CN110352375B - Mems扫描显示设备 - Google Patents

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Abstract

公开了与扫描图像显示系统有关的示例。在一个示例中，一种扫描头戴式显示系统包括光源、运动传感器、被配置为沿着至少一个维度扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、以及控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且基于头部运动数据调节扫描速率和图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。

Description

MEMS扫描显示设备
背景技术
一些显示设备采用光源扫描来产生可视图像。在一个示例中，激光被扫描镜系统以不同角度反射以在投射图像的像素上扫描激光。控制每个像素处的光的颜色和/或强度允许图像被投射。
发明内容
公开了与头戴式扫描图像显示系统有关的示例。在一个示例中，一种扫描头戴式显示系统包括光源、运动传感器、被配置为沿着至少一个维度扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、以及控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且基于头部运动数据调节扫描速率和图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。提供本“发明内容”是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“发明内容”不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实现。
附图说明
图1示出了示例MEMS扫描头戴式显示设备的框图。
图2示出了示例激光轨迹图。
图3示出了另一示例激光轨迹图。
图4示出了处于第一旋转定向的示例激光器裸片。
图5示出了处于第二旋转定向的图4的示例激光器裸片。
图6示出了另一示例激光轨迹图。
图7示出了另一示例激光轨迹图。
图8示出了说明动态地调节扫描头戴式显示设备的一个或多个操作参数的示例方法的流程图。
图9示出了另一示例扫描头戴式显示设备的框图。
图10示出了另一示例扫描头戴式显示设备的框图。
图11示出了示例计算设备的框图。
具体实施方式
如上所述，一些显示设备采用光源扫描来产生可视图像。在一个示例中，激光被镜系统以不同角度反射以在整个视场(FOV)中投射反射激光。为了实现一系列反射角，诸如微机电系统(MEMS)致动器等合适致动器可以旋转镜系统。
MEMS致动器可以在水平和竖直方向上旋转镜系统以在二维FOV中产生可视图像。为此，镜系统可以包括在水平和竖直方向两者上驱动的单个镜、或者在水平和竖直方向上分开驱动的两个镜。可以在水平和竖直方向上采用不同的扫描速率。例如，在双镜系统中，水平扫描的镜可以以相对较快的速率(例如，～10kHz)驱动，而竖直扫描的镜可以以相对较慢的速率(例如，～60Hz)驱动。水平和竖直扫描速率可以至少部分确定以这些速率生成的图像的分辨率、以及诸如镜孔径(例如，直径)和扫描角度等其他因素。
然而，当前的MEMS技术对镜扫描速率设置了上限，进而限制了显示分辨率。作为示例，27kHz水平扫描速率与60Hz竖直扫描速率相结合可以产生720p的竖直分辨率。可能需要明显更高的竖直分辨率(例如，1440p、2160p)，特别是对于近眼显示器实现，其中720p和类似的竖直分辨率可能看起来模糊和分辨率很低。虽然水平和/或竖直扫描速率的增加会增加显示分辨率，但前者在技术上可能不可行，而后者增加了功耗。此外，高扫描速率可能至少部分约束镜扫描角度和孔径，其中还期望更大的值。另外，由于与较小“像素”尺寸相关联的衍射极限，支持较高分辨率也可能需要较大的镜尺寸。使用这种较大的镜可能进一步增加用扫描显示器实现更高分辨率的难度，因为较大的镜导致较低的扫描频率。
因此公开了用于被配置用于高分辨率输出的基于激光的MEMS扫描显示设备的示例。如下所述，操作多个激光器的交织图案可以与可变扫描速率和/或交织帧之间的相位偏移组合以实现激光输出之间的期望间距，进而产生期望的图像像素间距和分辨率。多个激光器的使用允许每个镜周期扫描多个行，从而允许在不增加镜扫描频率的情况下实现更高的分辨率，并且还允许使用更大的镜，这可以帮助避免由衍射极限施加的像素尺寸的问题。此外，公开了一些示例，其中来自眼睛跟踪传感器的输出用于根据用户注视方向动态地改变激光输出间距。
图1示出了被示出为基于激光的MEMS扫描显示设备的示例显示设备100的框图。显示设备100包括光源102，如下面参考图4和5进一步详细描述的，光源102可以采用任何合适的形式(例如，一个或多个固态激光器)，并且可以输出一个或多个波长的光(例如，红色、绿色和/或蓝色波长范围内的光)。光源102输出光以供第一镜104接收，第一镜104将从光源接收的光反射向第二镜106。第一镜104可以被配置为在水平(例如，x轴)方向上扫描，而第二镜106可以被配置为在竖直(例如，y轴)方向上扫描，使得光最终在整个二维FOV中投射并且形成可视图像。在其他示例中，第一镜可以竖直扫描，而第二镜可以水平扫描。
