【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、诸如头戴式显示(hmd)设备之类的混合现实计算设备可以被配置为在用户视野中向用户显示关于诸如全息图像之类的虚拟对象和/或真实对象的信息。例如，hmd设备可以被配置为使用透视显示系统来显示具有混合在其中的真实世界对象的虚拟环境，或者具有混合在其中的虚拟对象的真实世界环境。
2、为了清晰地观察对象，人类必须针对对象的距离而适应或调整他们的眼睛的焦点。同时，双眼的转动必须会聚于(converge to)对象的距离，以避免看到重影。在自然观察中，聚散度和调节是相关的。当观察附近的某物时，例如靠近鼻子的家蝇，眼睛会交叉并适应近点。相反，在光学无限远(正常视力大约从6m或更远的地方开始)观察某物时，眼睛的视线会变得平行，并且眼睛的晶状体会适应无限远。在大多数hmd设备中，用户始终会适应显示器的焦距以获得清晰的图像，但会聚于感兴趣对象的距离以获得单个图像。当用户适应并会聚于不同的距离时，两个线索之间的自然联系就会被打破，导致视觉不适或疲劳。
技术实现思路
1、混合现实hmd设备的显示系统中的光学组合器包括双折射材料透镜和铁电液晶(flc)调制器，它们适合与反射波导一起使用，以提供多个不同的焦平面，其中在这些焦平面上显示虚拟世界对象的全息图(即虚拟图像)。flc调制器控制来自虚拟图像源的入射到双折射透镜上的光的偏振状态。flc调制器被配置为用作具有可转动大约45度的光轴的半波片；因此，来自调制器的光学输出可以转动0度或90度。
2、双折射透镜具有两个正交折射
3、离开双折射透镜的虚拟图像光被输入耦合到反射波导，该反射波导被配置为形成光学组合器的出射光瞳，以使hmd设备用户能够观看来自源的虚拟图像。反射波导至少部分透明，使得用户可以透过波导查看以在混合现实使用场景中观察物理真实世界对象，并且同时观察虚拟图像。
4、flc调制器可以可操作地与虚拟图像源同步，以动态切换偏振状态以及虚拟图像的对应聚焦状态，以支持混合现实场景的给定构成。在这样的构成中，虚拟世界对象的图像在用户看来可以与真实世界对象一起出现在焦平面中在不同距离处。flc调制器的时间响应使得能够实现快速状态切换，以构建具有适当焦点提示(cue)的时间复用混合现实场景，从而提供舒适的视觉体验，无论hmd用户位于场景中的哪个位置。
5、当显示混合现实场景中的远虚拟图像时，切换flc调制器以使得双折射透镜将虚拟图像聚焦在远焦平面处，从而使用户的眼睛适应远处，以清晰的焦点观看虚拟图像。当显示近虚拟图像时，切换flc调制器以使得双折射透镜将虚拟图像聚焦在近焦平面处，从而使用户的眼睛适应近处，以清晰的焦点观看虚拟图像。
6、有利的是，flc调制器、双折射透镜和反射波导的利用使得虚拟图像的焦深能够在进入波导之前被调整，而不会干扰hmd设备用户通过波导对真实世界的查看。光学组合器中的元件的这种组合可以消除使用传统共轭透镜对的需要，在传统共轭透镜对中，负透镜设置在波导的眼睛侧以提供非无限远距离处的虚拟图像聚焦，并且共轭正透镜布置在真实世界的相反一侧，以抵消负透镜对入射真实世界光的影响。与传统可变焦透镜相比，flc调制器和双折射透镜的切换速度更快，从而使能更高的显示刷新率，以用于更身临其境的混合现实体验。除了提供快速切换速度之外，flc调制器和双折射透镜通常还具有固态特性，而没有机械运动和相关的噪声或振动。利用本原理使得光学组合器的焦距调节组件能够移离hmd设备用户眼睛的前方，这可以提供设备封装的灵活性，同时减少重量和质量惯性矩，这通常是hmd设备舒适度的重要的考虑因素。
7、在各种说明性实施例中，可以利用多组flc调制器和双折射透镜。如果使用n组，则提供2n个不同的焦平面。眼睛跟踪器还可以在hmd设备中实现，以在设备在使用期间在头部上发生移位的情况下，使得用户眼睛相对于设备的位置能够保持适当的校准。
8、提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一些概念的选择，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
无意于识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也无意于用作确定所要求保护的主题的范围的帮助。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现方式。
【技术保护点】
1.一种用于操作包括混合现实透视光学显示系统的电子设备的方法，所述混合现实透视光学显示系统被配置为展示包括虚拟世界对象的虚拟图像的混合现实场景，其中，在真实世界对象的视图上向所述电子设备的用户渲染所述虚拟世界对象的虚拟图像，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以与所接收的虚拟图像光的刷新率同步的速率操作所述FLC调制器，以提供时间复用的虚拟图像显示，所述时间复用的虚拟图像显示包括位于一个或另一个不同焦距处或同时位于两个不同焦距处的一个或多个虚拟图像。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：串联地堆叠作用于接收到的虚拟图像光的FLC调制器和双折射材料透镜的组合，其中，所述堆叠中的每个组合为渲染的虚拟图像提供两个独特的焦距。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据混合现实场景的合成来操作所述FLC调制器，其中，合成的混合现实场景包括位于不同焦距处的虚拟世界对象。
