图像生成系统及图像生成方法

图像生成系统及图像生成方法
【专利摘要】本发明描述了图像生成系统及图像生成方法。在一方面，图像生成系统包括：附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定至用户头部将由该用户观察的位置；照明系统，具有位于无限距处的出射光瞳，且被配置为发射光；光调制器，被配置为接收来自所述照明系统的光，并选择性地反射至少一些对应于图像的所接收的光；控制系统，与所述光调制器相耦合，并被配置为存取有关所述图像的数据内容，根据所存取的数据内容生成多个控制信号，并输出该控制信号至所述光调制器以控制至少一些所接收的光的选择性反射；以及输出光学系统，被配置为将所述选择性反射的光定向至观察者的眼睛，以由该观察者进行观察。
【专利说明】图像生成系统及图像生成方法
[0001]相关专利资料
[0002]本申请为2012 年 2 月 6 日提交的题为 “Image Generat1n Systems and ImageGenerat1n Methods”的美国专利申请13/367,261的继续申请并要求该申请的优先权,该申请所教示的内容作为参考而被结合于此。

【技术领域】
[0003]本发明涉及图像生成系统及图像生成方法。

【背景技术】
[0004]成像系统在用于商业、科学、军事应用、娱乐等的许多应用中都是非常有用的。成像系统的成熟度及质量不断地得到改善，且成像光学器件以及数字处理设备也在改进。不同的成像布置或实施产生了不同类型的图像，诸如照片或包含数字内容的计算机显示屏幕、由传感器生成的图像、以及可对虚拟信息与现实场景描绘(例如，由摄像机拍摄的现实场景描绘)进行整合的复合图像。不同的成像系统可组合不同的传感器来生成图像，例如，光传感器可用于生成环境的照片或视频内容，红外传感器可用于检测电磁频谱的红外范围内的辐射并可用在热成像摄像机中以生成场景的热图像。
[0005]本公开的至少一些方面涉及用于生成图像的系统及方法。


【发明内容】

[0006]根据一实施方式，图像生成系统包括:附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定在用户头部将被用户观察的位置；照明系统，具有位于无限距的出射光瞳，并被配置为发射光；光调制器，被配置为接收来自所述照明系统的光，并选择性地反射至少一些对应于图像的所接收的光；控制系统，与所述光调制器相耦合，并被配置为存取有关所述图像的数据内容，根据所存取的数据内容生成多个控制信号，并输出该控制信号至所述光调制器以控制至少一些所接收的光的选择性反射；以及输出光学系统，被配置为将所述选择性反射的光定向至观察者的眼睛，以由观察者进行观察。
[0007]根据另一实施方式，图像生成系统包括:附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定在用户头部将被用户观察的位置；照明系统，被配置为发射光；全内反射TIR棱镜，包括被配置为接收来自所述照明系统的光的第一表面、被配置为输出在所述第一表面接收的光并接收反射光的第二表面、以及被配置为输出在所述第二表面处接收的反射光的第三表面；光调制器，被配置为选择性地反射至少一些从所述全内反射TIR棱镜的第二表面输出的光以提供反射光；以及输出光学系统，被配置为接收从全内反射TIR棱镜的第三表面输出的反射光并将该反射光输出至观察者眼睛的晶状体，该晶状体聚焦反射光以直接在观察者眼睛的视网膜上形成图像。
[0008]根据另一实施方式，图像生成方法包括:存取有关图像的数据内容；通过使用所存取的有关图像的数据内容，反射对应于所述图像的多个像素的光；以及在朝向观察者眼睛的方向上将所述图像的反射光传输至无限距，所传输的光被观察者眼睛的晶状体聚焦以在观察者眼睛的视网膜上形成所述图像。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]以下将参考附图对本公开的示例性实施方式进行描述。
[0010]图1为根据一实施方式的图像生成系统的实施的示例；
[0011]图2为根据一实施方式的图像生成系统的组件的框图；
[0012]图3为根据一实施方式的成像系统的说明性表示；
[0013]图4为根据一实施方式的成像系统的组件的轴测图；
[0014]图5为根据一实施方式的成像系统的辅助光学兀件的说明性表不；
[0015]图6为根据一实施方式的成像系统的说明性表示；
[0016]图7为根据一实施方式的照明系统的说明性表示；
[0017]图8为根据一实施方式的成像系统的说明性表示；
[0018]图9为根据一实施方式的观看系统的说明性表示；
[0019]图10为根据一实施方式的成像系统的说明性表示；
[0020]图11为根据一实施方式的成像系统的说明性表示；
[0021]图12为根据一实施方式的成像系统的说明性表示。

【具体实施方式】
[0022]参见图1，根据一实施方式示出了被配置为穿戴在用户头部上的图像生成系统10。在图1的示例中，所示图像生成系统10被实施为可由个人穿戴的头盔显示器(HMD)。
[0023]在一更为具体的示例中，图像生成系统10可包含摄像机和/或传感器，其被配置为生成有关图像生成系统10所感测或观察的环境的图像的数据内容，以及附加电路及成像组件，其可将所述数据内容作为视觉图像传输至一个或多个人(图1中未示出一个或多个传感器、电路、以及诸如成像系统的附加成像组件)。图1的示例性图像生成系统10的一个或多个传感器、电路及组件被设置在通过使用附接系统14而被附着至头盔及人体的头部的壳体12内。在所示的配置中，壳体12可保护图像生成系统10的组件不受环境因素影响。其他实施方式也是可行的，例如系统10可被整合至头盔或被嵌入在与头盔相分离的护目镜内。附接系统14的其他配置(例如，皮带、帽子、面罩等)也是可行的，以将系统10固定至用户头部而不需要使用头盔。
[0024]图像生成系统10可广泛应用于各种应用。在一示例性的实施方式中，图像生成系统10包括一个或多个热传感器及光学器件，以生成例如可用于军事或监测应用的热图像。在附加实施方式中，图像生成系统10可以不同的配置而被实施。例如，如上所述，系统10可包括用于感测有关系统10的环境内的光的摄像机。在另一示例中，系统10可被实施在车辆中，并可包括被布置为生成该车辆的环境的数据内容的外部摄像机和/或传感器。另夕卜，在一些实施方式中，这些摄像机可形成立体对以产生三维图像以及目标测距信息。图像生成系统10的这些实施方式及应用均是说明性的，该图像生成系统10可用于需要生成图像的其他实施及应用中。
