CN111727385A - 增强现实光场头戴式显示器 - Google Patents

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Abstract

一种近眼显示系统(100)包括透射显示面板(118)，以显示包括基元图像(122)的阵列(120)的近眼光场帧(151、153)。所述透射显示面板配置为远离所述用户的眼睛(132)并且朝向曲面分束器的阵列(126)透射所述近眼光场帧的光线。所述曲面分束器对所透射的光线进行准直，并将所准直的光线朝向所述透射显示面板往回反射，以供向所述用户的眼睛传递。

Description

增强现实光场头戴式显示器
背景技术
头戴式显示器(HMD)和其它近眼显示系统可以利用光场显示器或其它计算显示器来提供三维(3D)图形的有效显示。大体上，光场显示器采用一个或多个显示面板和覆盖在一个或多个显示面板上的小透镜、针孔或其它光学特征的阵列。渲染系统渲染基元图像的阵列，其中，每个基元图像表示根据对应视角或虚拟相机位置的对象或场景的图像或视图。在HMD的情况下，虚拟对象可以被叠加在用户观看的视觉上(例如现实世界场景)以提供增强现实(AR)或混合现实(MR)的沉浸式体验。
发明内容
根据一个方面，一种近眼显示系统包括：透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，透射显示面板对光是透明的；以及分束器阵列，用以对近眼光场帧的光线进行准直，以供呈现给用户的眼睛。在一些实施例中，透射显示面板包括透明背光和透明空间光调制器(SLM)，该透明空间光调制器在光线透射到分束器阵列之前从透明背光接收光线。透明空间光调制器还可以包括嵌入在空间光调制器内的光栅，该光栅配置为抵消由通过透明空间光调制器的光透射引起的高阶衍射波长。另外，透明背光可以包括：平面波导，接收来自光源的光线；以及全息出耦合器，配置为将光线从平面波导中衍射出来，以供透射到透明空间光调制器。透明背光还可以包括：平面波导，接收来自光源的光线，其中，平面波导包括多个表面缺陷，这些表面缺陷配置为将光线从平面波导中衍射出来，以供透射到透明空间光调制器。
在一些方面中，透明背光包括单色LED发射器阵列，其在透明衬底的面向SLM的表面上图案化。阵列可以布置为使得单色LED发射器中的每一个大致以分束器阵列中的分束器的节距间隔开。基元图像的阵列中的每个基元图像与从单色LED发射器中的单独一个发射的光对应。
根据一些方面，一种近眼显示系统包括：透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，透射显示面板是对光透明的；以及双折射透镜阵列，用以对近眼光场帧的光线进行准直，以供呈现给用户的眼睛。透射显示面板可以配置为将近眼光场帧的光线远离用户的眼睛并且朝向线栅偏振器透射，并且进一步其中，线栅偏振器配置为将第一偏振态的光线朝向透射显示面板往回反射。透射显示面板还可以配置为在将第一偏振态的反射光线呈现给用户的眼睛之前，传递第一偏振态的反射光线以供透射到双折射透镜阵列以供准直。线栅偏振器可以配置为向透射显示面板透射第二偏振态的源自现实世界环境的光线，并且透射显示面板可以配置为传递第二偏振态的光线以供透射到双折射透镜阵列，并且进一步其中，双折射透镜阵列和线栅偏振器两者都在不改变第二偏振态的光线的行进路径的情况下传递第二偏振态的光线以供呈现给用户的眼睛。透射显示面板还可以配置为在将近眼光场帧的光线呈现给用户的眼睛之前朝向用户的眼睛和朝向双折射透镜阵列透射近眼光场帧的光线以供准直。在一些方面中，由透射显示面板透射的光线的第一部分包括表示期望的虚拟影像数据的第一偏振态的光线，该第一偏振态的光线由双折射透镜阵列折射，并且进一步其中，由透射显示面板透射的光线的第二部分包括表示离焦影像数据的第二偏振态的光线，该第二偏振态的光线穿过双折射透镜阵列而不改变行进路径。在这种方面中，近眼显示系统还可以包括：第二线栅偏振器，定位成接近于用户的眼睛；以及可变半波片，定位于第二线栅偏振器与双折射透镜阵列之间，其中，可变半波片配置为使从双折射透镜阵列接收到的光线的偏振态旋转。可变半波片可以使第一偏振态的光线的第一部分旋转到第二偏振态，使得期望的虚拟影像数据可穿过第二线栅偏振器以供呈现给用户的眼睛。进一步地，可变半波片可以使第二偏振态的光线的第二部分旋转到第一偏振态，使得第二线栅偏振器阻挡离焦影像数据到达用户的眼睛。
