用于操纵来自环境光源的光的系统和方法与流程

用于操纵来自环境光源的光的系统和方法
1.本技术是申请日为2017年12月21日、pct国际申请号为 pct/us2017/067968、中国国家阶段申请号为201780086897.6、发明名称 为“用于操纵来自环境光源的光的系统和方法”的申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求于2016年12月22日提交的美国临时专利申请号 62/438,325的优先权权益，其以整体内容通过引用并入本文。
4.本技术还涉及于2017年12月13日提交的美国专利申请号15/841,043， 其以整体内容通过引用并入本文。
技术领域
5.本公开涉及光学设备，包括虚拟现实和增强现实成像和可视化系统。


背景技术：

6.现代计算和显示技术已经利于用于所谓的“虚拟现实”或者“增强现 实”体验的系统的发展，其中，数字再现图像或其部分以其看起来真实或 者可以被感知为真实的方式被呈现给用户。虚拟现实或者“vr”场景典型 地涉及数字或者虚拟图像信息的呈现，而对于其他实际现实世界视觉输入 不透明；增强现实或者“ar”场景典型地涉及将数字或者虚拟图像信息呈 现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或者“mr”场景 是一种类型的ar场景并且典型地涉及被集成到自然界中并且响应于自然 界的虚拟对象。例如，在mr场景中，ar图像内容可以由现实世界中的 对象阻挡或以其他方式被感知为与现实世界中的对象相互作用。
7.参考图1，描绘了增强现实场景10，其中，ar技术的用户看到以背 景中的人、树、建筑为特征的现实世界公园般的设置20，以及混凝土平台 30。除了这些项之外，ar技术的用户还感知到他“看到”“虚拟内容”， 诸如站在现实世界平台30上的机器人雕像40，以及飞行的卡通式的化身 人物50，其似乎是大黄蜂的拟人化，即使这些元素40、50不存在于现实 世界中。由于人类视觉感知系统是复杂的，因而产生利于其他虚拟或现实 世界影像元素中间的虚拟图像元素的舒适的、自然感觉的、丰富呈现的ar 技术是具挑战性的。
8.本文所公开的系统和方法解决与ar和vr技术有关的各种挑战。


技术实现要素：

9.本公开的系统、方法和设备各自具有数个创新方面，其中没有单独一 个仅负责本文所公开的期望的属性。
10.在附图和以下描述中阐述本说明书中所描述的主题的一个或多个实施 例的细节。其他特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求变得显而易 见。注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
11.在本文中描述了包括响应于刺激而经历物理和/或化学改变的可变光 学材料的
光学器件的各种示例，诸如以下列举的示例：
12.示例1：一种用户可穿戴显示设备，包括：框架，其被配置为安装在 用户上；增强现实显示器，其被附接到框架并且被配置为将图像引导到用 户的眼睛；传感器，其被配置为获得关于用户周围的环境中的环境光条件 的信息；可变光学材料，其响应于刺激而经历物理和/或化学改变；源，其 被配置为提供刺激；以及处理电子器件，其被配置为基于由传感器获得的 信息触发源以向可变光学材料提供刺激以实现材料中的物理和/或化学改 变，使得环境光的强度、环境光的光谱含量或环境光的方向中的至少一种 改变。
13.示例2：根据示例1所述的用户可穿戴设备，其中，增强现实显示器 包括波导，该波导被配置为：
14.允许通过波导观看用户周围的环境；以及
15.通过引导光离开波导并且到用户的眼睛中形成图像。
16.示例3：根据示例1-2所述的用户可穿戴设备，其中，波导是波导的 堆叠的一部分，其中，堆叠的每个波导被配置为输出与波导的堆叠的一个 或多个其他波导相比具有不同的发散量的光。
17.示例4：根据示例1-3所述的用户可穿戴设备，其中，传感器包括以 下各项中的至少一项：光传感器、图像采集设备、全球定位子系统或环境 传感器。
18.示例5：根据示例1-4所述的用户可穿戴设备，还包括：图像采集设 备，其被配置为跟踪用户的眼睛的运动。
19.示例6：根据示例1-5所述的用户可穿戴设备，还包括：光源，其被 配置为基于与引导到用户的眼睛的图像相关联的数据生成投影束。
20.示例7：根据示例1-6所述的用户可穿戴设备，其中，源包括光学源， 其被配置为向显示器的一个或多个部分引导可见或不可见光。
21.示例8：根据示例1-6所述的用户可穿戴设备，其中，源包括电源， 其被配置为向显示器的一个或多个部分提供电信号。
22.示例9：根据示例1-6所述的用户可穿戴设备，其中，源包括热源， 其被配置为向显示器的一个或多个部分提供热辐射。
23.示例10：根据示例1-6所述的用户可穿戴设备，其中，源包括声/超声 系统，其被配置为向显示器的一个或多个部分提供声/超声能量。
24.示例11：根据示例1-10所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料被嵌入在显示器的表面中。
25.示例12：根据示例1-10所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料被设置在显示器的表面上面。
26.示例13：根据示例1-12所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括有机或无机化合物。
27.示例14：根据示例1-13所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括电活性蛋白质。
28.示例15：根据示例1-14所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括响应于刺激而展现出尺寸或形状的改变的分子。
29.示例16：根据示例1-15所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括响应于
刺激而移动、旋转、扭转或移位的分子。
30.示例17：根据示例1-16所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括响应于刺激而移动到一起和/或粘附到一起的分子。
31.示例18：根据示例1-16所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括响应于刺激而远离彼此移动的分子。
32.示例19：根据示例1-18所述的用户可穿戴设备，其中，可变光学材 料包括响应于刺激而形成纳米结构的分子。
33.示例20：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一眼区(ocular region)和对应于用户的第二 眼睛的第二眼区，并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的 信息触发源以向显示器的一部分提供刺激以实现可变光学材料中的物理和 /或化学改变，使得作为由处理电子器件触发的源的刺激的结果，环境光的 强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中的至少一种通过第一眼区来 改变。
34.示例21：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一眼区和对应于用户的第二眼睛的第二眼区， 并且
35.其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器的一部分提供刺激以实现材料中的物理和/或化学改变，使得与通过第 二眼区的环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向相比较，通 过第一眼区的环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中的至 少一种不同地改变。
36.示例22：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子器 件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示器提供刺激以实现材 料中的物理和/或化学改变，使得透射通过显示器的第一部分的环境光的强 度的衰减大于透射通过显示器的第二部分的环境光的强度的衰减。
37.示例23：根据示例22所述的用户可穿戴设备，其中，入射在显示器 的第一部分上的环境光的强度大于入射在显示器的第二部分上的环境光的 强度。
38.示例24：根据示例22或23所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子 器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示器提供刺激以实现 材料中的物理和/或化学改变，使得透射通过显示器的第二部分的环境光的 强度减小。
39.示例25：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一眼区和对应于用户的第二眼睛的第二眼区， 并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现材料中的物理和/或化学改变，使得透射通过第一眼区 的一部分的环境光的强度减小。
40.示例26：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子器 件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示器提供刺激以实现材 料中的物理和/或化学改变，使得透射通过显示器的第一部分的环境光的光 谱与透射通过显示器的第二部分的环境光的光谱不同。
41.示例27：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜， 并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现与第一透镜相关联的可
变光学材料中的物理和/或化 学改变，使得作为来自由处理电子器件触发的源的刺激的结果，仅透射通 过第一透镜的环境光的强度减小。
42.示例28：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜， 并且
43.其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现与第一透镜相关联的可变光学材料中的物理和/或化 学改变，使得透射通过第一透镜的一部分的环境光的强度减小的量大于第 一透镜的另一部分。
44.示例29：根据示例28所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子器件 被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示器提供刺激以实现与第 二透镜相关联的可变光学材料中的物理和/或化学改变，使得透射通过第二 透镜的一部分的环境光的强度减小。
45.示例30：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜， 并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现与第一透镜相关联的可变光学材料中的物理和/或化 学改变，使得透射通过第一透镜的环境光的强度比通过第二透镜衰减更多。
46.示例31：根据示例30所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子器件 被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示器提供刺激以实现与第 二透镜相关联可变光学材料中的物理和/或化学改变，使得透射通过第二透 镜的环境光的强度减小。
47.示例32：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜， 并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现与第一或第二透镜相关联的可变光学材料中的物理和 /或化学改变，使得透射通过第一透镜和第二透镜的环境光的光谱是不同 的。
48.示例33：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括 对应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜， 并且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显 示器提供刺激以实现与第一或第二透镜相关联的可变光学材料中的物理和 /或化学改变，使得透射通过第一透镜的一部分的环境光的光谱与第一透镜 的另一部分不同。
49.示例34：根据示例33所述的用户可穿戴设备，其中，显示器包括对 应于用户的第一眼睛的第一透镜和对应于用户的第二眼睛的第二透镜，并 且其中，处理电子器件被配置为基于由传感器获得的信息触发源以向显示 器提供刺激以实现与第一或第二透镜相关联的可变光学材料中的物理和/ 或化学改变，使得透射通过第一透镜的一部分的环境光的光谱与第二透镜 的另一部分不同。
50.示例35：根据示例1-19所述的用户可穿戴设备，其中，如由穿戴者 的眼睛通过显示器看到的对象看起来与显示器的至少一部分对准，并且其 中，处理电子器件被配置为使得源向看起来与对象对准的显示器的至少一 部分提供刺激以实现可变光学材料中的物理和/或化学改变，使得来自所述 对象的光的强度、来自所述对象的所述光的光谱含量或者来自所述对象的 所述光的方向中的至少一种改变。
51.示例36：根据示例35所述的用户可穿戴设备，其中，处理电子器件 被配置为基于
如由所述传感器跟踪的用户的头部的运动确定看起来与对象 对准的显示器的至少一部分。
52.示例37：根据示例35-36中的任一项所述的用户可穿戴设备，其中， 处理电子器件被配置为使得源向显示器的至少一部分提供刺激以实现可变 光学材料中的物理和/或化学改变，使得环境光的强度减小。