[0025]参见图2，示出了图像生成系统10的一实施方式的电路及组件。在示例性描绘的布置中，图像生成系统10包括数据生成系统20、控制系统22以及成像系统24。此外，在所示的实施方式中，数据生成系统20包括一个或多个传感器30，控制系统22包括处理电路32及存储电路34。图3示出了成像系统24的示例性配置细节。
[0026]还可设置图像生成系统10的其他组件。例如，可利用电源(例如，便携式应用中的电池)来给系统20、22、24提供电能，且所述控制系统22可包括用于接收来自外部源的数据内容的接口或通信电路，该接口或通信电路可用于生成图像以由用户观察。
[0027]在所述的实施方式中，传感器30被配置为感测关于图像生成系统10的环境。此夕卜，传感器30可生成数据内容，例如以电信号的方式，该电信号可用于生成可视化地展现所感测的环境的图像。在示例性的配置中，传感器30可被配置为感测可视光、红外、毫米波以及兆赫辐射。
[0028]在所述的实施方式中，控制系统22与传感器30电耦合。控制系统22的处理电路32可存取关于即将被形成的图像的数据内容。在一实施方式中，示例性的数据内容指定了将被形成的数字图像的多个像素的强度。数据内容可由数据生成系统20的传感器30生成、存储在存储电路34、以及从外部传感器或图像生成系统10外部的其他源进行存取。
[0029]在一实施方式中，处理电路32可另外提供对数据内容的适当处理，并使用处理后的数据内容生成并输出控制信号至成像系统34，以创建由用户观看的视觉图像。如以下所详细描述的，在一实施方式中，成像系统24使用光调制器来生成图像。如以下另外详细描述的，控制信号可控制光生成器的多面反光镜在多个位置(即，对应于开启/关闭状态)之间运动以生成图像。
[0030]处理电路32被布置为处理数据、控制数据存取及存储、以及控制其他期望的操作，例如包括实施如将在以下另外详细描述的眼球跟踪操作。在至少一实施方式中，处理电路32可包括被配置为实施由合适计算机可读存储介质所提供的期望的程序。例如，处理电路32可被实施为一个或多个处理器和/或被配置为执行可执行指令(包括例如软件和/或固件指令)的其他结构。处理电路32的其他示例性实施方式包括单独的或与一个或多个处理器的结合的硬件逻辑、PGA、FPGA, ASIC、状态机和/或其他结构。处理电路32的这些示例是说明性的，其他配置也是可行的。
[0031]存储电路34被配置为存储程序，诸如可执行的代码或指令(例如，软件和/或固件)、电子数据、数据库、数据内容、或其他数字信息，且可包括计算机可读存储介质。在此所述的至少一些实施方式或方面可通过使用存储于存储电路34的一个或多个计算机可读存储介质内并被配置为控制合适的处理电路32的程序而被实施。
[0032]在示例性的实施方式中，计算机可读存储介质可被体现在可包含、存储或保持程序、数据和/或数字信息的一个或多个产品内，其可由包括处理电路32的指令执行系统使用或与该系统相结合。例如，示例性计算机可读存储介质可为非暂时性的，且包括物理介质(诸如电、磁、光、电磁、红外)或半导体介质中的任一者。计算机可读存储介质的一些更为具体的示例包括但不限于便携式磁性计算机磁盘(诸如软磁盘)、压缩磁盘、硬盘驱动器、随机存取存储器、只读存储器、闪存、缓冲存储器和/或能够存储程序、数据或其他数字信息的其他配置。
[0033]以下将根据一示例性的实施参考图3来对成像系统24进行描述。所示的成像系统24可用于生成用于由用户观察的视觉图像。在一实施方式中，图像生成系统10被配置为虚拟视网膜显示器(VRD)，而成像系统24向观察者的眼睛传送光，以直接在观察者眼睛的视网膜上形成图像，且在一实施方式中，形成于视网膜上的图像是所形成的唯一的图像(即，没有形成观察者聚焦之处的实像)。如下所述，多个光束被反射并被定向至观察者的眼睛，以在观察者眼睛的视网膜上形成图像像素。在一些实施(诸如图1的示例性护目镜配置)中，可利用多个图3的成像系统24来生成立体或3D视觉图像，以由个人的双眼观看。在一实施方式中，光调制器(如以下将在一实施方式中详细描述的，其可用于生成图像)的物理范围(例如，对角线测量)大于观察者眼睛的入射光瞳的直径，其中从图像生成系统进入观察者眼睛的所述多个光束模仿了在不借助外部观看设备直接观看场景时的外围视觉体验。
[0034]图3所示的成像系统24的示例性配置包括光源40、光学接口 42、照明器透镜44、光调制器46以及眼睛监测系统48。在其他实施例中，成像系统24可采用其他配置。光源40被配置为发射光以用于生成由用户观察的视觉图像。光源40可从控制系统22接收控制信号，该控制系统22根据将被创建的图像控制光的发射。所述控制信号可控制所发射的光的参数(例如，强度、颜色)及时间。
[0035]可依据图像生成系统10的应用(例如系统10是生成单色图像还是彩色图像)而使用不同的光源40。在一彩色实施方式的示例中，光源40可被配置为生成多个不同颜色的光(例如，RGB、CMYK)以生成所述图像。在一更具体的实施方式中，可按序发送不同颜色的光，以形成彩色图像。光源40可被实施为多个发光二极管(LED),其在一实施方式中被配置为生成红、绿及蓝光。在另一实施方式中，光源40可包括基本白色的光源(诸如白热光源)以及色轮，以生成不同颜色的光。在再一示例中，可使用一个或多个被配置为发射不同颜色光的激光器来实施光源40。在一些布置中，可使用分色镜或使用熔接光学耦合器来在自由空间内组合这些多种颜色的照明光。
[0036]在所不的实施方式中，光学接口 42与光源40光学稱合,并被配置为发送光源40生成的光并将光50发射至照明器透镜44。光学接口 42在成像系统24存在物理尺寸和/或空间限制的配置中是有用的。在一实施方式中，可将光学接口 42实施为光学多模光纤以传送光。
[0037]所述照明器透镜44与光学接口 42光学耦合，并被布置为接收来自光学接口 42及光源40的光50。照明器透镜44被布置为校准所接收的光50，并将校准后的光52定向至光调制器46。在示例性的实施方式中，照明器透镜44可为双合透镜或三合透镜。光源40、光学接口 42以及透镜44中的一个或多个组件在此可被称为照明系统。
[0038]光调制器46被布置为接收校准后的光52，并选择性地在不同方向上对光进行反射以在观察者眼睛的视网膜上形成图像。在一实施方式中，光调制器46的物理范围(例如，德州仪器DLP 0.55 XGA具有0.55英寸或?14mm的对角线测量)可大于光适应的人类瞳孔(直径3-5mm)，且在本次描述的实施方式中，观察者将感觉到一类似于自然视觉的外围视觉体验。在一实施方式中，光调制器46为数字微镜器件(DMD),其包括多个微反射镜(图3仅示出了单个反射镜47)。更为具体的是，数字微镜器件包括可被布置为二维阵列的多个反射镜，且该反射镜可被控制为处于不同位置或状态(例如，开启/关闭)以生成图像像素。
