用于可变分辨率屏幕的方法和装置制造方法及图纸

本文描述了用于将来自微型显示器、显示器或投影仪的图像转换为可变分辨率图像的可变分辨率屏幕装置和方法。该装置和方法可以采用高分辨率部分和低分辨率部分，它们可以被创建为被掩蔽以分成两个的连续图像流，或者被创建为按时间分开的两个交错图像(或创建为上述两者)。使用各种光学实施例，将两个图像流重新组合，将高分辨率部分转换为低分辨率背景。各个实施例以各种组合来使用分光器、光束组合器、快门、光学掩模、透镜、反射镜、光学平板、透镜阵列和其他光学元件来创建可变分辨率图像。来自微型显示器、显示器或投影仪的图像被分开(在一些实施例中)、转换并重新组合以显示在屏幕或观看者的视网膜上。该装置可以在虚拟现实体验机中实施。验机中实施。验机中实施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可变分辨率屏幕的方法和装置


[0001]本文描述的系统、装置和方法大体涉及视频投影系统，并且尤其涉及用于诸如虚拟现实体验机等近眼显示器的视频投影系统。

技术介绍

[0002]自计算机和电视的早期发展以来，显示系统一直依赖于在屏幕上显示视觉信息。多年来，处理能力和小型化已使屏幕分辨率大大提高，但是在屏幕上均匀显示像素的基本方法已经普及。然而，这种方法要求通信和计算性能的显著提高，以随着分辨率的提高来释放所有像素。随着虚拟现实体验机的出现，这些问题已经变得尤为严重，其中，当通过但不限于目镜或波导观看图像时，与传统显示器相比，图像覆盖观看者的大量视场，并且最终使其像素中的一些通常或总是在观看者的周边视觉中或附近。
[0003]传统的显示器具有像素或扫描线，这些像素或扫描线具有固定的大小和彼此之间的距离，通常在平坦或轻微弯曲的屏幕上呈规则网格或类似的均匀分布的像素或扫描线图案。参见图1A，其示出了单像素101方法，以显示诸如LCD(液晶显示器)或OLED(有机发光二极管)计算机或电视显示器等装置。图1B示出了扫描线方法102，其在诸如CRT(阴极射线管)计算机或电视显示器以及CRT或LBS(激光束控制)视频投影仪等其他显示装置中使用。但是眼睛以中心104处的高分辨率和外围105处降低的视觉来解释视场103，如图1C所示。尽管在视网膜中央凹视力104中具有更多感光细胞和视敏度的人类视觉与单像素101或扫描线102设计完全不同，但是当从许多距离和角度观看屏幕的每个部分时，像素或扫描线的这种固定和均匀分布确保了类似质量的图像。
[0004]像素或扫描线的这种均匀分布不适用的当前示例是非常有限的，并且大多是无意的，例如在通常将3d表面用作视频投影仪的屏幕的投影制图工业中。
[0005]近来，由于高分辨率微型显示器、显示器和投影仪的制造成本增加以及由于传统屏幕的分辨率和视场的增加而对为传统屏幕创建的显示内容的计算、带宽和存储要求更加苛刻，因此出现了对可变分辨率的屏幕103的需求，尤其是在虚拟现实、增强现实和混合现实体验机(从现在起称为“XR体验机”)中。