5.一种能够由用户佩戴并被配置为支持混合现实体验的头戴式显示(HMD)设备，所述混合现实体验包括由所述用户观看与物理世界中的真实世界对象的视图组合的虚拟图
6.根据权利要求5所述的HMD设备，还包括线性偏振过滤器，所述线性偏振过滤器被布置为使来自所述虚拟图像源的光线性偏振。
7.根据权利要求5所述的HMD设备，还包括眼睛跟踪器，其用于跟踪所述用户的眼睛的聚散度或跟踪所述用户的至少一只眼睛的注视方向，以执行以下中的一项：对所述用户的眼睛与所述光学组合器之间的对准的校准、对在使用所述HMD设备期间对准是否发生变化的动态确定、或者在所述虚拟图像源处对混合现实场景的合成。
8.根据权利要求7所述的HMD设备，其中，所述混合现实场景的合成包括：在基于所述眼睛跟踪器的操作而选择的单个焦平面中渲染虚拟图像以确定所述用户的注视点。
9.根据权利要求8所述的HMD设备，还包括焦平面控制器，其可操作地耦合到所述偏振调制器并且被配置为以与所述虚拟图像源的刷新速率同步的速率选择性地切换所述虚拟图像的偏振状态，以在所述光学组合器支持的所述混合现实场景中在不同焦距处生成虚拟图像。
10.根据权利要求9所述的HMD设备，其中，所述焦平面控制器进一步可操作地耦合到所述虚拟图像源并且被配置为基于在所述虚拟图像源处生成的混合现实场景的合成来选择性地切换所述虚拟图像的偏振状态。
11.根据权利要求5所述的HMD设备，其中，所述焦距调制系统进一步至少包括附加偏振调制器和附加双折射透镜，其中，总共N个偏振调制器/双折射透镜对用于提供2N个不同焦距。
12.根据权利要求5所述的HMD设备，其中，所述光学组合器包括波导，所述波导是至少部分透明的，所述波导被配置为将聚焦的虚拟图像从所述输入耦合器引导到所述输出耦合器。
13.根据权利要求12所述的HMD设备，其中，所述输入耦合器、所述输出耦合器、或所述波导中的一个或多个包括一或多个反射表面。
14.根据权利要求5所述的HMD设备，其中，所述光学组合器被配置为向所述光学组合器提供相对于输入光瞳在一个或多个方向上扩展的出射光瞳。
15.根据权利要求5所述的HMD设备，其中，所述偏振调制器包括以下中的一个：铁电液晶(FLC)调制器、光弹性调制器、电光调制器、磁光调制器、或压电调制器。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于操作包括混合现实透视光学显示系统的电子设备的方法，所述混合现实透视光学显示系统被配置为展示包括虚拟世界对象的虚拟图像的混合现实场景，其中，在真实世界对象的视图上向所述电子设备的用户渲染所述虚拟世界对象的虚拟图像，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以与所接收的虚拟图像光的刷新率同步的速率操作所述flc调制器，以提供时间复用的虚拟图像显示，所述时间复用的虚拟图像显示包括位于一个或另一个不同焦距处或同时位于两个不同焦距处的一个或多个虚拟图像。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：串联地堆叠作用于接收到的虚拟图像光的flc调制器和双折射材料透镜的组合，其中，所述堆叠中的每个组合为渲染的虚拟图像提供两个独特的焦距。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据混合现实场景的合成来操作所述flc调制器，其中，合成的混合现实场景包括位于不同焦距处的虚拟世界对象。
5.一种能够由用户佩戴并被配置为支持混合现实体验的头戴式显示(hmd)设备，所述混合现实体验包括由所述用户观看与物理世界中的真实世界对象的视图组合的虚拟图像，所述hmd设备包括：
6.根据权利要求5所述的hmd设备，还包括线性偏振过滤器，所述线性偏振过滤器被布置为使来自所述虚拟图像源的光线性偏振。
7.根据权利要求5所述的hmd设备，还包括眼睛跟踪器，其用于跟踪所述用户的眼睛的聚散度或跟踪所述用户的至少一只眼睛的注视方向，以执行以下中的一项：对所述用户的眼睛与所述光学组合器之间的对准的校准、对在使用所述hmd设备期间对准是否发生变化的动态确定、或者在所述虚拟图像源处对混合现实场...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·T·赫尔德，B·C·克雷斯，A·索尔斯布里，D·雷希迪科，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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