CN109716244B - 全息宽视场显示器 - Google Patents

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Abstract

头戴式显示设备包括绘制引擎，其被配置为生成表示三维对象的全息图。该全息图包括深度信息，其使得三维对象被绘制以具有由深度信息确定的焦点。设备还包括空间光调制器，其如由全息图指示地调制来自光源的光。可切换全息图包括多个经堆叠的可切换光栅。经堆叠的可切换光栅中的每一个与查看表面上的一个或多个产生的出射光瞳位置相关联。系统还包括眼球追踪仪，其被配置为将用户眼睛的查看方向映射到查看表面上的查看位置。处理器被配置为激活可切换传输全息图内的特定的可切换光栅，其与同查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。

Description

全息宽视场显示器
背景技术
由于混合现实计算机系统为用户创造沉浸式体验的能力，其近来已经获得了很大的关注。“混合现实”通常是指增强现实，其中虚拟对象在视觉上被置于现实世界中。相反地，“虚拟现实”通常是指沉浸式虚拟体验，其中现实世界用户对现实世界的查看被完全地阻挡，并且仅有虚拟对象被呈现。然而，出于清楚和简要的考虑，如本文中使用的，混合现实、虚拟现实、和/或增强现实被交替地使用，而且并不将本发明限制为特定的系统。混合现实系统包括虚拟现实、增强现实、和将虚拟元素引入到现实世界环境中的其他系统。
传统的混合现实系统通过为用户的每只眼睛提供虚拟场景或虚拟对象的稍微不同的视角来进行操作。视角的差异为用户提供场景或虚拟对象的三维视图。特别地，视角的差异为用户提供关于虚拟场景或虚拟对象的深度感知。
硬件能力和绘制技术的持续进步已经极大地提高了被显示给混合现实环境内用户的虚拟对象和虚拟场景的真实性。例如，在增强现实环境中，虚拟对象可以被放置在现实世界内，从而给出虚拟对象是现实世界的一部分的印象。随着用户在现实世界内走来走去，增强现实环境自动更新，使得为用户提供虚拟对象的合适的视角和视图。
调整虚拟对象或虚拟场景的用户视角与很多困难相关联，这些困难超出简单地更新虚拟对象的用户视角。例如，取决于现实世界的光照，虚拟对象可以与来自不同视角的不同阴影和镜面效果相关联。类似地，取决于用户到虚拟对象的距离，用户焦点和焦深也可以改变。基于用户对对象的查看来考虑虚拟对象的各种视觉方面将显著地提高混合现实系统的真实感质量。据此，在本领域中存在对于虚拟对象的更优视觉描绘的需求。
本文中所要求的主题并不被限制为解决任何缺点或者仅仅在诸如上述环境中操作的实施例。更准确地说，此背景仅仅提供用于示出本文中所描述的实施例可以被实施的一个示例性技术领域。
发明内容
本文中公开的实施例包括一种头戴式显示设备。该头戴式显示设备包括绘制引擎，其被配置为生成表示三维对象的全息图。全息图包括深度信息，其使得三维对象被绘制以具有由深度信息确定的焦点。空间光调制器调制如由全息图指示地来调制来自光源的光。
公开的实施例还包括可切换传输全息图，其包括多个经堆叠的可切换光栅。该经堆叠的可切换光栅中的每一个与以下各项相关联：经调制的图像光的特定的发射路径，调制的图像光从空间光调制器被接收；在查看表面上的一个或多个产生的出射光瞳位置；以及第一方案，第一方案被配置为将从经调制的图像光中移除像差。眼球追踪仪，其被配置为将用户眼睛的查看方向映射到查看表面上的查看位置。处理器，其被配置为激活可切换传输全息图内的特定的可切换光栅，其与同查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。
公开的实施例还包括一种用于在计算机系统内绘制图像的方法。该计算机系统生成表示三维对象的第一全息图。第一全息图包括深度信息，其使得三维对象被绘制以具有由深度信息确定的焦点。系统还利用空间光调制器以如由第一全息图指示地来调制光。附加地，系统利用眼球追踪仪来跟踪用户眼睛到查看表面上的第一查看位置的查看方向。之后系统激活可切换全息图内的第一可切换光栅，其与同第一查看位置对齐的第一出射光瞳位置相关联。