在一些方面中，一种渲染系统包括：至少一个处理器；以及存储组件，用以存储可执行指令集，该可执行指令集配置为操纵至少一个处理器以渲染包括基元图像的阵列的集成光场帧，该可执行指令集进一步配置为操纵至少一个处理器以基于色场基元图像的空间复用来对集成光场帧进行编码。该可执行指令集可以配置为操纵至少一个处理器通过减小色场基元图像中的每一个的中心部分的对比度以减小双程(double-pass)重建伪像的可感知性来调整集成光场帧。
附图说明
通过参考附图，可更好地理解本公开，且其许多特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的。相同附图标记在不同图式中的使用指示类似或相同项。
图1是图示根据一些实施例的并入有背光光场显示器的近眼显示系统的图。
图2是图示根据一些实施例的图1的近眼显示系统的示例背光光场显示器的图。
图3A至3D图示了根据一些实施例的图1的近眼显示系统中的示例透明背光的横截面图。
图4A至4B图示了根据一些实施例的图1的近眼显示系统中的示例透射显示器的横截面图。
图5是根据一些实施例的使用透射显示器的光场编码的图。
图6是根据一些实施例的用于光场显示器(诸如用于图1的近眼显示系统中的光场显示器)的示例双折射透镜阵列的图。
图7是根据一些实施例的用于光场显示器(诸如用于图1的近眼显示系统中的光场显示器)的示例可变偏振旋转器的图。
具体实施方式
图1至7图示了用于近眼显示系统中的透明光场AR显示器的示例系统。在至少一个实施例中，近眼显示系统采用计算显示器来向用户显示影像的集成光场帧，以便向用户提供AR或MR体验。每个集成光场帧都由基元图像的阵列组成，其中，每个基元图像表示对象或场景的来自不同的对应视点的视图。
由于用于计算显示器的eyebox(视窗)尺寸或“大小”和出瞳距离(eye relief)与光学元件焦距的比率成比例，因此试图增大eyebox大小大体上会导致视场(FOV)减小，且反之亦然。为了提供具有改进的eyebox大小而没有对应减小FOV的AR显示器，在至少一个实施例中，本文中所描述的近眼显示系统利用透明背光、透明显示面板和平铺光学器件(tiledoptic)来实现分束以及光场图像在视网膜上的近眼重建。作为示例，近眼显示系统可以包括透射显示面板，其用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧。透射显示面板配置为远离用户的眼睛并且朝向曲面分束器的阵列透射近眼光场帧的光线。曲面分束器对透射的光线进行准直，并将准直后的光线朝向透射显示面板(即，透明的)往回反射，以向用户的眼睛传递。因此，使用透明光学元件能够增加光线行进的路径长度，并且因此增加FOV和eyebox的大小，而不会增加近眼显示系统的形状因子。
图1图示了根据一些实施例的并入有背光光场显示器的近眼显示系统100。在所描绘的示例中，近眼显示系统100包括计算显示器子系统102、渲染组件104和一个或多个眼追踪组件，诸如用于追踪用户左眼的眼追踪组件106和用于追踪用户右眼的眼追踪组件108中的一个或其二者。计算显示器子系统102包括安装在设备114(例如护目镜、眼镜、其它头戴式显示器(HMD)等)中的左眼显示器110和右眼显示器112，该设备将显示器110、112分别放置在用户的左眼和右眼前面。
