CN107209390A - 组合高分辨率窄场显示和中分辨率宽场显示 - Google Patents

组合高分辨率窄场显示和中分辨率宽场显示 Download PDF

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CN107209390A CN201680009931.5A CN201680009931A CN107209390A CN 107209390 A CN107209390 A CN 107209390A CN 201680009931 A CN201680009931 A CN 201680009931A CN 107209390 A CN107209390 A CN 107209390A
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Abstract

头戴式显示器(HMD)包括：被包括在HMD中的第一显示器部分，所述第一显示器部分具有第一像素密度；被包括在HMD中的第二显示器部分，所述第二显示器部分具有第一像素密度；附接到HMD的第三显示器部分，所述第三显示器部分具有第二像素密度；以及至少一个图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像并且允许由第三显示器部分投射的图像穿过该至少一个图像组合器来组合两个图像。

Description

组合高分辨率窄场显示和中分辨率宽场显示
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年2月12日提交的题为“COMBINING A HIGH RESOLUTIONNARROW FIELD DISPLAY AND A MID RESOLUTION WIDE FIELD DISPLAY(组合高分辨率窄场显示和中分辨率宽场显示)”的美国临时专利申请No.62/115,455的优先权和权益，其全文内容通过引用并入本文。
技术领域
实施例涉及虚拟现实(VR)头戴式显示器(HMD)。
背景技术
对于HMD系统，为了提供在人眼的水平场上的最佳中央凹分辨率，显示器可以在跨整个显示器上包括高达9000列和/或行(例如，所谓的9K显示器)或更多。
发明内容
根据一个一般方面，头戴式显示器(HMD)包括被包括在HMD中的第一显示器部分，所述第一显示器部分具有第一像素密度；被包括在HMD中的第二显示器部分，所述第二显示器部分具有第一像素密度；附接到HMD的第三显示器部分，第三显示器部分具有第二像素密度；以及至少一个图像组合器，所述至少一个图像组合器被配置为通过反射由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像并且允许由第三显示器部分投射的图像穿过至少一个图像组合器来组合两个图像。
根据另一个一般方面，一种虚拟现实(VR)系统的头戴式显示器(HMD)包括被配置为接收第一图像的第一组合显示系统和被配置为接收第二图像的第二组合显示系统，第二图像是第一图像的不同视角。第一组合显示系统包括第一显示器部分，所述第一显示器部分被配置为投射第一图像的第一部分；第二显示器部分，所述第二显示器部分被配置为投射第一图像的第二部分；以及图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射第一图像的第一部分并允许第一图像的第二部分穿过图像组合器来组合两个图像。第二组合显示系统包括第三显示器部分，所述第三显示器部分被配置为投射第二图像的第一部分；第四显示器部分，所述第四显示器部分被配置为投射第二图像的第二部分；以及图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射第二图像的第一部分并允许第二图像的第二部分穿过图像组合器来组合两个图像。
根据另一个一般方面，头戴式显示器(HMD)包括被配置为投射第一图像的第一显示器部分，被配置为投射第二图像的第二显示器部分和被配置为通过反射第一图像并允许第二图像穿过图像组合器而将两个图像组合在一起的图像组合器。
实施方式可以包括一个或多个以下特征。例如，至少一个图像组合器可以被进一步配置为阻挡由第三显示器部分投射的图像的一部分，由第三显示器部分投射的图像的该部分对应于由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像。至少一个图像组合器还可以被配置为阻挡由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像的一部分，由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像的该部分对应于由第三显示器部分投射的图像。
例如，第一像素密度可以是比第二像素密度高的像素密度，并且第三显示器部分可以被配置为降低由第三显示器部分投射的图像的一部分的明度，由第三显示器部分投射的具有降低的明度的图像的该部分对应于由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像。第一像素密度可以是比第二像素密度低的像素密度，并且第一显示器部分和第二显示器部分可以被配置为降低由第一显示器部分和第二显示器部分投射的图像的一部分的明度，由第一显示器部分和第二显示器部分投射的具有降低的明度的图像的该部分对应于由第三显示器部分投射的图像。
例如，可以在两个图像之间的边界处混合两个图像。HMD被通信地耦合到被配置为使用光纤生成两个图像的计算设备。第一像素密度可以是比第二像素密度高的像素密度，并且第一显示器部分和第二显示器部分可以位于第三显示器部分上方。第一显示器部分、第二显示器部分和第三显示器部分中的至少一个可以包括弯曲部分。HMD可以包括至少一个透镜。HMD可以包括运动传感器和眼睛跟踪组件中的至少一个，运动传感器和眼睛跟踪组件中的每一个被配置为检测HMD的用户的观看位置中的变化。
例如，HMD可以经由光纤被通信地耦合到与图像库相关联的计算设备。第一显示器部分和第二显示器部分可以具有第一像素密度，第三显示器部分和第四显示器部分可以具有第二像素密度，第二像素密度低于第一像素密度，第三显示器部分和第四显示器部分可以包括弯曲部分。第一显示器部分和第二显示器部分可以具有第一像素密度，第三显示器部分和第四显示器部分可以具有第二像素密度，第二像素密度低于第一像素密度，并且第一显示器部分和第二显示器部分位于第三显示器部分和第四显示器部分的上方。
例如，第一显示器部分可以被配置为降低第一图像的第一部分的一部分的明度，并且第三显示器部分可以被配置为降低第二图像的第一部分的一部分的明度。第二显示器部分可以被配置为降低第一图像的第二部分的一部分的明度，并且第四显示器部分可以被配置为降低第二图像的第二部分的一部分的明度。
附图说明
从以下给出的详细描述和附图将更充分地理解示例实施例，其中相似的元件由相似的附图标记表示，其仅以说明的方式给出，因此不是示例实施例的限制，并且其中：
图1A、1B和1C示出了根据至少一个示例实施例的头戴式显示器(HMD)的框图。
图2A示出了视场的示意图。
图2B示出了额状面和正中矢额状面。
图2C示出了正交于平分眼睛的额状面的平面。还示出了从眼睛到点A的注视矢量。
图3A、3B和3C示出了根据至少一个示例实施例的双显示器HMD的侧视图的框图。
图3D和3E示出了根据至少一个示例实施例的图3A和3B的双显示器HMD的前视图的框图。
图4示出了根据至少一个示例实施例的图3A和3B的双显示器HMD的俯视图的框图。
图5A、5B和5C示出了根据至少一个示例实施例的另外一个双显示器HMD的侧视图的框图。
图5D示出了根据至少一个示例实施例的图5A和5B的双显示器HMD的前视图的框图。
图6示出了根据至少一个示例实施例的图5A和5B的双显示器HMD的俯视图的框图。
图7A和7B示出了根据至少一个示例实施例的另外一个双显示器HMD的侧视图的框图。
图7C示出了根据至少一个示例实施例的图7A和7B的双显示器HMD的前视图的框图。
图8、9和10示出了根据至少一个示例实施例的图7A和7B的两个显示器HMD的替选配置的俯视图的框图。
图11示出了根据至少一个示例实施例的与双显示器HMD相关联的方法。
图12示出了根据至少一个示例实施例的与HMD相关联的虚拟现实VR系统的框图。
图13示出了根据至少一个示例实施例使用光导通过薄玻璃或塑料板来中继图像以创建增强的现实显示系统的技术。
