CN115989449A - 具有波长调谐的变焦显示器 - Google Patents

Abstract

一种显示设备包括衍射光学元件和在包括第一状态和第二状态的不同状态下可操作的可调谐光源。可调谐光源提供第一光和第二光，该第一光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第一波长，该第二光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第二波长，该第二波长与第一波长不同。第一波长和第二波长对应于第一色带。衍射光学元件被定位成接收和重定向第一光并且接收和重定向第二光。衍射光学元件针对第一光具有第一焦距、且针对第二光具有第二焦距，该第二焦距与第一焦距不同。

Description

具有波长调谐的变焦显示器

技术领域

本发明总体上涉及头戴式显示设备(head-mounted display device)，并且具体地涉及具有变焦显示器的头戴式显示设备。

背景技术

头戴式显示设备(本文也称为头戴式显示器)作为用于向用户提供视觉信息的手段正越来越流行。例如，头戴式显示设备用于虚拟现实、增强现实和混合现实操作。然而，头戴式显示设备的尺寸和重量通常限制了头戴式显示器的应用。

此外，辐辏-调节冲突(vergence-accommodation conflict)可能影响头戴式显示器的用户体验。变焦显示器能够通过观看者的眼睛引起调节的改变，从而减少或消除辐辏-调节冲突。然而，传统的变焦显示器增加了头戴式显示器的尺寸和重量。

发明内容

因此，需要紧凑尺寸且重量轻的变焦显示器。进而，这样的变焦显示器可以实现紧凑型且重量轻的头戴式显示器。

通过具有可调谐光源和衍射光学元件的所公开的变焦显示设备来减少或消除上述缺陷以及与常规头戴式显示器相关联的其他问题。

根据本发明，提供一种显示设备，该显示设备包括衍射光学元件、以及在包括第一状态和第二状态的不同状态下可操作的可调谐光源。可调谐光源提供第一光和第二光，该第一光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第一波长，该第二光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第二波长，该第二波长与第一波长不同。第一波长和第二波长对应于第一色带。衍射光学元件被定位成接收和重定向(redirect)第一光、且针对第一光具有第一焦距。该衍射光学元件还被定位成接收和重定向第二光、且针对第二光具有第二焦距，第二焦距与第一焦距不同。

可选地，在可调谐光源处于第一状态的情况下，可调谐光源停止提供具有第二波长的第二光。

可选地，在可调谐光源处于第二状态的情况下，可调谐光源停止提供具有第一波长的第一光。

在可调谐光源处于第一状态的情况下，显示设备的用户可以可选地感知由第一光在第一距离处呈现的图像。

在可调谐光源处于第二状态的情况下，显示设备的用户可以可选地感知由第二光第二距离处呈现的图像，第二距离与第一距离不同。

第一波长与第二波长之间的差可以可选地为至少20纳米。

第一焦距与第二焦距之间的差可以为至少一毫米。

可选地，在可调谐光源处于第一状态的情况下，可调谐光源提供具有包括第一波长的第一波长范围的光。

可选地，在可调谐光源处于第一状态的情况下，可调谐光源提供具有包括第二波长的第二波长范围的光。

可选地，第一波长范围具有第一带宽，并且第二波长范围具有第二带宽，第一带宽和第二带宽可选地小于两纳米。

可选地，第二波长比第一波长更长，并且第二焦距比第一焦距更短。

可选地，可调谐光源循序地(sequentially)从第一状态切换到第二状态。

可选地，可调谐光源还提供第三光，该第三光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第三波长，该第三波长与第一波长和第二波长不同。

可选地，可调谐光源还提供第四光，该第四光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第四波长，该第四波长与第一波长、第二波长和第三波长不同。

第三波长和第四波长可以可选地对应于第二色带，该第二色带与第一色带不同。

衍射光学元件可以可选地被定位成接收第三光并重定向第三光。

可选地，衍射光学元件针对第三光具有第三焦距。

衍射光学元件可以可选地被定位成接收第四光并重定向第四光。

可选地，衍射光学元件针对第四光具有第四焦距，该第四焦距与第三焦距不同。

可选地，处于第一状态的可调谐光源可以在第一时间同时提供第一光和第三光。

可选地，处于第二状态的可调谐光源可以在第二时间同时提供第二光和第四光，该第二时间与第一时间不同。

可选地，在可调谐光源提供第一光和第三光的情况下，可调谐光源停止提供第二光和第四光中的任一者。

可选地，在可调谐光源提供第二光和第四光的情况下，可调谐光源停止提供第一光和第三光中的任一者。

可选地，可调谐光源还提供第五光，该第五光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第五波长。

可选地，可调谐光源还提供第六光，该第六光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第六波长。

可选地，第五波长和第六波长对应于第三色带，该第三色带与第一色带和第二色带不同。

衍射光学元件可以可选地被定位成接收第五光并重定向第五光。

可选地，衍射光学元件针对第五光具有第五焦距。

可选地，衍射光学元件可以被定位成接收第六光并重定向第六光。

可选地，衍射光学元件针对第六光具有第六焦距，该第六焦距与第五焦距不同。

可选地，第一色带对应于红色，第二色带对应于绿色，并且第三色带对应于蓝色。

可选地，第三焦距与第一焦距不同。

可选地，显示设备还包括波长依赖性(wavelength-dependent)光学元件，该波长依赖性光学元件被定位成接收和修改第一光和第三光中的至少一者，使得第一光和第三光都具有共同虚拟显示平面(common virtual display plane)。

可选地，波长依赖性光学元件包括潘卡拉特南-贝里相位(Pancharatnam-Berryphase，PBP)透镜或波长复用全息光学元件。

可选地，第四焦距与第二焦距不同。

可选地，波长依赖性光学元件被定位成接收和修改第二光和第四光中的至少一者，使得第二光和第四光都具有第二虚拟显示平面，该第二虚拟显示平面与第一显示平面不同。

可调谐光源还可以可选地提供第三光，该第三光在可调谐光源处于与第一状态和第二状态不同的第三状态的情况下具有第三波长，该第三波长与第一波长和第二波长不同。

可调谐光源还可以可选地提供第四光，该第四光在可调谐光源处于与第一状态、第二状态和第三状态不同的第四状态的情况下具有第四波长，该第四波长与第一波长、第二波长和第三波长不同。

第三波长和第四波长可以可选地对应于第二色带，该第二色带与第一色带不同。

任选地，显示设备进一步包括空间光调制器(spatial light modulator)，该空间光调制器被定位成在第一时间接收该第一光，且在与第二时间不同的第二时间接收第二光，且任选地朝向衍射光学元件提供经调制的光。

根据本发明，还提供了一种在可调谐光源处执行的方法，该可调谐光源在包括第一状态和第二状态的不同状态下是可操作的。该方法包括将可调谐光源置于第一状态以提供具有第一波长的第一光，并且将可调谐光源置于第二状态以提供具有第二波长的第二光，第二波长与第一波长不同。第一波长和第二波长对应于第一色带。该方法还包括利用衍射光学元件接收和重定向第一光、并且接收和重定向第二光。衍射光学元件针对第一光具有第一焦距、且针对第二具有第二焦距，该第二焦距与第一焦距不同。

根据本发明，还提供了一个或多个控制器集，该一个或多个控制器集配置为与本文所描述的显示设备一起使用，该一个或多个控制器集包括一个或多个处理器、以及存储器，该存储器存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序。该一个或多个程序包括用于以下的指令：将可调谐光源置于第一状态以提供具有第一波长的第一光，以及将可调谐光源置于第二状态以提供具有不同的第二波长的第二光。该一个或多个程序还包括用于以下的指令：调节可调谐光源的输出功率，使得由显示设备的用户感知的第二光的强度基本上与由用户感知的第一光的强度相同。

根据本发明，还提供了一个或多个控制器集，该一个或多个控制器集配置为与本文所描述的显示设备一起使用，该一个或多个控制器集包括一个或多个处理器、以及存储器，该存储器存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序。一个或多个程序包括用于以下的指令：将可调谐光源置于第一状态以同时提供具有第一波长的第一光和具有第三波长的第三光。一个或多个程序包括还用于以下的指令：将可调谐光源置于第二状态以同时提供具有第二波长的第二光和具有第四波长的第四光。

附图说明

为了更好地理解各种所描述的实施方案，应结合以下附图参考下文对实施方案的描述，在附图中，相同的附图标记在所有附图中指代对应的部分。

图1是根据一些实施方案的显示设备的立体图。

图2是根据一些实施方案的包括显示设备的系统的框图。

图3是根据一些实施方案的显示设备的等轴视图(isometric view)。

图4是示出了根据一些实施方案的变焦显示设备的示意图。

图5A是示出了根据一些实施方案的衍射光学元件的示意图。

图5B是示出了根据一些实施方案的图5A的衍射光学元件的光学特性的图表。

图6A是示出了根据一些实施方案的重定向不同颜色的光的图5A的衍射光学元件的示意图。

图6B是示出了根据一些实施方案的变焦观察光学器件(viewing optics)的示意图。

图6C是示出了根据一些实施方案的图6B的变焦观察光学器件的操作的示意图。

图7是示出了根据一些实施方案的变焦显示设备的示意图。

图8A-8C是示出了根据一些实施方案的图7的变焦显示设备的操作的示意图。

除非另有说明，否则这些附图不是按比例绘制的。

具体实施方式

虚拟现实(Virtual reality，VR)、增强现实(augmented reality，AR)和混合现实(mixed reality，MR)显示设备通过显示计算机生成的立体图像来模拟虚拟现实环境、以创建深度感知。这样的立体图像可以显示在头戴式显示器内的电子显示器上，并且为观看者提供深度(或距离)的感知。