53.示例38：根据前述示例中的任一个所述的用户可穿戴设备，还包括： 头部姿势传感器。
54.示例39：根据前述示例中的任一个所述的用户可穿戴设备，还被配置 为：基于来自用户的反馈调节显示器的至少一部分的位置，通过该显示器 的该至少一部分，环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中 的至少一种改变。
55.示例40：根据前述示例中的任一个所述的用户可穿戴设备，还被配置 为：基于来自用户的反馈调节显示器的至少一部分的尺寸，通过该显示器 的该至少一部分，环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中 的至少一种改变。
56.示例41：根据前述示例中的任一个所述的用户可穿戴设备，还被配置 为：基于来自用户的反馈调节环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境 光的方向中的至少一种改变的量。
57.示例42：一种操纵透射通过用户可穿戴显示设备的光的方法，所述用 户可穿戴显示设备包括显示表面，所述显示表面包括响应于刺激而改变透 射通过显示表面的环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中 的至少一种的可变光学材料，所述方法包括：使用传感器获得关于用户周 围的环境中的环境光条件的测量结果；确定入射在与显示表面的第一部分 相关联的第一位置以及与显示表面的第二部分相关联的第二位置上的光的 强度，相比所述第二部分，所述第一位置更接近于显示表面的所述第一部 分，相比所述第一部分，所述第二位置更接近于显示表面的所述第二部分； 控制源以向显示表面的第一部分提供第一刺激以实现材料中的物理和/或 化学改变，使得入射在第一部分上的环境光的强度、环境光的光谱含量或 者环境光的方向中的至少一种改变第一量；以及控制源以向显示表面的第 二部分提供第二刺激以实现材料中的物理和/或化学改变，使得入射在第二 部分上的环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的方向中的至少一 种改变第二量。
58.示例43：根据示例42所述的方法，其中，第一量与第二量不同。
附图说明
59.图1图示了通过ar设备的增强现实(ar)的用户的观察。
60.图2a和2b图示了可穿戴显示系统的实施例。
61.图3图示了用于为用户模拟三维影像的常规显示系统。
62.图4图示了用于使用多个深度平面模拟三维影像的方法的方面。
63.图5a-5c图示了曲率半径与焦半径之间的关系。
64.图6图示了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。
65.图7图示了由波导输出的出射束的示例。
66.图8图示了每个深度平面包括使用多个不同的分量颜色形成的图像的 堆叠波导组件的示例。
67.图9a图示了各自包括耦入光学元件的一组堆叠波导的示例的剖面侧 视图。
68.图9b图示了图9a的多个堆叠波导的示例的透视图。
69.图9c图示了图9a和图9b的多个堆叠波导的示例的自上而下平面图。
70.图10图示了包括环境光的一个或多个源的场景。
71.图11是图示改变通过显示透镜的光的透射的方法的流程图。
72.图12a是包括具有减小的环境光透射的部分的显示透镜的侧视图。图 12b是如从与眼睛侧相对的一侧看到的图12a中所图示的显示透镜的前视 图。图12c是图12a中所图示的显示透镜的俯视图。
73.各附图中的相似附图标记和标号指示相似元件。
具体实施方式
74.在本文中预期的实施例包括可穿戴显示设备(例如，增强现实和/或虚 拟现实眼镜)，该可穿戴显示设备包括可以响应于外部刺激(例如，光刺 激、电刺激、热刺激、超声/声刺激、辐射压力等)而改变以下各项中的至 少一项的至少一种可变光学材料：透射通过显示设备的环境光的强度、透 射通过显示设备的环境光的光谱含量或者透射通过显示设备的环境光的光 路(例如，通过衍射或者通过改变可变光学元件的折射率)。在各种实施 例中，至少一种可变光学材料可以被配置为使一个或多个波长范围内的环 境光的强度衰减。在一些实施例中，至少一种可变光学材料可以被配置为 反射、折射、散射、衍射或吸收入射光。可穿戴显示设备利用通过外部刺 激在至少一种可变光学材料中引起的物理改变/化学改变。作为外部刺激的 结果，至少一种可变光学材料可以取决于入射光的强度和/或光谱特性来改 变以下各项中的至少一项：透射通过显示设备的环境光的强度、透射通过 显示设备的环境光的光谱含量或者透射通过显示设备的环境光的光路，以 改进用户体验。可以执行各种研究来表征可变光学材料的光改变特性。还 可以针对不同类型的环境光源执行不同的研究来表征将导致期望的用户体 验的光改变的类型。可以考虑来自各种研究的反馈来确定显示设备的哪些 区域已经改变光透射和将提供期望的用户体验的光改变量。
75.在一些实施例中，至少一种可变光学材料可以被嵌入在显示设备的显 示表面中。在一些其他实施例中，至少一种可变光学材料可以被包括在可 以被设置在显示设备上的配件部件中。至少一种可变光学材料可以包括光 敏、电活性和/或放射敏感材料中。在一些实施例中，至少一种可变光学材 料可以包括有机或无机化合物。在一些实施例中，至少一种可变光学材料 可以包括光敏材料，诸如例如基于银的化合物(例如，氯化银或卤化银)。 在一些其他实施例中，至少一种可变光学材料可以包括有机化合物，诸如 嗪和/或萘并吡喃。在一些实施例中，至少一种可变光学材料可以包括分子 的一个或多个层。
76.至少一种可变光学材料可以由从例如眼镜上或者与眼镜集成的照射源 提供的光刺激激活。照射源可以是单色或多色的。在各种实施例中，照射 源可以包括led、扫描光纤投影仪、紫外光源或者被配置为提供电子束的 源。照射源可以由电气或者机械设备控制。例如，在一些实施例中，照射 源可以由可移动快门或者可变滤波器来控制。作为另一示例，照射源可以 由处理器电气控制。
77.处理器被配置为基于从一个或多个传感器(例如，光传感器、一个或 多个照相机、眼睛跟踪照相机、位置感测设备、姿势感测设备、被配置为 检测温度的环境传感器、全球定
位系统子组件、加速度计、颜色传感器等) 获得的信息触发提供光、电、热和/或声/超声刺激的设备。例如，处理器 可以被配置为基于从一个或多个传感器获得的信息接通或关断、激活或去 激活或以其他方式控制提供光、电、热和/或声/超声刺激的设备，这些刺 激将激活或控制显示设备的不同的部分中的至少一个可变材料以改变以下 各项中的至少一项：透射通过显示设备的环境光的强度、透射通过显示设 备的环境光的光谱含量或者透射通过显示设备的环境光的光路。
78.响应于刺激，至少一种可变光学材料可以经历物理和/或化学改变。例 如，至少一种可变光学材料的分子可以响应于刺激而经历尺寸的改变(例 如，收缩或者扩大)。作为另一示例，至少一种可变光学材料的分子可以 响应于刺激而经历形状的改变。作为又一示例，至少一种可变光学材料的 分子的密度可以响应于刺激而改变。因此，刺激可以改变以下各项中的至 少一项：透射通过显示设备的环境光的强度、透射通过显示设备的环境光 的光谱含量或者透射通过显示设备的环境光的光路。
79.在各种实施例中，至少一种可变光学材料的分子可以被配置为在提供 刺激时，移动、移位、旋转、扭转或以其他方式改变或响应。在一些实施 例中，至少一种可变光学材料的分子的运动、移位、旋转或扭转可以被配 置为是随机的。然而，在一些其他实施例中，至少一种可变光学材料的分 子的运动、移位、旋转或扭转可以被配置为是沿着特定方向。在一些实施 例中，至少一种可变光学材料移动、移位、旋转或扭转的速度可以通过改 变提供的刺激的特性来变化。在各种实施例中，至少一种可变光学材料的 分子可以响应于刺激而移动更接近一起。在一些其他实施例中，至少一种 可变光学材料的分子可以响应于刺激而移动更远离彼此。在一些实施例中， 至少一种可变光学材料的分子可以被配置为响应于刺激而形成纳米结构。
80.至少一种可变光学材料的分子的物理和/或化学改变可以通过控制刺 激的特性引起。例如，当刺激是光时，至少一种可变光学材料的分子的物 理和/或化学改变可以通过控制光刺激的波长和/或强度引起。作为另一示 例，当刺激是电时，至少一种可变光学材料的分子的物理和/或化学改变可 以通过控制电刺激的电压和/或电流引起。在各种实施例中，至少一种可变 光学材料的分子的物理和/或化学改变可以通过调制提供刺激的源来控制。 在一些实施例中，至少一种可变光学材料的分子的物理和/或化学改变可以 是可逆的，使得当刺激被移除时，至少一种可变光学材料的分子回到其原 始状态。在这样的实施例中，刺激恒定地被提供以维持至少一种可变光学 材料的分子的改变状态。在一些其他实施例中，可以在缺少刺激的情况下 维持至少一种可变光学材料的分子的物理和/或化学改变，直到提供去激活 能量以将至少一种可变光学材料的分子返回到其原始状态。在这样的实施 例中，刺激可以被提供短持续时间以发起至少一种可变光学材料的分子的 改变。
81.可穿戴显示设备的各种实施例被配置为使用各种传感器组件和/或成 像装置映射用户周围的现实世界中的对象，包括通过显示设备对用户可见 的对象。在各种实施例中，从各种传感器组件和/或成像装置获得的信息可 以用于创建数据库，该数据库包括例如现实世界中的各种对象相对于显示 设备和/或用户的头部/眼睛的位置和潜在地对象的其他特性，诸如其尺寸、 形状和/或对象显得多么明亮。当用户移动他或她的头部和/或身体时，由 于周围现实世界中的对象看起来相对于显示设备和/或用户的头部/眼睛移 动，因而数据库可以实时和/或近实时更新和/或提供更新信息。当用户移 动他/她的头部时，
数据库可以关于进入用户的视场的来自周围现实世界的 新对象的位置实时或近实时更新和/或提供更新信息。显示设备可以被配置 为和/或用于定位并且识别通过显示设备对用户可见的现实世界中的不同 的环境光源。不同的环境光源可以看起来与显示设备的可视表面的不同部 分对准。这些对象可能产生眩光。因此，显示设备可以被配置为改变、更 改、调节或操纵以下各项中的至少一项：透射通过不同的环境光源看起来 与其对准的显示设备的可视表面的不同部分的环境光的强度、环境光的光 路或者环境光的光谱含量，以便减少眩光。
82.可穿戴显示设备的各种实施例被配置为使入射在显示表面的各部分上 的入射环境光衰减。因此，以下各项中的至少一项的变化量可以跨显示设 备的表面变化并且不需要是均匀的：透射通过显示设备的环境光的强度、 透射通过显示设备的环境光的光谱含量或者透射通过显示设备的环境光的 光路。这当显示表面的一个部分比另一部分引入更多眩光时在维持用户体 验方面可以是有利的。例如，当用户正观看具有背景中的阳光或强光的场 景时，那么透射通过与阳光或强光对准的显示设备的一部分的入射光可以 比透射通过显示设备的其他部分的入射光的强度衰减更大的量。此外，当 用户正在窗口附近或者使用台灯观看显示设备时，那么透射通过窗口或者 台灯附近的显示设备的一部分的入射光可以比透射通过更远离窗口或者台 灯的显示设备的一部分的入射光的强度衰减更大的量，因为窗口或者台灯 附近的显示设备的一部分可能具有更多眩光。
83.现在将对附图进行参考，其中相似附图标记自始至终指代相似部件。 将理解到，本文所公开的实施例包括光学系统，通常包括显示系统。在一 些实施例中，显示系统是可穿戴的，其可以有利地提供更沉浸的vr或ar 体验。例如，包含一个或多个波导(例如，波导的堆叠)的显示器可以被 配置为穿戴定位在用户或观察者的眼睛的前面。在一些实施例中，波导的 两个堆叠(一个用于观察者的一只眼睛)可以用于向每只眼睛提供不同的 图像。
84.示例显示系统
85.图2a图示了可穿戴显示系统60的示例。显示系统60包括显示器70， 以及支持该显示器70的运行的各种机械和电子模块和系统。显示器70可 以被耦合到框架80，该框架80是可由显示系统用户或观察者90穿戴的， 并且该框架80被配置为将显示器70定位在用户90的眼睛的前面。在一些 实施例中，显示器70可以被认为是眼镜。在一些实施例中，扬声器100 被耦合到框架80并且被配置为被定位在用户90的耳道附近(在一些实施 例中，未示出的另一扬声器被定位在用户的另一耳道附近以提供立体/可成 形声音控制)。在一些实施例中，显示系统还可以包括一个或多个麦克风 110或者检测声音的其他设备。在一些实施例中，麦克风被配置为允许用 户向系统60提供输入或者命令(例如，语音菜单命令、自然语言问题等的 选择)，和/或可以允许与其他人(例如，与类似显示系统的其他用户)的 音频通信。麦克风还可以被配置为采集音频数据(例如，来自用户和/或环 境的声音)的外围传感器。在一些实施例中，显示系统还可以包括外围传 感器120a，该外围传感器120a可以与框架80分离并且被附接到用户90 的身体(例如，在用户90的头部、躯干、肢体等上)。在一些实施例中， 外围传感器120a可以被配置为采集表征用户90的生理状态的数据。例如， 传感器120a可以是电极。
86.继续参考图2a，显示器70通过通信链路130(诸如通过有线导线或 无线连接)操作
性地耦合到本地数据处理模块140，其可以安装在各种配 置中，诸如固定地附接到框架80、固定地附接到由用户穿戴的头盔或帽子、 被嵌入在耳机中、或者以其他方式可移除地附接到用户90(例如，在背包 型配置中、在腰带耦合型配置中)。类似地，传感器120a可以由通信链路 120b(例如，有线导线或无线连接)操作性地耦合到本地处理器和数据模 块140。本地处理和数据模块140可以包括硬件处理器，以及数字存储器， 诸如非易失性存储器(例如，闪存或硬盘驱动器)，其二者可以用于辅助 数据的处理、高速缓存和存储。数据包括以下数据：a)从传感器(其可以 例如操作性地耦合到框架80或以其他方式附接到用户90)采集的数据， 诸如图像采集设备(诸如照相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、 指南针、gps单元、无线电设备、陀螺仪和/或本文所公开的其他传感器； 和/或b)使用远程处理模块150和/或远程数据存储库160采集和/或处理 的数据(包括与虚拟内容有关的数据)，可能地用于在这样的处理或者检 索之后传送到显示器70。本地处理和数据模块140可以通过通信链路170、 180(诸如经由有线或无线通信链路)操作性地耦合到远程处理模块150 和远程数据存储库160，使得这些远程模块150、160操作性地耦合到彼此 并且可用作本地处理和数据模块140的资源。在一些实施例中，本地处理 和数据模块140可以包括以下各项中的一项或多项：图像采集设备、麦克 风、惯性测量单元、加速度计、指南针、gps单元、无线电设备和/或陀螺 仪。在一些其他实施例中，这些传感器中的一个或多个可以附接到框架80， 或者可以是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块14通信的独 立结构。
