CN108267859B - 一种用于显示3d多媒体的显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于显示3D多媒体的显示设备，其特征在于：所述显示设备包括：图像偏光器，其接收光学图像序列且产生交替偏光图像序列；光学立方体，其被提供以接收所述交替偏光图像序列，其中所述光学立方体包括包夹所述光学立方体的两个正交偏光板，且将所述交替偏光图像序列分离为两个正交偏光图像序列；一对投影机构，其分别用于人类的两只眼睛，其中所述投影机构中的每一个接收所述两个正交偏光图像序列中的一个。其描述用于在3D中检视多媒体的可穿戴式设备的架构和设计。提供单独外罩以产生内容以供在所述眼镜上显示。提供光学立方体以将所述交替偏光内容序列分离为分别投影到两个镜片上的两个正交偏光图像序列。

Description

一种用于显示3D多媒体的显示设备

技术领域

本发明大体上涉及显示装置的领域，且更明确地说涉及显示装置的架构和设计，其中显示装置以一副眼镜的形式制造，且可用于包括具有3D能力的虚拟现实、扩增现实的各种应用中。

背景技术

虚拟现实或VR通常定义为使用交互式软件和硬件创建的且通过主体的移动而体验或控制的三维环境的现实和沉浸式模拟。使用虚拟现实设备的人通常能够环顾人工产生的三维环境，在其中四处走动且与屏幕上或护目镜中描绘的特征或项目交互。虚拟现实人工创建感觉体验，其可包括视觉、触觉、听觉以及不太经常的嗅觉。

扩增现实(AR)是基于现有现实进行计算机产生的增强以便经由与其交互的能力使其更加有意义的技术。AR开发到应用中且在移动装置上使用以将数字组件混合到现实世界，使得其彼此增强，但也可容易地辨别。AR技术正迅速成为主流。其用于在移动装置上显示关于电视播送的体育比赛的得分覆层且弹出3D电子邮件、照片或文本消息。行业的领导者们还正使用AR来利用全息图和运动激活命令进行令人振奋且革命性的事项。

虚拟现实和扩增现实的递送方法在单独检视时是不同的。大部分2016年虚拟现实在计算机监视器、投影仪屏幕上或利用虚拟现实头戴装置(也被称为头戴式显示器或HMD)任一个来显示。HMD通常采取眼睛前方具有屏幕的头戴式护目镜的形式。虚拟现实实际上通过切断外部刺激将用户带入数字世界。以此方式，用户仅仅关注于正在HMD中显示的数字内容。扩增现实正在例如膝上型计算机、智能电话和平板计算机等移动装置中越来越多地被使用，以改变现实世界和数字图像、图形交叉和交互的方式。

实际上，并非始终VR相对于AR，因为其并不始终彼此独立地操作，且实际上其常常混合在一起以产生更加沉浸式的体验。举例来说，作为添加到与图形的交互的振动和感觉的触觉反馈视为扩增。然而，其通常在虚拟现实场景内使用以便经由触觉使体验更加生动。

虚拟现实和扩增现实是由变得沉浸于用于娱乐和玩耍的模拟平台中或添加数字装置和现实世界之间的交互的新维度的需要所推动的体验和交互的突出实例。其单独或混合在一起毫无疑问相似地打开真实和虚拟两个世界。

图1展示用于递送或显示VR或AR的应用的市场中如今通常见到的示范性护目镜。不管护目镜的设计如何，其看上去体积大且笨重，且当用户佩戴时产生不便。此外，大多数护目镜无法透视。换句话说，当用户佩戴护目镜时，他或她将不能看或做任何其它事物。因此，需要一种可显示VR和AR并且允许用户视需要执行其它任务的设备。

正在开发用于VR/AR和全息应用的各种可穿戴式装置。图2展示来自Microsoft的HoloLens的简图。其称重579g(1.2lbs)。在该重量的情况下，佩戴者在佩戴一段时间后将感到不舒适。实际上，市场中可用的产品与正常眼镜相比通常笨重且体积大。因此，进一步需要一种可穿戴式AR/VR检视或显示装置，其看起来类似于一副普通眼镜但还可处理成具有较小占用面积、增强的冲击性能、较低成本封装和更容易的制造工艺。

大多数可穿戴式AR/VR检视或显示装置能够显示基于3D内容的3D视频或图像。另外需要一副能够展示3D显示的透视眼镜。

发明内容

本部分旨在概述本发明的一些方面且简单介绍一些优选实施例。可作出此部分以及摘要和标题中的简化或省略以免混淆此部分、摘要和标题的目的。此些简化或省略并不希望限制本发明的范围。