然而，辐辏(vergence)与调节之间的冲突(两者都与立体图像的观看(view)相关联)可能影响使用头戴式显示器的用户体验。虽然变焦显示器能够引起由观看者的眼睛调节的变化(例如，通过改变虚拟图像的位置)，从而减少或消除辐辏-调节冲突，但是常规的变焦显示器增加了头戴式显示器的尺寸和重量。

如本文中所描述的，波长依赖性光学器件和(例如，衍射光学元件)和可调谐光源的组合可以实现轻质和紧凑尺寸的变焦显示器。这种波长依赖性光学器件的焦距作为波长的函数而变化(例如，由于衍射和/或色散)，使得具有不同波长的光被不同地定向(例如，聚焦到不同的平面)。这种变焦显示器可以在头戴式显示器中使用，这进而减小头戴式显示器的尺寸和重量。

现在将参考实施方案，实施方案的实施例在附图中示出。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对各种所描述的实施方案的理解。然而，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践各种所描述的实施方案。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程、组件、电路和网络，以免不必要地模糊实施方案的方面。

还将理解，尽管在一些情况下，本文使用术语“第一”和“第二”来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不脱离各种所述实施方案的范围的情况下，第一衍射光学元件可以被称为衍射光学元件，并且类似地，衍射光学元件可以被称为衍射光学元件。第一衍射光学元件和第二衍射光学元件都是衍射光学元件，但是它们不是相同的衍射光学元件。

本文中各种所描述的实施方案的描述中使用的术语仅为了描述特定的实施方案的目的，且不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施方案和所附权利要求的描述中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，如本文所使用的术语“和/或”是指并涵盖相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有可能的组合。还应当理解，在本说明书中使用时，术语“包含(include)”、“包括(including)”、“包含(comprise)”和/或“包含(comprising)”指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。术语“示例性”在本文中以“用作实施例、实例或说明”的意义来使用，而不是以“表示其类型中的最佳”的意义来使用。

图1示出了根据一些实施方案的显示设备100。在一些实施方案中，显示设备100被配置为穿戴在用户的头部上(例如，通过具有护目镜(spectacles)或眼镜的形式，如图1所示)或被包括作为由用户穿戴的头盔的一部分。当显示设备100被配置为穿戴在用户的头部或被包括作为头盔的一部分时，显示设备100被称为头戴式显示器。替代地，显示设备100被配置为放置在用户的一只眼睛或两只眼睛附近的固定位置处，而不是头戴式的(例如，显示设备100被安装在诸如汽车或飞机的交通工具中，用于放置在用户的一只眼睛或两只眼睛的前方)。如图1所示，显示设备100包括显示器110。显示器110被配置为向用户呈现视觉内容(例如，增强现实内容、虚拟现实内容、混合现实内容或它们的任何组合)。

在一些实施方案中，显示设备100包括本文中关于图2描述的一个或多个组件。在一些实施方案中，显示设备100包括在图2中未示出的附加组件。

图2是根据一些实施方案的系统200的框图。在图2中示出的系统200包括显示设备205(其对应于在图1中示出的显示设备100)、成像设备235和输入接口240，它们各自耦合到控制台210。虽然图2示出了包括一个显示设备205、成像设备235和输入接口240的系统200的实施例，但是在其他实施例中，系统200中可以包括任何数量的这些组件。例如，可以有多个显示设备205，每个显示设备具有相关联的输入接口240并且由一个或多个成像设备235监测，其中每个显示设备205、输入接口240和成像设备235与控制台210通信。在替代配置中，系统200中可以包括不同的和/或附加的组件。例如，在一些实施方案中，控制台210经由网络(例如，互联网)连接到系统200，或者被自包含作为显示设备205的一部分(例如，物理上位于显示设备205内)。在一些实施方案中，显示设备205用于通过添加现实环境的视图来创建混合现实。因此，这里所描述的显示设备205和系统200可以递送增强现实、虚拟现实和混合现实。

在一些实施方案中，如图1所示，显示设备205是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由显示设备205呈现的媒体的实施例包括一个或多个图像、视频、音频或它们的一些组合。在一些实施方案中，经由从显示设备205、控制台210或两者接收音频信息并基于音频信息而呈现音频数据的外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现音频。在一些实施方案中，显示设备205使用户沉浸在增强环境中。

在一些实施方案中，显示设备205还用作增强现实(AR)头戴式耳机。在这些实施方案中，显示设备205用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理、现实世界环境的视图。此外，在一些实施方案中，显示设备205能够在不同类型的操作之间循环。因此，基于来自应用引擎255的指令，显示设备205作为虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备、作为眼镜或它们的一些组合(例如，没有光学校正的眼镜、为用户光学校正的眼镜、太阳镜或它们的一些组合)来操作。

显示设备205包括电子显示器215、一个或多个处理器216、眼睛跟踪模块217、调节模块218、一个或多个定位器220、一个或多个位置传感器225、一个或多个位置相机222、存储器228、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)230、一个或多个反射元件260或它们的子集或超集(例如，具有电子显示器215、一个或多个处理器216和存储器228的显示设备205，而没有任何其他列出的组件)。显示设备205的一些实施方案具有与这里所描述的那些模块不同的模块。类似地，功能可以以与这里所描述的方式不同的方式分布在模块中。

一个或多个处理器216(例如，处理单元或核)执行存储在存储器228中的指令。存储器228包括高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDRRAM、或其他随机存取固态存储设备；并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器228(或替代地，存储器228内的(多个)非易失性存储器设备)包含非瞬态计算机可读存储介质。在一些实施方案中，存储器228或存储器228的计算机可读存储介质存储用于在电子显示器215上显示一个或多个图像的程序、模块和数据结构、和/或指令。

电子显示器215根据从控制台210和/或(多个)处理器216接收的数据向用户显示图像。在各种实施方案中，电子显示器215可以包括单个可调节显示元件或多个可调节显示元件(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。在一些实施方案中，电子显示器215被配置为通过将图像投射到一个或多个反射元件260上来向用户显示图像。

在一些实施方案中，显示元件包括一个或多个发光设备和对应的空间光调制器阵列。空间光调制器是电光像素阵列、光电像素阵列、动态地调节由每个设备透射的光量的一些其他设备阵列、或它们的一些组合。这些像素被放置在一个或多个透镜之后。在一些实施方案中，空间光调制器是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)中的基于液晶的像素的阵列。发光设备的实施例包括：有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管、发光二极管、能够被放置在柔性显示器中的一些类型的设备、或它们的一些组合。发光设备包括能够生成用于图像生成的可见光(例如，红色、绿色、蓝色等)的设备。空间光调制器被配置为选择性地衰减各个发光设备、发光设备组或它们的一些组合。替代地，当发光设备被配置为选择性地衰减各个发光设备和/或发光设备组时，显示元件包括这种发光设备的阵列，而没有单独的发射强度阵列。在一些实施方案中，电子显示器215将图像投射到一个或多个反射元件260，该反射元件将至少一部分光朝向用户的眼睛反射。

一个或多个透镜将光从发光设备阵列(可选地通过发射强度阵列)定向到每个眼盒(eyebox)内的位置，并且最终定向到用户视网膜的背面。眼盒是由位于显示设备205附近的用户(例如，穿戴显示设备205的用户)的眼睛占据的区域，用于观看来自显示设备205的图像。在一些情况下，将眼盒表示为10mm×10mm的正方形。在一些实施方案中，一个或多个透镜包括一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。

在一些实施方案中，显示元件包括红外(IR)检测器阵列，该红外检测器阵列检测从观看用户的视网膜、角膜的表面、眼睛的晶状体或它们的一些组合回射的IR光。IR检测器阵列包括IR传感器或多个IR传感器，每个IR传感器对应于观看用户眼睛的瞳孔的不同位置。在替代实施方案中，也可以采用其它眼睛跟踪系统。如本文中所使用的，IR是指具有在700nm至1mm范围内的波长的光，其包括在750nm至1500nm范围内的近红外(near infrared，NIR)。

眼睛跟踪模块217确定用户眼睛的每个瞳孔的位置。在一些实施方案中，眼睛跟踪模块217指示电子显示器215用IR光(例如，经由显示元件中的IR发射设备)照射眼盒。

所发射的IR光的一部分将穿过观看用户的瞳孔并且从视网膜朝向IR检测器阵列被回射，该IR检测器阵列用于确定瞳孔的位置。替代地，眼睛表面的反射也用于确定瞳孔的位置。IR检测器阵列扫描回射、且在检测到回射时识别哪些IR发射设备是活动的。眼睛跟踪模块217可以使用跟踪查找表和所识别的IR发射设备来确定每只眼睛的瞳孔位置。跟踪查找表将IR检测器阵列上接收到的信号映射到每个眼盒中的位置(对应于瞳孔位置)。在一些实施方案中，跟踪查找表经由校准程序(例如，用户查看图像中的各种已知参考点，并且眼睛跟踪模块217将用户瞳孔在查看参考点时的位置映射到在IR跟踪阵列上接收的对应信号)来生成。如上所述，在一些实施方案中，系统200可以使用除了本文描述的嵌入式IR之外的其他眼睛跟踪系统。

调节模块218基于所确定的瞳孔位置生成图像帧。在一些实施方案中，这将离散图像发送到显示器，该显示器将子图像平铺在一起，因此相干拼接图像将出现在视网膜的背面上。调节模块218基于所检测到的瞳孔的位置来调节电子显示器215的输出(即，所生成的图像帧)。调节模块218指示电子显示器215的部分将图像光传递到瞳孔的经确定位置。在一些实施方案中，调节模块218还指示电子显示器不将图像光传递到除瞳孔的经确定位置之外的位置。调节模块218可以(例如)阻挡和/或阻止其图像光落在经确定的瞳孔位置之外的发光设备，允许其它发光设备发射落在经确定的瞳孔位置内的图像光，平移和/或旋转一个或多个显示元件，动态地调节透镜(例如，微透镜)阵列中的一个或多个有源透镜的曲率和/或折射率，或它们的一些组合。

