CN114072723A - 用于减轻透视像素阵列中的伪影的几何形状 - Google Patents

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Abstract

所公开的是用于减少由光学透射显示器产生的伪影的调光组件和显示系统。系统可包括衬底，在该衬底上设置多个电子部件。电子部件可包括多个像素、多个导体、和多个电路模块。多个像素可以被布置在为二维阵列，其中，每个像素具有与具有至少一个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状。多个导体可以被布置为与多个像素相邻。系统还可包括被电耦接到多个导体的控制电路。控制电路可被配置为通过多个导体向多个电路模块施加电信号。

Description

用于减轻透视像素阵列中的伪影的几何形状
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月5日提交的题为“GEOMETRIES FOR MITIGATINGARTIFACTS IN SEE-THROUGH PIXEL ARRAYS(用于减轻透视像素阵列中的伪影的几何形状)”的美国临时专利申请No.62/870,896的优先权的权益，其整体内容用于所有目的通过引用并入本文。
本申请通过引用并入以下各专利申请中的每一个的整体内容：于2017年4月5日提交的、于2017年10月12日公开为美国公开No.2017/0293141的序列号为15/479,700的美国专利申请；于2018年8月31日提交的题为SPATIALLY-RESOLVED DYNAMIC DIMMING FORAUGMENTED REALITY DEVICE(用于增强现实设备的空间分辨动态调光)的序列号为62/725,993的美国临时专利申请；于2018年9月14日提交的题为SYSTEMS AND METHODS FOREXTERNAL LIGHT MANAGEMENT(用于外部光管理的系统和方法)的序列号为62/731,755的美国临时专利申请；以及于2019年6月6日提交的题为SPATIALLY-RESOLVED DYNAMIC DIMMINGFOR AUGMENTED REALITY DEVICE(用于增强现实设备的空间分辨动态调光)的序列号为62/858,252的美国临时专利申请。
背景技术
现代计算和显示技术已经促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其，中数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或者“VR”场景典型地包含数字或者虚拟图像信息的呈现，而无需对其他实际现实世界视觉输入透明；增强现实或者“AR”场景典型地包含数字或者虚拟图像信息的呈现作为用户周围的实际世界的可视化的增强。
尽管在这些显示技术中取得进步，但是在本领域中需要涉及增强现实系统，特别地，显示系统，的经改进的方法、系统、和设备。
发明内容
本公开通常涉及用于在各种各样的环境光条件中改进光学系统的技术。更特别地，本公开的实施例提供了用于操作增强现实(AR)设备的系统和方法，该增强现实(AR)设备包括减少归因于现实世界光源的伪影的调光元件。尽管本公开参考AR设备进行描述，但是本公开适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。
下面参考一系列示例提供本发明的综述。如下文所使用的，对一系列示例的任何引用将被理解为分离地对那些示例中的每一个的引用(例如，“示例1-4”将被理解为“示例1、2、3、或4”)。
示例1是一种调光组件，包括：光学透射衬底，在其上设置了多个电子部件，电子部件包括：多个电极，其彼此间隔地被布置为二维阵列，其中，所述多个电极中的每一个具有与具有多个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状；多个导体，其与所述多个电极相邻地被配置为二维晶格，其中，所述多个导体中的每一个沿着符合来自多个电极的相邻电极的二维几何形状的弯曲路径；以及多个电路模块，其与所述多个电极相邻地被布置为二维阵列，其中，多个电路模块中的每一个被电耦接到(i)来自所述多个电极的相应电极，以及(ii)来自所述多个导体的相应的一对导体；平面电极层，其被定位以与多个电极对准；一个或多个层，其被定位在光学透射衬底与所述平面电极层之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层；以及控制电路，其被电耦接到所述多个导体和所述平面电极层，所述控制电路被配置为通过所述多个导体向所述多个电路模块施加电信号，以分别在所述平面电极层与二维阵列中的所述多个电极中的一个或多个之间选择性地生成一个或多个电场。
示例2是一种显示系统，包括：衬底，在其上设置了多个电子部件，所述电子部件包括：多个像素，其被布置为二维阵列，其中，所述多个像素中的每一个具有与具有至少一个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状；多个导体，其被布置为与所述多个像素相邻；以及多个电路模块，其被布置为与所述多个像素相邻，其中，所述多个电路模块中的每一个被电耦接到来自所述多个像素的相应像素和来自所述多个导体的至少一个导体；以及控制电路，其被电耦接到多个导体，所述控制电路被配置为通过所述多个导体向所述多个电路模块施加电信号。
示例3是根据示例2所述的显示系统，其中，所述多个导体中的每一个沿着符合来自所述多个像素的相邻像素的二维几何形状的弯曲路径。
示例4是根据示例2至3所述的显示系统，其中，所述衬底是光学透射衬底。
示例5是根据示例2至4所述的显示系统，其中，所述多个像素是多个电极。
示例6是根据示例2至5所述的显示系统，还包括：平面电极层，其被定位以与所述多个像素对准。
示例7是根据示例2至6所述的显示系统，还包括：一个或多个层，其被定位在所述衬底与所述平面电极层之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层。
示例8是根据示例2至7所述的显示系统，其中，所述控制电路进一步被电耦接到所述平面电极层。
示例9是根据示例2至8所述的显示系统，其中，所述控制电路被配置为通过多个导体向所述多个电路模块施加电信号，以分别在所述平面电极层与所述二维阵列中的所述多个像素中的一个或多个之间选择性地生成一个或多个电场。
示例10是根据示例2至9所述的显示系统，其中，所述多个电路模块中的每一个被电耦接到来自多个导体的一对导体。
示例11是根据示例2至10所述的显示系统，其中，每一个所述形状包括多个弯曲侧边。
示例12是根据示例2至11所述的显示系统，其中，所述多个像素构成特定曲面细分。
示例13是一种显示系统，包括：第一光学透射衬底，在其上设置第一组一个或多个电极；第二光学透射衬底，在其上设置第二组一个或多个电极；一个或多个层，其被定位在所述第一组一个或多个电极与所述第二组一个或多个电极之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层；大量材料，其在第二光学透射衬底之上被设置成特定几何图案，所述特定几何图案包括多个弯曲段；以及控制电路，其被电耦接到所述第一组一个或多个电极和所述第二组一个或多个电极，所述控制电路被配置为向所述第一组一个或多个电极和/或所述第二组一个或多个电极施加电信号，以选择性地跨越所一个或多个层生成一个或多个电场。
示例14是根据示例13所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个被设置为与来自所述第一组一个或多个电极或所述第二组一个或多个电极的相应电极的边缘对准。
示例15是根据示例13至14所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个所对准的所述相应电极的边缘具有弯曲的几何形状。
示例16是根据示例13至15所述的显示系统，其中，所述弯曲的几何形状是半圆、蛇形、正弦、或其组合。
示例17是根据示例13至16所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个所对准的相应电极的边缘对应于小于或等于值1.02的弯曲值。
示例18是根据示例13至17所述的显示系统，其中，被设置在所述第二光学透射衬底之上的所述大量材料包括大量树脂或铬。
示例19是根据示例13至18所述的显示系统，其中，所述特定几何图案的点扩展函数(PSF)对应于艾里图案。
示例20是根据示例13至19所述的显示系统，其中，所述特定几何图案对应于特定曲面细分。
