇性地在第一時間從所述平面波導發(fā)射準直光，以及在第二時間從所述平面波導發(fā)射發(fā)散光，所述第二時間不同于所述第一時間。在一個或多個實施例中，所述本地控制器控制所述單獨可尋址子區(qū)段，以便選擇性地在第一時間沿第一方向從所述平面波導發(fā)射光，以及在所述第一時間沿第二方向從所述平面波導發(fā)射光，所述第二方向不同于所述第一方向。

在一個或多個實施例中，所述本地控制器控制所述單獨可尋址子區(qū)段，以便隨時間跨一個方向選擇性地掃描光。在一個或多個實施例中，所述本地控制器控制所述單獨可尋址子區(qū)段，以便隨時間選擇性地聚光。在一個或多個實施例中，所述本地控制器控制所述單獨可尋址子區(qū)段，以便隨時間選擇性地改變出瞳的視場。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：第一自由形狀反射和透鏡光學組件，其增大一組已定義的光學參數(shù)的視場大小，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件包括：第一曲面、第二曲面、以及第三曲面，所述第一曲面至少部分地能夠光學透射和折射，并且將聚焦變化賦予所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件經(jīng)由所述第一曲面接收的光，所述第二曲面至少部分地將所述第二曲面從所述第一曲面接收的光反射到所述第三曲面，并且傳送所述第二曲面從所述第三曲面接收的光，所述第三曲面經(jīng)由所述第二曲面至少部分地將光反射出所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件。

在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一曲面為相應自由形狀曲面。在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一曲面向所述光添加消像散性。在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三曲面添加相反的消像散性，以抵消所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一曲面所添加的消像散性。在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二曲面為相應自由形狀曲面。在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二曲面將通過全內(nèi)反射而反射的已定義角度的光反射到所述第三曲面。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：光纖掃描顯示器，其投射與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述光纖掃描顯示器被配置為將所述光傳送到第一自由形狀光學元件；以及第一自由形狀反射和透鏡光學組件，其增大一組已定義的光學參數(shù)的視場大小，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件包括：第一曲面、第二曲面、以及第三曲面，所述第一曲面至少部分地能夠光學透射和折射，并且將聚焦變化賦予所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件經(jīng)由所述第一曲面接收的光，所述第二曲面至少部分地將所述第二曲面從所述第一曲面接收的光反射到所述第三曲面，并且傳送所述第二曲面從所述第三曲面接收的光，所述第三曲面經(jīng)由所述第二曲面至少部分地將光反射出所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件。

在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件為tir自由形狀光學元件。在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件具有不均勻的厚度。在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件為楔形光學元件。在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件為錐形元件。在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件與任意曲線對應。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；顯示系統(tǒng)，其提供與所述圖像的一個或多個幀關聯(lián)的光；以及自由形狀光學元件，其更改所提供的光并將所述光傳送到所述用戶，其中所述自由形狀光學元件包括反射涂層，其中所述顯示系統(tǒng)被配置為使用光照射所述自由形狀光學元件，以使得所述光的波長與所述反射涂層的對應波長匹配。

在一個或多個實施例中，一個或多個自由形狀光學元件相對于彼此平鋪。在一個或多個實施例中，一個或多個自由形狀光學元件沿著z軸平鋪。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供要被呈現(xiàn)給用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；顯示系統(tǒng)，其提供與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光，其中所述顯示系統(tǒng)包括多個微顯示器；以及自由形狀光學元件，其更改所提供的光并將所述光傳送到所述用戶。

一個或多個自由形狀光學元件相對于彼此平鋪。在一個或多個實施例中，所述多個微顯示器投射的光增大視場。在一個或多個實施例中，所述自由形狀光學元件被配置為使得特定自由形狀光學元件僅傳送一種顏色。在一個或多個實施例中，所述平鋪的自由形狀為星形。在一個或多個實施例中，所述平鋪的自由形狀光學元件增大出瞳的大小。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括另一自由形狀光學元件，其中所述自由形狀光學元件以產(chǎn)生均勻材料厚度的方式被堆疊在一起。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括另一自由形狀光學元件，其中所述另一光學元件被配置為捕獲與外部環(huán)境對應的光。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括dmd，其中所述dmd被配置為遮蔽一個或多個像素。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括一個或多個lcd。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括接觸鏡基片，其中所述自由形狀光學元件與所述接觸鏡基片耦合。在一個或多個實施例中，所述多個微顯示器提供聚合形式的小出瞳陣列，其在功能相當于大出瞳。

在一個或多個實施例中，至少一個圖像源包括：至少第一單色圖像源，所述第一單色圖像源提供第一顏色的光；至少第二單色圖像源，所述第二單色圖像源提供第二顏色的光，所述第二顏色不同于所述第一顏色；以及至少第三單色圖像源，所述第三單色圖像源提供第三顏色的光，所述第三顏色不同于所述第一和第二顏色。在一個或多個實施例中，所述至少第一單色圖像源包括第一掃描光纖子組，所述至少第二單色圖像源包括第二掃描光纖子組，所述至少第三單色圖像源包括第三掃描光纖子組。

所述系統(tǒng)進一步包括遮光板，其位于所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件與所述至少一個反射器之間的光路中，所述遮光板可操作以選擇性地逐像素遮蔽光。所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件形成接觸鏡的至少一部分。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括補償透鏡，其與所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的一部分光學耦合。

在一個或多個實施例中，一種系統(tǒng)包括：第一自由形狀反射和透鏡光學組件，其增大一組已定義的光學參數(shù)的視場大小，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件包括：第一表面、第二表面、以及第三表面，所述第一表面至少部分地能夠光學透射所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件經(jīng)由所述第一表面接收的光，所述第二表面為曲面，其至少部分地將所述第二表面從所述第一表面接收的光反射到所述第三表面，并且傳送所述第二表面從所述曲面接收的光，所述第三表面為曲面，其經(jīng)由所述第二表面至少部分地將光反射出所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件；以及第二自由形狀反射和透鏡光學組件，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件包括：第一表面、第二表面、以及第三表面，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面至少部分地能夠光學透射所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件經(jīng)由所述第一表面接收的光，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二表面為曲面，其至少部分地將所述第二表面從所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面接收的光反射到所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面，并且傳送所述第二表面從所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面接收的光，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面為曲面，其經(jīng)由所述第二表面至少部分地將光反射出所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件，其中所述第一和所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件沿著z軸采取相反地定向的堆疊配置。

在一個或多個實施例中，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二表面與所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面相鄰。在一個或多個實施例中，所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二表面為凹面，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面為凸面，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第三表面緊密地接收所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第二表面。在一個或多個實施例中，所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面為平面，并且所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面為平面，并且進一步包括至少第一投光器，其經(jīng)由所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面與所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件光學耦合；以及至少第二投光器，其經(jīng)由所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件的所述第一表面與所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件光學耦合。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少一個波長選擇性材料，其由所述第一或所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件中的至少一者承載。在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少第一波長選擇性材料，其由所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件承載；至少第二波長選擇性材料，其由所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件承載，所述第一波長選擇性材料選擇第一組波長，并且所述第二波長選擇性材料選擇第二組波長，所述第二組波長不同于所述第一組波長。

在一個或多個實施例中，所述系統(tǒng)進一步包括至少第一偏振器，其由所述第一自由形狀反射和透鏡光學組件承載；至少第二偏振器，其由所述第二自由形狀反射和透鏡光學組件承載，所述第一偏振器具有不同于所述第二偏振器的偏振方位。

在一個或多個實施例中，所述光纖芯位于同一光纖包層中。在一個或多個實施例中，所述光纖芯位于不同的光纖包層中。在一個或多個實施例中，所述視覺調節(jié)模塊通過跟蹤所述用戶的眼睛的聚散度或凝視而間接地跟蹤視覺調節(jié)。在一個或多個實施例中，所述部分反射鏡針對所述光源提供的光的偏振具有相對高的反射比，并且針對所述外部世界提供的光的其它偏振狀態(tài)具有相對低的反射比。在一個或多個實施例中，多個部分反射鏡包括介電涂層。在一個或多個實施例中，所述多個反射鏡針對所述光源提供的光的波長的波導具有相對高的反射比，并且針對所述外部世界提供的光的其它波導具有相對低的反射比。在一個或多個實施例中，所述vfe為可變形鏡，所述可變形鏡的表面形狀能夠隨時間變化。在一個或多個實施例中，所述vfe為靜電致動膜反射鏡，并且其中所述波導或附加透明層包括一個或多個基本透明的電極，并且其中被施加到一個或多個電極的電壓通過靜電使所述膜反射鏡變形。在一個或多個實施例中，所述光源為掃描光顯示器，并且其中所述vfe按線段改變焦。在一個或多個實施例中，所述波導包括出瞳擴展功能，其中輸入光線被分割和解耦為在多個位置處從所述波導射出的多個光線。在一個或多個實施例中，在所述波導接收所述一個或多個光圖案之前，由處理器根據(jù)光學圖像放大率的變化縮放所述圖像數(shù)據(jù)并補償所述光學圖像放大率的變化，以使得在調節(jié)聚焦程度的同時，所述圖像放大率顯得保持基本固定。

在另一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其按照時序方式提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；顯示組裝件，其投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光線；所述顯示組裝件包括與第一幀率和第一位深度對應的第一顯示元件以及與第二幀率和第二位深度對應的第二顯示元件；以及可變焦元件(vfe)，其可被配置為改變投射光的焦點并且將所述光發(fā)射到所述用戶的眼睛。

在又一實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：光纖陣列，其發(fā)射與要被呈現(xiàn)給用戶的圖像關聯(lián)的光束；以及透鏡，其與所述光纖陣列耦合以通過單個節(jié)點使所述光纖陣列輸出的多個光束發(fā)生偏斜，其中所述透鏡被物理地附接到所述光纖，以使得所述光纖的移動導致所述透鏡移動，并且其中所述單個節(jié)點被掃描。

在另一實施例中，一種虛擬現(xiàn)實顯示系統(tǒng)包括：多個光纖芯，其產(chǎn)生與要被呈現(xiàn)給用戶的一個或多個圖像關聯(lián)的光束；以及多個相位調制器，其與所述多個光纖芯耦合以調制所述光束，其中所述多個相位調制器以影響作為所述多個光束的結果而產(chǎn)生的波前的方式調制所述光。

在一個實施例中，一種用于顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：投光系統(tǒng)，其將與圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光投射到用戶的眼睛，所述投光系統(tǒng)被配置為投射對應于與所述圖像數(shù)據(jù)關聯(lián)的多個像素的光；以及處理器，其調制向所述用戶顯示的所述多個像素的焦深。

在一個實施例中，一種向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：圖像生成源，其提供圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀；多芯組裝件，其包括用于投射與所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光的多個多芯光纖，所述多個多芯光纖中的一個多芯光纖通過波前發(fā)射光，以使得所述多芯組裝件產(chǎn)生投射光的聚合波前；以及相位調制器，其以使得所述多芯組裝件所發(fā)射的所述聚合波前改變的方式引發(fā)所述多芯光纖之間的相位延遲，從而改變所述用戶感知所述圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀的焦距。

在另一實施例中，一種用于向用戶顯示虛擬內(nèi)容的系統(tǒng)包括：微投光器陣列，其投射與要被呈現(xiàn)給所述用戶的圖像數(shù)據(jù)的一個或多個幀關聯(lián)的光束，其中所述微投光器可被配置為能夠相對于所述微投光器陣列中的一個或多個微投光器移動；框架，其容納所述微投光器陣列；以及處理器，其在操作上與所述微投光器陣列中的一個或多個微投光器耦合，以便以根據(jù)所述一個或多個微投光器相對于所述微投光器陣列的位置調制從所述一個或多個投光器發(fā)射的一個或多個光束的方式來控制所述一個或多個光束，從而使能將光場圖像傳送到所述用戶。

在具體實施方式、附圖說明以及權利要求書中描述了本發(fā)明的附加以及其它目標、特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖1示出一示例性實施例中的用戶通過可穿戴ar用戶設備看到的增強現(xiàn)實(ar)；

圖2a-2e示出可穿戴ar設備的各種實施例；

圖3示出一示例性實施例中的人類眼睛的剖面圖；

圖4a-4d示出可穿戴ar設備的各種內(nèi)部處理組件的一個或多個實施例；

圖5a-5h示出通過穿透式分束器基片將聚焦光發(fā)射到用戶的實施例；

圖6a和6b示出將透鏡元件與圖5a-5h的穿透式分束器基片耦合的實施例；

圖7a和7b示出使用一個或多個波導將光發(fā)射到用戶的實施例；

圖8a-8q示出衍射光學元件(doe)的實施例；

圖9a和9b示出根據(jù)一示例性實施例的從投光器產(chǎn)生的波前；

圖10示出根據(jù)一示例性實施例的與光學元件耦合的多個穿透式分束器基片的堆疊配置的一個實施例；

圖11a-11c示出根據(jù)一示例性實施例的被投射到用戶的瞳孔內(nèi)的一組細光束；

圖12a和12b示出根據(jù)示例性實施例的微投光器陣列的配置；

圖13a-13m示出根據(jù)示例性實施例的將微投光器與光學元件耦合的實施例；

圖14a-14f示出根據(jù)示例性實施例的與光學元件耦合的空間光調制器的實施例；

圖15a-15c示出根據(jù)示例性實施例的楔形波導與多個光源的使用；

圖16a-16o示出根據(jù)示例性實施例的將光學元件與光纖耦合的實施例；

圖17示出根據(jù)一示例性實施例的陷波濾波器；

圖18示出根據(jù)一示例性實施例的光纖掃描顯示器的螺旋模式；

圖19a-19n示出根據(jù)示例性實施例的向用戶呈現(xiàn)暗場時的遮蔽效應；

圖20a-20o示出根據(jù)示例性實施例的各種波導組裝件的實施例；

圖21a-21n示出根據(jù)示例性實施例的與其它光學元件耦合的doe的各種配置；

圖22a-22y示出根據(jù)示例性實施例的自由形狀光學元件的各種配置。

具體實施方式

參考圖4a-4d，其中示出某些常見的元件部分選項。在介紹完圖4a-4d之后的一部分詳細描述中，提出各種系統(tǒng)、子系統(tǒng)和組件來實現(xiàn)針對人類vr和/或ar提供高品質且感知舒適的顯示系統(tǒng)的目標。

如圖4a所示，ar系統(tǒng)用戶(60)被示出為穿戴框架(64)結構，該結構與位于用戶的眼睛前方的顯示系統(tǒng)(62)耦合。在所示配置中，揚聲器(66)與框架(64)耦合并且位于用戶的耳道附近(在一實施例中，另一揚聲器(未示出)位于用戶的另一耳道附近以提供立體/可成形的聲音控制)。顯示器(62)在操作上與本地處理和數(shù)據(jù)模塊(70)耦合(68)(例如，通過有線或無線連接)，本地處理和數(shù)據(jù)模塊(70)可通過多種配置安裝，例如，如圖4b的實施例所示，固定地附接到框架(64)，固定地附接到頭盔或帽子(80)；如圖4c的實施例所示，嵌入耳機內(nèi)，通過背包式配置可移動地附接到用戶(60)的軀干(82)；或者如圖4d的實施例所示，通過褲帶連接式配置可移動地附接到用戶(60)的臀部(84)。

本地處理和數(shù)據(jù)模塊(70)可以包括節(jié)能處理器或控制器，以及數(shù)字存儲器，例如閃存，它們均可被用于幫助處理、緩存和存儲以下數(shù)據(jù)：即，a)從傳感器捕獲的數(shù)據(jù)，這些傳感器可在操作上與框架(64)耦合，例如圖像捕獲設備(例如，相機)、麥克風、慣性測量單元、加速計、羅盤、gps單元、無線電設備和/或陀螺儀；和/或b)使用遠程處理模塊(72)和/或遠程數(shù)據(jù)存儲庫(74)獲取的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能在上述處理或檢索之后被傳送到顯示器(62)。本地處理和數(shù)據(jù)模塊(70)可以在操作上與遠程處理模塊(72)和遠程數(shù)據(jù)存儲庫(74)耦合(例如，經(jīng)由有線或無線通信鏈路)，以使這些遠程模塊(72、74)在操作上彼此耦合，并且作為資源可用于本地處理和數(shù)據(jù)模塊(70)。在一實施例中，遠程處理模塊(72)可以包括一個或多個相對強大的處理器或控制器，這些處理器或控制器被配置為分析和處理數(shù)據(jù)和/或圖像信息。在一實施例中，遠程數(shù)據(jù)存儲庫(74)可以包括相對大型的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲設施，該設施可通過因特網(wǎng)或“云”資源配置中的其它網(wǎng)絡配置可用。在一實施例中，在本地處理和數(shù)據(jù)模塊中存儲所有數(shù)據(jù)并且執(zhí)行全部計算，從而允許從任何遠程模塊進行完全自主的使用。

參考圖5a到22y，其中提供了各種顯示配置，這些配置被設計為為人類的眼睛提供基于光子的輻射圖，這些輻射圖可被舒適地感知為物理現(xiàn)實的增強，其具備高級圖像質量和三維感知性，并且還能呈現(xiàn)二維內(nèi)容。

參考圖5a，在一個簡化的實例中，具有45度反射面(102)的穿透式分束器基片(104)引導入射輻射(106)(可能從透鏡(未示出)輸出)穿過眼睛(58)的瞳孔(45)并到達視網(wǎng)膜(54)。此類系統(tǒng)的視場受到分束器(104)的幾何形狀的限制。為了通過最小的硬件實現(xiàn)舒適觀看的效果，在一實施例中，可以通過聚合各種不同反射和/或衍射面的輸出/反射以及使用例如幀序列配置(其中以高頻率為眼睛(58)提供一系列幀，從而提供單一連貫場景的感知)來產(chǎn)生較大視場。作為經(jīng)由不同的反射器按時序方式提供不同的圖像數(shù)據(jù)的替代或補充，這些反射器可以通過諸如偏振選擇性或波長選擇性之類的其它手段分離內(nèi)容。除了能夠中繼二維圖像之外，這些反射器還能夠中繼與實際物理對象的真實三維觀景關聯(lián)的三維波前(wavefront)。

參考圖5b，其中示出包括位于多個角度(110)的多個反射器的基片(108)，在作為例示的所示配置中，每個反射器主動反射。反射器可以是可切換元件以促進時間選擇性(temporalselectivity)。在一實施例中，特意使用幀序列輸入信息(106)按順序激活反射面，其中每個反射面提供窄視場子圖像，該子圖像與其它反射面提供的其它窄視場子圖像平鋪以形成復合寬視場圖像。例如，參考圖5c、5d和5e，大約位于基片(108)中間的表面(110)被切換到“接通”狀態(tài)(反射狀態(tài))，以便反射入站圖像信息(106)，從而在較大視場的中間提供相對窄的視場子圖像，同時其它可能的反射面處于透射狀態(tài)。

參考圖5c，來自窄視場子圖像右側的入站圖像信息(106)(如入站束106相對于基片108輸入界面112的角度，以及入站束106從基片(108)射出時的最終角度所示)被從反射面(110)反射到眼睛(58)。圖5d示出同一反射器(110)處于活動狀態(tài)，其中圖像信息來自窄視場子圖像的中間，如輸入界面(112)處的輸入信息(106)的角度以及圖像信息從基片(108)射出時的最終角度所示。圖5e示出同一反射器(110)處于活動狀態(tài)，其中圖像信息來自窄視場子圖像的左側，如輸入界面(112)處的輸入信息(106)的角度以及基片(108)表面處的最終射出角度所示。圖5f示出底部反射器(110)處于活動狀態(tài)的配置，其中圖像信息(106)來自整個視場的最右側。例如，圖5c、5d和5e能夠示出表示逐幀平鋪圖像中心的一個幀，而圖5f能夠示出表示該平鋪圖像最右側的第二幀。

在一實施例中，承載圖像信息(106)的光可以在從輸入界面(112)進入基片(108)之后直接射到反射面(110)上，無需首先從基片(108)的表面反射。在一實施例中，承載圖像信息(106)的光可以在從輸入界面(112)進入之后以及在射到反射面(110)之前，從基片(108)的一個或多個表面反射；例如，基片(108)可以用作平面波導，通過全內(nèi)反射傳播承載圖像信息(106)的光。光還可以通過局部反射涂層、波長選擇性圖像、角度選擇性涂層和/或偏振選擇性涂層，從基片(108)的一個或多個表面反射。

在一實施例中，可以使用電活性材料構造角形反射器，以便在將電壓和/或電流施加到特定反射器時，包括此類反射器的材料的折射率從基本與基片(108)其余部分匹配的折射率(在這種情況下，反射器采取穿透式配置)變?yōu)槠渲蟹瓷淦鞯恼凵渎逝c基片(108)的折射率不匹配的反射配置，從而產(chǎn)生反射效應。實例電活性材料包括鈮酸鋰和電活性聚合物。用于控制多個此類反射器的適當?shù)幕就该麟姌O可以包括被用于液晶顯示器的諸如銦錫氧化物之類的材料。

在一實施例中，電活性反射器(110)可以包括液晶，其嵌入諸如玻璃或塑料之類的基片(108)主介質中。在某些變型中，可以選擇液晶以隨著施加的電信號更改折射率，從而可以實現(xiàn)與二進制相反的更模擬化的變化(從一種透射狀態(tài)到一種反射狀態(tài))。在其中按照幀序列將6個子圖像提供給眼睛以形成總刷新率為60幀/秒的大型平鋪圖像的實施例中，理想地具有能夠以大約360hz的速率刷新的輸入顯示器，該輸入顯示器具有能夠跟上此頻率的電活性反射器陣列。在一實施例中，可以使用鈮酸鋰作為與液晶相反的電活性反射材料；鈮酸鋰在光電工業(yè)中用于高速交換機和光纖網(wǎng)絡，并且能夠響應于以極高頻率施加的電壓而切換折射率；該高頻率可被用于控制幀序列或像素序列子圖像信息，尤其是在輸入顯示器為掃描光顯示器(例如，光纖掃描顯示器或基于掃描鏡的顯示器)時。