可选的定位器220是位于显示设备205上相对于彼此和相对于显示设备205上的特定参考点的特定位置的物体。定位器220可以是发光二极管(light emitting diode，LED)、隅角立方反射器(corner cube reflector)、反射式标记器、与显示设备205操作的环境形成对比的一类光源、或它们的一些组合。在定位器220是有源的(即，LED或其他类型的发光设备)的实施方案中，定位器220可以发射可见波段(例如，约500nm至750nm)、红外波段(例如，约750nm至1mm)、紫外波段(约100nm至50 0nm)、电磁波谱的一些其他部分或它们的一些组合中的光。

在一些实施方案中，定位器220位于显示设备205的外表面的下方，该外表面对于由定位器220发射或反射的光的波长是透明的，或者足够薄以基本上不衰减由定位器220发射或反射的光的波长。另外，在一些实施方案中，显示设备205的外表面或其它部分在可见光波段内是不透明的。因此，定位器220可以在外表面下发射IR波段中的光，该外表面在IR波段中是透明而在可见波段内是不透明的。

IMU 230是基于从一个或多个位置传感器225接收的测量信号生成校准数据的电子设备。位置传感器225响应于显示设备205的运动而生成一或多个测量信号。位置传感器225的实施例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一合适类型的传感器、用于IMU230的误差校正的一种类型的传感器、或它们的一些组合。位置传感器225可以位于IMU 230的外部、IMU 230的内部、或它们的一些组合。

基于来自一个或多个位置传感器225的一个或多个测量信号，IMU 230生成第一校准数据，该第一校准数据指示显示设备205相对于显示设备205的初始位置的估计位置。例如，位置传感器225包括用于测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、滚动)的多个陀螺仪。在一些实施方案中，IMU230对测量信号进行快速采样、并根据经采样数据计算显示设备205的估计位置。例如，IMU230在时间上对从加速度计接收的测量信号进行积分以估计速度矢量，并且在时间上对速度矢量进行积分以确定参考点在显示器设备205上的估计位置。替代地，IMU 230将经采样的测量信号提供给控制台210，控制台210确定第一校准数据。参考点是可以用于描述显示设备205的位置的点。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点；然而，在实践中，参考点被定义为显示设备205内的点(例如，IMU 230的中心)。

在一些实施方案中，IMU 230从控制台210接收一个或多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或多个校准参数用于保持显示设备205的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU230可以调节一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方案中，某些校准参数使IMU230更新参考点的初始位置，使得该初始位置对应于参考点的下一个经校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个经校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也被称为漂移误差)使参考点的估计位置随时间“漂移”远离参考点的实际位置。

成像设备235根据从控制台210接收的校准参数生成校准数据。校准数据包括示出可以由成像设备235检测到的定位器220的观察(observed)位置的一个或多个图像。在一些实施方案中，成像设备235包括一个或多个静态相机、一个或多个视频相机、包括一个或多个定位器220的能够捕获图像的任何其他设备、或它们的一些组合。另外，成像设备235可以包括一个或多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。成像设备235可选地被配置为检测从成像设备235的视场中的定位器220发射或反射的光。在定位器220包括无源元件(例如，回射器)的实施方案中，成像设备235可以包括照明定位器220中的一些或全部的光源，该定位器将光朝向成像设备235中的光源回射。第二校准数据从成像设备235被传送到控制台210，并且成像设备235从控制台210接收一个或多个校准参数以调节一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。

在一些实施方案中，显示设备205可选地包括一个或多个反射元件260。在一些实施方案中，电子显示设备205可选地包括单个反射元件260或多个反射元件260(例如，用于用户的每只眼睛的反射元件260)。在一些实施方案中，电子显示器215将计算机生成的图像投射在一个或多个反射元件260上，该反射元件进而朝向用户的一只眼睛或两只眼睛反射图像。计算机生成的图像包括静态图像、动画影像、和/或它们的组合。计算机生成的图像包括看起来是二维和/或三维物体的物体。在一些实施方案中，一个或多个反射元件260是部分透明的(例如，一个或多个反射元件260具有至少15％、20％、25％、30％、35％、50％、55％或50％的透射率)，这允许环境光的透射。在这样的实施方案中，由电子显示器215投射的计算机生成的图像与所透射的环境光(例如，透射的环境图像)叠加以提供增强现实图像。

输入接口240是允许用户向控制台210发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序或执行在应用程序内的特定动作。输入接口240可以包括一个或多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、来自大脑信号的数据、来自人体其他部分的数据、或用于接收动作请求并将所接收的动作请求传送至控制台210的任何其他合适的设备。由输入接口240接收的动作请求被传送到控制台210，控制台执行对应于动作请求的动作。在一些实施方案中，输入接口240可以根据从控制台210接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时提供触觉反馈，或者控制台210将指令传送到输入接口240，使输入接口240在控制台210执行动作时生成触觉反馈。

控制台210根据从以下项中的一项或多项接收的信息向显示设备205提供媒体以供呈现给用户：成像设备235、显示设备205和输入接口240。在图2所示的实施例中，控制台210包括应用存储(application store)245、跟踪模块250和应用引擎255。控制台210的一些实施方案具有与结合图2所描述的那些模块不同的模块。类似地，本文进一步描述的功能可以以与这里所描述的方式不同的方式分布在控制台210的组件之间。

当应用存储245被包括在控制台210中时，应用存储245存储由控制台210执行的一个或多个应用。应用是一组指令，该组指令在由处理器执行时用于生成内容以供呈现给用户。由处理器基于应用程序生成的内容可以响应于经由显示设备205或输入接口240的移动从用户接收到的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

当跟踪模块250被包括在控制台210中时，跟踪模块250使用一个或多个校准参数来校准系统200，并且可以调节一个或多个校准参数以减少在确定显示设备205的位置时的误差。例如，跟踪模块250调节成像设备235的焦点，以获得在显示设备205上观察到的定位器的更准确的位置。此外，由跟踪模块250执行的校准还考虑了从IMU 230接收到的信息。另外，如果显示设备205的跟踪丢失(例如，成像设备235失去至少阈值数量的定位器220的视线)，则跟踪模块250重新校准系统200中的一些或全部。

在一些实施方案中，跟踪模块250使用来自成像设备235的第二校准数据来跟踪显示设备205的移动。例如，跟踪模块250使用从第二校准数据的观察到的定位器和显示设备205的模型来确定显示设备205的参考点的位置。在一些实施方案中，跟踪模块250还使用来自第一校准数据的位置信息来确定显示设备205的参考点的位置。另外，在一些实施方案中，跟踪模块250可以使用第一校准数据的部分、第二校准数据或它们的一些组合来预测显示设备205的未来位置。跟踪模块250将显示设备205的经估计或预测的未来位置提供给应用引擎255。

应用引擎255在系统200内执行应用，并且从跟踪模块250接收显示设备205的位置信息、加速度信息、速度信息、经预测的未来位置、或它们的一些组合。基于所接收的信息，应用引擎255确定要提供给显示设备205以供呈现给用户的内容。例如，如果所接收的信息指示用户已经向左看，则应用引擎255为显示设备205生成用于将用户在增强环境中的移动进行镜像的内容。另外，应用引擎255响应于从输入接口240接收到的动作请求而在控制台210上执行的应用内执行动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由显示设备205的视觉或听觉反馈、或经由输入接口240的触觉反馈。

图3是根据一些实施方案的显示设备300的等轴视图。在一些其他实施方案中，显示设备300是一些其他电子显示器(例如，数字显微镜、头戴式显示设备等)的一部分。在一些实施方案中，显示设备300包括发光设备310(例如，发光设备阵列)和光学组装件330，光学组装件可以包括一个或多个透镜和/或其他光学组装件。在一些实施方案中，显示设备300还包括IR检测器阵列。

发光设备310朝向观看用户发射图像光和可选的IR光。发光设备310包括以可见光发射光的一个或多个发光组件(并且可选地包括在IR中发射光的组件)。发光设备310可以包括例如LED阵列、微LED阵列、OLED阵列、或它们的一些组合。

在一些实施方案中，发光设备310包括被配置为选择性地衰减从发光设备310发射的光的发射强度阵列(例如，空间光调制器)。在一些实施方案中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光设备组、或它们的一些组合构成。液晶单元中的每个液晶单元(或者在一些实施方案中，液晶单元组)是可寻址的，以具有特定水平的衰减。例如，在给定时间，液晶单元中的一些可以被设置为没有衰减，而其他液晶单元可以被设置为最大衰减。以这种方式，发射强度阵列能够提供图像光和/或控制图像光的什么部分被传递到光学组装件330。在一些实施方案中，显示设备300使用发射强度阵列以便于向用户的眼睛340的瞳孔350的位置提供图像光，并且使提供给眼盒中的其他区域的图像光的量最小化。

光学组装件330包括一个或多个透镜。光学组装件330中的一或多个透镜从发光设备310接收经修改的图像光(例如，经衰减的光)，且将经修改的图像光定向到瞳孔350的位置。光学组装件330可以包括附加的光学组件，诸如滤色器、反射镜等。

可选的IR检测器阵列检测已经从眼睛340的视网膜、眼睛340的角膜、眼睛340的晶状体、或它们的一些组合被回射的IR光。IR检测器阵列包括单个IR传感器或多个IR敏感检测器(例如，光电二极管)。在一些实施方案中，IR检测器阵列与发光设备阵列310分离。在一些实施方案中，IR检测器阵列被集成到发光设备阵列310中。

在一些实施方案中，包括发射强度阵列的发光设备310构成显示元件。替代地，显示元件包括不具有发射强度阵列的发光设备310(例如，当发光设备阵列310包括单独可调的像素时)。在一些实施方案中，显示元件另外包括IR阵列。在一些实施方案中，响应于瞳孔350的确定位置，显示元件调节所发射的图像光，使得由显示元件输出的光被一个或多个透镜朝向瞳孔350的确定位置折射，而不被朝向眼盒中的其他位置折射。