图14示出了根据至少一个示例实施例的光学系统的另一实施例的横截面图，其中每个眼睛使用两个显示器以创建在中心场中具有高分辨率并且在中心场周边的场具有降低的分辨率的图像。
图15示出了根据至少一个示例实施例的使光导的一部分透明的内部反射。
图16示出了根据至少一个示例实施例的菲涅尔(Fresnel)透镜和光导的平面图。
图17示出了根据至少一个示例实施例的包括混合透镜系统的HMD的部分的框图的俯视图。
图18和19示出了根据至少一个示例实施例的HMD的线图的视图。
应当注意的是，这些附图旨在说明在某些示例实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性，并补充下面提供的书面描述。然而，这些附图不是按比例缩放的，并且可能不能精确地反映任何给定实施例的精确结构的或性能特性，并且不应被解释为限定或限制示例实施例所涵盖的值或属性的范围。例如，为了清楚起见，区域和/或结构元件的相对厚度和定位可以被降低或夸大。在各种附图中使用类似或相同的附图标记旨在指示存在类似或相同的元件或特征。
具体实施方式
虽然示例实施例可以包括各种修改和替选形式，但是实施例在附图中以示例的方式示出，并且将在此详细描述。然而，应当理解的是，没有意图将示例实施例限制为所公开的特定形式，而是相反，示例实施例将覆盖落入权利要求范围内的所有修改、等同物和替选方案。
为了在使用HMD时灌输存在的感受和灌输相信的感觉，可以期望与人类感知相匹配的视频意象。人类感知为了高周边视觉可能要求每个眼睛接近约150度的水平视场(FOV)。为了使HMD系统在150度的整个水平场上提供中央凹分辨率，所要求的显示器可能包括9000列(例如所谓的9K显示器)。对于包括9K显示器的HMD系统，假设其可用的话，也可能需要使用大的数据速率，具有高能耗，将是昂贵的，并且还可能导致HMD过重。因此，可以期望被配置成在不使用9K显示器的情况下显示与人的感知相匹配的视频意象的HMD系统。
图1A示出了根据至少一个示例实施例的头戴式显示器(HMD)的框图。如图1A所示，HMD 100包括第一显示器105和第二显示器110。第一显示器105可以具有第一像素密度，并且第二显示器110可以具有第二像素密度。例如，第一显示器105可以是具有像素密度在250至800个像素每英寸(ppi)范围内的中分辨率显示器，并且第二显示器110可以是具有高于800ppi的像素密度的高分辨率显示器。换句话说，第一显示器105可以具有小于第二显示器110的像素密度的像素密度。第二显示器110可以被配置为在与双眼重叠的高分辨率区域相关联的视场中显示图像和/或视频数据(下面更详细地描述)。第一显示器105可以被配置为在双眼重叠的高分辨率区域外部或周边的视场中显示图像和/或视频，包括双眼重叠的包括较低的分辨率的另外的区域。图1A的HMD中的两个显示器可以被配置为显示三维(3D)和/或立体图像。
图1B示出了根据至少一个示例实施例的头戴式显示器(HMD)的框图。如图1B所示，HMD 150包括第一显示器105-L、第二显示器105-R、第三显示器110-L和第四显示器110-R。第一显示器105-L和第二显示器105-R可以被形成为单个显示器。同样地，第一显示器105-L和第二显示器105-R可以分别是单个显示器的部分。此外，第三显示器110-L和第四显示器110-R可以被形成为单个显示器。同样地，第三显示器110-L和第四显示器110-R可以分别是单个显示器的部分。因此，第一显示器105-L、第二显示器105-R、第三显示器110-L和第四显示器110-R可以被称为第一显示器部分105-L、第二显示器部分105-R、第三显示器部分110-L和第四显示器部分110-R。
第一显示器105-L和第二显示器105-R可以具有第一像素密度，并且第三显示器110-L和第四显示器110-R可以具有第二像素密度。例如，第一显示器105-L和第二显示器105-R可以是像素密度在250至800个像素每英寸(ppi)范围内的中分辨率显示器且第三显示器110-L和第四显示器110-R可以是具有高于800ppi的像素密度的高分辨率显示器。换句话说，第一显示器105-L和第二显示器105-R可以具有小于第三显示器110-L和第四显示器110-R的像素密度的像素密度。第三显示器110-L和第四显示器110-R可以被配置为在与双眼重叠的高分辨率区域相关联的视场中显示图像和/或视频数据(下面更详细地描述)。
第一显示器105-L和第二显示器105-R可以被配置为在双眼重叠的高分辨率区域外部或周边的视场中显示图像和/或视频，包括双眼重叠的包括较低的分辨率的另外的区域。第一显示器105-L和第三显示器110-L可以与左眼相关联并且显示在3D图像或视频中的左眼图像。第二显示器105-R和第四显示器110-R可以与右眼相关联并且显示在3D图像或视频中的右眼图像。在替选实施例中，第一显示器105-L和第二显示器105-R由能够示出被划分为包括左图像和右图像两部分的图像的一个整体显示面板形成。图1B的HMD可以被配置为显示三维(3D)和/或立体图像。
图1C示出了根据至少一个示例实施例的头戴式显示器(HMD)的框图。如图1C所示，HMD 175包括第一显示器105和第二显示器110。第一显示器105可以具有第一像素密度，并且第二显示器110可以具有第二像素密度。例如，第一显示器105可以是具有像素密度在250至800个像素每英寸(ppi)范围内的的中分辨率显示器，并且第二显示器110可以是具有高于800ppi的像素密度的高分辨率显示器。换句话说，第一显示器105可以具有小于第二显示器110的像素密度的像素密度。第二显示器110可以包括至少一个部分110A，使得当由至少一个部分110-A投射的图像与由第一显示器105投射的图像组合时，形成包括显示器部分110-L和显示器部分110-R的显示。图1C的HMD可以被配置为显示三维(3D)和/或立体图像。
图2示出了水平视场的俯视图的示意图。如图2所示，包括瞳孔230-1、230-2的眼睛205-1、205-2(例如，人眼)可以在视觉上感知左视场210和右视场215。在左视场210和右视场215内，眼睛205-1、205-2可以在视觉上感知可能高达120度的全双眼重叠视场220。全双眼重叠的子区域被示为双眼重叠视场的高分辨率区域225。如图2B所示(并且贯穿本描述)，我们命名为正中矢额状面的垂直平面在眼睛之间将头部平分，以及我们称为垂直额状面的垂直平面在平分眼睛205-1和205-2的位置处与中矢面正交地将头部平分。图2C示出了相对于眼睛205-1、205-2在左右(或水平)的方向上延伸的并且也平分眼睛的水平面。我们称在图2C中的平面为水平额状面。图2B和2C中限定的三个平面在从左眼中心延伸到右眼中心的线段的中点处相交。
中央凹是感知最高分辨率的眼睛205-1、205-2的每只的视网膜的中心部分。可以由从中央凹的中心通过瞳孔中心的矢量来定义注视方向(由平行于中矢面的矢量G示出)。眼睛205-1和眼睛205-2都不会以足够的舒适度转动或旋转以允许注视方向扫描全水平视场210或215。因此，超过眼睛205-1、205-2的舒适转动极限的意象不会被中央凹所观看到(虽然这样的意象将被视网膜的其他部分观看到)。因此，由VR系统提供的周边图像不需要处于中央凹分辨率。结果是，在投射到跨整个左水平视场210和右水平视场215上的视网膜上的高分辨率(例如，9K)显示器可以不是必需的或所期望的(即技术上或成本过高)。因此，示例实施例可以将HMD内的两个显示器用于VR系统。两个显示器中的一个(例如，第二显示器110)可以被配置为在双眼重叠视场的高分辨率区域225中显示将被投射在中央凹上或中央凹附近的图像和/或视频。两个显示器中的另一个(例如，第一显示器105)可以被配置为在双眼重叠视场的高分辨率区域225外部或周边显示图像和/或视频。换句话说，显示器可以被配置为在左视场210和右视场215以及在不包括双眼重叠视场的高分辨率区域225的全双眼重叠视场220的区域中显示图像和/或视频。
应当注意的是，尽管中央凹仅对向小弧度，但是眼睛的旋转可以延伸其上显示器应该与中央凹分辨率匹配的角度范围。当用户的眼睛移动并且注视方向改变时，例如在阅读时，期望在舒适注视扫描的范围上匹配中央凹的分辨率。相对于图2A中的矢量G，舒适注视扫描的范围在任何方向上为大约15度。当扫描角度从中矢面增加超过15度时，注视能够扫描过大的角度同时逐步变得更加不适。