在另一實施例中，可切換的可變傾斜鏡配置可以包括一個或多個高速機械可復位反射面，諸如mems(微電機系統(tǒng))設備。mems設備可以包括所謂的“數(shù)字鏡設備”或“dmd”(通常為諸如texasinstruments,inc.制造的“數(shù)字光處理”或“dlp”系統(tǒng)的一部分)。在另一電-機實施例中，多個帶氣隙(或真空)反射面高頻率地執(zhí)行機械就位和移位。在另一電-機實施例中，單個反射面能夠以極高的頻率上下移動以及再定位。

參考圖5g，需要指出，此處描述的可切換的可變傾斜反射器配置不僅能夠將準直的或扁平的波前信息傳送到眼睛(58)的視網(wǎng)膜(54)，而且還可以傳送弧形波前(122)圖像信息，如圖5g的圖示所示。對于其它基于波導的配置，事實并非如此，其中弧形波前信息的全內(nèi)反射導致不理想的狀況，因此一般必須校準輸入。傳送弧形波前信息的能力使得諸如圖5b-5h所示的配置能夠為視網(wǎng)膜(54)提供這樣的輸入：該輸入被感知為聚焦于距眼睛(58)的各種距離，不僅僅聚焦于光學無限遠(其將在沒有其他線索的情況下解釋準直光)。

參考圖5h，在另一實施例中，靜態(tài)局部反射面(116)陣列(即，始終處于反射模式；在另一實施例中，如上所述，它們可以具有電活性)可以被嵌入具有高頻選通層(118)的基片(114)，高頻選通層(118)通過僅允許穿過被可控地移動的孔(120)的透射來控制到眼睛(58)的輸出。換言之，除了穿過孔(120)的透射之外，可以選擇性地阻擋任何事物。選通層(118)可以包括液晶陣列，鈮酸鋰陣列、mems百葉窗元件陣列、dlpdmd元件陣列，或其它mems設備陣列，這些陣列被配置為當被切換到透射模式時，以相對高頻率切換和高透射性進行傳送或透射。

參考圖6a-6b，其中示出其它實施例，在這些實施例中，排成陣列的光學元件可以與出瞳擴展配置組合以幫助用戶實現(xiàn)舒適的虛擬或增強現(xiàn)實體驗。對于光學配置中的較大“出瞳”，相對于顯示器(如在圖4a-4d中那樣，該顯示器可采取眼鏡配置的形式被安裝在用戶的頭部)移動的用戶的眼睛不會破壞用戶體驗—由于系統(tǒng)具有較大出瞳，存在較大的可接受區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，用戶的解剖瞳孔可被定位為繼續(xù)按照需要從顯示系統(tǒng)接收信息。換言之，對于較大的出瞳，系統(tǒng)幾乎不易察覺顯示器稍微與用戶的解剖瞳孔不對齊的情況，并且可以通過減少針對用戶與顯示器/眼鏡的關系的幾何約束來使得用戶更加舒適。

如圖6a所示，位于左側的顯示器(140)將一組平行射線饋入基片(124)。在一實施例中，顯示器可以是掃描光纖顯示器，如圖所示，其按照一角度來回掃描細光束，以通過透鏡或其它光學元件(142)投射圖像，透鏡或其它光學元件(142)可被用于采集帶角度掃描的光并將光轉換為平行的射線束。射線可以從一系列反射面(126、128、130、132、134、136)反射，這些反射面可被配置為部分地反射以及部分地透射入站光，從而跨該組反射面(126、128、130、132、134、136)基本均等地共享光。通過被置于波導(124)的每個射出點處的小透鏡(138)，射出的光線可被通過節(jié)點引導，并且朝著眼睛(58)掃描出以提供出瞳陣列，或者提供等同于一個大出瞳的功能，用戶可以在他或她注視顯示系統(tǒng)時使用該功能。

針對理想地還能夠通過波導看到真實世界(144)的虛擬現(xiàn)實配置，可以在波導(124)的相反側提供類似的透鏡組(139)，以補償下面的透鏡組，從而產(chǎn)生等同于零放大率望遠鏡的功能。如圖所示，反射面(126、128、130、132、134、136)均可以以大約45度對齊，或者可以被配置為具有不同排列(例如，類似圖5b-5h的配置)。反射面(126、128、130、132、134、136)可以包括波長選擇性反射器，帶通反射器、半鍍銀鏡或其它反射配置。所示的透鏡(138、139)為折射透鏡，但是也可以使用衍射透鏡元件。

參考圖6b，示出稍微類似的配置，其中多個弧形反射面(148、150、152、154、156、158)可被用于有效地組合圖6a的實施例的透鏡(圖6a的元件138)和反射器(圖6a的元件126、128、130、132、134、136)功能，從而避免使用兩組透鏡(圖6a的元件138)?；⌒畏瓷涿?148、150、152、154、156、158)可以被選擇為同時反射和賦予角度變化的各種弧形配置，例如拋物曲面或橢圓曲面。通過拋物面形狀，可以將一組平行的入站射線采集到單個輸出點內(nèi)；通過橢圓配置，從單一原點發(fā)散的一組射線被采集到單個輸出點。對于圖6a的配置，弧形反射面(148、150、152、154、156、158)優(yōu)選地被配置為部分地反射以及部分地透射，從而跨波導(146)的長度共享入站光。弧形反射面(148、150、152、154、156、158)可以包括波長選擇性陷波反射器、半鍍銀鏡或其它反射配置。在另一實施例中，弧形反射面(148、150、152、154、156、158)可以被衍射反射器替代以同時進行反射和偏轉。

參考圖7a，可以結合可變焦光學元件配置使用波導來促進z軸差別(即，沿光軸與眼睛的直線距離)的感知。如圖7a所示，來自顯示器(160)的圖像信息可以被校準并注入波導(164)，并且使用例如參考圖6a和6b描述的配置，或本領域的技術人員公知的其它基片制導光學方法，以大出瞳方式分布此圖像信息—然后，可變焦光學元件能力可被用于更改從波導射出的光的波前焦點，并且使眼睛感知到來自波導(164)的光是來自特定的焦距。換言之，由于入站光已經(jīng)被校準以避免全內(nèi)反射波導配置中的難題，因此光以校準后的方式射出，從而要求查看者的眼睛適應遠點以將光帶入視網(wǎng)膜上的焦點，并且自然地被解釋為來自光學無限遠—除非某些其它介入導致光被重新定焦，并且被感知為來自不同的查看距離；一個適當?shù)拇祟惤槿霝榭勺兘雇哥R。

在圖7a的實施例中，校準后的圖像信息按照一角度被注入鏡片(162)或其它材料，以便被全內(nèi)反射并且被傳遞到相鄰的波導(164)內(nèi)。波導(164)的配置方式可以類似于圖6a或6b的波導(分別為124、126)，以便分布來自顯示器的準直光，從而沿波導的長度跨反射器或衍射特征的分布稍微一致地射出。當朝著眼睛(58)射出時，在所示的配置中，發(fā)射光穿過可變焦透鏡元件(166)，其中取決于可變焦透鏡元件(166)的受控焦點，從可變焦透鏡元件(166)射出并且進入眼睛(58)的光將具有各種聚焦程度(表示光學無限遠的準直扁平波前，表示相對于眼睛58更近的查看距離的更多光束發(fā)散度/波前曲率)。

為了補償眼睛(58)與波導(164)之間的可變焦透鏡元件(166)，另一類似的可變焦透鏡元件(167)被置于波導(164)的相反側以針對來自世界(144)的光抵消透鏡(166)的光學效應，從而實現(xiàn)增強現(xiàn)實(即，如上所述，一個透鏡補償另一透鏡，從而產(chǎn)生等同于零放大率望遠鏡的功能)。

可變焦透鏡元件(166)可以是折射元件，諸如液晶透鏡、電活性透鏡、具有移動元件的傳統(tǒng)折射透鏡、基于機械變形的透鏡(諸如充液薄膜透鏡或類似于人類晶狀體的透鏡(其中彈性元件在致動器的作用下收縮和舒張))、電潤濕透鏡或具有不同折射率的多種流體。可變焦透鏡元件(166)也可以包括可切換衍射光學元件(諸如以聚合物分散液晶技術為特征的元件，其中諸如聚合物材料之類的主介質具有在材料內(nèi)分散的液晶滴；當被施加電壓時，分子重定向以使其折射率不再與主介質的折射率匹配，從而產(chǎn)生高頻率可切換衍射圖案)。

一實施例包括主介質，其中基于克爾(kerr)效應的電活性材料(諸如鈮酸鋰)的微滴分散在主介質內(nèi)，這樣，當與諸如光纖掃描顯示器或基于掃描鏡的顯示器之類的掃描光顯示器耦合時，使能逐像素或逐線地重新聚焦圖像信息。在其中使用液晶、鈮酸鋰或其它技術呈現(xiàn)圖案的可變焦透鏡元件(166)配置中，可以調制圖案間距以便不僅更改可變焦透鏡元件(166)的光焦度，而且還更改整個光學系統(tǒng)的光焦度(針對變焦鏡頭型功能)。

在一實施例中，透鏡(166)可以是遠心元件，因為可以在保持放大率不變的同時改變顯示圖像的焦點—同樣，攝影變焦鏡頭可被配置為使焦點與變焦位置分離。在另一實施例中，透鏡(166)可以是非遠心元件，這樣，焦點變化也遵從縮放變化。通過此配置，可以在具有圖形系統(tǒng)輸出動態(tài)縮放功能的軟件中補償這種放大變化以便與焦點變化保持同步。

返回參考投光器或其它視頻顯示單元(160)以及如何將圖像饋入光學顯示系統(tǒng)的問題，在“幀序列”配置中，一堆序列化的二維圖像可被依次饋入顯示器以隨時間產(chǎn)生三維感知；此方式與計算的斷層攝影系統(tǒng)使用堆疊的圖像片段表示三維結構的方式類似。一系列二維圖像片段可以被呈現(xiàn)給眼睛，每個片段位于距眼睛的不同焦距處，并且眼睛/大腦將這些堆棧集合為連貫的三維體感知。取決于顯示類型，可以執(zhí)行逐行，甚至逐像素序列化以產(chǎn)生三維視景感知。例如，對于掃描光顯示器(諸如掃描光纖顯示器或掃描鏡顯示器)，顯示器按順序一次為波導(164)提供一個行或一個像素。

如果可變焦透鏡元件(166)能夠跟上逐像素或逐行呈現(xiàn)的高頻率，則每個行或每個像素可被呈現(xiàn)并且通過可變焦透鏡元件(166)動態(tài)地聚焦，以便從距眼睛(58)的不同焦距處被感知。逐像素聚焦調制一般需要極快的/高頻率可變焦透鏡元件(166)。例如，總幀率為60幀/秒的1080p分辨率顯示器一般每秒呈現(xiàn)大約1.25億個像素。此類配置也可以使用固態(tài)可切換透鏡(諸如使用電活性材料(例如，鈮酸鋰或電活性聚合物)的透鏡)構建。除了與圖7a所示的系統(tǒng)兼容之外，幀序列多焦顯示驅動技術還可以與本公開中描述的多種顯示系統(tǒng)和光學元件實施例結合使用。

參考圖7b，對于被功能電極(170、174)(可以由銦錫氧化物制成)包圍的電活性層(172)(諸如包括液晶或鈮酸鋰的電活性層)，可以控制帶有傳統(tǒng)的穿透式基片(176)(諸如具有已知全內(nèi)反射特征以及與電活性層172的接通或關斷狀態(tài)匹配的折射率的由玻璃或塑料制成的基片)的波導(168)，以使得進入光束的路徑可被動態(tài)地改變以實質上產(chǎn)生時變光場。

參考圖8a，堆疊的波導組裝件(178)可被用于向眼睛/大腦提供三維感知，方式為：使多個波導(182、184、186、188、190)和多個弱透鏡(198、196、194、192)被一起配置為針對每個波導水平(指示針對該波導水平被感知的焦距)以多種波前曲率水平將圖像信息發(fā)送到眼睛。多個顯示器(200、202、204、206、208)或單個多路復用顯示器(在另一實施例中)可被用于將校準后的圖像信息注入波導(182、184、186、188、190)，每個波導可根據(jù)上面的描述被配置為跨每個波導的長度基本均等地分布入站光，從而將光向下朝著眼睛射出。

距離眼睛最近的波導(182)被配置為將注入該波導(182)的準直光傳送到可以代表光學無限遠焦平面的眼睛。下一波導(184)被配置為發(fā)出準直光，該準直光穿過第一弱透鏡(192；例如，弱發(fā)散透鏡)，然后才到達眼睛(58)；該第一弱透鏡(192)可被配置為產(chǎn)生稍微凸出的波前曲率，以使眼睛/大腦將來自該下一波導(184)的光感知為來自第一焦平面，該焦平面從光學無限遠向內(nèi)朝著人靠近。類似地，接著的第三波導(186)使輸出光同時穿過第一透鏡(192)和第二透鏡(194)，然后才到達眼睛(58)；第一透鏡(192)和第二透鏡(194)的組合光功率可被配置為產(chǎn)生另一波前發(fā)散增量，以使眼睛/大腦將來自接著的第三波導(186)的光感知為來自第二焦平面，該焦平面從光學無限遠向內(nèi)，比來自下一接著的波導(184)的光更靠近人。

其它波導層(188、190)和弱透鏡(196、198)被類似地配置，其中堆疊中的最高波導(190)使其輸出穿過位于自己與眼睛之間的所有弱透鏡，以實現(xiàn)代表距離人最近的焦平面的聚合光焦度。當查看/感知來自位于堆疊的波導組裝件(178)另一側的世界(144)的光時，為了補償透鏡堆棧(198、196、194、192)，將補償透鏡層(180)置于堆棧頂部以補償下面的透鏡堆棧(198、196、194、192)的聚合功率。此類配置提供的被感知焦平面數(shù)目等于可用波導/透鏡對的數(shù)目，再次具有如上所述的較大出瞳配置。波導的反射方面和透鏡的聚焦方面均可以是靜態(tài)的(即，非動態(tài)或不具有電活性)。在一個備選實施例中，它們可以是使用上述電活性特征的動態(tài)方面，從而使能按照時序方式多路傳輸少量波導以產(chǎn)生大量有效焦平面。

參考圖8b-8n，其中示出用于聚焦和/或重定向準直光束的衍射配置的各個方面。用于此目的的衍射系統(tǒng)的其它方面在序列號為61/845,907的美國專利申請(美國專利申請?zhí)?4/331,281)中公開，該申請在此全部引入作為參考。參考圖8b，使準直光束穿過線性衍射圖(210)(諸如布拉格光柵)將使光束發(fā)生偏斜或“轉向”。使準直光束穿過徑向對稱衍射圖(212)或“菲涅爾帶片”將更改光束的焦點。圖8c示出使準直光穿過線性衍射圖(210)的偏斜效應；圖8d示出使準直光束穿過徑向對稱衍射圖(212)的聚焦效應。

參考圖8e和8f，同時具有線性和徑向元素(214)的組合衍射圖同時產(chǎn)生準直輸入光束的偏斜和聚焦。這些偏斜和聚焦效應可以在反射模式以及透射模式下產(chǎn)生。這些原理可通過波導配置應用，以實現(xiàn)附加的光學系統(tǒng)控制，如圖8g-8n所示。如圖8g-8n所示，衍射圖(220)或“衍射光學元件”(或“doe”)已經(jīng)被嵌入平面波導(216)內(nèi)，以使得準直光束被沿著平面波導(216)被全內(nèi)反射，平面波導(216)與衍射圖(220)在多個位置處相交。

優(yōu)選地，doe(220)具有相對低的衍射效率，以使得通過與doe(220)的每個交點，僅一部分光束遠離眼睛(58)偏斜，而其余部分繼續(xù)經(jīng)由全內(nèi)反射穿過平面波導(216)；承載圖像信息的光因此被分成多個相關的光束，這些光束在多個位置處從波導射出，結果是針對在平面波導(216)內(nèi)四處反射的該特定準直光束，產(chǎn)生朝著眼睛(58)的發(fā)射光束的非常均勻的圖案，如圖8h所示。朝著眼睛(58)的射出光束在圖8h中示出為基本平行，因為在這種情況下，doe(220)只有線性衍射圖。如圖所示，在圖8l、8m與8n之間的比較中，可以使用該線性衍射圖間距的變化可控制地使射出的平行光束發(fā)生偏斜，從而產(chǎn)生掃描或平鋪功能。

返回參考圖8i，隨著嵌入式doe(220)的徑向對稱衍射圖組件的變化，射出光束圖案更加發(fā)散，這需要眼睛適應更近的距離以聚焦于視網(wǎng)膜，并且大腦感知光來自比光學無限遠更接近眼睛的查看距離。參考圖8j，添加其中可以注入光束(例如，通過投光器或顯示器)的另一波導(218)之后，根據(jù)在工作的特定doe配置，嵌入該另一波導(218)的doe(221)(諸如線性衍射圖)可用于跨整個大平面波導(216)傳播光，這可以為眼睛(58)提供極大的入站區(qū)域(從較大的平面波導(216)(即，大眼框)發(fā)射出的入站光的入站區(qū)域)。

doe(220、221)被示出為二等分關聯(lián)的波導(216、218)，但不一定需要這樣做；它們可以被置于波導(216、218)中任一者的附近、或者位于其中任一者的任一側以具有相同功能。因此，如圖8k所示，隨著單一準直光束的注入，整個復制的準直光束場可被導向眼睛(58)。此外，通過諸如圖8f(214)和8i(220)所示的組合的線性衍射圖/徑向對稱衍射圖情景，提供具有z軸聚焦功能的光束分布波導光學元件(針對諸如出瞳功能擴展之類的功能；通過諸如圖8k的配置，出瞳可以與光學元件本身一樣大，這對于用戶舒適感和人體工學而言是非常顯著的優(yōu)點)，其中復制的光束的發(fā)散角度和每個光束的波前曲率表示來自比光學無限遠更近的點的光。

在一實施例中，一個或多個doe可以在接通狀態(tài)(其中它們主動衍射)與關斷狀態(tài)(其中它們不明顯地衍射)之間切換。例如，可切換doe可以包括一層聚合物分散液晶，其中微滴包括位于主介質中的衍射圖，并且微滴的折射率可被切換到基本與主材料的折射率匹配(在這種情況下，圖案不明顯地衍射入射光)，或者微滴可被切換到與主介質的折射率不匹配的折射率(在這種情況下，圖案主動地衍射入射光)。進一步地，隨著衍射項(諸如圖8l-8n所示的線性衍射間距項)的動態(tài)變化，可以實現(xiàn)光束掃描或平鋪功能。如上所述，理想地，每個doe(220、221)中具有相對低的衍射光柵效率，因為這樣便于光的分布，另外還因為當所穿過的doe(220)的衍射效率較低時，理想地透射的穿過波導的光(例如，在增強現(xiàn)實配置中，來自世界114并且朝著眼睛58發(fā)射的光)很少受到影響—從而通過此類配置實現(xiàn)更佳的真實世界視景。

諸如圖8k所示的配置優(yōu)選地通過時序方法中的圖像信息注入來驅動，其中幀序列驅動最易于實現(xiàn)。例如，可以在時間1處注入光學無限遠處的天空的圖像，并且可以利用保留光校準的衍射光柵；然后可以在時間t2處注入較近的樹枝的圖像，同時doe可控制地賦予焦點變化，即一個屈光單位或1米之外，從而使得眼睛/大腦感知到樹枝光信息來自較近的焦點范圍。此類范例可以以快速時間序列方式被重復，以使眼睛/大腦感知輸入是同一圖像的所有部分。這只是一個雙焦平面實例；優(yōu)選地，系統(tǒng)將被配置為具有更多焦平面以提供對象與其焦距之間更平滑的過渡。此類配置一般假設doe以相對慢的速度切換(即，與注入圖像的顯示幀率同步—處于每秒數(shù)千次循環(huán)的范圍內(nèi))。

相反的極端可以是這樣的配置：其中doe元件能夠以數(shù)十到數(shù)百mhz或更大來改變焦點，當使用掃描光顯示器技術將像素掃描到眼睛(58)內(nèi)時，這促進逐像素切換doe元件的焦點狀態(tài)。這是期望的，因為這意味著能夠將總體顯示幀率保持相當?shù)?；低得足以保證“閃爍”不是問題(處于大約60-120幀/秒的范圍內(nèi))。

在這些范圍之間，如果能夠以khz速率切換doe，則可以逐行調整每個掃描行上的焦點，這樣，例如當眼睛相對于顯示器移動期間，給用戶帶來時間偽差方面的視覺優(yōu)勢。例如，通過此方式，場景中的不同焦平面被交錯以最小化響應于頭部運動的視覺偽差(如本公開以下更詳細討論的那樣)。逐行聚焦調制器可以在操作上與行掃描顯示器(諸如光柵光閥顯示器)耦合，其中掃描線性像素陣列以形成圖像；該聚焦調制器也可在操作上與掃描光顯示器(諸如光纖掃描顯示器和鏡掃描光顯示器)耦合。

與圖8a的配置類似的堆疊配置可以使用動態(tài)doe(而非圖8a的實施例的靜態(tài)波導和透鏡)來同時提供多平面聚焦。例如，通過三個同時的焦平面，可以將主焦平面(例如，基于所測量的眼睛視覺調節(jié))呈現(xiàn)給用戶，并且可以使用+裕度和-裕度(即，一個焦平面較近，一個更遠)來提供大聚焦范圍，在該大聚集范圍內(nèi)，用戶可以在需要更新平面之前進行視覺調節(jié)。此增大的聚焦范圍能夠在用戶切換到較近或較遠焦點(即，通過視覺調節(jié)測量確定)時提供時間優(yōu)勢；然后，可以使新的焦平面成為中間焦深，其中+和-裕度再次準備就緒以在系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行的同時快速切換到任一者。

參考圖8o，其中示出平面波導(244、246、248、250、252)的堆棧(222)，每個波導具有反射器(254、256、258、260、262)，這些反射器位于端部并且被配置為使得被顯示器(224、226、228、230、232)注入一端的準直圖像信息通過全內(nèi)反射向下反射到反射器，在該點處，部分或全部光朝著眼睛或其它目標反射出。每個反射器可以具有稍微不同的角度，以便朝著諸如瞳孔之類的公共目標反射出射光。此類配置與圖5b的配置有些類似，只是圖8o的實施例中的每個不同的傾斜反射器具有自己的波導，這樣，在投射光行進到目標反射器時的干擾會減少。透鏡(234、236、238、240、242)可以插在顯示器與波導之間以實現(xiàn)光束轉向和/或聚焦。