87.继续参考图2a，在一些实施例中，远程处理模块150可以包括被配置 为分析和处理数据和/或图像信息的一个或多个处理器。在一些实施例中， 远程数据存储库160可以包括数字数据存储设施，该数字数据存储设施可 以是通过因特网或“云”资源配置中的其他网络配置可用的。在一些实施 例中，远程数据存储库160可以包括一个或多个远程服务器，该一个或多 个远程服务器向本地处理和数据模块140和/或远程处理模块150提供信 息，例如，用于生成增强现实内容的信息。在一些实施例中，所有数据被 存储并且所有计算在本地处理和数据模块中执行，这允许来自远程模块的 完全自主使用。
88.显示系统60的各种实施例可以包括一个或多个部件(例如，照相机、 光传感器、颜色传感器、温度传感器、运动检测器、加速度计、陀螺仪、 全球定位子系统等)，该一个或多个部件被配置为感测用户90周围的环境。 在显示系统60中包括的一个或多个部件还可以被配置为监测头部的位置 和/或跟踪用户90的眼睛运动。例如，在显示系统60中包括的一个或多个 部件可以被配置为确定响应于强光的瞳孔的收缩、响应于低光的瞳孔的扩 张、眨眼反应等。作为另一示例，在显示系统60中包括的一个或多个部件 可以被配置为监测和/或跟踪用户的头部的运动。在一些实施例中，在显示 系统60中包括的一个或多个部件可以被配置为监测和/或跟踪当用户的头 部移动时现实世界对象(例如，树、太阳、环境光源等)相对于用户的眼 睛的位置。
89.图2b图示了显示系统60的实施例中包括的部件中的一些部件。取决 于使用系统的应用，其他实施例可以具有附加或更少的部件。然而，图2b 提供了可以包括在被配置为感测环境的显示系统60中的各种部件中的一 些部件的基本思想。在图2b中所图示的实施例中，显示设备70包括显示 透镜106，该显示透镜106可以通过框架80安装到用户的头部或者眼睛。 显示透镜106可以被配置为将来自一个或多个光投影系统118的投影光 124传播到眼睛122中。显示透镜106还可以被配置为允许来自用户90周 围的局部环境的至少一些
头部(和/或眼睛)的姿势，并且定位和识别通过显示设备对于用户可见的 现实世界中的不同的环境光源。系统60可以被配置为确定环境光入射沿着 的方向、环境光的强度和/或入射在显示器70上的环境光的光谱特性。通 过光传感器128、传感器组件126、面向外照相机112和可能地一个或多个 头部姿势传感器所获得的关于对象的位置以及可能地用户的头部的姿势的 信息可以与由面向内照相机114所提供的关于用户的眼睛122的瞳孔的尺 寸和可能地用户的眼睛正指向的方向的信息组合，来识别与对于用户可见 的现实世界的视图中的环境光源重合、对准和/或重叠的显示器70的部分。 来自光传感器128、传感器组件126、面向外照相机112和/或面向内照相 机114的信息可以结合可能地来自相关联的云计算资源的数据使用，来映 射本地世界和对象、其特征或特性和本地世界的对象和特征相对于用户的 眼睛的位置。
94.在如下文所讨论的各种实施例中，显示透镜106可以包括可变光学部 件，该可变光学部件具有至少一种材料，该至少一种材料可以被配置为响 应于由显示系统60的一个或多个部件提供的刺激，改变以下各项中的至少 一项：透射通过显示透镜106的至少一部分的环境光的强度、透射通过显 示透镜106的至少一部分的环境光的光谱含量或者透射通过显示透镜106 的至少一部分的环境光的光路，以改进用户体验。例如，如果显示系统60 基于从光传感器128、传感器组件126、面向外照相机112和/或面向内照 相机114获得的信息确定显示透镜106的一部分上的环境光条件是明亮的 或者明亮对象在用户的视场中并且与显示的一部分对准，那么显示系统60 可以被配置为提供可以改变以下各项中的至少一项的刺激(例如，热、声/ 超声、光或电刺激)：透射通过显示透镜106的该部分的环境光的强度、 透射通过显示透镜106的该部分的环境光的光谱含量、或者透射通过显示 透镜106的该部分的环境光的光路，以减小透射通过显示透镜106的该部 分和/或来自明亮对象的环境光的强度并且改进视觉体验。
95.因此，显示系统60的各种实施例可以包括：发光模块134，其被配置 为发射紫外、红外和/或可见光以向显示透镜106的至少一部分提供光刺 激；电气系统132，其可以向显示透镜106的至少一部分提供电刺激；热 源136，其可以向显示透镜106的至少一部分提供热刺激；和/或声/超声换 能器138，其向显示透镜136的至少一部分提供声/超声刺激。由发光模块 134所提供的光刺激可以包括入射在被配置为具有减小的光透射的显示透 镜106的一部分上的不可见和/或可见光的定向窄束。在各种实施例中，显 示透镜106可以包括电极的布置(例如，电极阵列、电极的二维栅格)， 该电极的布置电气连接到电气系统132。电气系统132可以向显示透镜106 的一部分中的电极提供电信号(例如，电压信号或者电流信号)，该显示 透镜106的一部分被配置为改变环境光的强度、改变环境光的光谱含量和/ 或改变入射在显示透镜106上的环境光的方向。发光模块134、热源136、 声/超声换能器138和/或电气系统132可以与图2b中所示的框架80集成。 可选地，在一些实施例中，一个或全部发光模块134、热源136、声/超声 换能器138和电气系统132可以远程于显示器70来定位。
96.将图像感知为“三维”或“3-d”可以通过向观察者的每只眼睛提供 图像的稍微不同的呈现实现。图3图示了用于为用户模拟三维影像的常规 显示系统。两个不同的图像190、200-一个用于每只眼睛210、220-被输出 给用户。图像190、200沿着平行于观察者的视线的光轴或z轴与眼睛210、 220隔开距离230。图像190、200是平面的，并且眼睛210、220可以通过 假定单个调节状态聚焦于图像上。这样的3-d显示系统依赖于人类视觉系 统来组
合图像190、200，以为组合图像提供深度和/或标度感知。
97.然而，将理解到，人类视觉系统是更复杂的，并且提供现实深度感知 是更具挑战性的。例如，常规“3-d”显示系统的许多观察者发现这样的 系统是不舒适的或者可能根本感知不到深度感觉。在不由理论限制的情况 下，人们相信对象的观察者可以由于辐辏(vergence)和调节的组合将对 象感知为“三维的”。两只眼睛相对于彼此的辐辏运动(即，眼睛的旋转， 使得瞳孔朝向或远离彼此移动以将眼睛的视线会聚以固定在对象上)与眼 睛的晶状体和瞳孔的聚焦(或“调节”)紧密地相关联。在正常情况下， 改变眼睛的晶状体的焦点或者调节眼睛以将焦点从一个对象改变到不同的 距离处的另一对象将在被称为“调节-辐辏反射”以及瞳孔扩张或者收缩的 关系下自动引起对于相同距离的辐辏的匹配改变。同样地，在正常情况下， 辐辏的改变将触发晶状体形状和瞳孔大小的调节的匹配改变。如本文指出 的，许多立体或者“3-d”显示系统将使用对每只眼睛稍微不同的呈现(并 且因此，稍微不同的图像)显示场景，使得三维视角由人类视觉系统感知。 然而，这样的系统对于许多观察者是不舒适的，因为除了其他方面，其简 单地提供场景的不同的呈现，但是其中，眼睛在单个调节状态处观察所有 图像信息，并且与“调节-辐辏反射”相违背。提供调节与辐辏之间的更好 匹配的显示系统可以形成三维影像的更现实并且舒适的模拟，其有助于增 加的耐久性持续时间以及进而对诊断和治疗协议的符合性。
98.图4图示了用于使用多个深度平面模拟三维影像的方法的方面。参考 图4，在z轴上距眼睛210、220各种距离处的对象由眼睛210、220调节， 使得那些对象合焦。眼睛210、220采取特定调节状态以将对象对焦在沿着 z轴的不同距离处。因此，特定调节状态可以被说成与深度平面240中的 特定一个相关联，并且具有相关联的焦距，使得当眼睛在针对该深度平面 的调节状态中时特定深度平面中的对象或者对象的部分合焦。在一些实施 例中，三维影像可以通过为眼睛210、220中的每一个提供图像的不同呈现 并且还通过提供对应于深度平面中的每一个的图像的不同呈现来模拟。虽 然为了说明清晰起见被示出为分离的，但是将理解到，眼睛210、220的视 场可以重叠，例如，随着沿着z轴的距离增加。另外，虽然为了便于说明 起见被示出为平的，但是将理解到，深度平面的轮廓在物理空间中可以是 弯曲的，使得深度平面中的所有特征与特定调节状态中与眼睛合焦。
99.对象与眼睛210或220之间的距离还可以改变如由该眼睛观察的来自 该对象的光的发散量。图5a-5c图示了距离与光线的发散之间的关系。对 象与眼睛210之间的距离以减小的距离的次序由r1、r2和r3表示。如 在图5a-5c中所示，随着到对象的距离减小，光线变得更发散。随着距离 增加，光线变得更准直。换句话说，可以说由点(对象或者对象的一部分) 产生的光场具有球面波前曲率，该球面波前曲率是该点距用户的眼睛多么 远的函数。曲率随着减小对象与眼睛210之间的距离而增加。因此，在不 同的深度平面处，光线的发散度也是不同的，其中，发散度随着深度平面 与观察者的眼睛210之间减小的距离而增加。虽然在图5a-5c和本文中的 其他附图中为了说明清晰起见仅图示单只眼睛210，但是将理解到，关于 眼睛210的讨论可以适用于观察者的两只眼睛210和220。
100.在不由理论限制的情况下，人们相信人眼通常可以解释有限数目的深 度平面以提供深度感知。因此，感知深度的高度可信模拟可以通过向眼睛 提供对应于这些有限数目的深度平面中的每一个的图像的不同呈现来实 现。不同呈现可以由观察者的眼睛单独聚焦，从而有助于基于使针对位于 不同的深度平面的场景的不同的图像特征对焦所要求的
眼睛的调节和/或 基于观察离焦的不同深度平面上的不同图像特征，给用户提供深度线索。
101.图6图示了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。显示系统250 包括波导的堆叠或者堆叠波导组件260，该波导的堆叠或者堆叠波导组件 260可以用于使用多个波导270、280、290、300、310向眼睛/大脑提供三 维感知。在一些实施例中，显示系统250是图2a和/或图2b的系统60， 并且图6示意性地更详细地示出该系统60的一些部分。例如，波导组件 260可以是图2a的显示器70的一部分。作为另一示例，波导组件260可 以是图2b的显示透镜106的一部分。将理解到，在一些实施例中，显示 系统250可以被认为是光场显示器。
102.继续参考图6，波导组件260还可以包括波导之间的多个特征320、330、 340、350。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以是一个或多个 透镜。波导270、280、290、300、310和/或多个透镜320、330、340、350 可以被配置为以不同水平的波前曲率或者光线发散向眼睛发送图像信息。 每个波导水平可以与特定深度平面相关联并且可以被配置为输出对应于该 深度平面的图像信息。图像注入设备360、370、380、390、400可以用作 用于波导的光源并且可以用于将图像信息注入波导270、280、290、300、 310中，如本文所描述的，其中的每一个波导可以被配置为跨每个相应波 导分布入射光，用于朝向眼睛210输出。光离开图像注入设备360、370、 380、390、400的输出表面410、420、430、440、450并且注入波导270、 280、290、300、310的对应的输入表面460、470、480、490、500中。在 一些实施例中，输入表面460、470、480、490、500中的每一个可以是对 应的波导的边缘，或者可以是对应的波导的主要表面的一部分(即，直接 面对世界510或者观察者的眼睛210的波导表面之一)。在一些实施例中， 单个光束(例如，准直束)可以被注入每个波导中以输出克隆的准直束的 整个场，该克隆的准直束以对应于与特定波导相关联的深度平面的特定角 (和发散量)朝向眼睛210引导的。在一些实施例中，图像注入设备360、 370、380、390、400中的单独一个可以与多个(例如，三个)波导270、 280、290、300、310相关联并且将光注入多个(例如，三个)波导270、 280、290、300、310中。
103.在一些实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400是分立显 示器，该分立显示器各自产生用于分别注入对应的波导270、280、290、 300、310中的图像信息。在一些其他实施例中，图像注入设备360、370、 380、390、400是单个复用显示器的输出端，该单个复用显示器的输出端 可以例如经由一个或多个光学导管(诸如光纤光缆)将图像信息输送到图 像注入设备360、370、380、390、400中的每一个。将理解到，由图像注 入设备360、370、380、390、400提供的图像信息可以包括不同的波长或 者颜色(例如，不同的分量颜色，如本文所讨论的)的光。在一些实施例 中，图像注入设备360、370、380、390、400可以是图2b的光投影系统 118的一部分。
104.在一些实施例中，注入波导270、280、290、300、310中的光由光投 影仪系统520提供，该光投影仪系统520包括光模块530，该光模块530 可以包括光发射器，诸如发光二极管(led)。来自光模块530的光可以 经由分束器550被引导到光调制器540(例如，空间光调制器)，并且由 光调制器540修改。光调制器540可以被配置为改变注入波导270、280、 290、300、310中的光的感知强度。空间光调制器的示例包括液晶显示器 (lcd)，其包括硅上液晶(lcos)显示器。在一些实施例中，光投影 仪系统520可以是图2b的光投影系统118的一部分。
