附圖描述

為更完全地理解本公開，參考以下詳細(xì)描述和附圖，在附圖中，相同的參考標(biāo)號可被用來標(biāo)識相同的元素。

圖1是根據(jù)一個(gè)示例的具有帶彎曲光路的虛擬圖像顯示器的可穿戴電子設(shè)備的示意透視圖。

圖2是根據(jù)一個(gè)示例的具有帶彎曲光路的虛擬圖像顯示器的可穿戴電子設(shè)備的部分示意透視圖。

圖3是根據(jù)一個(gè)示例的圖2的可穿戴電子設(shè)備的虛擬圖像顯示器的分解示意透視圖。

圖4是根據(jù)一個(gè)示例的圖2的可穿戴電子設(shè)備的虛擬圖像顯示器的示意平面圖。

圖5是根據(jù)一個(gè)示例的圖4的虛擬圖像顯示器的光柵的示意圖。

圖6是根據(jù)一個(gè)示例的圖2的虛擬圖像顯示器的彎曲波導(dǎo)的示意平面圖。

圖7是根據(jù)一個(gè)示例的其中可以使用具有彎曲光路的虛擬圖像顯示器的電子設(shè)備的框圖。

盡管所公開的設(shè)備易于具有各種形式的實(shí)施例，但在附圖中示出了(并在下文描述了)各具體實(shí)施例，其中要理解，本公開旨在是說明性的，而不將本發(fā)明限于本文所描述和示出的各具體實(shí)施例。

詳細(xì)描述

可穿戴電子設(shè)備包括產(chǎn)生虛擬圖像的顯示器。虛擬圖像可以是有用的，因?yàn)槿搜蹖τ谠诙叹嚯x(例如，小于幾厘米)處聚焦是有困難的。描述了提供虛擬圖像的電子設(shè)備，不管它在尺寸上被制成以及配置成近眼或其他可穿戴電子設(shè)備，諸如眼鏡或其他頭戴式顯示設(shè)備。

電子設(shè)備可具有帶彎曲波導(dǎo)的顯示器。彎曲波導(dǎo)可以允許電子設(shè)備的顯示器是緊湊的。例如，彎曲光路可在頭戴式設(shè)備中是有用的，因?yàn)殡娮釉O(shè)備可因而在尺寸上和形狀上被調(diào)整以符合用戶的頭部。在眼鏡示例中，波導(dǎo)的彎曲部和其他部分也可允許投影儀與虛擬圖像的位置間隔開，諸如沿鏡架的鏡腿。波導(dǎo)可有用于在兩個(gè)橫向方向上(例如，在橫向上向外和向后)攜帶來自與虛擬圖像位置偏移開的投影儀的光線。

電子設(shè)備解決因虛擬圖像的產(chǎn)生、彎曲波導(dǎo)的使用以及顯示器的其他方面而引起的視野和其他挑戰(zhàn)。虛擬圖像的產(chǎn)生可導(dǎo)致窄視野。如果顯示器被放置在透鏡的后焦平面中且人透過該透鏡來查看，則虛擬圖像被觀察到。在這種情形中，圖像看起來無限遠(yuǎn)。如果顯示器移動得稍微更遠(yuǎn)離透鏡，則虛擬圖像看起來被定位得較不遠(yuǎn)離，從而允許更改眼睛的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。在這樣的情形中，虛擬圖像的視野是顯示器的尺寸的函數(shù)。該電子設(shè)備提供合適的視野而不訴諸于增加顯示器或投影儀的大小。此外，合適的視野可由該電子設(shè)備提供，而不管源自光學(xué)路徑在彎曲光路內(nèi)的折疊的進(jìn)一步約束。合適的視野因而可被提供，同時(shí)避免龐大的設(shè)計(jì)。

緊湊設(shè)計(jì)和光路的彎曲性質(zhì)可以允許電子設(shè)備繞用戶的頭部彎曲。將電子設(shè)備環(huán)繞用戶的頭部彎曲可進(jìn)而有用于支持極限視野。例如，曲率可以在創(chuàng)建極限角度(例如，與用戶的視線成90°或約90°)處的虛擬圖像時(shí)是有用的，而布置成垂直于查看者的視線的平面元件在沒有顯著變得更大的情況下可能無法提供這樣的虛擬圖像。

在一些情形中，電子設(shè)備被配置成透視顯示器，其中虛擬圖像疊加在外部世界的圖像上。電子設(shè)備包括允許用戶(除了虛擬圖像之外)還看到外部世界的組合器。觀察虛擬圖像以外的外部世界可以是有用的，例如結(jié)合戴在頭上的眼鏡和其他設(shè)備。為提供組合器，用來產(chǎn)生虛擬圖像的透鏡可由具有光學(xué)曲率或體光柵的鏡面來代替。電子設(shè)備的體光柵或其他組合器是部分地透明的，以允許來自外部世界的光穿透。例如，體光柵可以對于除顯示器提供的被該光柵反射的那些波長以外的波長而言是透明的。顯示器的附加或替換層或其他組件可以部分地或完全地透明的。

電子設(shè)備使用投影儀(例如，視頻投影儀)作為用于虛擬圖像的顯示器。電子設(shè)備的波導(dǎo)和其他光學(xué)組件所提供的彎曲光路可被配置成使得由投影儀生成的光線來到顯示器本來將處于該處的焦點(diǎn)。隨后可通過重新聚焦投影儀的透鏡來更改查看者適應(yīng)性調(diào)節(jié)。

電子設(shè)備的其他組件解決由于使用投影儀來產(chǎn)生虛擬圖像所引起的挑戰(zhàn)。投影儀的位置確定光在擊中組合器之后會聚在何處?？赏ㄟ^將所有光線會聚到瞳孔來獲得寬視野。然而，設(shè)計(jì)在寬視野上正確地聚焦的投影儀透鏡是有挑戰(zhàn)性的。此外，瞳孔一移動，圖像就丟失。通過為小凹(fovea)視覺和外圍視覺生成分開的虛擬圖像(例如，經(jīng)由分開的顯示系統(tǒng))或者通過經(jīng)由掃描生成更寬視野(例如，使用可開關(guān)光柵的堆疊)，該電子設(shè)備解決這樣的視野和其他挑戰(zhàn)。

各種類型的掃描技術(shù)可被使用來順序地生成圖像的各部分以用于小凹視覺和外圍視覺兩者。在可開關(guān)光柵示例中，顯示器可以將光線會聚在瞳孔處，并隨后使用波導(dǎo)與眼睛之間的可開關(guān)光柵來將光線定向到瞳孔的位置。然而，沒有可開關(guān)光柵是完全有效的。一些觀看者可能發(fā)現(xiàn)由未衍射光形成的不可接受的模糊雙重圖像，例如在夜晚或其他低光照條件下。

為避免可開關(guān)光柵的這些問題，電子設(shè)備的其他示例包括用于小凹視覺和外圍視覺的分開的顯示系統(tǒng)(或子系統(tǒng))。小凹視覺系統(tǒng)可被配置成使得虛擬圖像的中央部分的光線由投影儀生成并會聚在眼眶中心(或小凹)上。作為結(jié)果，中央視覺持續(xù)地看到所投影的圖像(例如，由投影儀生成的高分辨率圖像)。小凹視覺系統(tǒng)可以使用全息投影儀。外圍視覺系統(tǒng)(或子系統(tǒng))被配置成以低(或較低)分辨率顯示具有寬視野的虛擬圖像，這對外圍視覺而言是可接受的。外圍視覺系統(tǒng)可依賴于液晶顯示器(lcd)和結(jié)構(gòu)化照明。例如，外圍視覺系統(tǒng)可包括由會聚穿過瞳孔中心的光線照亮的lcd面板。組合這兩個(gè)系統(tǒng)因而可解決小凹視覺的窄視野，而沒有訴諸于使得投影儀不合實(shí)際地大。

