本公開總地涉及基于計算機的娛樂，并且更具體地涉及適合用于增強現(xiàn)實(ar)和/或虛擬現(xiàn)實(vr)顯示設備的光學裝置。

背景技術(shù)：

自從第一批視頻游戲被開發(fā)以來，計算機圖形技術(shù)已經(jīng)歷了巨大的發(fā)展?，F(xiàn)在，相對廉價的3d圖形引擎可提供在僅僅花費幾百美元的手持視頻游戲平臺、家庭視頻游戲平臺和個人計算機硬件平臺上的接近照片真實感的交互式游戲體驗。這些視頻游戲系統(tǒng)通常包括手持控制器、游戲控制器或者在手持視頻游戲平臺的情況下包括集成控制器。用戶與控制器交互以向視頻游戲系統(tǒng)發(fā)送命令或其它指令，來控制視頻游戲或其它模擬場景。例如，控制器可以包括由用戶操作的游戲桿和按鈕。

雖然視頻游戲允許用戶直接與視頻游戲系統(tǒng)交互，但是這樣的交互主要影響被顯示在視頻游戲設備上(或被連接的顯示器上)的圖形展示，而很少影響虛擬世界以外的任何其它物體。就是說，用戶可以指定對視頻游戲系統(tǒng)的輸入，指示用戶的虛擬化身應當執(zhí)行跳躍動作，并且作為響應，視頻游戲系統(tǒng)可以顯示用戶的虛擬化身正在跳躍。但是，這樣的交互通常被局限于虛擬世界，而虛擬世界以外的任何交互都被限制(例如當特定動作發(fā)生時，手持游戲設備可能會振動)。

此外，很多手持游戲設備包括某種形式的視覺感知設備，該設備可以被用于捕獲物理真實世界場景下的圖像或圖像序列。所捕獲的圖像隨后可以被顯示在例如手持游戲設備的顯示器上。某些設備可以被配置為在所捕獲的圖像被顯示之前向這些圖像中插入虛擬對象。此外，其它設備或應用可能允許用戶在物理場景的被捕獲圖像內(nèi)繪制或涂畫細節(jié)。但是，由于這些改動只應用于物理場景的單一圖像，來自不同角度的該物理場景的后續(xù)被捕獲圖像可能不能體現(xiàn)用戶的改動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

這里所描述的一個實施例是一種具有增強現(xiàn)實(ar)功能的顯示設備，用于將顯示器所生成的光顯示到預定的視場上。該顯示設備包括光學裝置，該光學裝置具有相對于顯示器的預定位置的預定布置并且限定視場。該光學裝置包括：分束器元件，該分束器元件被放置在視場內(nèi)并且被配置為透射基于顯示器所生成的光的第一入射光的第一部分；以及第一反射鏡元件，該第一反射鏡元件被配置為向分束器元件反射基于第一部分的第二入射光的第二部分。分束器元件還被配置為將基于第二部分的第三入射光的第三部分反射到視場上。

這里所描述的另一實施例是一種具有增強現(xiàn)實(ar)功能的顯示設備，用于將顯示器所生成的光顯示到預定的視場上。該顯示設備包括光學裝置，該光學裝置具有相對于顯示器的預定位置的預定布置并且限定視場。該光學裝置包括：第一反射鏡元件，該第一反射鏡元件被配置為反射基于顯示器所生成的光的第一入射光的第一部分；以及第二反射鏡元件，該第二反射鏡元件被放置在視場內(nèi)并且被配置為將基于第一部分的第二入射光的第二部分反射到視場上。

這里所描述的另一實施例是一種具有增強現(xiàn)實(ar)功能的顯示設備，用于將顯示器所生成的光顯示到預定的視場上。該顯示設備包括被放置在視場內(nèi)的透光顯示器，以及第一透鏡元件，該第一透鏡元件被放置在視場內(nèi)透光顯示器的第一側(cè)，該第一透鏡元件具有正屈光度(opticalpower)。該顯示設備還包括第二透鏡元件，該第二透鏡元件在視場內(nèi)被放置在透光顯示器的與第一側(cè)相對的第二側(cè)，該第二透鏡元件具有與上述正屈光度的大小相等的負屈光度。