图1示出了来自第二镜106的光向输出108的反射，在输出108处形成可视图像。输出108可以采用任何合适的形式，诸如显示表面、投射光学器件、波导光学器件等。作为示例，显示设备100可以被配置为虚拟现实头戴式显示器(HMD)设备，其输出108被配置为不透明表面，或者显示设备100可以被配置为混合现实HMD设备，其输出被配置为部分透明表面，通过该部分透明表面可以传输与周围物理环境相对应的图像并且将其与激光组合。显示设备100可以采用其他合适的形式，诸如抬头显示器、移动设备屏幕、监视器、电视等。
为了能够生成期望图像，致动器110分开驱动第一镜104和第二镜106。在一个示例中，致动器110以第一相对更快的速率(例如，27kHz、35kHz)在水平方向上旋转第一镜104，以第二相对较慢的速率(例如，60Hz、120Hz)在竖直方向上旋转第二镜106。第二速率可以固定，使得第二镜106以连续方式竖直扫描，而在其他示例中，竖直扫描可以逐步执行，使得第二镜在水平扫描行完成之前具有基本等于零的竖直速度，并且在水平扫描行完成之后非零，从而转换到随后的水平扫描行。镜104和106可以采用任何合适的形式，诸如MEMS致动的镜(例如，谐振压电致动的)。
在一些实现中，显示设备100还可以包括可操作以检测显示设备的用户的注视方向的眼睛跟踪传感器112。注视方向可以被映射到显示空间中的区域以确定输出108处用户注视所指向的位置。如下面参考图3进一步详细描述的，可以响应于所确定的注视位置来改变显示设备100的一个或多个操作参数(例如，竖直扫描速率、相位偏移)。传感器112可以采用任何合适的形式。作为示例，传感器112可以包括被配置为引起闪烁的光从用户的每只眼睛的角膜反射的一个或多个光源(例如，红外光源)、以及捕获用户眼睛的图像(包括(多个)闪光)的一个或多个图像传感器。
在一些示例中，显示设备100还可以包括可操作以检测显示设备的运动(例如，由用户头部的移动引起的)的运动传感器113。如下面参考图8进一步详细描述的，可以响应于检测到的运动来改变显示设备100的一个或多个操作参数(例如，竖直扫描速率、相位偏移)。运动传感器113可以采用任何合适的形式。作为示例，运动传感器113可以包括一个或多个加速度计、陀螺仪和/或磁力计。
显示设备100还包括用于实现本文中描述的方法的控制器114。控制器114可以控制激光器102(例如，频率、强度、占空比)和/或第一镜104和/或第二镜106的操作。控制器114可以从眼睛跟踪传感器112和/或运动传感器113接收输出，并且还可以基于眼睛跟踪传感器输出和/或运动传感器输出调节激光器、第一镜和/或第二镜的操作。
显示设备100可以包括图1中未示出的替代或附加元件。例如，一个或多个光学元件(例如，准直器、漫射器、组合器、会聚透镜、发散透镜、全息元件)可以放置在激光沿其传播的光路中，以实现期望的显示特性。显示设备100还可以包括用于向显示设备的有源元件提供电力的合适的电源(例如，电池、电源)。此外，可以想到对显示设备100的各种修改，诸如包括单个镜代替第一镜104和第二镜106，其中单个镜在水平和竖直方向上扫描。
图2示出了示例激光轨迹图200。图200示出了例如可以由图1的显示设备100产生的光输出。示出了与两个不同帧中的两个激光器的输出相对应的四个激光轨迹，其可以连续交织。每个轨迹对应于在FOV 201中的显示空间中产生的光——例如，在图1的输出108处。因此，连续转向点(诸如转向点202A和202B)之间的激光轨迹的部分可以对应于由该激光轨迹绘制的感知的水平图像像素行。在一些示例中，转向点可以在图像帧之外。
如图例204所示，图200示出了第一帧中的第一激光的轨迹、第一帧中的第二激光的轨迹、第二帧中的第一激光的轨迹、以及第二帧中的第二激光的轨迹。在第一帧中，第一激光和第二激光的轨迹可以在显示空间中竖直分开一行。因此，第一激光和第二激光的轨迹可以在竖直对准的竖直相邻的图像像素处产生光。作为示例，图2示出了可以由第一帧中的第一激光和第二激光生成的竖直相邻的竖直对准的图像像素206A和206B。
图2所示的示例可以对应于使用致动器来实现水平镜扫描的方法，该致动器以基本上正弦运动的方式谐振振荡。因此，激光轨迹可以表现出至少部分正弦运动；如图2所示，每个激光轨迹在正弦波的半周期(例如，pi rad)中扫描水平图像像素行，使得在正弦波的整个周期(例如，2*pi rad)中扫描两个水平轨迹。控制竖直镜允许这两条轨迹产生水平图像像素的两条轨迹。
在该公式中，第一帧和第二帧以及其他连续的交替帧的交织可以包括在交替帧之间应用相位偏移。作为示例，图2示出了应用于第一帧与第二帧之间的相应正弦波的pi弧度的相位偏移。通过以这种方式在交替帧之间应用相位偏移，可以实现整个FOV 201中的更一致的光分布，并且因此可以实现更高分辨率的图像和亮度一致性。鉴于在该示例中水平镜采用的高频扫描速率，控制高频水平镜的扫描行为可能造成困难，因为调节扫描速率可能会中断谐波振荡。这样，根据期望的调节，通过控制较慢扫描竖直镜在水平扫描周期中较早或较晚地开始竖直扫描来完成相位偏移。此外，通过在交织帧之间选择足够高的交替频率，可以产生没有不可接受的闪烁的稳定图像，其中来自两个帧的光同时呈现给观看者。作为示例，每个帧可以以120Hz的竖直扫描频率显示，其中由第一和第二交替帧形成的渐进图像以60Hz的竖直扫描频率显示。