圖8p示出幾何錯列的版本，其中反射器(276、278、280、282、284)以錯列長度位于波導(266、268、270、272、274)中，這樣，出射光束可以相對容易地與諸如解剖瞳孔之類的對象對齊。了解堆棧(264)將距離眼睛多遠(諸如眼睛角膜與眼睛鏡片之間28mm，典型的舒適幾何關系)之后，可以建立反射器(276、278、280、282、284)和波導(266、268、270、272、274)的幾何關系以使用出射光填充眼瞳(通常約為8mm跨度或更小)。通過將光導向大于眼瞳直徑的眼框，查看者可以在能夠看到所顯示圖像的同時讓眼睛運動。返回參考與圖5a和5b相關的討論，此討論涉及視場擴展和反射器大小，擴展的視場也由圖8p的配置呈現(xiàn)，但是該圖沒有圖5b的實施例中的可切換反射元件那么復雜。

圖8q示出這樣的版本：其中許多反射器(298)在被定向為與整個曲面對齊的聚合或離散平面中形成相對連續(xù)的弧形反射面。該曲面可以是拋物線或橢圓曲面，并且被示出為跨多個波導(288、290、292、294、296)切割以最小化任何串音問題，盡管它也可以用于單片波導配置。

在一種實施方式中，高幀率和低持續(xù)顯示器可以與低幀率和高持續(xù)顯示器以及可變焦元件結合以形成相對高頻率的幀序列立體顯示器。在一實施例中，高幀率顯示器具有較低的位深度，低幀率顯示器具有較高的位深度，這兩者組合以形成高效的高幀率和高位深度顯示器，該顯示器非常適合按幀序列方式呈現(xiàn)圖像片段。通過此方式，理想表示的三維體在功能上被分為一系列二維片段。這些二維片段中的每一者依次被投射到眼睛框架，并且與呈現(xiàn)同步，可變焦元件的焦點也被改變。

在一實施例中，為了獲取足夠幀率以支持此類配置，可以集成兩個顯示器：以60幀/秒工作的全彩色高分辨率液晶顯示器(“l(fā)cd”；在另一實施例中也可以使用背光鐵電平板顯示器；在進一步的實施例中，可以使用掃描光纖顯示器)；以及更高頻率dlp系統(tǒng)的各方面。除了以傳統(tǒng)方式照射lcd面板背部(即，通過全尺寸熒光燈或led陣列照射)之外，也可移除傳統(tǒng)的照明配置以適應使用dlp投光器在lcd背面投射遮蔽圖案(在一實施例中，遮蔽圖案可以是二進制圖案，因為dlp既投射照明，也投射非照明；在下面描述的另一實施例中，dlp可被用于投射灰階遮蔽圖案).

dlp投影系統(tǒng)可以以極高幀率工作；在一針對6個深度平面以60幀/秒工作的實施例中，dpl投影系統(tǒng)以360幀/秒的速率對lcd顯示器的背面執(zhí)行操作。dpl投影系統(tǒng)被用于與高頻可變焦元件(諸如可變形膜鏡)同步選擇性地照射lcd面板的各部分，該高頻可變焦元件被置于lcd面板的查看側與用戶的眼睛之間，可變焦元件被用于以360幀/秒的速率逐幀更改全域顯示焦點。在一實施例中，可變焦元件被定位為在光學上與出瞳共軛，從而在不同時影響圖像放大或“縮放”的情況下調焦。在另一實施例中，可變焦元件不與出瞳共軛，使得圖像放大率隨著焦點調節(jié)變化，并且使用軟件補償這些由預先縮放或彎曲要被呈現(xiàn)的圖像而導致的光學放大率變化和任何失真。

在操作上，有必要再次考慮以下實例：其中要向用戶呈現(xiàn)三維場景，在該三維場景中，背景內(nèi)的天空將位于光學無限遠的查看距離處，并且其中與位于比光學無限遠更靠近用戶的特定位置處的樹木相連的樹枝沿朝著用戶的方向從樹干延伸，以便該樹枝的頂部比聯(lián)結樹干的樹枝的最近部分更靠近用戶。

在一實施例中，對于給定的全域幀，系統(tǒng)可被配置為在lcd上呈現(xiàn)位于天空前方的樹支的全彩色、全景對焦圖像。然后在位于該全域幀內(nèi)的子幀1處，可以使用采用二進制掩蔽配置(即，照明或沒有照明)的dlp投光器僅照射表示陰天的lcd部分，同時功能性地遮黑(即，不照亮)表示樹枝或不被感知為與天空位于同一焦距的其它元素的lcd部分，并且可以利用可變焦元件(諸如可變形薄膜鏡)將焦平面定位在光學無限遠處，以使眼睛所看到的位于子幀1處的子圖像為無限遠的云。

然后在子幀2處，可變焦元件可被切換為聚焦于距離用戶的眼睛大約1米(或者所需的任何距離，此處針對樹枝位置的1米僅用于例示目的)的點，可以切換dlp的照明圖案，以便系統(tǒng)僅照射表示樹枝的lcd部分，同時功能性地遮黑(即，不照亮)表示天空或不被感知為與樹枝位于同一焦距的其它元素的lcd部分。這樣，眼睛快速瞟過位于光學無限遠的云，然后迅速瞟過位于1米處的樹木，接著通過眼睛/大腦集成這些序列以形成三維感知。樹枝可以位于查看者的對角，以便其穿過一系列查看距離延伸，例如，它可以在大約2米查看距離處與樹干聯(lián)結，同時樹枝的頂部位于更近的1米位置處。

在這種情況下，顯示系統(tǒng)可以將樹枝的3-d體分為多個片段，而非1米處的單一片段。例如，可以使用一個焦點片段表示天空(在呈現(xiàn)該片段時使用dlp遮蔽樹木的所有區(qū)域)，同時跨5個焦點片段分割樹枝(使用dlp遮蔽天空和樹木的一部分之外的所有部分，該部分是要被呈現(xiàn)的樹枝部分)。優(yōu)選地，深度片段以等于或小于眼睛焦深的間距放置，以使得查看者不太可能注意到片段之間的過渡，而是通過聚焦范圍感知到一個平滑連續(xù)的樹枝流。

在另一實施例中，不是使用采用二進制(僅照明或暗場)模式的dlp，而是可以使用該dlp將灰階(例如，256級灰階)遮蔽投射到lcd面板的背面以增強三維感知。灰階漸變可被用于使眼睛/大腦感知到某些事物駐留在相鄰的深度或焦平面之間。返回到樹枝或云場景，如果距離用戶最近的樹枝前緣位于焦平面1，則在子幀1處，可以通過dlp系統(tǒng)(具有位于焦平面1的可變焦元件)，借助全強度白色點亮位于lcd上的部分樹枝。

然后在子幀2處，對于位于焦平面2的可變焦元件(正好位于被點亮的部分后面)，不會產(chǎn)生任何照明。這些步驟類似于上述二進制dlp掩蔽配置。但是，如果存在要在焦平面1與焦平面2之間的位置(例如，半途)處感知的樹枝的一部分，則可以利用灰階掩蔽。dlp能夠同時在子幀1和子幀2期間將照明掩蔽投射到該部分，但是針對每個子幀投射半照明(諸如，256灰階中的128級)。這樣可以感知多個焦深層的混合，并且所感知的焦距與子幀1與子幀2之間的照度比成比例。例如，對于應位于焦平面1與焦平面2之間的路途的四分之三處的樹枝部分，可以使用大約25％的強度灰階掩蔽照射位于子幀1處的lcd部分，并且使用大約75％的灰階掩蔽照射位于子幀2處的同一lcd部分。

在一實施例中，可以組合低幀率顯示器和高幀率顯示器的位深度以實現(xiàn)圖像調制，并且創(chuàng)建高動態(tài)范圍顯示。高動態(tài)范圍驅動可以與上述焦平面尋址功能串聯(lián)地執(zhí)行，從而形成高動態(tài)范圍多焦3-d顯示。

在對于計算資源更有效的另一實施例中，只有顯示器(即，lcd)輸出的一個特定部分可被dmd進行掩蔽照射，并且在到達用戶眼睛的途中變焦。例如，顯示器的中間部可以被進行掩蔽照射，并且顯示器的周邊部分不向用戶提供變化的視覺調節(jié)線索(即，可以通過dlpdmd均勻地照射周邊部分，而中間部被主動掩蔽并且在到達眼睛的途中變焦)。

在上面描述的實施例中，大約360hz的刷新率允許刷新六個深度平面，每個平面大約60幀/秒。在另一實施例中，通過增大dlp的工作頻率，可以實現(xiàn)甚至更高的刷新率。標準dlp配置使用mems設備和微鏡陣列。這些微鏡在朝著顯示器或用戶反射光的模式與遠離顯示器或用戶反射光的(諸如反射到光阱內(nèi))模式之間切換，從而本質上是二進制的。dlp通常使用脈寬調制機制產(chǎn)生灰階圖像，在該機制中，反射鏡在可變占空比的可變時間量內(nèi)處于“接通”狀態(tài)，以便產(chǎn)生較亮的像素或者臨時亮度像素。因此，為了以適度的幀率產(chǎn)生灰階圖像，它們以高得多的二進制速率運行。

在上述配置中，此類設置非常適合于產(chǎn)生灰階掩蔽。但是，如果dlp驅動機制被改變以便使二進制圖案中的子圖像閃爍，則幀率可能明顯增大(每秒數(shù)千幀)，這允許以60幀/秒刷新數(shù)百到數(shù)千個深度平面，可以利用這點避免上述深度平面間灰階插值。用于texasinstrumentsdlp系統(tǒng)的典型脈寬調制機制具有8位指令信號(第一位是反射鏡的第一長脈沖；第二位是第一長脈沖一半的脈沖；第三位是第二脈沖一半的脈沖，以此類推)，這樣，配置便能夠產(chǎn)生第二到第八個功率不同的照明度。在一實施例中，來自dlp的背光的強度可以與dmd的不同脈沖同步變化，從而均衡所產(chǎn)生的子圖像的亮度，這是使現(xiàn)有dmd驅動電子裝置產(chǎn)生相當高幀率的實際方案。

在另一實施例中，可以使用dmd驅動電子裝置和軟件的直接控制變化來使反射鏡始終具有相等的接通時間配置，而非傳統(tǒng)的可變接通時間配置，這促進更高幀率。在另一實施例中，dmd驅動電子裝置可被配置為以高于高位深度圖像但低于二進制幀率的幀率提供低位深度圖像，從而允許焦平面之間的某些灰階混合，同時適度地增加焦平面數(shù)。

在另一實施例中，當限于有限數(shù)量的深度平面時(例如，上述實例中的6個深度平面)，理想地在功能上移動這6個深度平面，以便最有效地用于將被呈現(xiàn)給用戶的場景。例如，如果使用站在房間內(nèi)，并且將虛擬怪獸放在其增強現(xiàn)實視景中，該虛擬怪獸在z軸中距離用戶的眼睛約2英尺深，則將全部6個深度平面聚集在怪獸的當前位置的周圍才有意義(并且動態(tài)地移動深度平面，使得看上去就像怪獸相對于用戶移動)，這樣可以為用戶提供更豐富的視覺調節(jié)線索，并且所有六個深度平面位于怪獸的直接區(qū)域中(例如，3個位于怪獸的中心的前方，3個位于怪獸的中心的后方)。這種深度平面分配是內(nèi)容相關的。

例如，在上述場景中，將相同的怪獸置于相同的房間內(nèi)，同時還向用戶呈現(xiàn)虛擬窗框元素，然后呈現(xiàn)虛擬窗框之外的光學無限遠虛擬視景，有用的做法是將至少一個深度平面用于光學無限遠，將至少一個深度平面用于上面安裝虛擬窗框的墻壁，然后可能將剩余的四個深度平面用于房間內(nèi)的怪獸。如果內(nèi)容導致虛擬窗戶消失，則可以將兩個深度平面動態(tài)地重新分配給怪獸周圍的區(qū)域，諸如此類，在給定計算和呈現(xiàn)資源的情況下，基于內(nèi)容的焦平面資源動態(tài)分配為用戶提供最豐富的體驗。

在另一實施例中，可以使用多芯光纖或單芯光纖陣列中的相位延遲產(chǎn)生可變焦光波波前。參考圖9a，多芯光纖(300)可以包括多個單獨光纖(302)的聚合；圖9b示出多芯組裝件的特寫視圖，該多芯組裝件從采取球面波前(304)形式的每個芯發(fā)射光。如果這些芯發(fā)送連貫光，例如從共享的激光源發(fā)射，則這些小型球面波前最終相長或相消地彼此干擾，并且如果它們同相地從多芯光纖射出，則聚合地形成近平面波導(306)，如圖所示。但是，如果芯之間引發(fā)相位延遲(使用傳統(tǒng)的相位調制器(諸如使用鈮酸鋰的調制器)放緩某些芯相對于其它芯的路徑)，則可能聚合地產(chǎn)生弧形波前或球面波前，以在眼睛/大腦處表示來自比光學無限遠更近的點的對象，這表示可以替代上述可變焦元件使用的另一選項。換言之，此類相控多芯配置或相位陣列可被用于從光源產(chǎn)生多個光學聚焦程度。

在與光纖的使用相關的另一實施例中，可以使用多模光纖或光導棒或光導管的公知的傅里葉變換方面控制從此類光纖輸出的波前。光纖一般具有兩種形式：單模光纖和多模光纖。多模光纖一般具有較大的芯直徑，并且允許光沿著多個角路徑，而非僅沿著一個單模光纖傳播。已知如果圖像被注入多模光纖的一端，則在通過多模光纖傳播時，在一定程度上保留被編碼到圖像內(nèi)的角度差，并且對于某些配置，來自光纖的輸出明顯類似于被輸入圖像的傅里葉變換。

因此在一實施例中，可以輸入波前(諸如表示比光學無限遠更靠近用戶的焦平面的發(fā)散球面波前)的逆傅里葉變換，在穿過光學傳遞傅里葉變換的光纖之后，輸出變?yōu)榫哂兴栊螤罨蚋鶕?jù)需要聚焦的波前。例如，此類輸出端可被全面掃描以用作掃描光纖顯示器，或者可被用作掃描反射鏡以形成圖像的光源。因此，此類配置可被用作又一聚焦調制子系統(tǒng)。其它類型的光圖案和波前可被注入多模光纖，以便在輸出端上射出特定空間圖案。這可被用于實現(xiàn)小波模式的等效功能(在光學中，可以就何謂澤尼克系數(shù)來分析光學系統(tǒng)；圖像可通過類似的方式進行特征化，并且分解為較小的主分量，或較簡單圖像分量的加權組合)。因此，如果在輸入側使用主分量將光掃描到眼睛內(nèi)，則可以在多模光纖的輸出端恢復更高分辨率圖像。

在另一實施例中，可將全息圖的傅里葉變換注入多模光纖的輸入端以輸出可被用于三維聚焦調制和/或分辨率增強的波前。也可以在上述逆傅里葉變換配置中使用特定的單芯光纖、多芯光纖或同軸芯光纖+包層配置。

在另一實施例中，不是在不關注用戶的特定視覺調節(jié)狀態(tài)或眼睛注視的情況下物理地操縱以高幀率接近用戶的眼睛的波前，而是可以將系統(tǒng)配置為監(jiān)視用戶的視覺調節(jié)而非呈現(xiàn)一組多樣的光波波前，在與眼睛的視覺調節(jié)狀態(tài)對應的時間提供單一波前。視覺調節(jié)可以直接測量(諸如通過紅外自動驗光儀或偏心攝影驗光法)，也可以間接測量(諸如通過測量用戶雙眼的會聚水平；如上所述，聚散度與視覺調節(jié)在神經(jīng)方面的關聯(lián)非常緊密，因此可以基于聚散度幾何關系做出視覺調節(jié)估計)。因此，通過所確定的比如距離用戶1米的視覺調節(jié)，可以使用上述任意可變焦配置將波前在眼睛處的呈現(xiàn)配置為1米焦距。如果檢測到2米聚焦的視覺調節(jié)變化，則波前在眼睛處的呈現(xiàn)可被重新配置為2米焦距，以此類推。

因此，在引入視覺調節(jié)跟蹤的一實施例中，可以將可變焦元件置于輸出組合器(例如，波導或分束器)與用戶眼睛之間的光學路徑中，以便可以隨著眼睛的視覺調節(jié)變化更改焦點(即，優(yōu)選地以相同幀率更改)?？梢岳密浖獮椴粦獙式咕鄟矸抡嬲凵淠：?預期在視網(wǎng)膜處，如果對象位于查看距離)的對象產(chǎn)生可變量模糊(例如，高斯模糊)，并且增強眼睛/大腦的三維感知。

一個簡單實施例是其聚焦程度遵從查看者視覺調節(jié)水平的單一平面，但如果僅使用不多的幾個平面，對視覺調節(jié)跟蹤系統(tǒng)的性能要求可以放寬。參考圖10，在另一實施例中，可以使用大約3個波導(318、320、322)構成的堆棧(328)來同時創(chuàng)建相當于波前的三個焦平面。在一實施例中，弱透鏡(324、326)可以具有靜態(tài)焦距，可變焦透鏡(316)可以遵從眼睛的視覺調節(jié)跟蹤以使三個波導中的一者(比如中間波導320)的輸出被認為是清晰波前，而其它兩個波導(322、318)輸出+裕度波前和-裕度波前(即，稍微比檢測到的焦距遠，稍微比檢測到的焦距近)，這可以改善三維感知，并且還可以為大腦/眼睛視覺調節(jié)控制系統(tǒng)提供足夠的差別來感知作為負反饋的某些模糊，這增強了現(xiàn)實感知并且允許在必須物理調整聚焦程度之前的一系列視覺調節(jié)。

還示出可變焦補償透鏡(314)以確保來自增強現(xiàn)實配置中的真實世界(144)的光不被堆棧(328)和輸出透鏡(316)的組合再調焦或放大。如上所述，可通過折射、衍射或反射技術實現(xiàn)這些透鏡(316、314)中的變焦。

在另一實施例中，堆棧中的每個波導可以包含自己的變焦功能(例如，通過具有內(nèi)含的電子可切換doe)，這樣，無需像在圖10的配置的堆棧(328)中那樣將可變焦元件居中。

在另一實施例中，可變焦元件可以交錯在堆棧中的波導之間(即，不是圖10的實施例中的定焦弱透鏡)，以消除組合定焦弱透鏡與整個堆棧再調焦可變焦元件的需要。

此類堆疊配置可被用于本文所述的視覺調節(jié)跟蹤變化，另外可被用于幀序列多焦點顯示技術。

在其中光通過小出瞳(諸如1/2mm直徑或更小)進入瞳孔的配置中，一種配置具有針孔透鏡配置的等效功能，在該配置中，光束始終被眼睛/大腦感知為焦距對準—例如，掃描光顯示器使用0.5mm直徑光束將圖像掃描到眼睛。此類配置被稱為麥克斯韋視圖配置，在一實施例中，可以使用視覺調節(jié)跟蹤輸入針對要被感知為位于通過視覺調節(jié)跟蹤確定的焦平面后面或前面的焦平面的圖像信息，引發(fā)使用軟件的模糊。換言之，如果從呈現(xiàn)麥克斯韋視圖的顯示開始，則所有事物理論上都可以是清晰的，并且提供豐富、自然的三維感知，仿真的折射模糊可以通過軟件引發(fā)，并且可以遵從視覺調節(jié)跟蹤狀態(tài)。

在一實施例中，掃描光纖顯示器很適合此類配置，因為它可被配置為僅輸出采取麥克斯韋形式的小直徑光束。在另一實施例中，可以創(chuàng)建小出瞳陣列以增大系統(tǒng)的功能眼框(同時還減少可能駐留在眼睛玻璃體或角膜內(nèi)的阻光顆粒的影響)，諸如方式為通過一個或多個掃描光纖顯示器，或通過諸如參考圖8k描述的doe配置，其中所提供的出瞳的陣列中的間距確保在任意給定時間，只有一個出瞳射到用戶的解剖瞳孔(例如，如果平均解剖瞳孔直徑為4mm，一個配置可以包括1/2mm出瞳，這些出瞳以大約4mm的間隔隔開)。這些出瞳還可以響應于眼睛位置進行切換，以使得只有眼睛始終一次接收一個而且僅一個活動的小出瞳；從而允許更稠密的出瞳陣列。此類用戶將具有大焦深，可以在該焦深上添加基于軟件的模糊技術來增強所感知的深度知覺。

如上所述，位于光學無限遠的對象產(chǎn)生基本平面波前；更近的對象(諸如距離眼睛1m)產(chǎn)生弧形波前(具有大約1m曲率凸半徑)。眼睛的光學系統(tǒng)需要具有足夠的光學功率來使入站光線彎曲，從而最終聚焦于視網(wǎng)膜(凸形波前變?yōu)榘夹尾ㄇ?，然后繼續(xù)到視網(wǎng)膜上的焦點)。這些是眼睛的基本功能。

在上述許多實施例中，被導向眼睛的光已被視為一個連續(xù)波前的一部分，其某些子集射到特定眼睛的瞳孔。在另一方法中，被導向眼睛的光可以有效地離散化或被分為多個細光束或單獨的射線，每個細光束或射線具有小于約0.5mm的直徑，并且作為較大聚合波前的一部分具有唯一的傳播途徑，可以通過聚合細光束或射線在功能上創(chuàng)建該較大聚合波前。例如，弧形波前可以通過聚合多個離散的相鄰準直光束來接近，其中每個準直光束從適當?shù)慕嵌冉咏劬σ员硎九c所需聚合波前的曲率半徑中心匹配的原點。

當細光束具有約0.5mm或更小的直徑時，可以認為該細光束來自針孔透鏡配置，這意味著每個單獨的細光束始終在視網(wǎng)膜上相對集中，與眼睛的視覺調節(jié)狀態(tài)無關，但是每個細光束的軌跡受到視覺調節(jié)狀態(tài)的影響。例如，如果細光束平行地接近眼睛，表示離散化準直光聚合波前，則正確地視覺調節(jié)到無限遠的眼睛使細光束發(fā)生偏斜，從而集中于視網(wǎng)膜上的同一共享點，并且將清晰地顯示。如果眼睛視覺調節(jié)到比如1m，則細光束將聚集到視網(wǎng)膜前方的點，跨多個路徑，并且落在視網(wǎng)膜上的多個相鄰或局部重疊的點上(即，顯示為模糊)。