本发明大体上涉及用于虚拟现实和扩增现实应用的可穿戴式装置的架构和设计。根据本发明的一个方面，一种显示装置以一副眼镜的形式制造且包括最小数目的零件以减小其复杂性和重量。单独壳套或外罩提供为便携式的以附连或附接到用户(例如，口袋或腰带)。所述外罩包含所有必需的零件和电路以产生用于虚拟现实和扩增现实应用的内容，从而产生眼镜上需要的最小数目的零件，因此产生眼镜的较小占用面积、增强的冲击性能、较低成本封装和更容易的制造工艺。所述内容由光缆以光学方式拾取且通过光缆中的光纤运送到眼镜，其中所述内容分别投影到专门制造的镜片以用于在佩戴者的眼睛前方显示所述内容。

本发明的主要技术方案如下：

一种用于显示3D多媒体的显示设备，其特征在于：所述显示设备包括：图像偏光器，其接收光学图像序列且产生交替偏光图像序列；光学立方体，其被提供以接收所述交替偏光图像序列，其中所述光学立方体包括包夹所述光学立方体的两个正交偏光板，且将所述交替偏光图像序列分离为两个正交偏光图像序列；一对投影机构，其分别用于人类的两只眼睛，其中所述投影机构中的每一个接收所述两个正交偏光图像序列中的一个。

优选的，所述显示设备进一步包括：至少一个镜片，以及光缆，其包括至少一个光纤以通过所述光纤中的全内反射将所述光学图像从所述光缆的一端运送到所述光缆的另一端，其中所述光学图像由所述至少一个镜片投影到所述图像偏光器上。

优选的，所述图像偏光器是主动式快门。

优选的，所述图像偏光器包括夹在两个透明层之间的液晶层，其中所述液晶层被施加电场。

优选的，所述投影机构中的每一个包括棱镜，所述棱镜从所述棱镜的第一边缘接收所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，所述两个正交偏光图像序列中的所述一个由所述眼睛中的一只从所述棱镜的第二边缘看到。

优选的，所述投影机构中的每一个进一步包括光学修正镜片，所述光学修正镜片与所述棱镜集成以修正从所述棱镜离开的光学路径。

优选的，所述棱镜和所述光学修正器堆叠使得用户透视所述集成镜片而无光学失真。

优选的，所述投影机构中的每一个包括一组可变聚焦元件，所述可变聚焦元件中的至少一个可调整以将来自所述光纤的所述光学图像聚焦到所述棱镜的所述第一边缘上。

优选的，所述投影机构中的每一个包括光学波导，所述光学波导接收投影到所述光学波导的一侧上的所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，且将所述两个正交偏光图像序列中的所述一个传播到所述光学波导的另一侧，在所述另一侧处看到所述两个正交偏光图像序列中的所述一个。

优选的，所述光缆的一部分围封在一件衣服的一部分内或附接到一件衣服的一部分。

一种用于显示3D多媒体的眼镜，其特征在于：所述眼镜包括：一对镜片；

梁架，其安置于所述镜片之间；图像偏光器，其接收光学图像序列且产生交替偏光图像序列，其中所述光学图像序列由包括光纤的光缆运送；光学立方体，其安置在所述梁架附近或上，接收所述交替偏光图像序列，其中夹在两个正交偏光板之间的所述光学立方体将所述交替偏光图像序列拆分为两个正交偏光图像序列，每一正交偏光图像序列投影到所述两个镜片中的一个的边缘中。

优选的，所述光纤被提供以通过所述光纤中的全内反射将所述光学图像从其一端运送到其另一端，且其中所述光学图像来自微型显示器。

优选的，所述两个正交偏光图像序列分别投影到所述镜片上。

优选的，所述两个正交偏光图像序列分别投影到所述镜片的边缘上。

优选的，所述镜片中的每一个包括棱镜，所述棱镜从所述棱镜的第一边缘接收所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，所述两个正交偏光图像序列中的所述一个由所述眼睛中的一只经由所述棱镜看到。

优选的，所述镜片中的每一个进一步包括光学修正镜片，所述光学修正镜片与所述棱镜集成以修正从所述棱镜离开的光学路径。

根据本发明的另一方面，所述眼镜(即，其中的镜片)和所述外罩通过包括至少一个光纤的光缆耦合，其中光纤负责通过光纤内的全内反射将内容或光学图像从光纤的一端运送到其另一端。光学图像由聚焦镜片从外罩中的微型显示器拾取。

根据本发明的再一方面，镜片中的每一个包括某一形式的棱镜，其将正投影到棱镜的一个边缘上的光学图像传播到光学路径使得用户可看到所述光学图像。所述棱镜还与光学修正镜片集成或堆叠在光学修正镜片上，所述光学修正镜片与棱镜的光学修正镜片互补或互反以形成眼镜的集成镜片。提供所述光学修正镜片以修正来自棱镜的光学路径，从而允许用户透视集成镜片而无光学失真。

根据本发明的再一方面，镜片中的每一个包括光学波导，其利用光学路径将正投影到波导的一端上的光学图像传播到另一端使得用户可看到光学图像。所述波导也可与光学修正镜片集成或堆叠在光学修正镜片上以形成眼镜的集成镜片。

