具有扩展的调节范围调整的近眼显示器制造技术

近眼显示器系统(100)包括用于显示包括基元图像(122)阵列的近眼光场帧(120)的显示面板(118)和用于追踪用户眼睛(132)的姿态的眼睛追踪组件(106、108)。系统进一步包括小透镜阵列(124)和渲染组件(104)以基于用户眼睛的姿态来调整集成光场帧(120)中的基元图像(122)阵列的焦点。一种方法，包括：使用近眼显示器系统(100)的眼睛追踪组件(106、108)确定用户眼睛的姿态并且基于该姿态来确定形成集成光场帧(120)的基元图像阵列的期望的焦点。方法进一步包括基于该姿态来改变从小透镜阵列(124)投射出的光的焦距。

Near-Eye Display with Extended Adjustment Range Adjustment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有扩展的调节范围调整的近眼显示器
技术介绍
头戴式显示器(HMD)和其他近眼显示器系统可以利用集成光场(integrallightfield)显示器或其他计算显示器来提供三维(3D)图形的有效显示。通常，集成光场显示器采用一个或多个显示面板和叠加在一个或多个显示面板上的小透镜、针孔或其他光学特征的阵列。渲染系统渲染基元图像(elementalimage)阵列，其中每一个基元图像表示来自对应的视角或虚拟相机位置的物体或场景的图像或视图。因为分辨率与小透镜的密度成比例，所以这样的集成光场显示器通常表现出在分辨率与调节(accommodation)范围之间的折衷。因此，为了提供令人满意的分辨率，采用集成光场显示器的常规近眼显示器系统通常具有限制显示器分辨率的低密度的大尺寸的小透镜或具有限制调节范围的高密度的小尺寸的小透镜。附图说明通过参考附图，可以更好地理解本公开并且使本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员是显而易见的。在不同附图中相同的附图标记的使用指示相似或完全相同的项。图1是图示出根据一些实施例的、采用眼睛追踪和对应的基元图像移位以提供动态焦距调整的近眼显示器系统的图。图2是图示出根据一些实施例的、图1的近眼显示器系统中的动态焦距调整的示例的图。图3是图示出根据一些实施例的、图1的近眼显示器系统中的动态焦距调整的附加示例的图。图4是图示出根据一些实施例的、用于图1的近眼显示器系统中的动态焦距调整的方法的流程图。图5是图示出根据一些实施例的、图1的近眼显示器系统中的动态调节范围调整的示例的图。图6是图示出根据一些实施的、用于图1的近眼显示器系统中的动态焦距调整的示例变焦小透镜阵列的图。具体实施方式图1-6图示出用于近眼显示器系统中的基于用户眼睛姿态的动态焦距和调节范围调整的示例方法和系统。在至少一个实施例中，近眼显示器系统采用计算显示器向用户显示影像的集成光场帧以向用户提供沉浸式虚拟现实(VR)或增强现实(AR)体验。每一个集成光场帧由基元图像阵列组成，其中每一个基元图像表示来自不同对应视点的物体或场景的视图。小透镜阵列叠加在显示面板上并且操作以将基元图像阵列作为单个自由立体(autostereoscopic)图像呈现给用户。因为计算显示器的分辨率与小透镜尺寸与小透镜焦距的比率成比例，所以使用大的小透镜来增加分辨率的尝试通常导致减少的焦距和调节范围，反之亦然。为了在不相应减小调节范围的情况下提供改进的分辨率，在至少一个实施例中，本文描述的近眼显示器系统利用动态技术，其中眼睛追踪组件被用于确定用户眼睛的当前姿态(位置和/或旋转)并且基于该当前姿态，确定要施加到可变率(variable-index)材料的电压，通过所述电压使从小透镜投射出的光的焦距改变以基于用户眼睛的当前姿态来改变图像中的对焦部分被感知的方式。作为示例，材料的折射率可以初始地被设置以生成可以在其内以对焦方式感知物体的第一调节范围。随后，材料的折射率可以改变以生成可以在其内以对焦方式感知物体的第二调节范围。随着用户的注视改变，材料的折射率被改变以动态地调整可以在其内以对焦方式感知物体的调节范围。因此，响应于用户眼睛的姿态的改变而动态地改变折射率并转变调节范围有效地提供了大的调节范围而不需要相应减少近眼显示器系统的分辨率。图1图示出根据至少一个实施例的包含动态调节范围调整的近眼显示器系统100。在所描绘的示例中，近眼显示器系统100包括计算显示子系统102、渲染组件104和一个或多个眼睛追踪组件，诸如用于追踪用户左眼的眼睛追踪组件106和用于追踪用户右眼的眼睛追踪组件108中的一个或两个。