[0006]当前的XR体验机的目的是提供接近人类视场的视场，考虑到眼睛旋转，该视场平均地水平270度垂直135度，并且通常低于该角度，例如对于虚拟现实体验机水平90度垂直100度，对于增强现实体验机水平低于50度垂直50度，但是这仍高于许多处于正常观看距离的屏幕，例如监视器、电视和投影屏幕。
[0007]其他示例是视频投影仪，该投影仪可以被设置成投影非常宽，并且比诸如在正常观看距离处的CRT、LCD、OLED或微LED监视器以及TV和投影屏幕等显示技术覆盖更多的观看者视场。
[0008]两者的混合体也是该方法和显示装置的潜在用例，例如已经被HMPD(头戴式投影显示器)证明，HMPD既是头戴式装置，又投影到逆反射投影屏幕(例如用于视频投影仪的那些)，而不是投影到利用目镜或类似于其他XR体验机的其他光学装置观看的波导或投影屏。
[0009]在如此高的视场下，相同数量的像素或扫描线在观看者视场的每度中提供较少的像素或扫描线，并且可能遭受明显缺乏细节、像素化和纱窗效应或扫描线之间的间隙的困扰。
[0010]当前在外围显示较少像素的方法是通过以下方式完成的：在显示器上的各处具有非常高的像素密度，并在显示在观看者的外围视觉附近或外围视觉中的像素上显示较低的分辨率而不是从那里开始具有较少的像素或扫描线。这是Sony PlayStation VR和Oculus Go头戴式显示器使用的技术(类似于103)。
[0011]这种均匀地增加显示器上的像素或扫描线数量的方法带来了成本和计算挑战，因为需要更多的像素或扫描线来覆盖高视场，尤其是对于水平270度(每只眼睛195度)垂直135度的平均人类视场，这是每度60像素分辨率所需的，而20/20视觉将需要约每只眼睛水平11,700像素和垂直8100像素。
[0012]制造观看者的视网膜中央凹视图可以到达的具有更多像素的定制屏幕将非常昂贵，并且需要定制显示控制器。
[0013]即使有可能并且在经济上可行，创建上述针对此类屏幕的实时视网膜中央内容所需的计算能力也可以用于其他任务，例如实时渲染和显示更详细的虚拟现实图像。
[0014]迄今为止，已经提出了将两个投影仪或显示器光学组合以实现可变分辨率屏幕的方法，例如使用分光器。这种方法有很多缺点，例如成本较高、重量较大、尺寸较大、需要进行色彩校正以及在不同显示器或投影仪之间进行同步，并且利用两台显示器或投影仪只能在图像上具有一个高分辨率部分和一个低分辨率部分(参见以下专利中的教导：US20160240013A1、US9711072B1、US9983413B1、US9989774B1、US9711114B1、US9905143B1)。
[0015]而且，倾斜分光器或利用反射镜或棱镜控制图像以重新定位高分辨率区域是具有挑战性的，并且导致透视畸变和一些光学像差，本文描述的一些方法可以解决这些问题。另外，倾斜或旋转的机械组件具有与机械移动组件相关联的缺点，本文描述的一些方法解决这些缺点。