如果細光束在發(fā)散配置中接近眼睛，并且共享原點距離觀看者1米，則1m的視覺調節(jié)將使光束轉向視網(wǎng)膜上的單個點并且清晰地顯示；如果查看者視覺調節(jié)到無限遠，則細光束聚集到視網(wǎng)膜后面的點，并且在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生多個相鄰或局部重疊的點，從而產(chǎn)生模糊圖像。更一般地說，眼睛的視覺調節(jié)確定視網(wǎng)膜上點的重疊程度，并且當所有點被導向視網(wǎng)膜上的同一點時，給定像素“清晰”，當各點相互偏移時，給定像素“模糊”。這表示所有直徑為0.5mm或更小的細光束始終清晰，它們可以聚合，并且被眼睛/大腦感知為它們基本與連貫波前相同，并且可被用于產(chǎn)生舒適三維虛擬或增強現(xiàn)實感知的配置。

換言之，可以使用一組多個細光束來模擬較大直徑可變焦光束將發(fā)生的情況，如果細光束直徑被保持為最大約0.5mm，則它們保持相對靜態(tài)的聚焦程度，并且在需要時產(chǎn)生脫焦知覺，可以選擇細光束角軌跡以產(chǎn)生非常像較大脫焦光束的效應(這種脫焦處理可能與用于較大光束的高斯模糊處理不同，但是將產(chǎn)生多模點傳播功能，此功能可通過類似于高斯模糊的方式解釋)。

在一個優(yōu)選實施例中，細光束不能機械地發(fā)生偏斜以形成該聚合聚焦效應，而是眼睛接收大量細光束的超集，該超集同時包括多個入射角和多個細光束與瞳孔的相交位置；以表示給定像素來自特定觀看距離，來自包括適當入射角和與瞳孔的交點的超集的細光束的子集(就像它們從空間中的同一共享原點射出)變?yōu)榫哂衅ヅ涞念伾蛷姸纫员硎揪酆喜ㄇ?，而超集中與共享原點不一致的細光束不會變?yōu)榫哂猩鲜鲱伾蛷姸?但是它們中的某些可變?yōu)榫哂衅渌撤N顏色和強度級別以表示例如不同的像素)。

參考圖11a，在離散化波前顯示配置中，多個入站細光束(332)中的每一者穿過相對于眼睛(58)的小出瞳(330)。參考圖11b，一組細光束(332)的子集(334)可以通過匹配的顏色和強度級別驅動以被感知為仿佛是同一較大射線的一部分(結合在一起的子集334可被視為“聚合光束”)。在這種情況下，細光束的子集彼此平行，表示來自光學無限遠的準直聚合光束(諸如來自遠山的光)。眼睛被視覺調節(jié)到無限遠，因此，細光束子集被眼睛的角膜和透鏡偏移，從而全部基本落在視網(wǎng)膜的同一位置上，并且被感知為包括單一清晰像素。

圖11c示出另一細光束子集，如果從上方以冠狀平面視圖查看眼睛(58)，則該子集表示來自用戶眼睛(58)的視場右側的聚合準直光束(336)。再次，眼睛被示為被視覺調節(jié)到無限遠，因此細光束落在視網(wǎng)膜的同一點上，并且像素被感知為清晰。相比之下，如果選擇不同的細光束子集(作為發(fā)散的射線扇面到達眼睛)，則這些細光束不會落在視網(wǎng)膜的同一位置(并且被感知為清晰)，直至眼睛將視覺調節(jié)改變到與該射線扇面的幾何原點匹配的近點。

對于細光束與眼睛的解剖瞳孔的交點的圖案(即，出瞳的圖案)，可以通過以下配置組織：諸如可橫切的六方點陣(例如，如圖12a所示)或四方點陣或其它二維陣列。進一步地，可以產(chǎn)生三維出瞳陣列，以及時變出瞳陣列。

可以使用多種配置創(chuàng)建離散化聚合波前，諸如微顯示器或微投光器陣列，該陣列在放置上與光學查看元件的出瞳光學上共軛，微顯示器或微投光器陣列與直接視場基片(諸如眼鏡透鏡)耦合，以便將光直接投射到眼睛，無需額外中間光學查看元件、連續(xù)空間光調制陣列技術或波導技術(諸如參考圖8k描述的技術)。

參考圖12a，在一實施例中，可通過將一組小投光器或顯示單元(諸如掃描光顯示器)捆綁在一起來產(chǎn)生光場。圖12a示出六方點陣投光束(338)，其例如可以產(chǎn)生7mm直徑六方陣列，其中每個光纖顯示器輸出子圖像(340)。如果此陣列的前方放置有光學系統(tǒng)(諸如透鏡)，以使此陣列在放置上與眼睛的入射瞳光學共軛，則會在眼睛的瞳孔處產(chǎn)生陣列圖像，如圖12b所示，這實質上提供與圖11a的實施例相同的光學設置。

該配置的每個小出瞳由投光束(338)中的專用小顯示器(諸如掃描光纖顯示器)產(chǎn)生。在光學上，就像整個六方陣列(338)被置于解剖瞳孔(45)內(nèi)的右側。這些實施例是用于將不同子圖像驅動到眼睛的較大解剖入射瞳(45)內(nèi)的不同小出瞳的手段，其中包括具有多個入射角度和與眼瞳相交的多個點的細光束的超集。分離的投光器或顯示器中的每一者可以通過稍微不同的圖像驅動，以便產(chǎn)生這樣的子圖像：這些子圖像分離出要以不同的光強度和顏色驅動的不同射線集。

在一變型中，可以產(chǎn)生嚴格的圖像共軛，就像在圖12b的實施例中那樣，其中陣列(338)與瞳孔(45)之間存在直接的一對一映射。在另一變型中，可以更改陣列中的顯示器與光學系統(tǒng)(圖12b中的透鏡342)之間的間距，以便不獲取陣列與眼瞳的共軛映射，而是眼瞳可以捕獲來自位于其它某一距離的陣列的射線。通過此類配置，仍可以獲取光束的角度分集，通過這些光束，可以產(chǎn)生離散化聚合波前表示，但是有關如何驅動射線以及驅動射線的功率和強度的數(shù)學運算可能變得更復雜(另一方面，盡管從查看光學元件的角度而言，此類配置可被視為較簡單)?？舍槍@些計算利用光場圖像捕獲中涉及的數(shù)學運算。

參考圖13a，其中示出另一光場產(chǎn)生實施例，在該實施例中，微顯示器或微投光器陣列(346)可以與框架(344，諸如眼鏡架)耦合，以便置于眼睛(58)前方。所示配置是非共軛布置，其中沒有大型光學元件插在陣列(346)的顯示器(例如，掃描光顯示器)與眼睛(58)之間?？梢栽O想一副眼鏡，并且有多個顯示器(諸如掃描光纖引擎)與這些眼鏡耦合，其位置與眼鏡表面正交，并且朝內(nèi)傾斜以指向用戶的瞳孔。每個顯示器可被配置為產(chǎn)生表示細光束超集的不同元素的一組射線。

通過此類配置，用戶的解剖瞳孔(45)將接收與在參考圖11a介紹的實施例中接收的結果類似的結果，在參考圖11a介紹的實施例中，用戶的瞳孔的每個點接收來自不同顯示器的具有多個入射角度和多個交點的射線。圖13b示出與圖13a類似的非共軛配置，只是圖13b的實施例具有反射面(348)，該反射面促進將顯示器陣列(346)移動得遠離眼睛(58)的視場，同時還允許通過反射面(348)顯示真實世界(144)的視景。

提供了用于產(chǎn)生離散化聚合波前顯示所需的角度發(fā)散的另一配置。為了優(yōu)化此配置，顯示器的尺寸可被最大程度上減小。可被用做顯示器的掃描光纖顯示器可以具有1mm范圍內(nèi)的基線直徑，但是外殼和投射透鏡的減小可能將此類顯示器的直徑減少至約0.5mm或更小，這對用戶的影響不大。在光纖掃描顯示器陣列的情況下，另一精簡幾何優(yōu)化可以通過直接將準直透鏡(例如可以包括梯度反射率，或“grin”、透鏡、傳統(tǒng)曲面透鏡或衍射透鏡)耦合到掃描光纖本身的尖端來實現(xiàn)。例如，參考圖13d，grin透鏡(354)被示為熔接到單模光纖的端部。致動器(350：諸如壓電致動器)與光纖(352)耦合，并且可被用于掃描光纖尖端。

在另一實施例中，可以使用光纖的曲面拋光處理將光纖的端部成形為半球狀以產(chǎn)生透鏡效應。在另一實施例中，可以使用粘合劑將標準折射透鏡耦合到每個光纖的端部。在另一實施例中，可以通過少量透射聚合材料或玻璃(諸如環(huán)氧樹脂)構建透鏡。在另一實施例中，可以熔化光纖的尖端以產(chǎn)生用于實現(xiàn)透鏡效應的曲面。

圖13c-2示出其中諸如圖13d所示的顯示器配置(即，帶grin透鏡的掃描光顯示器；在圖13c-1的特寫視圖中示出)可以通過單個透明基片(356)連接在一起的實施例，該透明基片優(yōu)先地具有與光纖(352)的包層緊密匹配的折射率，以便對于跨所示組裝件的外部世界視景而言光纖本身并不十分可見(如果精確地實現(xiàn)包層折射率匹配，則較大的包層/外殼變得透明，而且只有細芯(直徑優(yōu)選地為大約3微米)將妨礙視景)。在一實施例中，顯示器矩陣(358)可以全部朝內(nèi)傾斜，以便面向用戶的解剖瞳孔(在另一實施例中，它們相互平行，但是此類配置不太有效)。

參考圖13e，其中示出另一實施例，在該實施例中，不是使用圓形光纖來循環(huán)地移動，而是一系列薄平面波導(358)被配置為相對于較大基片結構(356)懸掛。在一變型中，基片(356)可被移動以產(chǎn)生平面波導相對于基片結構的循環(huán)運動(即，以懸掛件358的共振頻率運動)。在另一變型中，可使用壓電致動器或其它致動器相對于基片致動懸掛的波導部(358)。圖像照明信息例如可以從基片結構的右側(360)注入以耦合到懸掛的波導部(358)。在一實施例中，基片(356)可以包括被配置(諸如通過上述集成doe配置)為沿著其長度全內(nèi)反射入站光(360)并且將光重定向到懸掛的波導部(358)的波導。當用戶注視懸掛的波導部(358)并且看到位于后面的真實世界(144)時，平面波導被配置為通過其平面形狀因子最小化任何分散和/或聚焦變化。

在介紹離散化聚合波前顯示的上下文中，針對眼睛的出瞳中的每個點產(chǎn)生某種角度多樣性非常有價值。換言之，理想地使多個入站光束表示所顯示圖像中的每個像素。參考圖13f-1和13f-2，一種獲取進一步的角度和空間多樣性的方式是使用多芯光纖并且將諸如grin透鏡之類的透鏡置于出瞳處，以使得出射光束通過單一節(jié)點(366)發(fā)生偏斜，該節(jié)點然后可以在掃描光纖型設置中被來回掃描(諸如通過壓電致動器368)。如果視網(wǎng)膜共軛被置于在grin透鏡的端部定義的平面，則可以創(chuàng)建在功能上等同于上述一般情況離散化聚合波前配置的顯示器。

參考圖13g，不通過使用透鏡，而是通過掃描位于光學系統(tǒng)(372)的正確共軛上的多芯系統(tǒng)的面來實現(xiàn)類似效應，目標是產(chǎn)生光束的更高角度和空間多樣性。換言之，不是如在上述圖12a的捆綁實例中那樣具有一束單獨掃描的光線顯示器，可以通過使用多個芯產(chǎn)生該必要的角度和空間多樣性的一部分，從而創(chuàng)建可由波導中繼的平面。參考圖13h，可以掃描(諸如通過壓電致動器368)多芯光纖(362)以產(chǎn)生具有多個入射角度和多個交點的一組細光束，這些細光束可通過波導(370)被中繼到眼睛(58)。因此在一實施例中，可以將準直光場圖像注入波導，并且沒有任何附加的再調焦元件，該光場顯示可被直接轉換到人眼。

圖13i-13l示出某些可購買到的多芯光纖(362)配置(由日本mitsubishicableindustries,ltd之類的供應商提供)，其中包括一個具有矩形剖面的變型(363)，以及具有扁平出射面(372)和傾斜出射面(374)的變型。

參考圖13m，可以通過將諸如將掃描光纖顯示器之類的線性顯示器陣列(378)饋給波導(376)來產(chǎn)生某一附加的角度多樣性。

參考圖14a-14f，其中描述用于產(chǎn)生固定視點光場顯示的另一組配置。返回參考圖11a，如果所產(chǎn)生的二維平面與來自左側的所有細光束相交，則每個細光束將具有與該平面的特定交點。如果在距離左側不同的位置處產(chǎn)生另一平面，則所有細光束將在不同的位置與該平面相交。然后返回圖14a，如果兩個或更多個平面中每一者上的各個位置可被允許選擇性地透射或阻擋穿過其中的光輻射，則可以使用此類多平面配置，通過獨立地調制個體細光束來選擇性地產(chǎn)生光場。

圖14a的基本實施例示出兩個空間光調制器，諸如液晶顯示面板(380、382；在其它實施例，它們可以是mems百葉窗顯示器或dlpdmd陣列)，這些空間光調制器可被獨立地控制以基于高分辨率阻擋或透射不同的射線。例如，參考圖14a，如果第二面板(382)在點“a”(384)處阻擋或衰減射線透射，則阻擋所有所示的射線；但是如果僅第一面板(380)在點“b”(386)處阻擋或衰減射線透射，則僅阻擋/衰減下部入站射線(388)，同時將其它射線透射到瞳孔(45)?？煽孛姘寤蚱矫嬷械拿恳徽呖杀灰暈椤翱臻g光調制器”或“fatte”。每個穿過一系列slm的透射光束的強度依賴于各slm陣列中的各個像素的透明度組合。因此，在沒有任何種類透鏡元件的情況下，可以使用多個堆疊的slm產(chǎn)生具有多個角度和交點(或“光場”)的一組細光束。超過兩個的更多數(shù)量slm提供更多控制選擇性地衰減哪些光束的機會。

如上簡單所述，除了使用堆疊的液晶顯示器作為slm之外，也可堆疊dlp系統(tǒng)中的dmd設備面板來用作slm，并且可能優(yōu)于液晶系統(tǒng)作為slm，因為它們具有更有效的傳光性(通過處于第一狀態(tài)的反射鏡元件，可以非常有效地在達到眼睛的途中反射到下一元件；通過處于第二狀態(tài)的反射鏡元件，該反射鏡角度例如可以移動諸如12度以將光導出前往眼睛的路徑)。參考圖14b，在一dmd實施例中，兩個dmd(390、390)可以通過潛望鏡型配置與一對透鏡(394、396)串聯(lián)地使用以保持從真實世界(144)到用戶的眼睛(58)的大量光透射。圖14c的實施例提供六個不同的dmd(402、404、406、408、410、412)平面機會以在光束被路由到眼睛(58)時介入slm功能；以及提供兩個透鏡(398、400)以實現(xiàn)光束控制。

圖14d示出更復雜的潛望鏡型布置，其中具有多達四個用于slm功能的dmd(422、424、426、428)以及四個透鏡(414、420、416、418)；該配置被設計為確保圖像在傳輸?shù)窖劬?58)時不會上下翻轉。圖14e示出這樣的實施例：其中光可以在兩個不同的dmd設備(430、432)之間反射，并且沒有中間透鏡(上述設計中的透鏡在此類配置中可用于集成來自真實世界的圖像信息)，還示出“鏡廳”布置，其中顯示器可通過“鏡廳”查看，并且以基本類似于圖14a所示的方式工作。圖14f示出這樣的實施例：其中兩個相對dmd芯片(434、436)的非顯示部分可以被反射層覆蓋以將光傳播到dmd芯片的活動顯示區(qū)域(438、440)以及傳播來自該區(qū)域的光。在其它實施例中，作為用于slm功能的dmd的替代，滑動mems百葉窗陣列(例如，如qualcomm,inc.子公司pixtronics之類的供應商提供的那些mems百葉窗)可被用于傳輸或阻擋光。在另一實施例中，離開原來位置以提供透光孔的小百葉窗陣列可以被類似地聚合以實現(xiàn)slm功能。

大量細光束(即，直徑小于約0.5mm)的光場可被注入并且通過波導或其它光學系統(tǒng)傳播。例如，傳統(tǒng)的“birdbath(鳥巢)”型光學系統(tǒng)適合傳輸光場輸入的光，或下面描述的自由形狀光學元件設計，或任意數(shù)量的波導配置。圖15a-15c示出楔形波導(442)以及多個光源的使用，作為用于創(chuàng)建光場的另一配置。參考圖15a，光可以從兩個不同的位置/顯示器(444、446)注入楔形波導(442)，并且基于注入波導的點，根據(jù)不同角度(448)處的楔形波導的全內(nèi)反射性質而出現(xiàn)。

參考圖15b，如果創(chuàng)建如圖所示投射到波導端部的線性顯示器(諸如掃描光纖顯示器)陣列(450)，則大量具有多樣角度的光束(452)將沿一個維度從波導射出，如圖15c所示。實際上，如果構想添加注入波導端部的另一線性顯示器陣列，但是角度稍有不同，則可以產(chǎn)生角度多樣的光束，這些光束以類似于圖15c所示的扇形出射模式射出，但是在垂直軸上射出；這些光束可以一起被用于產(chǎn)生從波導的每個位置射出的二維扇形射線。因此，提供另一配置來產(chǎn)生角度多樣性以形成使用一個或多個掃描光纖顯示器陣列(或者備選地，使用滿足空間要求的其它顯示器，例如微型dlp投影配置)的光場顯示。

備選地，作為此處所示的楔形波導的輸入端，可以利用slm設備堆棧，在這種情況下，可以使用從slm配置輸出的光場作為諸如圖15c所示的配置的輸出，而不是使用上述slm輸出的直接視圖。本文的一個重要概念是，盡管傳統(tǒng)波導最適于成功地中繼準直光束，但是對于小直徑準直光束的光場，因為光束大小/校準的原因，傳統(tǒng)的波導技術可被用于進一步操縱此類被注入波導(注入楔形波導)一側的光場系統(tǒng)的輸出。

在另一相關實施例中，不使用多個單獨的顯示器進行投射，而是可以使用多芯光纖分離光場并將其注入波導。進一步地，可以使用時變光場作為輸入，以便不產(chǎn)生來自光場的細光束的靜態(tài)分布，可以具有一些能夠系統(tǒng)地更改一組光束的路徑的動態(tài)元件?？梢允褂弥T如帶有嵌入式doe(例如，上面參考圖8b-8n描述的doe，或參考圖7b描述的液晶層)的波導之類的組件實現(xiàn)此目的，其中產(chǎn)生兩個光學路徑(一個較小的全內(nèi)反射路徑，在該路徑中，液晶層被置于第一電壓狀態(tài)，以具有與其它基片材料不匹配的折射率，該其它基片材料導致全內(nèi)反射僅沿著其波導進行；一個較大的全內(nèi)反射光學路徑，在該路徑中，液晶層被置于第二電壓狀態(tài)，以具有與其它基片材料匹配的折射率，從而使得光通過包括液晶部分和其它基片部分兩者的復合波導進行全內(nèi)反射)。類似地，楔形波導可被配置為具有雙模全內(nèi)反射范式(例如，在一變型中，楔形元件可被配置為使得在液晶部分被激活時，不僅間距變化，光束反射的角度也會變化)。

掃描光顯示器的一實施例可被簡單地表征為掃描光纖顯示器，其中在掃描光纖的端部具有透鏡。許多透鏡種類都適合，諸如grin透鏡，該透鏡可被用于校準光或使光聚焦于這樣一個點：該點小于光纖的模場直徑，從而提供產(chǎn)生數(shù)值孔徑(或“na”)增加和包圍與光斑大小負相關的光學不變量的優(yōu)勢。從顯示角度來看，光斑大小較小一般促進通常優(yōu)選的較高分辨率機會。在一實施例中，grin透鏡可以相對于光纖足夠長，使得其可以包括振動元件(即，并非常見的掃描光纖顯示器的光纖末端振動)，這被稱為“掃描grin透鏡顯示”配置。

在另一實施例中，可以在掃描光纖顯示器的出射端利用衍射透鏡(即，圖案化到光纖上)。在另一實施例中，可以將曲面反射鏡置于以反射配置工作的光纖的端部。本質上，可以在掃描光纖的端部使用已知能夠校準和聚焦光束的任何配置，以產(chǎn)生適當?shù)膾呙韫怙@示器。

使透鏡與掃描光纖的端部耦合或者包括掃描光纖的端部(即，與以下配置相比：即，其中未耦合的透鏡可被用于引導從光纖射出的光)的兩個重要效用是：a)出射光可以被校準以避免使用其它外部光學元件執(zhí)行此操作；b)na，或者從單模光纖芯的端部射出光的錐體的角度可以增大，從而減小光纖的關聯(lián)光斑大小以及增大顯示器的可用分辨率。

如上所述，諸如grin透鏡之類的透鏡可被熔接或以其它方式耦合到光纖的端部，或者使用諸如拋光之類的技術形成光纖的端部的一部分。在一實施例中，具有約0.13或0.14na的典型光纖可以具有約3微米的光斑大小(也稱為給定na的光纖的“模場直徑”)。在給定行業(yè)標準顯示器分辨率范例(例如，lcd或有機發(fā)光二極管之類的典型微顯示器技術，或者“oled”具有約5微米的光斑大小)的情況下，這提供相對高分辨率的顯示器可能性。這樣，上述掃描光顯示器可以為傳統(tǒng)顯示器具有的最小像素間距的3/5；進一步地，通過在光纖的端部使用透鏡，上述配置可以產(chǎn)生1-2微米范圍內(nèi)的光斑大小。