计算显示子系统102包括安装在装置114(例如护目镜、眼镜等)中的左眼显示器110和右眼显示器112，所述装置114将显示器110、112分别放置在用户的左眼和右眼的前方。如视图116所示，显示器110、112中的每一个包括至少一个显示面板118以显示集成光场帧的序列或系列(在下文中为了便于参考称为“光场帧”)，所述集成光场帧的序列或系列中的每一个包括基元图像122的阵列120。为了便于参考，在本文中基元图像122的阵列120也可称为光场帧120。显示器110、112中的每一个进一步包括叠加在显示面板118上的小透镜126(通常也称为“微透镜”)的阵列124。通常，小透镜阵列124中的小透镜126的数量等于阵列120中的基元图像122的数量，但在其他实施方式中，小透镜126的数量可以少于或大于基元图像122的数量。注意到为了便于说明，尽管图1的示例图示出基元图像122的5x4阵列和对应的小透镜126的5x4阵列120，在通常的实施方式中，光场帧120中的基元图像122的数量和小透镜阵列124中的小透镜126的数量通常高得多。此外在一些实施例中，针对显示器110、112中的每一个实现单独的显示面板118，而在其他实施例中，左眼显示器110和右眼显示器112共享单个显示面板118，其中显示面板118的左半部分用于左眼显示器110并且显示面板118的右半部分用于右眼显示器112。图1的横截面视图128描绘了小透镜阵列124的沿着线A-A的横截面视图，小透镜阵列124叠加在显示面板118上以使得小透镜阵列124叠加在显示面板118的显示表面130上以布置在显示器表面130与对应的用户眼睛132之间。在此配置中，每一个小透镜126将显示表面130的对应区域聚焦到眼睛的瞳孔134上，其中每一个这样的区域至少部分地与一个或多个相邻的区域重叠。因此，在这样的计算显示配置中，在基元图像122的阵列120显示在显示面板118的显示表面130处并且然后由眼睛132通过小透镜阵列124观看时，用户将基元图像122的阵列120感知为场景的单个图像。因此，在对用户的左眼和右眼两者并行地执行此过程并且在其间实现适当的视差时，结果是向用户呈现自由立体三维(3D)影像。还如图1所示，渲染组件104包括一个或多个处理器的集合——诸如图示出的中央处理单元(CPU)136和图形处理单元(GPU)138、140以及诸如系统存储器142的一个或多个存储组件以存储由处理器136、138、140访问和执行的软件程序或其他可执行指令，以便操纵处理器136、138、140中的一个或多个以执行如本文所述的各个任务。这样的软件程序包括例如包括用于如下所述的调节范围调整过程的可执行指令的渲染程序144和包括用于也如下所述的眼睛追踪过程的可执行指令的眼睛追踪程序146。在操作中，渲染组件104从本地或远程内容源150接收渲染信息148，其中渲染信息148表示图形数据、视频数据或表示作为要在显示子系统102处渲染和显示的影像的对象的物体或场景的其他数据。通过执行渲染程序144，CPU136使用渲染信息148将绘图指令发送到GPU138、140，继而所述GPU138、140利用绘图指令使用各种众所周知的VR/AR计算/光场渲染过程中的任一个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。作为此渲染过程的一部分，CPU136可以从惯性管理单元(IMU)154接收姿态信息150，其中姿态信息150表示显示子系统102的当前姿态并且控制一对或多对光场帧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在近眼显示器系统(100)中，一种方法，包括：使用所述近眼显示器系统(100)中的眼睛追踪组件(106、108)确定用户眼睛(132)的第一姿态；基于所述用户眼睛的所述第一姿态，确定形成集成光场帧(120)的基元图像(122)阵列的期望的焦点；基于所述用户眼睛(132)的所述第一姿态，改变从小透镜阵列(124)投射出的光的焦距；在所述集成光场帧(120)内的位置处渲染所述基元图像(122)阵列；以及在所述近眼显示器系统(100)的显示面板(118)处显示所述集成光场帧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.05.26 US 62/511,5671.在近眼显示器系统(100)中，一种方法，包括：使用所述近眼显示器系统(100)中的眼睛追踪组件(106、108)确定用户眼睛(132)的第一姿态；基于所述用户眼睛的所述第一姿态，确定形成集成光场帧(120)的基元图像(122)阵列的期望的焦点；基于所述用户眼睛(132)的所述第一姿态，改变从小透镜阵列(124)投射出的光的焦距；在所述集成光场帧(120)内的位置处渲染所述基元图像(122)阵列；以及在所述近眼显示器系统(100)的显示面板(118)处显示所述集成光场帧。