附加地，公开的实施例包括用于生成三维视图的计算机显示系统。硅上液晶显示器如由相位图指示地调制光。多路复用可切换Bragg光栅包括多个可切换Bragg光栅。可切换Bragg光栅中的每一个与从空间光调制器接收的经调制的图像光的独特的发射路径相关联。附加地，可切换Bragg光栅中的每一个与查看表面上的多个独特的产生的出射光瞳位置以及被配置为从经调制的图像光中移除像差的独特方案相关联。眼球追踪仪将用户眼睛的查看方向映射到查看表面上的查看位置。处理器之后激活多路复用的可切换Bragg光栅内的特定可切换Bragg光栅，其与同查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。
提供本发明内容以引入以在具体实施方式中下面进一步描述的简化形式的概念的选择。本发明内容不旨在标识要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在被用作帮助确定要求保护的主题的范围。
附加特征和优点将从下面的描述中被阐述并且部分地将从描述显而易见或者可以由本文中的教导的实践来学习。可以借助于在所附权利要求书中特别地指出的部件和组合实现和获得本发明的特征和优点。本发明的特征将从以下描述和所附权利要求变得更充分地明显，或者可以通过如在下文中所阐述的本发明的实践来学习。
附图说明
为了描述可以获得上述和其他优点和特征的方式，将通过参考附图中所图示出的特定实施例来呈现上面简要描述的主题的更特定的描述。应理解，这些附图仅描绘了典型的实施例，并且因此不应被认为是对范围的限制，将通过使用附图以利用附加特征和细节来描述和解释实施例，其中：
图1示出了用户通过混合现实头戴设备的一个实施例来查看虚拟花瓶的透视图。
图2示出了混合虚拟头戴设备系统的实施例的示意图。
图3示出了显示系统的实施例的一部分的示意图。
图4示出了显示系统的另一实施例的示意图。
图5示出了显示系统的又一实施例的一部分的示意图。
图6示出了图4中所描述的显示系统的实施例的一部分的示意图。
图7示出了查看表面的实施例上描绘的多个出射光瞳的示意图。
图8示出了显示系统的另一实施例的一部分的示意图。
图9示出了用于方法的实施例的流程图，该方法用于在计算机系统内绘出图像。
具体实施方式
以下讨论现在涉及可以被执行的许多方法和方法动作。虽然方法动作可以按特定顺序被讨论或如以特定顺序发生的那样在流程图中被图示出，但除非特别说明或要求，或者因为动作取决于在执行该动作之前完成的另一动作，否则不需要特定排序。
一些公开的实施例对混合现实计算机显示系统领域提供了显著地技术改进。例如，公开的实施例包括将宽视场投射到可以被匹配到眼睛位置的出射光瞳(exit pupil)中的显示系统。附加地，公开的实施例包括基于虚拟对象相对于用户的相对位置来调节焦深的显示系统。
混合现实设备可以不具有焦点控制、全局焦点控制、和/或局部焦点控制。在至少一个实施例中，本文中公开的全息方法提供了局部焦点控制。具有焦点控制的许多传统设备仅仅提供通过可切换镜头或其他相似手段的全局焦点控制。如本文所使用的，全局焦点控制是指将单个焦点应用于用户视场的至少一部分的能力。与此相反，局部焦点控制允许用户视场内的各个对象和/或元素利用不同的焦点被绘制。通常，局部焦点控制被视为是焦点控制的最普通和有用的类型，但是其在技术上难以实现。
公开的实施例利用电组件和光组件的新颖组合来生成三维图像。在一些公开的实施例中，电组件和光组件的此新颖组合提供了与系统的最终包装尺寸有关的技术优势。例如组件的此新颖组合提供了比传统大系统更易于被集成到头戴设备显示器中的较小包装尺寸。
现在回到附图，图1示出了用户100通过混合现实头戴设备110的一个实施例来查看虚拟花瓶120的透视图。虚拟花瓶120以虚线绘出，而现实世界桌子130以实线绘出。这样，为用户100提供了位于现实世界桌子130上的虚拟花瓶120的三维视图。尽管所描绘的实施例包括增强现实设备，虚拟现实设备或者任意其他基于头戴设备的设备也可以被等同使用。
