CN114815468A - 在增强现实显示器中利用激光束扫描的多平面投影 - Google Patents

Abstract

本公开涉及在增强现实显示器中利用激光束扫描的多平面投影。一种图像投影系统，包括第一发射器，被配置为生成第一光束；第一准直透镜，被配置为接收第一光束并且生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像；第二发射器，被配置为生成第二光束；第二准直透镜，被配置为接收第二光束并且生成待被投影到眼睛上的第二准直光束，以渲染在第二投影平面处感知的第二投影图像；第一光束组合器，被配置为在组合传输路径上传输第一准直光束和第二准直光束；以及扫描器，被配置为根据扫描图案使第一准直光束和第二准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

Description

在增强现实显示器中利用激光束扫描的多平面投影

技术领域

本公开总体涉及图像投影系统。更具体地，涉及在增强现实显示器中利用激光束扫描的多平面投影。

背景技术

增强现实(AR)是一种通过将数字内容覆盖在物理环境上来增强移动设备屏幕上的物理环境的技术。它将数字元素添加到实时视图中。例如，所捕获的环境片段利用叠加在其上的数字信息来增强。因此，数字内容被叠加到所捕获的环境片段上，以在视觉上向用户提供附加信息。数字内容可以显示在透明基板或显示器上，诸如智能眼镜、智能隐形眼镜、平视显示器(HUD)和头戴式显示器(HMD)，或直接投影到用户的视网膜上，如虚拟视网膜显示器就是这种情况。

虚拟现实(VR)是一种用计算机生成的虚拟环境完全取代用户的真实世界环境的技术。因此，向用户呈现完全数字化的环境。特别是，计算机生成的立体视觉完全围绕用户。在VR模拟环境中，可以使用提供360度视场的VR耳机。

混合现实(MR)体验结合了AR和VR两者的元素，使得真实世界和数字对象交互。这里，真实世界环境与虚拟环境相融合。

这些技术以及增强用户感官的其他技术可以称为扩展现实(XR)技术。XR技术的一个现有问题出现在聚散调节冲突时。当眼睛调节与立体投影显示中的眼睛聚散未对准时，就会发生这种类型的冲突。这会使用户感到厌恶或恶心。XR技术的另一现有问题被称为焦点竞争，其中虚拟对象与真实对象竞争焦点注意力。焦点竞争会导致对象失焦，并且可能由于频繁的眼睛重新聚焦而进一步导致眼睛疲劳和用户疲乏。为了避免这种情况，应当在正确的虚拟距离处进行无缝虚拟对象插入，以避免在从真实对象跳转到虚拟对象时眼睛重新聚焦。然而，当前系统的局限性在于它们需要庞大的投影透镜并且需要时分复用，这表示它们不能在不同虚拟距离或多个虚拟平面处同时投影多个对象(即，在特定时间只能投影一个虚拟距离)。

为了增强XR技术的用户体验并且解决上述问题中的一个或多个，使用激光束扫描实现多平面投影可能是有益的。

发明内容

一个或多个实施例提供了一种图像投影系统，该图像投影系统包括：被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束并且沿着第一传输路径传输第一光束的第一发射器；布置在第一传输路径上的第一准直透镜，第一准直透镜被配置为接收第一光束并且生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像；被配置为生成与不同于第一投影平面的第二投影平面相对应的第二光束并且沿着第二传输路径传输第二光束的第二发射器；布置在第二传输路径上的第二准直透镜，第二准直透镜被配置为接收第二光束并且生成待被投影到眼睛上的第二准直光束，以渲染在第二投影平面处感知的第二投影图像；布置在第一传输路径和第二传输路径的交点处的第一光束组合器，第一光束组合器被配置为在组合传输路径上传输第一准直光束和第二准直光束；以及布置在组合传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一准直光束和第二准直光束，并且根据扫描图案使第一准直光束和第二准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

一个或多个实施例提供了一种图像投影系统，该图像投影系统包括：发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输第一光束和第二光束；可移动准直透镜，布置在传输路径上并且被配置为相对于发射器轴向移动使得距发射器的最小轴向距离改变，其中可移动准直透镜被配置为在其与发射器相距第一最小轴向距离时接收第一光束，生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像，在其与发射器相距不同于第一最小轴向距离的第二最小轴向距离时接收第二光束，并且生成待被投影到眼睛上的第二准直光束，以渲染在不同于第一投影平面的第二投影平面处感知的第二投影图像；以及布置在传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一准直光束和第二准直光束，并且根据至少一个扫描图案使第一准直光束和第二准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

一个或多个实施例提供了一种图像投影系统，该图像投影系统包括：发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输第一光束和第二光束；布置在传输路径上的准直透镜，第一准直透镜被配置为接收第一光束，传输第一光束作为第一准直光束，接收第二光束，并且传输第二光束作为第二准直光束；可调节光学元件，布置在传输路径上并且被配置为调节可调节光学元件的焦距以至少包括与第一投影平面相对应的第一焦距和与第二投影平面相对应的第二焦距，其中可调节光学元件被配置为当可调节光学元件的焦距设置在第一焦距处时接收第一准直光束，并且传输第一准直光束作为待被投影到眼睛上的第一补偿光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像，并且其中可调节光学元件被配置为当可调节光学元件的焦距设置在第二焦距处时接收第二准直光束，并且传输第二准直光束作为待被投影到眼睛上的第二补偿光束，以渲染在不同于第一投影平面的第二投影平面处感知的第二投影图像；以及布置在传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一补偿光束和第二补偿光束，并且根据至少一个扫描图案使第一补偿光束和第二补偿光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

一个或多个实施例提供了一种图像投影系统，该图像投影系统包括：被配置为传输与第一投影平面相对应的第一偏振光束的第一多个单色发射器；与第一多个单色发射器相对应的第一多个准直透镜，其中第一多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为从第一多个单色发射器中的不同单色发射器接收第一偏振光束，使得第一多个准直透镜生成待被投影到眼睛上的第一偏振准直光束以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像；被配置为传输与第二投影平面相对应的第二偏振光束的第二多个单色发射器；与第二多个单色发射器相对应的第二多个准直透镜，其中第二多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为从第二多个单色发射器中的不同单色发射器接收第二偏振光束，使得第二多个准直透镜生成待被投影到眼睛上的第二偏振准直光束以渲染在第二投影平面处感知的第二投影图像；布置在第一偏振准直光束和第二偏振准直光束的交点处以在组合传输路径上引导第一偏振准直光束和第二偏振准直光束的偏振光束组合器；以及布置在组合传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一偏振准直光束和第二偏振准直光束，并且根据扫描图案使第一偏振准直光束和第二偏振准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

一个或多个实施例提供了一种图像投影系统，该图像投影系统包括：被配置为传输在不同距离处感知的与多个投影平面相对应的第一多个光束的第一多个单色发射器；与第一多个单色发射器相对应的第一多个准直透镜，其中第一多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为从第一多个单色发射器中的不同单色发射器接收对应光束，使得第一多个准直透镜透镜生成待被投影到眼睛上的第一多个准直光束以渲染多个投影图像，每个投影图像要在多个投影平面中的不同投影平面处被感知；以及被配置为接收第一多个准直光束并且根据扫描图案使第一多个准直光束转向，以将多个投影图像渲染到眼睛上的扫描器。