附圖說明

通過參考附圖，可以給出實現(xiàn)和更全面地理解上述那些方面的方式，以及對以上簡單綜述的本公開的實施例的更具體的描述。但是，應當注意附圖僅僅圖示了本公開的典型實施例，因此并不被認為是對本公開的范圍的限制，本公開可以允許有其它等效實施例。

圖1圖示了根據(jù)一個實施例的示例性交互環(huán)境。

圖2是圖示了根據(jù)這里所描述的實施例的被配置為與移動計算設備交互的ar/vr頭戴式設備的示圖。

圖3是圖示了根據(jù)這里所描述的實施例的移動計算設備與安裝組件的附裝的示圖。

圖4-圖11圖示了根據(jù)各種實施例的緊湊型ar/vr顯示設備的示例性實現(xiàn)方式。

具體實施方式

緊湊型ar/vr顯示設備的各種實現(xiàn)方式在這里被公開。一般來說，將緊湊型ar/vr顯示設備設計為具有相對較小的尺寸和重量是有益的，這樣可以允許更年輕的用戶或者小力量的用戶使用，并且一般在使用時更少讓人感到疲勞。與大型或笨重的顯示設備相比，緊湊化的實現(xiàn)方式往往通過減少材料和處理需求來減少制造成本，并且對用戶而言也更美觀。

緊湊型ar/vr顯示設備的實現(xiàn)方式可以使用專用硬件并且/或者可以使用智能電話或其它移動計算設備。例如，能夠適配觀看者的智能電話的實現(xiàn)方式可以提供緊湊型ar/vr顯示設備的更低的制造成本，因為不需要包括單獨的計算硬件或顯示硬件。使用觀看者自己的智能電話還可以為觀看者帶來更多的便利，并且可以提供相對較大的顯示器供觀看。

在緊湊型ar/vr顯示設備內(nèi)，移動計算設備和/或光學裝置的放置也可以有利地被選擇以減少施加在觀看者上的力矩(例如對應于頸部或上體上的壓力)。例如，在頭戴式緊湊型ar/vr顯示設備中，將智能電話放置為更接近觀看者的頭部提供更小的力矩。

圖1圖示了根據(jù)一個實施例的示例性交互環(huán)境。在系統(tǒng)100內(nèi)，計算設備105與一個或多個講故事設備150、一個或多個傳感器設備160、一個或多個顯示設備170以及一個或多個音頻輸出設備180通信。下面將更詳細地討論，計算設備105可以為交互環(huán)境下的用戶提供增強現(xiàn)實(ar)和/或虛擬現(xiàn)實(vr)顯示功能。計算設備105可以按任何合適的形式來實現(xiàn)。在一些實施例中，計算設備105是體戴式(body-worn)計算設備，例如被集成到用戶的頭部、手臂等所佩戴的組件中。在一些實施例中，計算設備105包括移動計算設備，例如智能電話、平板計算機等。移動計算設備可以被配置為與體戴式組件進行物理上可移除的附裝。

計算設備105包括但不限于處理器110和存儲器115。一般來說，處理器110獲取并執(zhí)行被存儲在存儲器115中的程序指令。處理器110被包括，代表單個中央處理單元(cpu)、多個cpu、具有多個處理核的單個cpu、具有多個執(zhí)行路徑的圖形處理單元(gpu)等。存儲器115被大體上包括，代表隨機訪問存儲器，但是也可以包括任何合適類型的非易失性存儲裝置。

存儲器115一般包括用于實現(xiàn)與生成和維護講故事環(huán)境相關的各種功能的程序代碼。程序代碼一般被描述為存儲器115內(nèi)的各種功能“模塊”，但是替代實現(xiàn)方式可以具有不同的功能和/或功能的組合。在存儲器115內(nèi)，講故事模塊120一般被配置為使用所選擇的預定的故事模板(例如被存儲在存儲器115中)來生成故事，并且基于可供參與到講故事體驗中的多個被標識的講故事設備150。講故事設備150可以利用通過任何合適的通信方法實現(xiàn)的注冊過程來標識。一個非限制性示例包括：控制器設備(可以是講故事設備150或計算設備105)發(fā)出諸如紅外(ir)信號之類的第一信號，并且其它講故事設備150響應于接收到該第一信號而發(fā)送諸如射頻(rf)信號之類的響應信號。