在HMD的示例实施方式中(当参照图2C)，可以相对于正中矢额状面(即在双眼间中心对称的头部平面)测量所有水平角度(例如，沿着水平额状面的角度，诸如θ)。左视场210和右视场215区域表示可以从具有部分双眼重叠的低或中分辨率显示器提供的图像的左眼和右眼的视场(例如，全双眼重叠视场220区域，匹配人类视觉系统中的重叠)，其可以每只眼睛多达120度。双眼重叠视场的高分辨率区域225可以由左右高分辨率显示器的100％重叠来提供。因此，高分辨率双眼图像(例如，如使用高分辨率显示器、第二显示器110或下面描述的第二显示器325显示的)可以具有例如是60度的视场(FOV)，其大约是考虑舒适的眼睛运动所需的FOV的两倍。以这种方式，可以在舒适的眼睛运动范围(从15至+15度)的两倍处提供中央凹分辨率(例如，1弧分)，以及可以提供超过60度的较低分辨率的图像(例如，如使用较低分辨率显示器、第一显示器105或下面描述的第一显示器320显示的)。如果两个低分辨率或中分辨率图像向左右眼提供150度的FOV，其中重叠120度，那么组合的总FOV可以是大约180度。换句话说，可以以左右显示器的形式提供第一显示器105(或下面描述的第一显示器320)，左右显示器当组合时被配置为提供约180度的组合FOV。
其他实施方式在本公开的范围内。例如，高分辨率图像(例如，如使用下面描述的第二显示器325显示的)可以具有例如40度和90度之间的范围的FOV。两个低分辨率或中分辨率图像(例如，如使用较低分辨率显示器、第一显示器105或下面描述的第一显示器320显示的)可以具有(对高分辨率图像)互补的FOV范围，以覆盖约180度的组合的总FOV。
图3A和3B示出了根据至少一个示例实施例的每只眼睛HMD 300的两个显示器的侧视图的框图。如图3A所示，组合显示系统330包括透镜310、图像组合器315、第一显示器320和第二显示器325(全部以横截面示出)。眼睛305(示出了一只眼睛，但是应当理解的是，HMD包括用于另一只眼睛的匹配系统)在视觉上感知组合的显示系统330的图像(图3C中的320-a和325-a所示)作为包括来自第一显示器320的图像和来自第二显示器325的图像的单个图像，如图3B所示。远离眼睛305被标记为远端，靠近眼睛305被标记为近端。顶部和底部被标记为描述性方便。然而，顶部和底部可以通过组件位置的对应更改来切换。
在示例实施方式中，第一显示器320和第二显示器325的尺寸可以不同，以便对向不同的视场。所得到的对应图像320-a和325-a对向不同的视场，如图3C所示。这样，可以使用两个较小的高分辨率显示器(每个眼睛一个显示器)例如对向大约60度的中心视场(例如，以创建双眼重叠视场的高分辨率区域225)，以及可以使用较低分辨率的较大的显示器，每个对向150度的角度(例如，在包括双眼重叠视场的高分辨率区域225的区域及其以外的区域)。换句话说，第一显示器320可以是较低分辨率的较大显示器，并且第二显示器325可以是较小的高分辨率显示器。为了保留由显示器325产生的高分辨率图像325-a，如果它们的图像覆盖显示器325的图像325-a中的像素，显示器320中的像素可以被设定为黑色。换句话说，显示器320可以显示在高分辨率的区域中的黑色矩形，使得其图像不会干扰显示器325的图像。替选地，图像可以被布置为使得区域225中的低分辨率特征由较低分辨率显示器320提供，并且区域225中较高分辨率特征由高分辨率显示器325提供。
在显示发射区域的语境中的术语分辨率是指给定单位表面积中的像素数，或像素的密度(或像素密度)。较高分辨率显示器将具有比较低分辨率显示器更高的像素的密度或像素密度，使得在组合虚拟图像中，较高分辨率显示器的像素比较低分辨率显示器的像素对向更小的角度。像素的分辨率(或密度)通常表示为像素每英寸。
在示例实施方式中，可以使用第一显示器320(例如，低或中分辨率显示器)将水平视场延伸到第二显示器325(例如，高分辨率显示器)的左侧和右侧，以及上方和下方。在一些实施方式中，显示器(例如，第一显示器320)在太阳穴端附近的像素远离光轴(矢量G)的中心。结果是，图像失真和图像畸变可能变得更加明显(在某些情况下，严重的)。这些畸变和失真通常取决于与光轴的距离而变，随着像素位于离光轴更远的注视角度而变得更加严重。因此，透镜310可以被配置为校正这些失真和畸变。透镜310可以是例如复曲面或非球面透镜。尽管在横截面中示出了简单的双凸透镜，但是透镜可以具有任何形状和/或可以是菲涅耳透镜。此外，在将数据提供给显示器之前，可以由生成像素数据的软件使图像反向失真，从而透镜失真抵消反向失真，从而产生无失真的可观看图像。
图像组合器315可以被配置为将来自第一显示器320的图像320-a和来自第二显示器325的图像325-a组合(例如，光学组合)。对于可以要求四个显示器的为双眼建立的HMD(如图1B所示)，所得到的图像可以在双眼重叠视场的高分辨率区域225的区域中具有高分辨率(由两个高分辨率显示器产生)，并且在双眼重叠视场的高分辨率区域225周边的至少一个区域中具有由至少一个中分辨率显示器产生的较低的分辨率。
在图3A所示的示例实施方式中，图像组合器315可以被配置为将从第二显示器325发射的光线反射朝向透镜310(例如，通过在第二显示器325和透镜310之间以一定角度(例如，30、45、60和/或类似的角度)定向图像组合器)。此外，图像组合器315可以被配置为允许从第一显示器320发射的光线穿过图像组合器315朝向透镜310。图像组合器315可以被配置为将与从第二显示器325发送的图像相关联的光反射(相当多地或部分地反射)朝向透镜310。此外，图像组合器315可以被配置为允许光穿过(相当多地或部分地通过)，所述光与从第一显示器320朝向透镜310发送的图像相关联。
在示例实施方式中，图像组合器315可以被配置为反射投射的图像的部分(例如，投射的光子的部分或表示图像的亮度的部分)，使得少于全部图像被反射和/或可以随着反射降低与图像的全部相关联的光的强度和/或可以随着反射降低与图像的一个或多个部分相关联的光的强度。此外，图像组合器315可以被配置为穿过图像的部分，使得穿过少于图像的全部，和/或可以降低与图像的全部相关联的光的强度，和/或可以降低与图像的一个或多个部分相关联的光的强度。因此，图像组合器315可以被配置为通过反射与从第二显示器325发送的图像相关联的光的部分并且允许与从第一显示器320发送的图像相关联的部分光穿过图像组合器315来组合与两个图像相关联的光。
在示例实施方式中，图像组合器315可以作为半透明镜子来操作，可以在其上反射和透射图像两者。为此，图像组合器315可以由其中一侧被涂层有半反射材料(例如银、铝、其他金属的薄层，或一系列介电涂层)的透明材料(例如，玻璃)构成。示例薄膜光学涂层可以包括铝、金、银、铬、镍、铝-MgF2、氟化镁、铝-SiO2、二氧化硅、硫化锌等。组合器和/或分束器是市售的，其可以根据涂层的厚度以各种比率透射和反射。只要反射涂层足够薄(例如，在纳米/微米范围内)，来自每个显示器的光子的部分将被透射和反射两者，使得投射的图像将经由图像组合器315而穿过或反射。通过使用适当厚度的涂层(例如，在纳米/微米范围内)，可以平衡两个显示器的明度。
组合器还可以具有用于反射来自LED的红外(IR)光的膜设计，以进行可能的眼睛跟踪。在这样的实施例中，用来自显示器325附近的源355的低水平的红外光照亮眼睛。光从组合器315反射，并且通过透镜310被引导朝向眼睛305以用红外光照亮眼睛。由眼睛反射的光被组合器315反射并被放置在显示器325附近的相机350收集。以这种方式，组合器315能够收集眼睛305的图像，并且从该图像可以确定注视方向。
在示例实施方式中，第一显示器320可以被配置为(例如，被控制为)降低与第二显示器325的位置对应的投射的图像的部分的强度(例如，明度或亮度)。替选地或附加地，图像组合器315可以具有被配置为吸收与第二显示器325的位置对应的投射的图像的部分或不允许与第二显示器325的位置对应的投射的图像的部分通过(例如，应用光吸收材料或涂层)的部分或区域。因此，由于与第二显示器325的位置对应的投射的图像的部分不够亮或不如由第二显示器325投射的图像那么亮，所以由第一显示器320投射的图像的部分可能不能通过图像组合器315被观察到。例如，如果来自显示器320的光子的强度比来自显示器325的对应像素的光低100多倍，则相对明度将会很低以致于可忽略。根据组合器的透射和显示器的相对明度，在其覆盖显示器325的图像的显示器320的图像的区域中，来自显示器325的图像可以更明亮1000倍。在这种情况下，来自显示器320的图像虽然可能以较小的量存在，但是由于来自显示器325的图像压倒性地更明亮，所以其不会被视网膜观察到。附加地，由于除了分辨率之外，图像是相同的，所以来自显示器320的图像的较小存在是不可辨别的。如果在组合器的中心处透射为0.1％并且反射为99.9％，则将获得这样的实施例。在这种情况下，如果显示器325和320具有大致相同的明度，则通过组合器的中心观看的图像的部分将具有999:1的明度比。