图1还描绘了花瓶120周围的景深140。景深140指示可以被认为在焦点中的最近和最远的点。传统混合现实设备可以与固定焦点相关联，从而使得景深是静态的，并且不会基于用户视角而改变。固定焦点系统可以在针对给定内容的焦点和立体视觉之间创建冲突。公开的实施例教导了基于被绘出的虚拟对象来提供可变焦点的新颖系统、方法、和装置。
图2示出了混合虚拟头戴设备系统200的实施例的示意图。系统200包括各种不同的部件，这些部件包括计算机显示系统210、传感器240、眼球追踪仪250、相机260和增强现实头戴设备270。尽管各种部件被分离地示出，在至少一个实施例中，部件的全部或部分被组合在单个设备中。例如，在至少一个实施例中，传感器240、眼球追踪仪250、相机260和计算机显示系统210均被包括在增强现实头戴设备270内。与此相反，在至少一个实施例中，增强头戴设备270主要用作显示设备，并且上面引用的部件并不被包括在头戴设备270中，但是位于头戴设备270的外部并且根据需要为头戴设备270提供信息。
计算机显示系统210包括存储装置220、(多个)处理器230、绘制引擎232、传感器输入接口234、显示输出接口236、以及网络接口238。所描绘的计算机显示系统210的元件220、230、232、234、236、238中的每个仅仅出于清楚和解释的目的而被提供。在附加或备选实施例中，一个或多个元件可以按其他方式被组合、实现或者被描述。例如，在各种实施例中，存储装置220可以包括软件数据结构、被存储在存储器中的有序数据结构、硬件存储设备、易失性存储设备、或者其任意组合。
如本文中使用的，绘制引擎232包括以下软件组件和/或硬件组件，其被用于生成用于在增强现实头戴设备内显示图像所需的图像数据。例如，绘制引擎232可以包括图形处理单元(GPU)和/或图形应用程序接口(API)。绘制引擎232以被配置为由显示输出接口236可读的格式输出图像数据。
在至少一个实施例中，绘制引擎232被配置为生成表示三维对象的全息图。全息图包括使得三维对象被绘制以具有由深度信息确定的焦点。例如，绘制引擎232从存储装置220接收对象数据。对象数据可以与图1中被绘出的花瓶120相关。一旦接收对象数据，绘制引擎232生成以绘制信息的形式的全息图，显示输出接口236使用该绘制信息绘制花瓶120。在至少一个公开的实施例中，绘制引擎232生成具有以每像素为基础的焦点控制的全息图。
在至少一个实施例中，呈现信息包括相位图，其使得相位空间光调制器调制光相位以生成花瓶120的三维视图。在至少一个实施例中，相位图包括相位偏移的二维阵列，其中阵列内的每个条目与相位空间光调制器内的相位相关联。这样，相位图还包括相位调制指令，其使得相位空间光调制器调制光相位以基于花瓶距用户100的距离来在合适的焦点处生成花瓶。在至少一个实施例中，深度信息由绘制引擎232提供。例如，绘制引擎232知晓花瓶120应当出现以距用户100的相对距离。基于该距离和与景深有关的各种变量，绘制引擎232正确地绘制花瓶120，从而使得它在正确的焦点中。据此，公开的实施例能够比传统的固定透镜系统更高效地调整所绘制的对象的焦点。
显示输出接口236包括的一个或多个电子和/或光学元件，其被配置为与在增强现实头戴设备270内的显示介质通信。如将在本文中更全面地被讨论的，在至少一个实施例中，显示输出接口236包括以下中的一个或多个：光源、光调制器、可切换全息图(例如，多路复用可切换的Bragg光栅或其他可切换全息图)、一个或多个透镜、以及各种其他显示组件(诸如波导显示)。
至少一个实施例还包括眼球追踪仪，其被配置为将用户眼睛的查看方向映射到查看表面上的查看位置。在至少一个实施例中，眼球追踪仪250被集成到增强现实头戴设备250内。眼球追踪仪250被配置为将用户的凝视方向映射到查看表面上的特定位置。响应于接收用户眼睛的查看方向的指示，处理器激活可切换全息图内的特定的可切换光栅，其中该可切换光栅与同查看位置对齐的出射光瞳位置相关联，该查看位置与用户凝视匹配。