虽然可以在FOV 201内的某些区域实现单行(例如，像素)间距，但是不太理想的间距可能导致FOV内的其他区域。在图2中描绘的示例中，高度重叠在FOV 201中接近0度的水平角度内导致来自第一帧中的每个激光器和第二帧中的相同的相应激光器的输出。相反，朝向FOV 201的边缘实现更理想的单行间距——例如，在+/-15到+/-30度的水平角度之间。在整个FOV 201中行间距的这种变化可能导致分辨率和亮度的不希望的变化。为了解决这种变化，可以通过调节竖直扫描镜来调节交替帧之间的相位偏移。
图3示出了在交替帧之间以pi/2弧度的相位偏移产生的示例激光轨迹图300。与以pi弧度的相位偏移产生的图2的激光轨迹图200相反，图3示出了如何使用pi/2弧度偏移在FOV 201内的其他区域处产生单行间距，诸如在接近0度的水平角度内。较不理想的间距和激光输出重叠导致朝向FOV 201的边缘的水平角度——例如，在+/-15到+/-30度的角度之间。
图2和3所示的激光轨迹图示出了交织的激光扫描输出中的交替帧之间的相位偏移的调节如何在显示空间中的FOV的不同区域生成期望的行间距和图像像素间距。该方法可以扩展到使用任何合适的一组相位偏移以在FOV的任何区域实现期望的行间距。此外，可以在显示设备的操作期间动态地采用相位偏移调节，以在用户注视所指向的区域中实现期望的行间距——例如，在竖直空白间隔期间在帧的结束与后续帧的开始之间。例如，参考图1，控制器114可以利用来自眼睛跟踪传感器112的指示用户注视方向的输出来确定输出108的FOV内用户的注视所指向的区域。然后，控制器114可以响应于该确定而选择相位偏移以在用户注视所指向的区域中实现期望的行间距，从而优化用户在显示设备100的整个操作中感知的显示输出。可以在动态地调节相位偏移的过程中采用任何合适的粒度级别。作为示例，FOV可以被划分为象限，其中相应的相位偏移与每个象限相关联并且用于在该象限中实现期望的行间距。然而，FOV可以被划分为具有任何合适几何形状的任何合适数目的区域，其可以是相等的或不相等的，并且是规则的或不规则的。作为另一示例，可以使用基本上连续的函数来将FOV中的注视点映射到相位偏移。例如，可以执行蒙特卡罗测试以确定注视点与相位偏移之间的一组映射。
应当理解，图2和3被提供作为示例，而非旨在以任何方式进行限制。例如，激光轨迹图200和300可以表示在可以被包括在图1的显示设备100中的一个或多个光学元件处理之前的激光输出。此外，可以使用任何合适的整数n个激光器，其中图像的竖直分辨率与n成比例——例如，激光器的数目n从2到4的增加使竖直分辨率加倍。更进一步地，可以使用任何合适的竖直刷新速率，其中竖直刷新速率的增加降低竖直分辨率——例如，竖直刷新速率的加倍使竖直分辨率降低一半。这样，可以平衡激光器的数目n与竖直刷新率以实现期望的显示输出。此外，可以选择图200和300的子集作为向观看者提供图像的FOV。作为参考图3的示例，示出了示例FOV 302，其省略了图300中的激光轨迹的一部分。省略部分可以对应于激光输出不对称、竖直未对准(如在图300的水平末端)或以其他方式不期望的区域。省略部分可以被指定为其中激光输出被禁用(例如，通过停止向激光器供电)的过扫描区域。
可以使用各种激光器配置来生成单行间距和其他期望行间距。作为一个示例，图4示出了包括两个固态激光器402A和402B的示例激光器裸片400。例如，激光器402A和402B可以经由合适的光刻工艺布置在激光器裸片400上。在图4所示的定向上，激光器裸片400以x轴404和y轴406为中心，x轴404和y轴406可以分别对应于横轴和纵轴，一个或多个镜(例如，图1的第一镜104和第二镜106)沿着横轴和纵轴扫描。此外，激光器402A和402B与纵轴406对准并且沿着纵轴406间隔开竖直分离距离408，该竖直分离距离408沿着纵轴从激光器中心到激光器中心测量。可以选择分离距离408以实现期望的激光器操作并且避免与激光器402A和402B之间的过窄间距相关联的不期望的问题(诸如热串扰)。分离距离408可以进一步适应形成激光器裸片400以及操作激光器402A和402B所需要的结构和电气元件的布置、以及机械公差。作为一个示例，分离距离408可以基本上等于15微米。
然而，这个和其他竖直分离距离可以表现为大于显示空间中的一行的行间距。如下面进一步详细描述的，可以选择特定的竖直刷新率和/或相位偏移以补偿和实现单行间距。
通过相对于图4所示的定向旋转激光器裸片并且在旋转定向上向镜系统提供激光，可以利用激光器裸片400实现单行间距。为此，图5示出了相对于图4所示的定向处于旋转定向的激光器裸片400。选择旋转定向以相对于非旋转定向的竖直分离距离408实现减小的竖直分离距离410。例如，竖直分离距离410可以基本上等于一微米。以这种方式，可以使用激光器裸片400在显示空间中实现单行间距，激光器裸片400可以在非旋转定向上具有15微米或类似的竖直分离距离。由于机械公差，旋转激光器裸片400中可能发生旋转误差，这可能表现为显示空间中的行间距误差。为了补偿，可以利用激光器402A和402B之间的已知机械间距来调节竖直刷新率，并且竖直刷新率可以表征激光器裸片400的热变化。作为示例，可以通过以牺牲一些竖直分辨率为代价增加竖直刷新率来补偿显示空间中大于一行的行间距，从而实现单行间距。例如，图2和3的激光轨迹图200和300可以通过以旋转定向布置的激光器裸片400来制造。