根据本发明的再一方面，集成镜片可进一步用具有光学特性的一个或多个膜涂覆，所述光学特性在用户的眼睛前方放大光学图像。

根据本发明的再一方面，眼镜包括若干电子装置(例如，传感器或麦克风)以实现佩戴者和所显示内容之间的各种交互。由装置(例如，深度传感器)俘获的信号经由无线构件(例如，RF或蓝牙)传输到外罩以排除眼镜和外罩之间的有线连接。

根据本发明的再一方面，代替于使用两个光缆运送来自两个微型显示器的图像，使用单一光缆运送来自一个微型显示器的图像。光缆可穿过眼镜的镜腿中的任一个。安置在眼镜的梁架附近或正好在梁架上的拆分机构用于将图像拆分为两个型式，一个用于左镜片且另一个用于右镜片。这两个图像随后分别投影到可在两个镜片中使用的棱镜或波导中。

根据本发明的再一方面，光缆围封在形成一件衣服的部分的功能性多层结构内或附接到所述功能性多层结构。当用户穿着根据实施例中的一个制造或设计的衬衫时，线缆自身具有较少重量，而用户可进行较多活动。

根据本发明的又一方面，眼镜包括一对两个不同的(例如，正交)偏光板以在两个眼镜镜片中的一个上显示一个偏光图像，且在两个眼镜镜片中的另一个上显示另一偏光图像，使得眼镜的佩戴者可在3D中检视多媒体。

本发明可被实施为设备、方法、系统的一部分。不同实施方案可产生不同益处、目标和优点。在一个实施例中，本发明是一种用于显示3D多媒体的显示设备，所述显示设备包括：图像偏光器，其接收光学图像序列且产生交替偏光图像序列；以及光学立方体，其被提供以接收所述交替偏光图像序列，其中所述光学立方体包括包夹所述光学立方体的两个正交偏光板，且将所述交替偏光图像序列分离为两个正交偏光图像序列。显示设备进一步包括分别针对人类的两只眼睛的一对投影机构，其中所述投影机构中的每一个接收所述两个正交偏光图像序列中的一个。

根据另一实施例，本发明是一种用于显示3D多媒体的显示设备，所述显示设备包括：一对镜片；梁架，其安置于所述镜片之间；以及图像偏光器，其接收光学图像序列且产生交替偏光图像序列，其中所述光学图像序列通过包括光纤的光缆运送。所述显示设备进一步包括光学立方体，安置在梁架附近或上，接收交替偏光图像序列，其中夹在两个正交偏光板之间的光学立方体将交替偏光图像序列拆分为两个正交偏光图像序列，每一正交偏光图像序列投影到两个镜片中的一个的边缘中。

除了在以下描述中通过本发明的实践达成且产生附图中说明的实施例的以上目标，存在许多其它目标。

附图说明

参考以下描述、所附权利要求书和附图将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面以及优点，在附图中：

图1展示用于递送或显示VR或AR的应用的市场中如今通常见到的示范性护目镜；

图2展示来自Microsoft的HoloLens的简图；

图3展示根据本发明的一个实施例可用于VR的应用的一副示范性眼镜；

图4说明使用光纤沿着弯曲路径以更有效方式或通过光纤内的全内反射将光从一个地点传输到另一地点；

图5和图6展示根据本发明的一个实施例囊封光纤或多个光纤的两个示范性方式；

图7展示图像如何经由光纤缆线从微型显示器运送到成像媒介；

图8展示一组示范性可变聚焦元件(VFE)以适应图像到光学对象(例如，成像媒介或棱镜)上的投影的调整；

图9展示可在图3中展示的眼镜中使用的示范性镜片，其中所述镜片包括两个部分：用于VR的任意形状的棱镜和当AR需要时的额外光学修正镜片或任意形状的修正器；

图10展示在不规则棱镜中来自多个源(例如，传感器、成像媒介和多个光源)的内部反射；

图11展示此集成镜片与硬币和直尺的比较；

图12展示衬衫，其中光缆围封在衬衫内或附接到衬衫；

图13展示三个单一彩色图像如何视觉上组合且由人类视觉感知为全色图像；

图14展示在分别处于波长λ1、λ2和λ3的三条光下产生三个不同彩色图像，成像媒介包括三个膜，每一膜涂覆有一种类型的磷光体；

图15展示存在正由一个或多个MEMS驱动以扫描所限定区域(例如，屏幕)的三个彩色激光源；

图16展示使用波导将光学图像从波导的一端运送到其另一端；

图17展示示范性功能框图，其可在单独壳套或外罩中使用以产生关于虚拟现实和扩增现实的内容以供在图3的示范性眼镜上显示；

图18展示图3的经修改型式，其中使用拆分机构(或称分光机构、分离机构)将由光缆传播或运送的图像拆分为两个部分(例如，左和右图像)；

图19展示根据本发明的一个实施例的示范性拆分机构；

图20展示根据本发明的一个实施例在3D中显示多媒体(例如，图形、对象、图像或视频)的功能框图；

图21展示用于图20中的电子部分的实施方案的实例；

图22展示使用充当主动式快门的液晶面板使图像序列偏光；以及

图23展示根据本发明的一个实施例图20的光学块的示范性实施方案。

具体实施方式

本发明的详细描述很大程度上以程序、步骤、逻辑块、处理，以及直接或间接相似于耦合到网络的数据处理装置的操作的其它符号表示呈现。这些过程描述和表示通常由所属领域的技术人员使用以最有效地将其工作主旨传达给所属领域的其他技术人员。