105.在一些实施例中，显示系统250可以是扫描光纤显示器，包括被配置 为以各种图案(例如，光栅扫描、螺旋扫描、李沙育(lissajous)图案等) 将光投影到一个或多个波导270、280、290、300、310中并且最终到观察 者的眼睛310的一个或多个扫描光纤。在一些实施例中，所图示的图像注 入设备360、370、380、390、400可以示意性地表示被配置为将光注入一 个或多个波导270、280、290、300、310中的单个扫描光纤或一束扫描光 纤。在一些其他实施例中，所图示的图像注入设备360、370、380、390、 400可以示意性地表示多个扫描光纤或多束扫描光纤，其中的每一个被配 置为将光注入波导270、280、290、300、310中的相关联的一个。将理解 到，一个或多个光纤可以被配置为将光从光模块530传输到一个或多个波 导270、280、290、300、310。将理解到，一个或多个中间光学结构可以 在扫描光纤或光纤与一个或多个波导270、280、290、300、310之间提供， 以例如将离开扫描光纤的光重定向到一个或多个波导270、280、290、300、 310。
106.控制器560控制堆叠波导组件260中的一个或多个的操作，包括图像 注入设备360、370、380、390、400、光源530和光调制器540的操作。 在一些实施例中，控制器560是本地数据处理模块140的一部分。控制器560包括根据例如本文所公开的各种方案中的任一个调控到波导270、280、 290、300、310的图像信息的时序和提供的编程(例如，非暂态介质中的 指令)。在一些实施例中，控制器可以是单个积分设备，或者由有线或无 线通信信道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器560可以是处理 模块140或150(图2a)的一部分。
107.继续参考图6，波导270、280、290、300、310可以被配置为通过全 内反射(tir)在每个相应波导内传播光。波导270、280、290、300、310 可以各自是平面的或者具有另外的形状(例如，弯曲的)，其具有主顶面 和主底面以及在那些主顶面与主底面之间延伸的边缘。在所图示的配置中， 波导270、280、290、300、310可以各自包括耦出光学元件570、580、590、 600、610，该耦出光学元件570、580、590、600、610被配置为通过重定 向在每个相应波导内传播的光来将光提取出波导，提取出波导以向眼睛 210输出图像信息。提取的光还可以称为耦出光，并且耦出光学元件光还 可以称为光提取光学元件。所提取的光束可以由波导在波导中传播的光撞 击光提取光学元件的位置处输出。耦出光学元件570、580、590、600、610 可以例如是包括衍射光学特征的光栅，如本文进一步讨论的。虽然图示被 设置在波导270、280、290、300、310的底主表面处以便于描述和附图清 晰，但是在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610可以 设置在顶和/或底主表面处，和/或可以直接设置在波导270、280、290、300、 310的体积中，如本文进一步讨论的。在一些实施例中，耦出光学元件570、 580、590、600、610可以在附接到透明衬底以形成波导270、280、290、 300、310的材料层中形成。在一些其他实施例中，波导270、280、290、 300、310可以是单片材料，并且耦出光学元件570、580、590、600、610 可以在该片材料的表面上和/或内部中形成。
108.继续参考图6，如本文所讨论的，每个波导270、280、290、300、310 被配置为输出光以形成对应于特定深度平面的图像。例如，最靠近眼睛的 波导270可以被配置为将准直光(其被注入这样的波导270中)递送给眼 睛210。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一向上波导280可以被配 置为发送出准直光，该准直光在其可以到达眼睛210之前通过第一透镜350 (例如，负透镜)；这样的第一透镜350可以被配置为产生轻微的凹波前 曲率，使得眼睛/大脑将来自该下一向上波导280的光解释为来自从光学无 限远朝向眼睛210向内更接近的第一焦平面。类似地，第三向上波导290 使其输出光在到达眼睛210之前穿过第一透镜
350和第二透镜340；第一 透镜350和第二透镜340的组合屈光力可以被配置为产生波前曲率的另一 增加量，使得眼睛/大脑将来自第三波导290的光解释为比来自下一向上波 导280的光从光学无限远朝向人向内更加接近的第二焦平面。
109.其他波导层300、310和透镜330、320类似地被配置，其中，该堆叠 中的最高波导310通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，用于代表到 人的最近焦平面的总光焦度。为了补偿当观看/解释来自堆叠波导组件260 的另一侧的世界510的光时透镜320、330、340、350的堆叠，补偿透镜层 620可以被设置在堆叠的顶部以补偿下面透镜堆叠320、330、340、350的 总光焦度。这样的配置提供与存在可用的波导/透镜配对一样多的焦平面。 波导的耦出光学元件和透镜的聚焦方面二者可以是静态的(即，非动态或 电活性的)。在一些可选实施例中，一者或二者可以使用电活性特征是动 态的。
110.在一些实施例中，波导270、280、290、300、310中的两个或两个以 上可以具有相同的相关联深度平面。例如，多个波导270、280、290、300、 310可以被配置为将图像集输出给相同的深度平面，或者波导270、280、 290、300、310的多个子集可以被配置为将图像集输出给相同的多个深度 平面，其中，针对每个深度平面具有一个集。这可以提供用于形成拼接图 像以在那些深度平面处提供扩展视场的优点。
111.继续参考图6，耦出光学元件570、580、590、600、610可以被配置 为将光重定向到其相应波导之外并且以对于与波导相关联的特定深度平面 的适当的发散或准直量输出该光。因此，具有不同的相关联的深度平面的 波导可以具有耦出光学元件570、580、590、600、610的不同配置，其取 决于相关联的深度平面，输出具有不同的发散量的光。在一些实施例中， 光提取光学元件570、580、590、600、610可以是体积或者表面特征，其 可以被配置为以特定角输出光。例如，光提取光学元件570、580、590、 600、610可以是体积全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在一些实施例 中，特征320、330、340、350可以不是透镜；相反，其可以简单地是间隔 器(例如，包层和/或用于形成空隙的结构)。
112.在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610是形成衍 射图案的衍射特征，或者“衍射光学元件”(在本文中还被称为“doe”)。 优选地，doe具有足够低的衍射效率，使得光束的仅一部分利用doe的 每个交点朝向眼睛210偏转离开，而剩余部分继续经由tir移动通过波导。 携带图像信息的光因此被分成在许多位置处离开波导的许多相关出射束， 并且结果是针对在波导内到处反弹的该特定准直束的朝向眼睛210的出射 发射的相当均匀的图案。
113.在一些实施例中，一个或多个doe可以是在其主动地衍射的“开启
”ꢀ
状态与其不显著地衍射的“关闭”状态之间可切换的。例如，可切换doe 可以包括聚合物分散液晶层，其中，微滴包括主介质中的衍射图案，并且 微滴的折射率可以被切换以基本上匹配主材料的折射率(在该情况下，图 案未明显地衍射入射光)或者微滴可以被切换到不匹配主介质的折射率的 折射率(在该情况下，图案主动地衍射入射光)。
114.在一些实施例中，照相机组件630(例如，数字照相机，包括可见光 和红外光照相机)可以被提供以采集眼睛210和/或眼睛210周围的组织的 图像，以例如检测用户输入和/或监测用户的生理状态。在各种实施例中， 照相机组件630可以包括任意图像采集设备。如本文所使用的，照相机可 以是任何图像采集设备。在一些实施例中，照相机组件630可以包括图像 采集设备和向眼睛投影光(例如，红外光)的光源，该光可以然后由眼睛 反射并且
由图像采集设备检测。在一些实施例中，照相机组件630可以附 接到框架80(图2a)并且可以与处理模块140和/或150电气通信，该处 理模块140和/或150可以处理来自照相机组件630的图像信息以做出关于 例如用户的生理状态的各种确定，如本文所讨论的。将理解到，关于用户 的生理状态的信息可以用于确定用户的行为或者情绪状态。这样的信息的 示例包括用户的运动和/或用户的面部表情。用户的行为或者情绪状态可以 然后利用采集的环境和/或虚拟内容数据进行三角测量以便确定行为或者 情绪状态、生理状态与环境或者虚拟内容数据之间的关系。在一些实施例 中，可以针对每只眼睛利用一个照相机组件630，以单独监测每只眼睛。
115.现在参考图7，示出了由波导输出的出射束的示例。图示了一个波导， 但是将理解到，在波导组件260包括多个波导的情况下，波导组件260(图 6)中的其他波导可以类似地运行。光640在波导270的输入表面460处被 注入波导270中并且通过tir在波导270内传播。在光640入射在doe 570 上的点处，光的一部分离开波导作为出射束650。出射束650被图示为基 本上平行的，但是如本文所讨论的，其还可以被重定向以以某个角度传播 到眼睛210(例如，形成发散出射束)，这取决于与波导270相关联的深 度平面。将理解到，基本上平行出射束可以指示包括耦出光学元件的波导， 该耦出光学元件耦出光以形成看起来设定在距眼睛210大距离(例如，光 学无限远)的深度平面上的图像。其他波导或者其他耦出光学元件集可以 输出更发散的出射束图案，该出射束图案将要求眼睛210调节到更近的距 离以使其对焦于视网膜并且将由大脑解释为来自比光学无限远更接近于眼 睛210的距离的光。在各种实施例中，出射束650可以对应于图2b的投 影束124。
116.在一些实施例中，全色图像可以通过重叠分量颜色(例如，三种或更 多种分量颜色)中的每一个的图像在每个深度平面处形成。图8图示了每 个深度平面包括使用多个不同的分量颜色形成的图像的堆叠波导组件的示 例。所图示的实施例示出深度平面240a
–
240f，但是还预期了更多或更 少的深度。每个深度平面可以具有与其相关联的三个或更多个分量颜色图 像，包括：第一颜色g的第一图像；第二颜色r的第二图像；以及第三颜 色b的第三图像。通过跟随字母g、r和b的针对屈光度(dpt)的不同 的数字在附图中指示不同的深度平面。仅作为示例，跟随这些字母中的每 一个的数字指示屈光度(1/m)，或者深度平面距观察者的反距离，并且 附图中的每个框表示单独的分量颜色图像。在一些实施例中，为了解释不 同的波长的光的眼睛聚焦的差异，用于不同的颜色分量的深度平面的确切 定位可以变化。例如，对于给定深度平面的不同的分量颜色图像可以被放 置在对应于距用户不同距离的深度平面上。这样的布置可以增加视觉灵敏 度和用户舒适和/或可以减小色差。
117.在一些实施例中，每种分量颜色的光可以由单个专用波导输出，并且 因此，每个深度平面可以具有与其相关联的多个波导。在这样的实施例中， 包括字母g、r或b的图中的每个框可以被理解为表示单独波导，并且每 深度平面可以提供三个波导，其中，每深度平面提供三种颜色分量图像。 虽然与每个深度平面相关联的波导在该附图中被示出为彼此邻近，但是将 理解到，在物理设备中，波导可以全部布置在每层具有一个波导的堆叠中。 在一些其他实施例中，多种分量颜色可以由相同波导输出，使得例如，每 深度平面可以仅提供单个波导。
118.继续参考图8，在一些实施例中，g是绿色，r是红色，并且b是蓝 色。在一些其他实施例中，与光的其他波长相关联的其他颜色(包括品红 和青色)可以另外使用或者可以替
换红、绿或蓝中的一个或多个。在一些 实施例中，特征320、330、340和350可以是有源或无源光学滤波器，该 有源或无源光学滤波器被配置为阻止或选择性地阻止从周围环境到观察者 的眼睛的光。
119.将理解到，贯穿本公开对于光的给定颜色的引用将被理解为涵盖由观 察者感知为具有该给定颜色的光的波长的范围内的一个或多个波长的光。 例如，红光可以包括大约620
–
780nm的范围内的一个或多个波长的光， 绿光可以包括大约492
–
577nm的范围内的一个或多个波长的光，并且蓝 光可以包括大约435
–
493nm的范围内的一个或多个波长的光。
120.在一些实施例中，光源530(图6)可以被配置为发射观察者的视觉感 知范围之外的一个或多个波长的光，例如，红外和/或紫外波长。另外，显 示器250的波导的耦入、耦出和其他光重定向结构可以被配置为朝向用户 的眼睛210将该光引导并且发射到显示器之外，例如，用于成像和/或用户 刺激应用。
121.现在参考图9a，在一些实施例中，入射在波导上的光可能需要重定向 以将该光耦入到波导中。耦入光学元件可以用于将光重定向并且耦入到其 对应的波导中。图9a图示了各自包括耦入光学元件的多个堆叠波导或堆 叠波导集660的示例的剖面侧视图。波导可以各自被配置为输出一个或多 个不同波长或者一个或多个不同波长范围的光。将理解到，堆叠660可以 对应于堆叠260(图6)，并且堆叠660的所图示的波导可以对应于多个波 导270、280、290、300、310的一部分，例外的是，来自图像注入设备360、 370、380、390、400中的一个或多个的光从要求光重定向用于耦入的位置 被注入到波导中。
122.所图示的堆叠波导集660包括波导670、680和690。每个波导包括相 关联的耦入光学元件(其还可以被称为波导上的光输入区)，其中例如， 在波导670的主表面(例如，上主表面)上设置的耦入光学元件700、在 波导680的主表面(例如，上主表面)上设置的耦入光学元件710，以及 在波导690的主表面(例如，上主表面)上设置的耦入光学元件720。在 一些实施例中，耦入光学元件700、710、720中的一个或多个可以被设置 在相应波导670、680、690的底主表面上(特别地其中，一个或多个耦入 光学元件是反射偏转光学元件)。如所图示的，耦入光学元件700、710、 720可以被设置在其相应波导670、680、690的上主表面上(或在下一个 下波导的顶部)，特别地其中，那些耦入光学元件是透射偏转光学元件。 在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以被设置在相应波导670、 680、690的本体中。在一些实施例中，如本文所讨论的，耦入光学元件700、 710、720是波长选择的，使得其选择性地重定向光的一个或多个波长，同 时透射光的其他波长。虽然图示在其相应波导670、680、690的一个边或 角上，但是将理解到，在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可 以设置在其相应波导670、680、690的其他区域中。