[0039]控制系统22提供控制信号，该控制信号控制各个反射镜处于对应于“开启”和“关闭”状态的不同位置。如图3所示，反射镜47被设置在“开启”位置/状态，其将光束54在第一方向反射至观察者的眼睛，且来自单个反射镜47的光束54形成了在用户眼睛视网膜上生成的图像的像素。反射镜47还可被设置在“关闭”状态，其将光束56在第二方向上反射离开观察者的眼睛。根据将被形成的图像的数据内容而将反射镜47在“开启”和“关闭”状态之间进行控制创建了图像。
[0040]在一具体示例性的布置中，光调制器46被实施为可获自德州仪器公司的DLP0.55 XGA系列450数字微镜器件(DMD)。该示例性器件包括1024x768的微镜阵列，且具有10.8 μ m的反射镜间距,该阵列为11.06mmx8.3mm,对角线为?14mm(0.55")。在一实施方式中，所述微镜可为CMOS衬底上的硅，其可由来自控制系统22的数字存储单元的控制信号进行寻址。
[0041]在所述的实施方式中，阵列的单个微镜可在多个不同位置之间围绕跨反射镜对角线的枢轴旋转±12°，以产生反射镜的“开启”与“关闭”状态。在一实施方式中，反射镜的电源关闭状态为0°倾斜，而“开启”状态可为+12°，“关闭”状态可为-12°。控制系统22提供的控制信号可根据将被形成的图像的数据内容而控制反射镜处于“开启”或“关闭”状态。例如，控制信号可识别并控制合适的反射镜处于“开启”状态以将光反射至观察者的眼睛，同时识别并控制其他反射镜处于“关闭”状态以将光反射离开观察者的眼睛，从而生成图像。在本次描述的实施方式中，图像可指完整的图像(其中该图像的所有像素可被同时成像(例如，单色图像))或彩色图像帧(例如，不同时刻的多个不同颜色的连续帧会被观察者感知为彩色图像)。对于给定的图像或帧，“开启”的透镜可被称之为第一透镜组，“关闭”的透镜可被称之为第二透镜组。
[0042]在一实施方式中，阵列的透镜对应于将被形成的图像的像素，且对于给定图像或帧，来自控制系统22的控制信号可识别或指定哪些像素被成像至观察者的眼睛(即，哪些像素“开启”)以及哪些像素不被成像至观察者的眼睛(即，哪些像素“关闭”)。因此，在一实施方式中，对于给定图像或帧，多个光束可由光调制器同时并行反射并定向至观察者的眼睛，以在给定图像或像素将被形成时，在两个维度上同时在观察者眼睛的视网膜上形成针对所述给定图像或帧的多个像素。
[0043]在一实施方式中，可通过连续感知为红色、绿色及蓝色的原色的帧而最小限度地形成彩色图像。在一彩色图像的生成方法中，光源40可在各个时刻顺序发射红、绿及蓝光，且可控制反射镜在红光期间提供图像的红色帧至观察者，之后可控制反射镜在绿光期间提供图像的绿色帧至观察者，并在此之后可控制反射镜在蓝光期间提供图像的蓝色帧至观察者。可以以远快于人类视觉暂留的速率控制合适的反射镜处于“开启”或“关闭”状态，以形成彩色图像(在一示例中，可以以每秒上千次的速度对透镜进行调制)。在一实施方式中，所产生的递色可控制单个像素的颜色及亮度水平，以匹配原始图像的颜色及亮度水平。
[0044]如上所述，可使用LED光源40，且光学接口 42可发送所述所发射的光。光学接口42可组合、传输以及均匀化所发射的光(其可包括不同波长的光)，且可被实施为多模式光纤，诸如可获取自Thorlabs公司的商品FT400EMT，且其可通过使用分色镜而被组合成单个大芯径光纤，以反射每一单个RGB波长且使其他两个通过以用于三色照明器。上述光纤具有0.4_的内径以及0.37的数值孔径(NA)。此外，在一些实施方式中，二向色性自由空间组合器可使用光纤组合器而被替代，其中光纤成对熔接在一起以组合不同颜色的照明光束。
[0045]在一更为具体的实施方式中，照明器透镜44可为具有19mm有效焦距的双合透镜，以对0.37NA光纤的输出进行校准并完全照亮光调制器46的反射镜阵列的表面。应该注意的是，多模光纤不会严格产生校准后的点源输出(像单模光纤所提供的那样)，而是会产生多个以稍微不同的角度(取决于所述源的横向延伸)离开光纤端面的校准后的光束。然而，由于0.4_的相对小的内径，相比于基于白炽灯泡的照明器或LED阵列，可提供小范围角度光分布。在一实施方式中，光调制器46的反射镜阵列反射入射光,而路径长度可保持相对短且紧凑，可很容易实现小于25mm的路径长度。
[0046]在一实施方式中，构成光调制器46所传输的图像的光不需要大视场(FOV)的观看系统来将所述图像传输至观察者的眼睛。虽然可利用DMD反射镜上的锐角入射角度来从反射镜的涂面获取有效的反射回的光，但是“开启”和“关闭”状态的指定是任意的。图3的示例性配置还在没有光束分离元件(其反而可能会减小反射光的强度)的情况下实施。
[0047]所示成像系统24的眼睛监测系统48被配置为接收由光调制器46的反射镜在他们处于“关闭”期间反射的光56。例如，可在期望时刻控制光调制器46的反射镜处于“关闭”状态，以将光反射至眼睛监测系统48，眼睛监测系统48可包含数字摄像机49以采集观察者的眼睛的图像。在一示例中，可在源40的照明脉冲之间获取观察者眼睛的图像，从而避免来自光源40的光使摄像机49饱和。在一实施方式中，成像系统24可在连续时刻将图像的连续的RGB帧传输至观察者的眼睛，此后可控制调制器46的反射镜处于“关闭”状态以使得在再次提供其他的RGB帧至观察者眼睛之前，摄像机49能够采集观察者的眼睛的图像。在另一示例中，光调制器46可在个别的RGB帧之间提供观察者的眼睛的图像至摄像机49。还可以利用在观察所生成图像期间采集观察者的眼睛的图像的其他实施方式和/或方案。
[0048]在一实施方式中，通过使用眼睛监测系统48对观察者眼睛的动作的监控可被控制系统22利用以控制图像生成系统10的操作。例如，一些成像系统24提供由用户观察的出射光瞳。可利用有关观察者眼睛的运动的信息来调节转向透镜(未示出)以对应于观察者眼睛的运动移动出射光瞳。在另一实施方式中，还可使用由眼睛监测系统48所跟踪的眼睛运动来控制图像生成系统10的一个或多个传感器30。例如，如果用户向上看，可使得传感器30(诸如提供由用户观察的数字内容的摄像机)斜向上以改变观察视野，或者在立体摄像机对的情况下改变系统的会聚点。还可另外使用眼睛监测系统48的输出以用于其他布置中的其他目的，例如使用眼睛的运动来控制指示器。此外，在另一实施方式中，可利用眨眼来控制图像生成系统10的操作。