本文中提及“一个实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性可包括于本发明的至少一个实施例中。本说明书中各个位置中的词组“在一个实施例中”的出现未必全部是指相同实施例，也未必是与其它实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，表示本发明的一个或多个实施例的过程流程图或图式中的框的次序在本发明中并不固有地指示任何特定次序，也不暗示任何局限性。

本文中参看图3-19论述本发明的实施例。然而，所属领域的技术人员将易于了解，本文中关于这些图给出的详细描述是为了解释性目的，因为本发明扩展超出这些有限的实施例。

现参看图式，其中贯穿若干视图相同的标号是指相同的零件。图3展示根据本发明的一个实施例用于VR/AR的应用的一副示范性眼镜200。眼镜200呈现为与一副正常眼镜无显著差异，但包括分别从镜腿206和208延伸的两个柔性线缆202和204。根据一个实施例，每对所述两个柔性线缆202以及镜腿206和208集成或可移除地连接在其一端处且包括一个或多个光纤。

柔性线缆202两者在其另一端处耦合到便携式计算装置210，其中计算装置210基于微型显示器产生由线缆202俘获的图像。所述图像经由柔性线缆202中的光纤通过其中的全内反射一直运送到光纤的另一端，其中所述图像投影到眼镜200中的镜片上。

根据一个实施例，两个柔性线缆202中的每一个包括一个或多个光纤。使用光纤沿着弯曲路径以如图4所示的更有效方式将光从一个地点传输到另一地点。在一个实施例中，光纤由数千股折射率约1.7左右的极精细质量的玻璃或石英形成。一股的厚度微小。股线涂覆有一层较低折射率的某种材料。股线的端部经抛光且在谨慎地使其对准之后牢固地夹持。当光以小角度入射在一端处时，其折射到股线(或光纤)中且入射在光纤和涂层的接口上。在入射角大于临界角的情况下，光线经历全内反射且基本上将光从一端运送到另一端，即使光纤弯曲时也是如此。取决于本发明的实施方案，单一光纤或平行布置的多个光纤可用于将投影到光纤的一端上的光学图像运送到其另一端。

图5、图6展示根据本发明的一个实施例囊封光纤或多个光纤的两个示范性方式。囊封的光纤可用作图3中的线缆202或204，且延伸穿过非柔性镜腿206和208中的每一个一直到其端部。根据一个实施例，镜腿206和208由通常在一副普通眼镜中所见的一种类型的材料(例如，塑料或金属)制成，线缆202或204的一部分嵌入或集成在镜腿206或208中，从而产生非柔性部分，而线缆202或204的另一部分保持柔性。根据另一实施例，线缆202或204的非柔性部分和柔性部分可经由一种类型的接口或连接器可移除地连接。

现参看图7，其展示如何经由光纤线缆242将图像从微型显示器240运送到成像媒介244。如下文将进一步描述，成像媒介244可以是实体物件(例如，膜)或非实体物件(例如，空气)。微型显示器是具有极小屏幕(例如，小于一英寸)的显示器。在20世纪90年代末商业地引入此类型的微小电子显示系统。微型显示器的最常见的应用包括后部投影TV和头戴式显示器。微型显示器可以是反射或透射的，这取决于光被允许通过显示单元的方式。经由镜片246，微型显示器240上显示的图像(未图示)由光纤线缆242的一端拾取，光纤线缆242将所述图像运送到光纤线缆242的另一端。提供另一镜片248来收集来自光纤线缆242的图像且将其投影到成像媒介244。取决于实施方案，存在不同类型的微型显示器和成像媒介。微型显示器和成像媒介的一些实施例将在下文详细描述。

图8展示一组示范性可变聚焦元件(VFE)250以适应图像到光学对象(例如，成像媒介或棱镜)上的投影的调整。为促进本发明的各种实施例的描述，假定存在图像媒介。如图8中所说明，由光纤线缆运送的图像252到达光纤线缆的端面254。图像252由一组镜片256聚焦到成像媒介258上，所述组镜片256在本文中被称作可变聚焦元件(VFE)。提供VFE 256以被调整为确保图像252精确地聚焦到成像媒介258上。取决于实施方案，VFE 256的调整可根据输入(例如，从传感器获得的测量值)手动地或自动进行。根据一个实施例，根据从来自注视佩戴图3的眼镜200的佩戴者的眼睛(瞳孔)的传感器的感测信号导出的反馈信号自动执行VFE 256的调整。