附图说明

本文中参考附图描述实施例。

图1A是根据一个或多个实施例的图像投影系统100的示意图；

图1B示出了根据一个或多个实施例的到眼睛上的图像投影，其中虚拟图像被投影在光学无限远处；

图1C示出了根据一个或多个实施例的到眼睛上的图像投影，其中虚拟图像被投影在小于光学无限远的较短距离D处；

图2是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的示意图；

图3A和图3B是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的投影模块的示意图；

图4A和图4B是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的另一投影模块的示意图；

图5是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的另一投影模块的示意图；以及

图6是根据一个或多个实施例的另一多平面图像投影系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述各种实施例。应当注意，这些实施例仅用于说明目的并且不应当被解释为限制。例如，虽然实施例可以被描述为包括多个特征或元素，但这不应当被解释为指示所有这些特征或元素对于实现实施例是必需的。相反，在其他实施例中，一些特征或元素可以被省略，或者可以替换为替代的特征或元素。此外，除了明确示出和描述的特征或元素，还可以提供另外的特征或元素，例如传感器装置的常规组件。

来自不同实施例的特征可以组合以形成另外的实施例，除非另外特别指出。关于实施例中的一个描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。在一些情况下，众所周知的结构和设备以框图形式而不是详细示出以避免混淆实施例。

此外，等效或相似的元素或具有等效或相似功能的元素在以下描述中用等效或相似的附图标记表示。由于相同或功能等效的元素在图中被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元素的重复描述。因此，为具有相同或相似附图标记的元素提供的描述是可以相互交换的。

附图中示出或本文中描述的元件之间的连接或耦合可以是基于有线的连接或无线连接，除非另有说明。此外，这样的连接或耦合可以是没有附加中间元件的直接连接或耦合，也可以是具有一个或多个附加中间元件的间接连接或耦合，只要本质上保持该连接或耦合的通用目的，例如传输某种信号或者传递某种信息。

术语“基本上”在本文中可以用于说明在不脱离本文中描述的实施例的方面的情况下在工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％以内)。

在本公开中，包括诸如“第一”、“第二”等序数的表达可以修饰各种元素。然而，这样的元素不受上述表达的限制。例如，上述表达不限制元素的顺序和/或重要性。上述表达仅用于将元素与其他元素区分开的目的。例如，第一框和第二框表示不同框，尽管它们都是框。再例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素可以称为第二元素，并且类似地，第二元素也可以称为第一元素。

实施例涉及光学传感器和光学传感器系统并且涉及获取关于光学传感器和光学传感器系统的信息。传感器可以是指将待测量物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的组件。物理量例如可以包括电磁辐射，诸如可见光(VL)、红外(IR)辐射或其他类型的照射信号、电流或电压，但不限于此。例如，图像传感器可以是相机内的将来自透镜的光子转换为电压的硅芯片。传感器的有效区域越大，可以收集用以创建图像的光就越多。

如本文中使用的传感器装置可以是指包括传感器和另外的组件(例如，偏置电路系统、模数转换器或滤波器)的装置。传感器装置可以集成在单个芯片上，但是在其他实施例中，可以使用多个芯片或芯片外部的组件来实现传感器装置。

在扩展现实(XR)技术领域，传感器可以用于眼睛跟踪以检测和跟踪用户正在看的方向。这样做可以允许XR系统使用中心凹渲染，这是一种将图像的高细节区域移动以与中心凹上的投影重合的技术。动态注视点渲染使用眼睛跟踪或注视跟踪，实时跟踪用户的焦点方向(即，用户的注视)，并且在用户的视网膜注视的任何地方处渲染清晰图像，而不是在任意固定位置。本文中公开的实施例涉及检测和跟踪眼睛方向(即，焦点方向)，并且更具体地涉及检测和跟踪用户眼睛的中央凹位置以补偿扫描系统的扫描操作。基于检测到的焦点方向和/或检测到的中央凹位置，系统控制器被配置为调节一个或多个系统参数，包括：扫描结构的扫描频率、扫描图案、红绿蓝(RGB)投影的光脉冲传输时间、和/或RGB投影的光束宽度。

图1A是根据一个或多个实施例的图像投影系统100的示意图。图像投影系统100包括至少一个投影模块，该至少一个投影模块根据扫描图案在一个或多个(虚拟)投影平面中投影图像。特别地，可见光(VL)投影(诸如红绿蓝(RGB)投影)根据预编程的扫描图案(例如，光栅或Lissajous图案)被投影到眼睛上，其中RGB光脉冲跟踪该图案。

可以为每只眼睛提供投影模块，以用于投影包括左眼图像和右眼图像的立体图像。因此，在该示例中，提供了两个投影模块110a和110b。图像投影系统100本身可以是眼镜，但可以是任何其他XR投影系统(例如，HUD、HMD等)。眼镜包括分别用于每个投影模块110a、110b的组合器玻璃130a、130b(例如，眼镜镜片)，组合器玻璃130a、130b接收来自对应投影模块110a、110b的透射光束并且根据虚拟投影平面将光束投影(例如，偏转)到对应眼睛上，该虚拟投影平面对应于要在此感知图像的虚拟距离。

图1B示出了根据一个或多个实施例的到眼睛上的图像投影，其中虚拟图像被投影在光学无限远处。图1C示出了根据一个或多个实施例的到眼睛上的图像投影，其中虚拟图像被投影在小于光学无限远的较短距离D处。此处，术语“光学无限远”或“无限远焦点”是其中透镜或其他光学系统在无限远处形成对象图像的状态。这对应于平行光束的焦点。换言之，源自虚拟图像的选定点的光线彼此平行地传输，使得在无限远距离处的眼睛可以感知虚拟图像。当光学系统(例如，人眼)注视光学无限远时，它恰好在光学系统的焦平面上形成图像。放松(正常20/20视力)的人眼正在视网膜处产生光学无限远的图像，以使远处的对象显得清晰。可以说，在此感知虚拟图像以进行渲染的(虚拟)投影平面位于无限远处，如图1B所示。从组合器玻璃130延伸的实际(真实)光束和虚拟光束都作为平行光束传输。虚拟光束是实际光束的虚拟延伸，该虚拟延伸在虚拟投影平面处在虚拟空间中渲染虚拟图像。9.5米的投影距离相当于从努力角度来看的光学无限远，并且在9.5米处投影的图像覆盖5米到无限远的眼睛调节。

相反，发散光束导致在较短距离处感知图像。如图1C所示，从组合器玻璃130向眼睛传输的实际光束是发散光束，并且虚拟光束作为会聚光束远离眼睛从组合器玻璃130向外延伸。虚拟光束会聚在要在此感知图像的投影平面处。该投影平面在与组合器玻璃130相距距离D处被感知，导致在该距离处感知图像。当图像被投影在光学无限远处时，眼睛被认为是放松的。当图像被投影在较短距离处时，眼睛被认为是调节的。

图2是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统200的示意图。多平面图像投影系统200包括投影模块210，投影模块210包括N个RGB光模块、光束组合器214和用作扫描器的微机电系统(MEMS)反射镜225，其中N是大于1的整数。N个RGB光模块包括第一RGB光模块211i，第一RGB光模块211i被配置为传输投影到光学无限远的RGB光束。N个RGB光模块还包括至少一个附加RGB光模块，该至少一个附加RGB光模块被配置为传输在小于光学无限远的预配置距离处投影的RGB光束。该至少一个附加RGB光模块包括第二RGB光模块211i，但是可以存在附加RGB光模块。

