此情况下，可以在例如具有专业设备的光学仪器店执行校准。在此情况下，消费者眼镜产品的复杂性和成本可以降低。
[0029]参考图1，由投影仪130投射的虚拟图像光160在中间玻璃板114中传播，并且虚拟图像光160的至少一部分被分离层113重定向到观看者的眼睛105。重定向的光到达眼睛105中的视网膜，然后，观看者将感知重叠在通过玻璃板单元110看到的周围场景图像上的虚拟图像。后面校正表面116a折射从后面玻璃板116出去的周围场景图像光和虚拟图像光二者。
[0030]图3是示出来自周围场景并由图像传感器捕捉到的光的第一光路以及从图像投影仪投射并被定向到观看者的眼睛的光的第二光路的示意图。图3所示出的前面玻璃板310、第一光学补偿元件315和图像传感器320分别对应于图1所示出的元件112、124和120。此外，图3所示出的图像投影仪350、第二光学补偿元件355、后面玻璃板360分别对应于图1所示出的元件130、134和116。
[0031]参考图1和3，如上所述，进入到前面玻璃板112中的光被板112的前面校正表面112a折射。因此，前面玻璃板112的前面校正表面112a使进入到前面玻璃板112中、在板112内传播并由图像传感器120捕捉到的周围场景图像变形(放大、缩小或失真)。如果不对捕捉到的周围场景图像施加补偿，则周围场景图像不被模块230中的处理器245(图2)正确地识别，这将导致对要由处理器245输出的虚拟图像的定位失误(miss-posit1ning)或大小估计失误(miss-sizing)，这会导致通过玻璃单元110看到的周围场景图像和要被重叠在周围场景图像上的虚拟图像之间的空间不连贯性(spatialincoherency)。这样的补偿可以通过要由处理器245执行的任何类型的图像处理实现，但是，此解决方案需要处理器245上的许多计算成本，并且将由于图像处理期间的再采样或内插导致捕捉到的周围场景图像的质量损耗。
[0032]根据本发明的实施例提供了不需要用于补偿捕捉到的周围场景图像的变形的图像处理的不同的方法。在实施例中，在图像传感器120的输入端提供第一光学补偿元件124。光学补偿元件124可以是光学透镜或光学表面等。光学补偿元件124具有补偿或抵消由前面玻璃板112的前面校正表面112a所导致的周围场景图像的变形的光学特性。在制造时，可以基于前面玻璃板112的前面校正表面112a的光学特性，选择光学补偿元件124的光学特性。由于光学补偿元件124，图像传感器120可以捕捉在图像传感器120的成像区域形成的经补偿的“原始”周围场景图像。
[0033]此外，如上所述，从图像投影仪投射的、在中间玻璃板114内传播并通过分离层160重定向到观看者的眼睛105的光被后面玻璃板116的后面校正表面116a折射。因此，观看者的眼睛105看见被后面玻璃板116的后面校正表面116a变形的(放大的、缩小的或失真的)虚拟图像。如果不对要向观看者呈现的虚拟图像施加任何补偿，则观看者将看见重叠在通过玻璃板单元110看到的、在不适当的位置处的和/或不适当的大小的周围场景上的虚拟图像，这将导致通过玻璃单元110看到的周围场景图像和要被重叠在周围场景图像上的虚拟图像之间的空间不连贯性。考虑到将由后面校正表面116a所导致的变形，可以预先通过图像处理使虚拟图像变形，然而，此方法需要许多计算成本，并且还将由于图像处理过程中的再采样或内插导致虚拟图像的质量损耗。
[0034]在此实施例中，在图像投影仪130的输出端提供第二光学补偿元件134。光学补偿元件134可以是光学透镜或光学表面等。光学补偿元件134具有补偿或抵消将由后面玻璃板116的后面校正表面116a所导致的虚拟图像的变形的光学特性。在制造时，可以基于后面玻璃板116的后面校正表面116a的光学特性，选择光学补偿元件134的光学特性。根据该实施例，光学补偿元件134使由图像投影仪130投射的“原始”虚拟图像变形(放大、缩小或失真)，然后，“变形的”虚拟图像光通过全内反射(TIR)，在中间玻璃板114内传播，通过分离层160反射并重定向到观看者的眼睛105，并且最后通过其后面校正表面116a，从后面玻璃板116出去。“变形的”虚拟图像通过当“变形的”虚拟图像光从后面校正表面116a出去时将导致的折射，恢复到“原始”虚拟图像。如此，向观看者的眼睛105呈现“原始”虚拟图像。
[0035]如上所述，在图1中，为了说明的简单性，只示出用于观看者的右眼105的设备100的一半组件。然而，应该注意的是，设备100可以以对称的方式包括如图1所示的用于观看者的左眼的相同组件，这将向观看者的两只眼睛提供虚拟图像。替代地，设备100可以只包括单个简单玻璃板和连接到玻璃板的脚丝，或者只包括空的框架而没有玻璃板和连接到框架的脚丝，用于观看者的左眼，这将只向观看者的一只眼睛提供虚拟图像，但是，其对某种目的的使用是可接受的。