现参看图9，其展示可在图3中展示的眼镜中使用的示范性镜片260。镜片260包括两个部分：棱镜262和光学修正镜片或修正器264。棱镜262和修正器264堆叠以形成镜片260。如名称所指示，光学修正器264被提供以修正来自棱镜262的光学路径使得穿过棱镜262的光直通修正器264。换句话说，来自棱镜262的折射光由修正器264修正或去折射。在光学中，棱镜是具有折射光的平坦抛光表面的透明光学元件。平坦表面中的至少两个必须具有其间的某一角度。表面之间的确切角度取决于应用。传统几何形状是具有三角形基底和矩形侧边的三角棱镜，且在口语使用中，棱镜通常指代此类型。棱镜可由对其设计所针对的波长透明的任何材料制成。典型的材料包括玻璃、塑料和氟石。根据一个实施例，棱镜262的类型实际上不在于几何棱镜的形状，因此棱镜262在本文称为任意形状棱镜，其将修正器264引导到与棱镜262的形状互补、互反或轭合的形状以形成镜片260。

在镜片260的一个边缘或棱镜262的边缘上，存在至少三个利用棱镜262的项目。由267参考的是对应于图7的成像媒介244或图8的成像媒介258的成像媒介。取决于实施方案，由图7的光纤242运送的图像可直接投影到棱镜262的边缘上或在其投影到棱镜262的边缘上之前形成于成像媒介267上。在任何情况下，所投影图像根据棱镜262的形状在棱镜262中折射且随后被眼睛265看见。换句话说，佩戴采用镜片262的一副眼镜的用户可看到经由棱镜262或在棱镜262中显示的图像。

提供传感器266以成像瞳孔在眼睛265中的位置或移动。再次，基于由棱镜262提供的折射，瞳孔的位置可由传感器266看到。在操作中，捕获眼睛265的图像。分析图像以导出瞳孔正如何注视正经由镜片260或在镜片260中展示的图像。在AR的应用中，瞳孔的位置可用于激活某一动作。任选地，提供光源268以照明眼睛265以促进传感器266的图像俘获。根据一个实施例，光源268使用近红外源，使得用户或他的眼睛265当睁开时将不会受到光源268影响。

图10展示来自多个源(例如，传感器266、成像媒介267和光源268)的内部反射。因为棱镜独特地设计为特定形状或具有特定边缘，所以来自源的射线在棱镜268内反射若干次且随后撞击在眼睛265上。为了完整起见，图11展示此镜片与硬币和直尺在尺寸上的比较。

如上文所描述，存在不同类型的微型显示器，因此存在不同成像媒介。下表概括可用于促进光学图像的产生的一些微型显示器，所述光学图像可由一个或多个光纤通过光纤内的全内反射从其一端运送到另一端。

LCoS＝硅上液晶；

LCD＝液晶显示器；

OLED＝有机发光二极管；

RGB＝红色、绿色及蓝色；

SLM＝空间光调制；以及

MEMS＝微机电系统(例如，微镜面DLP)。

在以上表中展示的第一情况中，全色图像实际在硅上显示。如图7中所示，全色图像可由聚焦镜片或一组镜片拾取，所述组镜片将完整图像正好投影到光纤的一端上。图像在光纤内运送且由另一聚焦镜片在光纤的另一端处再次拾取。因为所运送图像是可见且全色的，所以实体上可不需要图7的成像媒介244。彩色图像可直接投影到图9的棱镜262的一个边缘上。

在以上表中展示的第二情况中，LCoS与不同光源一起使用。确切地说，存在循序使用的至少三个彩色光源(例如，红色、绿色及蓝色)。换句话说，每一个光源产生单一彩色图像。光纤拾取的图像仅为单一彩色图像。当所有三个不同单一彩色图像组合时可再现全色图像。提供图7的成像媒介244以从分别由光纤运送的三个不同单一彩色图像再现全色图像。

图12展示衬衫270，其中光缆272围封在衬衫270内或附接到衬衫270。衬衫270是多层的实例。此相对薄的线缆可嵌入到衣服材料(多层)中。当用户穿着根据实施例中的一个制造或设计的此衬衫时，线缆自身具有较少重量，而用户可进行较多活动。

图13展示三个单一彩色图像302如何视觉上组合且由人类视觉感知为全色图像304。根据一个实施例，使用三个彩色光源，例如循序接通的红色、绿色及蓝色光源。更具体地说，当红色光源接通时，作为结果(例如，从微型显示器)仅产生红色图像。红色图像随后由光纤以光学方式拾取和运送，且随后投影到图9的棱镜262中。随着绿色和蓝色光随后且循序接通，绿色和蓝色图像产生且由光纤分别运送，且随后投影到图9的棱镜262中。众所周知，人类视觉拥有组合三个单一彩色图像且将其感知为全色图像的能力。在循序投影到棱镜中的三个单一彩色图像全部完全对齐的情况下，眼睛看到全色图像。