附加RGB光模块中的每个RGB光模块被配置为传输与不同投影平面相对应的RGB光束。每个不同投影平面被投影在相对于其他投影平面的不同距离处。因此，投影模块210包括N个专用RGB光模块，该N个专用RGB光模块被配置为在N个不同距离处在N个投影平面处投影，其中这些N个投影平面中的一个位于光学无限远处。通过从对应RGB光模块透射，投影模块210能够投影单个投影平面的图像，或者同时投影两个或更多个投影平面的图像，包括同时投影所有N个投影平面。

N个RGB光模块211i、211d等中的每个包括RGB光单元(即，发射器)212i、212d等，该RGB光单元具有多个光源，包括红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)单色光源(例如，激光二极管或发光二极管)。本示例中的两个RGB光单元212i、212d被配置为生成待被投影到用户眼睛的视网膜上的、在可见光光谱中与图像数据相对应的红色、绿色和蓝色光束。每个RGB光单元212i、212d被配置为沿着相应传输路径传输红色、绿色和蓝色光束，这些光束将由光束组合器214组合成组合传输路径。每个RGB光脉冲可以代表RGB图像的图像像素。每个RGB光脉冲可以包括同时发射的红光脉冲、绿光脉冲和/或蓝光脉冲的任何组合，包括根据相应图像像素的期望像素色调以受控强度组合的一种、两种或三种颜色。因此，RGB光脉冲可以称为像素光脉冲。

光束组合器214位于至少两个RGB光模块传输路径的交点处，以将从其接收的光沿着组合传输路径引向MEMS反射镜225。例如，光束组合器214可以是光束分路器，该光束分路器被配置为对于源自RGB光单元212d的RGB光束具有高透射率并且对于源自RGB光单元212i的RGB光束具有高反射率。这样，源自RGB光单元212d的RGB光束可以穿过光束组合器214以耦合到组合传输路径中，并且源自RGB光单元212i的RGB光束可以被光束组合器214反射以耦合到组合传输路径中。因此，RGB光束经由分束器214耦合到组合传输路径中。

N个RGB光模块211i、211d等中的每个还包括布置在光束组合器214上游的相应传输路径上的光束准直器(例如，准直透镜)213i、213d等。光束准直器213i、213d等被布置成使得相对于源自不同RGB光单元的RGB光束实现不同发散角。不同发散角用于实现N个投影平面的不同投影平面。

光束准直器213d被布置为与RGB光单元212d具有最小间隙距离g1(即，最小轴向距离)。由于最小间隙距离g1，光束准直器213d被配置为接收来自RGB光单元212d的RGB光束并且生成待被投影到眼睛上的准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像。由光束准直器213d产生的发散角大于零，导致第一投影平面被投影在小于光学无限远的预定义距离处。还可以将光束准直器213d布置在可移动平台上以调节最小间隙距离g1，从而调节对应投影平面的感知距离。

相反，光束准直器213i被布置为与RGB光单元212i具有与最小间隙距离g1不同的最小间隙距离g2(即，最小轴向距离)。由于最小间隙距离g2，光束准直器213i被配置为接收来自RGB光单元212i的RGB光束并且生成待被投影到眼睛上的准直光束，以渲染在位于光学无穷远处的第二投影平面处感知的第二投影图像。由光束准直器213i产生的发散角为零，导致平行RGB光束与第二投影平面被投影在光学无穷远处。还可以将光束准直器213i布置在可移动平台上以调节最小间隙距离g2，从而调节对应投影平面的感知距离。

MEMS反射镜是集成在半导体芯片(未示出)上的机械移动反射镜(即，MEMS微反射镜)。MEMS反射镜225可以由机械弹簧(例如，扭杆)或挠性件悬挂并且被配置为围绕两个轴旋转，例如，围绕x轴旋转以执行水平扫描和围绕y轴(即，与x轴正交)旋转以执行垂直扫描。使用两个扫描轴，MEMS反射镜225能够执行二维(2D)扫描并且可以用于光栅或Lissajous扫描操作。

MEMS反射镜225可以是谐振器(即，谐振MEMS反射镜)，该谐振器被配置为围绕每个扫描轴“左右”振荡，使得从MEMS反射镜反射的光在对应扫描方向(例如，水平扫描方向或垂直扫描方向)上来回振荡。扫描周期或振荡周期被定义为例如从视场的第一边缘(例如，第一侧)到视场的第二边缘(例如，第二侧)然后再次返回到第一侧的完整振荡。MEMS反射镜的反射周期对应于扫描周期。

因此，通过改变MEMS反射镜225在其相应扫描轴上的角度θx和θy，在两个扫描方向上扫描视场。可以通过独立地配置相对于围绕每个轴的旋转的幅度范围(即，运动的角范围)和驱动频率来实现特定扫描图案。此外，用于围绕每个扫描轴驱动MEMS反射镜225的驱动信号的驱动波形的形状可以被独立地配置以进一步定义扫描图案。例如，两个扫描轴的驱动波形可以是正弦的，或者一个可以是正弦的，另一个可以是锯齿状的，等等。

因此，MEMS反射镜225布置在组合传输路径上并且用于根据扫描图案转向从其接收的RGB光，以将在不同投影平面处感知的图像渲染到眼睛的视网膜上。MEMS反射镜225将RGB光沿着组合传输路径进一步引向光束组合器130，光束组合器130然后将RGB光引向眼睛以在其上渲染图像。光束组合器130负责通过将RGB图像引导到用户眼睛的视场中，来将RGB图像投影到用户的眼睛中。换言之，光束组合器130根据受控扫描图案和预先配置的投影平面，将由RGB光单元212d、212i等生成的RGB图像传送到用户的眼睛。

每个RGB光脉冲可以代表RGB图像的图像像素。每个RGB光脉冲可以包括同时发射的红光脉冲、绿光脉冲和/或蓝光脉冲的任何组合，包括根据相应图像像素的期望像素色调、以受控强度组合的一种、两种或三种颜色。因此，RGB光脉冲可以称为像素光脉冲。

综上所述，多平面图像投影系统200包括：第一发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束、并且沿着第一传输路径传输第一光束；布置在第一传输路径上的第一准直透镜，第一准直透镜被配置为接收第一光束并且生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像；第二发射器，被配置为生成与不同于第一投影平面的第二投影平面相对应的第二光束、并且沿着第二传输路径传输第二光束；布置在第二传输路径上的第二准直透镜，第二准直透镜被配置为接收第二光束并且生成待被投影到眼睛上的第二准直光束，以渲染在第二投影平面处感知的第二投影图像；第一光束组合器，布置在第一传输路径和第二传输路径的交点处，第一光束组合器被配置为在组合传输路径上传输第一准直光束和第二准直光束；以及布置在组合传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一准直光束和第二准直光束，并且根据扫描图案使第一准直光束和第二准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

多平面图像投影系统200还可以包括布置在扫描器与眼睛之间的第二光束组合器，其中第二光束组合器接收第一准直光束和第二准直光束并且将第一准直光束和第二准直光束引导到眼睛上。

第一准直透镜被布置在距第一发射器的第一最小距离处，并且第二准直透镜被布置在距第二发射器的不同于第一最小距离的第二最小距离处。第一准直透镜被固定或者可移动，使得第一最小距离是固定的或是可调节的，并且第二准直透镜被固定或者可移动，使得第二最小距离是固定的或是可调节的。