示例21是一种显示系统，包括：第一驱动电路；第二驱动电路；光学透射衬底；电子部件，其被设置在光学透射衬底上，该电子部件包括：多个电极，其被布置为二维阵列，该多个电极中的每一个具有与具有多个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状，其中，多个电极彼此间隔地被布置为二维阵列，以便在它们之间限定多个弯曲通道；多个导体，其被分别分布为贯穿多个弯曲通道，其中，每个导体被布置在多个弯曲通道中的相应弯曲通道内并且跨越相应弯曲通道的长度，其中，多个导体包括：第一组导体，其电被耦接到第一驱动电路；第二组导体，其被电耦接到第二驱动电路；多个电路模块，其布置在多个弯曲通道内；其中，每个电路模块通过多个导体中的两个被电耦接到(i)多个电极中的相应电极，以及(ii)第一驱动电路和第二驱动电路；以及多个层，其被布置为与光学透射衬底相邻，该多个层包括：平面电极层，其被定位以与多个电极对准。
示例22是显示系统，其中，与每个电极的二维几何形状相对应的形状包括曲面细分的形状。
示例23是根据示例21至22所述的显示系统，其中，与每个电极的二维几何形状相对应的形状的多个弯曲侧边包括至少一个凸弯曲侧边和至少一个凹弯曲侧边。
示例24是根据示例21至23所述的显示系统，其中，多个弯曲通道中的至少一个是蛇形形状。
示例25是根据示例21至24所述的显示系统，其中，具有弯曲值的多个弯曲通道中的至少一个大于或等于值1.02。
示例26是根据示例21至25所述的显示系统，其中，弯曲值大于或等于值1.04。
示例27是根据示例21至26所述的显示系统，其中，弯曲值大于或等于值1.1。
示例28是根据示例21至27所述的显示系统，其中，弯曲值大于或等于值1.2。
示例29是根据示例21至28所述的显示系统，其中，弯曲值大于或等于值1.35。
示例30是根据示例21至29所述的显示系统，其中，弯曲值大于或等于值1.5。
示例31是根据示例21至30所述的显示系统，其中，多个弯曲通道中的至少一个是正弦形状。
示例32是根据示例21至31所述的显示系统，其中，每个电路模块包括至少一个晶体管。
示例33是根据示例21至32所述的显示系统，其中，至少一个晶体管包括薄膜晶体管(TFT)。
示例34是根据示例21至33所述的显示系统，其中，至少一个晶体管包括：栅极端，其被电耦接到第一驱动电路；源极端，其被电耦接到第二驱动电路；以及漏极端，其被电耦接到多个电极中的相应电极。
示例35是根据示例21至34所述的显示系统，其中，至少一个晶体管被定位在多个弯曲通道中的两个或两个以上的交点处。
示例36是根据示例21至35所述的显示系统，其中，多个层还包括：一个或多个液晶层，其被定位在光学透射衬底与平面电极层之间。
示例37是根据示例21至36所述的显示系统，还包括：偏振器对，其中，光学透射衬底和多个层被定位在偏振器对之间。
示例38是根据示例21至37所述的显示系统，其中，多个层还包括：一个或多个有机发光层，其被定位在光学透射衬底与平面电极层之间。
示例39是根据示例21至38所述的显示系统，其中，多个电极和平面电极层由氧化铟锡(ITO)制成。
示例40是根据示例21至39所述的显示系统，其中，光学透射衬底包括玻璃衬底。
示例41是根据示例21至40所述的显示系统，其中，多个弯曲通道包括：第一组弯曲通道，其彼此不相交；第二组弯曲通道，其彼此不相交；其中，该第二组弯曲通道的至少一部分与该第一组弯曲通道的至少一部分相交。
示例42是根据示例21至41所述的显示系统，其中，第一组导体被布置在第一组弯曲通道内，并且第二组导体被布置在第二组弯曲通道内。
示例43是根据示例21至42所述的显示系统，其中，第一组导体和第二组导体彼此绝缘。
示例44是根据示例21至43所述的显示系统，其中，第一驱动电路和第二驱动电路中的一者或两者被形成在光学透射衬底上。
本公开通过常规技术实现了许多益处。例如，本文所描述的实施例降低了由透视显示系统中的像素化调光元件产生的衍射尖峰的显著性。此外，本文所描述的调光技术通过全局调光和/或选择性调光到达用户眼睛的环境光，允许AR设备在从黑暗室内到明亮室外的大范围光照水平中使用。通过使用像素化调光器将世界光衰减大于99％，本公开的实施例进一步允许单个设备中的AR和虚拟现实(VR)能力。本公开的其他益处对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
图1示出了如通过可穿戴AR设备观看的增强现实(AR)场景。
图2A示出了AR设备的各种特征。
图2B示出了基于检测到的光信息确定调光区的AR设备的示例。
图2C示出了基于虚拟图像确定调光区的AR设备的示例。
图2D示出了基于注视信息确定调光区的AR设备的示例。
图3示出了示例可穿戴系统的示意图。
图4示出了用于操作光学系统的方法。
图5示出了具有目镜和像素化调光元件的AR设备。
图6示出了可控调光组件的侧视图。
图7A至图7C示出了如使用各种技术捕获的场景的示例图像。
图8A和图8B分别示出了像素的示例阵列和对应的点扩展函数。
图9A和图9B分别示出了像素的示例阵列和对应的PSF。
图10描绘了用于透视显示系统的示例光学透射空间光调制器或显示器。
图11描绘了示例弯曲的几何形状。
图12A描绘了包括像素电极、电路模块、和导体的示例像素布局。
图12B描绘了包括像素电极、电路模块、和导体的示例像素布局。
图13A描绘了用于透视显示系统的光学透射空间光调制器或显示组件的一部分的剖视图。
图13B描绘了用于透视显示系统的光学透射空间光调制器或显示组件的一部分的剖视图。
图14A、图14B、图14C和图14D示出了示例弯曲的几何形状。
图15示出了示例像素布局和对应的PSF。
图16示出了示例像素布局和对应的PSF。
图17示出了示例像素布局的一部分。
图18A和图18B示出了可用于减少“屏蔽门”伪影的像素布局的各种示例倾斜配置。
图19示出了示出不同倾斜配置对“屏蔽门”伪影的可见性的影响的示例图。
图20示出了示出用于不同倾斜配置的“屏蔽门”伪影的可见性的示例图像。
图21示出了示例像素布局。
具体实施方式
关于光学透视增强现实(AR)设备的一个挑战是在不同的环境光条件下虚拟内容的不透明度和/或可见性的变化。在极端光照条件下，诸如完全黑暗的房间或明亮阳光的室外，问题会恶化。一种解决方案是在AR设备的视场内的不同空间位置处将世界光调暗。应用调光的视场部分和应用的调光量可以各自基于AR设备检测到的各种信息来确定。该信息可包括检测到的环境光、检测到的注视信息、和/或检测到的亮度或正在投射的虚拟内容的位置。
对于采用具有像素阵列的光学透射显示器的调光系统，诸如光学透射可控调光组件、光学透射液晶显示器(LCD)、和/或光学透射有机发光二极管(OLED)显示器，用户可以观察到现实世界中的各种光源发出的尖峰或条纹。更特别地，光学透射空间光调制器或显示器中的像素阵列可凭借其几何形状以类似于“十字屏”或“星形”摄影滤光片的方式与光相互作用，使得在现实世界中的光源周围产生明显数量的衍射尖峰。
本文所描述的实施例提供了降低由透视显示系统中的光学透射空间光调制器或显示器产生的衍射尖峰的显著性的技术。在一些实施例中，提供具有弯曲的几何形状的像素的调光组件。每个像素可包括具有至少一个弯曲侧边的形状的电极。像素可形成被设置到光学透射衬底上的二维阵列。调光组件还可包括穿过像素阵列并粘附于特定弯曲的几何形状的导体。被电耦接到像素阵列的控制电路可应用电信号以跨越调光组件的各个层生成电场。
图1示出了根据一些实施例的如通过可穿戴AR设备观看的AR场景100。描绘了AR场景100，其中，AR技术的用户看到以诸如人、树、建筑的背景中的各种现实世界对象130和现实世界混凝土平台120为特征的现实世界公园状的设置106。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他们“看到”了站在现实世界混凝土平台120上的各种虚拟对象102诸如机器人雕像102-2，以及飞行的卡通状的化身角色102-1，似乎是大黄蜂的化身，即使这些元素(角色102-1和雕像102-2)在现实世界中不存在。由于人类视觉感知和神经系统的极端复杂性，因此产生促进其他虚拟或现实世界影像元素中间的虚拟图像元素的舒适的、感觉自然的、丰富呈现的虚拟现实(VR)或AR技术是具挑战性的。
图2A示出了根据本公开的一些实施例的AR设备200的各种特征。在一些实施例中，AR设备200可以包括目镜202和动态调光器203，在AR设备200处于非活动模式或关闭模式时，动态调光器203被配置为透明或半透明的，使得用户在通过目镜202和动态调光器203观看时可以观看一个或多个世界对象230。如图所示，目镜202和动态调光器203可以被以并排配置布置，并且可以形成用户在通过目镜202和动态调光器203观看时看到的系统视场。在一些实施例中，系统视场被定义为由目镜202和动态调光器203中的一者或两者占据的整个二维区域。尽管出于简洁的目的，图2A示出了单个目镜202和单个动态调光器203，但是应当理解，AR设备200可以包括两个目镜和两个动态调光器，用户的每只眼睛一个。
在操作期间，动态调光器203可被调整以降低入射在动态调光器203上的与世界对象230相关联的世界光232的强度，从而在系统视场内产生调光区236。调光区236可以是系统视场的一部分或子集，并且可以被部分或完全调暗。动态调光器203可以被根据用于调光区236的多个空间分辨调光值进行调整。此外，在AR设备200的操作期间，投影仪214可将虚拟图像光222(即，与虚拟内容相关联的光)投射到目镜202上，该目镜202可由用户连同世界光232一起观察。