图6示出了示例激光轨迹图600，包括来自两个交替帧中的两个激光器的激光轨迹，如图例602所示。图600可以表示由激光器裸片产生的激光器输出，其中激光器裸片被定向为使得激光器之间的竖直分离大于在显示空间中产生单行的间距，诸如图4所示的定向的激光器裸片400，其中激光器402A和402B之间具有竖直分离距离408。在该示例中，由激光轨迹另外采用的正弦曲线由于竖直激光分离距离而变形，导致由扫描镜面效应引起的激光轨迹的“弓形”形状。此外，变形的正弦曲线的性质根据激光器而不同——第一激光器在水平行扫描期间表现出更大的向下弯曲，而第二激光器在水平行扫描期间表现出更大的向上弯曲。然而，可以通过如上所述调节竖直刷新率来实现显示空间中期望的单行间距和其他行间距。例如，对于竖直分离距离408，可以改变竖直刷新率以调节行间距和/或分辨率，同时仍然在图像中保持整数个水平行。例如，这可以允许扫描在非中央凹区域(例如，在用户的外围视图中)比在中央凹区域中(例如，在用户的注视行中)更快地发生，以使用眼睛跟踪数据实现中央凹显示。
如上所述，可以调节由具有竖直分离距离408的激光器裸片400生成的交织帧之间的相位偏移，以在FOV 604的某些部分中产生期望的行间距。图7示出了由用于产生图600的pi弧度的相位偏移的变化导致的pi/2弧度的相位偏移的示例激光轨迹图700。与图600相比，其中不期望的行间距和激光输出重叠发生在接近0度的水平角度中，由图700表示的pi/2弧度相位偏移导致在接近0度的水平角度中的期望的行间距。如上所述，来自图1的眼睛跟踪传感器112的输出可以用于响应于用户注视动态地调节相位偏移以实现期望的行间距。
在扫描显示系统被实现为HMD的示例中，用户的头部运动可能影响图像分辨率。例如，竖直头部运动(或者更一般地，沿着较低频率扫描方向的头部运动)可以在交织图案的帧之间产生混叠，使得扫描图案的行看起来彼此“折叠”。在这种情况下，由于沿着较低频率扫描方向的头部运动，用户可能经历图像分辨率的降低。类似地，眼睛运动可能在某些情况下导致混叠。
为了帮助避免这种视觉效果，可以使用运动传感器来感测头部运动和/或眼睛运动，以基于运动数据调节扫描速率和/或相位偏移。图8示出了图示基于用户动作来动态地调节一个或多个操作参数的示例方法800的流程图。方法800可以实现为可以由计算系统的逻辑子系统(诸如头戴式显示系统)执行的存储指令。
在802处，方法800包括控制扫描镜系统以交织图案扫描光以形成图像。这可以包括控制扫描镜系统以较高频率在第一方向上并且以较低频率在第二方向扫描来自光源的光以形成图像，如804所示。可以使用任何合适的扫描镜系统，包括但不限于本文所述的示例。
方法800还包括在806处从一个或多个传感器接收运动数据。这样的运动数据可以包括来自头部运动传感器的数据，如808所示。头部运动数据可以包括关于用户的头部运动的任何合适的信息，诸如沿着三个轴的平移和/或旋转速度和/或加速度信息。根据该数据，可以确定沿着第二方向的头部速度矢量。如下面更详细描述的，还可以从眼睛跟踪传感器获取运动数据，如810所示。
继续，方法800包括在812处基于运动数据调节第二方向上的扫描速率和交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项，以帮助减少投射图像中的可感知的混叠。在一些示例中，可以确定加速率并且将其用于计算图像显示时的可能头部速度，并且可能的头部速度可以用于确定调节。
即使在基于所确定的加速度确定调节的情况下，用户头部的加速度的变化也可能影响图像的交织图案上的混叠，例如，在帧的显示期间加速度的变化幅度足以在该帧期间实现所确定的调节效果降低的情况下。在一些示例中，可以预测加速度的变化在帧的整个持续时间(例如，基于8ms帧持续时间的5-10ms间距)内足够小，使得在帧的持续时间内应用相同的调节，并且加速度超过预测水平的任何情况都没有得到明确补偿。在其他示例中，可以确定实时加速度，并且可以在图像帧的显示期间调节一个或多个参数以改变帧期间的扫描速率。
如上所述，混叠还可能由沿着较低频率扫描方向的眼睛运动引起。这样，在一些示例中，可以附加地或替代地基于来自注视跟踪系统的眼睛运动数据来调节一个或多个操作参数。因此，方法800可以包括在810处从眼睛跟踪传感器接收数据，并且基于该数据，调节(在814)第二方向上的扫描速率和交织扫描模式的帧之间的相位偏移中的一项或多项。
在考虑头部运动和眼睛运动的情况下，可以通过单独确定头部运动和眼睛运动的相位偏移，并且然后对所确定的相位偏移求和(如816所示)来调节交织图案的帧之间的相位偏移，此外，在确定用于中央凹显示的偏移的情况下，还可以将头部运动偏移和眼睛运动偏移与中央凹显示偏移求和以确定要应用的总相位偏移。
在一些示例中，显示器可以被配置为对左眼图像和右眼图像使用单独的扫描显示系统。例如，可以修改图1的系统以包括由共同的控制器控制的、针对每只眼睛的单独的光源(例如，单独的激光器)以及第一镜和第二镜。在这样的示例中，两个单眼显示系统可以重叠以产生立体显示。在这样的示例中，两个单眼显示系统之间的相位差可以可控制地偏移，使得附加双目显示器是两个单眼图像扫描的总和。作为示例，一只眼睛可以看到奇数帧，而另一只眼睛看到偶数帧。在这样的示例中，使用足够高的帧速率，观看两个图像的观看者将融合两个图像并且同时看到奇数帧和偶数帧的叠加。在这样的示例中，可以基于运动数据来调节奇数帧和偶数帧的相位偏移，以保持扫描之间的期望行间距并且减少可感知的混叠，如上所述。