第一发射器可以是包括红色光源、绿色光源和蓝色光源的第一RGB发射器，并且第一投影图像是第一RGB图像；并且第二发射器可以是第二RGB发射器，并且第二投影图像是第二RGB图像。备选地，第一发射器可以是第一单色发射器，并且第二发射器可以是与第一单色发射器传输相同颜色的第二单色发射器。第一发射器和第二发射器被配置为传输第一光束和第二光束，以将第一投影图像和第二投影图像同时投影到眼睛上。

图3A和图3B是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的投影模块310的示意图。如参考多平面图像投影系统200类似地描述的，投影模块是还可以包括光束组合器130的多平面图像投影系统的一部分。这里，投影模块310包括单个RGB光单元(即，发射器)212，并且可移动光束准直器213被布置为与RGB光单元212具有最小可变间隙距离vg(即，最小轴向距离)。例如，可移动光束准直器213可以固定到可移动平台315，可移动平台315移动以改变(即，增加或减少)最小可变间隙距离vg以便在不同投影平面上投影图像。换言之，最小可变间隙距离vg可以被改变，以在某些预先选择的距离(包括光学无限远或小于光学无限远)处投影图像。来自可移动光束准直器213的光束在MEMS反射镜225处被接收，MEMS反射镜225根据扫描图案将光束引向光束组合器130(未示出)。

结果，N投影平面的投影仅需要单个但可聚焦的RGB激光模块。但是，一次只能投影一个投影平面(即，没有透明的虚拟对象)。此外，每个激光模块都附有聚焦机构(即，可移动光束准直器213)。

如图3A所示，第一图像帧(帧1)被投影在以第一预先选择的距离感知的投影平面处。在图3B中，第二图像帧(帧2)被投影在以第二预先选择的距离感知的投影平面处。因此，投影模块310经由激光聚焦提供连续平面投影，并且最小可变间隙距离vg可以逐帧调节。

综上所述，该图像投影系统包括：发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输第一光束和第二光束；可移动准直透镜，布置在传输路径上并且被配置为相对于发射器轴向移动，使得距发射器的最小轴向距离改变，其中可移动准直透镜被配置为：在与发射器相距第一最小轴向距离时接收第一光束，生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像；在与发射器相距不同于第一最小轴向距离的第二最小轴向距离时接收第二光束，并且生成待被投影到眼睛上的第二准直光束，以渲染在不同于第一投影平面的第二投影平面处感知的第二投影图像；以及布置在传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一准直光束和第二准直光束，并且根据至少一个扫描图案使第一准直光束和第二准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

该图像投影系统还可以包括布置在扫描器与眼睛之间的光束组合器，其中光束组合器接收第一准直光束和第二准直光束并且将第一准直光束和第二准直光束引导到眼睛上。

图4A和图4B是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的投影模块410的示意图。如参考多平面图像投影系统200类似地描述的，投影模块是还可以包括光束组合器130的多平面图像投影系统的一部分。这里，投影模块410包括单个RGB光单元(即，发射器)212、固定光束准直器213和具有可调节形状的可调节光学元件416(例如，可调节透镜)。特别地，可调节光学元件416的形状可以被调节以改变其焦距。因此，对于源自RGB光单元212的RGB光束可以实现不同发散角。不同发散角用于实现不同投影平面，包括投影在光学无限远处的投影平面和投影在比光学无限短的预先选择的距离处的投影平面。

从RGB光单元212到固定光束准直器213的间隙距离g(即，轴向距离)保持固定。即，单个间隙距离g用于所有投影平面。来自可调节光学元件416的光束在MEMS反射镜225处接收，MEMS反射镜225根据扫描图案将光束引向光束组合器130(未示出)。

如图4A所示，第一图像帧(帧1)被投影在以第一预先选择的距离感知的投影平面处。可调节光学元件416的形状使得RGB光束的发散角大于零。结果，第一预先选择的距离小于光学无限远。在图4A中，可调节光学元件416获取具有预先选择的焦距的负透镜的形状，该焦距可以根据投影平面在此将被投影的期望距离进行调节。

在图4B中，第二图像帧(帧2)被投影在以第二预先选择的距离感知的投影平面处。可调节光学元件416的形状使得RGB光束的发散角等于零，从而确保RGB光束保持彼此平行。结果，第二预先选择的距离等效于光学无限远。在图4B中，可调节光学元件416获取零功率光学元件的形状。

因此，投影模块410经由可调节光学元件416提供连续平面投影，并且可调节光学元件416的形状可以在时间基础上调节。

综上所述，该图像投影系统包括：发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输第一光束和第二光束；布置在传输路径上的准直透镜，第一准直透镜被配置为接收第一光束，传输第一光束作为第一准直光束，接收第二光束，并且传输第二光束作为第二准直光束；以及布置在传输路径上并且被配置为调节可调节光学元件的焦距以至少包括与第一投影平面相对应的第一焦距和与第二投影平面相对应的第二焦距的可调节光学元件。

可调节光学元件被配置为当可调节光学元件的焦距设置在第一焦距处时接收第一准直光束，并且传输第一准直光束作为待被投影到眼睛上的第一补偿光束，以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像。可调节光学元件被配置为当可调节光学元件的焦距设置在第二焦距处时接收第二准直光束，并且传输第二准直光束作为待被投影到眼睛上的第二补偿光束，以渲染在不同于第一投影平面的第二投影平面处感知的第二投影图像。

该图像投影系统还包括布置在传输路径上的扫描器，扫描器被配置为接收第一补偿光束和第二补偿光束，并且根据至少一个扫描图案使第一补偿光束和第二补偿光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

该图像投影系统还可以包括布置在扫描器与眼睛之间的光束组合器，其中光束组合器接收第一准直光束和第二准直光束，并且将第一准直光束和第二准直光束引导到眼睛上。

发射器可以是包括红色光源、绿色光源和蓝色光源的RGB发射器，并且第一投影图像和第二投影图像是RGB图像。

图5是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统的投影模块510的示意图。如参考多平面图像投影系统200类似地描述的，投影模块是还可以包括光束组合器130的多平面图像投影系统的一部分。虽然未示出，但是投影模块510还包括MEMS反射镜225，MEMS反射镜225接收光束并且根据扫描图案使它们转向以将图像渲染到眼睛上。

投影模块510包括被配置为传输与第一投影平面相对应的第一偏振光束的第一多个单色发射器212rp、212gp和212bp。特别地，第一多个单色发射器212rp、212gp和212bp生成p偏振光束，发射器212rp生成红色p偏振光束，发射器212gp生成绿色p偏振光束，发射器212bp生成蓝色p偏振光束。红色、绿色和蓝色偏振光束的传输一起被同步以形成RGB图像的图像像素，并且发射器212rp、212gp和212bp用于渲染第一RGB图像。

投影模块510还包括与第一多个单色发射器212rp、212gp和212bp相对应的第一多个准直透镜213rp、213gp和213bp，其中第一多个准直透镜213rp、213gp和213bp中的每个被配置为从第一多个单色发射器212rp、212gp和212bp中的不同单色发射器接收第一偏振光束，使得第一多个准直透镜213rp、213gp和213bp生成待被投影到眼睛上的第一偏振准直光束以渲染在第一投影平面处感知的第一投影图像。

第一多个准直透镜213rp、213gp和213bp中的每个被布置为与其相应发射器212rp、212gp和212bp相距间隙距离g2。由于间隙距离g2，第一多个准直透镜213rp、213gp和213bp中的每个被配置为接收单色p偏振光束并且生成待被投影到眼睛上的准直光束，以渲染在光学无穷远处感知的投影图像。