123.如所图示的，耦入光学元件700、710、720可以彼此横向偏移。在一 些实施例中，每个耦入光学元件可以偏移，使得其在该光不穿过另一耦入 光学元件的情况下接收光。例如，每个耦入光学元件700、710、720可以 被配置为从如图6中所示的不同图像注入设备360、370、380、390和400 接收光，并且可以与其他耦入光学元件700、710、720分离(例如，横向 地隔开)，使得其基本上不接收来自耦入光学元件700、710、720中的其 他耦入光学元件的光。
124.每个波导还包括相关联的光分布元件，其中，例如，在波导670的主 表面(例如，顶主表面)上设置的光分布元件730、在波导680的主表面 (例如，顶主表面)上设置的光分布
元件740，以及在波导690的主表面 (例如，顶主表面)上设置的光分布元件750。在一些其他实施例中，光 分布元件730、740、750可以分别设置在相关联的波导670、680、690的 底主表面上。在一些其他实施例中，光分布元件730、740、750可以分别 设置在相关联的波导670、680、690的顶和底主表面上；或者光分布元件 730、740、750可以分别设置在不同的相关联的波导670、680、690中的 顶和底要表面中的不同的主表面上。
125.波导670、680、690可以通过例如气体、液体和/或固体材料层隔开并 且分离。例如，如所图示的，层760a可以将波导670和680分离；并且层 760b可以将波导680和690分离。在一些实施例中，层760a和760b由低 折射率材料(即，具有比形成波导670、680、690中的直接相邻的一个波 导的材料更低的折射率的材料)形成。优选地，形成层760a、760b的材 料的折射率小于形成波导670、680、690的材料的折射率0.05或更多，或 者0.10或更少。有利地，较低折射率层760a、760b可以用作包层，该包 层利于通过波导670、680、690的光的tir(例如，每个波导的顶主表面 与底主表面之间的tir)。在一些实施例中，层760a、760b由空气形成。 虽然未图示，但是将理解到，所图示的波导集660的顶部和底部可以包括 直接邻近的包层。
126.优选地，为了便于制造和其他考虑，形成波导670、680、690的材料 类似或者相同，并且形成层760a、760b的材料类似或者相同。在一些实 施例中，形成波导670、680、690的材料可以在一个或多个波导之间是不 同的，和/或形成层760a、760b的材料可以是不同的，同时仍然保持上文 指出的各种折射率关系。
127.继续参考图9a，光线770、780、790入射在波导集660上。将理解到， 可以通过一个或多个图像注入设备360、370、380、390、400将光线770、 780、790注入到波导670、680、690中(图6)。
128.在一些实施例中，光线770、780、790具有不同的性质，例如，不同 的波长或不同的波长范围，该不同的波长或不同的波长范围可以对应于不 同的颜色。耦入光学元件700、710、720各自偏转入射光，使得光通过tir 传播通过波导670、680、690中的相应一个。
129.例如，耦入光学元件700可以被配置为使光线770偏转，该光线770 具有第一波长或波长范围。类似地，透射光线780入射在耦入光学元件710 上并且由耦入光学元件710偏转，该耦入光学元件710被配置为使第二波 长或波长范围的光偏转。同样地，光线790由耦入光学元件720偏转，该 耦入光学元件720被配置为选择性地使第三波长或波长范围的光偏转。
130.继续参考图9a，偏转光线770、780、790被偏转，使得其传播通过对 应的波导670、680、690；即，每个波导的耦入光学元件700、710、720 使光偏转到该对应的波导670、680、690中以将光耦入到该对应的波导中。 光线770、780、790以使得光通过tir传播通过相应波导670、680、690 的角度偏转。光线770、780、790通过tir传播通过相应波导670、680、 690，直到入射在波导的对应的光分布元件730、740、750上。
131.现在参考图9b，图示了图9a的多个堆叠波导的示例的透视图。如上 所述，耦入光线770、780、790分别由耦入光学元件700、710、720偏转， 并且然后通过tir分别在波导670、680、690内传播。光线770、780、790 然后分别入射在光分布元件730、740、750上。光分布元件730、740、750 使光线770、780、790偏转，使得其分别朝向耦出光学元件800、810、820 传播。
132.在一些实施例中，光分布元件730、740、750是正交光瞳扩展器(ope)。 在一些实施例中，ope使光偏转或分布到耦出光学元件800、810、820并 且随着其传播到耦出光学元件还增加该光束或斑尺寸。在一些实施例中， 例如，在束尺寸已经具有期望尺寸的情况下，光分布元件730、740、750 可以省略并且耦入光学元件700、710、720可以被配置为将光直接偏转到 耦出光学元件800、810、820。例如，参考图9a，光分布元件730、740、 750可以分别用耦出光学元件800、810、820替换。在一些实施例中，耦 出光学元件800、810、820是将光引导到观察者的眼睛210中的出射光瞳 (ep)或出射光瞳扩展器(epe)(图7)。将理解到，ope可以被配置 为在至少一个轴上增加眼盒的尺寸，并且epe可以在跨越(例如，正交于) ope的轴的轴上增加眼盒。
133.因此，参考图9a和9b，在一些实施例中，波导集660包括用于每个 分量颜色的波导670、680、690；耦入光学元件700、710、720；光分布元 件(例如，ope)730、740、750；以及耦出光学元件(例如，epe)800、 810、820。波导670、680、690可以以在每一个之间具有空隙/包层来堆叠。 耦入光学元件700、710、720将入射光(其中，不同的耦入光学元件接收 不同的波长的光)重定向或者偏转到其相应波导中。光然后以将导致相应 波导670、680、690内的tir的角度传播。在示出的示例中，光线770(例 如，蓝光)以先前所描述的方式由第一耦入光学元件700偏转，并且然后 继续沿波导向下反弹，与光分布元件(例如，ope)730并且然后耦出光 学元件(例如，ep)800相互作用。光线780和790(例如，分别为绿光 和红光)将穿过波导670，其中，光线780入射在耦入光学元件710上并 且由耦入光学元件710偏转。光线780然后经由tir沿波导680向下反弹， 继续到其光分布元件(例如，ope)740并且然后耦出光学元件(例如， ep)810。最后，光线790(例如，红光)穿过波导690以入射在波导690 的光耦入光学元件720中。光耦入光学元件720偏转光线790，使得光线 通过tir传播到光分布元件(例如，ope)750，并且然后通过tir传播 到耦出光学元件(例如，ep)820。耦出光学元件820然后最后将光线790 耦出到观察者，该观察者还从其他波导670、680接收耦出光。
134.图9c图示了图9a和图9b的多个堆叠波导的示例的自上而下平面图。 如所图示的，波导670、680、690连同每个波导的相关联的光分布元件730、 740、750和相关联的耦出光学元件800、810、820可以垂直地对准。然而， 如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720未垂直地对准；相反，耦 入光学元件优选地是非重叠的(例如，横向隔开，如在自上而下视图中看 到的)。如本文进一步讨论的，该非重叠空间布置利于在一对一基础上将 来自不同的资源的光注入到不同的波导中，从而允许特定光源唯一地耦合 到特定波导。在一些实施例中，包括非重叠的空间分离的耦入光学元件的 布置可以被称为偏移光瞳系统，并且这些布置内的耦入光学元件可以对应 于子光瞳。
135.具有可变光透射的区域的显示系统
136.在配置为增强现实和/或虚拟现实设备的显示系统60的实施例中，可 以在暗淡或较暗淡的环境中改进显示的增强现实内容和/或虚拟现实内容 的对比度、明度(brightness)和/或清晰度。例如，当配置为增强现实和/ 或虚拟现实设备的显示系统60的实施例在明亮的阳光中、在明亮照明的房 间中、和/或在具有许多眩光的下雨/有雾环境中之外观看时，增强现实内 容和/或虚拟现实内容的对比度、明度和/或清晰度可能减小。因此，有利 的是，当显示器70的一部分具有眩光和/或当显示器70的该部分上的环境 光条件明亮时，可以减小透射通过显示器70的该部分的环境光的强度，以 改进视觉的清晰度。在
各种实施例中，减小通过在具有明亮的环境光条件 的环境中的显示器70的一部分的环境光的强度可以有利地改进用户的视 觉体验。
137.在一些实施例中，显示系统60可以被配置为测量明亮的环境光源(诸 如例如但不限于台灯、顶灯、街灯、汽车头灯、太阳或其组合)的光强度， 并且使透射通过来自明亮的环境光源的光所入射的显示器70的一个或多 个部分的光量衰减。可以通过改变显示器70的一个或多个部分的透射率来 减小透射通过显示器70的一个或多个部分的来自明亮的环境光源的光量。 例如，显示器70的一个或多个部分可以变暗以减小透射通过该一个或多个 部分的来自明亮的环境光源的光量。在一些实施方式中，显示器70可以包 括一个或多个光学元件，诸如可以切换以使来自明亮的环境光源的光中的 一些光偏转的可切换光偏转器(例如，光学区片、衍射光学元件或折射光 学元件)。光可以偏转以便减小入射在眼睛上或在视网膜的中心(例如， 中央凹)以及在观察者的视场的中心的光量。作为偏转光的结果，可以减 小环境光源对于观察者看起来的明度，并且可以增加虚拟现实内容的对比 度。在各种实施方式中，通过显示器70的一个或多个部分的光的透射率不 需要减小到明亮的环境光源通过显示器不可见的量。相反，通过显示器70 的一个或多个部分的光的透射率可以减小到允许具有足够的视觉锐度的虚 拟现实内容的可见性并且还允许明亮的环境光源的可见性的水平。
138.显示系统60的各种实施例可以包括面向前照相机/环境光传感器，该 面向前照相机/环境光传感器被配置为采集视场(fov)中的场景的图像并 且确定场景中的各种明亮光源的位置和强度。面向前照相机可以与显示系 统60相关联。例如，面向前照相机可以被安装在显示器70上。可以确定 照相机的fov与通过显示器70用户的fov之间的关系。可以通过确定 由照相机采集的图像的fov中的一个或多个明亮光源的位置并且识别对 应于那些明亮光源的显示器70的位置来确定被配置为具有减小的光透射 率的对应于场景中的明亮光源的所确定的位置的显示器70的一个或多个 部分。
139.确定场景中的明亮光源的位置和/或场景中的明亮光源的强度的方法 可以类似于在2017年12月13日提交的美国专利申请号15/841,043(其以 整体内容通过引用并入本文)中描述的使用自动曝光控制(aec)更新内 容采集设备的一个或多个设置的方法。类似于在于2017年12月13日提交 的美国专利申请号15/841,043(其通过引用并入本文)的图1a中所图示以 及段落60.–
[0065]中所描述的方法，由照相机/环境光传感器采集的图 像可以分成多个像素组(例如，96个像素组、120个像素组、144个像素 组等)。可以针对每个像素组计算平均亮度值，如在于2017年12月13 日提交的美国专利申请号15/841,043(其通过引用并入本文)的段落[0065] 中所描述的。在一些示例中，平均亮度像素组值可以通过累加针对像素组 的每个像素的亮度值来计算。在这样的示例中，亮度值可以表示图像的明 度(例如，图像或者灰度图像的消色差部分)。因此，亮度值可以是图像 的表示，而没有颜色分量。作为另一示例，在yuv彩色空间中，亮度值 可以是y。在一些示例中，亮度值是图像的伽玛压缩的rgb分量的加权 和。在这样的示例中，亮度值可以被称为伽玛校正亮度。在一些示例中， 累加可以通过将针对像素组的每个像素的亮度值加起来通过软件或硬件执 行。在一些实施方式中，一旦针对像素组的亮度值被累加，就可以将总数 除以像素组中的像素数以计算针对像素组的平均亮度像素组值。该过程可 以针对图像中的每个像素组来重复。
[0140]
如果由照相机采集的图像是灰度图像，那么与灰度图像的多个像素组 相关联的
像素值对应于平均亮度值。在一些实施方式中，由环境光传感器 采集的彩色图像可以转换为yuv图像格式，并且可以确定对应于yuv图 像的y分量的亮度值。
[0141]
在一些实施方式中，显示器70上的一个或多个亮斑可以被识别以对应 于由环境光传感器采集的图像的一个或多个饱和区域。例如，可以基于相 邻像素或者相邻像素组之间的最大允许亮度值差来确定对应于场景中的明 亮光源的位置的显示器70上的一个或多个亮斑。可以以不同的方式计算相 邻像素之间的最大允许亮度值差。例如，在一个方法中，具有在彼此的某 个阈值内的相对像素值的像素可以分组在一起。将相对像素值分组的另一 方法依赖于自适应k均值聚类算法，其输出具有高于某个阈值水平的亮度 值的一组聚类。在一些实施方式中，饱和区域可以对应于具有高于阈值的 亮度值的图像的一部分。阈值可以例如针对从对于黑色的0到对于白色的 255范围的8位图像是220。对应于具有高于某个阈值的亮度值的图像的部 分的显示器70的部分可以选择性地阻塞以减小来自明亮光源的光的透射 率。可以采用其他方法。
[0142]
在一些实施例中，显示系统60可以包括电子处理器(例如，本地处理 &数据模块140和/或远程处理模块150)，该电子处理器被配置为减小透 射通过从具有比周围环境的平均光强度更高的光强度的周围环境的位置接 收光的显示器70的部分的光量。以这种方式，可以在接收最多环境光的显 示器70的部分中减小透射通过显示器70的光的强度。此外，电子处理器 可以被配置为确定显示虚拟现实内容的显示器的部分并且减小透射通过那 些部分的环境光量以增加虚拟现实内容的相对亮度。
[0143]