在一些示例实施方式中，图像组合器315可以被配置为提供由第一显示器320投射的图像320a和由第二显示器325投射的图像之间的转换。例如，在包括第一显示器320和第二显示器325之间的图像组合器315的有效部分的涂层内沿着边界335(在图3D中示出为虚线)开始，图像组合器315涂层可以被配置为相对于图像组合器315的中心反射逐步降低的从第二显示器325投射的图像。替选地，沿着第一显示器320和第二显示器325之间的图像组合器315的边界，图像组合器315可以被配置为与第一显示器320的外部部分相比，允许更少的从第一显示器320投射的图像。例如，通过从边界335开始并朝向组合器315的边缘逐渐和逐步地降低金属涂层的厚度(例如，通过逐渐变化对区域336中的涂层厚度，如图3E所示)，半透明镜子的边缘可能被隐藏。组合器315的边缘包括透明玻璃或塑料。以这种方式，在高分辨率显示器的中心附近，低分辨率显示器的图像被高度抑制，但是组合器的光学涂层的边缘不明显。通过使透明基底成斜面，组合器的边缘可以被进一步地隐藏。
可以替选地通过涂层在玻璃或其它透明基底上的偏振分束器来形成组合器。这样的涂层透射一个线偏振并反射正交的线偏振。如果显示器320和325具有适当线偏振的光输出(诸如具有适当定向的LCD)，则可以将偏振分束器用作与金属膜组合器相比具有较少光损耗的光组合器。金属膜可以具有仅约49％的光透射或反射，而对于适当偏振的光，偏振膜可以具有大于80％的透射或反射。
高像素密度的存在可能不意味着高分辨率显示器应该在所有区域中以高分辨率被操作。例如，可以在两个图像(例如，如由高分辨率显示器和低分辨率显示器投射的)之间的边界处混合两个图像。通过组合相邻像素的数据，可以混合像素密度(或分辨率)，使得分辨率在高分辨率显示器的图像的边界处不突变。也可以调节亮度和对比度，使得边缘不明显，使得随着高分辨率显示器淡出，低分辨率显示器淡入，以将两个图像混合成一个图像。这种羽化也可以用于隐藏双眼重叠区域的边界，使得眼睛可以从双眼重叠区域移动到非重叠区域，而不会感知到明度或对比度的变化。在这种情况下，对比度和亮度羽化将应用于双眼重叠边界处的两个显示器。
因此，第一显示器320和第二显示器325可以被配置为和/或被控制为(例如，如由视频驱动器控制)提供在由第一显示器320投射的图像与由第二显示器325投射的图像之间的转换(附加于和/或替选于图像组合器315的配置)。例如，第一显示器320可以被配置为投射逐步变暗(例如，接近边界335的像素的逐步变暗)，直到在与图像组合器315的中心对应的第一显示器的中心处存在暗(例如，黑色)图像。此外，第二显示器325可以被配置为在从第一显示器320和第二显示器325的图像之间的边界的某个阈值余量距离处，从第二显示器325的像素朝向第二显示器的边缘投射逐步变暗的图像(其应该逐步降低来自图像组合器315的反射)，直到在第二显示器325的外边界处存在暗(或黑色)图像。
在另一实施方式中(或与其他实施方式组合)，沿边界的像素可以在空间上抖动。空间抖动可以包括通过对边界附近的第一显示器320和第二显示器325的像素应用控制电压来进行交替驱动。例如，对于第一显示器320，沿着边界的水平和垂直轴的奇数像素可以是关闭的(或黑色)，而偶数像素可以基于图像。此外，对于第二显示器325，沿着边界的水平和垂直轴的偶数像素可以是关闭的(或黑色)，而奇数像素可以基于图像。
组合显示系统330的示例配置，第一显示器320可以是位于组合显示系统330的顶部的低或中分辨率显示器，并且第二显示器325可以是位于组合显示系统330的远端(例如，当与眼睛305相比时，在组合显示系统330的远端)的高分辨率显示器。因此，低或中分辨率显示器的图像可以位于高分辨率显示器后面(参见图3B)，如由眼睛305视觉感知。
示例实施例可以使用高分辨率显示器(例如，第二显示器325)。高分辨率显示器可以是在小于2弧分的虚拟图像平面中的像素对边的显示。对于大约60度的双眼重叠高分辨率区域(例如，双眼重叠视场的高分辨率区域225)，在场的中心，应当使用具有1800列的显示器来达成每像素2分，并且应当使用3600列来达成每像素1分。如果垂直FOV也约为60度，则显示器的格式应为1800x 1800(每像素2分)或3600x 3600(每像素1分)。为了戴在头上，像素间距应该在5到15微米的范围内，标称为10微米，这可以导致标称对象图像对角线尺寸在1800像素格式的25毫米与3600像素格式的50毫米之间。较大的显示器可以有利地需要较小的放大率。
示例实施例可以使用低分辨率或中分辨率显示器(例如，第一显示器320)。低分辨率或中分辨率显示器可以具有高分辨率显示器分辨率的大约十分之一。因此，虚拟图像上的像素对边大约为10弧分。因为低分辨率或中分辨率显示器的全水平视场约为150度，所以列数应为900，部分取决于显示器是平坦还是弯曲。如果垂直FOV约为90度，则行数应为540。如果使用10微米像素以在高分辨率显示器的中心获得1弧分，则可以使用100微米像素来获得低分辨率或中分辨率显示器中心的10弧分(因为两个显示器的放大倍数几乎相同)。因此，低分辨率或中分辨率显示器可以标称为90mm×54mm。为了延伸垂直视场或者为了改善在高分辨率虚拟图像的边界处的融合图像的混合(例如，在第一显示器320和第二显示器325之间沿着图像组合器315的边界的混合)，可以期望使用附加像素或更高像素密度。换句话说，使用附加像素或较高像素密度可以提供另一机制来改善由第一显示器320投射的图像与由第二显示器325投射的图像之间的转换。
在一些示例实施方式中，第一显示器320的虚拟图像(例如，低分辨率或中分辨率显示器)可以被放置在与透镜310距离为d处，且第二显示器325的虚拟图像(例如，高分辨率显示器)可以被放置在与透镜310的距离为h处。距离d可以是比距离h离透镜310的距离更远的距离(例如200厘米)，距离h可以被放置在离透镜310更近的距离处(例如1厘米)。因此，可以将背景意象放置在第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)上，以及在附近显示器上放置前景意象，从而克服三维(3D)显示器中的图像融合和调节视差。在其他实施方式中，两个图像320-a和325-a的虚拟图像距离相同。
图4示出了根据至少一个示例实施例的图3A和3B的双显示器HMD的俯视图的示意图。如图4所示，第一显示器320被形成为弧形或弯曲显示器。图4示出了具有恒定曲率半径的显示器320，但是可以使用任何复杂曲线，包括靠近中矢面的平面与朝向太阳穴曲率逐步变大结合。在一些实施方式中，朝向太阳穴端的显示器(例如，第一显示器320)可以逐步变得越来越偏离中心。因此，图像失真和图像畸变可能变得更加明显(在某些情况下，严重的)。使用弯曲显示器作为第一显示器320(例如，低分辨或中分辨率显示器)可以降低或最小化图像失真和图像畸变中的一些。特别地，可以通过显示器的曲率来降低由光学引入的场曲率。
因此，附加于透镜310(或作为使用透镜310的替选方案)，使用弯曲显示器作为第一显示器320可以改善由第一显示器320显示的图像，特别是当从与光轴(图2所示的矢量G)不对准的注视角度观看时。此外，附加于透镜310(或作为使用透镜310的替选方案)，使用弯曲显示器作为第一显示器320可以增大HMD的用户的视场(FOV)。再进一步，第一显示器320可以被形成为直的或平板显示器。在这种情况下(如上所述)，透镜310可以被配置为降低或最小化图像失真和图像畸变。在另一示例实施方式中，与第一显示器320相关联的驱动器可被配置为改变图像以便校正失真。