将虚拟图像光222投射到目镜202上可使得将光场(即，虚拟内容的角表示)以某种方式投射到用户的视网膜上，使得用户将对应的虚拟内容感知为被定位在用户的环境内的某个位置处。例如，由目镜202耦出的虚拟图像光222可以使得用户将角色202-1感知为被定位在第一虚拟深度平面210-1处，并且将雕像202-2感知为被定位在第二虚拟深度平面210-2处。用户连同与一个或多个世界对象230(诸如平台120)相对应的世界光232一起感知虚拟内容。
在一些实施例中，AR设备200可包括环境光传感器234，该环境光传感器234被配置为检测世界光232。环境光传感器234可以被定位为使得由环境光传感器234检测的世界光232类似于和/或表示照射在动态调光器203和/或目镜202上的世界光232。在一些实施例中，环境光传感器234可以被配置为检测与动态调光器203的不同像素相对应的多个空间分辨光值。在这些实施例中，环境光传感器234例如可与成像传感器(例如，CMOS、CCD等)或多个光电二极管(例如，采用阵列或另一空间分布布置)相对应。在一些实施例中，或者在相同实施例中，环境光传感器234可以被配置为检测与世界光232的平均光强度或单个光强度相对应的全局光值。在这些实施例中，环境光传感器234例如可与一组一个或多个光电二极相对应管。构想了其他可能性。
图2B示出了基于与世界光232相对应的检测到的光信息来确定调光区236的AR设备200的示例。特别地，环境光传感器234可以检测与太阳相关联的世界光232，并且可以进一步检测与太阳相关联的世界光232传播通过AR设备200的系统视场的方向和/或部分。作为响应，动态调光器203可被调整以将调光区236设置为覆盖与检测到的世界光相对应的系统视场的一部分。如图所示，动态调光器203可被调整以以比调光区236的末端更大的量降低调光区236的中心处的世界光232的强度。
图2C示出了基于虚拟图像光222确定调光区236的AR设备200的示例。特别地，可以基于根据用户观察虚拟图像光222产生的由用户感知的虚拟内容来确定调光区236。在一些实施例中，除了其他可能性，AR设备200可以检测包括虚拟图像光222的位置(例如，用户通过其感知虚拟内容的动态调光器203内的位置)和/或虚拟图像光222的亮度(例如，感知的虚拟内容的亮度和/或在投影仪214处生成的光的亮度)的图像信息。如图所示，动态调光器203可被调整以将调光区236设置为覆盖与虚拟图像光222相对应的系统视场的一部分，或者，可替代地，在一些实施例中，调光区236可以覆盖不与虚拟图像光222对准的系统视场的一部分。在一些实施例中，可以基于由环境光传感器234检测到的世界光232和/或虚拟图像光222的亮度来确定调光区236的调光值。
图2D示出了基于与用户的眼睛相对应的注视信息来确定调光区236的AR设备200的示例。在一些实施例中，注视信息包括用户的注视向量238和/或动态调光器203的像素位置，在该像素位置处，注视向量238与动态调光器203相交。如图所示，动态调光器203可被调整以将调光区236设置为覆盖与注视向量238与动态调光器203之间的交点(或相交区域)相对应的系统视场的一部分，或者，可替代地，在一些实施例中，调光区236可以覆盖与注视向量238与动态调光器203之间的交点(或相交区域)不对应的系统视场的一部分。在一些实施例中，可以基于由环境光传感器234检测到的世界光232和/或虚拟图像光222的亮度来确定调光区236的调光值。在一些实施例中，注视信息可由安装到AR设备200的眼睛跟踪器240检测。
图3示出了根据本公开的一些实施例的示例可穿戴系统300的示意图。可穿戴系统300可包括可穿戴设备301和至少一个远程设备303，该远程设备303远离可穿戴设备301(例如，单独的硬件，但是被通信地耦接)。如参考图3所描述的可穿戴设备301可与如上文参考图2A至图2D所描述的AR设备200相对应。当可穿戴设备301由用户穿戴(通常作为头戴装置)时，远程设备303可由用户握持(例如，作为手持式控制器)或以各种配置安装，诸如被固定地附接到框架、被固定地附接到由用户穿戴的头盔或帽子、被嵌入在耳机中、或以其他方式被可移除地附接到用户(例如，采用背包型配置、采用腰带耦接型配置等)。
可穿戴设备301可包括以并排配置布置并且构成左光学堆叠的左目镜302A和左动态调光器303A。类似地，可穿戴设备301可包括以并排配置布置并且构成右光学堆叠的右目镜302B和右动态调光器303B。左光学堆叠和右光学堆叠中的每一个还可以包括各种透镜，诸如光学堆叠的用户侧的调节透镜以及光学堆叠的世界侧的补偿透镜。
在一些实施例中，可穿戴设备301包括一个或多个传感器，包括但不限于：面向左前的世界相机306A，其被直接地附接到左目镜302A或在左目镜302A附近；面向右前的世界相机306B，其被直接地附接到右目镜302B或在右目镜302B附近；面向左侧的世界相机306C，其被直接地附接到左目镜302A或在左目镜302A附近；面向右侧的世界相机306D，其被直接地附接到右目镜302B或在右目镜302B附近；左眼跟踪相机326A，其指向左眼；右眼跟踪相机326B，其指向右眼；以及深度传感器328，其被附接在目镜302之间。可穿戴设备301可以包括一个或多个图像投射设备，诸如左投影仪314A，其被光学链接到左目镜302A，以及右投影仪314B，其被光学链接到右目镜302B。
可穿戴系统300可包括用于在系统内收集、处理和/或控制数据的处理模块350。处理模块350的部件可以被分布在可穿戴设备301与远程设备303之间。例如，处理模块350可包括可穿戴系统300的可穿戴部分上的本地处理模块352和与本地处理模块352物理分离并且被通信地链接到本地处理模块352的远程处理模块356。本地处理模块352和远程处理模块356中的每一个可以包括一个或多个处理单元(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等)和一个或多个存储设备，诸如非易失性存储器(例如，闪存)。
处理模块350可以收集由可穿戴系统300的各种传感器捕获的数据，各种传感器诸如相机306、眼睛跟踪相机326、深度传感器328、远程传感器330、环境光传感器、麦克风、惯性测量单元(IMU)、加速计、罗盘、全球导航卫星系统(GNSS)单元、无线电设备、和/或陀螺仪。例如，处理模块350可以从相机306接收一个或多个图像320。特别地，处理模块350可以从面向左前的世界相机306A接收一个或多个左前图像320A，从面向右前的世界相机306B接收一个或多个右前图像320B，从面向左侧的世界相机306C接收一个或多个左侧图像320C，以及从面向右侧的世界相机306D接收一个或多个右侧图像320D。在一些实施例中，一个或多个图像320可包括单个图像、一对图像、包括图像流的视频、包括成对图像流的视频等。一个或多个图像320可以在可穿戴系统300通电时被周期性地生成并被发送到处理模块350，或者可以被响应于由处理模块350向相机中的一个或多个发送的指令而生成。
相机306可以被沿着可穿戴设备301的外表面在各种位置和取向上配置，以便捕获用户周围的图像。在一些实例中，相机306A、306B可以被分别地定位以捕获与用户的左右眼的视场(FOV)基本上重叠的图像。因此，相机306的布置可以在用户的眼睛附近，但是不太近以致于模糊用户的FOV。可替代地或者附加地，相机306A、306B可以被分别地定位以便与虚拟图像光322A、322B的耦入位置对准。相机306C、306D可以被定位为捕获用户的一侧的图像，例如，在用户的周围视觉内或在用户的周围视觉外。使用相机306C、306D捕获的一个或多个图像320C、320D不必需要与使用相机306A、306B捕获的一个或多个图像320A、320B重叠。
在一些实施例中，处理模块350可以从环境光传感器接收环境光信息。环境光信息可指示亮度值或空间分辨亮度值的范围。深度传感器328可以在可穿戴设备301的前面方向上捕获深度图像332。深度图像332的每个值可与深度传感器328与特定方向上的最近检测对象之间的距离。作为另一示例，处理模块350可从眼睛跟踪相机326接收眼睛跟踪数据334，其可包括左右眼的图像。作为另一示例，处理模块350可以从投影仪314中的一者或两者接收投射图像亮度值。位于远程设备303内的远程传感器330可以包括具有类似功能的任何上文所描述的传感器。
使用投影仪314和目镜302连同光学堆叠中的其他部件一起将虚拟内容递送给可穿戴系统300的用户。例如，目镜302A、302B可以分别地包括透明或半透明波导，该透明或半透明波导被配置为引导并耦出由投影仪314A、314B生成的光。特别地，处理模块350可以使得左投影仪314A将左虚拟图像光322A输出到左目镜302A上，并且可以使得右投影仪314B将右虚拟图像光322B输出到右目镜302B上。在一些实施例中，投影仪314可包括微机电系统(MEMS)空间光调制器(SLM)扫描装置。在一些实施例中，目镜302A、302B中的每一个可包括与不同颜色相对应的多个波导。在一些实施例中，透镜组件305A、305B可以被耦接到目镜302A、302B和/或被与目镜302A、302B集成。例如，透镜组件305A、305B可以被包含到多层目镜中并且可形成组成目镜302A、302B中的一个的一个或多个层。