图4是示出了根据一些实施方案的显示设备400的示意图。在一些实施方案中，显示设备400对应于上面参考图3所描述的显示设备300(例如，观察光学器件402可以对应于光学组装件330或其组件)。显示设备400可作为变焦显示设备操作。如本文所使用的，变焦显示设备是指以改变离观看者的距离提供观看图像的显示设备(例如，用户看到看起来以靠近和远离观看者定位的物体)。显示设备400包括显示器404(例如，空间光调制器)和与显示器404光学耦合的观察光学器件402。在一些实施方案中，显示器404和观察光学器件402被定位成具有共同光轴(例如，光轴408)。如本文所使用的，观察光学器件是指一个或多个光学组件集，该光学组件集将来自显示器的光重定向到显示器的用户的眼睛。在一些实施方案中，观察光学器件402包括一个或多个变焦衍射元件、或一个或多个透镜。显示器404被配置为提供呈现一个或多个物体的图像光。观察光学器件402被配置为从显示器404接收图像光、并将图像光朝向用户的眼睛(例如，眼睛340)重定向。在一些实施方案中，观察光学器件402被配置为具有取决于图像光的波长的焦距范围。

如图4所示，显示器404和观察光学器件402以距离D1间隔开。在一些实施方案中，显示器404与观察光学器件402之间的距离D1是恒定的。例如，显示器404和观察光学器件402可以机械地耦合到显示设备400的框架，使得即使当显示设备400作为变焦显示设备操作时、距离D1也保持恒定。代替改变显示器404和观察光学器件402的相对位置，通过改变观察光学器件402的光焦度(optical power)来获得变焦效果。如图所示，观察光学器件402具有对应于从观察光学器件402到焦点402-1的距离的焦距F。当焦距F大于距离D1时，如图4中所示，通过观察光学器件402观看由显示器404投射的图像光的显示设备400的用户获得由图像光呈现的物体从虚拟显示平面406(例如，虚拟图像平面)投射的外观。在一些实施方案中，虚拟显示平面406平行于显示器404。在一些情况下，虚拟显示平面是指具有由发散光线的延伸形成的焦点的集合的平面。在一些情况下，虚拟显示平面通过追踪从观察光学器件出射的实际光线向后到光线发散的感知或表观原点来确定。虚拟显示平面406定位在距观察光学器件402距离D2处。距离D2大于距离D1。当显示器404位于比观察光学器件402的焦距F更靠近观察光学器件402时，距离D1、D2与F之间的关系由等式1描述：

根据等式1，通过改变焦距F(和对应的光焦度)，即使当距离D1保持恒定时，用户也将感知不同距离处的物体。例如，增加观察光学器件402的焦距F使得虚拟显示平面406看起来更靠近观看者(例如，距离D2减小)，并且减小观察光学器件402的焦距F使得虚拟显示平面406看起来更远离观看者(例如，距离D2增加)。

尽管图4示出了显示设备400，其中显示器404与观察光学器件402之间的距离保持恒定，在一些实施方案中，除了改变观察光学器件402的焦距之外或者代替改变观察光学器件的焦距，也可以改变显示器404与观察光学器件402之间的距离(例如，通过移动显示器404、观察光学器件402或两者)。

图5A是示出根据一些实施方案的波长依赖性光学元件(例如，衍射光学元件500，诸如衍射透镜)的示意图。在一些实施方案中，衍射光学元件500对应于参考图4描述的观察光学器件402。在一些实施方案中，衍射光学元件500被配置为接收来自显示器(例如，图4中的显示器404)的图像光并将图像光朝向用户的眼睛(例如，眼睛340)重定向。

在一些实施方案中，波长依赖性光学元件是衍射光学元件500。在一些实施方案中，衍射光学元件由具有表面浮雕结构、液晶或超材料(metamaterials)的透明光学材料(例如，玻璃、聚合物)制成。在一些实施方案中，衍射光学元件包括超表面。衍射光学透镜的焦距由等式2描述：

f＝f₀·(λ₀/λ)       (等式2)

其中，f是针对波长λ的焦距，并且f₀是设计波长λ₀处的焦距。

同样根据等式2，衍射光学透镜的光焦度

与波长λ之间的关系可以被如下描述：

在一些实施方案中，波长依赖性光学元件由高度色散光学材料(例如，燧石玻璃)制成。色散是指折射率根据入射光的波长的变化。由于色散，衍射光学元件500针对具有不同波长的光具有不同的焦距。

这种波长依赖性光学元件能够用不同光焦度定向在同一色带内的光，使得波长依赖性光学元件针对色带内的不同波长具有不同的焦距。

如本文所使用的，色带是指对应于特定颜色的连续波段(例如，由观看者感知为单色的波长范围)。例如，第一色带对应于蓝色(例如，从450nm到485nm的波长范围)，第二色带对应于绿色(例如，从500nm到565nm的波长范围)，并且第三色带对应于红色(例如，从625nm到740nm的波长范围)。

在图5A中，衍射光学元件500被示出为接收和重定向在共同色带(例如，绿色色带)内具有不同波长的光502-A、502-B和502-C。在一些实施方案中，光502-A在特定色带内具有第一波长(例如，光502-A具有第一绿波长)，光502-B在特定色带内具有第二波长(例如，光502-B具有第二绿波长)，并且光502-C在特定色带内具有第三波长(例如，光502-C具有第三绿波长)。第一波长、第二波长和第三波长是不同的并且彼此分开的，使得衍射光学元件500针对光502-A具有第一焦距F1(或对应的第一光焦度)、针对光502-B具有第二焦距F2(或对应的第二光焦度)、以及针对光502-C具有第三焦距F3(或对应的第三光焦度)，其中焦距F2大于焦距F1，并且焦距F3大于焦距F2。在一些实施方案中，第一波长与第二波长之间的差为至少10纳米、至少20纳米、至少30纳米或至少40纳米。在一些实施方案中，第二波长与第三波长之间的差为至少10纳米、至少20纳米、至少30纳米或至少40纳米。在一些实施方案中，第一波长与第三波长之间的差为至少10纳米、至少20纳米、至少30纳米或至少40纳米。在一些实施方案中，焦距F1与F2之间的差至少为1毫米。在一些实施方案中，焦距F2与F3之间的差至少为一毫米。

在一些实施方案中，如参考图4所说明的，显示器(例如，显示器404)位于距衍射光学元件500小于焦距F1、F2和F3的距离处。

在一些实施方案中，光502-A、502-B和502-C具有窄带宽(例如，半值全宽(full-width half-maximums，FWHM))。因为光502-A、502-B和502-C具有窄带宽，所以衍射光学元件500针对光502-A、502-B和502-C具有可区分的焦距。在一些实施方案中，光502-A、502-B和502-C具有小于2纳米、小于3纳米、小于4纳米或小于5纳米的带宽。

使用衍射光学元件500作为变焦显示设备中的观察光学器件(例如，图4中所示的显示设备400中的观察光学器件402)利用了衍射光学元件500的波长依赖性焦距。通过使图像光的波长偏移来呈现共同色带内的物体，该物体看起来显示在距观看者不同的距离处。如上面参考图4所说明的，根据等式1，虚拟显示平面406与观察光学器件402之间的距离D2随着观察光学器件402的焦距F改变而改变。因此，当图像光的波长在对应于特定颜色的特定色带内偏移时，用具有特定颜色的图像光呈现的物体(例如，绿色物体)看起来显示在不同的距离处。例如，光502-A具有第一绿色波长、且由光502-A呈现的物体看起来在第一距离处，光502-B具有第二绿色波长、且由光502-B呈现的物体看起来在第二距离处，并且光502-C具有第三绿色波长、且由光502-C呈现的物体看起来在第三距离处。因此，通过使特定色带内的图像光的波长偏移，改变了物体的表观位置(或到物体的表观距离)。因此，衍射光学元件500与可调谐光源组合能够实现变焦显示。

图5B是示出了根据一些实施方案的衍射光学元件500的光学特性的图表。图5B的x轴示出了衍射光学元件500在波长550nm处的焦距的范围。针对具有在25mm到45mm(针对参考波长550nm)范围内的参考焦距的透镜，透镜的焦距在光的波长从550nm偏移(例如，偏移量(offset)为20nm、30nm和40nm)时改变。图5B的y轴图示了以米为单位的最小焦距(例如，参考图4描述的观察光学器件402对应于虚拟显示平面406之间的距离D2的最小焦距)的范围。当将显示器404被定位在观察光学器件的焦距处时，虚拟显示平面406在无限远处(例如，定位在距观察光学器件402(针对550nm波长的光具有30mm的焦距)30mm处的显示器404将基于具有550nm波长的光的虚拟图像投射在距离观察光学器件402无限远处的虚像平面处)。(例如，参见图8C)。当使光的波长偏移20nm时(例如，图5A中的光502-B具有530nm的波长)，距离D2在约0.7米到约1.25米的范围内。例如，当使光的波长从550nm偏移20nm到530nm时，对于550nm波长具有30mm的参考焦距的透镜将虚拟图像平面从无限远移动到距观察光学器件402 0.85米处。当使光的波长偏移30nm时(例如，图5A中的光502-C具有520nm的波长)，距离D2在约0.45米到约0.8米的范围内。例如，当使光的波长从550nm偏移30nm到520nm时，对于550nm波长具有30mm的参考焦距的透镜将虚拟图像平面从无限远移动到距观察光学器件402 0.55米处。当使光的波长偏移40nm时，距离D2在从约0.35米到0.6米的范围内。例如，当使光的波长从550nm偏移40nm到550nm时，对于550nm波长具有30mm的参考焦距的透镜将虚拟图像平面从无限远移动到距观察光学器件402约0.4米处。