图5A和5B示出了根据至少一个示例实施例的另一双显示器HMD 500的侧截面图的示意图。如图5A和5B所示，组合显示系统505包括透镜310、图像组合器315、第一显示器320、第二显示器325和面板510。眼睛305(示出了一只眼睛，但是应当理解的是，HMD包括用于另一只眼睛的匹配系统)在视觉上感知来自显示系统505的组合图像，作为包括从第一显示器320投射的图像320-a和从第二显示器325投射的图像325-a的单个图像，如图5C所示。除面板510之外，组合显示系统505的操作基本上类似于组合显示系统330。
图5D示出了图5A和5B的双显示器HMD的前视图的框图。如图5D所示，第二显示器325被边界335包围，边界335反过来指示第一显示器320和第二显示器325之间的边界。从第一显示器320投射的图像320-a和从第二显示器325投射的图像325-a将投射出页面。
面板510可以被配置为将从第一显示器320(作为平面或平板显示器)投射的图像转换到弯曲表面。例如，面板510可以是光学面板。光学面板可以是(或类似于)可以将图像从平面中继到弯曲表面的相干光纤束。在示例实施方式中，第一显示器320可以是发射显示器。由于对面板510的输入可以与第一显示器320的成像表面近接触，所以使用面板510可能是期望的，以用于与发射显示器一起使用。通过近接触，我们意指从像素平面到面板的距离小于像素间距。
图6示出了根据至少一个示例实施例的图5A和5B的双显示器HMD的俯视图的框图。相似的元件由相似的附图标记表示，这些元件在上面被描述，并且可以不用关于该图作进一步描述。如图6所示，第一显示器320是平面显示器或平板显示器，并且面板510被形成为弧形或弯曲表面。上述图像失真和图像畸变可导致眼睛疲劳。因此，使用与第一显示器320接触的弯曲面板510(例如，低分辨率或中分辨率显示器)可以减少或最小化图像失真。因此，附加于透镜310使用面板可以改善由第一显示器320显示的图像。结果是，使用与第一显示器320接触的弯曲面板510可以减少眼睛疲劳，这可以改善用户体验。
此外，如图7A所示，在示例实施方式中，图像组合器315可以延伸到超过第二显示器325的位置作为最小化其边缘的可见性的另一机制(如长度E所示)。换句话说，(长度上)延长的图像组合器315(如长度E所示)可以提供由第一显示器320投射的图像与由第二显示器325投射的图像之间的转换。面板510也可以是如本领域已知的锥形面板。用作扩大器的锥形光纤面板在出射面处具有比在入射面处更大的面积。因此，锥形面板可以被配置为将图像扩大到更大的面积。因此，锥形面板可以使得能够使用更小的第一显示器320(例如，较小且潜在的更便宜的显示器)。可以使用锥形面板来改变发射显示器的尺寸。
图7A和7B示出了根据至少一个示例实施例的另外一个双显示器HMD 700的侧截面图的示意图。相似的元件由相似的附图标记表示，这些元件在上面被描述，并且可以不用关于该图作进一步描述。如图7A和7B所示，组合显示系统705包括透镜310、图像组合器315、第一显示器320、第二显示器325和面板510。眼睛305(示出一只眼睛，但是应当理解的是，HMD包括用于另一只眼睛的匹配系统)在视觉上将组合显示系统705感知为包括第一显示器320和第二显示器325的单个显示器，如图7B所示。组合显示系统705的操作基本上类似于组合显示系统330，除了第一显示器320和第二显示器325的位置已经被交换或调换。
因此，在图7A所示的示例实施方式中，图像组合器315可以被配置为将从第一显示器320投射的图像反射到透镜310。此外，图像组合器315可以被配置为允许从第二显示器325投射的图像穿过图像组合器315朝向透镜310。在如图7A所示的示例实施例中，第二显示器325(作为高分辨率显示器)被直接通过图像组合器315来观看，而不是通过来自图像组合器315的反射来观看。通过来自图像组合器315的反射来观看较低分辨率显示器320。结果是，图像组合器315的反射质量的瑕疵影响较低分辨率显示器320，并且比在通过反射观看高分辨率显示器的实施例中对分辨率影响更小。此外，第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)在其配置中可以更灵活。例如，第一显示器320可以是平显示器、弯曲显示器和/或平和弯曲显示器的组合。
如图7A所示的示例实施方式中，图像组合器可以被配置为吸收或不反射由第一显示器320投射的图像的部分。未被反射的图像的部分对应于由第二显示器325投射的图像。替选地或附加地，可以将第一显示器320配置为(例如被控制为)降低与第二显示器325的位置对应的投射的图像的部分的强度(即，明度或光度)。因此，因为与第二显示器325的位置相对应的投射的图像的部分不够明亮或不像由第二显示器325投射的图像那么明亮，所以由第一显示器320投射的图像的部分可能不会反射出图像组合器315。
图8、9和10示出了根据至少一个示例实施例的图7A和7B的双显示器HMD的替选配置的俯视图的示意图。相似的元件由相似的附图标记表示，这些元件在上面被描述，并且可以不用关于该图作进一步描述。如图8所示，第二显示器325是平面显示器或平板显示器，并且面板510被形成为弧形或弯曲表面。使用与第二显示器325(例如，高分辨率显示器)接触的弯曲面板510可以降低或最小化图像失真和图像畸变。因此，附加于透镜310(或作为使用透镜310的替选方案)使用面板可以改善由第二显示器325显示的图像。
此外，如图7A所示，在示例实施方式中，图像组合器315可以延伸到超过第一显示器320的位置作为最小化其边缘的可见性的另一机制。换句话说，(在长度上)延伸的图像组合器315可以提供由第一显示器320投射的图像与由第二显示器325投射的图像之间的转换。面板510也可以是锥形面板。锥形面板可以被配置为将图像扩大到更大的面积。因此，锥形面板可以使得能够使用较小的(例如，尺寸上或较小的表面积)第二显示器325(例如，较小且潜在地较便宜的显示器)。可以使用锥形面板来改变发射显示器的尺寸。
如图9所示，第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)在显示器的整个长度上被示为弧形。此外，图像组合器315模仿第一显示器320的形状。换句话说，图像组合器315位于第一显示器320下方(且因此其全长未示出)。附加于透镜310(或作为使用透镜310的替选方案)使用弯曲显示器作为第一显示器320可以改善第一显示器320的在太阳穴端显示的图像。可以将虚线905所观看的图9的侧视图(例如，切片)可以被示为如图7A所示的组合显示系统705。
如图10所示，第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)在对应于第二显示器325的长度上被示出为平板，并且在不对应于第二显示器325的显示器的长度上被示出为弧形。另外，图像组合器315模仿第一显示器320的形状。换句话说，图像组合器315位于第一显示器320下方(且因此其全长未示出)。附加于透镜310(或作为使用透镜310的替选方案)使用接近第一显示器320的太阳穴端的弯曲显示器可以改善第一显示器320的在太阳穴端显示的图像。此外，通过包括图像组合器315的平部分可以最小化由第二显示器325投射的图像的一些失真。可以将在虚线1005处观看的侧视图(例如，切片)看成如图7A所示的组合显示系统705。在图10中示出了图像组合器315以示出图像组合器315在第一显示器320下方(当从顶部观察HMD时)。图像组合器315的端部被示出为三角形形状，然而，示例实施例不限于此。
图11示出了根据至少一个示例实施例的与双显示器HMD相关联的方法。由于存储在与装置相关联的存储器(例如，如图12所示)并且由与该装置相关联的至少一个处理器执行的软件代码的执行，可以执行关于图11描述的步骤中的至少一个。然而，可以想到替选实施例，诸如体现为专用处理器的系统。虽然以下描述的步骤中的至少一个被描述为由处理器执行，但是这些步骤不一定由同一处理器执行。换句话说，至少一个处理器可以执行下面关于图11描述的步骤中的至少一个。此外，关于图11描述的步骤涉及一个视图或眼睛(例如，人眼所观看到的显示器之一)。然而，应当理解的是，将类似的过程应用于另一视图(例如，由人眼观看的另一显示器)。
如图11所示，在头戴式显示器的步骤S1105中，提供第一显示器、第二显示器和图像组合器。例如，如上面关于图1、图3A、图3B、图4、图5A、图5B、图6、图7A、图7B和图8-10讨论的，HMD可以包括第一显示器320、第二显示器325和图像组合器315。