在另一實施例中，不使用掃描圓柱形光纖，而是可以將波導(諸如使用掩模和蝕刻之類的微加工工藝而非繪制微光纖技術創(chuàng)建的波導)的懸掛部置于掃描振蕩運動中，并且可以與出射端的透鏡配合。

在另一實施例中，待掃描光纖的增大的數(shù)值孔徑可使用覆蓋光纖出射端的漫射器(即，被配置為散射光并創(chuàng)建大na的漫射器)創(chuàng)建。在一變型中，漫射器可通過蝕刻光纖的端部以產(chǎn)生散射光的少量地帶來產(chǎn)生；在另一變型中，可以使用焊珠或噴砂技術，或直接打磨/膠合技術產(chǎn)生散射地帶。在另一變型中，可以產(chǎn)生與衍射元件類似的工程化后的漫射器以保持具有理想na(其接合在使用上述衍射透鏡的意圖中)的干凈光斑大小。

參考圖16a，光纖陣列(454)被示為與耦合器(456)耦合，該耦合器被配置為將這些光纖平行地保持在一起，以使光纖的端部被研磨和拋光為具有這樣的輸出邊：該輸出邊與輸入光纖的縱軸形成臨界角(458；例如對于多數(shù)玻璃為45度)，以使得從斜面射出的光就像已經(jīng)穿過棱鏡那樣射出，并且彎曲且變得幾乎與拋光面的表面平行。從光纖束中的光纖(454)射出的光束將變得重疊，但由于路徑長度不同(參考圖16b，例如，對于可見的不同芯，從出射斜面到聚焦透鏡的路徑長度不同)，不會在縱向上異相。

從傾斜面射出之前光纖束中的x軸分離將變?yōu)閦軸分離，該事實有助于通過此類配置產(chǎn)生多焦光源。在另一實施例中，不使用成束/耦合的多個單模光纖，可以對諸如日本mitsubishicableindustries,ltd制造的多芯光纖進行角拋光。

在一實施例中，如果將光纖拋光45度角，然后用反射元件(諸如反射鏡涂層)覆蓋，則出射光可以從拋光面反射并且從光纖的側面(在一實施例中，位于這樣的位置：在該位置處，已經(jīng)在光纖的該側面產(chǎn)生平拋的出射窗)出現(xiàn)，這樣，當光纖在一般稱為x-y笛卡爾坐標系軸中被掃描時，該光纖在功能上執(zhí)行等效的x-z掃描，其中距離在掃描過程中變化。此類配置也可以被有利地用于更改顯示器的焦點。

多芯光纖可被配置為在顯示器分辨率增強(即，更高分辨率)過程中發(fā)揮作用。例如，在一實施例中，如果單獨的像素數(shù)據(jù)被發(fā)送到多芯光纖中緊束縛在一起的19個芯，并且以稀疏螺旋模式全面掃描該簇，而且螺旋間距約等于多芯的直徑，則來回掃描會有效地產(chǎn)生大約為類似地被全面掃描的單芯光纖的分辨率19倍的顯示分辨率。實際上，更有效的做法是使光纖更稀疏地彼此定位，如圖16c的配置那樣，該配置具有7個簇(464；7僅用于說明的目的，因為它是有效的平鋪/六方點陣模式；也可以使用其它模式或數(shù)量；例如，19個簇，并且配置可以放大或縮小)，每個簇具有3個分別容納在導管(462)中的光纖。

通過圖16c所示的稀疏配置，多芯掃描將分別掃描每個芯的本地區(qū)域，這與將芯全部緊束在一起進行掃描的配置(其中芯在掃描時重疊，如果芯彼此太近，其na就不會足夠大，緊束的芯在某種程度上界限模糊，且不會產(chǎn)生用于顯示的可分辨光斑)相反。因此，為增加分辨率，優(yōu)選地具有稀疏平鋪而非極稠密平鋪，盡管這兩者均有效。

緊束被掃描芯能夠在顯示器處產(chǎn)生模糊的想法在一實施例中可以被用作優(yōu)點，在該實施例中，可以將多個芯(即，承載紅色、綠色和藍色光的三個芯)密集地緊束在一起，以使每三個芯形成以紅色、綠色和藍色光為特征的三個重疊光斑。通過此類配置，可以具有這樣的rgb顯示器：該顯示器不必將紅色、綠色和藍色組合到單模芯中，這是優(yōu)點，因為用于將多個(諸如三個)小光波組合到單芯中的傳統(tǒng)裝置會損耗大量光能。參考圖16c，在一實施例中，由3個光纖芯構成的每個緊束簇包含一個中繼紅光的芯、一個中繼綠光的芯，和一個中繼藍光的芯，其中這三個光纖芯足夠近，它們的位置差不會被后續(xù)中繼光學元件分辨出，從而形成有效的重疊rgb像素；因此，7個簇的稀疏平鋪產(chǎn)生分辨率增加，而簇內(nèi)的3個芯緊束在一起促進無縫顏色混合，而無需利用平滑的rgb光纖合束器(例如，使用波分復用或消散波耦合技術的合束器)。

返回參考圖16d，在另一更簡單的變型中，可以僅具有一個容納在導管(468)中的簇(464)，該簇比如說用于紅色/綠色/藍色(在另一實施例中，可以針對眼睛跟蹤之類的應用添加用于紅外線的另一芯)。在另一實施例中，可以將附加的芯置于承載附加光波長的緊束簇中以包括多主顯示器來增加色飽和度。參考圖16e，在另一實施例中，可以使用單芯(470)的稀疏陣列；在一變型中，可以使用組合在一起的紅色、綠色和藍色，它們均位于導管(466)內(nèi)；此類配置可行，雖然對于分辨率增加的作用不大，但是并不最適合紅色/綠色/藍色組合。

多芯光纖也可被用于產(chǎn)生光場顯示。實際上，不使芯彼此相距太遠，以致芯不在顯示面板的每個其它本地區(qū)域上掃描，如以上在使用光場顯示器產(chǎn)生掃描光顯示的上下文中描述的那樣，理想的是來回掃描密集打包的多個光纖，因為所產(chǎn)生的每個光束表示光場的一個特定部分。如果光纖具有小na，則從成束的光纖尖端射出的光能夠相對較窄；光場配置可以利用此特性并且具有其中在解剖瞳孔處接收來自陣列的多個稍微不同的光束的布置。因此存在這樣的光學配置：該配置掃描在功能上等同于單掃描光纖模塊陣列的多芯，從而通過掃描多芯而非掃描一組單模光纖來產(chǎn)生光場。

在一實施例中，可以使用多芯相控陣列技術創(chuàng)建大出瞳可變波前配置以促進三維感知。上面描述了具有相位調制器的單激光器配置。在一個多芯實施例中，相位延遲可被引入多芯光纖的不同通道，以使得單個激光器的光被注入多芯配置的全部芯中，從而產(chǎn)生互相干性。

在一實施例中，多芯光纖可以與諸如grin透鏡之類的透鏡組合。此類透鏡例如可以是折射透鏡、衍射透鏡或用作透鏡的拋光面。透鏡可以是單一光學表面，或者可以包括多個堆疊的光學表面。實際上，除了具有延伸多芯直徑的單一透鏡之外，例如理想地還可以在多芯中的各個芯的光出射點處設置小透鏡陣列。圖16f示出其中多芯光纖(470)將多個光束射入諸如grin透鏡之類的透鏡(472)的一個實施例。透鏡將光束收集到位于透鏡前方空間中的焦點(474)。在許多傳統(tǒng)配置中，光束將在發(fā)散時從多芯光纖射出。例如，grin或其它透鏡被配置為將光束導向單個點并且校準光束，從而針對光場顯示來回掃描校準結果。

參考圖16g，可以將小透鏡(478)置于多芯(476)配置中的每個芯的前方，并且這些透鏡可被用于校準；然后可以將共享透鏡(480)配置為將準直光聚焦于針對所有三個光斑對齊的衍射限制光斑(482)。此類配置的凈結果：如圖所示，通過將三個準直窄光束與窄na組合在一起，有效地將所有三個光束組合成大得多的發(fā)射角，該發(fā)射角例如在頭戴式光學顯示系統(tǒng)中轉換為較小的光斑大小，該光學顯示系統(tǒng)在到用戶的光傳遞鏈中處于下一位置。

參考圖16h，一實施例的特征是具有包括小透鏡(478)陣列的多芯光纖(476)，該小透鏡陣列將光饋入小棱鏡陣列(484)，該棱鏡陣列使各個芯產(chǎn)生的光束偏轉到公共點。備選地，可以使小透鏡陣列相對于芯偏移，以使光發(fā)生偏斜并且聚焦于單個點。此類配置可被用于增大數(shù)值孔徑。

參考圖16i，雙步驟配置被示出為帶有捕獲來自多芯光纖(476)的光的小透鏡(478)陣列，隨后跟著一個共享透鏡(486)，該透鏡將光束聚焦于單個點(488)。此類配置可被用于增大數(shù)值孔徑。如上所述，較大na對應于較小的像素大小和較高的可能顯示分辨率。

參考圖16j，可以使用反射設備(494；諸如dlp系統(tǒng)的dmd模塊)掃描能夠與諸如上述耦合器(456)保持在一起的斜面光纖陣列。通過耦合到陣列內(nèi)的多個單芯光纖(454)或相反地通過多芯光纖，疊加的光可被引導穿過一個或多個聚焦透鏡(490、492)以產(chǎn)生多焦光束；通過陣列的疊加和成角，不同源與聚焦透鏡具有不同距離，這樣，當光束從透鏡(492)中射出并且被導向用戶眼睛(58)的視網(wǎng)膜(54)時，在這些光束中產(chǎn)生不同的聚焦程度。例如，最遠的光學路線/光束可被設置為表示光學無限遠聚焦位置的準直光束。較近的路線/光束可以與較近的聚焦位置的發(fā)散球面波前關聯(lián)。

多焦光束可被傳送到掃描鏡內(nèi)，該掃描鏡可被配置為產(chǎn)生多焦光束的光柵掃描(或者，例如利薩如曲線掃描圖案或螺旋掃描圖案)，該多焦光束可以穿過一系列聚焦透鏡，然后到達眼睛的角膜和晶狀體。從透鏡射出的多個光束產(chǎn)生具有疊加的可變焦距的不同像素或體素(voxel)。

在一實施例中，可以將不同的數(shù)據(jù)寫入位于前端的光調制通道中的每一者，從而產(chǎn)生通過一個或多個聚焦元件被投射到眼睛的圖像。通過更改晶狀體的焦距(即，通過視覺調節(jié))，用戶能夠將不同的入站像素帶入和帶出焦點，如圖16k和16l所示，在這兩個圖中，晶狀體位于不同的z軸位置。在另一實施例中，光纖陣列可以被壓電致動器致動/移動。在另一實施例中，當激活壓電致動器時，相對薄的帶狀陣列可以沿著垂直于陣列光纖布置的軸線(即，在條帶的薄方向上)以懸掛形式共振。在一變型中，可以利用單獨的壓電致動器在垂直的長軸中程數(shù)振動掃描。在另一實施例中，可以在光纖帶共振的同時，采用單鏡軸掃描沿著長軸執(zhí)行緩慢掃描。

參考圖16m，可以有利地束縛/平鋪掃描光纖顯示器(498)的陣列(496)以實現(xiàn)有效的分辨率增加，目的是通過此類配置，光纖束中的每個掃描光纖被配置為寫入圖像平面(550)的不同部分，例如如圖16n所示，其中圖像平面的每個部分由來自至少一個光纖束的發(fā)射尋址。在其它實施例中，可以使用這些光學配置以允許光束在從光纖射出時稍微放大，從而在六方點陣或其它點陣圖案中稍有重疊，并且射入顯示平面，因此具有較好的填充率，同時還在圖像平面中保持足夠小的光斑大小，并且理解圖像平面中具有細微放大。

不使各個透鏡位于每個掃描光纖外殼的端部，在一實施例中，可利用單片小透鏡陣列，以使得這些小透鏡被盡可能緊地打包在一起，這樣允許圖像平面中具有更小的光斑大小，因為可以在光學系統(tǒng)中使用較低的放大倍數(shù)。因此，可以使用光纖掃描顯示器陣列增加顯示器的分辨率，或者換言之，可以使用它們增大顯示器的視場，因為每個引擎被用于掃描視場的不同部分。

對于光場配置，發(fā)射可以更理想地在圖像平面上重疊。在一實施例中，可以使用多個在空間中被掃描的小直徑光纖產(chǎn)生光場顯示。例如，不是像上面所述的那樣使所有光纖尋址圖像平面的不同部分，而是將更多重疊、更多光纖向內(nèi)傾斜等，或者更改透鏡的光焦度，以使小光斑大小不與平鋪的圖像平面配置共軛。此類配置可被用于產(chǎn)生光場顯示以來回掃描在同一物理空間中被攔截的大量小直徑射線。

返回參考圖12b，其中介紹了產(chǎn)生光場顯示的一種方式是使位于左側的元件的輸出通過窄光束校準，然后使投射陣列與位于右側的眼瞳共軛。

參考圖16o，對于公共基片塊(502)，可以使用單個致動器統(tǒng)一地一起致動多個光纖(506)。類似的配置在上面參考圖13c-1和13c-2介紹。實際可能難以使所有光纖保持相同的共振頻率，按照理想的相互相位關系振動，或者具有來自基片塊的相同懸掛尺寸。為了應對該挑戰(zhàn)，光纖的尖端可以與點陣或片(504)(諸如，非常薄、非常輕但是具有剛性的石墨烯片)機械耦合。通過此類耦合，整個陣列可以類似地振動，并且具有相同的相位關系。在另一實施例中，可以利用碳納米管矩陣耦合光纖，或者可以將極薄的平面玻璃(諸如在產(chǎn)生液晶顯示面板時使用的種類)耦合到光纖端部。進一步地，可以使用激光器或其它精密切割設備將所有關聯(lián)的光纖切割為相同的懸掛長度。

參考圖17，在一實施例中，理想地具有直接與角膜對接的接觸鏡，并且該接觸鏡被配置為促進眼睛聚焦于非常近(例如，角膜與眼鏡鏡片之間的典型距離)的顯示器上。不將光學透鏡布置為接觸鏡，在一變型中，透鏡可以包括選擇性濾波器。圖7示出可被視為“陷波濾波器”的繪圖(508)，由于其被設計為僅阻擋特定波段，諸如450nm(藍色峰值)、530nm(綠色)和650nm，并且一般傳遞或透射其它波段。在一實施例中，可以聚合多個介電涂層以提供陷波過濾功能。

此類濾波配置可以與掃描光纖顯示器耦合，掃描光纖顯示器針對紅色、綠色和藍色產(chǎn)生極窄波段照明，并且具有陷波濾波功能的接觸鏡將阻擋來自顯示器(例如，oled顯示器之類的微型顯示器，其安裝在一般被眼鏡鏡片占據(jù)的位置)的除透射波長之外的所有光?？梢栽诮佑|鏡濾波層/膜的中間產(chǎn)生窄針孔，以使得小孔(即，直徑小于約1.5mm)允許被以其它方式阻擋的波長通過。因此，所產(chǎn)生的針孔透鏡配置以針孔方式針對紅色、綠色和藍色工作，僅攝取來自微型顯示器的圖像，而來自真實世界的光(一般為寬帶照明)相對暢通地穿過接觸鏡。因而，們可以組裝和操作大焦深虛擬現(xiàn)實配置。在另一實施例中，由于大焦深針孔配置，從波導射出的準直圖像將在視網(wǎng)膜處可見。

創(chuàng)建能夠隨時間改變焦深的顯示器非常有用。例如，在一實施例中，顯示器可被配置為具有能夠由操作員選擇(優(yōu)選地根據(jù)操作員的指令在兩個模式之間快速切換)的不同顯示模式，諸如組合極大焦深與小出瞳直徑的第一模式(即，使得每項內(nèi)容始終清晰)，以及以更大出瞳和更窄焦深為特征的第二模式。在操作中，如果用戶玩三維視頻游戲，并且該游戲包括在大量景深處感知的對象，則操作員可以選擇第一模式；備選地，如果用戶使用二維字處理顯示配置鍵入長散文(即，在較長時間內(nèi))，則更理想地切換到第二模式以利用較大出瞳和更清晰的圖像。

在另一實施例中，可以理想地具有多焦深顯示器配置，在該配置中，某些子圖像以大焦深呈現(xiàn)，而其它子圖像以小焦深呈現(xiàn)。例如，一個配置可以具有紅色波長和藍色波長通道，這兩個通道配備極小出瞳以使其始終清晰。然后，綠色通道僅具有配備多個深度平面的大出瞳配置(即，因為人類視覺調節(jié)系統(tǒng)優(yōu)先指向綠色波長來優(yōu)化聚焦程度)。因此，為了削減與具有太多通過全部紅色、綠色和藍色深度平面表示的元素關聯(lián)的成本，綠色波長可被優(yōu)先化并且以各種不同的波前水平表示。紅色和藍色可被降級為通過更加麥克斯韋式的方法表示(例如，如上面參考麥克斯韋顯示所述，可以利用軟件來引入高斯級模糊)。此顯示將同時呈現(xiàn)多個焦深。

如上所述，存在多個具有較高光傳感器密度的視網(wǎng)膜部分。小凹部分例如一般以每可視化度大約120個錐體填充。過去已經(jīng)創(chuàng)建使用眼睛或注視跟蹤作為輸入的顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過僅針對用戶當時注視的位置產(chǎn)生真實的高分辨率渲染，同時為視網(wǎng)膜的其余部分呈現(xiàn)低分辨率渲染來節(jié)省計算資源，在此類配置中，高分辨率部分以及低分辨率部分的位置可以動態(tài)地隨著所跟蹤的注視位置變化，這可以稱之為“小凹顯示(foveateddisplay)”。

對此類配置的改進可以包括具有能夠動態(tài)地遵從所跟蹤的眼睛注視的圖案間距的掃描光纖顯示器。例如，當?shù)湫偷膾呙韫饫w顯示器在螺旋模式下工作時，如圖18所示(作為比較，圖18中最左側的圖像部分510示出被掃描的多芯光纖514的螺旋運動模式，圖18中最右側的圖像部分512示出被掃描的單一光纖516的螺旋運動模式)，固定的圖案間距提供均勻的顯示器分辨率。

在小凹顯示配置中，可以利用不均勻的掃描間距，其中較小/較緊的間距(因此分辨率較高)動態(tài)地遵從檢測到的注視位置。例如，如果檢測到用戶的注視正在朝著顯示屏的邊緣移動，則可以在該位置上更密集地聚集螺旋，這樣將針對高分辨率部分創(chuàng)建環(huán)形掃描圖案，并且顯示器的其余部分處于低分辨率模式。在其中可以在處于低分辨率模式的顯示器部分中產(chǎn)生間隙的配置中，刻意動態(tài)地產(chǎn)生模糊以平滑掃描之間的過渡，以及從高分辨率到低分辨率掃描間距的過渡。

術語“光場”可被用于描述從對象傳輸?shù)讲榭凑哐劬Φ墓獾?d表示體。但是，穿透式光學顯示器只能將光反射到眼睛，而不是沒有光，來自真實世界的環(huán)境光被添加到表示虛擬對象的任何光。也就是說，如果被呈現(xiàn)給眼睛的虛擬對象包含黑色或極暗的部分，則來自真實世界的環(huán)境光可以穿過該暗部并且遮擋原本要變暗的部分。

總之，需要能夠在亮的真實背景上呈現(xiàn)暗的虛擬對象，并且暗虛擬對象在所需查看距離處顯示為占據(jù)一體積；即，創(chuàng)建暗虛擬對象的“暗場”表示很有用，在該表示中，光的缺失被感知為位于空間中的特定點。相對于遮蔽元素以及將信息呈現(xiàn)給用戶的眼睛以使他或她感知到虛擬對象的暗場方面，即使在光線充足的實際環(huán)境中，上述空間光調制器或“slm”配置的某些方面也是相關的。如上所述，對于諸如眼睛之類的感光系統(tǒng)，一種獲取暗場的選擇性感知的方式是選擇性地衰減來自顯示器的這些部分的光，因為主顯示系統(tǒng)涉及光的操縱和呈現(xiàn)；換言之，暗場不能專門投射—照明缺失可被感知為暗場，因此，已經(jīng)開發(fā)出用于選擇性照明衰減的配置。

返回參考slm配置的介紹，一種選擇性地衰減暗場感知的方式是阻擋所有來自一個角度的光，同時允許來自其它角度的光傳輸?？梢酝ㄟ^多個slm平面完成此操作，sml平面包括諸如液晶(由于在透射狀態(tài)下的透明度相對低，因此不是最佳元件)之類的元件、dlp系統(tǒng)的dmd元件(在處于此模式下具有相對高的透射/反射率)，以及mems陣列或百葉窗，其被配置為像上述那樣可控地遮擋光輻射或者允許光輻射通過。

對于適當?shù)囊壕э@示器(“l(fā)cd”)配置，可以利用膽甾相l(xiāng)cd陣列作為可控遮蔽/阻擋陣列。與其中偏振狀態(tài)隨著電壓變化的傳統(tǒng)lcd范例相反，對于膽甾相l(xiāng)cd配置，液晶分子上粘合了顏料，然后分子響應于所施加的電壓物理地平鋪。此類配置可以被設計為，當處于透射模式下時，實現(xiàn)比傳統(tǒng)lcd更大的透明度，并且不像傳統(tǒng)lcd那樣需要偏振膜堆棧。

在另一實施例中，可以利用多個可控中斷圖案層，借助莫爾效應可控地阻擋選定的光呈現(xiàn)。例如，在一配置中，可以在足夠近的距離處向用戶的眼睛呈現(xiàn)兩個衰減圖案陣列，每個陣列例如可以包括印刷或繪制在透明的平面材料(諸如玻璃基片)上的精確定距的正弦波，這樣，當查看者單獨查看任一圖案時，視圖基本透明，但是當查看者同時查看兩個按順序排成一行的圖案時，即使這兩個衰減圖案距離眼睛相對近地按次序放置，查看者也只能看到空間拍頻莫爾衰減圖案。