如通过视图116所示出，显示器110、112中的每一个包括至少一个显示面板118，该显示面板用以显示一系列或一连串集成光场帧(出于易于参考起见，下文中简称“光场帧”)，这些集成光场帧中的每一个包括基元图像122的阵列120。出于易于参考起见，基元图像122的阵列120在本文中也可称为光场帧。显示器110、112中的每一个还包括覆盖在显示面板118上的分束器126的阵列124。在一些实施例中，分束器阵列124中的分束器126的数量等于阵列120中的基元图像122的数量，但在其它实施方式中，分束器126的数量可能小于或大于基元图像122的数量。注意，虽然出于易于图示起见，图1的示例图示了基元图像122的5×4阵列和分束器126的对应5×4阵列124，但在典型实施方式中，光场帧中的基元图像122的数量和分束器阵列124中的分束器126的数量通常高得多。进一步地，在一些实施例中，针对显示器110、112中的每一个实施单独显示面板118，而在其它实施例中，左眼显示器110和右眼显示器112共用单个显示面板118，其中，显示面板118的左半部用于左眼显示器110且显示面板118的右半部用于右眼显示器112。
图1的截面图128描绘了沿着分束器阵列124的线A-A的横截面图，该分束器阵列覆盖在显示面板118上，使得分束器阵列124覆盖在显示面板118的显示表面130上，使得显示面板118安置在分束器阵列124与用户的对应眼睛132之间。如本文中进一步详细讨论，显示面板118包括透明背光134和透射显示面板136。在该配置中，光从显示面板118(例如，从透明背光134并且通过透射显示面板136)朝向分束器阵列124发射，并且每个分束器126将显示表面130的对应区重定向(例如反射)到眼睛132的瞳孔上，其中，每个这种区至少部分地与一个或多个相邻区重叠。
在这种计算显示器配置中，当基元图像122的阵列120显示在显示面板118的显示表面130处并且然后被分束器阵列124的分束器126朝向眼睛132重定向时，用户感知基元图像122的阵列120作为单个虚拟图像。在针对用户的左眼和右眼两者并行地执行该过程并且在其间实施适当视差时，结果是向用户呈现自由立体(autostereoscopic)三维(3D)虚拟影像。另外，来自现实世界(例如用户所处的现实世界环境)的光朝向眼睛132穿过分束器阵列124、透射显示面板136，并且然后穿过透明背光134传递。因此，虚拟影像被叠加在现实世界影像上或以其它方式与现实世界影像组合，以将增强现实(AR)和/或混合现实(MR)影像呈现给用户。
也如图1中所示出，渲染组件104包括一个或多个处理器(诸如图示的中央处理单元(CPU)138和图形处理单元(GPU)140和一个或多个存储组件(诸如系统存储器142)的集合，该一个或多个存储组件用以存储软件程序或其它可执行指令，这些软件程序或其它可执行指令由处理器138、140访问和执行，以便操纵处理器138、140中的一个或多个来执行如本文中所描述的各种任务。例如，这种软件程序包括渲染程序144以及眼追踪程序146，如下文所描述，该渲染程序包括用于渲染过程的可执行指令，该眼追踪程序包括用于眼追踪过程的可执行指令，也如下文所描述。
在操作时，渲染组件104接收来自本地或远程内容源150的渲染信息148，其中，渲染信息148表示图形数据、视频数据或表示将在显示器子系统102处渲染或显示的影像主题的对象或场景的其它数据。在执行渲染程序144的情况下，CPU 138使用渲染信息148向GPU140发送绘图指令，这些GPU进而利用绘图指令以使用各种公知的VR/AR/MR计算光场渲染过程中的任何过程来并行地渲染用于在左眼显示器110处显示的一系列光场帧151和用于在右眼显示器112处显示的一系列光场帧153。作为该渲染过程的一部分，CPU 138可以接收来自惯性管理单元(IMU)154的姿势信息151，藉此，姿势信息151表示显示器子系统102的当前姿势，且控制一对或多对光场帧151、153的渲染以反射来自当前姿势的对象或场景的视点。
为了进一步图示，图2描绘了根据一些实施例的示例背光光场显示器(诸如用于近眼显示系统100中的背光光场显示器)的横截面图200。如该视图中所示出，从透明背光134发射的光穿过透射显示面板136传递。在各种实施例中，透射显示面板136是透明空间光调制器(SLM)，其接收来自透明背光134的入射光。如本文中进一步讨论，当光透射通过SLM时，光的调制使得从透明背光134发射的光被复制和/或衍射，从而由于(例如，诸如由多次高衍射阶引起的)彩虹衍射效应而变得可见。