在步骤S1110中，将第一显示器的图像投射到图像组合器上。例如，在第一示例实施方式中，第二显示器325(例如，高分辨率显示器)可被投射到图像组合器315上。在第二示例实施方式中，第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)可以被投射到图像组合器315上。
在步骤S1115中，通过图像组合器投射第二显示器的图像。例如，在第一示例实施方式中，可以通过图像组合器315来投射第一显示器320(例如，低分辨率或中分辨率显示器)。在第二示例实施方式中，第二显示器325(例如，高分辨率显示器)可以被投射到图像组合器315上。
在步骤S1120中，使用图像组合器将与第一显示器的图像相关联的和第二显示器的图像相关联的射线引导到透镜。例如，图像组合器315可以反射投射到其上的图像(例如，朝向透镜320)，从而导致该图像与通过图像组合器315投射的图像的组合。在步骤S1125中，使用透镜来调整聚散度使得在头戴式显示器中图像的显示可观看。
VR系统的示例实施方式可以包括被配置为生成图像或视频(例如，基于图像或视频源)的图像或视频系统以及对应的至少一个显示器驱动器，该显示器驱动器被配置为控制生成的图像或视频在第一显示器320和第二显示器325上的显示。图像或视频系统可以被包括在HMD 300中和/或可以与外部计算设备相关联。在一些实施方式中，显示器驱动器可以被包括在HMD 300中，并且可以在外部计算设备中生成图像或视频。此外，在一些实施方式中，显示器驱动器可以被包括在外部计算设备中，并且可以在外部计算设备中生成图像或视频。
图13示出了使用光导1315通过薄玻璃或塑料板(例如，薄玻璃或塑料板)来中继图像以创建增强现实显示系统的技术。图像由高分辨率显示器325生成，并且准直器1305用于将对应的射线通过棱镜1310注入光导1315。射线可以通过内部反射(例如，全内反射)通过光导传播直到到达半透明反射器，其允许射线中的一些与光导的内表面相交(例如，以小于全内反射的临界角的角度)。由1320指示的这样的射线然后离开光导1315并被眼睛305看到。还有可以使用全息图或衍射光栅与全内反射(例如，全内反射)相结合的技术来创建类似的光导光学系统。光导1315的远端和近端表面可以是透明的。因此，射线1325表示来自第二显示器(例如，显示器320)的射线，或者替选地，透过透明光导1325传播的环境场景，其也被眼睛305看到。
图14示出了光学系统的另一实施例的横截面图，其中每只眼睛使用两个显示器以创建在中心场中具有高分辨率并且在中心场周边的场中具有降低的分辨率的图像。光导1415在远端表面上配备有金属光学涂层，从而避免了全内反射的需要，而且使系统不太适合增强现实，因为图14中的射线1435的传播可以被阻碍。光导1415与菲涅耳透镜1420结合，并且可以被结合在菲涅耳透镜1420的凹部内，使得菲涅尔透镜1420和光导1415成为一体，从而在光导的远端面和菲涅尔透镜之间形成光滑界面。来自显示器320的较低分辨率图像穿过菲涅耳透镜1420，使得用户能够观看到来自显示器320和显示器325的组合图像。
如图14所示，通过显示器325创建高分辨率图像，并且来自显示器325的射线传播到准直器1405。准直射线从准直器1405传播到注射棱镜1410，然后通过光导1415被中继并且朝向眼睛305射出，如由作为来自显示器325的中心的主射线的射线1430表示。如此形成的图像是用户视场中的高分辨率图像。
可以通过使用全内反射使得光导的部分透明化而实施另外的实施方式。这在图15中示出。在该示例中，光导1510涂覆有金属膜1525并且通过胶1530在菲涅尔透镜1505的空腔内粘合。胶1530和金属膜1525可以是薄的(约10微米)，使得光导1510和菲涅尔透镜1505被紧密放置。金属膜1525限定了从其来自高分辨率显示器325射线1540出射的光输出区域L。胶1530和金属膜1525的厚度可以形成间隙1520，这意味着光可以通过上部光导由全内反射而传播，并且光导1510保持透明。来自中分辨率全景显示器320的光传播到菲涅耳透镜1505(以射线1545表示)，并且眼睛305看到来自菲涅尔透镜1505和光导1510的组合图像。图16示出了菲涅耳透镜1505和光导1510的平面图。来自高分辨率显示器325的光通过入口1601进入光导，并且在光导1510的区域1515中被看到，并且来自中分辨率显示器320的光是在别处被看到。
图12示出了根据至少一个示例实施例的与HMD相关联的虚拟现实VR系统1200的框图。如图12所示，VR系统1200包括至少一个存储器1205和至少一个处理器1210。至少一个存储器1205可以被包括在HMD(例如，HMD 300)中、被包括在外部(例如，在HMD外部)计算设备(例如，个人计算机或手持设备)中、和/或被包括在HMD和外部计算设备两者中。
至少一个存储器包括至少一个图像/视频源库1215、第一显示器驱动器左眼1220、第二显示器驱动器左眼1225、第一显示器驱动器右眼1230、第二显示器驱动器右眼1235。这些元件可以被包括在HMD的至少一个存储器1205(例如，HMD 300)中、被包括在外部(例如，在HMD外部)计算设备(例如，个人计算机或手持设备)的至少一个存储器1205中、和/或被包括在HMD和外部计算设备两者的至少一个存储器1205中。例如，至少一个图像/视频源库1215可以被包括在外部设备中，而其他元件被包括在HMD中。此外，左眼驱动器可以包括第一显示器驱动器左眼1220和第二显示器驱动器左眼1225；并且右眼驱动器可以包括第一显示器驱动器右眼1230和第二显示器驱动器右眼1235。
可以使用至少一个处理器1210(例如，形成在硅基底、GaAs基底等上的处理器)来执行存储在至少一个存储器1205(例如，非暂时性计算机可读介质)上的指令，从而实施本文所描述的各种特征和功能，或附加的或替选的特征和功能。至少一个处理器1210和至少一个存储器1205可用于各种其他目的。例如，至少一个存储器1205可以被理解为表示可用于实施本文所述的任何一个模块的各种类型的存储器和相关硬件和软件的示例。本文描述的系统和/或方法可以包括数据和/或存储元件。数据和/或存储元件(例如，数据库表)可以被存储在例如至少一个存储器1205中。
至少一个图像/视频源库1215可以存储用于在HMD上显示的图像和视频。(例如，在第一显示器320和第二显示器325上)。至少一个图像/视频源库1215可以存储图像和视频，该图像和视频对应于可用于生成三维(3D)图像或视频的右眼和左眼(例如，在不同的可视角度)图像和视频。至少一个图像/视频源库1215可以存储原始(例如，未格式化的)或编码的图像和视频。因此，VR系统1200可以包括(或能访问)用于格式化和/或解码图像和视频的机制(例如，算法)。
显示器驱动器、第一显示器驱动器左眼1220、第二显示器驱动器左眼1225、第一显示器驱动器右眼1230、第二显示器驱动器右眼1235可以被配置为控制在对应显示器(例如，第一显示器320或第二显示器325)上的图像或视频的显示。显示器驱动器可以被配置为使用图像或视频作为输入数据，并基于输入图像或视频将表示颜色的信号传送到相对应的显示器。表示颜色的信号可以例如对应于RGB或YUV格式。
像素密度的存在并不意味着高分辨率显示器应以高分辨率操作。通过组合相邻像素上的数据，可以混合分辨率，使得分辨率在高分辨率显示器的图像的边界处不突变。也可以调节亮度和对比度，使边缘不明显，使得当高分辨率显示屏淡出时，低分辨率显示屏淡入。
因此，显示器驱动器可以一起操作以控制第一显示器320和第二显示器325，使得第一显示器320和第二显示器325被控制以提供由第一显示器投射的图像和由第二显示器投射的图像之间的转换(附加于图像组合器315的配置和/或作为图像组合器315的配置的替选方案)。例如，第一显示器320可以被配置为从第一显示器320的像素沿着第一显示器320和第二显示器325之间的图像组合器315的边界投射逐步变暗的图像(其不应该穿过图像组合器315)，直到在对应于图像组合器315的中心的第一显示器320的中心处存在暗(或无光或黑色)图像。此外，第二显示器325可以被配置从第二显示器325的像素在第一显示器320和第二显示器325之间图像组合器315的边界的某个阈值距离处朝向第二显示器325的中心的投射逐步变暗的图像(其不应该反射在图像组合器315上)，直到在第二显示器325的外边界处存在暗(或无光或黑色)图像。