为了利于选择性地减小通过显示器70的一个或多个部分的光的透射 率，显示器70可以被配置为像素化显示器。例如，显示器70的表面可以 包括可以被配置为改变透射通过其的光量的多个电子可寻址像素。在一些 实施方式中，多个电子可寻址像素可以包括多个空间光调制器。在一些实 施方式中，显示器70可以包括多个电子可寻址像素的阻塞掩模。阻塞掩模 可以包括多个掩模元件，每个掩模元件与多个可寻址像素中的一个或多个 相关联。多个掩模元件可以具有与通过多个电子可寻址像素的透射率的不 同值相关联的不同值。电子处理器(例如，本地处理&数据模块140和/或 远程处理模块150)可以被配置为选择性地减小透射通过多个像素中的一 个或多个的光量以减小环境光源的明度和/或改进虚拟现实内容的对比度。
[0144]
如上文所讨论的，显示器70可以包括显示透镜106。在各种实施例中， 显示透镜106可以是定位在用户90的两只眼睛前面的单一透镜。单一透镜 可以具有定位在每只眼睛前面的眼区，通过该眼区，用户可以观看周围环 境。在一些实施例中，显示透镜106可以包括两个透镜元件，每个透镜元 件定位在用户90的每只眼睛前面。每个透镜元件可以具有眼区，通过该眼 区，用户可以观看周围环境。
[0145]
本文中所描述的各种实施例被配置为减小透射通过显示透镜106的一 个或多个部分的光的强度，诸如例如通过吸收入射在显示透镜106的一部 分上的环境光中的一些和/或通过将入射在显示透镜106的(一个或多个) 部分上的环境光中的一些远离眼睛的瞳孔散射/折射/衍射。此外，在包括 分别定位在每只眼睛前面的两个透镜元件的显示透镜106的实施例中，可 以减小透射通过透镜元件(或其一个或多个部分)中的仅一个的环境光的 强度。作为另一示例，透射通过显示透镜106的一个或两个眼区的一部分 的环境光的强度减小，而透射通过显示透镜106的剩余部分的环境光的强 度未减小(或者仅减小较少
量)。作为又一示例，透射通过显示透镜106 的第一部分的环境光的强度减小，而透射通过显示透镜的第二部分的环境 光的强度未减小。与在明亮的阳光中均匀变暗和在室内均匀变亮的太阳镜 相比，显示透镜106的各种实施例被配置为不均匀地变暗或者变亮。例如， 显示透镜106可以部分变暗，例如，透镜106的仅一部分可以变暗。作为 另一示例，显示透镜106可以在透镜的不同部分中变暗不同量。此外，在 系统60的各种实施例中，结合来自相关联的云计算资源的数据，基于由感 测用户的环境的一个或多个部件(诸如例如光传感器128、传感器组件126、 面向外照相机112和/或面向内照相机114)获得的信息，显示透镜106的 部分的部分变暗可以响应于由显示系统提供的刺激(例如，由发光模块134 提供的光刺激、由电气系统132提供的电刺激、由热源136提供的热能和/ 或由声/超声换能器138提供的声/超声能量)来实现。在显示系统60的各 种实施例中，显示透镜106的变暗或变亮不需要响应于环境光条件而自动 发生，而是在有/没有来自相关联的云计算资源的数据的情况下，基于由系 统60的一个或多个照相机/传感器获得的环境信息响应于由显示系统提供 的刺激(例如，由发光模块134提供的光刺激、由电气系统132提供的电 刺激、由热源136提供的热能和/或由声/超声换能器138提供的声/超声能 量)而发生。在各种实施例中，显示透镜106的至少一部分可以被配置为 在入射环境光的大约1％-100％之间透射。例如，显示透镜106的至少一 部分可以被配置为在入射环境光的大约5％-90％之间、在入射环境光的 大约10％-80％之间、在入射环境光的大约15％-75％之间、在入射环境 光的大约20％-70％之间、在入射环境光的大约25％-60％之间、在入射 环境光的大约30％-50％之间、或者这些范围和/或子范围中的任何值透 射。
[0146]
显示透镜106可以包括可以使用热、声/超声、光和/或电刺激激活来 改变以下各项中的至少一项的至少一种可变光学材料(例如，有机分子、 蛋白质、光致变色材料、电致变色材料、银化合物，诸如例如卤化银或氯 化银分子、气溶胶、水胶体等)：透射通过显示透镜106的环境光的强度、 透射通过显示透镜106的环境光的光谱含量或者透射通过显示透镜106的 环境光的光路(例如，通过衍射、通过散射、通过折射或者通过改变可变 光学元件的折射率)。可变光学材料可以包括一层分子或多层分子。在各 种实施例中，至少一种可变光学材料可以包括响应于由显示系统60提供的 电刺激(例如，电压信号和/或电流信号)以改变以下各项中的至少一项的 基于蛋白质的电活性材料：透射通过显示透镜106的环境光的强度、透射 通过显示透镜106的环境光的光谱含量或者透射通过显示透镜106的环境 光的光路。例如，响应于由显示系统60提供的电刺激，基于蛋白质的电活 性材料可以移动、膨胀、收缩、扭转、旋转、粘附在一起或移动远离彼此 来改变以下各项中的至少一项：透射通过显示透镜106的环境光的强度、 透射通过显示透镜106的环境光的光谱含量或者透射通过显示透镜106的 环境光的光路。在一些实施例中，至少一种可变光学材料可以包括响应于 由显示系统60提供的光刺激来改变以下各项中的至少一项的有机材料(例 如，嗪和/或萘并吡喃)：透射通过显示透镜106的环境光的强度、透射通 过显示透镜106的环境光的光谱含量或者透射通过显示透镜106的环境光 的光路。有机材料的分子可以被配置为当利用具有某些频率或者波长的光 (例如，uv光)照射时，改变其尺寸和/或形状。例如，有机材料可以被 配置为当利用具有某些频率的光照射时，膨胀并且吸收更多光(因此减小 透射到用户的光的强度)。作为另一示例，有机材料的分子可以被配置为 移动、收缩、扭转、旋转、凝结在一起或移动远离彼此以响应于光刺激来 改变透射通过显示透镜106的光的强度。有
机材料的分子可以通过吸收透 射通过显示透镜106的光的一部分、通过改变显示透镜106的颜色和/或通 过将透射光的一部分远离显示透镜106衍射/折射/散射来改变透射通过显 示透镜106的光的强度。如上文所讨论的，可变光学材料可以包括一层分 子或多层分子。
[0147]
在各种实施例中，至少一种可变光学材料可以包括与可以被配置为响 应于由系统60提供的刺激来改变光的透射率的某些化学物质键合的一个 或多个分子。键合到一个或多个分子的化学物质可以被配置为当由光的特 定波长(例如，uv、红外和/或可见光谱中的一个或多个波长)照射时改 变入射环境光的强度、入射环境光的方向和/或入射环境光的光谱含量。
[0148]
由于至少一种可变光学材料(例如，光活性材料和/或电活性材料)被 配置为响应于由显示系统60提供的刺激来改变以下各项中的至少一项：透 射通过显示透镜106的环境光的强度、透射通过显示透镜106的环境光的 光谱含量或者透射通过显示透镜106的环境光的光路，因而入射环境光的 强度、入射环境光的方向和/或入射环境光的光谱含量被改变(例如，通过 期望部分中的吸收、通过改变期望部分的颜色和/或衍射/折射/散射环境光 远离期望部分)的显示透镜106的期望部分的位置、显示透镜106的期望 部分被配置为改变入射环境光的强度、入射环境光的方向和/或入射环境光 的光谱含量的持续时间和显示透镜106的期望部分变暗或者变亮的速度可 以控制(例如，精确地控制)。
[0149]
此外，可以定制跨显示透镜106的表面的至少一种可变光学材料的分 布以满足某些要求/功能。在一些实施例中，至少一种可变光学材料可以跨 显示透镜106的表面均匀分布。在一些其他实施例中，至少一种可变光学 材料可以跨显示透镜106的表面不均匀分布，使得与显示透镜106的其他 部分相比较，显示透镜106的这些部分可以具有至少一种可变光学材料的 更高的密度。在一些实施例中，显示透镜106的眼区的部分中的至少一种 可变光学材料的密度可以大于用户不能看透的非眼区(例如，对应于太阳 穴、鼻梁、眼眶和用户的面部的其他非眼区的显示透镜的区域)的部分中。 在一些实施例中，显示透镜106的某些区域(例如，非眼区)可能缺少至 少一种可变光学材料，因为其可能不需要改变以下各项中的至少一项：那 些区域中的环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的光路。
[0150]
显示透镜106的各种实施例可以包括多个层，每个层包括响应于由显 示系统60提供的刺激来改变以下各项中的至少一项的可变光学材料：环境 光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的光路。多个层的材料可以被配 置为对入射环境光的不同波长起作用。例如，多个层的材料可以使入射环 境光的不同波长衰减不同量。作为另一示例，多个层的材料可以吸收入射 环境光的不同波长的不同量。作为又一示例，多个层的材料可以衍射/散射 /折射入射环境光的不同波长的不同量。
[0151]
因此，显示透镜106的一些实施例可以包括：第一层，其包括被配置 为响应于由显示系统60提供的刺激而使红光衰减(例如，通过吸收、衍射、 折射、反射或散射)的第一可变光学材料；第二层，其包括被配置为响应 于由显示系统60提供的刺激而使绿光衰减(例如，通过吸收、衍射、折射、 反射或散射)的第二可变光学材料；第三层，其包括被配置为响应于由显 示系统60提供的刺激而使蓝光衰减(例如，通过吸收、衍射、折射、反射 或散射)的第三可变光学材料；第四层，其包括被配置为响应于由显示系 统60提供的刺激而使紫外光衰减(例如，通过吸收、衍射、折射、反射或 散射)的第四可变光学材料；和/或第五层，其包括被配置为响应于由显示 系统60提供的刺激而使红外光衰减(例如，通过吸收、衍射、折射、
反射 或散射)的第五可变光学材料。这些层的子集可以替代地包括在显示透镜 或显示系统中。例如，第一层、第二层和第三层分别用于使红光、绿光和 蓝光衰减。在这样的实施例中，在有/没有来自相关联的云计算资源的数据 的情况下，基于由系统60的一个或多个照相机/传感器获得的环境信息， 热、声/超声、光或电刺激可以被提供给多个层中的一个或多个层以使光的 特定波长衰减(例如，通过吸收、衍射、折射、反射或散射)。
[0152]
在各种实施例中，具有相同化学/物理性质的可变光学材料组可以单独 地激活以执行各种功能，而不激活具有不同化学/物理性质的其他可变光学 材料组。在各种实施例中，改变入射在显示透镜106上的环境光的强度、 环境光的光谱含量或者环境光的光路中的至少一项的可变光学材料可以仅 提供在显示透镜106的某些部分中(例如，显示透镜106的眼部分、显示 透镜106的眼部分的一部分、显示透镜106的眼部分中的仅一个等)。在 一些这样的实施例中，包括可变光学材料的显示透镜106的部分可以在存 在/缺少阳光的情况下自动地变暗/变亮，而不要求来自显示系统60的任何 附加刺激。
[0153]
在各种实施例中，可变光学材料可以与显示透镜106集成。然而，在 一些其他实施例中，可变光学材料可以包括在附加设备中，该附加设备可 以附接或者拆卸到显示透镜106。与可变光学材料和/或包括可变光学材料 的附加设备集成的显示透镜的实施例可以被配置为通过少量的激活能量 (例如，热、声/超声、光和/或电能)激活。在一些情况下，在激活之后， 可以发生改变环境光的强度、环境光的光谱含量或者环境光的光路中的至 少一项的可变光学材料的分子的物理和/或化学改变，而不要求任何附加能 量。可以维持可变光学材料的物理和/或化学变化，直到可变光学材料通过 提供去激活能量(例如，热、声/超声、光和/或电能)来去激活。
[0154]
如上文所讨论的，在一些实施方式中，显示器70可以被配置为像素化 显示器。例如，显示器70的表面可以包括可以响应于电刺激或光刺激而改 变透射通过其的光量的多个电子可寻址像素。在一些实施方式中，多个电 子可寻址像素可以包括多个空间光调制器。在一些实施方式中，显示器70 可以包括阻塞掩模，该阻塞掩模包括与多个电子可寻址像素相关联的多个 掩模元件。电子处理器(例如，本地处理&数据模块140和/或远程处理模 块150)可以被配置为提供电或光信号以选择性地减小透射通过多个像素 中的一个或多个的光量以减小环境光源的明度和/或改进虚拟现实内容的 对比度。
[0155]
以下示例图示了显示系统60的实施例的优点和各种操作特性，该显示 系统60被配置为改变以下各项中的至少一项：入射在显示器70上的环境 光的强度、环境光的光谱含量和/或环境光的方向，如上文所描述的。考虑 由用户90穿戴的包括可变光学材料(其或者与显示系统60的显示透镜106 集成或者包括在附加设备中)的显示系统60的实施例。当用户从低环境光 条件(例如，室内)移动到明亮环境(例如，室外)时，显示系统60的传 感器组件(例如，光传感器、面向外照相机、面向内照相机等)将检测环 境光条件的改变。传感器组件可以被配置为通过检测环境光的强度的改变 以及通过使用具体位置信息(例如，通过gps、罗盘获得的信息和/或从相 关联的云计算资源获得的信息)、关于使用目标识别算法来确定树/公园、 建筑、房间等、温度传感器等获得的周围环境的信息检测环境的改变，来 检测环境光条件的改变。除了确定环境光条件的强度的改变之外，传感器 组件也可以被配置为确定入射光的光谱特性。传感器组件可以被配置为确 定入射在显示透镜106的不同部分上的环境光的强度/光谱特性。传感器组 件可以包括具有滤波器/特定光谱响应的传感
器，以确定环境光或入射光的 光谱特性。因此，在某些实施例中，传感器组件可以被配置为定位并且识 别通过显示器70对用户可见的现实世界中的各种环境光源的位置，以及识 别针对用户的头部的特定位置与环境光源对准的显示器70和/或显示透镜 106的部分。一旦已知与现实世界中的环境光源一致的显示透镜106的各 部分，系统60就可以向显示透镜106的不同部分提供光、电、热和/或声/ 超声刺激以使得入射环境光的一部分吸收、偏转、折射、散射和/或反射， 使得透射通过与现实世界中的环境光源一致的显示透镜106的该部分的环 境光量减小或以其他方式改变。以这种方式，取决于环境条件，透射通过 显示透镜106的环境光量可以跨显示透镜106的表面来变化。例如，当阳 光从用户的一侧入射在显示透镜上使得入射在显示透镜106的表面上的环 境光量是不均匀的时，考虑用户90早晨或傍晚在外面。在这样的实施例中， 系统60可以被配置为透射通过显示透镜106的一个部分比透射通过显示透 镜106的另一部分的光量更大的光量。在各种实施例中，透射通过显示透 镜106的一个部分的光量可以比透射通过显示透镜106的另一部分的光量 大约1％-100％(例如，2％-95％、5％-90％、7％-80％、10％-75％、 15％-50％、20％-60％、30％-85％等)。
[0156]