彎曲波導(dǎo)、基于投影儀的掃描或小凹/外圍子系統(tǒng)以及顯示器的其他方面可以提供合適分辨率且具有可接受視野的虛擬圖像。例如，視野可以是約120°乘約90°。虛擬圖像可按適于人機(jī)接口的分辨率來顯示，諸如約每弧度2000像素或更大。這樣的分辨率和視野水平可通過纖細(xì)且緊湊的電子設(shè)備來獲得，而不管使用組合器還是投影儀來產(chǎn)生虛擬圖像。

即使可開關(guān)光柵或其他掃描技術(shù)是合適地高效和/或有效的，電子設(shè)備也仍然可被配置成產(chǎn)生針對小凹的高分辨率圖像和針對外圍視覺的低分辨率圖像。分開的圖像可以是有用的，因?yàn)橛糜诿恳蝗蝿?wù)的液晶面板的尺寸可被降低。此外，為全息投影儀計(jì)算全息圖時(shí)所消耗的功率也可被降低。

電子設(shè)備具有除了以緊湊、合身、非龐大形式實(shí)現(xiàn)可接受視野和分辨率之外的多個(gè)操作方面。例如，虛擬圖像可由電子設(shè)備以最小功率使用來提供。功率使用可通過缺少浪費(fèi)的光而被降低。電子設(shè)備所消耗的功率可以是低的，盡管使用基于投影的虛擬圖像。虛擬圖像也可以用可變焦深來提供，盡管在一些情形中涉及浮雕有光柵的波導(dǎo)。

雖然下文結(jié)合近眼或頭戴式設(shè)備進(jìn)行了描述，但可結(jié)合各種各樣的電子設(shè)備和顯示器來使用內(nèi)部支撐。電子設(shè)備的大小和形狀因子可顯著改變。設(shè)備的顯示器的范圍可以從其他可穿戴設(shè)備(例如，腕表)到用于各種應(yīng)用的大規(guī)模平視顯示器。

圖1示出了具有顯示系統(tǒng)12的電子設(shè)備10。顯示系統(tǒng)12生成供電子設(shè)備10的穿戴者查看的虛擬圖像。虛擬圖像被投影在穿戴者的眼睛前方。為此，電子設(shè)備10被配置成作為眼鏡或其他護(hù)目鏡來佩戴。在這一示例中，顯示系統(tǒng)12被布置在眼鏡一側(cè)上用于單只眼睛?？稍诹硪粋?cè)重復(fù)顯示系統(tǒng)12，使得為兩只眼睛都生成虛擬圖像。在一些情形中，為每一眼睛生成相同的虛擬圖像。在其他情形中(例如，立體成像)，虛擬圖像可以不同。顯示系統(tǒng)12的一個(gè)或多個(gè)組件可由電子設(shè)備10的兩側(cè)共享。

顯示系統(tǒng)12包括投影儀14、組合器16、以及可任選地耦合投影儀14和組合器16的波導(dǎo)18。投影儀14、組合器16、以及波導(dǎo)18中的每一者可被安裝在、合并入電子設(shè)備10的鏡架20內(nèi)或以其他方式由鏡架20承載。在這一示例中，投影儀14被布置在鏡架20的鏡腿22之內(nèi)或之上。波導(dǎo)18可以沿鏡腿22延伸和/或在鏡腿22內(nèi)延伸以到達(dá)組合器16。組合器16被布置在由鏡架20的邊框26所限定的查看區(qū)24內(nèi)。

投影儀14被配置成提供虛擬圖像的光。例如，投影儀14可包括用于產(chǎn)生虛擬圖像的光的一個(gè)或多個(gè)液晶面板。在這一示例中，投影儀14被安裝在眼鏡的鏡架20的組件上。虛擬圖像的光被投影儀14以入射角來入射到波導(dǎo)18。入射角決定了光從波導(dǎo)18提取或出射的點(diǎn)或位置。

在一些情形中，投影儀14可被用來產(chǎn)生用于小凹或外圍視覺兩者的光。例如，針對小凹和外圍視覺兩者的圖像可通過掃描(例如，可開關(guān)光柵)來提供。投影儀14的一個(gè)或多個(gè)組件或方面可被控制以支持這樣的掃描。

在其他情形中(例如，分開的顯示系統(tǒng)情形)，投影儀14可被用來只支持小凹視覺。顯示系統(tǒng)12可相應(yīng)地包括多個(gè)投影儀(例如，一個(gè)用于小凹視覺而一個(gè)用于外圍視覺)。投影儀可被安裝或以其他方式布置在框架20之上或之內(nèi)的不同位置處。例如，投影儀14可被布置在鏡腿22的遠(yuǎn)端處，而另一投影儀可被布置在鏡腿22的近端處(例如，靠近邊框26)。該另一投影儀可被用來提供用于外圍視覺系統(tǒng)的背光單元的光。

在虛擬圖像的光通過全內(nèi)反射(tir)從投影儀14行進(jìn)以到達(dá)組合器16時(shí)，波導(dǎo)18約束該光。波導(dǎo)18因而將投影儀14與組合器16之間的光學(xué)路徑折疊。波導(dǎo)18可包括多個(gè)部分以延伸超出鏡腿22并將光遞送到組合器16和查看區(qū)24。虛擬圖像的光沿投影儀14與組合器16之間的彎曲路徑行進(jìn)。在圖1的示例中，波導(dǎo)18包括在鏡腿22的長度上延伸的部分28、靠近邊框26耦合到鏡腿22的位置的彎曲部30、以及與組合器16共同延伸的延伸部32。部分30被布置在部分28、32之間并且限定彎曲路徑。結(jié)合圖2來示出并描述波導(dǎo)18和相應(yīng)部分28、30、32的另一示例。結(jié)合圖3、4和6的示例來示出和描述延伸部32的示例。

彎曲路徑被配置成對虛擬圖像的光進(jìn)行重定向。波導(dǎo)18的彎曲性質(zhì)允許投影儀14與查看區(qū)24間隔開。在這一示例中，投影儀14在橫向上向外并且向后與查看區(qū)24間隔開。電子設(shè)備10因而可避免布置在邊框26之處或附近的龐大組件。

波導(dǎo)18可由各種材料組成。在一些情形中，波導(dǎo)18包括丙烯酸塑料/pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)或聚碳酸酯材料或由這些材料制成?？梢允褂酶郊踊蛄磉x的材料，諸如trivex或更高折射率聚合物。

組合器16進(jìn)一步被配置成允許來自波導(dǎo)18之后的外部或其他環(huán)境光穿過組合器16。組合器16因而可以是部分地透明的以允許外部世界的光到達(dá)觀看者以供疊加在虛擬圖像上。在一些示例中，組合器16包括在除來自投影儀14的波長(其被組合器16朝觀看者反射(或基本上反射))之外的所有波長處透明(或基本上透明)的體光柵。體光柵的節(jié)距可根據(jù)位置而改變以將光朝著觀看者來定向。結(jié)合圖6描述并示出了合適的組合器的另一示例。