投影模块510还包括偏振光束组合器523，偏振光束组合器523被配置为反射p偏振光并且透射s偏振光，以将不同类型的偏振光耦合到组合传输路径中，MEMS反射镜225(未示出)布置在该组合传输路径上。偏振光束组合器523将不同偏振的光束引向MEMS反射镜225。

投影模块510还包括被配置为将第一偏振准直光束引导至偏振光束组合器523的第一多个分色镜517和518处。在该示例中，分色镜517和518被配置为透射从发射器212rp接收的红光，并且分别反射从发射器212gp和212bp接收的绿光和蓝光。因此，第一偏振准直光束通过二向色镜517和518耦合到相同传输路径中并且被引向偏振光束组合器523。

投影模块510包括被配置为传输与第二投影平面相对应的第二偏振光束的第二多个单色发射器212rs、212gs和212bs。特别地，第二多个单色发射器212rs、212gs和212bs生成s偏振光束，发射器212rs生成红色s偏振光束，发射器212gs生成绿色s偏振光束，发射器212bs生成蓝色s偏振光束。红色、绿色和蓝色偏振光束一起形成RGB图像的图像像素，并且发射器212rs、212gs和212bs用于渲染第二RGB图像。

投影模块510还包括与第二多个单色发射器212rs、212gs和212bs相对应的第二多个准直透镜213rs、213gs和213bs，其中第二多个准直透镜213rs、213gs和213bs中的每个被配置为从第二多个单色发射器212rs、212gs和212bs中的不同单色发射器接收第二偏振光束，使得第二多个准直透镜213rs、213gs和213bs生成待被投影到眼睛上的第二偏振准直光束以渲染在第二投影平面处感知的第二投影图像。

第二多个准直透镜213rs、213gs和213bs中的每个被布置为与其发射器212rs、212gs和212bs相距最小间隙距离g1(即，最小轴向距离)。由于最小间隙距离g1，第二多个准直透镜213rs、213gs和213bs中的每个被配置为接收单色s偏振光束并且生成待被投影到眼睛上的准直光束，以渲染在小于光学无限远的距离处感知的投影图像。

投影模块510还包括被配置为将第二偏振准直光束引导至偏振光束组合器523的第二多个分色镜521和522处。在该示例中，分色镜521和522被配置为透射从发射器212rs接收的红光，并且分别反射从发射器212gs和212bs接收的绿光和蓝光。因此，第二偏振准直光束通过分色镜521和522耦合到相同传输路径中，并且被引向偏振光束组合器523。

偏振光束组合器523布置在第一偏振准直光束和第二偏振准直光束的交点处，以在组合传输路径上引导第一偏振准直光束和第二偏振准直光束。因此，p偏振光束和s偏振光束都在布置在组合传输路径上的MEMS反射镜225处传输。MEMS反射镜225被配置为接收第一偏振准直光束和第二偏振准直光束，并且根据扫描图案使第一偏振准直光束和第二偏振准直光束转向，以将第一投影图像和第二投影图像渲染到眼睛上。

偏振光束组合器523包括在此接收p偏振光束的第一表面和在此接收s偏振光束的第二表面，其中偏振光束组合器523被配置为反射在第一表面处接收的p偏振光束并且透射在第二表面处接收的s偏振光束，或者反射在第二表面处接收的s偏振光束并且透射在第一表面处接收的p偏振光束。换言之，p偏振系统和s偏振系统可以互换位置，并且偏振光束组合器523的反射面和透射面的偏振可以相应地设计。

投影模块510还可以包括布置在扫描器225与眼睛之间的光束组合器130(未示出)，其中光束组合器130接收第一偏振准直光束和第二偏振准直光束并且将第一偏振准直光束和第二偏振准直光束引导到眼睛上。

图6是根据一个或多个实施例的多平面图像投影系统600的示意图。多平面图像投影系统600包括用于将从多个单色发射器接收的光束耦合到组合传输路径中的分色镜系统，MEMS反射镜225布置在该组合传输路径上以接收光束。

多平面图像投影系统600包括被配置为传输在不同距离处感知的与多个投影平面相对应的第一多个光束的第一多个单色发射器212r1、212r2、212r3。换言之，第一多个单色发射器212r1、212r2、212r3中的每个在不同投影平面处传输光，并且单色发射器的数目等于系统600可以投影到其上的投影平面的数目。不同间隙距离g1、g2和g3用于设置每个投影平面的感知距离。

如将变得容易很清楚的，第一多个单色发射器212rl、212r2、212r3中的每个将与第二多个单色发射器212g1、212g2、212g3中的对应单色发射器和第三多个单色发射器212b1、212b2、212b中的对应单色发射器匹配和同步。

第一多个单色发射器212rl、212r2、212r3中的每个被配置为传输波长略有不同的红光，以损耗最小或无损耗地在二向色镜系统中适当传播(即，无损方法)。类似地，第二多个单色发射器212b1、212b2、212b3中的每个被配置为传输波长略有不同的蓝光，以损耗最小或无损耗地在二向色镜系统中适当传播(即，无损方法)。类似地，第二多个单色发射器212g1、212g2、212g3中的每个被配置为传输波长略有不同的绿光，以损耗最小或无损耗地在二向色镜系统中适当传播(即，无损方法)。因此，第一多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的红光发射器，第二多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的蓝光发射器，第三多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的绿色发射器。

多平面图像投影系统600还包括与第一多个单色发射器212r1、212r2、212r3相对应的第一多个准直透镜213r1、213r2、213r3，其中第一多个准直透镜213r2、213r1、、213r3被配置为从第一多个单色发射器212r1、212r2、212r3中的不同单色发射器接收对应光束，使得第一多个准直透镜生成待被投影到眼睛上的第一多个准直光束，以渲染多个投影图像，每个投影图像要在多个投影平面中的不同投影平面处被感知。

多平面图像投影系统600还包括MEMS反射镜225，MEMS反射镜225被配置为接收第一多个准直光束并且根据扫描图案使第一多个准直光束转向，以将多个投影图像渲染到眼睛上。

多平面图像投影系统600还包括被配置为传输与多个投影平面相对应的第二多个光束的第二多个单色发射器212b1、212b2、212b3。提供与第二多个单色发射器212b1、212b2、212b3相对应的第二多个准直透镜213b1、213b2、213b3，其中第二多个准直透镜213b1、213b2、213b3中的每个被配置为从第二多个单色发射器212b1、212b2、212b3中的不同单色发射器接收对应光束，使得第二多个准直透镜213b1、213b2、213b3生成待被投影到眼睛上的第二多个准直光束，以渲染多个投影图像，每个投影图像要在多个投影平面中的不同投影平面处被感知。

多平面图像投影系统600还包括光束组合器631，光束组合器631布置在第一多个准直光束(红光)和第二多个准直光束(蓝光)的交点处以在组合传输路径上引导第一多个准直光束和第二多个准直光束。光束组合器631可以是分色镜，该分色镜被配置为透射与第一多个准直光束(例如，红光)相对应的波长并且反射与第二多个准直光束(例如，蓝光)相对应的波长。

MEMS反射镜225布置在组合传输路径上以接收第一多个准直光束和第二多个准直光束并且根据扫描图案使第一多个准直光束和第二多个准直光束转向，以将多个投影图像渲染到眼睛上。