[0036]在上文中，已经在包括前面玻璃板112、中间玻璃板114和后面玻璃板116三个元件的上下文中讨论了玻璃板单元110。然而，应该注意的是，玻璃板单元100可以具有任何配置，只要它执行玻璃板单元的上述功能，功能可以至少包括虚拟图像光的注入和提取、弓丨导周围场景图像光和虚拟图像光以及视觉校正。在这个意义上，两个邻近的板112和114和/或两个邻近的板114和116可以彼此合并，如此，玻璃板单元110可以具有比三个板更少的板。
[0037]进一步地，在上述示例中，周围场景图像光150和虚拟图像光160分别在板112和114内通过全内反射(TIR)引导。应该注意的是，玻璃板单元110可以被配置为利用与TIR方法不同的方法引导光150和160中的至少一个。例如，在分离层113上反射的周围场景图像光150可以通过第一光学补偿元件124直接聚集在图像传感器120上，并且/或者从图像投影仪130投射并经过第二光学补偿元件134的虚拟图像光160可以直接施加于分离层 113。
[0038]进一步地，在本发明的一个实施例中，玻璃板单元110可以包括反射镜元件阵列而不是分离层113，反射镜元件以如下方式定位:在至少两个元件之间存在间隙。在本发明的另一个实施例中，玻璃板单元110可以包括半反射镜元件阵列而不是分离层113，半反射镜元件也以如下方式彼此隔开:在至少两个元件之间存在间隙。这样的间隙允许外部光通过它。
[0039]此处列举的所有示例和条件语言是针对教学目的，以帮助读者理解本发明以及发明人为促进技术所贡献的构思，并且将被解释为不对这样的专门列举的示例和条件施加限制，这样的示例在说明书中的组织也不涉及表明本发明的优劣。
【主权项】
1.一种光学透视玻璃型显示设备，包括: 具有前面校正表面和后面校正表面的光学单元； 投射虚拟图像的图像投影仪；以及， 用于捕捉周围场景图像的图像传感器， 其中，所述光学单元被配置为将通过所述前面校正表面进入的所述周围场景图像的光引导到所述图像传感器，并且引导所述虚拟图像的光，使得所述虚拟图像的光通过所述后面校正表面出去， 其中，第一光学补偿元件位于所述光学单元和所述图像传感器之间的光路中，第二光学补偿元件位于所述图像投影仪和所述光学单元之间的光路中，以及 其中，所述设备进一步包括处理模块，所述处理模块被配置为分析由所述图像传感器捕捉到的所述周围场景图像，以根据所述周围场景图像的分析结果准备要提供给所述图像投影仪的虚拟图像。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述处理模块被配置为通过对所述周围场景图像的分析指定所述周围场景图像中的被跟踪的特征，并根据所述被跟踪的特征的大小和位置，准备所述虚拟图像。
3.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述第一光学补偿元件具有补偿所述前面校正表面所导致的图像的变形的光学特性，所述第二光学补偿元件具有补偿要由所述后面校正表面所导致的图像的变形的光学特性。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述光学单元包括分离层，所述分离层被配置为反射进入的光的一部分，并透射进入的光的其他部分。
5.根据权利要求1所述的显示设备，其中，所述光学单元包括具有所述前面校正表面的前板、具有所述后面校正表面的后板以及置于前板和后板之间的中间板。
6.根据权利要求5所述的显示设备，其中，所述第一光学补偿元件位于所述前板和所述图像传感器之间的光路中，所述第二光学补偿元件位于所述图像投影仪和所述中间板之间的光路中。
【专利摘要】光学透视玻璃型显示设备和对应的光学单元。光学透视玻璃型显示设备(100)包括：具有前面校正表面和后面校正表面(116a)的光学单元(110)；投射虚拟图像的图像投影仪(130)；以及用于捕捉周围场景图像的图像传感器(120)。光学单元(110)被配置为将通过前面校正表面(112a)进入的周围场景图像的光引导到图像传感器(120)并引导虚拟图像的光，使得虚拟图像的光通过后面校正表面(116a)出去。第一光学补偿元件(124)位于光学单元(110)和图像传感器(120)之间，第二光学补偿元件(134)位于图像投影仪(130)和光学单元(110)之间。设备进一步包括处理模块(140)，该处理模块(140)被配置为分析由图像传感器(120)捕捉到的周围场景图像。
【IPC分类】G02B27-22, H04N13-04, G03B35-18
【公开号】CN104730854
【申请号】CN201410798667
【发明人】L.布朗德, V.德拉兹克, A.舒伯特
【申请人】汤姆逊许可公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年12月18日
【公告号】EP2887124A1, EP2887127A1, US20150177517