图17示出了根据至少一个示例实施例的包括混合透镜系统的HMD的部分的框图的俯视图。也可以由混合透镜系统1705形成旨在用于高视场的光学系统。改善周边视觉的一种方法是采用如图17所示的靠近太阳穴的曲线。通过弯曲菲涅耳透镜1710-1、1710-2，可以由混合光学系统1705收集例如由显示面板320的弯曲部分1730发射的射线并将其中继到眼睛305。如图17所示，眼睛305被转向高角度，但是如果显示器和透镜产生在周边产生虚拟图像的射线，视网膜可以不需要旋转眼睛的情况下在周边视觉看见周边射线。虽然示出了一个轴上的曲线，但是菲涅尔透镜1710-1、1710-2可以沿着多个轴线弯曲。在示例实施方式中，菲涅尔透镜1710-1、1710-2可以形成在弯曲的基底上，该弯曲基底在一个或多个轴上弯曲。在所示实施方式中，菲涅尔透镜1710-1、1710-2在中央视觉透镜1715的鼻侧上是平面的(示出为部分1710-1)，但是沿着中央视觉透镜1715的太阳穴侧的部分1710-2是弯曲的。
混合透镜系统1705可以包括形成在菲涅尔透镜1710-1、1710-2(例如，作为非球面菲涅尔透镜)的光学中心处的单透镜1715(例如，球面或非球面透镜)。换句话说，单透镜1715的光学中心可以与菲涅耳透镜1710-1、1710-2的光学中心共同入射。在所示实施方式中，透镜的光学中心被放置在用户的瞳孔/角膜的前面(当眼睛注视前方时)。在所示实施方式中，单透镜1715(例如，作为中心视觉透镜)可以被实施为具有两个弯曲表面的折射透镜。然而，也可以使用仅具有单个弯曲表面的折射透镜。此外，单透镜1715可以被实施为渐进透镜、消色差透镜、衍射光学元件、全息或甚至混合折射-衍射透镜。
显示器320可以包括平部分1725和延伸到超过混合透镜系统1705的弯曲部分1720的弯曲部分1730，使得可以在没有任何透镜的情况下(如箭头1735所示)或者通过透明塑料直接观看显示器320。在这样的实施例中，显示器320可以延伸到眼睛具有很小的周边分辨率的FOV的周边区域，使得仅仅可以感知运动和光的意识。在该周边区域(透镜1705的外侧)，不需要透镜。这类似于当超出透镜外缘看时由处方眼镜呈现的图像。在这种情况下，周边图像失焦，这可能不会减损存在感。
图18和19示出了根据至少一个示例实施例的HMD的线图的视图。如图18所示，HMD包括第一显示器1805-1、1805-2(或显示器部分)和第二显示器1810-1、1810-2(或显示器部分)。第一显示器1805-1、1805-2可以具有比第二显示器1810-1、1810-2更高的像素密度。尽管图18和19中的实施方式被示为两个显示器，第一显示器1805-1、1805-2可以是具有两个部分的单个显示器，或者第一显示器1805-1、1805-2可以是两个单独的显示器。第二显示器1810-1、1810-2可以是单个显示器、具有两个或多个部分的单个显示器和/或两个或更多个显示器。第二显示器1810-1、1810-2可以包括至少一个弯曲部分。
HMD可以包括被配置为组合两个图像的至少一个图像组合器1815-1、1815-2。例如，该至少一个图像组合器1815-1、1815-2可以反射由第一显示器1805-1、1805-2投射的图像，并且允许由第二显示器1810-1、1810-2投影的图像穿过该至少一个图像组合器1815-1、1815-2。
HMD可以包括至少一个透镜1820-1、1820-2。至少一个透镜1820-1、1820-2可以是混合透镜系统(例如，混合透镜系统1705)。因此，该至少一个透镜1820-1、1820-2可以包括图19所示的单透镜1905。HMD可以包括被配置为包围HMD的元件(例如，第一显示器1805-1、1805-2)的外壳1835。HMD可以包括可以将HMD的元件设置在其上和/或紧固到其上的框架(未示出)。例如，框架和支架1825一起可以将第一显示器1805-1紧固在HMD内的位置。
这里描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些各种实施方式可以包括在可编程系统上可执行和/或可解释的一个或多个计算机程序中的实施方式，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，其可以是特殊或通用目的，耦合到存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备以从其接收数据和指令并向其发送数据和指令。这里描述的系统和技术的各种实施方式可以被实现为和/或一般地在本文中被称为可以组合软件和硬件方面的电路、模块、块或系统。例如，模块可以包括在处理器(例如，在硅基底、GaAs基底等上形成的处理器)或一些其他可编程数据处理装置上执行的功能/动作/计算机程序指令。
上述示例实施例中的一些被描述为作为流程图描绘的过程或方法。虽然流程图将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行、同时期或同时刻地执行。此外，可以重新布置操作的次序。当它们的操作完成时，可以终止这些过程，但也可以具有图中未包括的附加步骤。这些过程可以对应于方法、功能、过程、子例程、子程序等。
上面讨论的一些方法，其中一些由流程图说明，方法可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实施。当以软件、固件、中间件或微代码实施时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质的机器或计算机可读介质中。处理器可以执行必要的任务。
本文公开的特定结构和功能细节仅仅是代表性的，为了描述示例实施例的目的。然而，示例实施例以许多替选形式体现，并且不应被解释为仅限于本文所阐述的实施例。
应当理解的是，尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不脱离示例实施方式的范围。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
应当理解的是，当元件被称为被“连接”或“耦合”到另一元件时，其可以直接连接或耦合到另一元件，或可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他单词应当以类似的方式被理解(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一(a/an)”、和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有清楚指出。还将理解的是，术语“包括(comprises)”，“包括(comprising)”，“包括(includes)和/或“包括(including)”在本文中使用时，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
还应当注意的是，在一些替选实施方式中，所指出的功能/动作可以不按图中所指出的次序进行。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个图形实际上可以同时期执行或有时可以以相反的次序执行。
除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本示例实施例所属的本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。还将进一步理解的是，例如在通常使用的字典中定义的术语应被解释为具有与在相关领域的背景下的它们的含义一致的含义，并且不会以理想化或过度正式的方式解释，除非明确如此定义。
上述示例实施例的部分和相对应的详细描述以软件或计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些描述和表示是本领域普通技术人员有效地将其工作的实质传达给本领域普通技术人员的描述和表示。算法，作为在这里使用的术语和它被一般使用的，被认为是导致期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操纵的步骤。通常地，尽管不一定，这些数量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的光、电或磁信号的形式。已经证明，有时，主要是出于通常使用的原因，将这些信号称为位、值、元件、符号、字符、术语、数字等是方便的。