图6A是示出了根据一些实施方案的重定向不同颜色的光的衍射光学元件500的示意图。如上所述，衍射光学元件500针对具有不同波长的光具有不同的焦距(并且因此针对具有不同颜色的光具有不同的焦距)。如图6A中所示，衍射光学元件500针对对应于具有在第一色带中的波长的光的光612-A(例如，对应于红色的光612-A，诸如具有680nm波长的光)具有焦距F4、针对对应于第二色带的光612-B(例如，对应于绿色的光612-A，诸如具有530nm波长的光)具有焦距F5、以及针对对应于第三色带的光612-C(例如，对应于蓝色的光612-C，诸如具有465nm波长的光)具有焦距F6。焦距F5大于焦距F4，并且焦距F6大于焦距F5。这可以产生对应于在不同距离处具有明显位置的图像的不同颜色分量的跨频带色差。

由上述效应引起的跨频带色差可以通过校正波长依赖性光学元件来减少或消除。校正波长依赖性光学元件被配置为折射具有不同光焦度的不同色带的光分量，使得衍射光学元件500和校正波长依赖性光学元件的组合在为每个色带内的光分量提供不同的焦距的情况下，对不同色带内的代表性光分量具有共同焦距。图6B是示出了根据一些实施方案的变焦观察光学器件602的示意图。变焦观察光学器件602包括与衍射光学元件500光学耦合的衍射光学元件500和波长依赖性光学元件604(例如，与由衍射光学元件500表示的波长依赖性光学元件不同的校正波长依赖性光学元件)。在一些实施方案中，变焦观察光学器件602对应于参考图4描述的观察光学器件402。在一些实施方案中，波长依赖性光学元件604和衍射光学元件500被定位在显示设备(例如，图4中的显示设备400)中，使得波长依赖性光学元件604被定位在衍射光学元件500与显示器(例如，显示器404)之间。在一些实施方案中，衍射光学元件500被定位在波长依赖性光学元件602与显示器之间。在一些实施方案中，衍射光学元件500和波长依赖性光学元件602是不同的并且彼此分开。在一些实施方案中，衍射光学元件500和波长依赖性光学元件602彼此相邻。例如，衍射光学元件500和波长依赖性光学元件602彼此直接接触。

波长依赖性光学元件604包括一个或多个波长选择性折射元件，该波长选择性折射元件配置为在透射具有在特定波长范围之外的波长的光的情况下、重定向具有特定波长范围的光。在一些实施方案中，一个或多个波长选择性折射元件包括一个或多个全息光学元件(holographic optical element，HOE)、一个或多个潘卡拉特南-贝里光学透镜(Pancharatnam–Berry optical lense，PBP，也称为几何相位透镜)、或它们的组合。在一些实施方案中，波长依赖性光学元件604是波长复用HOE、或两个或更多个PBP的堆叠。例如，相应的波长依赖性光学元件被配置为在透射具有其他颜色的光的情况下、重定向具有红色的光，而不改变它们的方向。更具体地，波长依赖性光学元件604被配置为重定向光的一个或多个色带，使得不同色带(例如，光612-A、612-B和612-C)的代表性光分量具有共同焦距。

在图6B中，波长依赖性光学元件604包括波长选择性折射元件604-1和604-2。例如，波长选择性折射元件604-1和604-2是光学基板表面上的薄膜涂层。波长依赖性光学元件604具有波长依赖性光焦度，使得衍射光学元件500的光焦度和波长依赖性光学元件604的光焦度的组合基本上与光612-A、612-B和612-C类似。例如，波长选择性光学元件604-1具有针对光612-A(例如，对应于红光的光612-A，或在红色波段内的任何光，诸如625nm和740nm范围内的波长)但不是针对光612-B(例如，对应于绿光的光612-B，或在绿色波段内的任何光，诸如500nm和565nm范围内的波长)或612-C(例如，对应于蓝光的光612-C，或在蓝色波段内的任何光，诸如450nm和485nm范围内的波长)的光焦度，并且波长选择性光学元件604-2具有针对光612-C(或蓝色波段内的任何光)但不是针对光612-A(或红色波段内的任何光)或612-B(或绿色波段内的任何光)的光焦度，使得衍射光学元件604和波长选择性光学元件604的组合的焦距从焦距F4改变到焦距F5(针对光612-A)，并且从焦距F6改变到焦距F5(针对光612-C)，而衍射光学元件604和波长选择性光学元件604的组合保持焦距F5(针对光612-B)。替代地，波长选择性光学元件604-1具有针对光612-A(或红色波段内的任何光)但不是针对光612-B(或绿色波段内的任何光)或612-C(或蓝色波段内的任何光)的光焦度，并且波长选择性光学元件604-2具有针对光612-B(或绿色波段内的任何光)但不是针对光612-A(或红色波段内的任何光)或612-C(或蓝色波段内的任何光)的光焦度，使得衍射光学元件604和波长选择性光学元件604的组合的焦距从焦距F4改变到焦距F6(针对光612-A)，且从焦距F5改变到焦距F6(针对光612-B)。因此，变焦观察光学器件602针对对应于不同色带的光612-A、612-B和612-C具有共同焦距(例如，焦距F5)。因此，光612-A、612-B和612-C具有共同虚拟显示平面610，光612-A、612-B和612-C看起来源自该虚拟显示平面(例如，参见下面参考图8A描述的虚拟显示平面806-A)。

图6C是示出根据一些实施方案的变焦观察光学器件602的操作的示意图。如图6C所示，波长依赖性光学元件604和衍射光学元件500的组合在波长偏移期间减少或消除了针对不同色带的光的色差。

图6C的部分I对应于其中变焦观察光学器件602被配置为具有针对光612-A、612-B和612-C的共同焦距(例如，焦距F5)的图6B。如上所述，光612-A、612-B和612-C对应于不同色带的波长。例如，光612-A在第一色带(例如，红色)内具有第一波长(例如，初始波长，诸如625nm)，光612-B在第二色带(例如，绿色)内具有第一波长(例如，初始波长，诸如500nm)，并且光612-C在第三色带(例如，蓝色)内具有第一波长(例如，初始波长，诸如450nm)。第一色带、第二色带和第三色带对应于不同颜色(例如，第一色带是红色，第二色带是绿色，以及第三色带是蓝色)。

例如，在图6C的部分II中，使光的波长偏移(例如，减小)，并且波长偏移的光612-A1、612-B1和612-C1仍然对应于光612-A、612-B和612-C的相应色带。例如，光612-A1在第一色带内具有第二波长(例如，后续波长，诸如680nm)，光612-B1在第二色带内具有第二波长(例如，后续波长，诸如530nm)，以及光612-C1在第三色带内具有第二波长(例如，后续波长，诸如465nm)。在一些实施方案中，所有光分量以基本上相同的波长值偏移。例如，光612-A1、612-B1和612-C1的波长已经从光612-A、612-B和612-C的各自波长偏移20纳米、30纳米或40纳米。在一些实施方案中，光分量以不同的波长值偏移。例如，光612-A1的波长已经从光612-A偏移第一波长值，光612-B1的波长已经从光612-B偏移第二波长值，且光612-C1的波长已经从光612-C偏移第三波长值，其中第一波长值、第二波长值及第三波长值中的至少两者彼此不同。在一些实施方案中，第一波长值、第二波长值和第三波长值彼此不同。如图所示，在波长偏移之后，针对光612-A1、612-B1和612-C1，变焦观察光学器件602具有共同焦距。在部分II中，针对光612-A1、612-B1和612-C1，变焦观察光学器件602具有大于部分I中所示的焦距F5的共同焦距F6。

在图6C的部分III中，使光的波长进一步偏移(例如，减小)，而波长偏移的光612-A2、612-B2和612-C2仍然对应于光612-A、612-B和612-C的相应色带。例如，光612-A2在第一色带内具有第三波长(例如，最终波长，诸如740nm)，光612-B2第二色带内具有第三波长(例如，最终波长，诸如565nm)，并且光612-C2在第三色带内具有第三波长(例如，最终波长，诸如485nm)。如上文参考部分II所描述，光分量可以以相同波长值或不同波长值偏移。如图所示，在波长偏移之后，针对光612-A2、612-B2和612-C2，变焦观察光学器件602具有共同焦距。在部分III中，针对光612-A2、612-B2和612-C2，变焦观察光学器件602具有大于部分II中的焦距F6的共同焦距F7。

图7是示出根据一些实施方案的变焦显示设备700的示意图。变焦显示设备700包括观察光学器件602和与可调谐光源702和可选的扩束器704光学耦合的显示器404。在一些实施方案中，变焦显示设备700是、或包括在头戴式显示设备(例如，参考图1描述的显示设备100)中。

在一些实施方案中，可调谐光源702包括一个或多个可调谐激光器。在一些实施方案中，一个或多个可调谐激光器包括二极管激光器、垂直腔面发射激光器(verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)、光纤激光器和/或固态激光器中的一者或多者。在一些实施方案中，可调谐激光器包括可调谐增益介质(例如，与诸如热电冷却器的温度控制器耦合的增益介质)。例如，可调谐激光器是外腔二极管激光器，其中调节增益介质的温度和驱动电流以使输出光的(峰值)波长偏移。在一些实施方案中，可调谐激光器包括可调谐的腔内滤波器。可以通过改变腔内滤波器的峰值发射波长来偏移输出光的(峰值)波长。在一些实施方案中，可调谐激光器包括可调谐谐振器。调节腔长度来使输出光的(峰值)波长偏移。