一旦光到達(dá)組合器16，該光就從波導(dǎo)18出射以供組合器16朝著觀看者來重定向。如本文所描述的，光從波導(dǎo)18的出射或提取可得自波導(dǎo)的錐形化或者與嵌入在波導(dǎo)18的多個(gè)體全息圖的交互。在任一情形中，波導(dǎo)18被配置成在由入射角所確立的點(diǎn)處(例如，沿波導(dǎo)18的位置)出射光。

顯示系統(tǒng)12可以按各種方式與鏡架20或電子設(shè)備10的其他結(jié)構(gòu)組件集成在一起。顯示系統(tǒng)12的一個(gè)或多個(gè)元件可外部地安裝在(這些)結(jié)構(gòu)組件上。作為替換或補(bǔ)充，一個(gè)或多個(gè)元件在結(jié)構(gòu)組件內(nèi)部或者以其他方式布置在結(jié)構(gòu)組件之內(nèi)或與其集成在一起。例如，波導(dǎo)18的部分28可被布置在鏡架20之內(nèi)，而其他部分30、32可以在鏡架20外部。

電子設(shè)備10的多個(gè)電子控制組件在圖1中的34處示意性地以易于解說形式示出。控制組件中的許多控制組件可被布置在控制模塊中。然而，控制模塊(和/或任何其他組件)的位置可以與所示示例有相當(dāng)大的改變?？刂平M件34可涉及處理、存儲、數(shù)據(jù)捕捉(例如，相機(jī))、以及功率(例如，電池功率)。結(jié)合圖7描述并示出與控制組件34有關(guān)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

電子設(shè)備10可穿戴的方式可以變化。其他類型的可穿戴式安裝可被使用以將虛擬圖像定位在穿戴者眼睛前方的短距離處。例如，電子設(shè)備10可包括具有顯示面甲的頭盔。在這些和其他情形中，電子設(shè)備10可包括一個(gè)或多個(gè)透鏡、濾光器和/或布置在查看區(qū)之中或附近的其他光學(xué)元件。透鏡或其他元件可被配置成校正所投影圖像的焦點(diǎn)和/或其他方面以用于穿戴者的舒適度和視覺需求。

圖2描繪了可穿戴電子設(shè)備40的顯示器40的另一示例。如在上述示例中，顯示器40具有彎曲波導(dǎo)42。在這一示例中，電子設(shè)備40可被配置成護(hù)目鏡或其他戴在頭上的設(shè)備。波導(dǎo)42可包括丙烯酸塑料/pmma、聚碳酸酯、和/或其他材料或由這些材料組成。

波導(dǎo)42包括從投影儀46延伸的部分44，沿組合器50布置的部分48，以及在這兩個(gè)部分44、48之間的彎曲部52。在一些情形中，波導(dǎo)42的部分44、48、52可本身形成護(hù)目鏡的結(jié)構(gòu)組件。例如，部分44可以形成或?qū)?yīng)于護(hù)目鏡的沿觀看者的太陽穴延伸的一側(cè)。另選地，部分44可被安裝在顯示器40(或電子設(shè)備)的充當(dāng)護(hù)目鏡側(cè)面的另一組件上、沿其延伸、或以其他方式與其集成在一起。彎曲部52可被成形和調(diào)整大小，以使得顯示器40包裹查看者的頭部。部分48可形成或?qū)?yīng)于限定顯示器40的查看區(qū)的前側(cè)，跨查看者的眼睛延伸。另選地，部分48可被安裝在顯示器40(或電子設(shè)備)的充當(dāng)護(hù)目鏡的前側(cè)的另一組件(諸如透明擋板)上、沿其延伸、或以其他方式與其集成在一起。

部分44、48、52中的一者或多者可隨著距投影儀46的距離增加而扇形散開(fanout)。在圖2的示例中，部分44從光入射到的端54漸進(jìn)地扇形散開。端54可具有大小與投影儀46的輸出面相匹配的面。另選地，端54可以大于投影儀46。在任一情形中，部分44的高度尺寸可隨著距端54的距離增加而增加。在高度尺寸增加時(shí)，在光從端54傳播通過波導(dǎo)42時(shí)，光可分散。因這樣的分散和/或波導(dǎo)42的曲率造成的任何像差可通過由投影儀46產(chǎn)生的全息圖來解決。全息圖可使所投影的光的波前預(yù)失真，以使得在像差之后，該波前變得行為良好。

在圖2的示例中，沿組合器50的波導(dǎo)部48是錐形的。示例性波導(dǎo)錐在圖3和4的示例中更好地描繪。該錐形成楔形波導(dǎo)，使得傳播通過波導(dǎo)42的光在某一數(shù)目的反射之后最終超過tir臨界角。反射數(shù)目取決于光入射到波導(dǎo)42的角度。一旦超過臨界角，光就退出波導(dǎo)42并且反射離開組合器50以重定向到觀看者。在其他情形中，波導(dǎo)部48沒有錐形化。相反，可使用嵌入在波導(dǎo)42中的體全息圖來提取光。在這樣的情形中。體全息圖也可充當(dāng)組合器50，如結(jié)合圖6的示例描述并示出的。

電子設(shè)備40的顯示器可包括在波導(dǎo)部48前方的一個(gè)或多個(gè)組件。在這樣的情形中，這(些)組件被示意性地描繪成單個(gè)層56，但可包括任何數(shù)目的層。在一些情形中，層56表示堆疊在波導(dǎo)部48前方的用于將圖像定向到瞳孔的位置的數(shù)個(gè)可開關(guān)光柵。在其他情形中，層56表示用來產(chǎn)生外圍視覺的虛擬圖像的液晶顯示器(lcd)系統(tǒng)。lcd系統(tǒng)可包括數(shù)個(gè)膜或?qū)樱ɡ缍鄬觢cd面板和一個(gè)或多個(gè)偏振濾光器。結(jié)合圖3-5的示例提供了與這些顯示組件有關(guān)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。

投影儀46可以是全息投影儀。投影儀46可包括用于產(chǎn)生全息圖像的數(shù)個(gè)液晶面板。在一些示例中，液晶面板可被配置成用作一個(gè)或多個(gè)衍射光柵來顯示全息圖像。為易于解說，投影儀46被描繪為具有用于這樣的衍射的單個(gè)液晶面板58。激光束60或其他光源照亮液晶面板58。附加液晶面板可被提供用于衍射。液晶光柵將光衍射到該光需要到達(dá)的位置，而非阻塞光到達(dá)該光不需要的位置(這是例如將液晶面板放置在投影透鏡的焦平面中的視頻投影儀的情形)。投影儀46因而可比非全息投影儀浪費(fèi)更少的光。然而，在其他情形中，可以使用非全息視頻投影儀。例如，可改為使用掃描光束投影儀，例如結(jié)合本文演示的其他示例所描述的。

投影儀46所產(chǎn)生的全息圖也可用作透鏡。投影儀46可以顯示透鏡的全息圖以更改距虛擬圖像的光線聚焦位置的距離。全息透鏡可另選地或另外地被用來校正在傳播通過波導(dǎo)42期間所引入的像差，包括來自彎曲部52、楔形部48、或波導(dǎo)42的其他部分的像差。

全息投影儀的扇出角對于總體所需視野而言可能很窄。然而，如果投影儀46只被用于中央或小凹視覺(并且分開的lcd系統(tǒng)被用于解決外圍視覺)，則該扇出角是沒有問題的。在掃描光束情形中，可以用例如dc偏置或其他控制信號來驅(qū)動掃描儀，以將圖像寫到小凹看到的區(qū)域。只解決小凹視覺也可將功耗限制到可接受水平。盡管全息圖的計(jì)算一般可涉及大量功率，但可僅經(jīng)由小全息圖來解決中央視覺。