技术实现思路

[0016]本文描述了一种用于在屏幕上创建可变分辨率图像流的光学装置，该光学装置由连接到视频源的投影仪组成，其中，投影仪以高分辨率小图像分量和低分辨率大图像分量的形式发送光图像流。可变分辨率图像流的每一帧可以是或包括以下之一：a)低分辨率大图像；b)高分辨率小图像，或高分辨率小图像和低分辨率大图像的叠加。该光图像流被发送到图像控制元件，该图像控制元件将高分辨率小图像分量和低分辨率大图像分量引导到小图像光学元件和大图像光学元件。另外，在实施例中，图像控制元件可以用作图像分离元件，并且可以将第一图像分量与第二图像分量分离。光学装置还可包括图像分离元件，该图像分离元件将高分辨率小图像分量和低分辨率大图像分量分离成高分辨率小图像流和低分辨率大图像流，其中，小图像光学元件和大图像光学元件将低分辨率大图像流和高分辨率小图像流聚焦在屏幕上，使得低分辨率大图像流和高分辨率小图像流作为可变分辨率图像流出现在屏幕上。
[0017]在一些实施例中，来自投影仪的光图像流在第一帧(帧n)中的高分辨率小图像分量和下一帧(帧n+1)中的低分辨率大图像分量之间被时分复用。图像分离元件可以是用于
管理时分复用的光学快门。或者，来自投影仪的光图像流可以在每个图像的一部分上具有高分辨率小图像分量，而在图像的另一部分上具有低分辨率大图像分量。图像分离元件可以是用于支撑该实施例的光学掩模(模版)。
[0018]在一些实施例中，屏幕被嵌入在虚拟现实体验机中。小图像光学元件可以包括透镜阵列。图像控制元件可以是旋转的光学平板、反射镜、分光器(例如，偏振分光器或反射型偏振分光器)、楔形(里斯利((Risley)))棱镜、液晶可切换反射镜、光学快门或光学掩模元件。大图像光学元件可以是将低分辨率大图像流聚焦到屏幕或观看者视场的外部的透镜或其他光学元件。小图像光学元件可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学装置，包括：图像源，被配置为输出第一图像分量和第二图像分量；以及一个或更多个光学元件，被配置为：接收第一图像分量并输出聚焦在屏幕上的高分辨率小图像；以及接收第二图像分量并输出聚焦在屏幕上的低分辨率大图像；其中，高分辨率小图像和低分辨率大图像作为可变分辨率图像出现在屏幕上。2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述图像源包括投影仪、显示器或微型显示器中的至少一个。3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括：小图像光学元件，被配置为接收第一图像分量并输出聚焦在屏幕上的高分辨率小图像；以及大图像光学元件，被配置为接收第二图像分量并输出聚焦在屏幕上的低分辨率大图像。4.根据权利要求3所述的光学装置，还包括：图像控制元件，用于将第一图像分量引导到小图像光学元件，并将第二图像分量引导到大图像光学元件。5.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述小图像光学元件和大图像光学元件共享它们组成部分中的一个或更多个组成部分。6.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述小图像光学元件包括复制元件和光学掩模元件。7.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光学掩模元件从中间图像平面轻微偏移以减小来自光学掩模元件的纱窗效应。8.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述光学掩模元件还显示高分辨率小图像的副本，其中，高分辨率小图像的单个复制品与高分辨率小图像的副本合并，以提供高分辨率小图像的增加的对比度或增加的颜色深度中的至少一种。9.根据权利要求6所述的光学装置，其中，所述复制元件接收高分辨率小图像并输出高分辨率小图像的多个复制品；以及所述光学掩模元件掩蔽高分辨率小图像的所述多个复制品中的一个或更多个，从而保留高分辨率小图像的一个或更多个复制品的部分，其中，高分辨率小图像的所述一个或更多个复制品的部分一起形成聚焦到屏幕上的目标位置的高分辨率小图像的完整单个复制品。10.根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述高分辨率小图像的所述一个或更多个复制品的部分包括高分辨率小图像的至少四个复制品的数字重排部分，并且其中，光学掩模元件被配置为根据高分辨率小图像的所述至少四个复制品的数字重排部分重构高分辨率小图像的完整单个复制品。11.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括掩模元件，其中，所述掩模元件显示低分辨率大图像的副本，并且其中，低分辨率大图像与低分辨率大图像的副本合并，以提供低分辨率大图像的增加的对比度或增加的颜色深度中的至少一种。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一图像分量和第二图像分量是图像流的不同帧，并且其中，所述图像源被配置为以时分复用方式在不同帧中输出第一图像分量和第二图像分量。13.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述图像源被配置为输出包括第一图像分量和第二图像分量的初始图像，其中，第一图像分量包括初始图像的第一多个像素，第二图像分量包括初始图像的第二多个像素。14.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括一个或更多个电可调透镜或反射镜，并且其中，电可调透镜或反射镜用作变焦透镜或反射镜，用于控制屏幕上的高分辨率小图像或低分辨率大图像中的至少一个的尺寸。15.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述一个或更多个光学元件包括一个或更多个电可调透镜或反射镜，并且其中，所述一个或更多个电可调透镜或反射镜用作聚焦透镜或反射镜，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉茲米克，
申请(专利权)人：拉茲米克，
类型：发明
国别省市：