图3示出了显示系统的实施例的部分的示意图。入射激光300由透镜310聚焦。最终显示的视场由来自此透镜310(初始作为球面的波前)光锥生成(聚焦到单个点)。相位设备320被配置为调制球面波前从而使得出射光瞳与所有被聚焦在无限处的显示像素一起在衍射光元件处被生成。在一些实例中，生成的出射光瞳包括在约.5mm和约10mm之间的范围内的大小，更优选地在约.5mm和约5mm之间的范围内，以及甚至更优选地在约1mm和约2mm之间的范围内。然而，出射光瞳也可以小于.5mm或者大于10mm，以在公开的实施例的范围内适应不同需求和偏好。
图4示出了显示系统400的另一实施例的部分的示意图。显示系统包括光源410、各种透镜和/或镜片420a/420b、空间光调制器430(“SLM”)、可切换传输全息图440、以及用户眼睛450的表示。在至少一个实施例中，SLM430包括相位SLM(诸如硅上液晶显示器(LCoS显示器))，其被配置为调制从其表面反射的光的相位。在至少一个实施例中，描述的显示系统400仅包括完整显示系统的部分。例如，完整显示系统可以包括针对每只眼睛的分离的显示系统。附加地，完整显示系统可以包括针对每种主要颜色的分离的空间光调制器。
在至少一个实施例中，可切换传输全息图440包括多路复用的、经堆叠的可切换Bragg光栅。可切换传输全息图440包括多路光栅，其将到相位SLM430的角度转变成n个多路径。每个光栅与特定方案(prescription)相关联，并且每个方案形成新的瞳孔中心位置，其从其他瞳孔中心位置被转移，从而使得眼睛可以一次仅看到出射光瞳中的一个。随着利用可切换光栅来使视场倾斜，一些可切换光栅被夹到堆叠中。如将在本文中更详细地解释的，通过使用眼睛跟踪以确定合适的光栅，一次开启一个光栅。因此存在特定的光栅可以被开启的n个位置。相位SLM430提供球面波前的扰动以形成出射光瞳，并且生成像素信息。特定的相位图将与多路复用光栅内的特定的方案关联。据此，绘制引擎232生成每个相位图，以与特定方案和出射光瞳位置对应。
空间光调制器430按由全息图指示地来调制来自光源410的光，该全息图由绘制引擎232生成。来自空间光调制器430的经调制的光被指向可切换全息图，在这种情况下是可切换传输全息图440。每个可切换传输全息图440与从空间光调制器430接收的经调制的图像光的特定的发射路径相关联。附加地，每个可切换传输全息图440还与在查看表面420b上的一个或多个产生的出射光瞳位置关联。
所描述的查看表面420b包括椭圆体。在至少一个实施例中，椭圆体提供针对单个射线跟踪的理想成像。椭圆体护目镜可以被用于针对相位SLM的轴偏离照明。附加地，椭圆体护目镜还可以与鸟盆(birdbath)的形式的平面分束器一起使用，并且还作为伪波导(诸如被折叠若干次的目棱镜(例如，直到它是5mm厚))的一部分。类似的概念还适用于嵌入菲涅耳表面。
在至少一个附加或备选实施例中，每个可切换传输全息图440还与被配置为从经调制的图像光中移除像差的独特方案相关联。例如，可切换传输全息图440可以包括多路复用的、可切换Bragg光栅的堆叠。每个经堆叠的可切换Bragg光栅可以与从产生的三维图像中移除像差的独特方案关联。而且，在至少一个实施例中，除了减少像差，方案还可以减少全息图所需的空间光调制器430上的带宽。例如，方案可以增加基础光功率。
在使用中，(多个)处理器230通过选择性地激活可切换传输全息图440内的不同层来控制可切换传输全息图440。例如，当眼球追踪仪250检测用户凝视的位置时，(多个)处理器230激活可切换传输全息图440内在用户凝视的位置处创建出射光瞳的特定层。在至少一个实施例中，激活可切换传输全息图440内的特定层包括：增加或移除来自可切换Bragg光栅的电压。改变电压使得可切换Bragg光栅内的传输光栅变得可见，并且在特定的方向衍射经调制的光。据此，在使用中可切换传输全息图440中的至少一部分保持去激活。
图5示出了显示系统500的另一实施例的部分的示意图。该显示系统500类似于图400中的显示系统400，除了附加光调制器510之外。附加的光调制器510还调制至少由光源530发射的光的振幅。在至少一个附加或备选的实施例中，附加的光调制器510包括微机电(MEMS)设备，其被配置为调制从光源发射的光的振幅。例如，MEMS覆盖相互作用以形成远场光模式的一组像素。在一个附加或备选实施例中，使用较低分辨率振幅空间光调制器(诸如LCoS或投射LCD)。相比之下，在至少一个实施例中，MEMS被配置为对影响空间光调制器的光的相位进行调制。类似地，在至少一个实施例中，空间光调制器被配置为对光的振幅进行调制。