在一些实施例(诸如在图2中所图示)中，透射显示面板136包括嵌入式光栅202(或与透射显示面板136堆叠而不是嵌入在其中)，该嵌入式光栅用于补偿该衍射的影响。由于SLM本身调制入射光束的相位和/或强度(即，SLM本身充当一个光栅)，因此可以将透射显示面板136与光栅202的配对建模为堆叠的一对光栅(取决于由SLM执行的调制而为幅度或相位光栅)。因此，通过定向光栅202使得其相对于SLM移位并且具有与SLM相同的节距，高衍射阶被抵消，从而消除或减少了彩虹衍射效应的量。
在各种实施例中，曲面分束器126涂覆有幅度、光谱(即，基于波长)或偏振分束器涂层，诸如以具有反射性。穿过透射显示面板136的光线204由曲面分束器126反射。由曲面分束器126准直的反射光线206通过透射显示面板136和透明背光134往回传递，以被用户的眼睛132感知到。如所示出，反射光线206与虚拟对象208对应。尽管在图2中在曲面分束器126的场境(context)中进行描述，但本领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本公开的范围的情况下利用能够对来自透射显示面板136的入射光线204执行上述准直操作的光学元件。
在一些实施例中，分束器包括在衬底210上图案化衍射反射器，而不是利用具有物理曲面表面的曲面分束器126的阵列124，该阵列具有分束器涂层(并且嵌入在某一衬底210中)，如图2中所图示。相对于衬底嵌入式结构，非嵌入式光学元件还具有易于建构的优点。例如，可以在衬底210的面向显示面板的表面212上图案化(未示出)各种全息、厚/薄衍射、菲涅耳区结构或超材料(metamaterial)纳米光子阵列元件。类似于曲面分束器126，这种光学元件对于振幅、光谱(即，基于波长的)或偏振分束器行为进行操作。通常，根据各种实施例，分束器包括能够准直入射光束—无论通过反射、折射抑或衍射来进行准直—的任何光学元件。
来自现实世界(诸如用户所处和眼睛注视所导向的现实世界环境214)的光朝向眼睛132穿过分束器阵列124、透射显示面板136，并且然后穿过透明背光134传递。例如，与现实对象218相关联的光线216朝向眼睛132穿过分束器阵列124、透射显示面板136，并且然后穿过透明背光134传递。当光线204由分束器阵列124的分束器126朝向眼睛132重定向时，用户也感知到虚拟图像。因此，虚拟影像被叠加在现实世界影像上或以其它方式与现实世界影像组合，以将增强现实(AR)和/或混合现实(MR)影像呈现给用户。
图3A至3D图示了根据一些实施例的图1的近眼显示系统中的示例透明背光的横截面图。图3A的透明背光134包括平面波导302，来自光源304(诸如红绿蓝(RGB)LED)的光在该平面波导内进行全内反射。平面波导302耦合到全息出耦合器306，并且在光线入射到全息出耦合器306上时，光线从平面波导302中衍射出来而不是被全内反射。在另一实施例中，图3B的透明背光134包括透明衬底308(例如有机玻璃(plexiglass)或丙烯酸材料)，在该透明衬底上图案化了LED发射器310的稀疏阵列。类似地，在图3C的实施例中，透明背光134包括透明衬底308(例如有机玻璃或丙烯酸材料)，在该透明衬底上图案化了LED312。在该示例中，一对宽的LED 312从用户的视场之外向透射显示面板(未示出)的整个SLM提供光，而不是具有覆盖整个衬底308的稀疏阵列。图3D的实施例类似于图3A的实施例，其中透明背光134包括平面波导302，来自光源304(诸如红绿蓝(RGB)LED)的光在该平面波导内进行全内反射。然而，代替将平面波导302耦合到全息出耦合器306，平面波导302包括多个工程化表面缺陷314(例如，在图3D中图示为表面凸块，但是凹穴也是可操作的)。在光线入射到多个工程化表面缺陷314上时，光线从平面波导302中衍射出来，而不是被全内反射。因此，透明背光134提供用于虚拟影像生成的光的呈现，同时保持对用户透明。
图4A至4B图示了根据一些实施例的图1的近眼显示系统中的示例透射显示器的横截面图。图4A的透射显示面板402包括在透明SLM406(例如，图1至2的SLM 136)的一个或多个表面上图案化的微型小透镜404的阵列。如所图示，微型小透镜404定位成使得微型小透镜404配置为聚焦穿过SLM的光，诸如由透明背光134朝向分束器126发射的光408或从分束器126朝向用户的眼睛132反射的光410。应当认识到，由于例如限制透射显示面板402的填充因子的背板电子设备(未示出)的存在，少于由SLM 406和光栅414对形成的每个孔径412的整个表面积是在用的。然而，图案化像素级微型小透镜404使得达到SLM 406的光通过孔径412聚焦，从而改进了有效填充因子。