图4示出了用于操作光学系统(例如，AR设备200或可穿戴系统300)的示例方法400。方法400的步骤可以以与图4所示的顺序不同的顺序执行，并且不需要执行所有步骤。例如，在一些实施例中，在方法400的执行期间，可以省略步骤406、408和410中的一个或多个。方法400的一个或多个步骤可由处理模块350的处理器或由可穿戴系统300内的某个其他部件执行。
在步骤402处，在光学系统处接收与世界对象(例如，世界对象230)相关联的光(例如，世界光232)。世界对象可以是由光学系统的用户观看的任何数量的现实世界对象，诸如树、人、房子、建筑物、太阳等。在一些实施例中，与世界对象相关联的光首先由动态调光器(例如，动态调光器203或303)或由光学系统的外部美妆透镜接收。在一些实施例中，当光到达光学系统的一个或多个部件时(例如，当光到达动态调光器时)，与世界对象相关联的光被认为在光学系统处被接收。
在步骤404处，将虚拟图像光(例如，虚拟图像光222或322)投射到目镜(例如，目镜202或302)上。虚拟图像光可以通过光学系统的投影仪(例如，投影仪214或314)被投射到目镜上。虚拟图像光可以与单个图像、一对图像、包括图像流的视频、包括成对图像流的视频等相对应。在一些实施例中，当与虚拟图像光相关联的任何光到达目镜时，认为虚拟图像光被投射到目镜上。在一些实施例中，将虚拟图像光投射到目镜上使得将光场(即，虚拟内容的角表示)以某种方式投射到用户的视网膜上，使得用户将对应的虚拟内容感知为被定位在用户的环境内的某个位置处。
在步骤406、408、和410期间，信息可以由光学系统使用例如光学系统的一个或多个传感器来检测。在步骤406处，检测对应于与世界对象相关联的光的光信息。可以使用被安装到光学系统的光传感器(例如，环境光传感器234)来检测光信息。在一些实施例中，光信息包括多个空间分辨光值。多个空间分辨光值中的每一个可与系统视场内的二维位置相对应。例如，光值中的每一个可以与动态调光器的像素相关联。在其他实施例中，或在相同实施例中，光信息可包括全局光值。全局光值可以与整个系统视场相关联(例如，照射在动态调光器的所有像素上的光的平均光值)。
在步骤408处，检测与光学系统的用户的眼睛相对应的注视信息。可以使用被安装到光学系统的眼睛跟踪器(例如，眼睛跟踪器240或326)来检测注视信息。在一些实施例中，注视信息包括用户眼睛的注视向量(例如，注视向量238)。在一些实施例中，注视信息包括以下信息中的一项或多项：用户眼睛的瞳孔位置、用户眼睛的旋转中心、用户眼睛的瞳孔尺寸、用户眼睛的瞳孔直径、以及用户眼睛的视锥和视杆位置。注视向量可以基于注视信息的一个或多个分量来确定，诸如瞳孔位置、眼睛的旋转中心、瞳孔尺寸、瞳孔直径和/或视锥和视杆位置。当基于视锥和视杆位置确定注视向量时，可进一步基于光信息(例如，全局光值)确定注视向量，以确定包含视锥和视杆位置的眼睛的视网膜层内的注视向量的原点。在一些实施例中，注视信息包括动态调光器的像素或像素组，其中注视向量与动态调光器相交。
在步骤410处，检测与由投影仪投射到目镜上的虚拟图像光(例如，虚拟图像光222或322)的图像信息。图像信息可由投影仪、由处理器(例如，处理模块350)、或由单独的光传感器检测。在一些实施例中，图像信息包括动态调光器内的一个或多个位置，在用户观察虚拟图像光时，用户通过该动态调光器感知虚拟内容。在一些实施例中，图像信息包括多个空间分辨图像亮度值(例如，感知的虚拟内容的亮度)。例如，图像亮度值中的每一个可以与目镜或动态调光器的像素相关联。在一个特定实施方式中，在处理器向投影仪发送指令以将虚拟图像光投射到目镜上时，处理器可以基于该指令确定空间分辨图像亮度值。在另一特定实施方式中，在投影仪从处理器接收指令以将虚拟图像光投射到目镜上时，投影仪将空间分辨图像亮度值发送到处理器。在另一特定实施方式中，位于目镜上或目镜附近的光传感器检测并向处理器发送空间分辨图像亮度值。在其他实施例中，或在相同实施例中，图像信息包括全局图像亮度值。全局图像亮度值可以与整个系统视场相关联(例如，所有虚拟图像光的平均图像亮度值)。
在步骤412处，基于检测到的信息确定要被至少部分调暗的系统视场的一部分。检测到的信息可以包括在步骤406期间检测到的光信息、在步骤408期间检测到的注视信息、和/或在步骤410期间检测到的图像信息。在一些实施例中，系统视场的部分等于整个系统视场。在各种实施例中，系统视场的部分可以等于系统视场的1％、5％、10％、25％、50％、或75％等。在一些实施例中，在确定要被至少部分调暗的部分时，可以对不同类型的信息不同地进行加权。例如，在确定要被至少部分调暗的部分时，注视信息(当可用时)可能比光信息和图像信息具有更大的权重。在一个特定实施方式中，每种类型的信息可以独立地用于确定要被至少部分调暗的系统视场的不同部分，并且随后可使用AND或OR操作将不同部分组合为单个部分。
在一些实施例中，用于确定要被至少部分调暗的系统视场的一部分的信息包括与虚拟内容中呈现的一个或多个对象相关联的信息。例如，虚拟内容可以包括文本、导航指示器(例如箭头)、和/或其他内容。可以将待呈现这样的内容的视场的部分和/或靠近该内容的视场调暗，使得用户可以更容易地阅读、感知、和理解该内容，并且将该内容与一个或多个世界对象区分。调光器可选择性地调暗一个或多个像素和/或一个或多个像素区域，或增强内容的观看。在一个示例中，视场下部的一部分可以被选择性地和动态地调暗，以使用户更容易看到方向(例如，导航)箭头、文本消息等。可以在响应于对这样的待显示的内容的确定而在显示该内容时执行这样的调光，并且在不再显示该内容时可以移除调光。在一些实例中，可执行调光以减轻由像素结构引起的伪影，该像素结构使得能够在整个视场上调光。
在步骤414处，基于检测到的信息确定系统视场的部分的多个空间分辨调光值。在一些实施例中，使用基于虚拟内容的期望的不透明度或可见性的公式化方法来确定调光值。在一个特定实施方式中，可以使用以下等式来计算虚拟内容的可见性：
Figure BDA0003455408400000171
其中，V是可见性，Imax是如由图像信息指示的虚拟图像光的亮度，Iback与如由光信息指示的与世界对象相关联的光值相关(其可由确定的调光值修改)，以及C是期望的对比度(例如，100:1)。例如，可见性方程可在调光器的每个像素位置处使用，以使用特定像素位置处的虚拟图像光的亮度和与特定像素位置处的世界对象相关联的光值来计算用于特定像素位置的调光值。在一些实施例中，可以使用以下等式来定义Iback：
Iback＝Tv*Iworld
其中，Tv是允许传播通过调光器的一个或多个像素的光的百分比，以及Iworld是如由光信息指示的来自世界的环境光的亮度。在一些示例中，Tv可能代表或与调光值相关。
在步骤416处，调整调光器以降低与系统视场的部分中的对象相关联的光的强度。例如，可以调整调光器，使得根据为该特定像素位置确定的调光值，降低照射在调光器的每个像素位置上的与对象相关联的光的强度。如在本公开中所使用的，调整调光器可包括初始化调光器、激活调光器、给调光器通电、修改或改变先前被初始化、被激活、和/或被通电的调光器等。在一些实施例中，处理器可向调光器发送指示系统视场的部分和多个空间分辨调光值的数据。
在步骤418处，调整投影仪以调整与虚拟图像光相关联的亮度。例如，在一些实施例中，在不增加或减小虚拟对象的亮度的情况下，实现虚拟内容的期望的不透明度或可见性可能是有难度的。在这样的实施例中，可以在调整调光器之前、之后、同时或者并发调整虚拟图像光的亮度。
图5示出了具有目镜502和像素化调光元件503的AR设备500，该像素化调光元件503包括可以具有各种调光水平的调光区(即，像素)的空间网格。调光区中的每一个可以具有相关联的尺寸(即，宽度)和相关联的间距(即，节距)。如图所示，调光区的空间网格可包括提供入射光的完全调光的一个或多个暗像素506和提供入射光的完全透射的一个或多个清晰像素(clear pixel)508。像素化调光元件503内的相邻像素可以被划界(例如，当节距等于尺寸时)或者可以由间隙(例如，当节距大于尺寸时)分离。在各种实施例中，像素化调光元件503可采用液晶技术，诸如染料掺杂或主客体液晶、扭曲向列(TN)或垂直排列(VA)液晶、或铁电液晶。在一些实施例中，除了其他可能性，像素化调光元件503可包括电致变色设备。在一些实施方式中，像素化调光元件503可采用电控双折射(“ECB”)技术，例如ECB单元。
图6示出了根据本公开的一些实施例的可控调光组件603的侧视图。可控调光组件603可以形成AR系统的全部或部分外盖和/或可以被集成在AR系统的光学堆叠内。在一些实施方式中，图6的可控调光组件603可对应于如上文参考图2A至图2C、图3、和图5所描述的部件203、303A、303B、和503中的一个或多个。在图6的示例中，可控调光组件603包括夹在外电极层616A与内电极层616B之间的液晶层618，该液晶层618进而被夹在外偏振器612A与内偏振器612B之间。在一些示例中，可控调光组件603还可包括位于外偏振器612A与外电极层616A之间的外补偿膜层614A(或波片)、位于内偏振器612B与内电极层616B之间的内补偿膜层614B(或波片)、或两者。在序列号为62/725,993的美国临时专利申请、序列号为62/731,755的美国临时专利申请、和序列号为62/858,252中美国临时专利申请中更详细地描述了可控调光组件架构和控制方案的附加示例，其全部以整体内容通过引用并入本文。