在至少一个实施例中，利用附加的光调制器510简化了需要在查看表面420b上生成特定颜色(诸如黑色和白色)的计算。例如，仅使用空间光调制器520来创建黑色或白色可能需要复杂的计算以抵消在特定像素处的经调制的光。相比之下，附加的光调制器510可以通过允许调节经调制的光的振幅分量来简化数学。附加地，包括附加的光调制器510还可以通过增加对比度和降低图像内的噪音来提高图像质量。
在至少一个实施例中，附加的光调制器510(例如，微机电设备)被定位于光源530和空间光调制器520之间。在一个附加或备选实施例中，附加光调制器510和空间光调制器520被包括在调制由光源530发射的光的相位和振幅两者的单个设备中。
图6示出了图4中描绘的显示系统的实施例的部分的另一示意图。具体地，图6描绘了经调制的光通过空间光调制器630的两个不同的路径600和610。虽然同时示出了两个路径600和610，但是在至少一个实施例中，一次仅激活一单个路径。每个路径600和610与可切换传输全息图620中的一个或多个特定层相关联。
在至少一个实施例中，绘制引擎232基于多路复用的、可切换的传输全息图620内的特定的激活层和相关联的路径600、610来生成特定的全息图。如上面解释的，以诸如相位图的特定呈现信息的形式来生成特定的全息图。空间光调制器630如由特定的全息图指定地来调制从光源630接收的光。特定的全息图与在同特定的路径600和610相关联的出射光瞳处显示的图像数据相关联。这样，绘制引擎232至少部分地基于三维图像将被呈现的在查看表面420b上的位置来生成全息图。尽管图6仅描绘了两个查看路径600和610，将理解可以使用多路复用的、可切换的传输全息图620内的附加层来创建任意数目的查看路径和相关联的出射光瞳位置。
图7示出了查看表面700的实施例中描绘的多个出射光瞳710(a-d)和720(a-d)示意图。虽然仅描绘了两组不同的出射光瞳位置(通过虚线和实现来区分)，但是在各种实施例中可以生成任意数目的组的出射光瞳位置。在至少一个实施例中，每组出射光瞳位置包括在查看表面上的多个出射光瞳位置，其被同时显示并且以超过瞳孔的半径的距离而彼此被分开。附加地，虽然仅标注了出射光瞳中的部分710a-710d，720a-720d，应理解，多个附加出射光瞳位置在查看表面700上被绘出。
在至少一个实施例中，眼球追踪仪260跟踪用户眼睛的凝视方向，并且将它映射到查看表面700的特定位置。例如，用户可能正在凝视出射光瞳720d。眼球追踪仪260检测用户的凝视从出射光瞳的位置720d转移开，并且朝向出射光瞳位置710d。响应于所检测到的移动，(多个)处理器230激活可切换全息图620内的第二可切换光栅，其与同第二查看位置对齐的出射光瞳位置720d相关联。在激活可切换全息图620内的第二可切换光栅的同时，(多个)处理器230还去激活可切换全息图620内与出射光瞳位置720d关联的可切换光栅。据此，在至少一个实施例中，随着用户眼睛跟踪从第一出射光瞳位置720d到第二出射光瞳位置710d跨越查看表面700，用户被呈现以恒定的视场。
这样，在至少一个实施例中，每个出射光瞳位置示出特定于出射光瞳位置的正确的图像。附加地，每个出射光瞳利用正确的景深来描绘虚拟的三维对象。景深和图像内容两者由绘制引擎基于出射光瞳位置以及经调制的光将穿过的可切换光栅而被确定。
在各种实施例中，可以利用多个不同查看表面形状和结构。例如，
图8示出了显示系统800的另一实施例的部分的示意图。所描绘的系统800包括查看表面，其包括平的菲涅耳透镜810。查看表面的附加或备选实施例利用弯曲光滑的表面、弯曲的菲涅耳透镜、静态的反射全息图和其他备选的查看表面。
应当理解，本文中公开的实施例还可以用流程图来描述，该流程图包括一个或多个动作，以用于完成特定的结果。例如，图9和相应的文字描述了用于执行方法和/或独立的方法各种系统，以用于在计算机系统内绘制图像。图9的动作被描述如下。