在其它实施例中，显示面板118包括单个光学元件，而不是包括透明背光134和透射显示面板136的两个离散光学元件。例如，图4B图示了透明有机发光二极管(OLED)显示面板416，其包括在透明衬底420的表面上图案化使得像素实际上发光的OLED 418的阵列。
图5是根据一些实施例的使用透射显示器的光场编码的图。在图5的示例中，透明背光134包括透明衬底502(例如有机玻璃或丙烯酸材料)，在该透明衬底上图案化了LED发射器504的稀疏阵列。每个LED发射器大约以曲面分束器126的节距间隔开。因此，如该视图中所示出，分束器阵列的每个曲面分束器126都充当到眼睛上的单独“投影仪”，其中，每个“投影仪”与一个或多个相邻投影仪重叠以在形成来自由显示面板118(例如透明背光134和透射显示面板136)显示的基元图像506的阵列的合成虚拟图像(由于基元图像在它们穿过眼睛132的透镜传递时重叠)。
如所示出，每个LED发射器504是特定颜色的RGB LED。由于每曲面分束器126具有一个LED发射器504的上述配置，所得的色场基元图像506也为RGB颜色中的一个中的每一个，使得使用毗邻色场基元图像对光场帧进行编码。RGB色场基元图像506实现了颜色的空间复用(而不是时间复用，这节省了帧速率。光场帧已经包含冗余像素，因此RGB分量分解允许使用相邻基元图像来提供不同的颜色信息，而不会明显降低分辨率。
RGB光场编码还具有更高的光子效率，由于每个RBG LED发射器504都是完全发光的，并且不包括例如吸收性拜耳滤光器，该吸收性拜耳滤光器执行子像素划分以通过波长范围过滤光。当使用吸收性滤光器传递光时，大约三分之二的光强度会被滤除以传递三种颜色中的一种。因此，由于信息吞吐量损失相对于使用吸收性滤光器的系统减少，因此使用色场基元图像的光场编码比基于滤光器的系统具有更高计算效率。
图6是根据一些实施例的用于光场显示器(诸如用于近眼显示系统100中的光场显示器)的示例双折射透镜阵列的透视图600的图。如该视图中所示出，从透明OLED显示面板616(例如，图4的透明OLED显示面板416)发射的光线602从线栅偏振器604反射。线栅偏振器604包括放置在平面中的许多平行的金属线(未示出)。线栅偏振器604主要反射非透射偏振，并且用作偏振分束器。
例如，在一个实施例中，从透明OLED显示面板616发射的光线602在竖直方向上偏振(即，在S波方向上偏振)。具有与金属线平行对准的电场的分量的电磁波将引起电子沿着线的长度移动。由于电子在该方向上自由移动，因此偏振器在反射光时以与金属的表面类似的方式起作用，并且将波反射。然而，对于具有垂直于金属线的电场的电磁波，电子不能在每个线的宽度上移动太远。因此，几乎没有能量反射，并且入射波穿过而没有反射。线栅偏振器604因此像针对垂直偏振的镜子一样操作并且使水平偏振光透过。在另一实施例中，从透明OLED显示面板616发射的光线602在水平方向上偏振(即，在P波方向上偏振)。因此，该实施例中的线栅偏振器604使其金属线旋转九十度，使得线栅偏振器604像针对水平偏振的镜子一样操作并且使竖直偏振光透过。
现实世界606(例如用户所处的现实世界环境)中的光大体上是非偏振的，并且具有S波和P波状态的相等分量。因此，现实世界606中的处于P波状态(即水平偏振)的光穿过线栅偏振器604。现实世界606中的处于S波状态(即竖直偏振)的光从线栅偏振器604的面向现实世界的表面608反射回到周围的现实世界环境。然而，这种情况导致损失传递到用户的眼睛132的世界光的量的一半。
近眼显示系统还包括定位于用户的眼睛132和透明OLED显示面板616之间的双折射透镜阵列610。在一些实施例中，双折射透镜阵列610包括具有液晶分子的双折射透镜612，这些液晶分子定向成形成具有取决于光的偏振和传播方向的折射率的双折射材料。尽管此处在液晶双折射透镜的场境中具体描述，但是可以在不脱离本公开的范围的情况下使用任何双折射材料。例如，在其它实施例中，双折射透镜阵列610包括双折射透镜612，这些双折射透镜包括工程化成表现出双折射的纳米光子或超材料。