多平面图像投影系统600还包括被配置为传输与多个投影平面相对应的第三多个光束的第二多个单色发射器212g1、212g2、212g3。第三多个准直透镜213g1、213g2、213g3对应于第三多个单色发射器212g1、212g2、212g3，其中第三多个准直透镜213g1、213g2、213g3中的每个被配置为从第三多个单色发射器212g1、212g2、212g3中的不同单色发射器接收对应光束，使得第三多个准直透镜213g1、213g2、213g3生成待被投影到眼睛上的第三多个准直光束，以渲染多个投影图像，每个投影图像要在多个投影平面中的不同投影平面处被感知。

另一光束组合器632被布置在光束组合器631和MEMS反射镜225之间的组合传输路径上，使得它位于光束组合器631下游以从中接收第一多个准直光束和第二多个准直光束。因此，光束组合器632布置在第一多个准直光束、第二多个准直光束和第三多个准直光束的交点处，以在组合传输路径上朝向MEMS反射镜225引导第一多个准直光束、第二多个准直光束和第三多个准直光束。光束组合器632可以是二向色镜，该二向色镜被配置为传输与第一多个准直光束和第二多个准直光束相对应的波长(例如，红光和蓝光)并且反射与第三多个准直光束相对应的波长(例如，绿光)。光束组合器632负责确保所有光束都耦合到组合传输路径中并且引导至MEMS反射镜225处。

MEMS反射镜225布置在光束组合器632下游的组合传输路径上以接收第一多个准直光束、第二多个准直光束和第三多个准直光束并且根据扫描图案使第一多个准直光束、第二多个准直光束和第三多个准直光束转向，以将多个投影图像渲染到眼睛上。

多平面图像投影系统600还包括第一多个分色镜633和634，被配置为将第一多个准直光束引导至光束组合器631处、第二多个分色镜635和636，被配置为将第二多个准直光束引导至光束组合器631、以及第三多个分色镜637和638，被配置为将第三多个准直光束引导至光束组合器632。

因为第一多个准直光束具有略微不同的波长，所以分色镜633透射从发射器612r2接收的光并且反射从发射器612r3接收的光。类似地，分色镜634透射从发射器612r2、612r3接收的光并且反射从发射器612r1接收的光。

类似地，因为第二多个准直光束具有略微不同的波长，所以分色镜635透射从发射器612b2接收的光并且反射从发射器612b3接收的光。类似地，分色镜636透射从发射器612b2、612b3接收的光并且反射从发射器612b1接收的光。

类似地，因为第三多个准直光束具有略微不同的波长，所以分色镜637透射从发射器612g2接收的光并且反射从发射器612g3接收的光。类似地，分色镜638透射从发射器612g2、612g3接收的光并且反射从发射器612g1接收的光。

备选地，633、634、635、636、637、638可以是具有固定传输比(例如，633、635、637的传输:反射为50:50，634、636、638的传输:反射为0.6(6):0.3(3))以对所有组合波长的贡献相等。

第一多个分色镜633、634被配置为在相同传输路径上引导第一多个准直光束，并且第一多个单色发射器212rl、212r2、212r3被配置为以相对于彼此不同的波长来传输基本相同颜色的光。

第二多个分色镜635、636被配置为在相同传输路径上引导第二多个准直光束，并且第二多个单色发射器212bl、212b2、212b3被配置为以相对于彼此不同的波长来传输基本相同颜色的光。

第三多个分色镜637、638被配置为在相同传输路径上引导第三多个准直光束，并且第三多个单色发射器212g1、212g2、212g3被配置为以相对于彼此不同的波长来传输基本相同颜色的光。

第一多个单色发射器212rl、212r2、212r3中的每个与第一多个准直透镜213rl、213r2、213r3中的一个配对以形成一对，使得每对分开与多个投影平面中的不同投影平面相对应的相应最小距离，每个相应最小距离彼此不同。第一多个准直透镜213r1、213r2、213r3中的每个被固定或者可移动，使得每个相应距离是固定的或是可调节的。类似的特征可以扩展到第二多个发射器和准直透镜以及第三多个发射器和准直透镜。

综上所述，可以使用本文中描述的实施例同时或依次渲染多个投影平面处的图像。

除了由权利要求限定的实施例，下面提供了另外的实施例。

1.一种图像投影系统，包括：

发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输所述第一光束和所述第二光束；

可移动准直透镜，布置在所述传输路径上并且被配置为相对于所述发射器轴向移动，使得距所述发射器的最小轴向距离改变，其中所述可移动准直透镜被配置为：在其与所述发射器相距第一最小轴向距离时接收所述第一光束，生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在所述第一投影平面处感知的第一投影图像；在其与所述发射器相距不同于所述第一最小轴向距离的第二最小轴向距离时接收所述第二光束，并且生成待被投影到所述眼睛上的第二准直光束，以渲染在不同于所述第一投影平面的所述第二投影平面处感知的第二投影图像；以及

扫描器，布置在所述传输路径上，所述扫描器被配置为接收所述第一准直光束和所述第二准直光束，并且根据至少一个扫描图案使所述第一准直光束和所述第二准直光束转向，以将所述第一投影图像和所述第二投影图像渲染到所述眼睛上。

2.根据实施例1所述的图像投影系统，还包括：

光束组合器，布置在所述扫描器与所述眼睛之间，其中所述光束组合器接收所述第一准直光束和所述第二准直光束，并且将所述第一准直光束和所述第二准直光束引导到所述眼睛上。

3.根据实施例1所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影到光学无限远，以及

所述第二投影平面被投影在小于光学无限远的预定义距离处。

4.根据实施例3所述的图像投影系统，其中光学无限远等同于至少9.5米的虚拟距离。

5.根据实施例1所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影在第一预定义距离处，以及

所述第二投影平面被投影在不同于所述第一预定义距离的第二预定义距离处。

6.根据实施例1所述的图像投影系统，其中：

所述发射器是包括红色光源、绿色光源和蓝色光源的第一红绿蓝(RGB)发射器，并且所述第一投影图像和所述第二投影图像是RGB图像。

7.一种图像投影系统，包括：

发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束，生成与第二投影平面相对应的第二光束，并且沿着传输路径依次传输所述第一光束和所述第二光束；

准直透镜，布置在所述传输路径上，所述第一准直透镜被配置为接收所述第一光束，传输所述第一光束作为第一准直光束，接收所述第二光束，并且传输所述第二光束作为第二准直光束；

可调节光学元件，布置在所述传输路径上并且被配置为调节所述可调节光学元件的焦距，以至少包括与所述第一投影平面相对应的第一焦距和与所述第二投影平面相对应的第二焦距，

其中所述可调节光学元件被配置为当所述可调节光学元件的焦距设置在所述第一焦距处时接收所述第一准直光束，并且传输所述第一准直光束作为待被投影到眼睛上的第一补偿光束，以渲染在所述第一投影平面处感知的第一投影图像，以及

其中所述可调节光学元件被配置为当所述可调节光学元件的焦距设置在所述第二焦距处时接收所述第二准直光束，并且传输所述第二准直光束作为待被投影到所述眼睛上的第二补偿光束，以渲染在不同于所述第一投影平面的第二投影平面处感知的第二投影图像；以及

扫描器，布置在所述传输路径上，所述扫描器被配置为接收所述第一补偿光束和所述第二补偿光束，并且根据至少一个扫描图案使所述第一补偿光束和所述第二补偿光束转向，以将所述第一投影图像和所述第二投影图像渲染到所述眼睛上。