在操作中，外偏振器612A可将第一偏振状态(例如，垂直偏振)赋予穿过其向用户眼睛传播的环境光。接下来，包含在液晶层618内的液晶分子可以根据跨越外电极层616A和内电极层616B施加的一个或多个电场来进一步旋转/偏振偏振环境光。因此，由一对电极层616A、616B和液晶层618赋予的偏振旋转可用于有效地改变传播通过其的环境光的偏振状态。在一些示例中，可以通过外补偿膜层614A和/或内补偿膜层614B来赋予延迟和/或附加偏振旋转。最后，内偏振器612B可将第二不同的偏振状态(例如，水平偏振)赋予通过其向用户眼睛传播的环境光。第二偏振状态可被配置为与通过外偏振器612A、液晶层618、和可选地外补偿膜层614A和/或内补偿膜层614B的组合效应赋予在环境光上的累积偏振状态几乎正交。因此，内偏振器612B可以允许具有第二偏振状态的环境光的部分不受影响地传播通过，并且可以衰减具有除第二偏振状态之外的偏振状态的环境光的部分。
在一些实施方式中，图6的可控调光组件603可被配置为生成分段或像素化的着色/调光图案，以衰减入射在其上的环境光。在这样的实施方式中，外电极层616A和内电极层616B中的一个可与被布置为二维阵列的单独可寻址电极层相对应。例如，在一些示例中，外电极层616A可对应于电极阵列，该电极阵列可以各自由可控调光组件603选择性控制，以与外电极层616B先后生成相应电场/电压，该外电极层616B可对应于单个平面电极。图6的可控调光组件603可被配置为在跨越外电极层616A和内电极层616B施加一个或多个电场/电压时生成调光图案。在一些示例中，外电极层616A和内电极层616B中的一者或两者的电极可以由光学透射导电材料制成，诸如氧化铟锡(ITO)制成。
在一些示例中，可控调光组件603可被配置为通过其至少一个部件(例如，外偏振器612A、内偏振器612B、外补偿膜层614A、内补偿膜层614B、外电极层616A、内电极层616B、电耦接到外电极层616A和/或内电极层616B的电路、邻近液晶层618、外电极层616A、和/或内电极层616B设置的衬底材料等)根据梯度着色/调光图案来衰减传播通过其的环境光，该至少一个部件被配置为赋予偏振状态，该偏振状态根据环境光入射到这样的部件的位置和/或角度而变化。在可控调光组件603包括至少一个补偿膜层(例如，外补偿膜层614A和内补偿膜层614B中的一者或两者)的一些实施方式中，这样的补偿膜层614A、614B可被配置为以根据环境光入射到补偿膜层614A、614B的位置和/或角度而变化的方式来偏振/旋转/延迟传播通过其的环境光。角度衰减部件可被布置在显示系统的一个或多个目镜表面的至少一部分上。例如，在一些实施方式中，角度衰减部件可以与显示系统的可控调光组件相邻地被布置，诸如如本文参考图2A至图2C、图3、图5、和图6所描述的部件203、303a、303B、503和603中的一个或多个。
在通过具有像素阵列的显示器或光学透射空间光调制器(诸如光学透射可控调光组件、光学透射LCD和/或光学透射OLED显示器)观看现实世界时，人们可能看到从现实世界中的各种光源发出的尖峰或条纹。更特别地，光学透射空间光调制器或显示器中的像素阵列可凭借其几何形状以类似于“十字屏”或“星形”摄影滤光片的方式与光相互作用，使得现实世界中的光源周围产生明显数量的衍射尖峰。
图7A至图7C示出了根据本公开的一些实施例的如使用各种技术捕获的场景的示例图像700。图7A示出了如由相机捕获的场景的示例图像700A。图7B示出了如通过具有像素阵列的光学透射空间光调制器由相同相机捕获的相同场景的示例图像700B。下文参考图8A和图8B更详细地描述捕获示例图像700B的光学透射空间光调制器。在示例图像700A和700B两者中捕获的场景以照明光源(例如，移动电话上的灯)为特征。然而，可以看到，在示例图像700B中的光源周围存在明显数量的衍射尖峰(例如，四个衍射尖峰)，而在示例图像700A中不存在。尽管在示例700B中展示的光学效果在某些应用(例如，艺术摄影等)中可能是期望的，但是通过开发本文所描述的系统和技术，已经发现这样的效果有时可以被视为对透视显示系统的用户的烦扰或干扰。因此，在一些示例中，可能希望降低由透视显示系统中的光学透射空间光调制器或显示器产生的衍射尖峰的显著性。
在一些实施方案中，在透视显示系统中产生的衍射尖峰的显著性可以通过采用光学透射空间光调制器或显示器(诸如光学透射可控调光组件)来降低，其被配置为每个光源产生相对高数量的衍射尖峰。虽然这似乎是违反直觉的，但是每个光源产生的衍射尖峰或条纹的数量可能与每个条纹的强度和/或长度成反比。例如，图7C示出了与图7A和图7B所示相同场景的示例图像700C并且如通过光学透射空间光调制器由相同相机捕获的，该光学透射空间光调制器被配置为每个光源产生相对高数量的衍射尖峰。下文参考图9A至图9B更详细地描述捕获示例图像700C的光学透射空间光调制器。
可以看出，示例图像700C中的光源周围存在的衍射尖峰数量大于示例图像700B中的光源周围存在的衍射尖峰数量。然而，给定每个光源产生的衍射尖峰或条纹的数量与每个条纹的强度和/或长度之间的相反关系，与示例图像700B中的衍射尖峰相比，示例图像700C中的衍射尖峰被较少定义并且更短。此外，在示例图像700C中的光源周围展示的衍射尖峰或条纹似乎比伸至远处的在示例图像700B中的光源周围展示的衍射尖峰或条纹更密集或局部化。通过开发本文所描述的系统和技术，已经发现透视显示系统的许多用户认为在示例图像700C中展示的光学效果比在示例图像700B中展示的光学效果更少烦恼和/或干扰。因此，在一些实施方式中，透视显示系统的光学透射空间光调制器或显示器可被配置为每个光源产生相对高数量的衍射尖峰，以提供增强的用户体验。
在现实世界中，在给定光源周围产生的衍射尖峰或条纹的数量与来自所述给定光源的光传播通过的孔径的侧边或边缘的数量成比例，其也可对应于孔径的侧边或边缘的数量，该孔径围绕和/或定义来自所述给定光源的光通过的孔径。在现实世界中的给定光源周围产生的衍射尖峰或条纹的图案对应于与来自所述给定光源的光相互作用的孔径光阑的几何形状的傅里叶变换。因此，如果n是偶数，则具有n个边缘的孔径光阑几何形状可产生n个衍射尖峰或条纹，以及如果n是奇数，则可产生2n个衍射尖峰或条纹。这也意味着孔径光阑几何形状的给定边缘的角取向可能至少部分决定其产生的衍射尖峰或条纹的角取向。通过开发本文所描述的系统和技术，已经发现光学透射空间光调制器或显示器中的像素阵列中的每个像素可以充当来自现实世界的光传播通过的孔径，以及围绕阵列中的每个像素的部件(例如，导体、电路、遮光掩模或矩阵等)可以充当对应的光阑。
图8A和图8B分别示出了根据本公开的一些实施例的示例像素阵列810A和对应的点扩展函数(PSF)820B。给定像素最经常是四边形(即，四边形状)的正方形或矩形形状，因此许多光学透射空间光调制器和显示器可在每个现实世界光源周围产生四个衍射尖峰，如图7B的示例中的情况。例如，图8A描绘了具有这样的几何形状的像素阵列810A，并且图8B描绘了与其相关联的PSF 820B。例如，PSF 820B可对应于示例像素阵列810A的傅里叶变换。如图8B所示，PSF 820B以四个不同的尖峰或条纹为特征，该尖峰或条纹与图7B的示例图像700B中所展示的尖峰或条纹不同。
图9A和图9B分别示出了根据本公开的一些实施例的示例像素阵列910A和对应的PSF 920B。在一些实施方式中，孔径光阑几何形状与衍射尖峰图案之间的关系可在本文所描述的系统和技术中的一个或多个中利用，以便每个光源产生增加数量的衍射尖峰，并且因此增强用户体验。例如，图9A描绘了根据一些这样的实施方式的像素阵列910A，并且图9B描绘了与其相关联的PSF 920B。例如，PSF 920B可对应于像素阵列910A的傅里叶变换。
如图9A所示，像素阵列910A中的每个像素具有弯曲的几何形状。更特别地，像素阵列910A中的每个像素由一系列弧、半圆、或蛇形段限定。在一些实施方式中，像素阵列910A中的每个像素的弯曲的几何形状由许多直线段逼近。可以在形成像素时使用的直线段越多，每个像素逼近曲线几何形状更好。在一些实施方式中，除了其他可能性，像素的每个弯曲侧边可以使用50、100、500、或1000个直线段。因此，如本文所使用的，由多个直线组成的像素或电极的侧边被认为是“弯曲的”，当以其整体观看该侧时，该多个直线集合具有弯曲侧边的外观。这样的一侧边可以是部分弯曲的(例如，当以其整体观看一侧边时，仅该侧边的一部分具有弯曲的外观)或完全弯曲的(例如，当以其整体观看一侧边时，该侧边的每个部分具有弯曲的外观)。