在圖2的示例中，全息投影儀46包括用于根據(jù)小凹的位置來移動所投影的圖像的數(shù)個(gè)附加組件。在眼睛移動到新位置時(shí)，所投影的圖像可相應(yīng)地保持對觀看者可見。在這一情形中，附加組件將所投影的圖像在波導(dǎo)42的表面上四處移動，而沒有移動部件。然而，在其他情形中，可以使用一個(gè)或多個(gè)移動部件，諸如鏡。移動所投影的圖像的一種方式是更改照亮液晶面板58的角度。例如，液晶光柵62可被布置在液晶面板58與光源60之間以更改該角度。在這一示例中，望遠(yuǎn)鏡64也被用來放大來自液晶光柵62的掃描角。

波導(dǎo)的構(gòu)造可以與結(jié)合圖1和2示出并描述的示例不同。例如，波導(dǎo)可以是或包括均勻曲率半徑的曲線。彎曲的程度可以變化。在一些情形中，該曲線的一端可被布置在投影儀之處或附近，而該曲線的相對端可被布置在觀看者的鼻子之處或附近。在這樣的情形中，顯示系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)其他組件也可被彎曲，諸如lcd面板。

圖3描繪了其中經(jīng)由彎曲波導(dǎo)72來遞送用于虛擬圖像的光的另一顯示系統(tǒng)70。彎曲波導(dǎo)72的僅一部分可以易于解說顯示系統(tǒng)70的彎曲路徑和其他光學(xué)組件的形式被示出。在這一示例中，波導(dǎo)72包括彎曲部74和楔形波導(dǎo)部76。楔形波導(dǎo)部76被錐形化以根據(jù)光入射到波導(dǎo)72的角度在楔形波導(dǎo)部76內(nèi)的數(shù)個(gè)反射之后出射光。

顯示系統(tǒng)70是包括用于小凹視覺的子系統(tǒng)和用于外圍視覺的子系統(tǒng)的顯示器的一個(gè)示例。與由來自波導(dǎo)72的光所提供的虛擬圖像相比，由外圍視覺子系統(tǒng)所產(chǎn)生的圖像可具有較低分辨率。虛擬圖像的較高分辨率對于通過小凹來觀看可以是適當(dāng)?shù)?。外圍圖像的較低分辨率可對于觀看者的外圍視覺而言是可接受的。

小凹視覺子系統(tǒng)包括波導(dǎo)72、投影儀78、以及組合器80。外圍視覺子系統(tǒng)包括背光面板82、lcd面板84、以及偏振器86。在這一示例中，各子系統(tǒng)組件被布置成以背光單元82處于最后方位置，此后按從后至前的次序是組合器80、楔形波導(dǎo)部76、lcd面板84、以及偏振器86。背光面板82在lcd面板84后方以照亮lcd面板84，并且偏振器86被定位在lcd面板84前方以創(chuàng)建lcd圖像。其他組件的相對位置可與所示示例不同。例如，楔形波導(dǎo)部76和組合器80可被定位在背光面板82后方。

在圖3的示例中，單個(gè)投影儀被用于這兩個(gè)子系統(tǒng)。投影儀78產(chǎn)生用于小凹視覺的虛擬圖像的光線以及用于由背光面板82提供的照明的光線。在其他情形中，多個(gè)投影儀或其他光源可被使用。例如，一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(led)或其他發(fā)光器件可沿背光面板82的邊緣布置以充當(dāng)外圍視覺子系統(tǒng)的相應(yīng)光源。

子系統(tǒng)組件中的一些以分解形式描繪以易于解說。在一些情形中，各子系統(tǒng)組件被毗鄰地堆疊?；蛘撸酉到y(tǒng)組件中的一些或全部由無源膜或其他間隔件來與相鄰組件分隔開。在又一些其他情形中，子系統(tǒng)組件中的一些或全部由氣隙分隔開。各子系統(tǒng)組件可被安裝在框架或其他結(jié)構(gòu)中，諸如鏡架的邊框。

在小凹子系統(tǒng)中，投影儀78將光以確定光從楔形波導(dǎo)部76的出射點(diǎn)以與組合器80交互的入射角來入射到波導(dǎo)72。在這一示例中，光在從鏡88(例如，45度鏡)反射離開之后被入射到波導(dǎo)72。鏡88可以是部分透明的以選擇要被用于小凹視覺子系統(tǒng)的光。在一些情形中，鏡88可被用來確立入射角。例如，鏡88可以是可旋轉(zhuǎn)的或以其他方式可移動的。在反射離開鏡之后，光行進(jìn)通過波導(dǎo)72在投影儀78與組合器80之間的彎曲部74。鏡88可包括用于以所需入射角來捕捉和/或定向光的附加光學(xué)組件(例如，透鏡)。

投影儀78所生成的光也可由外圍視覺子系統(tǒng)來使用。在圖3的示例中，沒有被鏡88反射的光不進(jìn)入波導(dǎo)72。相反，該光行進(jìn)到背光面板82。該光可由分開的波導(dǎo)來引導(dǎo)。該光在圖3中被示為行進(jìn)通過自由空間以易于解說。或者，用于外圍和小凹視覺子系統(tǒng)兩者的光經(jīng)由同一波導(dǎo)72以時(shí)間復(fù)用方式來傳播。

在這一示例中，組合器80包括布置在楔形波導(dǎo)部76的背面上的部分透明膜或其他層。部分透明度允許來自顯示器70后方的光穿過并到達(dá)觀看者。從楔形波導(dǎo)部76出射的光被反射以朝著觀看者重定向。在一些情形中，組合器80的透明度取決于光的波長。例如，組合器80可包括具有波長相關(guān)反射率的體光柵。在其他情形中，組合器80包括嵌入在波導(dǎo)76中的一組體全息圖。體全息圖也可被用于光提取，在這種情形中，波導(dǎo)76可以在查看區(qū)中不是楔形的。

轉(zhuǎn)向外圍視覺子系統(tǒng)，背光面板82可被配置成生成用于照亮lcd面板84的會聚光線。在會聚光線照亮lcd面板84之后，該光線可如同穿過置于顯示器前方的針孔那樣來起作用以投影顯示器的聚焦在任何距離處的圖像。通過使用會聚到針孔本來所處的點(diǎn)處的光線照亮lcd面板84來達(dá)到相同效果。在這種情形中，該點(diǎn)與觀看者的瞳孔相對應(yīng)。因此，在視網(wǎng)膜上形成圖像，該圖像由于大景深而看起來是虛擬的。

背光面板82也可被配置成使得光線會聚的點(diǎn)移動以匹配眼睛的當(dāng)前位置。在瞳孔移動時(shí)，光線會聚到的點(diǎn)也移動以允許觀看者仍然看到虛擬圖像。為移動該位置，背光面板82可包括體全息圖或多重記錄全息圖的陣列90。每一體全息圖被配置成在激勵(lì)之際將光線定向到可能瞳孔位置中的相應(yīng)一個(gè)。

可能的瞳孔位置可如下確定。瞳孔具有約2毫米的最小直徑。在這一大小處，瞳孔可移動到離散數(shù)目的獨(dú)立(即，不交疊)位置。在一些情形中，存在約37個(gè)獨(dú)立的位置。這些位置可分布在一區(qū)域(例如，六邊形區(qū)域)上，其中約7個(gè)像素橫跨該區(qū)域。因而，在一個(gè)示例中，約37個(gè)體全息圖被記錄在背光面板82中，每一瞳孔位置一個(gè)體全息圖。