8.根据实施例7所述的图像投影系统，还包括：

光束组合器，布置在所述扫描器与所述眼睛之间，其中所述光束组合器接收所述第一准直光束和所述第二准直光束，并且将所述第一准直光束和所述第二准直光束引导到所述眼睛上。

9.根据实施例7所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影到光学无限远，以及

所述第二投影平面被投影在小于光学无限远的预定义距离处。

10.根据实施例9所述的图像投影系统，其中光学无限远等同于至少9.5米的虚拟距离。

11.根据实施例7所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影在所述第一预定义距离处，以及

所述第二投影平面被投影在不同于所述第一预定义距离的第二预定义距离处。

12.根据实施例7所述的图像投影系统，其中：

所述发射器是包括红色光源、绿色光源和蓝色光源的第一红绿蓝(RGB)发射器，并且所述第一投影图像和所述第二投影图像是RGB图像。

尽管本文中描述的实施例涉及具有反射镜的MEMS装置，但应当理解，其他实现可以包括除MEMS反射镜装置之外的光学装置。此外，虽然已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是很明显，这些方面也表示对应方法的描述，其中块或装置对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应块或项目或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以由(或使用)硬件装置来执行，例如微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，方法步骤中的一个或多个可以由这样的装置执行。

虽然已经描述了各种实施例，但是对于本领域普通技术人员来说很清楚的是，在本公开的范围内可以有更多的实施例和实现。因此，本发明不受所附权利要求及其等同物的限制。关于由上述组件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这样的组件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的组件的指定功能的任何组件或结构(即，功能上等效的)，即使在结构上不等同于执行本文所示的本发明的示例性实现中的功能的所公开的结构。

此外，所附权利要求特此并入详细描述中，其中每个权利要求可以独立作为单独的示例实施例。虽然每个权利要求都可以独立作为单独的示例实施例，但应当注意——尽管从属权利要求可能在权利要求中涉及与一个或多个其他权利要求的特定组合——其他示例实施例也可以包括从属权利要求与彼此的从属或独立权利要求的主题的组合。除非声明不打算进行特定组合，否则本文中建议这样的组合。此外，也旨在将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于该独立权利要求。

还需要注意，说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的相应动作中的每个的装置的设备来实现。

此外，应当理解，在说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开可以不被解释为在特定顺序内。因此，除非由于技术原因导致这些动作或功能不可互换，否则多个动作或功能的公开不会将这些限制为特定顺序。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分解为多个子动作。除非明确排除，否则这样的子动作可以被包括在内，并且是该单个动作的公开的一部分。

指令可以由一个或多个处理器执行，诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、或者其他等效的集成或分立逻辑电路系统。因此，本文中使用的术语“处理器”或“处理电路系统”是指任何前述结构或适合于实现本文中描述的技术的任何其他结构。此外，在一些方面，本文中描述的功能可以在专用硬件和/或软件模块内提供。此外，这些技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实现。

因此，本公开中描述的技术可以至少部分以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实现，包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、或者任何其他等效的集成或离散逻辑电路系统、以及这样的组件的任何组合。

包括硬件的控制器也可以执行本公开中描述的一种或多种技术。这样的硬件、软件和固件可以在同一设备内或在单独设备内实现以支持本公开中描述的各种技术。软件可以存储在非瞬态计算机可读介质上，使得非瞬态计算机可读介质包括存储在其上的程序代码或程序算法，该程序代码或程序算法在被执行时经由计算机程序引起控制器执行方法的步骤。

尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说很清楚的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改以实现本文中公开的概念的一些优点。对于本领域普通技术人员来说很清楚的是，执行相同功能的其他组件可以被适当地替代。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。应当提到，参考特定图解释的特征可以与其他图的特征组合，即使在没有明确提及的图中。对一般发明概念的这样的修改旨在由所附权利要求及其法律等效物覆盖。

Claims (32)

1.一种图像投影系统，包括：

第一发射器，被配置为生成与第一投影平面相对应的第一光束并且沿着第一传输路径传输所述第一光束；

第一准直透镜，布置在所述第一传输路径上，所述第一准直透镜被配置为接收所述第一光束，并且生成待被投影到眼睛上的第一准直光束，以渲染在所述第一投影平面处感知的第一投影图像；

第二发射器，被配置为生成与第二投影平面相对应的第二光束并且沿着第二传输路径传输所述第二光束，所述第二投影平面不同于所述第一投影平面；

第二准直透镜，布置在所述第二传输路径上，所述第二准直透镜被配置为接收所述第二光束并且生成待被投影到所述眼睛上的第二准直光束，以渲染在所述第二投影平面处感知的第二投影图像；

第一光束组合器，布置在所述第一传输路径和所述第二传输路径的交点处，所述第一光束组合器被配置为在组合传输路径上传输所述第一准直光束和所述第二准直光束；以及

扫描器，布置在所述组合传输路径上，所述扫描器被配置为接收所述第一准直光束和所述第二准直光束，并且根据扫描图案使所述第一准直光束和所述第二准直光束转向，以将所述第一投影图像和所述第二投影图像渲染到所述眼睛上。

2.根据权利要求1所述的图像投影系统，还包括：

第二光束组合器，布置在所述扫描器与所述眼睛之间，其中所述第二光束组合器接收所述第一准直光束和所述第二准直光束，并且将所述第一准直光束和所述第二准直光束引导到所述眼睛上。

3.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中：

所述第一准直透镜被布置在距所述第一发射器的第一距离处；以及

所述第二准直透镜被布置在距所述第二发射器的第二距离处，所述第二距离不同于所述第一距离。

4.根据权利要求3所述的图像投影系统，其中：

所述第一准直透镜被固定或者可移动，使得所述第一距离是固定的或是可调节的，以及

所述第二准直透镜被固定或者可移动，使得所述第二距离是固定的或是可调节的。

5.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影到光学无限远，以及

所述第二投影平面被投影在小于光学无限远的预定义距离处。

6.根据权利要求5所述的图像投影系统，其中光学无限远等同于至少9.5米的虚拟距离。

7.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影在第一预定义距离处，以及

所述第二投影平面被投影在与所述第一预定义距离不同的第二预定义距离处。

8.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中：

所述第一发射器是包括红色光源、绿色光源和蓝色光源的第一红绿蓝RGB发射器，并且所述第一投影图像是第一RGB图像，以及

所述第二发射器是第二RGB发射器，并且所述第二投影图像是第二RGB图像。

9.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中：

所述第一发射器是第一单色发射器，以及

所述第二发射器是传输与所述第一单色发射器相同的颜色的第二单色发射器。

10.根据权利要求1所述的图像投影系统，其中所述第一发射器和所述第二发射器被配置为传输所述第一光束和所述第二光束，以将所述第一投影图像和所述第二投影图像同时投影到所述眼睛上。

11.一种图像投影系统，包括：

第一多个单色发射器，被配置为传输与第一投影平面相对应的第一偏振光束；

第一多个准直透镜，与所述第一多个单色发射器相对应，其中所述第一多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为：从所述第一多个单色发射器中的不同单色发射器接收第一偏振光束，使得所述第一多个准直透镜生成待被投影到眼睛上的第一偏振准直光束，以渲染在所述第一投影平面处感知的第一投影图像；

第二多个单色发射器，被配置为传输与第二投影平面相对应的第二偏振光束；

第二多个准直透镜，与所述第二多个单色发射器相对应，其中所述第二多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为：从所述第二多个单色发射器中的不同单色发射器接收第二偏振光束，使得所述第二多个准直透镜生成待被投影到所述眼睛上的第二偏振准直光束，以渲染在所述第二投影平面处感知的第二投影图像；