拍頻依賴于兩個衰減平面上的圖案間距，因此在一實施例中，用于針對暗場感知選擇性阻擋特定光透射的衰減圖案可以使用兩個順序的圖案來產(chǎn)生，每個圖案以其它方式針對用戶透明，但是連在一起產(chǎn)生被選定為根據(jù)增強現(xiàn)實系統(tǒng)中所需的暗場感知衰減的空間拍頻莫爾衰減圖案。

在另一實施例中，可以使用多視圖顯示樣式的遮光板創(chuàng)建實現(xiàn)暗場效應的可控遮蔽范例。例如，一種配置可以包括一個針孔層，除了小孔和針孔之外，該針孔層完全遮光，同時還包括串聯(lián)的選擇性衰減層，該衰減層可以包括lcd、dlp系統(tǒng)或諸如上面描述的其它選擇性衰減層配置。在一案例中，針孔層被置于距離角膜大約30mm的典型眼鏡鏡片距離處，并且選擇性衰減板位于眼睛一側并與針孔陣列相對，這能夠產(chǎn)生從空間中感知到清晰的機械邊緣。實質上，如果配置允許特定角度的光通過，而阻擋或遮蔽其它光，則可以產(chǎn)生極清晰圖案(諸如清晰的邊緣投影)的感知。在另一相關實施例中，針孔陣列層可以被第二動態(tài)衰減層取代以提供稍微類似的配置，但是該配置具有比靜態(tài)針孔陣列層(靜態(tài)針孔層可被仿真，但是無需這樣做)更多的控制。

在另一相關實施例中，針孔可以被圓柱形透鏡取代?？梢垣@得針孔陣列層配置中的相同圖案，但是通過圓柱形透鏡實現(xiàn)，該陣列不限于極細小的針孔幾何形狀。當查看真實世界時，為了避免眼睛看到透鏡產(chǎn)生的失真，可以在與眼睛最接近的一側相反的針孔或透鏡陣列側添加第二透鏡陣列來執(zhí)行補償，并且提供具有基本零功率望遠鏡配置的查看照明。

在另一實施例中，并不物理地阻擋用于遮蔽和產(chǎn)生暗場感知的光，光可以彎曲或反射，或者如果利用液晶層，則可以更改光的偏振。例如，在一變型中，每個液晶層可以用作偏振旋轉器，以便如果圖案化偏振材料集成在面板的一個面上，則來自真實世界的各個射線的偏振可被選擇性地操縱，從而捕獲圖案化偏振器的一部分。存在本領域中公知的偏振器，這些偏振器具有棋盤圖案，在這些圖案中，一半“棋盤格”具有垂直偏振，另一半具有水平偏振。此外，如果使用諸如液晶之類其中可以選擇性地操縱偏振的材料，則可以通過此材料選擇性地衰減光。

如上所述，選擇性反射器可以提供比lcd更大的傳輸效率。在一實施例中，如果透鏡系統(tǒng)的放置使得它能夠吸收來自真實世界的光，并且將來自真實世界的平面聚焦于圖像平面，并且如果dmd(即，dlp技術)被置于該圖像平面，以在處于“接通”狀態(tài)時將光反射到另一組將光傳輸?shù)窖劬Φ耐哥R，則這些透鏡也在其焦距上具有dmd，該dmd可產(chǎn)生眼睛眼上去清晰的衰減圖案。換言之，在零放大望遠鏡配置中，dmd可被用于選擇性反射器平面，如圖19a所示，以可控地進行遮蔽并促進產(chǎn)生暗場感知。

如圖19a所示，透鏡(518)吸收來自真實世界(144)的光并且使其聚焦于圖像平面(520)；如果dmd(或其它空間衰減設備)(522)被置于透鏡的焦距處(即，圖像平面520處)，則透鏡(518)將吸收來自光學無限遠的所有光并且將其聚焦于圖像平面(520)。然后，可以使用空間衰減器(522)選擇性地阻擋將被衰減的光。圖19a示出處于透射模式的衰減器dmd，在該模式下，這些衰減設備跨設備傳輸所示的光束。圖像然后被置于第二透鏡(524)的焦距處。優(yōu)選地，兩個透鏡(518、524)具有相同的光學功率，因此它們?yōu)榱愎β释h鏡或“中繼器”，并且不放大真實世界(144)的視景。此類配置可被用于呈現(xiàn)不放大的世界視景，同時還允許選擇性地阻擋/衰減特定像素。

在另一實施例中，如圖19b和19c所示，可以添加附加的dmd以使光在傳輸?shù)窖劬χ皬乃膫€dmd(526、528、530、530)中的每一者反射。圖19b示出具有兩個透鏡的實施例，這兩個透鏡優(yōu)選地具有相同光焦度(焦距“f”)，并且以2f關系彼此定位(第一透鏡的焦距與第二透鏡的焦距共軛)以具有零功率望遠鏡效應；圖19c示出沒有透鏡的實施例。為了便于例示，圖19b和19c的所示實施例中的四個反射板(526、528、530、532)的取向角度被示為大約45度，但是需要具體的相對取向(例如，典型的dmd以大約12度角反射)。

在另一實施例中，反射板可以是鐵電反射板，也可以是其它任何種類的反射或選擇性衰減器板或陣列。在與圖19b和19c所示的實施例類似的一實施例中，三個反射器陣列中的一者可以是簡單的反射鏡，從而使得其它三個為選擇性衰減器，從而仍提供三個獨立的板以可控地遮蔽入站照明的多個部分，從而促成暗場感知。通過使多個動態(tài)反射衰減器串聯(lián)，可以產(chǎn)生相對于真實世界的不同焦距處的遮蔽。

備選地，返回參考圖19c，可以創(chuàng)建這樣的配置：在該配置中，一個或多個dmd被置于不帶任何透鏡的反射潛望鏡配置中。此類配置可以通過光場算法驅動以選擇性地衰減特定射線，同時讓其它射線通過。

在另一實施例中，可以在與總體不透明的基片相對的基片上創(chuàng)建dmd或類似可控移動設備矩陣，以用于諸如虛擬現(xiàn)實之類的透射配置。

在另一實施例中，可以使用兩個lcd板作為光場遮光板。在一變型中，由于具備上述衰減功能，它們可被視為衰減器；備選地，它們可被視為具有共享偏振器堆棧的偏振旋轉器。適當?shù)膌cd可以包括諸如藍色相位液晶、膽甾相液晶、鐵電液晶和/或扭曲向列液晶之類的組件。

一實施例可以包括方向選擇性遮光元件陣列，諸如mems設備，該設備的特點是具有一組可以改變旋轉，以使來自特定角度的多數(shù)光通過，但是針對來自另一角度的光提供更多寬面的一組百葉窗(有點類似于將農(nóng)場百葉窗用于典型的人性化窗口的方式)。mems/百葉窗配置可被置于光學透明的基片上，其中百葉窗基本不透明。理想地，此類配置的百葉窗間距細密得足以可選擇地逐像素遮光。在另一實施例中，可以組合兩個或多個百葉窗層或百葉窗堆棧以提供更進一步的控制。在另一實施例中，百葉窗可以是被配置為可控地更改光的偏振狀態(tài)的偏振器，而非選擇性地阻擋光。

如上所述，用于選擇性遮光的另一實施例可以包括mems設備中的滑板陣列，以使滑板被可控地打開(即，通過按照平面方式從第一位置滑動到第二位置；或者通過從第一取向旋轉到第二取向；或者，例如通過組合的再取向和放置)，從而通過小框架或小孔傳輸光，以及被可控地關閉以遮蔽框架或孔并阻止傳輸。該陣列可以被配置為打開或遮蔽各種框架或孔，以使它們最大程度上衰減將被衰減的射線，并且僅最小程度上衰減要被傳輸?shù)纳渚€。

在其中固定數(shù)量的滑板可以占據(jù)遮蔽第一孔以及打開第二孔的第一位置，或占據(jù)遮蔽第二孔以及打開第一孔的第二位置的實施例中，始終具有相同的整體傳輸光量(因為對于此類配置，50％的孔被遮蔽，另外50％孔被打開)，但是百葉窗或門的本地位置變化可以產(chǎn)生定向的莫爾效應或其它效應，以通過各種滑板的動態(tài)定位實現(xiàn)暗場感知。在一實施例中，滑板可以包括滑動偏振器，如果與其它動態(tài)或動態(tài)的偏振元件成堆疊配置，該滑動偏振器可以被用于選擇性地衰減。

參考圖19d，其中示出提供選擇性反射機會(諸如，經(jīng)由dmd式反射器陣列(534))的另一配置，從而能夠使用兩個波導(536、538)構成的堆疊組以及一對聚焦元件(540、542)和反射器(534；諸如dmd)捕獲通過入口反射器(544)傳入的光的一部分。反射光可以沿著第一波導(536)的長度被全內(nèi)反射到聚焦元件(540)，以使光聚焦于反射器(534)(諸如dmd陣列)，此后dmd可以選擇性地衰減光的一部分并通過聚焦透鏡(542；該透鏡被配置為促進將光注回第二波導)將其反射回第二波導(538)，以便接著將光全內(nèi)反射到出射反射器(546)，該出射反射器被配置為將光射出波導并且射向眼睛(58)。

此類配置可以具有相對薄的形狀因子，并且被設計為允許來自真實世界(144)的光被選擇性地衰減。由于波導最適合準直光，因此此類配置非常適合其中焦距處于光學無限遠范圍的虛擬現(xiàn)實配置。對于更近的焦距，可以使用光場顯示器作為位于通過上述選擇性衰減/暗場配置產(chǎn)生的側影頂部的層，從而為用戶的眼睛提供表示光來自另一焦距的其它線索。遮罩可能脫焦，盡管這種情況并不是期望的，因此，在一實施例中，位于掩蔽層頂部的光場可被用于隱藏暗場可能位于錯誤的焦距處的事實。

參考圖19e，其中示出的實施例的特點是具有兩個波導(552、554)，為了便于例示，每個波導具有兩個大約45度角傾斜的反射器(558、544；556、546)；在實際配置中，角度可能取決于反射面、波導的反射/折射性質等而不同，這兩個反射器沿著第一波導的每一側(或沿著兩個獨立的波導，如果頂層不是單片結構)引導來自真實世界的光的一部分，以使光射到位于每個端部的反射器(548、550)，諸如dmd，其可被用于選擇性衰減，此后反射光可被注回第二波導(或者注回兩個單獨的波導，如果底層不是單片結構)并且返回兩個傾斜反射器(再次地，它們不需要按照所示那樣成45度)以朝著眼睛(58)射出。

聚焦透明也可被置于每個端部處的反射器與波導之間。在另一實施例中，每個端部處的反射器(548、550)可以包括標準的鏡(諸如鍍鋁鏡)。進一步地，反射器可以是波長選擇性反射器，諸如二向色鏡或薄膜干涉濾波器。進一步地，反射器可以是被配置為反射傳入光的衍射元件。

圖19f示出這樣的配置：在該配置中，采取金字塔型配置的四個反射面被用于引導光通過兩個波導(560、562)，其中來自真實世界的傳入光可被分割并反射到四個不同的軸。金字塔形反射器(564)可以具有四個以上的面，并且可以位于基片棱鏡內(nèi)，就像圖19e的配置中的反射器一樣。圖19f的配置是圖19e的配置的擴展。

參考圖19g，單波導(566)可被用于借助一個或多個反射面(574、576、578、580、582)捕獲來自世界(144)的光，并將其中繼(570)到選擇性衰減器(568；諸如dmd陣列)，然后將其再次耦合回同一波導，以使其繼續(xù)傳播(572)并且遇到一個或多個其它反射面(584、586、588、590、592)，這些其它反射面導致光至少部分地從波導射出(594)并射向用戶的眼睛(58)。優(yōu)選地，波導包括選擇性反射器，以使得一組反射面(574、576、578、580、582)能夠被切換到接通狀態(tài)，以捕獲傳入光并將其導向選擇性衰減器，而單獨的另一組反射面(584、586、588、590、592)可被切換到接通狀態(tài)以將從選擇性衰減器返回的光射向眼睛(58)。

為簡單起見，選擇性衰減器被示為基本垂直于波導定向；在其它實施例中，可以使用諸如折射或反射光學元件之類的各種光學組件使得選擇性衰減器相對于波導位于另一不同并更緊湊的方位。

參考圖19h，其中示出參考圖19d描述的配置的變型。該配置有些類似于上面參考圖5b介紹的配置，其中可切換的反射器陣列可以嵌入一對波導(602、604)中的每一者。參考圖19h，控制器可以被配置為依次接通和關斷反射器(2598、600)，以使多個發(fā)射器按幀序列工作；然后dmd或其它選擇性衰減器(594)可以與其它反射鏡被接通和關斷同步地依次被驅動。

參考圖19i，其中通過側視圖或剖面圖示出與上述波導(例如，參考圖15a-15c描述的波導)類似的一對楔形波導，以例示每個楔形波導(610、612)的兩個長表面不共面。可以在楔形波導的一個或多個表面上使用“轉向膜”(606、608；諸如3m公司制造的轉向膜，商標名為“traf”，其本質上包括微棱鏡陣列)，以使傳入射線轉動一定角度以便由全內(nèi)反射捕獲，或者在傳出射線從波導射出并射向眼睛或其它目標時轉向。傳入射線被沿著第一楔形波導導向選擇性衰減器(614)，諸如dmd、lcd(諸如鐵電lcd)或充當遮罩的lcd堆棧。

在選擇性衰減器(614)之后，反射光被耦合回第二楔形波導，該波導然后通過全內(nèi)反射沿著楔形中繼光。楔形波導的性質刻意使得光的每次反射導致角度變化；這樣的點變?yōu)樾ㄐ尾▽У某錾潼c：在該點處，角度變化得足以成為脫離全內(nèi)反射的臨界角。通常，將以傾斜角度射出光，因此，另一轉向膜層可被用于將出射光“轉向”諸如眼睛(58)之類的定向目標。

參考圖19j，數(shù)個拱形小透鏡陣列(616、620、622)相對于眼睛放置，并且被配置為使得空間衰減器陣列(618)位于焦平面/圖像平面，以便與眼睛(58)的焦點對準。第一(618)和第二(620)陣列被配置為在聚合中，從真實世界傳遞到眼睛的光基本上穿過零功率望遠鏡。圖19j的實施例示出第三小透鏡陣列(622)，該陣列可被用于改善光學補償，但是一般情況下不需要這樣的第三層。如上所述，具備直徑為查看光學元件的望遠鏡可以產(chǎn)生過大的形狀因數(shù)(有點類似于在眼睛前面放置一堆小型雙筒望遠鏡裝置)。

一種優(yōu)化整體幾何結構的方式是通過將透鏡分割為更小的小透鏡來減小透鏡直徑，如圖19j所示(即，透鏡陣列，而非一個單一的大透鏡)。小透鏡陣列(616、620、622)被示為在眼睛(58)周圍通過徑向或拱形方式卷繞，以確保進入瞳孔的光束通過適當?shù)男⊥哥R對齊(否則，系統(tǒng)可能遭受光學問題，諸如色散、重疊和/或聚焦不良)。因此，所有透鏡被定向為“向前內(nèi)傾”并且指向眼睛(58)的瞳孔，系統(tǒng)促進避免這樣的情況：其中通過非預期的透鏡組將射線傳播到瞳孔。

參考圖19k-19n，可以使用各種軟件技術幫助在虛擬或增強現(xiàn)實置換案例中呈現(xiàn)暗場。參考圖19k，其中示出用于增強現(xiàn)實的典型挑戰(zhàn)性情景(632)，該情景具有花式地毯(624)和不均勻背景架構特征(626)，這兩者均為輕度著色。所示的黑框(628)指示其中一個或多個增強現(xiàn)實特征將被呈現(xiàn)給用戶進行三維感知的區(qū)域，在該黑框中，呈現(xiàn)機器人生物(630)，該生物可以是用戶參與的增強現(xiàn)實游戲的一部分。在所示的實例中，機器人生物(630)被重度著色，這有助于在三維感知中實現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的呈現(xiàn)，尤其是對于針對該實例情景選定的背景。

如上文簡單所述，呈現(xiàn)暗場增強現(xiàn)實對象的主要挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)一般無法添加“黑暗”或在“黑暗”中繪畫；一般情況下，顯示器被配置為添加光亮。因此，參考圖19l，沒有任何專門的軟件處理來增強暗場感知，增強現(xiàn)實視景中的機器人人物的呈現(xiàn)導致這樣的場景：其中在呈現(xiàn)中基本為啞黑色的機器人人物的各部分不可見，具有些許亮光的機器人物的各部分(諸如機器人物在肩上扛的槍的外蓋輕度著色)只是稍微可見(634)，它們看上去就像正常背景圖像的輕度灰階中斷。

參考圖19m，使用基于軟件的全域衰減處理(類似于以數(shù)字方式戴上一副太陽鏡)提供機器人人物的增強可視性，因為幾乎為黑色的機器人人物的亮度相對于空間的其它部分有效增加，現(xiàn)在顯得更黑(640)。圖19m還示出數(shù)字添加的光環(huán)(636)，可以添加該光環(huán)以增強目前更可見的機器人人物形狀(638)并將其與背景相區(qū)分。通過光環(huán)處理，即使將被呈現(xiàn)為啞黑色的機器人人物的各部分也通過與白色光環(huán)的對比變得可見，或者在機器人人物周圍通過“光環(huán)”的形式呈現(xiàn)。

優(yōu)選地，可以通過所感知的焦距將光環(huán)呈現(xiàn)給用戶，該焦距在三維空間中位于機器人人物的焦距之后。在其中使用諸如上述技術之類的單板遮蔽技術呈現(xiàn)暗場的配置中，亮暈可以以強度梯度呈現(xiàn)以便與伴隨遮蔽的暗暈匹配，從而最小化任一暗場效應的可見度。進一步地，可以通過模糊到所呈現(xiàn)的光環(huán)后面的背景來呈現(xiàn)光環(huán)以實現(xiàn)進一步的區(qū)分效應。更細微的光環(huán)或暈輪效應可以通過至少部分地匹配較輕度著色背景的顏色和/或亮度來產(chǎn)生。

參考圖19n，機器人人物的部分或全部黑色調可以被更改為較深的酷藍色以提供相對于背景的進一步區(qū)分效應，以及提供相對良好的機器人可視化(642)。

上面已經(jīng)例如參考圖15a-15d以及圖19i描述了楔形波導。通過楔形波導，每當射線反彈出其中一個非共面表面時，便會使角度改變，這最終導致當射線到所述表面之一的接近角超過臨界角時，該射線退出全內(nèi)反射。轉向膜可被用于重定向出射光，以使出射光束通過或多或少與出射面垂直的軌跡離開，具體取決于當時的幾何學和人體工學問題。

通過將圖像信息注入楔形波導的顯示器系列或陣列(如圖15c所示)，例如，楔形波導可被配置為創(chuàng)建從楔形射出的角度偏斜射線的細間隔陣列。有點類似地，上面已經(jīng)介紹了光場顯示器或產(chǎn)生波導的可變波前兩者可產(chǎn)生多個細光束或光束以表示空間中的單個像素，這樣，無論眼睛位于何處，特定于位于顯示面板前面的該特定眼睛位置的多個不同細光束或光束會射入眼睛。

就像上面在光場顯示上下文中進一步介紹的那樣，可以在給定瞳孔內(nèi)創(chuàng)建多個查看區(qū)域，每個區(qū)域可被用于不同的焦距，其中聚合產(chǎn)生以下感知：即，該感知類似于產(chǎn)生波導的可變波前的感知，或類似于所查看對象的現(xiàn)實的實際光學物理特征是真實的。因此，可以使用具有多個顯示的楔形波導產(chǎn)生光場。在類似于圖15c的實施例(帶有注入圖像信息的顯示器線性陣列)的一個實施例中，針對每個像素產(chǎn)生出射射線扇面。此概念可以在其中堆疊多個線性陣列以全部將圖像信息注入楔形波導的實施例(在一變型中，一個陣列可以通過一個相對于楔形波導面的角度注入，而第二陣列可以通過第二相對于楔形波導面的角度注入)中擴展，在這種情況下，出射光束以兩個不同的軸從楔形波導中扇出。

因此，此類配置可用于產(chǎn)生以多個不同的角度射出的多個光束，并且每個光束可被單獨地驅動，因為實際上在此配置下，每個光束被使用單獨的顯示器驅動。在另一實施例中，一個或多個陣列或顯示器可被配置為通過圖15c所示的楔形波導的側面或面以外的側面或面將圖像信息注入楔形波導，例如通過使用衍射光學元件使所注入的圖像信息彎曲到相對于楔形波導的全內(nèi)反射配置中。

與此類楔形波導實施例一致地，還可以使用各種反射器或反射面從楔形波導解耦光并管理這些光。在一實施例中，楔形波導的入口孔，或者通過圖15c所示的面以外的面注入圖像信息可被用于促進不同顯示器和陣列的交錯(幾何交錯和/或時間交錯)，從而產(chǎn)生z軸差作為將三維信息注入楔形波導的手段。對于大于三維陣列的配置，各種顯示器可被配置為在不同的邊處進入楔形波導，這些邊交錯地堆疊以獲取更高的維度配置。

現(xiàn)在參考圖20a，其中示出類似于圖8h所示的配置的配置，在該配置中，波導(646)具有夾在中間(備選地，如上所述，衍射光學元件可以位于在所示波導的前方或背面上)的衍射光學元件(648；或上述“doe”)。射線可以從投光器或顯示器(644)進入波導(646)。一旦進入波導(646)，每當射線與doe(648)相交時，其一部分從波導(646)射出。如上所述，doe可以被設計為使得跨波導(646)的長度的出射照明有些均勻(例如，第一此類doe相交可被配置為使大約10％的光射出；然后第二doe相交可被配置為使剩余光的大約10％射出，因此81％繼續(xù)傳輸，以此類推；在另一實施例中，doe可以被設計為沿其長度具有可變衍射效率(諸如線性減小衍射效率)，以便跨波導的長度射出更均勻的出射照明)。

為了進一步分布到達端部的剩余光(在一實施例中，允許選擇相對低的衍射效率doe，從視景-世界透明性的角度來看，這是有利的)，可以包括位于一端或兩端的反射元件(650)。進一步地，參考圖20b的實施例，如圖所示，通過跨波導的長度包括細長型反射器(652)(例如，包括具有波長選擇性的薄膜二向色涂層)，實現(xiàn)額外分布和保留；優(yōu)選地，此反射器將阻擋意外地向上反射的光(返回真實世界44以通過查看者不能利用的方式射出)。在某些實施例中，此類細長型反射器有利于用戶感知到幻影效應。