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述用户眼睛的所述第一姿态包括：使用被布置在所述显示面板(118)与叠加在所述显示面板上的所述小透镜阵列(124)之间的成像相机捕获所述用户眼睛(132)的影像。3.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述焦距包括：向被布置在所述显示面板(118)与所述小透镜阵列(124)之间的可变率材料(158)施加电压以引起所述可变率材料(158)的折射率的改变，其中所述折射率的改变导致进入和离开所述小透镜阵列(124)的光的入射角的改变。4.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述焦距包括：向包括可变率材料的所述小透镜阵列(124)中的一个或多个小透镜(126)施加电压以引起所述一个或多个小透镜(126)的折射率的改变，其中所述折射率的改变导致进入和离开所述小透镜阵列(124)的光的入射角的改变。5.根据权利要求1所述的方法，其中，改变所述焦距包括：向与所述小透镜阵列(124)的第一部分相关联的可变率材料施加电压以引起所述可变率材料的折射率的改变，其中所述小透镜阵列(124)的所述第一部分是相对于所述小透镜阵列的第二部分可独立寻址的，并且进一步其中所述折射率的改变导致进入和离开所述第一部分的光的入射角的改变而不改变进入和离开所述小透镜阵列的所述第二部分的光的入射角。6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述基元图像阵列的所述期望的焦点进一步包括：确定所述期望的焦点(222)以补偿所述用户眼睛(132)中的已有屈光不正。7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述基元图像阵列的所述期望的焦点包括：相对于所述集成光场帧内的其他物体(504)的虚拟深度，识别所述用户眼睛的所述第一姿态所聚焦的目标物体(502)的虚拟深度。8.在近眼显示器系统中，一种方法，包括：使用所述近眼显示器系统(100)中的眼睛追踪组件(106、108)，在第一时间时确定用户眼睛(132)的、相对于所述近眼显示器系统(100)的显示面板(118)的第一姿态；渲染包括基元图像(122)阵列的集成光场帧(120)；使用与基于所述用户眼睛的所述第一姿态的、第一调节范围(506)相关联的小透镜阵列(124)呈现所述集成光场帧(120)以用于显示；使用所述眼睛追踪组件(106、108)在第二时间时确定所述用户眼睛(132)的、相对于所述显示面板的第二姿态，所述第二姿态与所述第一姿态不同；以及基于所述用户眼睛的所述第二姿态将所述小透镜阵列的所述第一调节范围(506)调整到第二调节范围(512)并且使用所述小透镜阵列(124)呈现所述集成光场帧(120)以用于显示，所述第二调节范围(512)与所述第一调节范围(506)不同。9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第一调节范围调整到所述第二调节范围包括：向被布置在所述显示面板(118)与所述小透镜阵列(124)之间的可变率材料(158)施加电压以引起所述可变率材料(158)的折射率的改变，其中所述折射率的改变导致进入和离开所述小透镜阵列(124)的光的入射角的改变。10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第一调节范围调整到所述第二调节范围包括：向包括可变率材料的所述小透镜阵列(124)中的一个或多个小透镜(126)施加电压以引起所述一个或多个小透镜的折射率的改变，其中所述折射率的改变导致进入和离开所述小透镜阵列(124)的光的入射角的改变。11.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述第一调节范围调整到所述第二调节范围包括：向与所述小透镜阵列(124)的第一部分相关联的可变率材料施加电压以引起所述可变率材料的折射率的改变，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·D·佩罗特，帕特里克·卢尔，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US