例如，图9示出了与用于在计算机系统内绘制图像的方法相关联的动作的流程图900。所示的动作包括生成全息图的动作910。动作910包括生成表示三维对象的第一全息图。第一全息图包括深度信息，其使得三维对象被绘制以具有由深度信息确定的焦点。例如，图1、图2和图4以及附随的描述所描绘的，绘制引擎232生成表示花瓶120的全息图。在至少一个实施例中，全息图包括相位图，其基于具有焦深的花瓶与用户100相对的位置来表示具有合适的焦点的花瓶120。
附加地，图9示出了调制光的动作920。动作920包括利用空间光调制器以如由第一全息图指示地来调制光。例如，如图2和图4以及附随的描述所描绘的，相位空间光调制器430(诸如LCoS显示器)如由全息图指示地调制光，该全息图是以从绘制引擎232接收的相位图的形式。
图9还示出了跟踪用户眼睛方向的动作930。动作930包括利用眼球追踪仪跟踪用户眼睛到查看表面上的第一查看位置的查看方向。例如，如图2、图6和图7以及附随的描述中所描绘的，眼球追踪仪250跟踪到查看表面700的用户凝视。眼球追踪仪250和(多个)处理器230标识用户的凝视朝向的特定的出射光瞳位置710(a-d)、720(a-d)。
此外，图9示出了开启可切换光栅的动作940。动作940包括开启可切换全息图内的第一可切换光栅，其与同第一查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。例如，图2、图6和图7中以及随附的描述所描绘的，(多个)处理器230激活可切换传输全息图620内的特定的层，其与同第一位置对齐的出射光瞳位置相关联。在至少一个实施例中，(多个)处理器230通过从可切换传输全息图620内的特定的层移除电压来激活特定的层。移除电压使得特定的层以激活并且沿着与目标出射光瞳位置对齐的特定的路径600、610来衍射经调制的光。
因此，公开的实施例包括用于在计算机系统内绘制三维图像方法、系统和装置。具体地，公开的实施例提供了利用比传统系统相比较少的体积大的透镜的紧凑结构因素。附加地，公开的实施例提供基于被绘制对象的位置的自适应对焦。公开的实施例还在保持显示器的角坐标分辨率的同时提供宽视场。
公开的实施例方法可以由以下计算机系统实践，该计算机系统包括一个或多个处理器和计算机可读介质(诸如计算机存储器)。具体地，计算机存储器可以存储计算机可执行指令，该计算机可执行指令当由一个或多个处理器执行时使得各种功能(诸如实施例中记载的动作)被执行。
本发明的实施例可以包括或利用包括计算机硬件的专用或通用计算机，如下面更详细地讨论的。本发明范围内的实施例还包括用于携带或存储计算机可执行指令和/或数据结构的物理计算机可读介质和其他计算机可读介质。这种计算机可读介质可以是由通用计算机系统或专用计算机系统访问的任何可用介质。存储计算机可执行指令的计算机可读介质是物理储存介质。携带计算机可执行指令的计算机可读介质是传输介质。因此，作为示例而非限制，本发明的实施例可以包括至少两种完全不同的计算机可读介质：物理计算机可读储存介质和传输计算机可读介质。
物理计算机可读储存介质包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘储存装置(诸如CD、DVD等)、磁盘储存装置或其他磁存储设备、或者是可以被用于计算机可执行指令或数据结构的形式存储所需程序代码的部件并且可由通用计算机或专用计算机访问的任何其他介质。
“网络”被定义为能够在计算机系统和/或模块和/或其他电子设备之间传送电子数据的一个或多个数据链路。当通过网络或其他通信连接(硬连线、无线、或硬连线或无线的组合)向计算机传送或提供信息时，计算机将连接正确地视为传输介质。传输介质可以包括网络链路和/或数据链路，其可以被用于计算机可执行指令或数据结构的形式携带所需程序代码部件，并且可以由通用或专用计算机访问。上述的组合也包括在计算机可读介质的范围内。