如果以每一體全息圖被記錄的角度來照亮該體全息圖，則該體全息圖衍射。每一體全息圖是以相應(yīng)(即，不同)角度來記錄的。因而，以特定角度將光提供到背光面板82選擇體全息圖中的相應(yīng)一個(gè)來進(jìn)行激勵(lì)。光入射在背光面板82上的角度可以按各種方式來確定。在圖3的示例中，入射角由可旋轉(zhuǎn)鏡92來確定。來自投影儀78的沒有進(jìn)入小凹視覺子系統(tǒng)的波導(dǎo)72的光被可旋轉(zhuǎn)鏡92重定向朝著背光面板82，如圖所示。

該光可按所需入射角以其他方式被定向或重定向朝著背光面板82，包括例如經(jīng)由具有一組體全息圖的另一面板。背光面板82可被認(rèn)為是包括附加面板、可旋轉(zhuǎn)鏡92、和/或用來照亮lcd面板84的其他組件的背光單元的組件。背光單元可由配置成跟蹤或以其他方式確定瞳孔的位置的瞳孔跟蹤模塊控制。瞳孔跟蹤模塊可接收指示由相機(jī)捕捉的圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，如結(jié)合圖7的示例描述的。

偏振器86過濾該光以產(chǎn)生外圍圖像。lcd面板84在逐像素的基礎(chǔ)上改變由背光面板82所提供的光的偏振。在一個(gè)示例中，偏振器86是具有在例如垂直方向上取向的傳輸軸的線性偏振器。lcd面板84因而被控制來為處于“開啟(on)”狀態(tài)的每一像素產(chǎn)生垂直偏振光，并為處于“關(guān)閉(off)”狀態(tài)的每一像素產(chǎn)生水平偏振光。由小凹視覺子系統(tǒng)所產(chǎn)生的光也可以被垂直地偏振以避免被偏振器86阻塞。盡管來自外部世界的環(huán)境光可能未被垂直地偏振，但足夠環(huán)境光是非偏振的以允許觀看者看到顯示器70后方。

在圖3的示例中，由背光面板82提供的光不完全覆蓋查看區(qū)。背光面板82的區(qū)域94不向lcd面板84提供光，從而導(dǎo)致lcd面板84的非照亮區(qū)域96。區(qū)域96在背光面板82沒有照亮區(qū)域96的意義上是非照亮的。

lcd面板84的非照亮避免了與小凹圖像的光相沖突。區(qū)域94和96與其中產(chǎn)生小凹圖像的區(qū)域98相對應(yīng)。區(qū)域98的定位由入射角確定，如上所述。

lcd面板84還可被控制以使得像素在lcd面板84的區(qū)域96中是不活動的。像素的停用導(dǎo)致從楔形波導(dǎo)部76出射的光穿過lcd面板84，而沒有被液晶進(jìn)行偏振修改通過不在區(qū)域94中照亮lcd面板84，并且通過停用區(qū)域94中的像素，外圍圖像被限于查看區(qū)的外圍。區(qū)域94和96的定位是根據(jù)區(qū)域98的定位來調(diào)整的。在其他情形中，lcd面板84被控制來修改穿過區(qū)域96的小凹圖像的光的偏振，以使得該光與偏振器86的傳輸軸相匹配，并且小凹圖像是可看見的。

外圍視覺子系統(tǒng)可以使用時(shí)間復(fù)用(而非色彩濾波器)來提供彩色圖像。缺少色彩濾波器在允許來自外部世界的光到達(dá)觀看者方面可以是有用的。時(shí)間復(fù)用可被實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閘cd面板84可具有適用于外圍視覺的粗分辨率。例如，該分辨率可以與具有約100微米大小的像素相對應(yīng)，這導(dǎo)致只有約300水平行。較低分辨率也可以是有用的，因?yàn)閘cd面板84具有低(或稀疏)晶體管密度。因此，來自lcd面板84后方的較少光被lcd面板84的晶體管遮擋。

投影儀78可包括一個(gè)或多個(gè)激光器或其他光源。投影儀78可以是全息投影儀，如上所述。在圖3的示例中，投影儀78包括用于為小凹和外圍視覺子系統(tǒng)兩者提供光的單個(gè)激光器100。投影儀78還可包括一個(gè)或多個(gè)液晶層，如上所述。在這一示例中，投影儀78包括液晶光柵102和液晶顯示器104。液晶顯示器104可包括或被配置成硅上液晶(lcos)設(shè)備。

圖4描繪了其中通過掃描來產(chǎn)生虛擬圖像的小凹和外圍部分兩者的示例性顯示器110。使用掃描，而非由分開的顯示系統(tǒng)或子系統(tǒng)來分開地處置外圍圖像。掃描允許獲得寬視野，而不管使用導(dǎo)向光的基于投影的系統(tǒng)所產(chǎn)生的窄視野。掃描允許該光會聚在觀看者的瞳孔111處，即使瞳孔的位置改變。在使用掃描的情形中，顯示器110可通過產(chǎn)生用于小凹和外圍視覺兩者并用于瞳孔的所有可能位置的圖像來獲得寬視野。

顯示器110包括配置成將光會聚在多個(gè)可能的瞳孔位置處的掃描儀112。掃描儀112將光順序地定向到多個(gè)可能的瞳孔位置中的每一可能的瞳孔位置。在圖4的示例中，掃描儀112包括與楔形波導(dǎo)116相鄰地布置的可開關(guān)光柵114的堆疊?？砷_關(guān)光柵114的堆疊可被布置在觀看者的瞳孔與組合器118之間的任何位置處。在操作中，從楔形波導(dǎo)116出射的光被組合器118重定向并隨后被可開關(guān)光柵114中的一者或多者導(dǎo)向到可能的瞳孔位置之一。每一光柵114可由光柵控制器或其他控制器(諸如處理器所實(shí)現(xiàn)的光柵控制模塊(其示例在下文結(jié)合圖7描述))所提供的相應(yīng)控制信號單獨(dú)地控制以用于選擇性激活。

該堆疊中的每一光柵114所引入的導(dǎo)向(或偏轉(zhuǎn))的量和方向可以變化。例如，光柵114的子集120可被配置成在垂直方向上導(dǎo)向，而子集122可被配置成在水平方向上導(dǎo)向。在圖4的示例中，提供總共六個(gè)光柵114，其中每一子集120、122中具有光柵114中的三個(gè)。每一光柵114所提供的導(dǎo)向的量可以改變以按瞳孔位置的粒度來覆蓋瞳孔位置的所有整個(gè)范圍。例如，子集120中的垂直光柵114之一可以接轉(zhuǎn)1度垂直導(dǎo)向，而其他兩個(gè)垂直光柵114接轉(zhuǎn)2度和4度。子集122中的水平光柵114可按類似的方式配置。