双折射透镜612用作针对一个偏振态的准直透镜，并且使光穿过而不针对另一偏振态弯折。特别地，如图6中所示出，双折射透镜612传递水平偏振世界光614(即，P波状态)。因此，水平偏振世界光614不受干扰地穿过所有线栅偏振器604、透明OLED显示面板616和双折射透镜阵列610，从而使得眼睛132能够在没有光学干扰的情况下感知到现实世界606。相反，如图6中所示出，双折射透镜612对竖直偏振光602(即，S波状态)进行准直。因此，在从OLED显示面板616发射并由线栅偏振器604反射之后，竖直偏振光602被准直并且作为覆盖现实世界影像的虚拟影像呈现给眼睛132。
应当认识到，本文中所描述的系统包括被编码的光两次穿过SLM的实施例(例如，如相对于图2和6更详细地描述)。例如，当追踪由图2中的一个像素发射的光子的路径时，来自该像素的光线204以光锥形式行进。光线204达到曲面分束器126，并且随后被大致准直来朝向的眼睛132往回反射。因此，该一个像素的光(包含图像数据)在傅立叶空间中与其邻近像素的光复用，这可能会产生在本文中称为“双程重建伪像”的重建伪像。
在一些实施例中，通过减小在源图像的中央区中编码的源图像的对比度来减小双程重建伪像的可感知性。例如，在色场基元图像中的每一个的中央部分中减小对比度，同时在每个基元图像的边缘处将对比度减小的量逐渐减小到原始源图像对比度。通过减小每个基元图像中的中央像素组的对比度，减小了所得光场帧中的双程重建伪像的可感知性。
在不同的实施例中，为了避免图6的光线602的双重路径(即，既离开又进入OLED显示面板616)，图7图示了根据一些实施例的用于光场显示器(诸如用于近眼显示系统100中的光场显示器)的示例可变偏振旋转器的透视图700的图。图6的实施例将OLED显示面板616定位在距双折射透镜阵列610一半焦距的距离处并且使光线602从线栅偏振器604反射，这可能导致双重路径伪影问题。与之不同，图7中的实施例将OLED显示面板616定位在距双折射透镜阵列610一半焦距的距离处。
如图7中所示出，近眼显示系统包括类似于图6中的线栅偏振器604的第一线栅偏振器的第一线栅偏振器704a。第一线栅偏振器704a过滤现实世界706中的光，使得水平偏振光(即，P波状态)穿过第一线栅偏振器704a，而竖直偏振光(即，S波状态)从第一线栅偏振器704a的面向现实世界的表面708反射回到周围的现实世界环境。水平偏振世界光714(即，P波状态)在没有光学干扰的情况下穿过双折射透镜阵列710的双折射透镜712。随后，水平偏振世界光714穿过第二线栅偏振器704b并不受影响地到达眼睛132。
然而，从OLED显示面板616发射的光线702是非偏振光，并且具有S波和P波状态两者的分量。非偏振光线702的一半由双折射透镜阵列710折射(即，竖直偏振的S波状态光)，并且非偏振光线702的一半(即，水平偏振的P波状态光)类似于水平偏振世界光714的传递穿过。水平偏振的P波状态光线表示虚拟影像的离焦光，可变半波片716阻挡该离焦光。可变半波片716用作偏振旋转器，使得非偏振光线702的偏振被旋转。以此方式，包含期望的虚拟影像数据的先前竖直偏振的S波状态光被旋转到P波状态，使得该先前竖直偏振的S波状态光可以穿过第二线栅偏振器704b并到达眼睛132以被感知为覆盖现实世界影像的虚拟影像。与之不同，表示离焦光的先前水平偏振的P波状态光被旋转到S波状态，使得阻挡该先前水平偏振的P波状态光到达眼睛132。因此，主动地控制可变半波片716以将其工作时间的一部分(例如，大约一半)专用于传递现实世界706影像，并且将其工作时间的另一部分(例如，再次大约一半)专用于调制并传递虚拟世界影像。