偏振光束组合器，布置在所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束的交点处，以在组合传输路径上引导所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束；以及

扫描器，布置在所述组合传输路径上，所述扫描器被配置为接收所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束，并且根据扫描图案使所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束转向，以将所述第一投影图像和所述第二投影图像渲染到所述眼睛上。

12.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中：

所述第一偏振光束是p偏振光束，并且所述第二偏振光束是s偏振光束，以及

所述偏振光束组合器包括第一表面和第二表面，所述p偏振光束在所述第一表面处接收，所述s偏振光束在所述第二表面处接收，其中所述偏振光束组合器被配置为：反射在所述第一表面处接收的所述p偏振光束、并且透射在所述第二表面处接收的所述s偏振光束，或者反射在所述第二表面处接收的所述s偏振光束、并且透射在所述第一表面处接收的所述p偏振光束。

13.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中：

所述第一多个准直透镜中的每个准直透镜被布置在距所述第一多个单色发射器中的对应单色发射器的第一最小距离处；以及

所述第二多个准直透镜中的每个准直透镜被布置在距所述第二多个单色发射器中的对应单色发射器的第二最小距离处，所述第二最小距离不同于所述第一最小距离。

14.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中：

所述第一多个单色发射器包括第一红光发射器、第一蓝光发射器、第一绿光发射器，以及

所述第二多个单色发射器包括第二红光发射器、第二蓝光发射器、第二绿光发射器。

15.根据权利要求14所述的图像投影系统，还包括：

第一多个分色镜，被配置为将所述第一偏振准直光束引导至所述偏振光束组合器处；以及

第二多个分色镜，被配置为将所述第二偏振准直光束引导至所述偏振光束组合器处。

16.根据权利要求11所述的图像投影系统，还包括：

另外的光束组合器，布置在所述扫描器与所述眼睛之间，其中所述另外的光束组合器接收所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束，并且将所述第一偏振准直光束和所述第二偏振准直光束引导到所述眼睛上。

17.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影到光学无限远，以及

所述第二投影平面被投影在小于光学无限远的预定义距离处。

18.根据权利要求17所述的图像投影系统，其中光学无限远等同于至少9.5米的虚拟距离。

19.根据权利要求11所述的图像投影系统，其中：

所述第一投影平面被投影在第一预定义距离处，以及

所述第二投影平面被投影在第二预定义距离处，所述第二预定义距离不同于所述第一预定义距离。

20.一种图像投影系统，包括：

第一多个单色发射器，被配置为传输在不同距离处感知的、与多个投影平面相对应的第一多个光束；

第一多个准直透镜，与所述第一多个单色发射器相对应，其中所述第一多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为：从所述第一多个单色发射器中的不同单色发射器接收对应光束，使得所述第一多个准直透镜透镜生成待被投影到眼睛上的第一多个准直光束，以渲染多个投影图像，每个投影图像要在所述多个投影平面中的不同投影平面处被感知；以及

扫描器，被配置为接收所述第一多个准直光束，并且根据扫描图案使所述第一多个准直光束转向，以将所述多个投影图像渲染到所述眼睛上。

21.根据权利要求20所述的图像投影系统，还包括：

第二多个单色发射器，被配置为传输与所述多个投影平面相对应的第二多个光束；

第二多个准直透镜，与所述第二多个单色发射器相对应，其中所述第二多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为：从所述第二多个单色发射器中的不同单色发射器接收对应光束，使得所述第二多个准直透镜透镜生成待被投影到所述眼睛上的第二多个准直光束，以渲染所述多个投影图像，每个投影图像要在所述多个投影平面中的不同投影平面处被感知；以及

第一光束组合器，布置在所述第一多个准直光束和所述第二多个准直光束的交点处，以在组合传输路径上引导所述第一多个准直光束和所述第二多个准直光束，

其中所述扫描器布置在所述组合传输路径上以接收所述第一多个准直光束和所述第二多个准直光束，并且根据所述扫描图案使所述第一多个准直光束和所述第二多个准直光束转向，以将所述多个投影图像渲染到所述眼睛上。

22.根据权利要求21所述的图像投影系统，还包括：

第三多个单色发射器，被配置为传输与所述多个投影平面相对应的第三多个光束；以及

第三多个准直透镜，与所述第三多个单色发射器相对应，其中所述第三多个准直透镜中的每个准直透镜被配置为：从所述第三多个单色发射器中的不同单色发射器接收对应光束，使得所述第三多个准直透镜透镜生成待被投影到所述眼睛上的第三多个准直光束，以渲染所述多个投影图像，每个投影图像要在所述多个投影平面中的不同投影平面处被感知；以及

第二光束组合器，布置在所述第一多个准直光束、所述第二多个准直光束和所述第三多个准直光束的交点处，以在组合传输路径上引导所述第一多个准直光束、所述第二多个准直光束和所述第三多个准直光束，以及

其中所述扫描器布置在所述组合传输路径上，来接收所述第一多个准直光束、所述第二多个准直光束和所述第三多个准直光束，并且根据所述扫描图案使所述第一多个准直光束、所述第二多个准直光束和所述第三多个准直光束转向，以将所述多个投影图像渲染到所述眼睛上。

23.根据权利要求22所述的图像投影系统，还包括：

第一多个分色镜，被配置为将所述第一多个准直光束引导至所述第一光束组合器处；

第二多个分色镜，被配置为将所述第二多个准直光束引导至所述第一光束组合器处；以及

第三多个分色镜，被配置为将所述第三多个准直光束引导至所述第二光束组合器处。

24.根据权利要求23所述的图像投影系统，其中所述第二光束组合器被布置在在所述第一光束组合器与所述扫描器之间的所述组合传输路径上。

25.根据权利要求22所述的图像投影系统，其中所述第一多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的红光发射器，所述第二多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的蓝光发射器；并且所述第三多个单色发射器是以相对于彼此不同的波长来传输的绿光发射器。

26.根据权利要求21所述的图像投影系统，还包括：

第一多个分色镜，被配置为将所述第一多个准直光束引导至所述第一光束组合器处；以及

第二多个分色镜，被配置为将所述第二多个准直光束引导至所述第一光束组合器处。

27.根据权利要求20所述的图像投影系统，还包括：

第一多个分色镜，被配置为在相同传输路径上引导所述第一多个准直光束，

其中所述第一多个单色发射器被配置为以相对于彼此不同的波长来传输实质相同颜色的光。

28.根据权利要求20所述的图像投影系统，其中：

所述第一多个单色发射器中的每个单色发射器与所述第一多个准直透镜中的一个准直透镜配对以形成一对，使得每对分开与所述多个投影平面中的不同投影平面相对应的相应最小距离，每个相应最小距离彼此不同。

29.根据权利要求28所述的图像投影系统，其中：

所述第一多个准直透镜中的每个准直透镜被固定或者可移动，使得每个相应最小距离是固定的或是可调节的。

30.根据权利要求20所述的图像投影系统，其中：

所述多个投影平面包括被投影到光学无限远的第一投影平面，以及被投影在小于光学无限远的预定义距离处的第二投影平面。

31.根据权利要求30所述的图像投影系统，其中光学无限远等同于至少9.5米的虚拟距离。

32.根据权利要求20所述的图像投影系统，其中：

所述多个投影平面包括被投影在第一预定义距离处的第一投影平面，以及被投影在第二预定义距离处的第二投影平面，所述第二预定义距离不同于所述第一预定义距离。

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