在各种实施例中，从各种传感器和/或照相机组件获得的信息可以发送 到本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150用于处理。本地处理& 数据模块140和/或远程处理模块150可以通过处理从各种传感器和/或照 相机组件获得的信息来确定与不同环境光源对准的显示透镜106的一个或 多个位置。在一些实施例中，本地处理&数据模块140和/或远程处理模块 150可以将现实世界中的各种对象相对于显示设备和/或用户的头部/眼睛 的位置存储在数据库中。当用户移动他或她的头部时，由于周围现实世界 中的对象看起来相对于显示设备和/或用户的头部/眼睛移动，因而数据库 可以实时和/近实时更新或提供信息。数据库可以实时或近实时更新/或提 供关于当用户移动他/她的头部时进入用户的视场的来自周围现实世界的 新对象相对于显示设备和/或用户的头部/眼睛的位置的信息。在各种实施 例中，本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150可以被配置为确定 当通过显示透镜106观看时看起来与显示透镜106的不同部分对准的环境 光源的强度/光谱特性。本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150可 以被配置为减小透射通过显示透镜106的部分的环境光量，当通过显示透 镜106观看时，显示透镜106的部分看起来与环境光源对准。本地处理& 数据模块140和/或远程处理模块150可以发送信号，该信号可以触发发光 模块134、电气系统132、热源136和/或声/超声换能器138以提供适当的 刺激以激活显示透镜106的不同部分中的可变光学元件来使那些部分中的 环境光衰减适当量。如上文所讨论的，取决于来自看起来与那些部分对准 的环境光源的光的强度/光谱特性，通过显示透镜106的不同部分的光可以 衰减相同或者不同量。当光从一侧入射在用户的眼睛上时(诸如例如从定 位在用户的一侧的台灯、早晨或者傍晚的阳光、或者产生不同眩光量的通 过显示透镜106的不同部分看到的现实世界中的对象)，这可能是有利的。
[0157]
在各种实施例中，系统60可以被配置为连续地或者基本上连续地获得 关于环境的信息。例如，系统60可以被配置为以1
–
30微秒间隔、以100
ꢀ–
500微秒间隔、400微秒-1毫秒间隔、以1-30毫秒间隔、以20-100 毫秒间隔、以50-500毫秒间隔、以400毫秒-1秒间隔、以1-5秒间隔、 或者以这些范围或子范围中的任何值或其任何组合来从各种照相机/传感 器组件获得关于环境的信息。本地处理&数据模块140和/或远程处理模块 150可以被配置为处理从系统60的各种照相机/传感器组件获得的信息并 且发送信号，该信号可以触发发光模
块134、电气系统132、热源136和/ 或声/超声换能器138以提供期望的刺激以实时或近实时激活显示透镜106 的不同部分中的可变光学元件，例如，使得用户体验随着环境条件改变被 维持。
[0158]
例如，在各种实施例中，光传感器128可以被配置为感测入射在显示 透镜上的环境光的强度和/或光谱特性。此外，面向外照相机、面向内照相 机和其他传感器组件可以被配置为获得关于通过显示透镜106对用户可视 的周围世界的信息，其可以有助于识别现实世界中的不同的环境光源和/ 或眩光产生对象以及其相对于显示器70和/或显示透镜106和/或用户的眼 睛的位置。在各种实施例中，显示系统60还可以被配置为识别看起来与显 示透镜106的不同部分对准的环境光源(例如，阳光、荧光灯、白炽灯、 led灯、蜡烛)的性质。一旦系统60已经识别各种环境光源相对于显示 器70和/或显示透镜106和/或用户的眼睛的位置，其就可以确定其光透射 特性应当改变以便维持/改进用户的视觉体验的显示器70和/或显示透镜 106的部分。系统60可以向显示透镜106的所确定的部分提供刺激以实时 或近实时使透射通过那些部分的光衰减和/或改变透射通过那些部分的光 的方向或光谱特性，例如以维持/改进用户的视觉体验。以这种方式，基本 上不需要损害作为跨显示透镜106的表面的眩光或强度改变的结果的用户 的视觉体验。
[0159]
在各种实施例中，系统60可以被配置为将由用户常常访问的位置的地 图存储在可由本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150访问的数据 存储库中。由用户常常访问的一个或多个位置的存储地图可以包括环境光 源(例如，街灯、走廊灯、交通灯等)的位置。关于来自常常访问的一个 或多个位置处的环境光源的光的强度和/或光谱含量的信息也可以存储在 数据存储库中。关于显示透镜106的各部分的光透射特性应当在一天、夜 和/或年的各时间处如何改变的信息可以针对由用户常常访问的一个或多 个位置预定并且也存储在时间存储库中。例如，对于由用户常常访问的位 置，关于看起来与该位置处的不同环境光源对准的显示透镜106的不同部 分的光透射能力在白天应当如何改变的信息可以存储在数据存储库中。作 为另一示例，对于由用户常常访问的位置，关于看起来与该位置处的不同 环境光源对准的显示透镜106的不同部分的光透射能力在夜晚(或者任何 其他时间)应当如何改变的信息可以存储在数据存储库中。作为又一示例， 对于由用户常常访问的位置，关于看起来与该位置处的不同环境光源对准 的显示透镜106的不同部分的光透射能力在夏季白天应当如何改变的信息 可以存储在数据存储库中。作为另一示例，对于由用户常常访问的位置， 关于看起来与该位置处的不同环境光源对准的显示透镜106的不同部分的 光透射能力在冬季白天应当如何改变的信息可以存储在数据存储库中。不 同位置处的不同光源的位置和特性(例如，尺寸、形状、明度、颜色等) 也可以记录并且存储用于稍后访问和使用。
[0160]
本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150可以被配置为识别来 自传感器信息的位置；从数据存储库访问关于光源的位置和其他特性(例 如，尺寸、形状、明度、颜色等)以及潜在地看起来与该位置处的不同环 境光源对准的显示透镜106的不同部分的光透射能力针对日及年的特定时 间应当如何改变的信息。该信息可以用于引导刺激提供源以激活显示透镜 的各部分中的可变光学材料以根据预定信息来改变环境光的强度、光谱含 量和/或方向。
[0161]
这可以有利地节省处理时间。例如，关于用户的家或办公室中的各种 环境光源
(例如，灯、窗口、头灯等)的信息(例如，位置、强度、光谱 含量等)可以存储在数据存储库中。关于一天的各时间太阳的位置、阳光 的方向的信息也可以存储在数据存储库中。当系统60从由传感器获得的信 息检测到用户在办公室或家中时，本地处理&数据模块140和/或远程处理 模块150可以向各种刺激提供源发送适当的信号以基于关于用户的家或办 公室中的各种环境光源的存储信息(例如，位置、强度、光谱含量等)， 使显示透镜70的各部分变暗和/或变亮。
[0162]
图10图示了通过显示系统的实施例的显示透镜1006在夜间由用户观 看的场景1000。显示系统可以具有类似于上文讨论的显示系统60的特征。 例如，显示系统可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置 为获得场景的信息，该信息包括各种环境光源相对于显示透镜1006的位 置、各种环境光源的明度和/或各种环境光源的类型(例如，荧光灯、led 灯、白炽灯等)。显示系统还可以包括电子处理系统，该电子处理系统被 配置为处理由一个或多个传感器获得的信息。处理由一个或多个传感器获 得的信息可以包括识别看起来与由用户观看的场景1000中的各种环境光 源对准(或一致)的显示透镜1006的部分以及确定显示透镜1006的一个 或多个部分的光透射特性以改进/维持用户的视觉体验。显示透镜1006包 括一种或多种可变光学材料，该一种或多种可变光学材料被配置为响应于 由显示系统提供的光、电、热和/或声/超声刺激改变入射环境光的强度、 入射环境光的光谱含量和/或入射环境光的方向。显示透镜1006可以具有 类似于显示透镜106的特征。场景1000包括房子1003的前廊和沿着人行 道的数个环境光源1005a、1005b、1005c、1005d、1005e和1005f。环境 光源1005a-1005f可以包括走廊灯、街灯、室内灯、室外灯、路灯、景观 照明等。在没有一种或多种可变光学材料的显示透镜的实施例中，当通过 看起来与环境光源1005a
–
1005f对准的显示透镜的部分观看时，环境光 源1005a-1005f可能产生眩光和/或降低视觉的清晰度。相反，显示透镜 1006被配置为改变通过看起来与环境光源1005a
–
1005f对准的显示透镜 1006的部分的入射在显示透镜1006上的环境光的强度、环境光的光谱含 量和/或环境光的方向，以减小归因于由环境光1005a
–
1005f造成的眩光 对用户体验的干扰。
[0163]
如上文所讨论的，与显示系统相关联的传感器可以连续地或者间歇地 获得场景1000的信息。信息可以包括环境光源1005a
–
1005f相对于显示 透镜1006的位置、来自环境光源1005a
–
1005f的环境光的方向、强度和 光谱含量。电子处理系统可以处理由一个或多个传感器获得的信息，确定 跨显示透镜1006的表面的环境光的分布应当如何改变。例如，在一些实施 例中，电子处理系统可以确定包括场景(其包括环境光源1005a-1005f)的 一部分的显示透镜1006的区域(例如，1010a、1010b、1010c、1010d、 1010e和1010f)应当变暗以减小透射通过那些部分的环境光的强度。作为 另一示例，在一些实施例中，电子处理系统可以确定在包括场景(其包括 环境光源1005a-1005f)的一部分的显示透镜1006的区域(例如，1010a、 1010b、1010c、1010d、1010e和1010f)中的入射环境光应当漫射以减少 眩光。作为另一示例，在一些实施例中，电子处理系统可以确定包括环境 光源1005a-1005f的显示透镜1006的区域(例如，1010a、1010b、1010c、 1010d、1010e和1010f)中的入射环境光应当重定向以减少眩光。
[0164]
基于确定，电子处理系统可以发送信号以激活与显示系统相关联的光 源、热源、声/超声源和/或电源并且向包括环境光源1005a-1005f的显示透 镜1006的区域(例如，
1010a、1010b、1010c、1010d、1010e和1010f) 提供期望的光、热、声/超声和/或电刺激，其引起显示透镜的该区域中的 可变光学材料的物理和/或化学改变，该物理和/或化学改变进而可以改变 入射环境光的强度、入射环境光的光谱含量和/或入射环境光的方向。
[0165]
在各种实施例中，系统60可以被配置为实时或近实时跟踪用户的眼睛 和/或头部的运动并且实时或近实时确定现实世界对象(例如，树、太阳、 环境光源等)与用户的眼睛之间的相对位置。在这样的实施例中，系统60 可以被配置为当用户的头部和/或眼睛移动时动态地改变通过显示透镜的 不同部分的环境光透射特性，例如，以维持/改进用户的视觉体验。例如， 考虑用户的头部处于第一位置并且环境光源看起来与用户的左眼瞳孔的左 边的显示透镜106的一部分对准。如果用户保持在第一头部位置，则左眼 瞳孔的左边的显示透镜106的部分可以变暗或以其他方式改变以减小透射 通过该部分的环境光的强度。当用户的头部向左移动到第二位置时，环境 光源现在可能看起来与左眼瞳孔的右边的显示透镜106的部分对准。因此， 当用户的头部处于第二位置时，左眼瞳孔的右边的显示透镜106的该部分 可以变暗或以其他方式改变以减小透射通过该部分的环境光的强度来维持 用户的视觉体验。当头部处于第一位置时先前变暗的左眼瞳孔的左边的显 示透镜106的部分可以变亮或者保持处于变暗状态。对眼镜前面的场成像 并且可以提供包括传感器的视场中的明亮光源的对象相对于透镜和用户眼 镜的位置的映射的传感器(诸如面向外照相机)可以用于确定待改变的透 镜的部分，例如，以使来自产生眩光的明亮对象的光衰减。包括对象的位 置和例如其明度的记录的数据库也可以用于确定待改变的透镜的部分，例 如，以使来自产生眩光的明亮对象的光衰减。头部姿势传感器和/或系统可 以用于确定头部和/或身体的运动、位置和/或取向。该位置可以结合对象 的位置的数据库使用以确定对象相对于用户的眼睛、透镜的位置，并且确 定与(一个或多个)对象对准的透镜的(一个或多个)部分以及待改变的 透镜的(一个或多个)部分。
[0166]
图11图示了描绘了当使用显示系统60的实施例时将改进用户的视觉 体验的改变通过显示设备的环境光透射特性的方法的流程图1100。方法包 括使用一个或多个传感器获得关于由用户通过显示设备观看的场景中的各 种环境光源和/或眩光产生对象的位置的信息，如框1105中所示。例如， 显示系统60的一个或多个光传感器128、(一个或多个)面向外照相机112 和/或其他传感器组件可以被配置为获得关于由用户观看的场景中的各种 环境光源和/或眩光产生对象的位置和性质的信息。由显示系统60的一个 或多个光传感器128、(一个或多个)面向外照相机112和/或其他传感器 组件获得的信息可以包括环境光的光谱特性和/或环境光的其他特性(例 如，环境光的强度)。作为另一示例，显示系统60的一个或多个光传感器 128、(一个或多个)面向外照相机112和/或其他传感器组件可以被配置 为获得关于明亮的前视场的对象、区或区域和黑暗的前视场的一个或多个 区或区域的位置的信息。作为又一示例，显示系统60的一个或多个光传感 器128、(一个或多个)面向外照相机112和/或其他传感器组件可以被配 置为获得一个或多个明亮环境光源的位置和来自明亮环境光源的光的强度 和光的强度。由一个或多个传感器组件获得的信息被传送到一个或多个电 子处理系统(例如，本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150)用 于处理。电子处理系统可以是本地或者远程的。一个或多个电子处理系统 可以处理由一个或多个传感器组件获得的信息并且确定显示透镜106的一 个或多个位置处的环境光的特性，如框1107中所示。所确定的特性可以包 括显示透镜106的一个或多个位置处的环境光的强度
和/或显示透镜106的 一个或多个位置处的环境光的光谱特性。在一些实施例中，一个或多个电 子处理系统还可以被配置为确定环境光源是否是太阳、荧光光源、led光 源或者这些光源的组合。此外，如在框1107中所示，一个或多个电子处理 系统可以被配置为识别看起来与由用户通过显示透镜观看的场景中的各种 环境光源和/或眩光产生对象对准的显示透镜的部分。一个或多个电子处理 系统可以基于与各种环境光源和/或眩光产生对象一致的显示透镜106的 所确定的部分、各种环境光源和/或眩光产生对象的强度和/或光谱特性来 确定将改进用户的视觉体验的显示透镜106的一个或多个位置处的环境光 透射特性，如框1109中所示。