同样，在上文展示的第二情况中，光源可接近不可见。根据一个实施例，三个光源产生接近UV带的光。在此光照下，仍可产生和运送三个不同彩色图像，但并不完全可见。在其可呈现给眼睛或投影到棱镜中之前，其将转换为三个原色图像，所述三个原色图像可随后感知为全色图像。根据一个实施例，提供图7的成像媒介244。图14展示在分别处于波长λ1、λ2和λ3的三个光源下产生三个不同彩色图像310，成像媒介312包括三个膜314，每一膜314涂覆有一种类型的磷光体，即展现发光现象的物质。在一个实施例中，波长405nm、435nm和465nm处的三种类型的磷光体用于转换接近UV带在三个光源下产生的三个不同彩色图像。换句话说，当一个此类彩色图像在波长405nm处投影到涂覆有磷光体的膜上时，单一彩色图像转换为红色图像，所述红色图像随后聚焦和投影到棱镜中。相同过程对于其它两个单一彩色图像成立，所述其它两个单一彩色图像在波长435nm或465nm处通过涂覆有磷光体的膜，从而产生绿色和蓝色图像。当此类红色、绿色及蓝色图像循序投影到棱镜中时，人类视觉将其一起感知为全色图像。

在上文表中展示的第三或第四情况中，代替于使用可见光谱中的或对于人类眼睛接近不可见的光，光源使用激光源。还存在可见激光和非可见激光。与第一和第二情况的操作无太大差异，第三或第四情况使用空间光调制(SLM)来形成全色图像。空间光调制器是描述用于在空间和时间中调制光波的振幅、相位或偏光的装置的一般术语。换句话说，SLM+激光(RGB循序)可产生三个单独彩色图像。当其在具有或不具有成像媒介的情况下组合时，可再现全色图像。在SLM+激光(非可见)的情况下，将呈现成像媒介以将非可见图像转换为全色图像，在此情况下，可如图14中所示使用适当膜。

在上文表中展示的第五情况中，由例如红色激光、绿色激光和蓝色激光等三个彩色源产生光学图像。取决于显示内容，三个彩色源循序接通以扫描预定义区域以展示彩色像素或图像，所述彩色像素或图像随后捕获和聚焦到光纤的一端上。图15展示存在三个彩色激光源320、322和324正由一个或多个MEMS 326(微机电系统)驱动以扫描经限定区域(例如，屏幕)，其中来自源320、322和324的激光束中的每一个的强度与图像中的三个分量颜色中的一个相关。举例来说，彩色像素具有一组颜色值(R,G,B)＝(255,127,63)，所述三个彩色激光的对应强度比率为(3,2,1)。在操作中，红色激光发射强度(I)的红色波束，绿色激光发射强度1/2I的绿色波束，且蓝色激光发射强度1/3I的蓝色波束。在一个实施例中，激光束的强度可以结合的方式调整以满足色调。

当波束接通时，波束由驱动器控制以扫描某一区域。在一个实施例中，驱动器是aMEMS安装或驱动的镜面，MEMS被定义为使用微制造技术制造的微型化机械和机电元件(即，装置和结构)。当控制MEMS时，致使波束扫描跨越所限定区域。在所有三个激光循序扫描的情况下，形成和捕获光学彩色图像以供所述光纤传输到眼镜。

在上文表中展示的第六情况中，代替于循序接通三个彩色源，所述三个彩色源同时接通且同时扫描，从而同等地产生光学彩色图像。

在上文表中展示的第七情况中，代替于使用可见激光，光源使用对于人类眼睛接近不可见的激光源。与第四或第五情况的操作无太大差异，需要成像媒介将非可见图像转换为全色图像，在此情况下，可如图14所示使用适当膜。

现参看图16，其展示使用波导400将光学图像402从波导400的一端404运送到另一端406，其中波导400可与一件或多件眼镜或镜片(未图示)堆叠或涂覆有一个或多个膜以形成用于显示来自计算装置的图像的应用的一副眼镜的合适的镜片。所属领域的技术人员已知，光学波导是用于引导光的空间上非均质结构，即用于限制光可在其中传播的空间区，其中与周围媒介(常常称为包层)相比，波导含有具有增加的折射率的区。

波导400是透明的且在端部404处恰当地整形以允许图像402沿着波导400传播到端部406，其中用户408可透视波导400以便看到所传播图像410。根据一个实施例，一个或多个膜安置在波导400上以放大所传播图像410使得眼睛408可看到明显放大的图像412。此类膜的一个实例称为超颖透镜，基本上是玻璃衬底上的薄二氧化钛那诺芬的阵列。

现参看图17，其展示示范性功能框图500，所述功能框图可在单独壳套或外罩中使用以产生关于虚拟现实和扩增现实的内容以供在图3的示范性眼镜上显示。如图17所示，存在两个微型显示器502和504，其被提供以将内容供应到图3的眼镜中的两个镜片，基本上左图像去往左镜片且右图像去往右镜片。内容的实例为2D或3D图像和视频或全息图。微型显示器502和504中的每一个由对应驱动器506或508驱动。