在一實施例中，該幻影效應可通過配備雙波導(646、654)循環(huán)反射配置來消除，諸如圖20c所示的配置，該配置被設計為使光保持四周移動，直至跨波導組裝件的長度以優(yōu)選地基本均勻分布的方式朝著眼睛(58)射出。參考圖20c，光可以通過投光器或顯示器(644)注入，并且跨第一波導(654)的doe(656)行進，其將優(yōu)選地基本均勻的光圖案射向眼睛(58)；留在第一波導中的光被第一反射器組裝件(660)反射到第二波導(646)內(nèi)。在一實施例中，第二波導(646)可被配置為沒有doe，從而只是使用第二發(fā)射器組裝件將剩余光傳輸或再循環(huán)回第一波導。

在另一實施例中(如圖20c所示)，第二波導(646)也可以具有doe(648)，該doe被配置為均勻地射出正在行進的光的一部分，以提供用于實現(xiàn)三維感知的第二焦平面。與圖20a和20b的配置不同，圖20c的配置被設計為使得光沿一個方向穿過波導，這避免了上述幻影問題(與讓光返回穿過具有doe的波導相關)。參考圖20d，可以使用更小的回射器陣列(662)或回射材料，而不是在波導的端部設置鏡狀或盒狀反射器組裝件(660)來循環(huán)光。

參考圖20e，其中示出這樣的實施例：該實施例利用圖20c的實施例的某些光循環(huán)配置使得光在通過顯示器或投光器(644)注入之后，迂回穿過具有被夾在中間的doe(648)的波導(646)，這樣便可在到達底部之前多次來回橫跨波導(646)，在到達底部時，光可以循環(huán)回頂層以進一步循環(huán)。此類配置不僅循環(huán)光和促進使用較低衍射效率的doe元件將光射向眼睛(58)，而且還分布光以提供與參考圖8k描述的配置類似的大出瞳配置。

參考圖20f，其中示出與圖5a的配置類似的示例性配置，其中傳入光沿著傳統(tǒng)的棱鏡或分束器基片(104)注入反射器(102)并且不執(zhí)行全內(nèi)射(即，未將棱鏡視為波導)，因為輸入投影(106)、掃描或其它操作保持在棱鏡的范圍內(nèi)—這意味著此類棱鏡的幾何形狀成為重要約束。在另一實施例中，可以利用波導替代圖20f的簡單棱鏡，這促進使用全內(nèi)射提供更多的幾何結構靈活性。

上述其它配置被配置為從包含波導以實現(xiàn)類似的光操縱中獲益。例如，返回參考圖7a，其中所示的一般概念是被注入波導的準直光可以在朝著眼睛傳出之前被重調焦距，此配置還被設計為促進查看來自真實世界的光?？梢允褂醚苌涔鈱W元件來替代圖7a所示的折射透鏡作為可變焦元件。

返回參考圖7b，在具有多個彼此堆疊的層的上下文中示出另一波導配置，其中具有小路徑(通過波導進行全內(nèi)反射)與大路徑(通過包括原始波導和液晶隔離區(qū)的混合波導進行全內(nèi)反射，其中液晶被切換到主波導與輔助波導之間的折射率基本匹配的模式)之間的可控存取切換功能，這樣，控制器能夠逐幀調諧被采用的路徑。諸如鈮酸鋰之類的高速切換電活性材料促進路徑通過此類配置以千兆赫速率改變，這允許逐像素更改光路。

返回參考圖8a，其中示出與弱透鏡配對的波導堆棧以展示其中透鏡和波導元件可以為靜態(tài)元件的多焦點配置。每對波導和透鏡可以在功能上被具有嵌入式doe元件(可以是靜態(tài)元件(與圖8a的配置極為類似)，也可以是動態(tài)元件)的波導替代，例如參考圖8i所述。

參考圖20g，如果在潛望鏡型配置中使用透明的棱鏡或塊(104；即，不是波導)支撐反射鏡或反射器(102)以從其它組件(諸如透鏡(662)和投光器或顯示器(644))接收光，則視場受該反射器(102；反射器越大，視場越寬)的大小限制。因此，為了在此類配置中具有更大視場，需要更厚的基片來支撐較大的反射器；否則可以使用聚合的多個反射器的功能來增加功能性視場，如參考圖8o、8p以及8q所述。參考圖20h，可以使用平面波導(666)的堆棧(664)朝著較大單個反射器的功能聚合，每個平面波導都通過顯示器或投光器(644；或者在另一實施例中，通過單個顯示器的多路傳輸)饋入光并且具有出射反射器(668)。在某些情況下，各個出射反射器可以位于同一角度，在另一些情況下，它們可以位于不同角度，具體取決于眼睛(58)相對于組裝件的定位。

圖20l示出相關配置，其中平面波導(670、672、674、676、678)中的每一者內(nèi)的反射器(680、682、684、686、688)已經(jīng)彼此偏離，并且其中每個波導吸收來自投光器或顯示器(644)的光，這些光通過透鏡(690)發(fā)送，最終借助平面波導(670、672、674、676、678)中的每一者內(nèi)的反射器(680、682、684、686、688)將這些光發(fā)射到眼睛(58)的瞳孔(45)。如果可以產(chǎn)生被期望在場景中看到的所有角度的全范圍(即，優(yōu)選地在關鍵視場中沒有盲點)，則已經(jīng)實現(xiàn)有用的視場。如上所述，眼睛(58)至少部分地基于光線進入眼睛的角度工作，并且可以仿真此動作。射線無需穿過瞳孔空間中的同一點—而是，光線僅需穿過瞳孔并且被視網(wǎng)膜感知到即可。圖20k示出一變型，其中光學組裝件的陰影部可被用作補償透鏡，以在功能上使來自真實世界(144)的光穿過該組裝件，就像穿過零功率望遠鏡那樣。

參考圖20j，每個上述射線也是相對寬的光束，它借助全內(nèi)反射，通過相關波導(670、672)反射。反射器(680、682)面大小決定出射光束的寬度。

參考圖20l，其中示出反射器的進一步離散化，其中多個小型直角反射器可以通過波導或波導堆棧(696)聚合地形成大致為拋物線的反射面(694)。來自顯示器(644；或者例如單個多路復用顯示器)的光(諸如通過透鏡(690))全部被導向眼睛(58)的瞳孔(45)上的同一共享焦點。

返回參考圖13m，線性顯示器陣列(378)將光注入共享波導(376)。在另一實施例中，單個顯示器可以多路傳輸?shù)揭幌盗腥肟谕哥R以提供與圖13m的實施例類似的功能，其中入口透鏡產(chǎn)生穿過波導的平行射線路徑。

在其中全內(nèi)反射依賴于光傳播的傳統(tǒng)波導技術中，視場受到限制，因為只有特定角度范圍的射線穿過波導傳播(其它可能逸出)。在一實施例中，如果紅色/綠色/藍色(或“rgb”)激光線反射器被置于平面上的一端或全部兩端(類似于僅針對特定波長具有高度反射性，但是對于其它波長反射性較差的薄膜干涉濾波器)，則可以在功能上增大光傳播的角度范圍?？梢栽O置不帶涂層的窗口以允許光在預定位置上射出。進一步地，涂層可被選擇為具有方向選擇性(有點類似于僅針對特定入射角度具有高度反射性的反射元件)。此類涂層與較大的波導平面/側面最相關。

返回參考圖13e，其中介紹了掃描光纖顯示器的一個變型，該變型被視為掃描薄波導配置，以使得多個極薄平面波導(358)被校準或振動，這樣，如果多個注入光束通過全內(nèi)反射射出，則該配置將在功能上提供離開振動元件(358)的邊緣的光束的線性陣列。所示配置具有大約5個外部投影的平面波導部分(358)，這些部分位于透明的主介質或基片(356)內(nèi)，但是主介質或基片優(yōu)選地具有不同的折射率，以使得光處于每個固定在基片上的小波導內(nèi)的全內(nèi)反射中，這些小波導最終饋送外部投影的平面波導部分(358)(在所示的實施例中，每個路徑中存在一個90度轉向，在該點處，平面反射器、弧形反射器或其它反射器可被用于使光朝外反射)。

外部投影的平面波導部分(358)可被單獨振動，或者作為一個組隨著基片(356)的振蕩運動而振動。此類掃描運動可以提供水平掃描，并且針對垂直掃描，可以使用組裝件的輸入(360)方面(即，諸如在垂直軸線中掃描的一個或多個掃描光纖顯示器)。因此提供掃描光纖顯示器的一個變型。

返回參考圖13h，可以使用波導(370)創(chuàng)建光場。根據(jù)從感知角度來看，波導最適合可能與光學無限遠關聯(lián)的準直光束，所有焦距對準的光束可能導致感知不適(即，根據(jù)視覺調節(jié)，眼睛不會區(qū)分折射模糊的差異；換言之，窄直徑(諸如0.5mm或更小)準直細光束可以開環(huán)控制眼睛的視覺調節(jié)/輻輳系統(tǒng)，從而導致不適)。

在一實施例中，單個光束可通過傳出的多個錐體形細光束饋入，但是如果進入光束的引入向量變化(即，相對于波導橫向移動投光器/顯示器的光束注入位置)，則可以控制光束在被導向眼睛時離開波導的位置。因此可以使用波導，通過產(chǎn)生一束窄直徑準直光束來創(chuàng)建光場，并且此類配置不依賴于與眼睛的期望感知關聯(lián)的光波前的真實變化。

如果將一組在角度和橫向上多樣的細光束注入波導(例如，通過使用多芯光纖并且單獨驅動每個芯；另一配置可以使用來自不同角度的多個光纖掃描器；另一配置可以使用頂部具有小透鏡陣列的高分辨率面板顯示器)，則可以在不同的出射角度和出射位置處產(chǎn)生多個出射細光束。由于波導可以擾亂光場，所以優(yōu)選地預先確定解碼。

參考圖20m和20n，波導(646)組裝件(696)被示為包括在垂直軸或水平軸上堆疊的波導組件。這些實施例的目的不是具有一個單片結構平面波導，而是堆疊多個彼此緊密相鄰的小波導(646)，以使被引入一個波導并且通過全內(nèi)反射繼續(xù)沿著該波導傳播(即，通過+x,-x中的全內(nèi)射，沿著z軸傳播)的光同時也在垂直軸(+y,-y)中進行全內(nèi)反射，這樣光不會溢出到其它區(qū)域內(nèi)。換言之，如果全內(nèi)反射是從左到右并且在z軸傳播期間返回，則建立全內(nèi)反射同時射入頂側或底側的任何光的配置；每個層可以在不受其它層干擾的情況下被單獨驅動。如上所述，對于預定焦距(如圖20m所示，處于0.5米到光學無限遠的范圍)配置，每個波導可以具有doe(648)，該doe是內(nèi)嵌元件并且被配置為沿著波導的長度，通過預定的分布使光離開。

在另一變型中，可以制造具有內(nèi)嵌doe的波導的極密集堆棧，以使該堆?？缪劬Φ慕馄释椎拇笮?即，要求復合波導的多個層698跨出瞳，如圖20n所示)。通過此類配置，可以針對一個波長饋送準直圖像，然后位于下一毫米的部分產(chǎn)生發(fā)散波前，該波前表示對象來自比如說15米遠的焦距等，目的是說明作為doe和通過波導且跨doe的全內(nèi)反射的結果，出瞳來自多個不同的波導。因此，此類配置不是創(chuàng)建一個統(tǒng)一的出瞳，而是創(chuàng)建多個條帶，這些條帶通過聚合促進眼睛/大腦感知不同的焦深。

此概念可以擴展到包括具有可切換/可控的內(nèi)嵌doe(即，可切換到不同焦距)的波導的配置，例如參考圖8b-8n描述的配置，此配置允許在跨每個波導的軸中更有效地捕獲光。多個顯示器可以被連接到每個層，并且每個具有doe的波導可以沿其長度發(fā)射射線。在另一實施例中，不依賴于全內(nèi)反射，而是可以使用激光線反射器增大角度范圍。在復合波導的層之間，可以使用完全反射的金屬化涂層(諸如鍍鋁層)來確保全反射，或者備選地，可以使用二向色樣式的反射器或窄帶反射器。

參考圖20o，整個復合波導組裝件(696)可以朝著眼睛(58)呈弧形內(nèi)凹，以使每個個體波導都指向瞳孔。換言之，此配置可被設計為更有效地將光導向瞳孔可能所處的位置。此類配置也可被用于增加視場。

如上參考圖8l、8m和8n所述，可變的衍射配置允許在一個軸中掃描，有點類似于掃描光顯示器。圖21a示出具有內(nèi)嵌(即，夾在其中)doe(700)的波導(698)，該doe具有可被更改以改變來自波導的出射光(702)的出射角度的線性光柵項，如圖所示?？梢允褂弥T如鈮酸鋰之類的高頻率切換doe材料。在一實施例中，此類掃描配置可被用作在一個軸中掃描光束的唯一機制；在另一實施例中，掃描配置可以與其它掃描軸結合，并且可被用于創(chuàng)建更大的視場(即，如果正常視場為40度，則通過更改線性衍射間距，可以繼續(xù)再轉向40度，系統(tǒng)的有效可用視場變?yōu)?0度)。

參考圖21b，在傳統(tǒng)配置中，波導(708)可以垂直于顯示面板(704)(諸如lcd或oled面板)放置，以使得光束可以通過透鏡(706)從波導(708)注入，然后進入處于掃描配置的面板(704)以提供電視或其它裝置的可視顯示器。因此，在此類配置中，波導可被用作掃描圖像源，這點與參考圖21a描述的配置形成對比，在后一種配置中，單個光束可被掃描光纖或其它元件操縱以掃過不同的角度位置，此外，可以使用高頻衍射光學元件掃描另一方向。

在另一實施例中，可以使用單軸掃描光纖顯示器(比如掃描快行掃描，因為掃描光纖具有較高頻率)將快行掃描注入波導，然后可以使用相對緩慢的doe切換(即，處于100hz范圍)在另一軸中掃描行以形成圖像。

在另一實施例中，具有固定間距光柵的doe可以與具有動態(tài)折射率的電活性材料(諸如液晶)的相鄰層結合，以便在不同角度將光重定向到光柵。這是上面參考圖7b描述的基本多路徑配置的應用，其中包括諸如液晶或鈮酸鋰之類的電活性材料的電活性層可以更改其折射率，以便更改射線離開波導的角度。線性衍射光柵可被添加到圖7b的配置(在一實施例中，夾在包括較大的下部波導的玻璃或其它材料內(nèi))，以使得衍射光柵可以保持在固定間距，但是光在射入光柵前發(fā)生偏斜。

圖21c示出另一實施例，該實施例的特點是具有兩個楔形波導元件(710、712)，這兩個元件中的一個或多個可以是電活性元件，從而可以更改相關折射率。這些元件可被配置為：當楔形具有匹配的折射率時，光通過該波導元件對(這兩個波導元件聚合地執(zhí)行操作，類似于具有兩個匹配楔形的平面波導)進行全內(nèi)反射，而楔形接口不起作用。然后，如果其中一個折射率被更改以產(chǎn)生不匹配，則導致楔形接口(714)處的光束偏斜，并且產(chǎn)生從該表面返回到關聯(lián)楔形的全內(nèi)反射。然后，可以將具有線性光柵的可控doe(716)沿著楔形的一個長邊耦合以允許光通過所需的出射角射出并到達眼睛。

在另一實施例中，諸如布拉格(bragg)光柵之類的doe可被配置為更改間距與時間，例如通過光柵的機械拉伸(例如，如果光柵位于彈性材料上或者包括彈性材料)、兩個不同平面上的兩個光柵之間的莫爾拍頻波形圖(光柵可以具有相同或不同的間距)、光柵或電活性光柵的z軸運動(即，靠近眼睛，或遠離眼睛)(在功能上類似于光柵拉伸)，該電活性光柵可被接通或關斷(例如，使用聚合物分散液晶方法創(chuàng)建的電活性光柵，在此技術中，液晶微滴被可控地激活以更改折射率，從而變?yōu)榛钚怨鈻?，以及關斷電壓并允許切換回與主介質匹配的折射率匹配的折射率)。

在另一實施例中，可以使用時變光柵，通過平鋪顯示配置擴展視場。進一步地，可以使用時變光柵修正色差(無法在同一焦點上聚焦所有顏色/波長)。衍射光柵的一個特性是能夠根據(jù)入射角度和波長使光束發(fā)生偏斜(即，doe將使不同的波長偏斜不同的角度，有點類似于其中簡單棱鏡將光束分為其多個波長分量的方式)。

除了視場擴展之外，可以使用時變光柵控制來補償色差。因此，例如在上述具有內(nèi)嵌doe的波導的配置中，doe可被配置為將紅色波長驅動到稍微與綠色和藍色波長不同的位置，以解決不期望的色差。doe可以通過具有接通和關斷的元件堆棧進行時變(即，得到以類似的方式朝外衍射的紅色、綠色和藍色)。

在另一實施例中，時變光柵可被用于出瞳擴展。例如，參考圖21d，可以相對于目標瞳孔定位具有內(nèi)嵌doe(720)的波導(718)，以使得在基線模式下出射的光束無一實際進入目標瞳孔(45)，從而使得用戶錯失相關像素。時變配置可被用于通過以下方式填充出射圖案中的間隙：即，橫向移動出射圖案(以虛線/點線示出)以有效地掃描五個出射光束中的每一者，從而確保其中一者射入眼睛的瞳孔。換言之，擴展顯示系統(tǒng)的功能性出瞳。

在另一實施例中，可以將時變光柵與波導一起使用以進行一、二或三軸光掃描。在類似于參考圖21a描述的方式中，可以使用在垂直軸中掃描光束的光柵以及在水平軸中執(zhí)行掃描的光柵中的項。進一步地，如果結合了光柵的徑向元件，如參考圖8b-8n描述的那樣，則可以在z軸中掃描光束(即，朝著眼睛/遠離眼睛)，所有這些掃描均可以是時序掃描。

盡管此處的介紹涉及一般與波導結合的soe的專門處理和使用，但是無論doe是否嵌入波導，doe的許多這些用法都可用。例如，波導的輸出可以使用doe單獨地操縱；或者，光束可以在注入波導之前被doe操縱；進一步地，諸如時變doe之類的一個或多個doe可被用作自由形狀光學元件配置的輸入端，如下面描述的那樣。

如上參考圖8b-8n所述，doe元件可以具有圓形對稱項，該項可以與線性項相加以創(chuàng)建可控出射圖案(即，如上所述，解耦光的同一doe也可以對其進行聚焦)。在另一實施例中，doe衍射光柵的圓形項可以改變，以便調制表示那些相關像素的光束的聚焦。此外，一個配置可以具有第二/單獨的圓形doe，從而消除在doe中包含線性項的需要。

參考圖21e，可以具有未內(nèi)嵌doe元件的輸出準直光的波導(722)，以及具有可以在多個配置之間切換的圓形對稱doe的第二波導—在一實施例中，通過具有可以接通/關斷的此類doe元件的堆棧(724)(圖21f示出另一配置，其中如上所述，doe元件的功能性堆棧728可以包括聚合物分散液晶元件726的堆棧，其中在不施加電壓的情況下，主介質折射率與分散的液晶分子的折射率匹配；在另一實施例中，可以分散鈮酸鋰的分子以實現(xiàn)更快響應時間；在施加電壓的情況下，諸如通過主介質任一側上的透明銦錫氧化物，分散的分子更改折射率并且在主介質內(nèi)功能性地形成衍射圖案)。

在另一實施例中，圓形doe可以在波導前面分層以進行調焦。參考圖21g，波導(722)輸出準直光，該準直光將被感知為與光學無限遠的焦深關聯(lián)，除非以其他方式被修改。來自波導的準直光可被輸入被用于動態(tài)調焦(即，可以接通或關斷不同的圓形doe圖案以將各種不同的焦點賦予出射光)的衍射光學元件(730)。在一個相關實施例中，可以使用靜態(tài)doe將從波導射出的準直光聚焦到對于特定用戶應用有用的單個焦深。

在另一實施例中，可以通過較小數(shù)量的可切換doe層，使用多個堆疊的圓形doe增加功率和大量聚焦水平。換言之，三個不同的doe層可以在各種組合中相對于彼此接通，被接通的doe的光學功率可以增加。在其中需要最多4個屈光度范圍的一實施例中，例如，第一doe可被配置為提供所需的總屈光度范圍的一半(在該實例中，焦點變化2個屈光度)；第二doe可被配置為引起1個屈光度的焦點變化；然后第三doe可被配置為引起1/2個屈光度的焦點變化。這三個doe可以被混合并匹配以提供1/2、1、1.5、2、2.5、3和3.5個屈光度的焦點變化。因此，不需要超大數(shù)量的doe來獲取相對寬的控制范圍。

在一實施例中，可切換doe元件矩陣可以用于掃描、視場擴展和/或出瞳擴展。通常在上面的doe討論中，已假設典型doe全部接通或全部關斷。在一種變型中，可以將doe(732)細分為多個功能子部分(例如，在圖21h中標記為元件734的一個子部分)，每個子部分優(yōu)選地可唯一控制為接通或關斷(例如，參考圖21h，每個子部分可以通過它自己的一組銦錫氧化物、或者其它控制導線材料、返回到中央控制器的電壓施加導線736來操作)。如果給出對doe范例的這種級別控制，則促進其它配置。

參考圖21i，通過位于波導前面的用戶的眼睛自上而下查看具有嵌入式doe(740)的波導(738)。給定像素可以表示為光束，該光束進入波導中并且一起全內(nèi)反射，直至它可以通過衍射圖案出射以便作為一組光束離開從波導。取決于衍射配置，光束可平行/并行離開(為了方便起見如圖21i所示)，或者以發(fā)散扇面配置離開(如果表示比光學無限遠更近的焦距)。