在一些实施方案中，可调谐光源702包括发射多个可调谐激光线的单个激光器。例如，可调谐光源702包括发射在第一色带内可调谐的第一激光线的单个激光器、在第二色带内可调谐的第二激光线、以及在第三色带内可调谐的第三激光线，其中第一色带、第二色带和第三色带对应于不同的颜色(例如，红色、绿色和蓝色)。在一些实施方案中，可调谐光源702包括发射不同的单个可调谐激光线的两个或更多个激光器。例如，可调谐光源702包括发射在第一色带内的第一可调谐激光线的第一可调谐激光器、发射在第二色带内的第二可调谐激光线的第二可调谐激光器、以及发射在第三色带内的第三可调谐激光线的第三可调谐激光器。例如，第一色带对应于蓝色(例如，从450nm到485nm范围内的波长)，第二色带对应于绿色(例如，从500nm到565nm范围内的波长)，并且第三色带对应于红色(例如，从625nm到740nm范围内的波长)。在每个色带内，相应可调谐激光线的波长应当是可调谐至少40纳米。例如，色带内的最低波长值与最高波长值之间的差至少为40纳米。需要一个或多个可调谐激光器来发射窄带宽激光线。在一些实施方案中，第一可调谐激光线、第二可调谐激光线和第三可调谐激光线的带宽(例如，FWHM)小于二纳米、小于三纳米、小于四纳米或小于五纳米。在一些实施方案中，可调谐光源702的一个或多个可调谐激光器具有快速调谐速度，以便投射用于在显示器404上显示移动物体的光。

可调谐光源702在不同状态下为可操作的、以发射具有不同波长(例如，彼此分离且可区分的第一波长和第二波长)的光。可调谐光源702在两种不同状态、三种不同状态、四种不同状态或五种不同状态等下为可操作的。在一些实施方案中，可调谐光源702是连续可调谐，从而在大量状态(或连续光谱的状态)下为可操作的。在一些实施方案中，处于第一状态的可调谐光源702发射在第一色带内具有第一波长的光(例如，不发射第一色带内的任何其他波长)，并且处于第二状态的可调谐光源702发射在第一色带内具有第二波长的光(例如，不发射第一色带内的任何其他波长)。在一些实施方案中，可调谐光源702还包括第三状态，其中可调谐光源702发射在第一色带内具有第三波长的光(例如，不发射第一色带内的任何其他波长)。可调谐光源702的第一状态、第二状态和第三状态是相互排斥的，因为当可调谐光源702发射具有第一波长的光时，它停止发射具有第二波长和第三波长的光，以此类推。在一些实施方案中，可调谐光源702在不同时间(例如，循序地)且不同时地在第一状态、第二状态和第三状态下为可操作的。

在一些实施方案中，处于第四状态的可调谐光源702发射在第二色带内具有第一波长的光(例如，不发射第一色带或第三色带的第一波长、以及第二色带的第二波长)，并且处于第五状态的可调谐光源702发射在第二色带内具有第二波长的光(例如，不发射第一色带或第三色带的第二波长、以及第二色带的第一波长)。类似地，在一些实施方案中，处于第六状态的可调谐光源702发射在第三色带内具有第一波长的光(例如，不发射第一色带或第二色带的第一波长、以及第三色带的第二波长)，并且处于第七状态的可调谐光源702发射在第三色带内具有第二波长的光(而不发射第一色带或第二色带的第二波长、以及第三色带的第一波长)。例如，可调谐光源702包括发射不同颜色的三个单独可操作的可调谐激光器。在一些实施方案中，单独可操作的激光器可以例如被单独调谐以及单独地接通和切断。

可调谐光源702被配置为向显示器404提供照明光706。在一些实施方案中，照明光706透射通过定位在可调谐光源702与显示器404之间的一或多个扩束器(例如，扩束器704)。扩束器704被配置成接收照明光706-1并增大其光束尺寸，使得由显示器404接收的照明光706具有覆盖显示器404的面积的至少70％、80％或90％的尺寸。在一些实施方案中，扩束器704是开普勒(Keplerian)扩束器或伽利略(Galilean)扩束器。在一些实施方案中，扩束器704扩展和准直照明光706。在一些实施方案中，可调谐光源702与扫描光学器件(例如，扫描镜)耦合以循序地照射显示器404(例如，使用光栅扫描(Raster scan)或任何其他扫描模式)。

显示器404被配置为接收照明光706且将图像光708提供到观察光学器件602。在一些实施方案中，显示器404包含发射强度阵列(例如，空间光调制器)，该发射强度阵列配置为选择性地衰减从可调谐光源702接收的照明光706。在一些实施方案中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光设备组、或它们的一些组合构成。液晶单元中的每个液晶单元是(或者在一些实施方案中，液晶单元组)是可寻址的，以具有特定水平的衰减。例如，在给定时间，液晶单元的子集(少于全部)可以被设置为提供第一衰减(例如，没有衰减)，而液晶单元的另一子集(少于全部)可以被设置为提供与第一衰减不同的第二衰减(例如，最大衰减)。以这种方式，显示器404能够向观察光学器件602提供图像光708。观察光学器件602被定位成接收图像光708、并将图像光708朝向变焦显示设备700的用户的眼睛340重定向。

在一些实施方案中，为了显示不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的图像，可调谐光源702被配置为在两个或更多个色带内提供可调谐波长。在一些实施方案中，当处于第一状态时，可调谐光源702发射具有第一色带的第一波长的光和具有第二色带的第一波长的光(其中，第二色带的第一波长与第一色带的第一波长不同)，使得第一色带的第一波长和第二色带的第一波长同时发射。类似地，当处于第二状态时，可调谐光源702发射具有第一色带的第二波长的光和具有第二色带的第二波长的光，并且当处于第三状态时，可调谐光源702发射具有第一色带的第三波长的光和具有第二色带的第三波长的光。在一些实施方案中，可调谐光源702同时发射三个或更多个不同色带的光分量。例如，处于第一状态的可调谐光源702发射在图6C的部分I中示出的光612-A、612-B和612-C，处于第二状态的可调谐光源702发射在图6C的部分II中示出的光612-A1、612-B1和612-C1，并且处于第三状态的可调谐光源702发射在图6C的部分III中示出的光612-A2、612-B2和612-C2。如上文所解释，观察光学器件602针对在相应色带内具有第一波长、第二波长和第三波长的光具有不同的焦距(例如，图6C中的焦距F5、F6和F7)。因此，可调谐光源702和观察光学器件602的组合使得变焦显示设备700能够将不同颜色的图像投射到用户，该图像看起来以不同的距离显示。

在一些实施方案中，变焦显示设备700还包括与可调谐光源702耦合或通信的一个或多个控制器集(例如，控制器710)。在一些实施方案中，一个或多个控制器包括一个或多个处理器、以及存储器(例如，上文参考图2描述的处理器216和存储器228)。存储器存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序。在一些实施方案中，一个或多个程序包括用于操作变焦显示设备700的指令(例如，用于操作可调谐光源702的指令)。在一些实施方案中，用于操作可调谐光源702的指令包括用于在至少第一状态(例如，下面参考图8A描述的变焦显示设备700-1)、第二状态(例如，下面参考图8B描述的变焦显示设备700-2)和第三状态(例如，下面参考图8C描述的变焦显示设备700-3)之间切换可调谐光源702的指令。在一些实施方案中，用于操作可调谐光源702的指令还包括用于调节由可调谐光源702提供的一个或多个光分量的输出功率、使得光被感知为针对不同颜色具有基本上相同的强度的指令。例如，控制器调节图6C中的光612-A和612-A1中的至少一个的强度，使得光612-A和612-A1被感知为具有基本上相同的强度。

图8A-8C是示出了根据一些实施方案的变焦显示设备700的操作的示意图。在图8A-图8C中没有示出可调谐光源702和扩束器704，以免模糊变焦显示设备700的其他方面。

图8A示出了处于第一状态的变焦显示设备700，该变焦显示设备被指示为变焦显示设备700-1。如上所述，在第一状态下，显示器404从可调谐光源702接收具有第一色带的第一波长的光、具有第二色带的第一波长的光、以及具有第三色带的第一波长的光。由显示器404投射的图像光802-A(为了简单起见，仅在图8A中示出了其中的某些光线)通过包括衍射光学元件500和波长依赖性光学元件606的观察光学器件602接收。观察光学器件602针对图像光802-A具有第一焦距(例如，图6的部分III中示出的焦距F7)。观察光学器件602将图像光802-A朝向眼睛340重定向，使得图像光802-A具有源自距眼睛340距离D3处的虚拟显示平面806-A的外观(像光线804-A)。因此，变焦显示设备700-1的用户观察由图像光802-A呈现的物体，就好像物体被定位在距离D3处的虚拟显示平面806-A上一样。

在图8B中，变焦显示设备700处于第二状态，被指示为变焦显示设备700-2。如上所述，在第二状态下，可调谐光源702发射具有第一色带的第二波长的光、具有第二色带的第二波长的光、以及具有第三色带的第二波长的光。观察光学器件602针对图像光802-B具有第二焦距(例如，小于焦距F7的焦距F6，在图6的部分II中示出)。观察光学器件602将图像光802-B朝向眼睛340重定向，使得图像光802-B具有源自距眼睛340距离D4处的虚拟显示平面806-B的外观(例如，像光线804-B)。因此，变焦显示设备700-2的用户观察由图像光802-B呈现的物体，就好像物体被定位在距离D4的虚拟显示平面806-B上一样。

在图8C中，变焦显示设备700处于第三状态，被指示为变焦显示设备700-3。如上所述，在第三状态下，可调谐光源702发射具有第一色带的第三波长的光、具有第二色带的第三波长的光、以及具有第三色带的第三波长的光。观察光学器件602针对光802-C具有第三焦距(例如，小于焦距F6的焦距F5，在图6的部分I中示出)。观察光学器件602将图像光802-C朝向眼睛340重定向，使得图像光802-C具有源自远距离处的虚拟显示平面的外观(例如，像光线804-C)。变焦显示设备700-3的用户观察由图像光802-C呈现的物体，就好像物体被定位为远离用户(例如，在无限远处)。