[0167]
例如，一个或多个电子处理系统可以确定显示透镜106的一个或多个 位置应当变暗以改进用户的视觉体验的量。作为另一示例，基于环境光来 自落日的确定，一个或多个电子处理系统可以确定改变与如由眼睛看到的 太阳对准的显示透镜106的部分的透射特性可以减少由太阳引起的眩光。 类似地，减小透射通过与如由眼睛看到的太阳对准的显示透镜106的部分 的接收光的一个或多个波长(例如，红光波长)中的光量可以减少眩光并 且可能地改进用户的视觉体验。
[0168]
一个或多个电子处理系统可以发送信号以触发或引起与显示系统60 相关联的一个或多个刺激提供源以根据由一个或多个电子处理系统做出的 确定来改变显示透镜106的一个或多个位置处的环境光透射特性，如框 1111中所示。例如，一个或多个电子处理系统可以发送信号，以接通与显 示系统60相关联的光、电、热和/或声/超声源中的一个或多个并且提供光、 电、热和/或声/超声信号，以改变显示透镜106的至少一部分中的可变光 学材料的分子的物理/化学特性以改变该部分的环境光透射特性。作为另一 示例，一个或多个电子处理系统可以发送信号以接通或以其他方式引起与 显示系统60相关联的光源或系统提供光信号，以改变显示透镜106的至少 一部分中的可变光学材料的分子的物理/化学特性以改变该部分的环境光 透射特性。光信号可以具有预定强度和波长。例如，光信号可以是一束具 有某个波长的可见或不可见光。可变光学材料的分子可以例如响应于由来 自与显示系统60相关联的光、电、热和/或声/超声源的信号提供的刺激而 膨胀、收缩、移动、扭转或旋转并且提供期望的环境光改变特性(例如， 一个或多个波长区域中的衰减、光偏转、漫射等)。
[0169]
图12a示意性地图示了设置在用户的眼睛1201前面的显示透镜1206 的侧视图。图12b示意性地图示了如从与眼睛侧相对的一侧看到的显示透 镜1206的前视图。图12c示意性地图示了显示透镜1206的俯视图。由用 户通过显示透镜1206观看的场景中的环境光源看起来与显示透镜1206的 区域1207对准。如在图12a-12c中所图示的，环境光源1210看起来在x
‑ꢀ
&y-方向上与显示透镜1206的区域1207对准。类似地，显示透镜1206 的区域1207看起来与如在x-&y-方向上由用户的眼睛看到的光源1210对 准。如本技术中所讨论的，与显示透镜1206相关联的电子处理系统可以被 配置为改变/修改通过显示透镜1206的区域1207的环境光的透射，来改进 用户的视觉体验。例如，在一些实施例中，与显示透镜1206的其他部分相 比较，区域1207可以变暗，以减小透射通过该区域的环境光的强度。在一 些其他实施例中，通过区域1207入射的环境光可以引导远离用户的眼睛 1201。可以改变显示器的其他特性。
[0170]
可以执行各种研究来表征可变光学材料的光改变特性。还可以针对不 同类型的
环境光源执行不同的研究来表征将导致期望的用户体验的光改变 的类型。例如，可以在由用户使用之前测试显示系统60的不同的实施例， 以表征可变光学材料的光改变特性。测试可以包括将被期望实现显示器70 或显示透镜106的期望部分的某种改变的刺激强度、提供刺激与实现显示 器70的期望部分的改变之间的时间间隔、将针对不同环境光源为平均用户 提供改进的视觉体验的改变等的分析。各种研究的结果可以存储在可由本 地处理&数据模块140和/或远程处理模块150访问的数据库中。当确定显 示透镜的某个部分的光改变能力的性质和发送到各种刺激提供源的信号 时，本地处理&数据模块140和/或远程处理模块150可以访问各种研究的 结果。
[0171]
在各种实施例中，显示系统60可以被配置为从用户获得关于已经改变 光透射能力的显示器70和/或显示透镜60的部分的尺寸和/或位置和光透 射应当在显示器70和/或显示透镜106的各部分中改变的程度的反馈，以 改进用户的视觉体验。在这样的实施例中，本地处理&数据模块140和/或 远程处理模块150可以基于从与系统60相关联的各种传感器和/或成像系 统获得的信息来做出已经改变光透射能力的显示器70和/或显示透镜106 的部分的尺寸和/或位置的初始确定。本地处理&数据模块140和/或远程处 理模块150还可以基于初始测试和研究的结果来做出通过显示器70和/或 显示透镜106的各部分的光透射应当改变的程度的初始确定。系统60可以 然后使用视觉和/或听觉信号提示用户并且从用户请求关于已经改变环境 光透射的显示器70和/或显示透镜106的部分的尺寸和/或位置和光透射通 过各部分来改变的程度的反馈。本地处理&数据模块140和/或远程处理模 块150可以基于来自用户的反馈来调节已经改变光透射能力的显示器70 和/或显示透镜106的部分的尺寸和/或位置和光透射应当在显示器70和/ 或显示透镜106的各部分中改变的程度。以这种方式，视觉体验可以基于 用户的偏好来改进。用户可以以各种方式提供反馈。例如，用户可以使用 语音命令提供反馈。作为另一示例，用户可以使用一个或多个按钮或旋钮、 操纵杆、触摸板或轨迹球来提供反馈。作为又一示例，用户可以使用姿势 (例如，手势、面部姿势、眨眼反应等)来提供反馈。下文讨论了被配置 为基于来自用户的反馈来调节已经改变光透射能力的显示器70和/或显示 透镜106的部分的尺寸和/或位置和光透射应当在显示器70和/或显示透镜 106的各部分中改变的程度的显示设备的示例。
[0172]
考虑确定看起来与由用户通过显示透镜观看的场景中的一个或多个环 境光源对准的显示透镜的一个或多个部分的显示系统的实施例。响应于确 定，系统可以被配置为使看起来与场景中的一个或多个环境光源对准的显 示透镜的一个或多个部分变暗。系统然后可以从用户请求关于显示透镜的 一个或多个变暗部分的尺寸和/或位置和那些部分的变暗量的反馈。用户可 以提供系统可以用于调节显示透镜的一个或多个变暗部分的尺寸和/或位 置和那些部分的变暗量的反馈。
[0173]
本文中所讨论的可变光学材料可以被配置为充当过滤掉入射光的特定 波长(诸如例如蓝光、红光、绿光或光的某个其他波长)的滤波器以增强 用户体验。在各种实施例中，可变光学材料可以被配置为引导入射光朝向 或者远离眼睛的特定区域。在这样的实施例中，面向内照相机114可以用 于跟踪眼睛的运动，并且可变光学材料的化学/物理性质可以通过提供来自 系统60的刺激来控制，使得入射光保持朝向或者远离眼睛的特定区域引导 而不管眼睛的运动。在各种实施例中，可变光学材料可以被配置为使来自 环境的入射光部分地或者完全地衰减(例如，以防止某些环境中的感觉超 载)。
[0174]
虽然上文讨论了通过显示透镜106的一部分的环境光的衰减、漫射、 折射、重定向、过滤和/或散射，但是在任何这样的情况下，在某些实施例 中，不同透镜可以衰减、漫射、折射、重定向、过滤和/或散射入射环境光。 例如，左透镜和右透镜可以将入射环境光衰减、漫射、折射、重定向、过 滤和/或散射不同量。此外，左透镜和右透镜的不同部分可以不同地衰减、 漫射、折射、重定向、过滤和/或散射入射环境光。关于衰减程度和透镜的 衰减的部分的直接控制使得具有不同形状和/或尺寸的左透镜和右透镜的 不同部分能够衰减以及衰减的不同幅度和分布。左透镜和右透镜的其他特 性(诸如光谱特性)和其衰减可以是不同的。
[0175]
应预期到，各种实施例可以实现在各种应用中或者与各种应用相关联， 诸如成像系统和设备、显示系统和设备、空间光调制器、基于液晶的设备、 偏振器、波导板等。本文中所描述的结构、设备和方法可以特别地发现在 诸如可穿戴显示器(例如，头戴式显示器)的显示器中使用，可穿戴显示 器(例如，头戴式显示器)可以用于增强现实和/或虚拟现实。更一般地， 所描述的实施例可以在可以被配置为显示图像(无论是运动(诸如视频) 还是固定(诸如静止图像)，以及无论是文本、图形还是绘画)的任何设 备、装置或者系统中实现。然而，应预期到，所描述的实施例可以包括在 各种电子设备中或者与各种电子设备相关联，诸如但不限于：移动电话、 启用多媒体因特网的蜂窝电话、移动电视接收器、无线设备、智能电话、 设备、个人数字助理(pda)、无线电子邮件接收器、手持式或便 携式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板电脑、打印机、复印机、扫 描器、传真设备、全球定位系统(gps)接收器/导航仪、照相机、数字媒 体播放器(诸如mp3播放器)、摄录像机、游戏控制台、手表、时钟、 计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读设备(例如，电子阅读器)、 计算机监视器、自动显示器(包括里程计和速度计显示器等)、驾驶舱控 制和/或显示器、照相机视图显示器(诸如车辆中的后视图照相机的显示 器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、架构结构、微波、冰箱、 立体音响系统、盒式录音机或播放器、dvd播放器、cd播放器、vcr、 收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时 器、头戴式显示器和各种成像系统。因此，教导不旨在限于仅在附图中所 描绘的实施例，而是相反具有如将对于本领域普通技术人员容易明显的宽 适用性。
[0176]
对于本公开中所描述的实施例的各种修改可以对于本领域的技术人员 是容易明显的，并且本文中定义的一般原理可以适用于其他实施例而不脱 离本公开的精神或范围。可以对所描述的本发明做出各种改变并且可以代 替等效物而不脱离本发明的真实精神和范围。另外，可以做出许多修改以 将特定情况、材料、物质的组成、过程、(一个或多个)过程动作或(一 个或多个)步骤适于本发明的(一个或多个)目的、精神或范围。所有这 样的修改旨在在与本公开相关联的权利要求的范围内。
[0177]
词语“示例性的”在本文中排外地用于意指“用作示例、实例或者图 示”。在本文中描述为“示例性的”的任何实施例并非一定被理解为相对 于其他实施例优选的或者有利的。此外，本领域普通技术人员将容易理解 到，术语“上”和“下”、“上面”和“下面”等有时用于便于描述附图， 并且指示对应于适当取向页面上的图的取向的相对位置，并且可以不反映 本文所描述的结构的取向，因为实现了那些结构。
[0178]
在分离的实施例的上下文中在该说明书中所描述的某些特征还能够组 合实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例中的上下文中所描述的各 种特征还能够单独地或者
以任何适合的子组合实现在多个实施例中。而且， 尽管上面可以将特征描述为在某些组合中作用并且甚至如此初始地要求保 护，但是在一些情况下，可以从组合切除来自所要求保护的组合的一个或 多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变型。
[0179]
类似地，虽然操作以特定次序在附图中描绘，但是这不应该被理解为 要求这样的操作以所示的特定次序或者以顺序次序执行，或者全部所图示 的操作被执行，以实现期望的结果。而且，附图可以示意性地以流程图的 形式描绘一个或多个示例过程。然而，未描绘的其他操作可以包含在示意 性地图示的示例过程中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所图示的 操作之前、之后、同时或者之间执行。在某些情况下，多任务和并行处理 可以是有利的。而且，上文所描述的实施例中的各种系统部件的分离不应 该被理解为要求所有实施例中的这样的分离，并且应该理解的是，所描述 的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软 件产品中。此外，其他实施例在以下权利要求的范围内。在一些情况下， 权利要求中所记载的动作能够以不同的次序执行并且仍然实现期望的结 果。
[0180]
本发明包括可以使用主题设备执行的方法。方法可以包括提供这样的 适合的设备的动作。这样的提供可以由终端用户执行。换句话说，“提供
”ꢀ
动作仅要求终端用户获得、访问、接近、定位、设立、激活、加电或其他 动作以提供本方法中的必要设备。本文中记载的方法可以以记载事件的逻 辑上可能的任何次序以及以事件的记载次序执行。
[0181]
上文已经阐述了本发明的示例方面连同关于材料选择和制造的细节。 至于本发明的其他细节，这些可以结合上文提到的专利和公开理解并且通 常由本领域的技术人员已知或者理解。就如通常或者逻辑上使用的附加动 作而言，相对于本发明的基于方法的方面可以同样适用。
[0182]
另外，虽然已经参考可选地包含各种特征的数个示例描述了本发明， 但是本发明将不限于如相对于本发明的每个变型预期的描述或指示的发 明。可以对所描述的本发明做出各种改变并且可以代替等效物(无论是记 载在本文中还是出于某种简洁的缘故未包括)，而不脱离本发明的真实精 神和范围。另外，在提供值的范围的情况下，应当理解，该范围的上限与 下限之间的每个中间值和该声明的范围中的任何其他声明的或中间值涵盖 在本发明中。
[0183]
而且，应预期到，可以独立地或者组合本文所描述的特征中的任何一 个或多个来阐述并且要求保护所描述的发明变型的任何可选特征。对于单 数项的引用包括存在多个相同项的可能性。更特别地，如本文所使用的并 且在与其相关联的权利要求中，除非特别另外说明，否则单数形式“一(a)”、
ꢀ“
一(an)”、“所述(said)”和“该(the)”包括复数指示物。换句 话说，冠词的使用允许以上描述以及与本公开相关联的权利要求中的主题 项中的“至少一个”。还应注意到，这样的权利要求可以被撰写为不包括 任何可选元素。如此，该语句旨在用作用于结合权利要求元素的记载来使 用如“仅仅(solely)”、“仅(only)”等这样的专用术语或者使用“否 定”限制的先行基础。
[0184]
在不使用这样的专用术语的情况下，与本公开相关联的权利要求中的 术语“包括”应当允许包括任何附加元素—而不管给定数目的元素是否被 列举在这样的权利要求中，或者特征的添加可以被认为是转换这样的权利 要求中阐述的元素的性质。除了如本文特别定义之外，本文中使用的所有 技术和科学术语将被给定为尽可能宽的通常理解的意
义，同时维持权利要 求有效性。
[0185]
本发明的宽度将不限于所提供的示例和/或本说明书，而是相反仅通过 与本公开相关联的权利要求语言的范围来限定。