在使用两个独立的扫描显示系统的情况下，可能难以在较高频率扫描方向上实现相同扫描速率。例如，制造公差问题可能使得难以确保两个较高频率扫描镜的足够一致(例如，<100Hz差异)的谐振频率。通过基于谐振频率对部件进行分类，可以潜在地解决这些问题。然而，这可能增加制造成本，并且也不能解决可能导致两个独立扫描系统之间的不相等的较高频率扫描速率的可能的温度和驱动可变性问题。作为另一种可能的解决方案，可以迫使一个或两个较高频率扫描镜在其谐振频率之外操作，以便匹配另一镜的频率。然而，这种解决方案可能导致比以其谐振频率操作镜明显更高的功耗，并且可能影响系统稳定性和视场。此外，即使在谐振频率接近(例如，<100Hz)并且足够稳定的情况下，由于较高频率扫描速率的(小)差异引起的相位差的变化，仍然可能需要针对每个帧调节相对相位。
为了避免不匹配的较高频率扫描速率的这种问题，可以针对每只眼睛将相同的较高频率扫描镜与单独的较慢频率扫描镜一起使用。这种配置的示例在图9中被示出为扫描显示系统900。扫描显示系统900包括相应的左眼光源902a和右眼光源902b。每个光源将光(例如，激光)导向相同的较高频率扫描镜904。扫描显示系统900还包括相应的左眼较低频率扫描镜906a和右眼较低频率扫描镜906b，以针对每个眼睛图像朝向输出908a、908b扫描光。控制器910控制光源902a、902b、较高频率扫描镜904和每个较低频率扫描镜906a、906b。控制器910还从运动传感器912接收输入，并且可以从每只眼睛的眼睛跟踪传感器(分别在914a、914b处示出)接收输入。基于来自运动传感器912和/或眼睛跟踪传感器914a、914b的数据，控制器910可以调节第一显示器和/或第二显示器的帧之间的相位偏移，这可以帮助减轻可感知的混叠。
作为另一示例，扫描显示系统可以利用一维光发射器阵列(其中每个像素的光发射器沿着第一方向)以及扫描镜以沿着第二方向扫描来自一维光发射器阵列的光。可以通过在扫描方向上单独控制每个像素行或列处的每个光发射器发射的光来投射图像。在这样的系统中，对于左眼图像和右眼图像可以偏移采样定时，以减轻由于头部运动引起的混叠。图10中示出了这种系统的一个示例，图10描绘了第一显示器1000a和第二显示器1000b，每个显示器分别具有一维激光器阵列1002a、1002b和扫描镜1004a、1004b以将扫描的一维图像行导向输出1006a、1006b。控制器1008控制每个显示器1000a、1000b。控制器还从运动传感器1010接收输入，并且还可以从每只眼睛的眼睛跟踪传感器(分别在1012a、1012b处示出)接收输入。基于来自运动传感器1010和/或眼睛跟踪传感器1012a、1012b的数据，控制器1008可以调节由第一显示器1000a和/或第二显示器1000b显示的图像的采样定时以减轻混叠。
在一些实施例中，本文中描述的方法和过程可以绑定到一个或多个计算设备的计算系统。特别地，这些方法和过程可以实现为计算机应用程序或服务、应用程序编程接口(API)、库和/或其他计算机程序产品。
图11示意性地示出了可以实现上述方法和过程中的一个或多个的计算系统1100的非限制性实施例。计算系统1100以简化形式示出。计算系统1100可以采用如下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)和/或其他计算设备。
计算系统1100包括逻辑机器1102和存储机器1104。计算系统1100可以可选地包括显示子系统1106、输入子系统1108、通信子系统1110和/或图11中未示出的其他组件。
逻辑机器1102包括被配置为执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机器可以被配置为执行作为一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构或其他逻辑构造的一部分的指令。可以实现这样的指令以执行任务，实现数据类型，转换一个或多个组件的状态，实现技术效果，或者以其他方式达到期望结果。
逻辑机器可以包括被配置为执行软件指令的一个或多个处理器。附加地或替代地，逻辑机器可以包括被配置为执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机器。逻辑机器的处理器可以是单核或多核的，并且在其上执行的指令可以被配置用于顺序、并行和/或分布式处理。逻辑机器的各个组件可选地可以分布在两个或更多个单独的设备之间，这些设备可以远程定位和/或被配置用于协同处理。逻辑机的各方面可以由以云计算配置而配置的远程可访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储机器1104包括被配置为保存可以由逻辑机器执行以实现本文中描述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。当实现这样的方法和过程时，可以变换存储机器1104的状态——例如，以保持不同的数据。