与像素阵列910A中的每个像素相关联的孔径光阑几何形状可以说具有无限或接近无限数量的边缘。此外，如图9B所示，以与图7C的图像700C中展示的衍射图案没有不同的PSF 920B展示的图案以难以区分(可能接近无限)的尖峰或条纹数量为特征，并且带有与艾里图案的相对强的相似性。此外，由于以与像素阵列910A相关联的几何形状表示相对大范围的不同角分量，并且进一步由于以与像素阵列910A相关联的几何形状表示的这样的不同角分量的分布相对均匀，以PSF 920B展示的图案以衍射尖峰或条纹为特征，该尖峰或条纹以大范围的不同角并且以使得单个尖峰或条纹不太突出的方式从原点辐射或发出。
显著地，可以看出，作为距中心或原点的距离的函数的强度变化在PSF920B中比在PSF 820B中快得多。实际上，通过在像素阵列中采用弯曲的几何形状，可以实现有利的衍射图案。如下文更详细地描述的，通过在光学透射空间光调制器或显示器的像素部件(例如电极)和/或围绕像素部件的部件(例如导体、电路、遮光掩模、或矩阵等)中的一个或多个中采用弯曲的几何形状，可以在具有光学透射空间光调制器和显示器的透视显示系统中实现有利的衍射图案。
图10描绘了根据本公开的一些实施例的用于透视显示系统的示例性光学透射空间光调制器或显示器1000。光学透射空间光调制器或显示器1000例如可对应于与本文所描述的一个或多个调光组件相似或等效的光学透射可控调光组件、光学透射LCD、光学透射OLED显示器等。如图10所示，光学透射空间光调制器或显示器1000包括像素阵列1002，其中的每一个具有弯曲的几何形状(如插图1004所示)，并且与一个或多个相邻像素间隔开(如插图1006所示)。
光学透射空间光调制器或显示器1000的像素阵列1002中的每个像素还被电耦接到对应的薄膜晶体管(TFT)1008，该薄膜晶体管(TFT)1008进而被电耦接到对应的一对金属线迹线或导体1010。这样的金属线迹线或导体1010位于像素之间的透射间隙区域1012中，并且被进一步电耦接到用于控制示例光学透射空间光调制器或显示器1000的每个像素的状态的一个或多个电路。在图10的示例中，这样的一个或多个电路可以包括从像素阵列1002横向偏移的玻璃基芯片(COG)1014。以这种方式，光学透射空间光调制器或显示器1000的COG 1014可以位于用户的FOV之外，由透视显示系统的壳体或其他部件或其组合遮挡。
图11描绘了根据本公开的一些实施例的示例弯曲的几何形状1100。弯曲的几何形状1100包括“四分之一圆”曲率设计，其中使用曲率半径R1，其可被定义为
Figure BDA0003455408400000241
在一个示例中，p＝500μm，并且R1＝176.7μm。在一些实施方式中，图11的示例弯曲的几何形状1100可用于图10的光学透射空间光调制器或显示器1000或其他类似系统中。
图12A描绘了根据本公开的一些实施例的包括像素电极E(1,1)至E(M,N)、电路模块T(1,1)至T(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN的示例像素布局1200A。更特别地，在图12A的示例中，像素布局1200A包括被布置为具有N行和M列的阵列的像素电极E(1,1)至E(M,N)。在一些示例中，像素电极E(1,1)至E(M,N)可由光学透射导电材料(诸如ITO)制成。像素电极E(1,1)至E(M,N)中的每一个被电耦接到电路模块T(1,1)至T(M,N)中的对应电路模块。在一些实施方式中，像素电极E(1,1)至E(M,N)可与类似或等效于上文参考图10所描述的像素阵列1002的像素阵列相对应。在一些实施方式中，电路模块T(1,1)至T(M,N)中的每一个可与类似或等效于上文参考图10所描述的TFT 1008的TFT电路相对应。在一些示例中，除了薄膜晶体管之外，每个TFT电路可包括一个或多个电子部件。
电路模块T(1,1)至T(M,N)中的每一个进而被电耦接到导体R1至RM中的对应导体以及导体C1至CN中的对应导体。在一些示例中，导体R1至RM和C1至CN可与上文参考图10所描述的金属迹线或导体1010相对应。导体R1至RM和C1至CN可以被电耦接到电路，该电路被配置为驱动或以其他方式控制与示例像素布局1200A相对应的空间光调制器或显示器的操作。在一些示例中，这样的电路可以与上文参考图10所描述的COG 1014相对应。如图12A所示，像素电极E(1,1)至E(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN附着于与图9A、图10、和图11中所描绘的弯曲的几何形状类似的特定弯曲的几何形状。
图12B描绘了根据本公开的一些实施例的包括像素电极E(1,1)至E(M,N)、电路模块T(1,1)至T(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN的示例像素布局1200B。在一些示例中，像素布局1200B的像素电极E(1,1)至E(M,N)、电路模块T(1,1)至T(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN可以在功能上类似或等效于如上文参考图12A所描述的示例像素布局1200A的像素电极E(1,1)至E(M,N)、电路模块T(1,1)至T(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN。然而，在像素布局1200B中，像素电极E(1,1)至E(M,N)、以及导体R1至RM和C1至CN附着于与示例像素布局1200A的弯曲的几何形状不同的弯曲的几何形状。
图13A描绘了根据本公开的一些实施例的用于透视显示系统的光学透射空间光调制器或显示组件1300A的一部分的剖视图。组件1300A例如可对应于光透射可控调光组件、光透射LCD组件、光透射OLED显示器组件等。更特别地，图13A所描绘的组件1300A的部分包括第一光学透射衬底1302、第一像素电极1305A、第二像素电极1307A、导体1309、液晶层1318、公共平面电极1316、遮光掩模1320A、和第二光学透射衬底1322。
在一些实施方式中，第一光学透射衬底1302和第二光学透射衬底1322中的一者或两者可以由玻璃制成。像素电极1305A和1305B可以例如是电极阵列中的相邻像素电极。例如，在图12A和图12B的上下文内，第一像素电极1305A和第二像素电极1305B可分别对应于像素电极E(1,1)和E(1,2)。类似地，在该示例中，导体1309可对应于导体C2，该导体C2被设置在图12A和图12B中的像素电极E(1,1)与E(1,2)之间。在另一示例中，组件1300A的元件1305A、1307A、和1309可以分别对应于如上文参考图12A和图12B所描述的像素电极E(1,1)、E(2,1)、和导体R2。如图13A所示，在元件1305A、1307A和1309中的每一个之间可能存在间隙或通道。
遮光掩模1320A可以被定位以与导体1309对准，并且在一些实施方式中，可以比像素电极1305A和1307A之间的间距更宽。以这种方式，遮光掩模1320A可以有效地与可能传播通过像素电极1305A和1307A之间的一个或多个间隙或一个或多个通道的任何光相互作用。通常，遮光掩模1320A可被配置为吸收、反射、或以其他方式在某种程度上阻挡入射在其上的透射光。因此，遮光掩模1320A可用于防止相邻像素电极1305A和1307A之间的串扰，并且可用于阻挡或衰减可能在像素电极1305A和1307A之间通过的光。这样的功能在透视显示系统的空间光调制器和显示器中可以同样是有用的。
给定遮光掩模1320A的功能，遮光掩模1320A的几何形状也可以是弯曲的和/或沿着元件1305A、1307A、和1309中的一个或多个的轮廓。在一些示例中，如图13A所描绘的遮光掩模1320A可表示跨越像素阵列的较大遮光掩模或矩阵的一部分。在一些实施方式中，遮光掩模1320A可以采取将一定数量的一种或多种材料沉积在光学透射衬底1322之上的形式。例如，这样的一种或多种材料可包括树脂、铬、和被配置为吸收和/或反射光的其他材料。在一些示例中，可以在组件1300A的另一层处实现遮光掩模1320A。例如，在一些实施方式中，遮光掩模1320A可以被沉积在导体1309、导体1309的任一侧的间隙或通道、和/或像素电极1305A和1307A的部分之上。在这样的实施方式中，遮光掩模1320A可与光学透射衬底1302和/或液晶层1318直接接触。
在一些实施方式中，提供了包括组件(例如组件1300A)的显示系统。组件可包括第一光学透射衬底(例如，第一光学透射衬底1302)，在其上设置第一组一个或多个电极(例如，像素电极1305A和1307A)。组件还可包括第二光学透射衬底(例如，第二光学透射衬底1322)，在其上设置第二组一个或多个电极(例如，公共平面电极1316)。组件还可包括一个或多个层(例如，液晶层1318)，该一个或多个层(例如，液晶层1318)被定位在第一组一个或多个电极与响应电场的第二组一个或多个电极之间。组件还可包括在第二光学透射衬底上被设置成特定几何图案的大量材料(例如，遮光掩模1320A)，其中，特定几何图案包括多个弯曲段。组件还可包括控制电路(例如图10的COG 1014)，该控制电路被电耦接到第一组一个或多个电极和第二组一个或多个电极。控制电路可被配置为向第一组一个或多个电极和/或第二组一个或多个电极施加电信号，以选择性地跨越一个或多个层生成一个或多个电场。