[0049]在上述一实施方式中，图像生成系统10被配置为虚拟视网膜显示器(VRD)，其使用观察者眼睛的晶状体作为最终光学元件而在观察者眼睛的视网膜上直接形成图像。在一示例中，成像系统24所生成的唯一的图像为在视网膜上生成的图像(即，不需要在用户前面生成用户聚焦到其上的中间的实像)。例如，光调制器46将光54定向至观察者眼睛的晶状体及角膜，以直接传输图像至观察者眼睛的视网膜。在一实施方式中，成像系统24的出射光瞳与观察者眼睛的入射光瞳在同一平面上。在所述实施方式中，光调制器46将包含来自各个反射镜的多个并行光束定向至观察者眼睛，之后观察者眼睛的晶状体及角膜将所述光束聚焦到视网膜上，从而在观察者的眼睛上形成图像。
[0050]在所述示例性的实施方式中，光调制器46在同一时刻将对应于图像多个不同的像素(例如，图像的红色帧)的多个光束同时并行定向至观察者眼睛。光束54进入观察者眼睛的角度决定了光束各自在视网膜上聚焦的位置。在一些实施方式中，这些角度还可有助于模仿外围视觉的自然观看体验(例如，将在以下结合图5对一实施方式进行详细描述)。
[0051]在图3所示的示例中，光调制器46的反射镜可定向光在光的路径54、56之间。另夕卜，为适应不同的实施方式，成像系统24的其他布置也是可行的。例如，在其他实施方式中，可使用一个或多个附加反射镜将光调制器46所反射的光定向至观察者的眼睛、眼睛监测系统48、或其他期望的位置。
[0052]参见图4，示出了根据一实施方式的被布置为示例性护目镜配置的成像系统24。在所示的配置中，光源40在壳体12外部且未被示出。光学接口 42在壳体12内部将来自外部光源40的光发送至照明器透镜44，照明器透镜44将光52定向至光调制器46 (图4仅示出了光调制器46的一个反射镜47)。
[0053]可选择性地控制光调制器46的每个反射镜47分别处于“开启”或“关闭”状态，以选择性地将光54定向至目镜58以由用户观察，或定向至眼睛监测系统48。在一实施方式中，可密封外壳12以避免环境的光进入外壳12内部，且由用户观看的的光基本上仅为由光调制器47反射的光54。因此，在夜里使用的军事应用中，器件的一些布置不会提供可能暴露观察者位置的光信号(optical signature)。
[0054]在一配置中，目镜58为埃弗利目镜(Erfle eyepiece),其被布置为将光54的中间图像中继至观察者眼睛的视网膜。可将示例性目镜58设计为中继在望眼镜焦距处形成的图像，并将该图像映射至无限距(校准空间)。通过利用人类的视觉适应能力，该“位于无限距处的图像”被传输至观察者眼睛的晶状体，之后被聚焦到视网膜上。在一些实施方式中，目镜58可被称之为输出光学系统。
[0055]参见图5，示出了可用于成像系统24的一布置中的辅助光学元件70的一实施方式。在所绘示的布置中，示例性元件70为轴棱镜，其可用于增强观察者的外围视觉。在一实施方式中，可将光学元件70插在光调制器46与观察者的眼睛之间，且射线束72可从光调制器46接收并作为射线束74而被定向至观察者眼睛(或在利用目镜58的实施方式中，在观察者的眼睛内接收之前，将射线束74首先定向至目镜58)。虽然出于简洁的目的，图5中每一射线束72、74均包含5组射线，但每一射线束72、74 —般可包含更多的射线(其将被包含在所绘示的5组射线之间)。
[0056]由光调制器46反射的射线束72可大于观察者眼睛的瞳孔(该瞳孔一般可适应于由成像系统24生成的光来创建视觉图像)(例如，射线束72可为1mmxlOmm平方,而光适应瞳孔的直径可为3_)。可将元件70实施为具有截去锥形尖端区域71 (该区域可近似于观察者的光适应瞳孔的尺寸)的轴棱镜。所述截去锥形尖端区域71可允许中心射线穿过元件70，以撞击观察者的眼睛负责中心视觉的部分上。轴棱镜元件70的未被截去的其他角部分可使得其他射线以多个角度偏向瞳孔，从而使射线撞击观察者眼睛富有负责外围视觉的视杆细胞的区域上。可基于各种因素(诸如至观察者眼睛的距离)来选择轴棱镜元件70的角部分的角度。相比于未使用光学元件70的布置，该示例性元件70的使用可将射线束74从多个不同的角度定向至观察者眼睛以增强观察者的外围视觉。
[0057]在上述图3的示例中，照明路径、投射路径以及关闭状态光路径共享光调制器46之前的公共空间。相比于在光路径之间提供较小间隔的一些布置，一些以下描述的实施方式在图3布置的光路径之间具有额外的间隔，以提供减小的相互作用、减小的串扰、减小的图像退化以及减小的机械干扰。
[0058]参见图6，描述了成像系统24a的另一实施方式，其可被用于被配置为作为虚拟视网膜显示器的图像生成系统10中。在一些实施方式中，期望提供具有减小深度的图像生成系统以用于例如头盔显示器的应用中。类似于以上参考图3所描述的布置，在图6中，光调制器46选择性地将来自光源40及光学接口 42的校准光52作为光束54及光束56进行反射。然而，由光调制器46的所选反射镜47反射的光束54被定向至第一转向反射镜82，其可将光束54反射至第二转向反射镜84。在所示的实施方式中，第二转向反射镜84将光束54定向至物镜86 (如上所述，其可被配置为目镜58)以及观察者的眼睛。
[0059]在一实施方式中，可利用第一及第二转向反射镜82、84来增大观看路径与照明及眼睛监测路径之间的间隔，且相比于图3的实施方式，可减小光路径之间的干扰。在一些实施方式中，第二转向反射镜84可被部分透射，以允许观察者观察其视野内由图像生成系统10所传输的数字信息增强的场景。所示的成像系统24a在将光定向至观察者眼睛的物镜86输出表面与光调制器46之间具有大约56.5mm的尺寸。
[0060]参见图7-12,描述了成像系统24b_24e的其他实施方式。图7中描述了可与一个或多个所公开的成像系统结合使用的照明系统的示例性实施方式。光学接口 42发射由光源生成的光(该光源未示于图7中，但可被实施为白光源以及在一示例性布置中用于生成不同颜色的光以形成彩色图像的色轮)。所发射的光穿过扩散器43(例如，在一些说明性示例中为磨砂玻璃、全息或微透镜阵列)，其可在光到达照明器透镜44之前均匀化该光的强度分布。照明器透镜44对接收的光进行校准并输出校准后的光52，在示例性的实施方式中，所述透镜44可为双合透镜或三合透镜。
[0061]在一实施方式中，所述接口 42具有100微米的直径和0.39的数值孔径。在一实施方式中，所述透镜44可与接口 42间隔大约I个焦距，且可利用校准器焦距实现大约25mm的校准光束直径，以溢满调制器46的表面。在一实施方式中，透镜44为具有焦距30mm的双合透镜，以对接口 42的输出进行校准，从而获得大约25mm的校准光束直径。