傳感器設備160可以是任何(一個或多個)類型的設備并且被配置為感知關于講故事環(huán)境的信息。傳感器設備160的一些非限制性示例包括視覺傳感器165、壓力傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器。視覺傳感器可以包括被配置為感知可見光和/或紅外光的相機。在一些實施例中，傳感器設備160可以由計算設備105包括(或者被包括在計算設備105內(nèi))。例如，在計算機設備105是智能電話或平板設備的情況下，傳感器設備160可以包括被包括在智能電話/平板設備內(nèi)的(一個或多個)相機、慣性運動單元(imu)等。在一些實施例中，傳感器設備160包括在計算設備105外部的傳感器，例如頭戴式設備所包括的視覺傳感器165。

存儲器115還包括：圖像處理模塊125，被配置為實現(xiàn)對視覺傳感器165所捕獲的視覺信息的處理。圖像處理模塊125可以包括任意數(shù)目的圖像處理功能，例如對象檢測和跟蹤子模塊130，被配置為檢測交互環(huán)境內(nèi)的物理對象(例如基于邊緣檢測信息、顏色信息和/或其它合適的特征)并且跟蹤所檢測到的對象的相對位置隨時間的變化(例如，當用戶和/或?qū)ο笤谡麄€交互環(huán)境中移動時)。圖像處理模塊125還包括深度估計子模塊135，被配置為動態(tài)地估計所檢測到的對象與用戶的距離。

系統(tǒng)100包括一個或多個顯示設備170以及一個或多個音頻輸出設備180。顯示設備170可以包括任何合適類型的視覺顯示器。顯示設備170可以包括能夠向用戶顯示視覺接口的任何類型的動態(tài)顯示器，并且可以包括任何類型的發(fā)光二極管(led)、有機led(oled)、陰極射線管(crt)、液晶顯示器(lcd)、等離子、電致發(fā)光(el)或其它顯示技術(shù)。在一些實施例中，顯示設備170被包括在計算設備105內(nèi)(例如智能電話、平板設備等的主顯示屏)。在其它實施例中，顯示設備170與計算設備105分開，但是被配置為將虛擬圖像疊加到用戶視場內(nèi)的物理對象上。例如，顯示設備170可以被集成到諸如頭戴式設備之類的體戴式設備中，并且顯示設備170可以被配置為被戴在用戶的眼睛前面的目鏡或鏡頭。在另一示例中，顯示設備170可以被集成到用戶所攜帶或手持的或者在講故事體驗中有任何其它合適的用戶交互的其它設備中。例如，在參與講故事體驗時，用戶可以攜帶包括用于瞄準的光學瞄準具的玩具槍，并且顯示設備170可以被集成在光學瞄準具中。

音頻輸出設備180可以包括具有任何合適的形式因子(例如單獨的、集成在立體聲音響中的、耳機等)的傳統(tǒng)的音頻揚聲器，以及使用產(chǎn)生用戶可感受到的聲音的替代方法的設備，例如體戴式設備中的骨傳導換能器。在一些實施例中，音頻輸出設備180被包括在計算設備105內(nèi)(例如智能電話、平板設備等的揚聲器)。在其它實施例中，音頻輸出設備180與計算設備105分開。

在一些實施例中，計算設備105被配置為工作在增強現(xiàn)實(ar)模式下，大體上被配置為利用顯示設備170將諸如人物、物體和/或動態(tài)視覺效果之類的虛擬圖像疊加到用戶對環(huán)境的自然視場內(nèi)。用戶的視場一般利用諸如視覺傳感器165之類的傳感器設備160來確定。在一些實施例中，計算設備105被配置為工作在虛擬現(xiàn)實(vr)模式下，一般利用顯示設備170將用戶對環(huán)境的自然視場用虛擬圖像來替換。