图13B描绘了根据本公开的一些实施例的用于透视显示系统的光学透射空间光调制器或显示组件1300B的一部分的剖视图。更特别地，图13B所描绘的组件1300B的部分包括第一光学透射衬底1302、第一像素电极1305B、第二像素电极1307B、第一导体1308、第二导体1310、液晶层1318、公共平面电极1316、遮光掩模1320B、和第二光学透射衬底1322。
在一些示例中，组件1300B的元件1302、1318、1316、和1322可对应于如上文参考图13A所描述的组件1300A的元件1302、1318、1316、和1322。组件1300A与组件1300B之间的主要差异在于，在组件1300B中，两个导体(例如，导体1308和1310)被设置在相邻像素电极(例如，像素电极1305B和1307B)之间，而在组件1300A中，单个导体(例如，导体1309)被设置在相邻电极(例如，像素电极1305A和1307A)之间。因此，像素电极1305B和1307B之间的间距大于像素电极1305A和1307A之间的间距。例如，图13B的配置可使用在实现某些像素阵列布线和控制方案(诸如“双栅极”布线和控制方案)的示例中。给定像素电极1305B和1307B之间的相对大的间距，因此遮光掩模1320B可以是相对宽的。
除了上述差异之外，组件1300B的元件1305B、1307B、和1320B可以以类似或等效于如上文参考图13A所描述的组件1300A的元件1305A、1307A、和1320A的方式起作用。因此，在一些示例中，组件1300B的元件1305B和1307B可以分别对应于如上文参考图12A和图12B所描述的像素电极E(1,1)和E(1,2)。在其他示例中，组件1300B的元件1305B和1307B可以分别对应于如上文参考图12A和图12B所描述的像素电极E(1,1)和E(2,1)。在一些实施方式中，组件1300A和1300B可以表示相同组件的不同部分。例如，在这样的实施方式中，组件1300A的元件1305A和1307A可以分别对应于如上文参考图12A和图12B所描述的像素电极E(1,1)和E(1,2)，以及组件1300B的元件1305B和1307B可以分别对应于如上文参考图12A和图12B所描述的像素电极E(1,1)和E(2,1)，或者反之亦然。在这些实施方式中，由于水平和垂直相邻像素电极之间的间隙或通道的尺寸的差异，每个像素电极的宽度可能与同一像素的高度不同。然而，这样的宽度和高度的差异可以允许像素节距在整个像素阵列中维持恒定值。
图14A、图14B、图14C、和图14D分别示出了根据本公开的一些实施例的示例弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C、和1400D。在一些实施方式中，一个或多个示例弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C、和1400D可使用在本文所描述的一个或多个系统中，以代替图12A的弯曲的几何形状或图12B的弯曲的几何形状。在一些实施方式中，定义一个或多个示例弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C、和1400D中的每一个的线可以代表像素电极的外周长、由相邻像素电极之间的导体采取的路径、和/或遮光掩模或矩阵的图案。
类似于图12A和图12B的弯曲的几何形状，弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C和1400D可对应于连结诸如半圆和/或四分之一圆的半圆的图案。另外，可以看出，示例弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C、和1400D的线定义以与图12A和图12B的弯曲的几何形状的线相同的方式曲面细分的形状阵列。而且，也像图12A和图12B的弯曲的几何形状一样，相对大范围的不同角分量可以以弯曲的几何形状1400A、1400B、1400C、和1400D表示，使得与这样的几何形状相关联的衍射尖峰或条纹似乎以大范围的不同角度从每个光源辐射或发出。此外，以弯曲几的何形状1400A、1400B、1400C、和1400D表示的不同角分量的分布可能相对均匀，使得单独尖峰或条纹在与这样的几何形状相关联的衍射图案中不可区分。
图15示出了根据本公开的一些实施例的示例像素布局1500和对应的PSF 1502。在示出的示例中，像素布局1500包括图12A的弯曲的几何形状，并且还包括像素电极1502、电路模块1508、和导体1510。在一些实施例中，像素布局1500可包括遮光掩模，该遮光掩模至少部分弯曲并且覆盖元件1502、1508、和1510中的一个或多个的印迹。在一些实施例中，遮光掩模的部分可具有比元件1502、1508、和1510中的一个或多个的印迹稍大的印迹。可替代地或附加地，遮光掩模的部分可具有比元件1502、1508、和1510中的一个或多个的印迹稍小的印迹。
图16示出了根据本公开的一些实施例的示例像素布局1600和对应的PSF 1602。在示出的示例中，像素布局1600包括类似于图12A所示的弯曲的几何形状的弯曲几何形状，并且还包括像素电极1602、电路模块1608、和导体1610。在一些实施例中，像素布局1600可包括遮光掩模，该遮光掩模弯曲并且覆盖元件1602、1608、和1610中的一个或多个的印迹。在一些实施例中，遮光掩模的部分可具有比元件1602、1608、和1610中的一个或多个的印迹稍大的印迹。可替代地或附加地，遮光掩模的部分可具有比元件1602、1608和1610中的一个或多个的印迹稍小的印迹。
像素布局1600与像素布局1500不同之处在于，电路模块1608定位的区域具有弯曲的几何形状，而电路模块1508定位的区域具有直边和锐角。在一些实施方式中，电路模块1608本身可包括弯曲的边缘。在一些实施方式中，电路模块1608和导体1610的组合可以在电路模块1608定位的区域处形成弯曲边缘。在一些实施方式中，遮光掩模、电路模块1608、和导体1610的组合可以在电路模块1608定位的区域处形成弯曲边缘。在一些实施方式中，遮光掩模可以具有比电路模块1608和导体1610两者更大的印迹，并且可以在电路模块1608定位的区域具有弯曲印迹。
图17示出了根据本公开的一些实施例的示例像素布局1700的一部分。在示出的示例中，像素布局1700可对应于像素布局1600。像素布局1700包括像素电极1702、电路模块1708、导体1710、和遮光掩模1720。遮光掩模1720的印迹是弯曲的，并且在电路模块1708定位的区域处大于电路模块1708和导体1710的总印迹。如所示，可以定位电路模块1708，使得导体1710可以围绕电路模块1708布线，使得这些元件中的每一个可以适配在遮光掩模1720的弯曲印迹内。应当注意，导体1710被遮挡，移动远离电路模块1708仅用于说明目的(例如，以示出遮光掩模1720可以在像素布局1700的某些区域处具有与导体1710类似的印迹)。应当理解，导体1710可以继续向像素布局1700的相邻电路模块延伸。
图18A和图18B示出了根据本公开的一些实施例的可用于减少“屏蔽门”伪影的像素布局的各种示例倾斜布置。图18A示出了具有矩形几何形状的像素布局1802以0°、15°、30°、和45°倾斜角的倾斜。图18B示出了具有弯曲几何形状(例如，四分之一圆)的像素布局1804以0°、15°、30°、和45°倾斜角的倾斜。
图19示出了根据本公开的一些实施例的示出图18A和图18B的不同倾斜配置对“屏蔽门”伪影的可见性的影响的示例图。特别地，“屏蔽门”伪影的可见性作为百分比以15°的增量针对0°和90°之间的取向绘制，用于具有矩形几何形状的像素布局1802和具有弯曲的几何形状的像素布局1804。对于15°与75°之间的倾斜角，针对这两种几何形状示出可见性的显著减小。在45°处观察到用于像素布局1802的最小可见性，以及在15°和75°处观察到用于像素布局1804的最小可见性。
图20示出了根据本公开的一些实施例的示出用于图18A的不同倾斜配置的“屏蔽门”伪影的可见性的示例图像2000。如在示例图像2000中可观察到，随着倾斜角在0°和45°之间增加，“屏蔽门”伪影的可见性显著减小。
图21示出了根据本公开的一些实施例的包括第一电极2105、第二电极2107、导体2109、和遮光掩模2120的示例像素布局2100。再次参考图13A，像素布局2100的元件2105、2107、2109、和2120例如可分别对应于元件1305A、1307A、1309、和1320A。因此，在一些实施方式中，一个或多个玻璃衬底和/或液晶层可以被定位为与示例像素布局2100的2105、2107、2109、和2120中的一个或多个相邻。显著地，可以看到相邻像素电极2105和2107不具有弯曲的几何形状，而是正方形或矩形形状。类似地，位于相邻像素电极2105和2107之间的空间中的导体2109是相对直的。