[0062]在一些实施方式中，从照明系统传出的小束主射线在入射至调制器46时是平行的。图7的示例中所示的照明系统在图像空间中是远心的，因此具有位于无限距的出射光瞳。在所绘示的示例中，对象点的穿过所述出射光瞳的主射线平行于光学轴并且在从照明系统的透镜44发射出的校准光52中相互平行。在所绘示的实施方式中，照明系统所提供的光射线在到达调制器46时是平行的。
[0063]参见图8，描述了虚拟视网膜显示器的示例性成像系统24b的其他细节。从照明系统的透镜44 (该透镜于图7中示出)输出的校准光52被定向至棱镜90，在所示的实施方式中，该棱镜90为全内反射(TIR)棱镜。所示的示例性TIR棱镜90包括第一棱镜92、第二棱镜94以及该第一棱镜92与第二棱镜94之间的空气间隙96。在不例性的实施方式中，棱镜90可由玻璃或塑料制造，其中塑料更轻且在出现对显示屏的机械撞击时具有更好的抗破损性。
[0064]在一实施方式中，第一棱镜92被定位为在表面91以一大于临界角的角度接收校准光52,相应地,第一棱镜92将所接收的光以大约两倍于光调制器46反射镜倾斜角的角度从表面93反射至光调制器46。
[0065]光经由光调制器46处于“开启”状态的反射镜向下反射至棱镜90，之后来自处于“开启”状态的反射镜的反射光由第一棱镜92的表面93接收。所反射的光在第一棱镜92的表面93处被折射并穿过空气间隙96 (在一实施方式中，该空气间隙96小于10微米)传播。在穿过空气间隙96传播之后，光会遇到第二棱镜94，该第二棱镜被设计为对光进行等量折射且相反于邻近空气间隙96的第一棱镜的表面,该第二棱镜94允许光以一大约垂直于表面97的角度离开第二棱镜94的表面97。
[0066]物镜86被定位在棱镜90下游并接收离开第二棱镜94的表面97的光。在一实施方式中，物镜86为双合透镜，该双合透镜的输入表面相比于透镜86的输出表面具有增大的曲率(以比其中输出表面相比于输入表面具有增大曲率的布置提供减小的失真/扭曲变形)。在一实施方式中，物镜86被定位在离调制器46 —个焦距的位置处，具有位于无限距处的出射光瞳以及位于调制器46位置处的入射光瞳。在图8的不例中，物镜86将选择性的反射光从光调制器46定向至观察者的眼睛，且在其被观察者的眼睛接收之前没有进一步的光反射。
[0067]如上所述，在一些实施方式中，本公开的图像生成系统10可被配置为虚拟视网膜显示器。一些虚拟视网膜显示器以一方式直接将光传送至观察者的眼睛，该方式允许直接在观察者的视网膜上感知光调制器46的图像。在一些示例性的虚拟视网膜显示器的实施方式中，来自光调制器46的图像校准光从成像系统24b-24e的物镜86输出，并由观察者眼睛的晶状体聚焦以将来自光调制器46的图像直接形成在观察者的视网膜上，而不需要形成中间或间接图像(例如，位于用户聚焦于其上的距离处的屏幕上的图像)。在一些实施方式中，观察者的眼睛距离物镜86的输出小于25mm。
[0068]在一些实施方式中，物镜86将来自调制器46的光定向至观察者的眼睛，其可由观察者直接感知为图像。在所述的示例中，物镜86将输出自棱镜90的图像朝向观察者的眼睛传输至无限距，其可由观察者眼睛的晶状体成像或聚焦，以直接在观察者眼睛的视网膜上形成实像。
[0069]调制器46的反射镜可对应于多个对象点(例如，像素)，且输出光学系统(即，物镜86)将对应于这些对象点的校准光束并行输出至观察者的眼睛。在经由观察者的未适应的眼睛(unaccommodated eye)进行观看期间,观察者眼睛的睫状肌是放松的且聚焦在无限距处，且观察者眼睛的晶状体会将来自调制器46的图像直接形成在观察者眼睛的视网膜上。因此，在一实施方式中，由观察者眼睛的晶状体在观察者的视网膜上形成首个实像，而不需要如上所述的形成观察者眼睛聚焦在其上的间接或中间图像。此外，如上所述，在一实施方式中，输出光学系统具有无限距焦距。在其他实施方式中，输出光学系统可具有其他焦距，诸如10-100英尺。
[0070]在一些示例性的实施方式中，调制器46所反射的校准光束对应于在相同瞬间形成在观察者眼睛视网膜上的像素，而不同于被光栅扫描。换句话说，在这些实施方式中，二维图像的像素可被并行形成在观察者的视网膜上。
[0071]在从物镜86的输出表面(其将光定向至观察者的眼睛)至光调制器46的尺寸为大约35mm的至少一实施方式中，所示成像系统24b是相对紧凑的。相比于一些其他实施方式，将物镜86设置得更靠近光调制器46的系统24b的布置可相比于增大了物镜86与光调制器46之间间隔的其他实施方式，增加来自光调制器46的图像的放大率。增加的放大率是由于观察者眼睛的焦距(EFLeye =大约21mm)与物镜86的焦距(在所述的实施方式中，ELFobjective =大约35_)之间的关系，该所述实施方式可对来自光调制器的图像提供一放大率，该放大率由以下公式所限定=EFLeyeZiEFLtjbjeetive = 21/35 = 0.6。在该布置中，观看路径与照明路径相互相差大约90度。
[0072]参见图9，示出了观看系统的一实施方式。图9所示的图示是从上述图8的右侧进行观看的。如上所述，图像的光被光调制器46反射并由棱镜90定向至输出光学系统(透镜86)，其将光定向至观察者眼睛的瞳孔99。在所绘示的示例中，观察者眼睛的瞳孔99具有大约5mm的直径，并与透镜86相隔大约5mm。观察者眼睛的晶状体将所接收的光聚焦以直接在观察者眼睛的视网膜上形成图像。在一实施方式中，可相对于观察者眼睛的瞳孔99对透镜86的位置进行轴向调节(更近一些或更远一些)(例如，通过使用机械调节机构-未示出)，以便不同观察者(其中一些可能具有视力障碍，诸如近视)对输出进行清晰地观看。
[0073]参见图10，示出了成像系统24c的另一实施方式，相比于一些其他布置，其可减少头戴机体积。图10所示的棱镜被实施为反向全内反射棱镜，其中相比于图8的成像系统24b，照明路径与观看路径被调换。图10的成像系统24c还提供了相互之间相差大约90度的照明路径与观看路径。在此所使用的全内反射棱镜可指所公开的不同配置的全内反射棱镜(例如，图8及图10的实施方式中的棱镜)，除非在此特别说明为仅指特定配置。
[0074]在所示的布置中，校准光52经由第二棱镜94的表面97以一大约垂直于光调制器46的反射镜表面的角度而被接收。在所示实施方式中，所接收的光穿过第二棱镜94、空气间隙96、第一棱镜92,并由光调制器46反射回第一棱镜92,之后从表面91输出至物镜86。