存储机器1104可以包括可移除和/或内置设备。存储机器1104可以包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等。存储机器1104可以包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机访问、顺序访问、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
应当理解，存储机器1104包括一个或多个物理设备。然而，本文中描述的指令的各方面替代地可以由通信介质(例如，电磁信号、光信号等)传播，该通信介质在有限的持续时间内不被物理设备保持。
逻辑机器1102和存储机器1104的各方面可以一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。例如，这种硬件逻辑组件可以包括现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
术语“模块”、“程序”和“引擎”可以用于描述被实现以执行特定功能的计算系统1100的一方面。在一些情况下，可以经由执行由存储机器1104保持的指令的逻辑机器1102来实例化模块、程序或引擎。应当理解，可以从相同的应用、服务、代码块、对象、库、例程、API、函数等实例化不同的模块、程序和/或引擎。同样，相同的模块、程序和/或引擎可以由不同的应用、服务、代码块、对象、例程、API、函数等实例化。术语“模块”、“程序”和“引擎”可以包含个体或一组可执行文件、数据文件、库、驱动器、脚本、数据库记录等。
应当理解，本文中使用的“服务”是跨多个用户会话可执行的应用程序。服务可以用于一个或多个系统组件、程序和/或其他服务。在一些实现中，服务可以在一个或多个服务器计算设备上运行。
当包括时，显示子系统1106可以用于呈现由存储机器1104保持的数据的视觉表示。该视觉表示可以采用图形用户界面(GUI)的形式。由于本文中描述的方法和过程改变了由存储机器保持的数据，并且因此转换了存储机器的状态，所以显示子系统1106的状态同样可以被转换以在视觉上表示底层数据的变化。显示子系统1106可以包括利用几乎任何类型的技术的一个或多个显示设备。这样的显示设备可以与逻辑机器1102和/或存储机器1104在共享封装件中组合，或者这样的显示设备可以是外围显示设备。
当包括时，输入子系统1108可以包括一个或多个用户输入设备或与其接口连接，诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器。在一些实施例中，输入子系统可以包括选择的自然用户输入(NUI)组件或与其接口连接。这种组件可以是集成的或外围的，并且输入动作的转换和/或处理可以在板上或板外处理。示例NUI组件可以包括用于语音和/或声音识别的麦克风；用于机器视觉和/或手势识别的红外、彩色、立体和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速度计和/或陀螺仪；以及用于评估大脑活动的电场感应组件。
当包括时，通信子系统1110可以被配置为与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统1110可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可以被配置用于经由无线电话网络或有线或无线局域网或广域网络进行通信。在一些实施例中，通信子系统可以允许计算系统1100经由诸如因特网等网络向其他设备发送消息和/或从其他设备接收消息。
另一示例提供了一种扫描头戴式显示系统，其包括光源、运动传感器、被配置为沿着至少一个维度扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、以及控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且基于头部运动数据调节扫描速率和图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，扫描镜系统附加地或替代地可以包括被配置为在第一方向上扫描光的第一镜和被配置为在第二方向上扫描光的第二镜。在这样的示例中，控制器附加地或替代地可以被配置为通过相对于第一方向上的光的扫描调节扫描镜系统发起第二方向上的光的扫描的时间来调节第一帧与第二帧之间的相位偏移。在这样的示例中，控制器附加地或替代地可以被配置为基于图像中的区域处的期望行间距来调节第一帧与第二帧之间的相位偏移。在这样的示例中，该区域可以是图像中的多个区域之一，并且控制器附加地或替代地可以被配置为将相应的相位偏移与多个区域中的每个区域相关联。在这样的示例中，扫描头戴式显示系统还可以包括被配置为检测用户的注视方向的眼睛跟踪传感器，并且控制器替代地或另外地还可以被配置为将注视方向映射到图像中的区域，并且基于图像中的区域来调节扫描速率和相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，控制器替代地或另外地可以被配置为基于将注视方向映射到图像中的第一区域来以第一方式调节相位偏移，并且基于将注视方向映射到图像中的第二区域来以第二方式调节相位偏移。在这样的示例中，该区域可以是图像的中央凹区域，图像可以包括非中央凹区域，并且控制器替代地或另外地可以被配置为增加非中央凹区域中的扫描速率并且降低中央凹区域的扫描速率。