此外，在到达各种计算机系统组件时，计算机可执行指令或数据结构形式的程序代码装置可以自动地从传输计算机可读介质传送到物理计算机可读储存介质(或者，反之亦然)。例如，通过网络或数据链路接收的计算机可执行指令或数据结构可以被缓冲在网络接口模块(例如，“NIC”)内的RAM中，然后最终被传送到计算机系统RAM和/或传送到计算机系统中的较不易失性的计算机可读物理储存介质。因此，计算机可读物理储存介质可以被包括在也(或甚至主要)利用传输介质的计算机系统组件中。
计算机可执行指令包括例如使得通用计算机、专用计算机或专用处理设备执行特定功能或功能组的指令和数据。计算机可执行指令可以是：例如二进制文件、诸如汇编语言的中间格式指令、或甚至是源代码。尽管已经利用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于上述所描述的特征或动作。而是，所描述的特征和动作作为实现权利要求的示例形式而被公开。
本领域技术人员将理解，可以在具有许多类型的计算机系统配置的网络计算环境中实践本发明，包括个人计算机、台式计算机、膝上型计算机、消息处理器、手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程的消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机、移动电话、PDA、寻呼机、路由器、交换机等。还可以在分布式系统环境中实践本发明，其中通过网络链接(通过硬连线数据链路、无线数据链路或通过硬连线和无线数据链路的组合)的本地和远程计算机系统来执行任务。在分布式系统环境中，程序模块可以位于本地存储器储存设备和远程存储器储存设备两者中。
备选地或附加地，本文所描述的功能性可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件执行。作为示例而非限制，可以使用的说明性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序专用集成电路(ASIC)、程序专用标准产品(ASSP)、片上系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)等。
在不脱离本发明的精神或特性的情况下，可以以其他特定形式具化本发明。所描述的实施例在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述来指示。在权利要求的含义和等同范围内的所有变化都被包含在其范围内。

Claims (20)

1.一种头戴式显示设备，包括：
绘制引擎，所述绘制引擎被配置为生成表示三维对象的全息图，其中所述全息图包括深度信息，所述深度信息使所述三维对象将被绘制以具有由所述深度信息确定的焦点；
空间光调制器，所述空间光调制器按照由所述全息图指示地调制来自光源的光；
可切换传输全息图，所述可切换传输全息图包括多个经堆叠的可切换光栅，其中所述经堆叠的可切换光栅中的每一个与以下各项相关联：
经调制的图像光的特定的发射路径，经调制的所述图像光从所述空间光调制器被接收；
查看表面上的一个或多个产生的出射光瞳位置；以及
第一方案，所述第一方案被配置为从经调制的所述图像光中移除像差；
眼球追踪仪，所述眼球追踪仪被配置为将用户的眼睛的查看方向映射到所述查看表面上的查看位置；以及
处理器，所述处理器被配置为激活所述可切换传输全息图内的特定可切换光栅，所述特定可切换光栅与同所述查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述经堆叠的可切换光栅中的至少一部分保持去激活。
3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，还包括微机电设备，所述微机电设备被配置为调制从所述光源发射的所述光的振幅。
4.根据权利要求3所述的头戴式显示设备，其中所述微机电设备被定位于所述光源和所述空间光调制器之间。
5.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述空间光调制器调制所述光的相位。