[0075]参见图11，示出了成像系统24d的另一实施方式，其类似于图10的实施方式但提供了增强现实方法。具体而言，类似于图10的系统24c，校准光52在第二棱镜94的表面97被接收，并在第一棱镜92的表面91处被输出至物镜86。自物镜86输出光被定向至部分传送转向反射镜98，该转向反射镜98被设置在观看路径内且位于物镜86之后，以允许同时进行数字与现实世界内容的观看与融合。在所示的实施方式中，部分传送转向反射镜98传递成像系统24d接收的环境观100的光，从而提供环境加上由光调制器46传送的数字内容的增强现实观。
[0076]参见图12，示出了成像系统24e的另一实施方式，其整合了上述眼睛监测系统48。眼睛监测系统48可包括摄像机(未示出)，以在使用图像生成系统10期间采集观察者眼睛的图像，且在一实施方式，可用于实施眼睛跟踪操作。在所绘示的示例中，校准光52在被定向至棱镜90之前穿过光束分离器110。观察者眼睛的图像的光可由数字调制器46在反射镜周期的眼睛采样部分期间(照明被关闭)被设为“开启”状态的反射镜反射，并通过表面91离开棱镜。该光由光束分离器110反射至眼睛监测系统48，眼睛监测系统48可采集观察者眼睛的图像，并在一实施方式中用来实施眼睛跟踪。
[0077]在一实施方式中，成像系统24_24e被配置为生成图像以由观察者的眼睛进行观看。换句话说，光调制器46所生成的图像被定向至观察者的左眼或右眼。在一些实施方式中，可利用多个成像系统24-24e提供并行/立体观看对，其可生成独立图像且可分别被定向至观察者的左眼或右眼。多个成像系统24-24e的使用使得能够为观察者融合来自不同数字源的图像，或者在头戴式观看布置中针对平面图像为每一眼显示相同图像。此外，可针对单独的观察者对多个成像系统进行独立的光学或机械调节。
[0078]如上所述，一些实施方式利用了相对紧凑的成像系统(例如，上述包含TIR棱镜的实施方式)，且在一立体观看实施方式中的成像系统的输出(多个)相互可间隔大约75mm，同时在光调制器46与物镜86的输出之间个别地具有大约35_的深度。
[0079]上述成像系统24的至少一些实施方式利用除了激光器之外一般用于扫描实施的光源。例如，在一实施方式中，光源可包括一个或多个LED。此外,相比于扫描方法,针对图像或帧的光调制器的像素可被并行传递至观察者，以释放时间来进行其他感测及处理操作(例如，眼睛跟踪)。此外，在一实施方式中，可在不使用偏振元件的情况下实施成像系统，相比于使用偏振元件的布置，其可提供更有效的照明。另外，上述一实施中所述的微镜“关闭”状态可用于将从观察者眼睛反射的光定向至眼睛监测系统，而不需要使用有损耗的光束分离器，以通过可用来作为指针或映射至其他用户命令的眨眼、向上或向下转动眼睛、或其他独特的眼睛运动进行所传递内容的“免提(hands free)”控制。在一实施方式中光纤传递校准照明器光束(例如，通过使用多模光纤)的使用可均匀化光束，并产生近似点或小的源，相比于使用延伸白炽光照明器或LED阵列而不使用光学接口，其可易于重新被成像至观察者眼睛的晶状体上。
[0080]另外，脉冲式LED照明的使用具有相对低的功耗，使得能够通过电池供电来实施图像生成系统。在一实施方式中，高照明效率源自非偏振LED照明的使用。进一步地，图像生成系统可被布置为相对紧凑的尺寸，以用于使用眼镜、护目镜、头盔显示器或其他布置的个人携带的显示技术。所述图像生成系统可包括一个或两个成像系统以用于用户输入的立体或三维显示。另外，可提供最终转向反射镜，以通过该最终转向反射镜的旋转允许瞳孔间的距离的调整(对于95%的成年人来说，该距离为55m至75mm)及显示器中图像的数字转换/平移。在一示例中，眼睛疲劳可通过眼睛聚焦处于无限距处的对象而得到缓解。此外，光学系统是可调节的，以考虑不同观察者的视敏度。相对低的发射透射光的使用允许在用于军事及警察夜间操作的头戴式显示器内使用所述系统。此外，可通过合并处于从可见波长至长波红外波长的摄像机图像来实施多波长观看器以用于作战人员应用及白天/夜间操作。在一些实施方式中，由于图像仅能够由期望的观察者看见，所述系统可提供安全的显示操作。
[0081]在此所述的利用数字光调制器的一些实施方式使得能够生成具有HD分辨率的视频速率数字图像(其可由聚焦在无限距处的放松的眼睛观看)，其极大地减小了眼睛疲劳，且使得用于商业、军事及警察应用的各种低功率、紧凑、用户可穿戴显示设备成为可能。如上所述，还可实现成像系统双布置以用于对环境进行立体或三维成像，其中可融合多种不同成像样式(诸如，可见光成像器、热红外成像器、毫米波长成像器)，以用于利用优良的深度感知的活动，诸如对飞机、坦克或其他车辆进行引航。
[0082]根据法规，已针对结构及方法特征以或多或少具体的语言对本发明进行了描述。但是，可以理解的是，本发明并不限于所示及所述的特定特征，由于在此所公开的方式包含了使本发明产生效果的优选形式。因此，本发明包含所附权利要求以等同原则进行合适解释之后的适当范围之内的任何形式或修改。
[0083]进一步地，在此已给出了各个方面，以在对本公开的说明性实施方式进行构建和/或操作时提供指导。本发明的 申请人:认为这些所描述的说明性实施方式还包含、公开并描述了除了在此明确公开的方面之外更进一步的创新性方面。例如，其他创新性方面可包含相比于所述说明性实施方式内所描述的那些特征更少的、更多的和/或可替换的特征。在更为具体的实施例中， 申请人:认为本公开包含、公开并描述了一些方法及设备，所述方法包含比明确公开的那些方法更少的、更多的和/或可替换的步骤，所述设备包含比明确公开的结构更少的、更多的和/或可替换的结构。
【权利要求】