在一些实施例中，上文所描述的技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器来实施。软件包括一个或多个可执行指令集，其存储或以其它方式有形地体现在非暂时性计算机可读存储介质上。软件可以包括在由一个或多个处理器执行时操纵一个或多个处理器以执行上文所描述的技术的一个或多个方面的指令和某些数据。例如，非暂时性计算机可读存储介质可以包括磁盘或光盘存储装置、固态存储装置(诸如闪速存储器、缓存、随机存取存储器(RAM)或一个或多个其它非易失性存储器装置)等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令可呈源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解译或可以其它方式执行的其它指令格式的形式。
计算机可读存储介质可以包括在使用期间可由计算机系统访问以向计算机系统提供指令和/或数据的任何存储介质或存储介质的组合。这种存储介质可以包括但不限于光学介质(例如光盘(CD)、数字通用磁盘(DVD)、蓝光光盘)、磁性介质(例如软盘、磁带或磁性硬盘驱动器)、易失性存储器(例如随机存取存储器(RAM)或缓存)、非易失性存储器(例如只读存储器(ROM)或闪速存储器)或基于微机电系统(MEMS)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入于计算系统(例如系统RAM或ROM)中，可固定地附接至计算系统(例如磁性硬盘驱动器)，可拆卸地附接至计算系统(例如光盘或基于通用串行总线(USB)的闪速存储器)，或经由有线或无线网络(例如网络可访问存储装置(NAS))耦合至计算机系统。
注意，并不需要上文在一般描述中所描述的所有活动或元件，可能不需要特定活动或装置的一部分，且除了上文所描述的活动和元件之外，还可以执行一个或多个其它活动或可以包括一个或多个其它元件。又进一步地，列举活动的次序不必是执行活动的次序。同样，已经参考特定实施例来描述概念。然而，本领域的普通技术人员应了解，在不脱离如以下权利要求书中所阐述的本公开的范围的情况下，可进行各种修改和改变。因此，说明书和附图都应该理解为示意性的，而非限制性的，并且所有这种修改都旨在被包括在本公开的范围内。
上文已经关于特定实施例来描述益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或者解决方案出现或变得更加明显的任何特征都不应解释为任何或所有权利要求的关键性、所需或必要的特征。此外，上文所公开的具体实施例仅为示意性的，因为可以以对于受益于本文中教导的本领域的技术人员而言显而易见的不同但等效的方式来修改和实践所公开主题。除了如下文权利要求书中所描述之外，不旨在限制于本文中所示出的建构或设计的细节。因此，明显的是，可以更改或修改上文所公开的具体实施例，且将所有这种变型视为在所公开主题的范围内。因此，本文中所寻求的保护如下文权利要求书中所阐述。

Claims (20)

1.一种近眼显示系统，包括：
透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，所述透射显示面板是对光透明的；以及
分束器阵列，用以准直所述近眼光场帧的光线，以供呈现给用户的眼睛。
2.根据权利要求1所述的近眼显示系统，所述透射显示面板包括：
透明背光；以及
透明空间光调制器SLM，所述透明空间光调制器SLM在透射到所述分束器阵列之前从所述透明背光接收光线。
3.根据权利要求2所述的近眼显示系统，其中，所述透明空间光调制器还包括嵌入在所述空间光调制器内的光栅，所述光栅被配置为抵消由通过所述透明空间光调制器的光透射引起的高阶衍射波长。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的近眼显示系统，所述透明背光包括：
平面波导，所述平面波导接收来自光源的光线；以及
全息出耦合器，所述全息出耦合器被配置为将所述光线衍射出所述平面波导，以供透射到所述透明空间光调制器。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的近眼显示系统，所述透明背光包括：