在这样的示例中，第一帧与第二帧之间的相位偏移可以包括多个相位偏移调节，并且控制器替代地或另外地可以被配置为基于图像中的区域确定第一相位偏移调节，基于头部运动数据确定第二相位偏移调节，并且基于所确定的第一相位偏移调节和所确定的第二相位偏移调节之和来调节第一帧与第二帧之间的相位偏移。在这样的示例中，光源替代地或另外地可以包括两个或更多个偏移激光器的激光光源，并且激光光源可以被配置为输出多种颜色的光。在这样的示例中，扫描头戴式显示系统可以包括被配置为检测眼睛运动的眼睛跟踪传感器，并且控制器替代地或另外地可以被配置为映射眼睛运动，并且基于眼睛运动调节第一帧与第二帧之间的相位偏移。在这样的示例中，扫描镜系统替代地或另外地可以被配置为在驱动扫描镜系统的微机电致动器的半周期内扫描图像的水平行。在这样的示例中，光源替代地或另外地可以包括一维光发射器阵列。在这样的示例中，扫描镜系统替代地或另外地可以包括用于分别在较高频率扫描方向和较低频率扫描方向上进行扫描的相同的较高频率扫描镜和分开的左眼和右眼较低频率扫描镜。
另一示例提供了一种显示图像的方法，包括将来自光源的光导向扫描镜系统，在第一方向上以较高频率并且在第二方向上以较低频率扫描来自光源的光，从而以交织图案扫描光并且形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，并且至少基于头部运动数据，调节第二方向上的扫描速率和交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，该方法替代地或另外地还可以包括将经由眼睛跟踪传感器确定的注视方向映射到图像中的区域，并且基于图像中的区域调节第二方向上的扫描速率和相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，该方法替代地或另外地可以包括经由眼睛跟踪传感器在图像上映射眼睛运动，并且基于眼睛运动，调节第二方向上的扫描速率和交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，扫描来自光源的光替代地或另外地可以包括扫描光以便以在1440p到2160p之间的分辨率形成图像。
另一示例提供了一种扫描头戴式显示系统，其包括光源、运动传感器、被配置为在第一方向上以较高频率并且在第二方向上以较低频率扫描来自光源的光以形成图像的扫描镜系统、眼睛跟踪传感器、和控制器，控制器被配置为控制扫描镜系统以交织图案扫描光以形成图像，从运动传感器接收头部运动数据，从眼睛跟踪传感器接收数据，并且至少基于头部运动数据和从眼睛跟踪传感器接收的数据，调节第二方向上的扫描速率和交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。在这样的示例中，控制器替代地或另外地可以被配置为通过接收注视方向和眼睛运动中的一个或多个的指示来从眼睛跟踪传感器接收数据，并且其中控制器替代地或另外地可以被配置为基于注视方向和眼睛运动中的一个或多个确定第一相位偏移调节，基于头部运动数据确定第二相位偏移调节，并且基于所确定的第一相位偏移调节和所确定的第二相位偏移调节之和调节交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移。
应当理解，本文中描述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施例或示例不应当被视为具有限制意义，因为很多变型是可能的。本文中描述的特定例程或方法可以表示任何数目的处理策略中的一项或多项。这样，示出和/或描述的各种动作可以以所示和/或描述的顺序执行，以其他顺序执行，并行地执行，或者省略。同样，可以改变上述过程的顺序。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置的所有新颖和非明确组合和子组合、以及本文中公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及任何及其所有等同物。

Claims (20)

1.一种扫描头戴式显示系统，包括：
光源；
运动传感器；
扫描镜系统，被配置为沿着至少一个维度扫描来自所述光源的光以形成图像；以及
控制器，被配置为：
控制所述扫描镜系统扫描所述光以形成所述图像，
从所述运动传感器接收头部运动数据，以及
基于所述头部运动数据调节扫描速率和所述图像的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。
2.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述扫描镜系统包括被配置为在第一方向上扫描所述光的第一镜和被配置为在第二方向上扫描所述光的第二镜。
3.根据权利要求2所述的扫描头戴式显示系统，其中所述控制器被配置为通过相对于所述第一方向上的所述光的所述扫描调节所述扫描镜系统发起所述第二方向上的所述光的所述扫描的时间，来调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。
4.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述控制器被配置为基于所述图像中的区域处的期望行间距，来调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。