6.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述空间光调制器包括硅上液晶显示器。
7.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述第一方案还被配置为向经调制的所述光添加基础功率。
8.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述空间光调制器与第二方案相关联，所述第二方案被配置为从经调制的所述图像光中移除像差。
9.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中所述查看表面包括平的菲涅耳透镜。
10.一种用于在计算机系统内绘制图像的方法，所述方法包括：
生成表示三维对象的第一全息图，其中所述第一全息图包括深度信息，所述深度信息包括至少部分地基于用户的眼睛到查看表面上的第一查看位置的每像素焦点信息，所述深度信息使所述三维对象被绘制以具有由所述深度信息确定的焦点；
利用空间光调制器按照由所述第一全息图指示地调制光；
利用眼球追踪仪来追踪用户的眼睛到所述查看表面上的所述第一查看位置的查看方向；以及
激活可切换全息图内的第一可切换光栅，所述第一可切换光栅与同所述第一查看位置对齐的第一出射光瞳位置相关联。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述可切换全息图内的经堆叠的可切换光栅中的每一个与以下各项相关联：
从所述空间光调制器接收的经调制的所述光的不同发射路径，
查看表面上的一个或多个不同的产生的出射光瞳位置；以及
不同的方案，所述不同的方案被配置为从经调制的所述光中移除像差。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一可切换光栅与出射光瞳位置相关联，所述出射光瞳位置在所述查看表面上同时被显示并且以超过瞳孔半径的距离被彼此分开。
13.根据权利要求10所述的方法，还包括：
利用所述眼球追踪仪来检测所述用户的眼睛正在向不同于所述第一查看位置的第二查看位置改变方向。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
利用所述空间光调制器按照由第二全息图指示地调制光，其中所述第二全息图与在第二查看位置处所显示的图像数据相关联。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
激活所述可切换全息图内的第二可切换光栅，所述第二可切换光栅与同所述第二查看位置对齐的第二出射光瞳位置相关联。
16.根据权利要求15所述的方法，其中激活所述第二可切换光栅包括：改变到所述第一可切换光栅的电压，并且改变来自所述第二可切换光栅的电压。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括：利用微机电设备调制影响所述空间光调制器的所述光的振幅。
18.根据权利要求10所述的方法，其中所述空间光调制器调制所述光的相位。
19.根据权利要求10所述的方法，其中所述空间光调制器包括硅上液晶显示器。
20.一种用于生成三维查看的计算机显示系统，包括：
硅上液晶显示器，被配置为按照由相位图指示地调制光；
多路复用可切换布拉格光栅，包括多个可切换布拉格光栅，其中所述可切换布拉格光栅中的每一个与以下各项相关联：
经调制的图像光的独特发射路径，经调制的所述图像光从所述硅上液晶显示器被接收；
查看表面上的多个独特产生的出射光瞳位置；以及
独特方案，所述独特方案被配置为从经调制的所述图像光中移除像差；
眼球追踪仪，所述眼球追踪仪被配置为将用户的眼睛的查看方向映射到所述查看表面上的查看位置；以及
处理器，所述处理器被配置为激活所述多个可切换布拉格光栅内的特定可切换布拉格光栅，所述特定可切换布拉格光栅与同所述查看位置对齐的出射光瞳位置相关联。
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