平面波导，所述平面波导接收来自光源的光线，其中，所述平面波导包括多个表面缺陷，所述表面缺陷被配置为将所述光线衍射出所述平面波导，以供透射到所述透明空间光调制器。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的近眼显示系统，所述透明背光包括：
单色LED发射器的阵列，所述单色LED发射器的阵列被图案化在透明衬底的面向SLM的表面上。
7.根据权利要求6所述的近眼显示系统，其中，所述阵列被布置为使得所述单色LED发射器中的每一个大致以所述分束器阵列中的分束器的节距而间隔开。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的近眼显示系统，其中，所述基元图像的阵列中的每个基元图像与从所述单色LED发射器中的单独一个发射的光相对应。
9.一种近眼显示系统，包括：
透射显示面板，用以显示包括基元图像的阵列的近眼光场帧，其中，所述透射显示面板是对光透明的；以及
双折射透镜阵列，用以准直所述近眼光场帧的光线，以供呈现给用户的眼睛。
10.根据权利要求9所述的近眼显示系统，其中，所述透射显示面板被配置为远离所述用户的眼睛并且朝向线栅偏振器透射所述近眼光场帧的光线，并且进一步其中，所述线栅偏振器被配置为将第一偏振态的光线朝向所述透射显示面板往回反射。
11.根据权利要求10所述的近眼显示系统，其中，所述透射显示面板被配置为在将所述第一偏振态的所反射的光线呈现给所述用户的眼睛之前进行传递，以供透射到所述双折射透镜阵列以用于准直。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的近眼显示系统，其中，所述线栅偏振器被配置为向所述透射显示面板透射第二偏振态的、源自现实世界环境的光线。
13.根据权利要求12所述的近眼显示系统，其中，所述透射显示面板被配置为传递所述第二偏振态的所述光线以供透射到所述双折射透镜阵列，并且进一步其中，所述双折射透镜阵列和所述线栅偏振器两者在不改变所述第二偏振态的所述光线的行进路径的情况下传递所述第二偏振态的所述光线以供呈现给所述用户的眼睛。
14.根据权利要求9至13中的任一项所述的近眼显示系统，其中，所述透射显示面板被配置为在呈现给所述用户的眼睛之前朝向所述用户的眼睛并且朝向双折射透镜阵列透射所述近眼光场帧的光线以供准直。
15.根据权利要求14所述的近眼显示系统，其中，由所述透射显示面板透射的所述光线的第一部分包括由所述双折射透镜阵列折射的、表示期望的虚拟影像数据的第一偏振态的光线，并且进一步其中，由所述透射显示面板透射的所述光线的第二部分包括传递穿过所述双折射透镜阵列而不改变行进路径的、表示离焦影像数据的第二偏振态的光线。
16.根据权利要求15所述的近眼显示系统，还包括：
第二线栅偏振器，所述第二线栅偏振器定位成接近于所述用户的眼睛；以及
可变半波片，所述可变半波片定位于所述第二线栅偏振器与所述双折射透镜阵列之间，其中，所述可变半波片被配置为使从所述双折射透镜阵列接收到的光线的所述第二偏振态旋转。
17.根据权利要求16所述的近眼显示系统，其中，所述可变半波片使所述第一偏振态的所述光线的所述第一部分旋转到所述第二偏振态，使得所述期望的虚拟影像数据能够传递穿过所述第二线栅偏振器以供呈现给所述用户的眼睛。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的近眼显示系统，其中，所述可变半波片使所述第二偏振态的所述光线的所述第二部分旋转到所述第一偏振态，使得由所述第二线栅偏振器阻挡离焦影像数据到达所述用户的眼睛。
19.一种渲染系统，包括：
至少一个处理器；以及
存储组件，用以存储可执行指令集，所述可执行指令集被配置为操纵所述至少一个处理器以渲染包括基元图像的阵列的集成光场帧，所述可执行指令集进一步被配置为操纵所述至少一个处理器以基于色场基元图像的空间复用来对所述集成光场帧进行编码。
20.根据权利要求19所述的渲染系统，其中，所述可执行指令集被配置为操纵所述至少一个处理器通过以下操作来调整所述集成光场帧：
减小所述色场基元图像中的每一个的中心部分的对比度，以减小双程重建伪像的可感知性。
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