通過激活垂直光柵114的各種組合，掃描儀112可以覆蓋瞳孔111的可能位置的范圍。在最小時(shí)，瞳孔111具有約2毫米直徑。在這一大小，瞳孔可駐定于在水平方向上沒有交疊的七個(gè)位置之一以及在垂直位置中沒有交疊的七個(gè)位置之一。因而，在一個(gè)示例中，每一方向(垂直和水平)上的離散數(shù)目的可能瞳孔位置偏移是七個(gè)。對于七個(gè)可能性，每一子集120、122中三個(gè)可開關(guān)光柵114足以覆蓋每一離散位置。例如，如果每一離散位置對應(yīng)于1度偏轉(zhuǎn)，則位置偏移的范圍是0-7度。該范圍可以用每一子集120、122中的三個(gè)光柵來覆蓋，因?yàn)樽畲笃D(zhuǎn)可通過激活所有三個(gè)光柵來達(dá)到(即，1+2+4度，其中每一光柵都被激活)，并且中間的每一單獨(dú)偏移(1-6度)可通過小于全部三個(gè)光柵的相應(yīng)組合來覆蓋(例如，4度＝1度+3度)。在其他情形中，每一偏移所呈現(xiàn)的度數(shù)可以不同，但每一子集120、122中的三個(gè)光柵114可解決每一可能偏移，如果光柵114所提供的偏轉(zhuǎn)的比率是1:2:4的話，如上所述。

顯示器110可包括投影儀124和彎曲波導(dǎo)部126以將虛擬圖像的光線提供給組合器118。如在上述示例中所述，光線在遠(yuǎn)離觀看者眼睛的方向上從波導(dǎo)126出射，并隨后由組合器118反射回眼睛。投影儀124和彎曲波導(dǎo)部126可如上所述地配置。例如，投影儀124可被配置成以確定光從楔形波導(dǎo)116出射的位置的角度將光入射到彎曲波導(dǎo)部126(或波導(dǎo)的其他部分)。其他示例可以使用其他技術(shù)來在由入射角確定的位置處從波導(dǎo)提取光，包括例如嵌入式體全息圖。

每一可開關(guān)光柵114可以是液晶衍射光柵。每一可開關(guān)光柵114可以通過用紫外光在液晶和光敏聚合物的混合物中記錄干涉圖來形成。例如，液晶層可以在存在電磁場的情況下衍射很高比例(例如，99％)的p偏振光并且在其不存在的情況下不衍射。在這種情形中，可開關(guān)光柵114被配置成偏轉(zhuǎn)來自投影儀124的光，但不偏轉(zhuǎn)環(huán)境光。然而，在任一狀態(tài)中，s偏振光沒有被液晶層衍射。因此，顯示器110可包括用于確立環(huán)境光是s偏振的偏振器(例如，在組合器118后方)。

液晶光柵可被布置在相應(yīng)膜或?qū)又校鐖D所示?；蛘撸鄠€(gè)光柵被布置在共同的膜或?qū)又?。該堆疊中的各可開關(guān)光柵114的相對位置可與所示示例不同。

其他類型的掃描技術(shù)可被使用以將光會聚在各個(gè)瞳孔位置，并且因而為觀看者的小凹和外圍視覺產(chǎn)生寬視野。例如，投影儀124可包括全息掃描儀或由全息掃描儀照亮。全息掃描儀可以將虛擬圖像定向到小凹，而不管小凹的位置如何。聲光調(diào)制或電濕潤棱鏡可另選地或另外地被用來實(shí)現(xiàn)掃描。在其他情形中，可以使用其他類型的可開關(guān)光柵，包括例如可開關(guān)bragg光柵、由聚合物-液晶-聚合物(policryps)片制成的光柵、或polifem光柵。在又一些其他情形中，可開關(guān)bragg光柵可被使用。在又一些其他情形中，經(jīng)由點(diǎn)狀光(pinlight)顯示系統(tǒng)來提供外圍圖像，這可使用散焦點(diǎn)光源(例如，布置在眼睛前方的焦點(diǎn)未對準(zhǔn)的點(diǎn)光源陣列)來提供寬視野。

圖5描繪了根據(jù)一個(gè)示例的可開關(guān)光柵114之一。每一可開關(guān)光柵114可被像素化以根據(jù)位置來調(diào)制或調(diào)整由相應(yīng)可開關(guān)光柵114提供的導(dǎo)向的量。在這一示例中，可開關(guān)光柵114具有八列和四行像素。像素的數(shù)目可顯著地變化。

像素化所提供的調(diào)制可在細(xì)調(diào)導(dǎo)向的量時(shí)是有用的?？绻鈻?14的整個(gè)橫向和垂直范圍使用恒定節(jié)距光柵來進(jìn)行導(dǎo)向可造成散焦。例如，在光線會聚到來自寬視野的點(diǎn)時(shí)，在沒有不可接受的散焦的情況下該點(diǎn)可能不能通過添加恒定節(jié)距光柵而被移動。在沒有調(diào)制的情況下，得自光柵114的偏轉(zhuǎn)可依賴于光柵114與瞳孔之間的距離(或即路徑長度)。路徑長度可顯著地在寬視野上變化。為避免散焦，每一可開關(guān)光柵114可被像素化，或者拆分成各離散區(qū)域，使得可在每一區(qū)域中提供適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向量。例如，如果圖5中示出的光柵114被配置成一般提供水平方向上的2度導(dǎo)向，則各單獨(dú)像素或區(qū)域132-135可分別提供1.96度、1.98度、2.00度以及2.02度導(dǎo)向。水平子集中的其他光柵114可被類似地像素化。光柵114的各種組合的激活因而可使得所有光線進(jìn)入瞳孔。

圖6描繪了具有嵌入在波導(dǎo)144中的組合器142的示例性波導(dǎo)140。波導(dǎo)144可具有彎曲部146和處于顯示器查看區(qū)中的部分148。組合器142被嵌入在波導(dǎo)144的背面。在這一示例中，組合器142提供提取和重定向功能兩者。組合器142包括嵌入在波導(dǎo)144的部分148中的一組體全息圖(在150處示意性地描繪)。每一體全息圖150可被記錄，使得光線在所需(固定)或預(yù)定數(shù)目的tir反射之后被提取。以此方式，從波導(dǎo)144提取是基于入射角的，如上所述。每一體全息圖150還朝觀看者反射或重定向所提取的光。所提取的光被重定向在經(jīng)由體全息圖的記錄而確立的預(yù)定方向上。因而，每一體全息圖150可被配置成在被激勵(lì)時(shí)將光重定向在與光的入射tir角不同的方向上。

波導(dǎo)140和組合器142的組合可以是有用的，因?yàn)椴▽?dǎo)140沒有表面以一角度被布置。因此，該組合可避免觀看者的眼睛通過傾角相反的棱鏡查看從而導(dǎo)致觀看者斗雞眼的情況。對于楔形波導(dǎo)，波導(dǎo)的楔形部的背面或正面以相對于其他顯示組件成一定角度被布置。相反，波導(dǎo)140的正面和背面是平行的。結(jié)果，其他顯示組件可被堆疊或以其他方式相鄰于波導(dǎo)140，而沒有進(jìn)一步的偏角或角偏移。

將組合器142嵌入波導(dǎo)140還可造成更薄的設(shè)備輪廓。與本文中描述的楔形示例不同，分開的組合器沒有被添加到波導(dǎo)140的背面。

圖7示出示例性電子設(shè)備700，該電子設(shè)備具有電子模塊702以及顯示模塊704(或系統(tǒng))、電池706以及相機(jī)708。電子設(shè)備600可包括更多的、更少的或替換的組件。例如，顯示模塊704可與電子設(shè)備700的電子模塊702和/或其它組件以不同的程度集成。例如，電子模塊702和/或顯示模塊704可包括電子設(shè)備700的圖形子系統(tǒng)?？砂ㄈ魏螖?shù)量的顯示模塊或系統(tǒng)704。例如，可向觀看者的每一只眼睛提供一個(gè)顯示系統(tǒng)704。每一顯示系統(tǒng)704可根據(jù)上述示例中的一者或多者來配置。