1.一种图像生成系统，包括: 附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定至用户头部将由该用户观察的位置； 成像系统，被配置为在一时刻将一些光反射至观察者的眼睛以在该观察者的眼睛的视网膜上形成图像的多个像素，并在所述时刻将其他光反射离开所述观察者的眼睛； 控制系统，与所述成像系统相耦合，且其中所述控制系统被配置为存取关于所述图像的数据内容，根据所存取的数据内容生成多个控制信号，以及输出该控制信号至所述成像系统，以控制所述一些光由所述成像系统在所述时刻反射至所述观察者的眼睛以在所述观察者的眼睛的所述视网膜上形成所述图像的所述多个像素，并控制所述其他光在所述时刻反射离开所述观察者的眼睛。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像系统被配置为从多个不同角度将所述一些光反射至所述观察者的眼睛，以增强所述观察者的外围视觉。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像系统被配置为将包括多个光束的所述一些光并行反射至所述观察者的眼睛。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像系统被配置为在所述时刻将所述一些光反射至所述观察者的眼睛，以在所述时刻同时在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像的所述像素。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像为二维图像，且所述成像系统被配置为在所述时刻将所述一些光反射至所述观察者的眼睛，以在所述时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上形成二维的所述像素。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述成像系统包括: 光源，被配置为发射所述光；以及 光调制器，与所述光源光学耦合，并包括被配置为在多个位置之间移动的多个反射镜，且其中所述控制系统被配置为生成所述控制信号以控制一组所述反射镜移动至其中一个所述位置，以将来自所述光源的所述一些光反射至所述观察者的眼睛以在所述时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像的所述像素。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述成像系统将反射自所述一组反射镜的所述一些光定向至所述观察者的眼睛，而不需要进一步反射。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述一组反射镜为第一组，且其中所述控制系统被配置为生成所述控制信号以控制第二组所述反射镜在所述时刻将来自所述光源的所述其他光反射离开所述观察者的眼睛。
9.根据权利要求6所述的系统，其中所述光源被配置为在多个不同时刻的各个时刻发射具有不同颜色的光，且其中所述光调制器的所述反射镜被配置为在不同时刻将所述不同颜色的一些光反射至所述观察者的眼睛，以形成彩色图像。
10.根据权利要求6所述的系统，其中所述光源为LED。
11.根据权利要求6所述的系统，其中所述光源为激光器。
12.根据权利要求6所述的系统，其中所述反射镜被配置为在其他时刻将所述观察者的眼睛的图像反射至眼睛监测系统。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像为彩色图像，且所述成像系统被配置为在多个连续时刻的各个时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上生成不同颜色的多个图像，且其中所述成像系统被配置为针对一所述颜色的一所述图像，在所述时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上同时形成所述颜色的所述图像的多个像素。
14.一种图像生成系统,包括: 数据生成系统，被配置为生成二维彩色图像的数据内容； 成像系统，被配置为发送光至观察者的眼睛，以在所述观察者的眼睛的视网膜上同时形成所述二维图像的多个像素； 控制系统，与所述数据生成系统及所述成像系统相耦合，其中所述控制系统被配置为存取所述图像的所述数据内容，根据所存取的数据内容生成多个控制信号，以及输出该控制信号至所述成像系统，以控制所述光的对应于各个所述像素的多个光束并行传输至所述观察者的眼睛，以在所述观察者的眼睛的视网膜上同时形成所述二维彩色图像的所述像素； 眼睛监测系统，与所述控制系统相耦合，其中该眼睛监测系统被配置为监测所述观察者的眼睛的动作； 其中所述成像系统被配置为在多个不同时刻中的各个时刻形成所述二维彩色图像的多个不同颜色的帧，其中所述成像系统包括: 光源，被配置为在所述不同时刻发射具有不同颜色的所述光； 光学光纤，与所述光源光学耦合，并被配置为对所述光进行均匀化；以及光调制器，与所述光源及所述光学光纤光学耦合，其中所述光调制器包括被配置为在多个位置之间移动的多个反射镜，且其中所述控制系统被配置为生成所述控制信号以控制不同组的所述反射镜移动至其中一个所述位置，以将来自所述光源的所述光在所述不同时刻反射至所述观察者的眼睛，以在所述不同时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述二维彩色图像的所述不同颜色的帧，以及在其他时刻将所述观察者的眼睛的图像反射至所述眼睛监测系统；以及 其中所述控制系统被配置为根据所述观察者的眼睛的所述图像至所述眼睛监测系统的反射来控制所述成像系统的至少一个操作。
15.一种图像生成方法，包括: 存取有关图像的数据内容； 使用所述数据内容识别将在一时刻被形成的所述图像的多个像素；以及在所述识别之后，将针对所述图像的多个被识别的像素的一些光并行反射至观察者的眼睛，以在所述时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像的所述多个被识别的像素，并在所述时刻将其他光反射离开所述观察者的眼睛。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括:并行反射所述光的多个光束。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括:反射所述光线的对应于所述图像的各个所识别像素的多个光束。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括首先使用光调制器进行反射，且进一步包括: 使用所述光调制器，在其他时刻再次反射所述观察者的眼睛的图像；以及 监测所述观察者的眼睛的所述图像。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括:使用光调制器进行反射，以及所述识别包括识别所述光调制器的对应于所识别像素的多个反射镜，且进一步包括控制所识别的反射镜处于多个不同位置之一，以在所述时刻将针对所识别像素的光束反射至所述观察者的眼睛。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括控制所述反射镜中未被识别的反射镜处于所述不同位置中的另一位置，以在所述时刻将其他光反射离开所述观察者的眼睛。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像，而不会形成用户聚焦于其上的实像。