出于这些原因，元件2105、2107、和2109可能被期望产生类似于上文参考图7B、图8A、和图8B所描述的衍射图案的衍射图案。然而，如图21中可以看到，在一些实施方式中，遮光掩模2120可以具有弯曲的几何形状，并且足够宽以拦截可能与相邻像素电极2105和2107和/或导体1309的相对边缘中的一者或两者相互作用的任何光。因此，像素布局2100仍然可以借助于遮光掩模2120的尺寸、定位、和弯曲的几何形状产生有利的衍射图案。在一些示例中，遮光掩模2120可表示跨越像素阵列的较大遮光掩模或矩阵的一部分。
尽管主要在光学透射空间光调制器和显示器(诸如可控调光组件、LCD系统、和OLED显示器)的上下文内描述，但是应当理解，本文所描述的配置和技术中的一个或多个可在具有透视像素阵列的其他系统中利用。例如，在一些实施方式中，本文所描述的弯曲的几何形状和相关联的操作原理中的一个或多个可用于光学透射成像设备，诸如透视CMOS传感器，其可被包括作为透视显示系统、相机、或其他设备的一部分。
上文所讨论的方法、系统、和设备是示例的。各种配置可被酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在可替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加、省略和/或组合各阶段。而且，关于某些配置所描述的特征可以以各种其他配置组合。配置的不同方面和元素可以以类似方式组合。而且，技术演变，并且因此许多元素是示例，并且不限制本公开或权利要求的范围。
在提供示例性配置(包括实施方式)的透彻理解的描述中给定特定细节。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践配置。例如，在没有不必要的细节的情况下示出了众所周知的电路、过程、算法、结构、和技术以便避免混淆配置。本说明书仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围、适用性、或配置。相反，配置的前述描述将向本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
而且，配置可以被描述为被描绘为示意性流程图或者框图的过程。虽然每个配置可以将操作描述为顺序的过程，但是许多操作能够并行或者并发执行。另外，操作的顺序可以重新排列。过程可以具有图中未包括的附加步骤。此外，方法的示例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言、或其任何组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可存储在诸如存储介质的非暂态计算机可读介质中。处理器可执行所描述的任务。
描述了多个示例配置，在不脱离本公开的精神的情况下，可以使用各种修改、可替代构造、和等同物。例如，以上元件可以是较大系统的部件，其中，其它规则可以优于或者以其它方式修改技术的应用。而且，在考虑以上元件之前、期间或之后，可以采取多个步骤。因此，以上描述不结合权利要求的范围。
如本文所使用的并且在随附的权利要求中，除非上下文另外清楚指示，否则单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数引用。因此，例如，对“用户”的引用包括多个这样的用户，并且对“处理器”的引用包括一个或多个处理器和其对本领域技术人员已知的等同物的引用等。
而且，当在本说明书中并且在以下权利要求中使用时，词语“包括”、“包括了”、“容纳”、“容纳了”、“包含”、“包含了”、“包含有”旨在指定说明特征、整体、部件、或步骤的存在，但是其不排除一个或多个其他特征、整体、部件、步骤、动作、或组合的存在或者添加。
还应理解，本文所描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将向本领域技术人员建议根据其进行的各种修改或改变，并且将包括在本申请的精神和范围内以及权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种调光组件，包括：
光学透射衬底，在其上设置多个电子部件，所述电子部件包括：
多个电极，其彼此间隔地被布置为二维阵列，其中，所述多个电极中的每一个具有与具有多个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状；
多个导体，其与所述多个电极相邻地被布置为二维晶格，其中，所述多个导体中的每一个沿着符合来自所述多个电极的相邻电极的二维几何形状的弯曲路径；以及
多个电路模块，其与所述多个电极相邻地被布置为二维阵列，其中，所述多个电路模块中的每一个被电耦接到(i)来自所述多个电极的相应电极，以及(ii)来自所述多个导体的相应的一对导体；
平面电极层，其被定位以与所述多个电极对准；
一个或多个层，其被定位在所述光学透射衬底与所述平面电极层之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层；以及
控制电路，其被电耦接到所述多个导体和所述平面电极层，所述控制电路被配置为通过所述多个导体向所述多个电路模块施加电信号，以分别在所述平面电极层与所述二维阵列中的所述多个电极中的一个或多个之间选择性地生成一个或多个电场。
2.一种显示系统，包括：
衬底，在其上设置多个电子部件，所述电子部件包括：
多个像素，其被布置为二维阵列，其中，所述多个像素中的每一个具有与具有至少一个弯曲侧边的形状相对应的二维几何形状；
多个导体，其被布置为与所述多个像素相邻；以及
多个电路模块，其被布置与所述多个像素相邻，其中，所述多个电路模块中的每一个被电耦接到来自所述多个像素的相应像素和来自所述多个导体的至少一个导体；以及
控制电路，其被电耦接到所述多个导体，所述控制电路被配置为通过所述多个导体向所述多个电路模块施加电信号。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述多个导体中的每一个沿着符合来自所述多个像素的相邻像素的二维几何形状的弯曲路径。
4.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述衬底是光学透射衬底。
5.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述多个像素是多个电极。
6.根据权利要求2所述的显示系统，还包括：
平面电极层，其被定位以与所述多个像素对准。
7.根据权利要求6所述的显示系统，还包括：
一个或多个层，其被定位在所述衬底与所述平面电极层之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层。
8.根据权利要求6所述的显示系统，其中，所述控制电路进一步被电耦接到所述平面电极层。
9.根据权利要求8所述的显示系统，其中，所述控制电路被配置为通过所述多个导体向所述多个电路模块施加电信号，以分别在所述平面电极层与所述二维阵列中的所述多个像素中的一个或多个之间选择性地生成一个或多个电场。
10.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述多个电路模块中的每一个被电耦接到来自所述多个导体的一对导体。
11.根据权利要求2所述的显示系统，其中，每一个所述形状包括多个弯曲侧边。
12.根据权利要求2所述的显示系统，其中，所述多个像素构成特定曲面细分。
13.一种显示系统，包括：
第一光学透射衬底，在其上设置第一组一个或多个电极；
第二光学透射衬底，在其上设置第二组一个或多个电极；
一个或多个层，其被定位在所述第一组一个或多个电极与所述第二组一个或多个电极之间，其中，所述一个或多个层包括响应电场的一个或多个材料层；
大量材料，其在所述第二光学透射衬底之上被设置成特定几何图案，所述特定几何图案包括多个弯曲段；以及
控制电路，其被电耦接到所述第一组一个或多个电极和所述第二组一个或多个电极，所述控制电路被配置为向所述第一组一个或多个电极和/或所述第二组一个或多个电极施加电信号，以选择性地跨越所述一个或多个层生成一个或多个电场。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个被设置为与来自所述第一组一个或多个电极或所述第二组一个或多个电极的相应电极的边缘对准。
15.根据权利要求14所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个所对准的相应电极的边缘具有弯曲的几何形状。
16.根据权利要求15所述的显示系统，其中，所述弯曲的几何形状是半圆、蛇形、正弦、或其组合。
17.根据权利要求14所述的显示系统，其中，所述多个弯曲段中的每一个所对准的相应电极的边缘对应于小于或等于值1.02的弯曲值。
18.根据权利要求13所述的显示系统，其中，被设置在所述第二光学透射衬底之上的所述大量材料包括大量树脂或铬。
19.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述特定几何图案的点扩展函数(PSF)对应于艾里图案。
20.根据权利要求13所述的显示系统，其中，所述特定几何图案对应于特定曲面细分。
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