相機(jī)708被配置成捕捉指示觀看設(shè)備700的顯示器的觀看者的瞳孔的圖像的數(shù)據(jù)。相機(jī)708可以是任何圖像捕捉設(shè)備，包括例如電荷耦合器件(ccd)圖像傳感器或有源像素傳感器(諸如cmos傳感器)。相機(jī)708還可被配置成生成指示瞳孔位置的數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)可另選地或另外地由電子模塊702生成。

在這一示例中，電子模塊702包括處理器710和與顯示模塊704分開的一個(gè)或多個(gè)存儲器712。處理器710和存儲器712可涉及執(zhí)行由設(shè)備700實(shí)現(xiàn)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用。例如，顯示模塊704可生成用于由處理器710和存儲器712支持的操作環(huán)境(例如，應(yīng)用環(huán)境)的用戶界面。處理器710可以是通用處理器，諸如中央處理單元(cpu)、或者任何其他處理器或處理單元。任何數(shù)量的此類處理器或處理單元可被包括。

在圖7的示例中，電子模塊702包括圖形處理單元(gpu)714和固件和/或驅(qū)動器716。gpu714可專用于圖形相關(guān)或顯示相關(guān)的功能和/或提供通用處理功能。電子模塊702的一些組件可被集成。例如，處理器710、一個(gè)或多個(gè)存儲器712、gpu714和/或固件716可被集成為片上系統(tǒng)(soc)或應(yīng)用專用集成電路(asic)。電子模塊702可包括更多的、更少的或替換的組件。例如，電子模塊702可不包括專用圖形處理器，而是可依賴于cpu710或其它通用處理器來支持電子設(shè)備700的圖形相關(guān)的功能。電子模塊702和/或顯示模塊704可包括(一個(gè)或多個(gè))附加存儲器以支持顯示相關(guān)的處理。

在圖7的示例中，顯示模塊704包括一個(gè)或多個(gè)投影儀718、數(shù)個(gè)光學(xué)組件720、背光單元(blu)721、一個(gè)或多個(gè)lcd面板或單元722、以及可開關(guān)光柵723。投影儀718可以是全息投影儀和/或以其他方式來配置，如上所述。在一些情形中(包括使用掃描來產(chǎn)生寬視野的那些情形)，顯示模塊704包括用于小凹圖像的高分辨率投影儀和用于外圍圖像的低分辨率投影儀。

額外的、更少或替換的顯示器組件可被提供。例如，在一些情形中，諸如使用掃描的那些情形，顯示模塊704不包括背光單元721。在一些情形中，lcd面板中的一者或多者可被集成在投影儀718內(nèi)。取決于外圍圖像是否由分開的lcd子系統(tǒng)來處置，可開關(guān)光柵723可以或可以不被包括，如上所述。顯示模塊704可包括數(shù)個(gè)其他組件，包括例如數(shù)個(gè)無源光學(xué)組件，諸如虛擬圖像的光在其中從投影儀行進(jìn)通過以到達(dá)組合器的波導(dǎo)，如上所述。有源光學(xué)組件被示出在圖7的框圖中以易于解說。

顯示模塊704和相機(jī)708的操作可由電子模塊702通過執(zhí)行存儲在存儲器712中的數(shù)個(gè)計(jì)算機(jī)可讀指令(或指令集)來控制。指令集的任何部分可由處理器710或gpu714執(zhí)行。在這一示例中，該指令包括用于瞳孔跟蹤器724、適應(yīng)性調(diào)節(jié)測量器726、blu控制器728、圖像(或投影儀)控制器730以及光柵控制器732的模塊或其他指令集。

在操作中，相機(jī)708可由瞳孔跟蹤器724控制并以其他格式與其交換數(shù)據(jù)。通過瞳孔跟蹤器724的指令，處理器710可被配置成基于由相機(jī)708捕捉的數(shù)據(jù)來確定瞳孔的位置。

通過適應(yīng)性調(diào)節(jié)測量器726、blu控制器728、和/或圖像控制器730的指令，處理器710可被配置成生成一個(gè)或多個(gè)控制信號以確立光被入射到波導(dǎo)的角度，如上所述。投影儀718和/或光學(xué)組件720(例如，鏡)可被配置成根據(jù)控制信號來調(diào)整入射角。例如，適應(yīng)性調(diào)節(jié)測量器726可被實(shí)現(xiàn)以調(diào)整投影儀718的焦點(diǎn)。

blu控制器728的指令可被實(shí)現(xiàn)以控制blu721的光源和/或鏡。通過blu控制器728的指令，處理器710可被配置成根據(jù)瞳孔的位置來控制背光單元721(和/或其鏡)以將光線會聚在瞳孔處。blu控制器728的指令還可被用來控制投影儀718以確立非照亮區(qū)域，如上所述。

圖像控制器730的指令可被實(shí)現(xiàn)以控制lcd面板722中的一者或多者以提供小凹和外圍視覺圖像。例如，圖像控制器730可被用來計(jì)算投影儀718的全息圖和/或控制用來確立入射角的光束掃描儀和/或鏡。圖像控制器730也可被用來確立lcd面板722中的、小凹圖像的光線穿過其中的一個(gè)lcd面板的停用區(qū)。

光柵控制器732可被實(shí)現(xiàn)以控制可開關(guān)光柵723的選擇性激活。光柵723可以結(jié)合通過掃描來處置小凹和外圍圖像的顯示器來使用，如上所述。通過用于光柵控制器732的指令的實(shí)現(xiàn)，處理器710可被配置成生成控制信號以選擇性地激活可開關(guān)光柵723中的一者或多者來將虛擬圖像的光導(dǎo)向到瞳孔，瞳孔的位置可由瞳孔跟蹤器724來確定。

更多、更少或替換的指令集或模塊可被提供。例如，在設(shè)備700使用可開關(guān)光柵或分開的lcd系統(tǒng)中的任一者來解決外圍圖像的范圍內(nèi)，設(shè)備700可具有存儲用于blu控制器728或光柵控制器732任一者的指令，但不同時(shí)包括這兩者，如上所述。

設(shè)備700可被配置成各種各樣的電子設(shè)備之一，包括但不限于近眼或其他可穿戴計(jì)算或電子設(shè)備，諸如眼鏡、面甲、或其他頭戴式設(shè)備。設(shè)備700還可被配置成頭戴式電子顯示設(shè)備。又一些其他可能的設(shè)備包括仍具有大視野的各種類型的小型顯示器。這樣的設(shè)備可包括可由用戶拿起靠近眼睛以供查看的可穿戴或不可穿戴設(shè)備，如在例如腕表中。

在一個(gè)方面，一種顯示器包括：配置成提供虛擬圖像的光的投影儀；波導(dǎo)，由所述投影儀將所述虛擬圖像的光以入射角入射到所述波導(dǎo)中，所述波導(dǎo)被配置成在由所述入射角所確立的點(diǎn)處出射所述光；以及沿所述波導(dǎo)布置并被配置成重定向所述虛擬圖像的光的組合器。所述組合器被進(jìn)一步配置成允許來自所述波導(dǎo)后方的環(huán)境光穿過所述組合器。所述波導(dǎo)通過沿在所述投影儀與所述組合器之間的所述光的彎曲路徑的全內(nèi)反射來約束所述虛擬圖像的光。