5.根据权利要求4所述的扫描头戴式显示系统，其中所述区域是所述图像中的多个区域之一，并且其中所述控制器被配置为将相应的相位偏移与所述多个区域中的每个区域相关联。
6.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，还包括被配置为检测用户的注视方向的眼睛跟踪传感器，并且其中所述控制器还被配置为将所述注视方向映射到所述图像中的区域，并且基于所述图像中的所述区域来调节所述扫描速率和所述相位偏移中的一项或多项。
7.根据权利要求6所述的扫描头戴式显示系统，其中所述控制器还被配置为基于将所述注视方向映射到所述图像中的第一区域以第一方式调节所述相位偏移，并且基于将所述注视方向映射到所述图像中的第二区域以第二方式调节所述相位偏移。
8.根据权利要求6所述的扫描头戴式显示系统，其中所述区域是所述图像的中央凹区域，所述图像包括非中央凹区域，并且其中所述控制器还被配置为增加所述非中央凹区域中的所述扫描速率并且降低所述中央凹区域中的所述扫描速率。
9.根据权利要求6所述的扫描头戴式显示系统，其中所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移包括多个相位偏移调节，并且其中所述控制器被配置为：
基于所述图像中的所述区域来确定第一相位偏移调节，
基于所述头部运动数据来确定第二相位偏移调节，以及
基于所确定的所述第一相位偏移调节和所确定的所述第二相位偏移调节之和来调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。
10.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述光源是包括两个或更多个偏移激光器的激光光源，并且其中所述激光光源被配置为输出多种颜色的光。
11.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，还包括被配置为检测眼睛运动的眼睛跟踪传感器，并且其中所述控制器还被配置为：
映射所述眼睛运动，以及
基于所述眼睛运动调节所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。
12.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述扫描镜系统被配置为在驱动所述扫描镜系统的微机电致动器的半周期中扫描所述图像的水平行。
13.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述光源包括一维光发射器阵列。
14.根据权利要求1所述的扫描头戴式显示系统，其中所述扫描镜系统包括用于分别在较高频率扫描方向和较低频率扫描方向上进行扫描的相同的较高频率扫描镜和分开的左眼和右眼较低频率扫描镜。
15.一种显示图像的方法，包括：
将来自光源的光导向扫描镜系统；
在第一方向上以较高频率并且在第二方向上以较低频率扫描来自所述光源的所述光，从而以交织图案扫描所述光并且形成所述图像；
从运动传感器接收头部运动数据；以及
至少基于所述头部运动数据，调节所述第二方向上的扫描速率和所述交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：将经由眼睛跟踪传感器确定的注视方向映射到所述图像中的区域，以及基于所述图像中的所述区域调节所述第二方向上的所述扫描速率和所述相位偏移中的一项或多项。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括：
经由眼睛跟踪传感器在所述图像上映射眼睛运动，以及
基于所述眼睛运动，调节所述第二方向上的所述扫描速率和所述交织图案的所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移中的一项或多项。
18.根据权利要求15所述的方法，其中扫描来自所述光源的所述光包括扫描所述光以形成在1440p和2160p之间的分辨率的所述图像。
19.一种扫描头戴式显示系统，包括：
光源；
运动传感器；
扫描镜系统，被配置为在第一方向上以较高频率并且在第二方向上以较低频率扫描来自所述光源的光以形成图像；
眼睛跟踪传感器；以及
控制器，被配置为：
控制所述扫描镜系统以交织图案扫描所述光以形成所述图像，
从所述运动传感器接收头部运动数据，
从所述眼睛跟踪传感器接收数据，
至少基于所述头部运动数据和从所述眼睛跟踪传感器接收的所述数据，调节所述第二方向上的扫描速率和所述交织图案的第一帧与第二帧之间的相位偏移中的一项或多项。
20.根据权利要求19所述的扫描头戴式显示系统，其中从所述眼睛跟踪传感器接收所述数据包括接收注视方向和眼睛运动中的一项或多项的指示，并且其中所述控制器还被配置为：
基于所述注视方向和所述眼睛运动中的一项或多项来确定第一相位偏移调节，
基于所述头部运动数据来确定第二相位偏移调节，以及
基于所确定的所述第一相位偏移调节和所确定的所述第二相位偏移调节之和来调节所述交织图案的所述第一帧与所述第二帧之间的所述相位偏移。
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