鉴于这些原理，我们现在转向某些实施方案。

在一些实施方案中，显示设备包括衍射光学元件和可调谐光源，该可调谐光源在包括第一状态和第二状态的不同状态下是可操作的。例如，在图7中，变焦显示设备700包括的衍射光学元件500和可调谐光源702。可调谐光源提供第一光和第二光，该第一光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第一波长，该第二光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第二波长，该第二波长与第一波长不同。第一波长和第二波长对应于第一色带(例如，红色色带、绿色色带或蓝色色带)。衍射光学元件被定位成接收和重定向第一光。衍射光学元件针对第一光具有第一焦距(例如，衍射光学元件500针对光502-A具有焦距F1)。衍射光学元件还被定位成接收和重定向第二光。衍射光学元件针对第二光具有与第一焦距不同的第二焦距(例如，衍射光学元件500针对光502-A具有与焦距F1不同的焦距F2)。例如，衍射光学元件500在图8A中接收和重定向图像光802-A，并且在图8B中接收和重定向图像光802-B。衍射光学元件500针对图像光802-A和802-B具有不同焦距。

在一些实施方案中，在可调谐光源处于该第一状态的情况下，可调谐光源停止提供具有第二波长的第二光，并且在可调谐光源处于第二状态的情况下，可调谐光源停止提供具有第一波长的第一光。例如，在图8A中，处于第一状态的变焦显示设备700-1投射图像光802-A而不投射图像光802-B。在图8B中，处于第二状态的变焦显示设备700-2投射图像光802-A而不投射的图像光802-B。

在一些实施方案中，在可调谐光源处于第一状态情况下，显示设备的用户感知由第一光在第一距离处呈现的图像(例如，在图8A中，用户的眼睛340感知由图像光802-A在距眼睛340距离D1处的虚拟显示平面806-A处呈现的图像)。在可调谐光源处于第二状态的情况下，显示设备的用户感知由第二光在与第一距离不同的第二距离处呈现的图像(例如，在图8B中，用户的眼睛340感知由图像光802-B在距眼睛340距离D4处的虚拟显示平面806-B处呈现的图像)。

在一些实施方案中，第一波长与第二波长之间的差至少为20纳米。第一焦距和第二焦距之间的差至少为一毫米(例如，图5B)。在一些实施方案中，第一波长与第二波长之间的差为20纳米、30纳米、或40纳米。

在一些实施方案中，在可调谐光源处于第一状态的情况下，可调谐光源提供具有包括第一波长的第一波长范围的光(例如，图8A中的图像光802-A)。在可调谐光源处于第一状态的情况下，可调谐光源提供具有包括第二波长的第二波长范围的光(例如，图8B中的图像光802-B)。第一波长范围具有第一带宽，并且第二波长范围具有第二带宽。第一带宽和第二带宽(例如，FWHM)小于2纳米。

在一些实施方案中，第二波长比第一波长更长，并且第二焦距比第一焦距更短。

在一些实施方案中，可调谐光源循序地从第一状态切换到第二状态，使得第一光和第二光被循序地、不同时地投射(例如，变焦显示设备700在图8A和8B中分别示出的第一状态和第二状态之间循序地切换)。

在一些实施方案中，可调谐光源还提供第三光和第四光，该第三光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有与第一波长(例如，部分I中的光612-A)和第二波长(例如，部分II中的光612-A1)不同的第三波长(例如，图6C的部分I中的光612-B)，该第四光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有与第一波长、第二波长和第三波长不同的第四波长(例如，部分II中的光612-B1)。第三波长和第四波长对应于与第一色带不同的第二色带。衍射光学元件被定位成接收和重定向第三光，并且针对第三光具有第三焦距。衍射光学元件被定位成接收和重定向第四光，并且针对第四光具有与第三焦距不同的第四焦距。

在一些实施方案中，处于第一状态的可调谐光源(例如，图8A中的变焦显示设备700-1)在第一时间同时提供第一光和第三光，并且处于第二状态的可调谐光源(例如，图8B中的变焦显示设备700-2)在与第一时间不同的第二时间同时提供第二光和第四光。

在一些实施方案中，在可调谐光源提供第一光和第三光的情况下，可调谐光源停止提供第二光和第四光中的任一者。在可调谐光源提供第二光和第四光的情况下，可调谐光源停止提供第一光和第三光中的任一者。

在一些实施方案中，可调谐光源还提供第五光和第六光，该第五光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第五波长(例如，图6C的部分I中的光612-C)，并且该第六光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第六波长(例如，图6C的部分II中的光612-C1)。第五波长和第六波长对应于与第一色带和第二色带不同的第三色带。衍射光学元件被定位成接收和重定向第五光，并且针对第五光具有第五焦距。衍射光学元件被定位成接收和重定向第六光，并且针对第六光具有与第五焦距不同的第六焦距。

在一些实施方案中，第一色带对应于红色，第二色带对应于绿色，第三色带对应于蓝色。

在一些实施方案中，第三焦距与第一焦距(例如，图6A)不同。显示设备还包括波长依赖性光学元件(例如，图6B中的波长依赖性光学元件604)，该波长依赖性光学元件被定位成接收和修改第一光和第三光中的至少一者，使得第一光和第三光都具有第一虚拟显示平面。例如，波长依赖性光学元件604修改光612-A和612-C，使得波长依赖性光学元件604和观察光学器件602的组合针对图6B中的光612-A、612-B和612-C具有共同光焦度(例如，对应于焦距F5)。因此，观察光学器件602结合波长依赖性光学元件重定向图像光(例如，图8A中的图像光802-A)，使得图像光呈现在第一共同距离处的共同虚拟显示平面(例如，图8A中的距离D3处的虚拟显示平面806-A)上感知的图像。在一些实施方案中，第一共同距离与第一焦距和第三焦距不同。

在一些实施方案中，波长依赖性光学元件(例如，波长依赖性光学元件604)包括潘卡拉特南-贝里相位(PBP)透镜或波长复用全息光学元件。

在一些实施方案中，第四焦距与第二焦距不同。波长依赖性光学元件被定位成接收和修改第二光和第四光中的至少一者，使得第二光和第四光都具有与第一虚拟显示平面不同的第二虚拟显示平面。例如，波长依赖性光学元件604修改光612-A1和612-C1，使得观察光学器件602具有针对在图6C的部分II中的光612-A1、612-B1和612-C1的共同焦距(例如，距离F6)。因此，观察光学器件602重定向图像光(例如，图8B中的图像光802-B)，使得图像光呈现在第二共同距离处的共同虚拟显示平面(例如，图8B中的距离D4处的虚拟显示平面806-B)上感知的图像。在一些实施方案中，第二共同距离与第二焦距和第四焦距不同。

在一些实施方案中，可调谐光源还提供第三光，该第三光在可调谐光源处于第三状态的情况下具有与第一波长和第二波长不同的第三波长(例如，图6C的部分I中的光612-B)。第三状态与第一状态和第二状态不同。在一些实施方案中，在可调谐光源处于第三状态的情况下，可调谐光源停止提供第一光、第二光和第四光。可调谐光源还提供第四光，该第四光在可调谐光源处于第四状态的情况下具有与第一波长、第二波长和第三波长不同的第四波长(例如，图6C的部分II中的光612-B1)。第四状态与第一状态、第二状态和第三状态不同。在一些实施方案中，在可调谐光源处于第四状态的情况下，可调谐光源停止提供第一光、第二光和第三光。第三波长和第四波长对应于与第一色带不同的第二色带。衍射光学元件被定位成接收和重定向第三光，并且针对第三光具有第三焦距。衍射光学元件被定位成接收和重定向第四光，并且针对第四光具有第四焦距。第四焦距与第三焦距不同。在一些实施方案中，可调谐光源包括可操作以提供第一光和第二光的第一可调谐光源、以及可操作以提供第三光和第四光的第二可调谐光源，该第二可调谐光源与第一可调谐光源不同。例如，图7中的可调谐光源702包括配置为发射不同色带的光的两个可调谐激光器。

在一些实施方案中，显示设备进一步包含空间光调制器，该空间光调制器被定位成在第一时间接收第一光、且在与第二时间不同的第二时间接收第二光(例如，图7、图8A和图8B中的显示器404)。空间光调制器向衍射光学元件提供经调制的光(例如，图7中的图像光708)。

根据一些实施方案，在包括第一状态和第二状态的不同状态下可操作的可调谐光源处执行的方法，该方法包括将可调谐光源置于第一状态以用于提供具有第一波长的第一光(例如，图7和图8A)。该方法包括将可调谐光源置于第二状态以提供具有与第一波长不同的第二波长的第二光(例如，图8B)。第一波长和第二波长对应于第一色带。该方法包括用衍射光学元件接收和重定向第一光，并且用衍射光学元件接收和重定向第二光。衍射光学元件针对第一光具有第一焦距、且针对第二光具有与第一焦距不同的第二焦距。

根据一些实施方案，配置为与本文描述的显示设备一起使用的一个或多个控制器集(例如，图7中的控制器710)包括一个或多个处理器、以及存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器。一个或多个程序包括用于以下的指令：将可调谐光源(例如，可调谐光源702)置于第一状态以用于提供具有第一波长的第一光，并且将可调谐光源置于第二状态以用于提供具有不同的第二波长的第二光。该一个或多个程序还包括用于以下的指令：调节可调谐光源的输出功率，使得由显示设备的用户感知的第二光的强度基本上与由用户感知的第一光的强度相同。

根据一些实施方案，配置为与本文描述的显示设备一起使用的一个或多个控制器集(例如，图7中的控制器710)包括一个或多个处理器、以及存储用于由一个或多个处理器执行的一个或多个程序的存储器。一个或多个程序包括用于以下的指令：将可调谐光源置于第一状态以同时提供具有第一波长的第一光和具有第三波长的第三光。该一个或多个程序还包括用于以下的指令：将可调谐光源置于第二状态以同时提供具有第二波长的第二光和具有第四波长的第四光。