在另一方面，一種電子設(shè)備包括：捕捉指示觀看所述顯示器的觀看者的瞳孔的圖像的數(shù)據(jù)的相機(jī)；其中存儲瞳孔跟蹤指令以及投影儀控制指令的存儲器；處理器，所述處理器由所述瞳孔跟蹤指令配置以基于所捕捉的數(shù)據(jù)來確定瞳孔的位置；以及顯示器。該顯示器包括：配置成提供虛擬圖像的光的全息投影儀；波導(dǎo)，由所述投影儀將所述虛擬圖像的光以入射角入射到所述波導(dǎo)中，所述波導(dǎo)被配置成在由所述入射角所確立的點(diǎn)處出射所述光；以及沿所述波導(dǎo)布置并被配置成重定向所述虛擬圖像的光的組合器。所述組合器被進(jìn)一步配置成允許來自所述波導(dǎo)后方的環(huán)境光穿過所述組合器。所述波導(dǎo)通過沿在所述投影儀與所述組合器之間的所述光的彎曲路徑的全內(nèi)反射來約束所述虛擬圖像的光。所述處理器由投影儀控制指令來配置以生成控制信號來確立投影儀的入射角。

在又一方面，一種眼鏡顯示設(shè)備包括：鏡腿；耦合到所述鏡腿的鏡架；投影儀，所述投影儀被布置在所述鏡腿上并被配置成提供虛擬圖像的光；以及波導(dǎo)，由所述投影儀將所述虛擬圖像的光以入射角入射到所述波導(dǎo)中。所述波導(dǎo)包括從所述投影儀開始并沿著所述鏡腿延伸的第一部分、布置在所述鏡架處的第二部分、以及布置在所述第一和第二部分之間并限定彎曲路徑的第三部分。所述眼鏡顯示設(shè)備進(jìn)一步包括沿波導(dǎo)的第二部分布置在鏡架處的組合器。所述組合器被配置成重定向所述虛擬圖像的光，并被進(jìn)一步配置成允許來自波導(dǎo)后方的環(huán)境光穿過所述組合器。所述波導(dǎo)通過沿在所述投影儀與所述組合器之間的所述光的彎曲路徑的全內(nèi)反射來約束所述虛擬圖像的光。

結(jié)合前述各方面中的任一方面，該電子設(shè)備可替換或附加地包括以下方面或特征的一者或多者的任何組合。對顯示器的引用可以指包括顯示器的電子、計(jì)算、或其它設(shè)備。波導(dǎo)包括楔形波導(dǎo)部，所述楔形波導(dǎo)部被錐形化以根據(jù)入射角在楔形波導(dǎo)部內(nèi)的某一數(shù)目的反射之后出射光。組合器包括在波導(dǎo)的一部分中嵌入在所述波導(dǎo)中的一組體全息圖，所述一組體全息圖中的每一體全息圖被配置成根據(jù)入射角從波導(dǎo)提取光并將所提取的光重定向在經(jīng)由所述體全息圖的記錄來確立的預(yù)定方向上。波導(dǎo)包括沿鏡腿布置的第一部分、沿組合器布置的第二部分、以及布置在所述第一和第二部分之間并限定彎曲路徑的第三部分。該顯示器進(jìn)一步包括：捕捉指示觀看所述顯示器的觀看者的瞳孔的圖像的數(shù)據(jù)的相機(jī)；以及處理器，所述處理器被配置成基于所捕捉的數(shù)據(jù)來確定瞳孔的位置，并且被進(jìn)一步配置成生成控制信號以確立投影儀的入射角，其中所述投影儀被配置成根據(jù)所述控制信號來調(diào)整所述入射角。該顯示器進(jìn)一步包括配置成使由組合器重定向的光會聚在瞳孔的多個(gè)可能位置處的掃描儀。掃描儀包括布置在組合器與瞳孔之間的可開關(guān)光柵的堆疊；以及所述處理器被進(jìn)一步配置成生成進(jìn)一步控制信號以選擇性地激活可開關(guān)光柵集合中的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)可開關(guān)光柵以將由組合器重定向的光導(dǎo)向到瞳孔的多個(gè)可能位置中的相應(yīng)一個(gè)可能位置?？砷_關(guān)光柵的該堆疊包括：將光水平地導(dǎo)向到多個(gè)水平位置偏移之一的可開關(guān)光柵第一子集；以及將光垂直地導(dǎo)向到多個(gè)垂直位置偏移之一的可開關(guān)光柵第二子集。可開關(guān)光柵集合中的每一可開關(guān)光柵被像素化以根據(jù)位置來調(diào)制由相應(yīng)可開關(guān)光柵提供的導(dǎo)向的量。該顯示器進(jìn)一步包括：外圍視覺系統(tǒng)，該外圍視覺系統(tǒng)包括配置成生成會聚光線的背光單元；以及由所述會聚光線照亮的液晶顯示器(lcd)面板，其中所述處理器被配置成根據(jù)瞳孔的位置來控制所述背光單元以使所述光線會聚在所述瞳孔處，并控制所述lcd面板以提供外圍視覺圖像并確定所述lcd面板的停用區(qū)，從所述波導(dǎo)出射的光穿過所述停用區(qū)到達(dá)所述觀看者的小凹。所述背光單元包括體全息圖陣列，每一體全息圖被配置成在激勵(lì)之際將光線定向到相應(yīng)瞳孔位置。外圍視覺圖像具有比由來自波導(dǎo)的光所提供的虛擬圖像更低的分辨率。投影儀是配置成校正由彎曲路徑引起的像差的全息投影儀。波導(dǎo)包括楔形波導(dǎo)部，所述楔形波導(dǎo)部被錐形化以根據(jù)入射角在楔形波導(dǎo)部內(nèi)的某一數(shù)目的反射之后出射光，以及組合器包括沿楔形波導(dǎo)部布置的光柵。組合器包括在波導(dǎo)的一部分中嵌入在所述波導(dǎo)中的一組體全息圖，所述一組體全息圖中的每一體全息圖被配置成根據(jù)入射角從波導(dǎo)提取光并將所提取的光重定向在經(jīng)由所述體全息圖的記錄來確立的預(yù)定方向上。該顯示器進(jìn)一步包括：外圍視覺系統(tǒng)，該外圍視覺系統(tǒng)包括配置成生成會聚光線的背光單元；由所述會聚光線照亮的液晶顯示器(lcd)面板；以及布置在所述lcd面板和所述觀看者之間以過濾所述lcd面板的輸出的偏振器。處理器被配置成根據(jù)瞳孔的位置來控制所述背光單元以使所述光線會聚在所述瞳孔處，并控制所述lcd面板以提供外圍視覺圖像并確定所述lcd面板的非照亮區(qū)，從所述波導(dǎo)出射的光穿過所述非照亮區(qū)到達(dá)所述觀看者的小凹。波導(dǎo)的第二部分被錐形化以根據(jù)入射角在楔形波導(dǎo)部內(nèi)的某一數(shù)目的反射之后出射光。組合器包括在波導(dǎo)的一部分中嵌入在所述波導(dǎo)中的一組體全息圖，所述一組體全息圖中的每一體全息圖被配置成根據(jù)入射角從波導(dǎo)提取光并將所提取的光重定向在經(jīng)由所述體全息圖的記錄來確立的預(yù)定方向上。

盡管已經(jīng)參考具體示例描述了本發(fā)明，其中這些示例旨在僅僅是說明性的而非本發(fā)明的限制，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白，可以對所公開的實(shí)施例作出改變、添加和/或刪除而不背離本發(fā)明的精神和范圍。

上述描述只是出于清楚理解的目的給出的，并且不應(yīng)從中理解出不必要的限制，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍內(nèi)的修改對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。