在上述说明性实施例中，对可以被实施为程序模块或功能过程的操作(例如，以流程图的形式)的动作和符号表示的引用包括例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实施特定抽象数据类型，并且可以使用现有结构元件上的现有硬件来描述和/或实施。这样的现有硬件可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)计算机等。
然而，应该记住的是，所有这些和类似的术语都应该与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非另有说明，或者从讨论中显而易见的是，诸如“显示”的“处理”或“计算”或“运算”或“确定”等的术语是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程，其将表示为计算机系统寄存器和存储器内的物理、电子量的数据操纵和变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备内的物理量的其他数据。
还应注意的是，示例实施例的软件实施的方面通常被编码在某种形式的非暂时性程序存储介质上或者通过某种类型的传输介质来实施。程序存储介质可以是磁性的(例如，软盘或硬盘驱动器)或光学的(例如，光盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读或随机存取。类似地，传输介质可以是双绞线对、同轴电缆、光纤或本领域已知的一些其它合适的传输介质。本示例实施例不受任何给定实施方式的这些方面的限制。
最后，还应当注意的是，虽然所附权利要求列出了本文所描述的特征的特定组合，但是本公开的范围不限于以下所要求保护的特定组合，而是延伸到涵盖本文公开的特征或实施例的任何组合，而不管该特定组合在此刻是否已经在所附权利要求中被具体列举。

Claims (20)

1.一种头戴式显示器(HMD)，包括：
包括在所述HMD中的第一显示器部分，所述第一显示器部分具有第一像素密度；
包括在所述HMD中的第二显示器部分，所述第二显示器部分具有所述第一像素密度；
附接到所述HMD的第三显示器部分，所述第三显示器部分具有第二像素密度；以及
至少一个图像组合器，所述至少一个图像组合器被配置为通过反射由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的图像并且允许由所述第三显示器部分投射的图像穿过所述至少一个图像组合器来组合两个图像。
2.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述至少一个图像组合器还被配置为阻挡由所述第三显示器部分投射的所述图像的一部分，由所述第三显示器部分投射的所述图像的所述一部分对应于由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像。
3.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述至少一个图像组合器还被配置为阻挡由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像的一部分，由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像的所述一部分对应于由所述第三显示器部分投射的所述图像。
4.根据权利要求1所述的HMD，其中
所述第一像素密度是比所述第二像素密度高的像素密度，以及
所述第三显示器部分被配置为降低由所述第三显示器部分投射的所述图像的一部分的明度，由所述第三显示器部分投射的所述图像的具有降低的明度的所述一部分对应于由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像。
5.根据权利要求1所述的HMD，其中
所述第一像素密度是比所述第二像素密度低的像素密度，以及
所述第一显示器部分和所述第二显示器部分被配置为降低由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像的一部分的明度，由所述第一显示器部分和所述第二显示器部分投射的所述图像的具有降低的明度的所述一部分对应于由所述第三显示器部分投射的所述图像。
6.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述两个图像在所述两个图像之间的边界处混合。
7.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述HMD被通信地耦合到被配置为使用光纤生成所述两个图像的计算设备。
8.根据权利要求1所述的HMD，其中
所述第一像素密度是比所述第二像素密度高的像素密度，以及
所述第一显示器部分和所述第二显示器部分位于所述第三显示器部分的上方。
9.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述第一显示器部分、所述第二显示器部分和所述第三显示器部分中的至少一个包括弯曲部分。
10.根据权利要求1所述的HMD，还包括至少一个透镜。
11.根据权利要求1所述的HMD，还包括运动传感器和眼睛跟踪组件中的至少一个，所述运动传感器和眼睛跟踪组件中的每一个被配置为检测所述HMD的用户的观看位置中的变化。
12.一种虚拟现实(VR)系统的头戴式显示器(HMD)，所述HMD包括：
被配置为接收第一图像的第一组合显示系统，所述第一组合显示系统包括：
第一显示器部分，所述第一显示器部分被配置为投射所述第一图像的第一部分，
第二显示器部分，所述第二显示器部分被配置为投射所述第一图像的第二部分，以及
图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射所述第一图像的所述第一部分并允许所述第一图像的所述第二部分穿过所述图像组合器来组合两个图像；以及
第二组合显示系统，所述第二组合显示系统被配置为接收第二图像，所述第二图像是所述第一图像的不同视角，所述第二组合显示系统包括：
第三显示器部分，所述第三显示器部分被配置为投射所述第二图像的第一部分，
第四显示器部分，所述第四显示器部分被配置为投射所述第二图像的第二部分，以及
图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射所述第二图像的所述第一部分并允许所述第二图像的所述第二部分穿过所述图像组合器来组合两个图像。
13.根据权利要求12所述的HMD，其中，所述HMD经由光纤被通信地耦合到与图像库相关联的计算设备。
14.根据权利要求12所述的HMD，其中
所述第一显示器部分和所述第二显示器部分具有第一像素密度，
所述第三显示器部分和所述第四显示器部分具有第二像素密度，所述第二像素密度低于所述第一像素密度，以及
所述第三显示器部分和所述第四显示器部分包括弯曲部分。
15.根据权利要求12所述的HMD，其中
所述第一显示器部分和所述第二显示器部分具有第一像素密度，
所述第三显示器部分和所述第四显示器部分具有第二像素密度，所述第二像素密度低于所述第一像素密度，以及
所述第一显示器部分和所述第二显示器部分位于所述第三显示器部分和所述第四显示器部分的上方。
16.根据权利要求12所述的HMD，还包括至少一个透镜。
17.根据权利要求12所述的HMD，其中，所述两个图像在所述两个图像之间的边界处混合。
18.根据权利要求12的HMD，其中
所述第一显示器部分被配置为降低所述第一图像的所述第一部分的一部分的明度，以及
所述第三显示器部分被配置为降低所述第二图像的所述第一部分的一部分的明度。
19.如权利要求12所述的HMD，其中
所述第二显示器部分被配置为降低所述第一图像的所述第二部分的一部分的明度，以及
所述第四显示器部分被配置为降低所述第二图像的所述第二部分的一部分的明度。
20.一种头戴式显示器(HMD)，包括：
第一显示器部分，所述第一显示器部分被配置为投射第一图像；
第二显示器部分，所述第二显示器部分被配置为投射第二图像；以及
图像组合器，所述图像组合器被配置为通过反射所述第一图像并允许所述第二图像穿过所述图像组合器来组合两个图像。
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