尽管参考衍射光学元件描述了显示设备，但是可以使用其他波长依赖性的光学元件来代替衍射光学元件。因此，根据一些实施方案，显示设备包括可调谐光源，该可调谐光源在包括第一状态和第二状态的不同状态下是可操作的。可调谐光源提供第一光和第二光，该第一光在可调谐光源处于第一状态的情况下具有第一波长，该第二光在可调谐光源处于第二状态的情况下具有第二波长，该第二波长与第一波长不同。第一波长和第二波长对应于第一色带。该显示设备还包括波长依赖性光学元件，该波长依赖性光学元件被定位成接收第一光并重定向第一光、且接收第二光并重定向第二光。衍射光学元件针对第一光具有第一焦距，并且衍射光学元件针对第二光具有与第一焦距不同的第二焦距。

尽管各种附图示出了特定组件或特定组件群组相对于一只眼睛的操作，但所属领域的技术人员将理解，可以相对于另一只眼睛或双眼执行类似操作。为了简洁起见，在此不再重复这些细节。

尽管各个附图中的一些以特定顺序示出了多个逻辑阶段，但是不依赖于顺序的阶段可以被重新排序，并且其他阶段可以被组合或分解。虽然具体提及了一些重新排序或其他分组，但是其他的重新排序或其他分组对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的，因此本文所呈现的排序和分组不是替代方案的详尽列表。此外，应认识到，这些阶段可以在硬件、固件、软件或它们的任何组合上来实施。

出于说明的目的，已经参考特定实施方案描述了前述描述。然而，以上说明性讨论并不旨在穷举或将权利要求的范围限制为所公开的精确形式。鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。选择实施方案以便更好地说明作为权利要求的基础的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够更好地使用具有各种修改的实施方案，这些修改适合于预期的特定用途。

Claims (15)

1.一种显示设备，所述显示设备包括：

可调谐光源，所述可调谐光源在包括第一状态和第二状态的不同状态下是可操作的，其中：

所述可调谐光源提供：

第一光，所述第一光在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下具有第一波长；以及

第二光，所述第二光在所述可调谐光源处于所述第二状态的情况下具有第二波长，所述第二波长与所述第一波长不同；并且

所述第一波长和所述第二波长对应于第一色带；以及

衍射光学元件，所述衍射光学元件被定位成：

接收所述第一光并重定向所述第一光，其中，所述衍射光学元件针对所述第一光具有第一焦距；并且

接收所述第二光并重定向所述第二光，其中，所述衍射光学元件针对所述第二光具有第二焦距，所述第二焦距与所述第一焦距不同。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其中：

在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下，所述可调谐光源停止提供具有所述第二波长的所述第二光；并且

在所述可调谐光源处于所述第二状态的情况下，所述可调谐光源停止提供具有所述第一波长的所述第一光；和/或

在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下，所述显示设备的用户感知由所述第一光在第一距离处呈现的图像；并且

在所述可调谐光源处于所述第二状态的情况下，所述显示设备的所述用户感知由所述第二光在第二距离处呈现的图像，所述第二距离与所述第一距离不同。

3.根据权利要求1所述的显示设备，其中：

所述第一波长与所述第二波长之间的差至少为20纳米；并且

所述第一焦距与所述第二焦距之间的差为至少一毫米。

4.根据权利要求1所述的显示设备，其中：

在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下，所述可调谐光源提供具有包括所述第一波长的第一波长范围的光；

在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下，所述可调谐光源提供具有包括所述第二波长的第二波长范围的光；并且

所述第一波长范围具有第一带宽，并且所述第二波长范围具有第二带宽，所述第一带宽和所述第二带宽小于两纳米。

5.根据权利要求1所述的显示设备，其中：

所述第二波长比所述第一波长更长，并且所述第二焦距比所述第一焦距更短；和/或

所述可调谐光源循序地从所述第一状态切换到所述第二状态。

6.根据权利要求1所述的显示设备，其中：

所述可调谐光源还提供：

第三光，所述第三光在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下具有第三波长，所述第三波长与所述第一波长和所述第二波长不同；以及

第四光，所述第四光在所述可调谐光源处于所述第二状态的情况下具有第四波长，所述第四波长与所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长不同；

所述第三波长和所述第四波长对应于第二色带，所述第二色带与所述第一色带不同；并且

所述衍射光学元件被定位成：

接收所述第三光并重定向所述第三光，其中，所述衍射光学元件针对所述第三光具有第三焦距；并且

接收所述第四光并重定向所述第四光，其中，所述衍射光学元件针对所述第四光具有第四焦距，所述第四焦距与所述第三焦距不同。

7.根据权利要求6所述的显示设备，其中：

处于所述第一状态的所述可调谐光源在第一时间同时提供所述第一光和所述第三光，并且处于所述第二状态的所述可调谐光源在第二时间同时提供所述第二光和所述第四光，所述第二时间与所述第一时间不同。

8.根据权利要求7所述的显示设备，其中：

在所述可调谐光源提供所述第一光和所述第三光的情况下，所述可调谐光源停止提供所述第二光和所述第四光中的任一者；并且

在所述可调谐光源提供所述第二光和所述第四光的情况下，所述可调谐光源停止提供所述第一光和所述第三光中的任一者。

9.根据权利要求6所述的显示设备，其中：

所述可调谐光源还提供：

第五光，所述第五光在所述可调谐光源处于所述第一状态的情况下具有第五波长；以及

第六光，所述第六光在所述可调谐光源处于所述第二状态的情况下具有第六波长；

所述第五波长和所述第六波长对应于第三色带，所述第三色带与所述第一色带和所述第二色带不同；并且

所述衍射光学元件被定位成：

接收所述第五光并重定向所述第五光，其中，所述衍射光学元件针对所述第五光具有第五焦距；并且

接收所述第六光并重定向所述第六光，其中，所述衍射光学元件针对所述第六光具有与所述第五焦距不同的第六焦距；并且

其中，所述第一色带对应于红色，所述第二色带对应于绿色，并且所述第三色带对应于蓝色。

10.根据权利要求6所述的显示设备，其中：

所述第三焦距与所述第一焦距不同；并且

所述显示设备还包括波长依赖性光学元件，所述波长依赖性光学元件被定位成：

接收和修改所述第一光和所述第三光中的至少一者，使得所述第一光和所述第三光都具有共同虚拟显示平面；

其中，所述波长依赖性光学元件包括潘卡拉特南-贝里相位(PBP)透镜或波长复用全息光学元件；并且

其中，所述第四焦距与所述第二焦距不同；并且

所述波长依赖性光学元件被定位成：

接收和修改所述第二光和所述第四光中的至少一者，使得

所述第二光和所述第四光都具有第二虚拟显示平面，所述第二虚拟显示平面与所述第一显示平面不同。

11.根据权利要求1所述的显示设备，其中:

所述可调谐光源还提供：

第三光，所述第三光在所述可调谐光源处于与所述第一状态和所述第二状态不同的第三状态的情况下具有第三波长，所述第三波长与所述第一波长和所述第二波长不同；以及

第四光，所述第四光在所述可调谐光源处于与所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态不同的第四状态的情况下具有第四波长，所述第四波长与所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长不同；

所述第三波长和所述第四波长对应于第二色带，所述第二色带与所述第一色带不同；并且

所述衍射光学元件被定位成：

接收所述第三光并重定向所述第三光，其中，所述衍射光学元件针对所述第三光具有第三焦距；并且

接收所述第四光并重定向所述第四光，其中，所述衍射光学元件针对所述第四光具有第四焦距，所述第四焦距与所述第三焦距不同。

12.根据权利要求1所述的显示设备，所述显示设备还包括：

空间光调制器，所述空间光调制器被定位成：

在第一时间接收所述第一光、且在第二时间接收所述第二光，所述第二时间与第二时间不同；并且

向所述衍射光学元件提供经调制的光。

13.一种方法，所述方法包括：

在包括第一状态和第二状态的不同状态下可操作的可调谐光源处：

将所述可调谐光源置于所述第一状态以提供具有第一波长的第一光；

将所述可调谐光源置于所述第二状态以提供具有第二波长的第二光，所述第二波长与所述第一波长不同，其中，所述第一波长和所述第二波长对应于第一色带；

用衍射光学元件接收所述第一光并重定向所述第一光；并且

用所述衍射光学元件接收所述第二光并重定向所述第二光；

其中，所述衍射光学元件针对所述第一光具有第一焦距、且针对所述第二光具有第二焦距，所述第二焦距与所述第一焦距不同。

14.一个或多个控制器集，所述一个或多个控制器集配置为与根据权利要求1所述的显示设备一起使用，所述一个或多个控制器集包括：

一个或多个处理器；以及

存储器，所述存储器存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于以下的指令：

将所述可调谐光源置于所述第一状态以提供具有所述第一波长的所述第一光；

将所述可调谐光源置于所述第二状态以提供具有不同的所述第二波长的所述第二光；并且

调节所述可调谐光源的输出功率，使得由所述显示设备的用户感知的所述第二光的强度基本上与由所述用户感知的所述第一光的强度相同。

15.一个或多个控制器集，所述一个或多个控制器集配置为与根据权利要求6所述的显示设备一起使用，所述一个或多个控制器集包括：

一个或多个处理器；以及

存储器，所述存储器存储用于由所述一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于以下的指令：

将所述可调谐光源置于所述第一状态以同时提供具有所述第一波长的所述第一光和具有所述第三波长的所述第三光；并且

将所述可调谐光源置于所述第二状态以同时提供具有所述第二波长的所述第二光和具有所述第四波长的所述第四光。

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