22.根据权利要求15所述的方法，其中所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括在所述时刻在所述观察者的眼睛的视网膜上同时形成所述图像的所识别像素。
23.根据权利要求15所述的方法，进一步包括在不同时刻发射不同颜色的光，其中所述识别包括识别将在所述不同时刻形成的所述图像的不同像素，且所述反射一些光至所述观察者的眼睛包括在所述不同时刻反射对应于所述图像的所识别不同像素的所述不同颜色的光。
24.—种图像生成系统,包括: 附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定至用户头部将由该用户观察的位置； 照明系统，具有位于无限距处的出射光瞳，且被配置为发射光； 光调制器，被配置为接收来自所述照明系统的光，并选择性地反射至少一些对应于图像的所接收的光； 控制系统，与所述光调制器相耦合，并被配置为存取有关所述图像的数据内容，根据所存取的数据内容生成多个控制信号，并输出该控制信号至所述光调制器以控制至少一些所接收的光的选择性反射；以及 输出光学系统，被配置为将所述选择性反射的光定向至观察者的眼睛，以由该观察者进行观察。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述输出光学系统被配置为将所述图像传输至无限距，以由所述观察者观察。
26.根据权利要求24的系统,其中由所述输出光学系统定向的所述选择性反射的光由所述观察者的眼睛的晶状体聚焦，以直接在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像。
27.根据权利要求24所述的系统，其中由所述输出光学系统定向的所述选择性反射的光直接由所述观察者感知为所述图像。
28.根据权利要求24所述的系统，其中所述输出光学系统被配置为将所述选择性反射的光定向至所述观察者的眼睛，以直接在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像，而不需要形成所述用户聚焦于其上的中间实像。
29.根据权利要求24所述的系统,其中所述输出光学系统将所述选择性反射的光定向至所述观察者的眼睛，以在所述观察者的眼睛的视网膜上并行形成所述图像的多个像素。
30.根据权利要求24所述的系统,其中所述输出光学系统将所述选择性反射的光定向至所述观察者的眼睛，以在所述观察者的眼睛的视网膜上同时形成包括二维图像的所述图像的多个像素。
31.根据权利要求24所述的系统，其中所述输出光学系统包括物镜，该物镜包括接收所述选择性发射的光的输入表面以及将所述选择性反射的光输出至所述观察者的眼睛的输出表面,且其中相比于所述输出表面的曲率，所述输入表面具有增大的曲率。
32.根据权利要求24所述的系统，进一步包括全内反射TIR棱镜，其被配置为接收来自所述照明系统的所述光，将来自所述照明系统的所述光定向至所述光调制器，以及将所述选择性反射的光定向至所述输出光学系统。
33.根据权利要求24所述的系统，其中所述照明系统为远心光学系统。
34.根据权利要求24所述的系统，其中所述输出光学系统被配置为将所述选择性反射的光作为多个校准光束并行定向至所述观察者的眼睛。
35.根据权利要求24所述的系统,其中所述输出光学系统将所述选择性反射的光定向至所述观察者的眼睛，而在该光被所述观察者的眼睛接收之前不需要进一步反射。
36.根据权利要求24所述的系统,其中所述输出光学系统将所述选择性反射的光定向至所述观察者的仅一个眼睛。
37.一种图像生成系统，包括: 附接系统，被配置为将所述图像生成系统固定至用户头部将由该用户观察的位置； 照明系统，被配置为发射光； 全内反射TIR棱镜，包括: 第一表面，被配置为接收来自所述照明系统的所述光； 第二表面，被配置为输出在所述第一表面处接收的所述光，并接收反射光；以及 第三表面，被配置为输出在所述第二表面处接收的所述反射光， 光调制器，被配置为选择性地反射从所述全内反射TIR棱镜的所述第二表面输出的所述光的至少一些，以提供所述反射光；以及 输出光学系统，被配置为接收从所述全内反射TIR棱镜的所述第三表面输出的所述反射光，并输出该反射光至观察者的眼睛的晶状体，该晶状体聚焦所述反射光以直接在所述观察者的眼睛的视网膜上形成图像。
38.一种图像生成方法，包括: 存取关于图像的数据内容； 使用所存取的关于所述图像的数据内容，反射对应于所述图像的多个像素的光；以及在朝向观察者眼睛的方向上将所反射的所述图像的光传输至无限距，所传输的光由所述观察者的眼睛的晶状体聚焦以在所述观察者的眼睛的视网膜上形成所述图像。
39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括使用具有位于无限距的出射光瞳的照明系统提供所述光。
40.根据权利要求38所述的方法，其中所述图像的所述像素并行形成在所述观察者的眼睛的视网膜上。
41.根据权利要求38所述的方法，其中所述传输包括将所述反射光作为多个校准光束并行传输至所述观察者的眼睛。
42.根据权利要求38所述的方法，其中所述反射包括使用具有对应于像素的多个反射性反射镜的光调制器进行反射。
43.根据权利要求38所述的方法，其中所述传输包括: 在反射之后，接收所述图像的所述像素的所述光；以及 将所述像素的所述光定向至所述观察者的眼睛，而不需要在反射之后进一步反射。
44.根据权利要求38所述的方法，其中所述传输包括将所述图像的所述像素的所述光传输至所述观察者的眼睛，而不需要形成所述用户聚焦于其上的中间图像。
45.根据权利要求38所述的方法，其中所述反射包括使用光调制器进行反射，且进一步包括: 使用照明系统发射光； 通过使用全内反射TIR棱镜，将来自所述照明系统的所述光定向至所述光调制器；以及 通过使用全内反射TIR棱镜，将来自所述光调制器的所述光定向至将所述图像的反射光传输至无限距的输出光学系统。
【文档编号】G02B27/01GK104254800SQ201380008363
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年2月5日 优先权日:2012年2月6日
【发明者】艾伦·T·埃文斯, 布鲁斯·E·贝尔纳基 申请人:巴特尔纪念研究院