所示一組平行出射光束例如可以表示當通過波導查看時用戶在真實世界中看到的內(nèi)容的最左像素，并且到達最右端的光將是不同的一組平行出射光束。實際上，使用如上所述doe子部分的模塊化控制，可能花費更多的計算資源或時間產(chǎn)生和操縱可能主動對用戶的瞳孔尋址的小光束子集(即，因為其它光束從未到達用戶的眼睛并且實際上被浪費)。因此，參考圖21j，示出波導(738)配置，其中僅激活doe(744)的兩個子部分(740、742)，它們被認為可能對用戶的瞳孔尋址。優(yōu)選地，一個子部分可以被配置為沿著一個方向引導光，同時另一個子部分沿著不同方向引導光。

圖21k示出doe(732)的兩個單獨控制的子部分(734、746)的正交視圖。參考圖21l的頂視圖，此類單獨控制可以用于掃描或聚焦光。在圖21k所示的配置中，三個單獨控制的doe/波導子部分(750、752、754)的組裝件(748)可以用于掃描、增大視場和/或增大出瞳區(qū)域。此類功能可以從具有此類可單獨控制的doe子部分的單個波導產(chǎn)生，或者由這些子部分的垂直堆棧產(chǎn)生并且?guī)眍~外復雜性。

在一實施例中，如果圓形doe可以被徑向對稱可控地拉伸，則可以調制衍射間距，并且doe可以用作具有模擬型控制的可調鏡頭。在另一實施例中，單軸拉伸(例如，用于調整線性doe項的角度)可以用于doe控制。進一步，在另一實施例中，可以在z軸中(即，朝著/遠離眼睛)通過振蕩運動振動薄膜(類似于鼓膜)，從而提供z軸控制和隨時間的焦點改變。

參考圖21m，示出數(shù)個doe(756)的堆棧，其從波導(722)接收準直光，并且基于被激活doe的附加功率重新聚焦準直光。例如可以按照幀序列隨時間調制doe的線性和/或半徑項，以便針對來自波導并且優(yōu)選地朝著用戶眼睛出射的光產(chǎn)生各種處理(例如平鋪顯示配置或擴展的視場)。在其中一個或多個doe被嵌入波導內(nèi)的配置中，需要低衍射效率以便最大化從真實世界通過的光的透明度；在其中未嵌入一個或多個doe的配置中，可以需要高衍射效率，如上所述。在一實施例中，可以在波導外部組合線性和半徑doe項兩者，在這種情況下將需要高衍射效率。

參考圖21n，示出分段或拋物面反射器，例如上面在圖8q中討論的那些反射器。不是通過組合多個更小的反射器來執(zhí)行分段反射器，在一實施例中，可以由具有doe的單個波導產(chǎn)生相同功能，該doe針對其每個部分具有不同相剖面(phaseprofile)以使得它可由子部分控制。換言之，當可以同時開啟或關閉整個分段反射器功能時，通常doe可以被配置為朝著空間中的相同區(qū)域(即，用戶的瞳孔)定向光。

參考圖22a-22z，可以使用稱為“自由形狀光學元件”的光學配置應對上述挑戰(zhàn)。術語“自由形狀”通常用于對自由形狀曲面的引用，這些自由形狀曲面可以用于其中球面、拋物面或柱面透鏡不滿足諸如幾何約束之類的設計復雜性的情況。例如，參考圖22a，當用戶通過鏡(并且有時也是透鏡760)查看時，顯示器(762)配置的一個常見挑戰(zhàn)是視場受系統(tǒng)的最終透鏡(760)面向的區(qū)域的限制。

參考圖22b，更簡單來說，如果具有可以包括某些透鏡元件的顯示器(762)，則存在簡單幾何關系以使得視場不能大于由顯示器(762)面向的角度。參考圖22c，如果用戶試圖具有增強現(xiàn)實體驗(其中來自現(xiàn)實世界的光也通過光學系統(tǒng))，則這種挑戰(zhàn)加劇，因為在這種情況下，通常具有導向透鏡(760)的反射器(764)；通過插入反射器，從眼睛到達透鏡的整體路徑長度增加，這使角度收縮并且減小視場。

鑒于此，如果想要增大視場，則必須增大透鏡的大小，但從人體工程學的角度來看，這可能意味著將物理透鏡朝著用戶前額推動。此外，反射器可能不會從更大透鏡捕獲所有光。因此，存在由人頭部結構強加的實際限制，并且使用常規(guī)透明顯示器和透鏡獲得多于40度視場通常具有挑戰(zhàn)。

借助自由形狀透鏡，而不是具有如上所述的標準平面反射器，將得到帶有功率的組合式反射器和透鏡(即，弧形反射器766)，這意味著弧形透鏡幾何形狀確定視場。參考圖22d，如果沒有如上面參考圖22c描述的常規(guī)范例的迂回路徑長度，則對于給定一組光學要求，自由形狀布置可實現(xiàn)明顯更大的視場。

參考圖22e，典型自由形狀光學元件具有三個活動表面。參考圖22e，在一個典型自由形狀光學元件(770)配置中，可以從圖像平面(例如平板顯示器(768))將光朝著自由形狀光學元件定向到第一活動表面(772)中，第一活動表面(772)通常是主穿透式自由形狀表面，其折射透射光并且傳遞焦點改變(例如添加的散光，因為來自第三表面的最終反射將添加匹配/相反的散光，并且這些散光需要被抵消)?？梢詫⑷肷涔鈴牡谝槐砻娑ㄏ虻降诙砻?774)，其中入射光可以以足夠淺的角度穿透以便導致在全內(nèi)反射下朝著第三表面(776)反射光。

第三表面可以包括半鍍銀自由形狀曲面，其被配置為通過第二表面朝著眼睛將光反射出，如圖22e所示。因此在所示典型自由形狀配置中，光通過第一表面進入，從第二表面反射，從第三表面反射，并且被導出第二表面。由于優(yōu)化第二表面以便當朝著眼睛出射光時具有針對首次通過的必需反射特性以及針對二次通過的折射特性，因此具有高階形狀而不是簡單球面或拋物線的各種曲面形成自由形狀光學元件。

參考圖22f，在增強現(xiàn)實配置中，可以向自由形狀光學元件(770)添加補償透鏡(780)以使得光學組裝件的總厚度是基本均勻的厚度，并且優(yōu)選地沒有放大從真實世界(144)入射的光。

參考圖22g，可以將自由形狀光學元件(770)與波導(778)組合，波導(778)被配置為在特定約束內(nèi)促進所捕獲光的全內(nèi)反射。例如，如圖22g所示，可以從圖像平面(例如平板顯示器)將光導入自由形狀/波導組件中，并且在波導內(nèi)全內(nèi)反射，直至它投射到自由形狀曲面并且朝著用戶的眼睛逃逸。因此光在全內(nèi)反射被數(shù)次反射，直至光到達自由形狀楔形部。

使用此類組裝件的一個主要目標是試圖使光學組裝件變長，同時盡可能保持均勻厚度(以促進通過全內(nèi)反射傳輸，并且還通過組裝件查看世界而無需進一步補償)以便實現(xiàn)更大視場。圖22h示出類似于圖22g的配置，除了圖22h的配置還描述補償透鏡部分的特性以便進一步擴展厚度均勻性，并且有助于通過組裝件查看世界而無需進一步補償。

參考圖22i，在另一實施例中，示出自由形狀光學元件(782)，其在左下角具有小平面或第四面(784)，第四面(784)被配置為促進在通常用于自由形狀光學元件之外的不同位置處注入圖像信息。輸入設備(786)例如可以包括掃描光纖顯示器，其可以被設計為具有非常小的輸出幾何形狀。第四面本身可以包括各種幾何形狀并且具有它自己的折射能力(例如通過使用平面或自由形狀表面幾何形狀)。

參考圖22j，實際上，此類配置還可以描述沿著第一表面的反射涂層(788)的特性，以使得它將光引導回第二表面，第二表面然后將光反射到第三表面，第三表面跨第二表面導出光并將光導向眼睛(58)。添加第四小表面以注入圖像信息促進了更緊湊的配置。在其中使用傳統(tǒng)自由形狀輸入配置和掃描光纖顯示器(790)的一個實施例中，可以需要某些透鏡(792、794)以便使用來自掃描光纖顯示器的輸出適當?shù)匦纬蓤D像平面(796)；這些硬件組件添加可能不希望的額外體積。

參考圖22k，示出這樣的實施例：其中來自掃描光纖顯示器(790)的光通過輸入光學組裝件(792、794)傳遞到圖像平面(796)，并且然后跨自由形狀光學元件(770)的第一表面被導向離開第二表面的全內(nèi)反射，然后來自第三表面的另一個全內(nèi)反射導致光跨第二表面出射并被導向眼睛(58)。

可以創(chuàng)建全內(nèi)反射自由形狀波導以使得沒有反射涂層(即，以使得依賴于全內(nèi)反射以便傳播光，直至滿足與表面的臨界入射角，在該點處光以類似于上述楔形光學元件的方式出射)。換言之，不是具有兩個平面，而是可以具有包括一個或多個子表面的表面，這些子表面來自一組圓錐曲線(例如拋物線、球面、橢圓等)。

此類配置仍然可以產(chǎn)生足夠淺的角度以便在光學元件中全內(nèi)反射；因此提供一種方法，其在某種程度上是常規(guī)自由形狀光學元件與楔形波導之間的混合物。具有此類配置的一個動機是避免使用反射涂層，反射涂層確實有助于產(chǎn)生反射，但還已知反射涂層阻止從真實世界(144)傳輸?shù)南鄬Υ蟛糠?例如50％)光的透射。進一步，此類涂層還會阻止來自輸入設備的等量光進入自由形狀光學元件中。因此有理由開發(fā)沒有反射涂層的設計。

如上所述，常規(guī)自由形狀光學元件的一個表面可以包括半鍍銀反射面。通常，此類反射面將具有“中性密度”，這意味著它通常將以類似方式反射所有波長。在另一實施例中，例如在其中使用掃描光纖顯示器作為輸入的實施例中，可以使用波長敏感的窄帶反射器(例如薄膜激光線反射器)替換常規(guī)反射器范例。因此在一實施例中，配置可以反射特定紅色/綠色/藍色波長范圍并且對其它波長保持不活動，這通常將增加光學元件的透明度并因此優(yōu)選用于增強現(xiàn)實配置，在增強現(xiàn)實配置中，跨光學元件傳輸來自真實世界(144)的圖像信息很重要。

參考圖22l，示出這樣的實施例：其中可以在z軸中(即，沿著與眼睛的視軸基本對齊的軸線)堆疊多個自由形狀光學元件(770)。在一種變型中，示出的三個自由形狀光學元件的每一個可以具有波長選擇性涂層(一個對藍色具有高度選擇性，一個對綠色具有高度選擇性，一個對紅色具有高度選擇性)，以使得可以將圖像注入每個自由形狀光學元件以便從一個表面反射藍色，從另一個表面反射綠色，并且從第三表面反射紅色。此類配置例如可以用于解決色差問題、創(chuàng)建光場、或者增加功能出瞳大小。

參考圖22m，示出這樣的實施例：其中單個自由形狀光學元件(798)具有多個反射面(800、802、804)，每個反射面可以具有波長或偏振選擇性以使得可以單獨控制其反射特性。

參考圖22n，在一實施例中，可以將多個微顯示器(例如掃描光顯示器)(786)注入單個自由形狀光學元件以便平鋪圖像(從而提供增大的視場)、增大功能出瞳大小，或者應對諸如色差之類的挑戰(zhàn)(即，通過每個顯示器反射一個波長)。示出的每個顯示器通過自由形狀光學元件注入采取不同路徑的光，因為顯示器相對于自由形狀光學元件的定位不同，這將提供更大的功能出瞳輸出。

在一實施例中，可以將一包或一捆掃描光纖顯示器用作輸入，以便克服在操作上將掃描光纖顯示器耦合到自由形狀光學元件中的一個挑戰(zhàn)。掃描光纖顯示器配置的一個此類挑戰(zhàn)是使用特定數(shù)值孔徑或“na”發(fā)出單獨光纖的輸出，“na”類似于來自光纖的光的投射角；最終該角度確定通過各種光學元件的光束的直徑，并且最終確定功能出瞳大小；因此為了最大化自由形狀光學元件配置的出瞳大小，可以使用(例如芯與包層之間)優(yōu)化的折射關系增加光纖的na，或者可以在光纖末端處放置透鏡(即，折射透鏡，例如梯度折射率透鏡或“grin”透鏡)或者如上所述將透鏡構建到光纖末端，或者創(chuàng)建饋入自由形狀光學元件的光纖陣列，在這種情況下捆中的所有這些na仍然很小，并且在出瞳處產(chǎn)生小出瞳陣列，小出瞳陣列的聚合形成大出瞳的功能等效物。

備選地，在另一實施例中，可以使用掃描光纖顯示器或其它顯示器的更稀疏陣列(即，沒有緊密地捆綁為包)，以便通過自由形狀光學元件功能性地增大虛擬圖像的視場。參考圖22o，在另一實施例中，可以通過自由形狀光學元件(770)的頂部注入多個顯示器(786)，以及通過下角注入另外多個顯示器(786)；顯示器陣列可以是二維或三維陣列。參考圖22p，在另一相關實施例中，同樣還可以從自由形狀光學元件(770)的兩側(806)注入圖像信息。

在其中將多個更小的出瞳聚合為功能性更大的出瞳的實施例中，可以選擇使每個掃描光纖具有單色，以使得在給定一捆或多個投影儀或顯示器中，可以具有單獨紅色光纖的子組、單獨藍色光纖的子組以及單獨綠色光纖的子組。此類配置促進輸出耦合更有效地使光進入光纖；例如，在此類實施例中不需要將紅色、綠色和藍色疊加到同一帶中。

參考圖22q-22v，示出各種自由形狀光學元件平鋪配置。參考圖22q，示出這樣的實施例：其中并排平鋪兩個自由形狀光學元件，并且在每側配置微顯示器(例如掃描光顯示器)(786)以便從每側注入圖像信息，以使得一個自由形狀光纖元件楔表示視場的一半。

參考圖22r，可以包括補償透鏡(808)以促進通過光學組裝件查看真實世界。圖22s示出這樣的配置：其中并排平鋪自由形狀光學元件楔以便增大功能視場，同時保持此類光學組裝件的厚度相對均勻。

參考圖22t，在以下配置中，星形組裝件包括多個自由形狀光學元件楔(還示出具有多個顯示器以便輸入圖像信息)：該配置可以提供更大的視場擴展，同時還保持相對薄的整體光學組裝件厚度。

使用平鋪的自由形狀光學組裝件，可以聚合光學元件以便產(chǎn)生更大視場；上述平鋪配置已解決這一概念。例如，在其中兩個自由形狀波導瞄準眼睛的配置(例如圖22r所示的配置)中，具有數(shù)種增大視場的方式。一個選項是“內(nèi)束(toein)”自由形狀波導以使得其輸出共享，或者在瞳孔的空間中疊加自由形狀波導(例如，用戶可以通過左側自由形狀波導查看左半視場，并且通過右側自由形狀波導查看右半視場)。

使用此類配置，已通過平鋪的自由形狀波導增大視場，但出瞳的大小并未增加。備選地，可以定位自由形狀波導以使得它們沒有盡可能多地內(nèi)束—因此它們創(chuàng)建在眼睛的解剖瞳孔處并排的出瞳。在一實例中，解剖瞳孔可以為8mm寬，并且每個并排出瞳可以為8mm，以使得功能出瞳擴展大約兩倍。因此，此類配置提供增大的出瞳，但如果眼睛在由該出瞳定義的“眼眶”周圍移動，則這只眼睛可能失去視場的某些部分(即，失去左側或右側入射光的一部分，這是因為此類配置的并排性質)。

在使用此類方法平鋪自由形狀光學元件(尤其沿著相對于用戶眼睛的z軸)的一個實施例中，可以通過一個自由形狀光學元件驅動紅色波長，通過另一個自由形狀光學元件驅動綠色波長，并且通過另一個自由形狀光學元件驅動藍色波長，這可以解決紅色/綠色/藍色色差。還可以向此類配置提供堆疊的多個自由形狀光學元件，每個自由形狀光學元件被配置為應對特定波長。

參考圖22u，示出沿著z軸堆疊的兩個相反地定向的自由形狀光學元件(即，它們相對于彼此顛倒)。對于此類配置，可能不需要補償透鏡以促進通過組裝件準確查看世界；換言之，不是具有補償透鏡(例如在圖22f或圖22r的實施例中)，而是可以使用額外自由形狀光學元件，這可以進一步有助于將光路由到眼睛。圖22v示出另一類似配置，其中兩個自由形狀光學元件的組裝件被提供為垂直堆棧。

為了確保在自由形狀光學元件中一個表面不干擾另一個表面，可以使用波長或偏振選擇性反射器表面。例如，參考圖22v，可以注入650nm、530nm和450nm形式的紅色、綠色和藍色波長，以及注入620nm、550nm和470nm形式的紅色、綠色和藍色波長；可以在每個自由形狀光學元件中使用不同的選擇性反射器，以使得它們不會彼此干擾。在其中將偏振濾波用于類似目的的配置中，沿著特定軸偏振的光的反射/透射選擇性可以改變(即，在將圖像發(fā)送到每個自由形狀波導之前，可以對圖像進行預先偏振，以便與反射器選擇性協(xié)作)。

參考圖22w和22x，示出這樣的配置：其中可以同時串聯(lián)地使用多個自由形狀波導。參考圖22w，光可以從真實世界進入并且通過第一自由形狀光學元件(770)、可選透鏡(812)按順序定向，可選透鏡(812)可以被配置為將光傳遞到反射器(810)(例如dlp系統(tǒng)中的dmd)，dlp系統(tǒng)可以被配置為將已逐像素濾波的光(即，可以使用遮罩阻擋真實世界的特定元素，例如如上所述用于暗場感知；可以使用適合的空間光調制器，其包括如上所述的dmd、lcd、鐵電lcos、mems百葉窗陣列等)反射到另一自由形狀光學元件(770)，另一自由形狀光學元件(770)將光中繼到用戶的眼睛(28)。與使用常規(guī)透鏡進行空間光調制的配置相比，此類配置可以更緊湊。

參考圖22x，在其中保持整體厚度最小化非常重要的情景中，可以使用這樣的配置：該配置具有一個高度反射性表面，以使得它可以將光直接反射到另一緊湊地定位的自由形狀光學元件。在一實施例中，可以在兩個自由形狀光學元件(770)之間插入選擇性衰減器(814)。

參考圖22y，示出這樣的實施例：其中自由形狀光學元件(770)可以包括接觸鏡的一個方面。示出微型化自由形狀光學元件，其通過用戶眼睛(58)的角膜與微型化補償透鏡部分(780)接合，類似于參考圖22f描述的。可以使用連接的掃描光纖顯示器將信號注入微型化自由形狀組件，該連接的掃描光纖顯示器例如可以耦合在自由形狀光學元件與用戶的淚腺區(qū)之間，或者耦合在自由形狀光學元件與另一頭戴式顯示器配置之間。

此處描述了本發(fā)明的各種實例實施例。對這些實例的參考沒有任何限制。這些實施例的提供是為了闡述本發(fā)明更廣泛的應用方面。在不偏離本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明做出各種更改，并且可以使用等同物進行替換。此外，可以做出許多修改以使特定情況、材料、組成物、處理、處理動作(多個)或步驟(多個)適應本發(fā)明的目標(多個)、精神或范圍。進一步地，本領域的技術人員將理解，此處描述和闡述的各個變型具有分離的組件和特征，在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，這些分離的組件和特征可以容易地與其它多個實施例中的任一實施例的特征分離或組合。所有這些修改旨在處于與本公開關聯(lián)的權利要求的范圍內(nèi)。

本發(fā)明包括可以使用主體設備執(zhí)行的方法。這些方法可以包括提供此類適當設備的動作。此類提供可以由最終用戶執(zhí)行。換言之，“提供”動作只需要最終用戶獲取、存取、接近、定位、設置、激活、通電或其它動作以提供主體方法中的必要設備。此處描述的方法可以按照在邏輯上可行的所述事件的任意順序執(zhí)行，以及按照所述的事件順序執(zhí)行。

上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各個實例方面以及有關材料選擇和制造的細節(jié)。對于本發(fā)明的其它細節(jié)，可以結合上面引用的專利和公開以及本領域的技術人員的常識進行理解。對于本發(fā)明的基于方法的方面，通常采用或在邏輯上采用的更多動作也是通過上述方式進行理解。

此外，盡管已經(jīng)參考可選地結合多個特征的多個實例描述了本發(fā)明，但是，本發(fā)明不限于相對于本發(fā)明的每種變型所構想的描述內(nèi)容或指示內(nèi)容。在不偏離本發(fā)明的真正精神和范圍的情況下，可以對所描述的發(fā)明及等同物(無論是此處描述的，還是為了簡單起見未包括的)做出各種更改。此外，如果提供了值范圍，將理解，位于該范圍以及其它任何所述范圍的上限與下限之間的每個中間值或所述范圍中的中間值包含在本發(fā)明內(nèi)。

另外，構想了所描述的發(fā)明變型的任何可選特征可以獨立地，或者與此處描述的任何一個或多個特征組合地被列出和要求保護。對單一項的引用包括可能存在多個相同的項。更具體地說，如在本文以及關聯(lián)的權利要求中使用的那樣，單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”包括多個指示物，除非明確地另有所指。換言之，冠詞的使用在與本公開關聯(lián)的上述描述以及權利要求中允許“至少一個”主體項。進一步需要指出，上述權利要求可以在撰寫時排除任何可選的元素。因此，本聲明旨在用作結合權利要求元素的詳述使用諸如“單獨地”、“唯一地”等之類的獨占性術語或者使用“負面”限制的前置基礎。

在不使用此類獨占性術語的情況下，與本公開關聯(lián)的權利要求中的術語“包括”應允許包含任何附加元素(與這些權利要求中是否列出給定數(shù)量的元素無關)，或者可以將特征的增加視為改變在這些權利要求中列出的元素的性質。在保持權利要求有效性的同時，除了此處明確定義的之外，在此使用的所有技術和科學術語被賦予可能的最廣泛的容易理解的含義。

本發(fā)明的范圍不限于所提供的實例和/或主題說明書，而是僅由與本公開關聯(lián)的權利要求語言的范圍限定。