整个电路500由被编程以产生内容的控制器510控制和驱动。根据一个实施例，电路500经设计以与因特网(未图示)通信，从其它装置接收所述内容。确切地说，电路500包括接口以经由无线构件(例如，RF或蓝牙)从遥感器(例如，图9的传感器266)接收感测信号。控制器510被编程以分析感测信号且提供反馈信号以控制眼镜的特定操作，所述眼镜例如为投影机构，所述投影机构包括将光学图像自动聚焦和投影到图9的棱镜262的边缘上的聚焦机构。此外，提供音频以与内容同步，且所述音频可以无线方式传输到耳机。

图17展示用以产生内容以供在本发明的一个实施例中预期的一副眼镜中显示的示范性电路500。电路500展示存在两个微型显示器502和504，其用于将两个相应图像或视频流提供到图3中的眼镜的两个镜片。根据一个实施例，仅一个微型显示器可用于驱动图3中的眼镜的两个镜片。本文不提供此电路，因为所属领域的技术人员知道可如何设计所述电路或如何修改图17的电路500。

给定一个视频流或一个图像，优点是仅需要一个光缆来运送图像。图18展示图3的经修改型式600以展示：一个线缆602用于将所述计算装置210耦合到眼镜208。代替于使用两个光缆运送来自如图3所示的两个微型显示器的图像，使用单一光缆运送来自一个微型显示器的图像。光缆可穿过眼镜的镜腿中的任一个且可能进一步穿过一个上横梁的一部分。安置在眼镜的梁架附近或正好在梁架上的拆分机构用于将图像拆分为两个型式，一个用于左镜片且另一个用于右镜片。这两个图像随后分别投影到可在两个镜片中使用的棱镜或波导中。

为拆分由线缆602传播或运送的图像，眼镜600经设计以包括优选地安置在其梁架附近或处的拆分机构604。图19展示根据本发明的一个实施例的示范性拆分机构610。用于将入射光拆分为两个单独分量的立方体612，也被称为X-立方体分束器，被提供以经由线缆602从微型显示器接收图像。换句话说，图像投影到X-立方体612的一侧上。X-立方体612在内部涂覆有特定反射材料以将入射图像拆分为两个部分，一个去往左侧且另一个去往右侧，如图19所示。拆分图像经过偏光板614或616以击中反射体618或620，反射体618或620将图像反射回到偏光反射镜面626或628。两个偏光板614和616对应于针对左眼或右眼的任一个循序产生的图像而不同地偏光(例如，水平地和垂直地或循环左和右)。涂覆有特定反射材料的情况下，偏光反射镜面626或628将图像反射到对应的眼睛。取决于实施方案，来自偏光反射镜面626或628的经反射图像可撞击在图9的棱镜262的一个边缘或图16的波导400上。任选地，两个波板622和624分别安置在反射体618和620前方。

现参看图20，其展示根据本发明的一个实施例在3D中显示多媒体(例如，图形、对象、图像或视频)的功能框图700。由702参考的是用以产生多媒体的电子/机械部分。图21展示电子部分702的实施方案的实例。与图17比较，图21使用由驱动器714驱动的单一微型显示器712。根据一个实施例，电子部分702封装在由用户随身携带或佩戴的外罩中。因为电子部分702中仅产生一个图像源，所以块704、光纤和镜片系统中仅需要一个光纤线缆。

由706参考的是图像的单一源偏光。图22展示液晶面板720用于使图像偏光。液晶是类似于液体而流动的物质，但其分子的布置具有一定程度的排序，这可致使光波的偏光随着波通过液体而改变。偏光的改变程度取决于所施加电场的强度。根据一个实施例，液晶面板720夹在涂覆有电阻性物质的两个片材或玻璃之间，所述电阻性物质通常是均一地溅镀在其上的金属化合物，称为氧化铟锡(ITO)。当从光纤运送的图像722撞击在液晶面板720上时，图像由液晶面板720中的受控液晶偏光。在经由电力724切换所施加电场的情况下，图像722偏光为两个部分：p-偏光图像和s-偏光图像。原则上，p-偏光理解为具有平行于液晶面板720上的入射平面的电场方向，而s-偏光具有垂直于液晶面板720定向的电场。

取决于正使用的视频标准，传入图像722以图像帧速率F到来。通过交替所施加电场，偏光图像以图像帧速率2F离开。换句话说，举例来说，当视频在60Hz处到来时，输出流726是具有120Hz的交替偏光图像PSPSPS...的序列。

图23展示根据本发明的一个实施例图20的块708的实施方案。光学立方体732(也称为X-立方体)安置在根据图3和图9或图16中展示的一个实施例实施的眼镜的梁架附近或上。X-立方体732夹在两个偏光板734和736之间。随着交替偏光图像序列(PSPSPS...)到来且撞击在X-立方体732上，传入的交替偏光图像序列由X-立方体732的两个内部反射体733和755向两个方向重导向。在操作中，序列击中两个内部反射体733和755，P序列被向左滤除，而S序列被向右滤除。因此，一只眼睛看到P序列，且另一只眼睛看到S序列。在所感知P序列和S序列组合的情况下，人类眼睛看到3D效应。

本发明以一定程度的特殊性描述了足够的细节。本领域技术人员应理解，实施方案的本公开仅通过举例说明，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可在各部分的排列和组合方面做出各种变化。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非前文对实施例的描述限定。

Claims (15)

1.一种用于显示3D多媒体的显示设备，其特征在于：所述显示设备包括：

图像偏光器，其接收第一帧速率的光学图像序列且产生第二帧速率的交替偏光图像序列，第二帧速率是第一帧速率的两倍，所述图像偏光器包括夹在两个透明层之间的液晶层，所述液晶层被施加电场，其中通过切换被施加的电场，所述光学图像序列的每帧光学图像会同时产生所述交替偏光图像序列中的两帧正交偏光图像；

光学立方体，其被提供用于接收所述交替偏光图像序列，其中所述光学立方体包括夹持所述光学立方体的两个正交偏光板，将所述交替偏光图像序列分离为两个正交偏光图像序列；

一对投影机构，其分别用于人类的两只眼睛，其中所述投影机构中的每一个接收所述两个正交偏光图像序列中的一个。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于：其进一步包括：

至少一个镜片，以及

光缆，其包括至少一个光纤以通过所述光纤中的全内反射将所述光学图像从所述光缆的一端运送到所述光缆的另一端，其中所述光学图像由所述至少一个镜片投影到所述图像偏光器上。

3.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于：所述图像偏光器是主动式快门。

4.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于：所述投影机构中的每一个包括棱镜，所述棱镜从所述棱镜的第一边缘接收所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，所述两个正交偏光图像序列中的所述一个由所述眼睛中的一只从所述棱镜的第二边缘看到。

5.根据权利要求4所述的显示设备，其特征在于：所述投影机构中的每一个进一步包括光学修正镜片，所述光学修正镜片与所述棱镜集成以修正从所述棱镜离开的光学路径。

6.根据权利要求5所述的显示设备，其特征在于：所述棱镜和所述光学修正器堆叠使得用户透视所述集成镜片而无光学失真。

7.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于：所述投影机构中的每一个包括一组可变聚焦元件，所述可变聚焦元件中的至少一个可调整以将来自所述光纤的所述光学图像聚焦到棱镜的第一边缘上。

8.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于：所述投影机构中的每一个包括光学波导，所述光学波导接收投影到所述光学波导的一侧上的所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，且将所述两个正交偏光图像序列中的所述一个传播到所述光学波导的另一侧，在所述另一侧处看到所述两个正交偏光图像序列中的所述一个。

9.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于：所述光缆的一部分围封在一件衣服的一部分内或附接到一件衣服的一部分。

10.一种用于显示3D多媒体的显示设备，其特征在于，所述显示设备包括：

一对镜片；

梁架，其安置于所述镜片之间；

图像偏光器，其接收第一帧速率的光学图像序列且产生第二帧速率的交替偏光图像序列，其中所述光学图像序列由包括光纤的光缆运送，第二帧速率是第一帧速率的两倍，所述图像偏光器包括夹在两个透明层之间的液晶层，所述液晶层被施加电场，其中通过切换被施加的电场，所述光学图像序列的每帧光学图像会同时产生所述交替偏光图像序列中的两帧正交偏光图像；

光学立方体，其安置在所述梁架附近或上，接收所述交替偏光图像序列，其中夹在两个正交偏光板之间的所述光学立方体将所述交替偏光图像序列拆分为两个正交偏光图像序列，每一正交偏光图像序列投影到所述两个镜片中的一个的边缘中。

11.根据权利要求10所述的显示设备，其特征在于：所述光纤被提供以通过所述光纤中的全内反射将所述光学图像从其一端运送到其另一端，且其中所述光学图像来自微型显示器。

12.根据权利要求11所述的显示设备，其特征在于：所述两个正交偏光图像序列分别投影到所述镜片上。

13.根据权利要求11所述的显示设备，其特征在于：所述两个正交偏光图像序列分别投影到所述镜片的边缘上。

14.根据权利要求10所述的显示设备，其特征在于：所述镜片中的每一个包括棱镜，所述棱镜从所述棱镜的第一边缘接收所述两个正交偏光图像序列中的所述一个，所述两个正交偏光图像序列中的所述一个由眼睛中的一只经由所述棱镜看到。

15.根据权利要求14所述的显示设备，其特征在于：所述镜片中的每一个进一步包括光学修正镜片，所述光学修正镜片与所述棱镜集成以修正从所述棱镜离开的光学路径。

Images