例如，顯示設備170可以疊加虛擬人物，使其看上去像是坐在環(huán)境內(nèi)所檢測到的物理椅子上。顯示設備170上的虛擬人物的顯示基于用戶的視場(朝向)、所確定的椅子相對于用戶的深度等被動態(tài)地調(diào)節(jié)。

在一些實施例中，計算設備105被配置為基于所感知到的環(huán)境的特征和/或基于講故事模塊所生成的故事動態(tài)地選擇ar模式和vr模式中的一個。ar或vr模式的選擇被表示為ar/vr顯示模式140并且被包括在存儲器115中。例如，視覺傳感器165可能檢測到環(huán)境非常亮(例如當用戶處于陽光直射下時)，這可能使得用戶很難用顯示設備170查看覆蓋信息。在另一示例中，講故事模塊120所生成的故事的虛擬設置指定夜間設置。在這些示例中，vr模式可以被實現(xiàn)以將用戶的視場與周圍的物理環(huán)境基本隔離開，從而減少從環(huán)境中接收到的光的量。在這兩種情況下，ar/vr顯示模式140的動態(tài)選擇通過確保用戶能夠適當?shù)夭榭锤采w信息或者通過提供與故事的虛擬設置相一致的更真實的設置，可以改善講故事環(huán)境的逼真特質(zhì)。

ar和vr模式之間的切換可以通過任何合適的技術(shù)來實現(xiàn)。在一些實施例中，用戶所佩戴的頭戴式設備包括擋光組件，該組件包括被放置在用戶的每個眼睛前面的交叉偏振器。當一個或兩個交叉偏振器被旋轉(zhuǎn)時，被透射到用戶眼睛上的來自物理環(huán)境的光可以選擇性地被減少，并且可以將用戶的視場與物理環(huán)境基本隔離開(例如vr模式)。旋轉(zhuǎn)交叉偏振器可以手動(例如用戶轉(zhuǎn)動與交叉偏振器相連的旋鈕)或電動(例如電機基于ar/vr顯示模式140接收來自計算設備105的控制信號并旋轉(zhuǎn)交叉偏振器)被執(zhí)行。在其它實施例中，擋光組件包括部分或全部透明的“透視(see-through)”顯示器，例如oled或側(cè)面發(fā)光或自然發(fā)光的lcd。顯示器基于ar/vr顯示模式140接收來自計算設備105的控制信號并且可以選擇性地使顯示器變暗以將用戶的視場與物理環(huán)境基本隔離開。

顯示設備170一般被用在系統(tǒng)100內(nèi)以提供在講故事體驗期間可以被用戶攜帶或佩戴的緊湊型ar/vr顯示器。如上所述，顯示設備170可以包括與移動計算設備(例如智能電話或平板設備)的顯示設備分開的設備。使用智能電話或其它移動計算設備來實現(xiàn)緊湊型ar/vr顯示器具有若干優(yōu)點。例如，能夠適配觀看者的智能電話的實現(xiàn)方式可以提供緊湊型ar/vr顯示設備的更低的制造成本，因為不需要包括單獨的計算硬件或顯示硬件。智能電話中所包括的相機可以被用作視覺傳感器165來動態(tài)地提供關于物理環(huán)境和用戶視場的信息。使用智能電話還可以為用戶帶來更多便利，并且可以提供相對較大的顯示器供觀看。

很多考慮因素會影響到使用移動計算設備的緊湊型ar/vr顯示器的設計。一般來說，緊湊型ar/vr顯示器包括被配置為向用戶的眼睛傳送移動計算設備的一些或全部顯示內(nèi)容的光學裝置。取決于當前所選擇的模式(ar或vr)，該光學裝置還被配置為將來自物理環(huán)境的一些或全部光傳送至用戶的眼睛。將緊湊型ar/vr顯示器設計為具有相對較小的尺寸和重量可能是有益的。更小和更輕的體戴式實現(xiàn)方式允許更年輕的用戶或者小身材和/或小力量的其他用戶使用，并且一般在講故事體驗期間更少讓人感到疲勞。移動計算設備和/或光學裝置的放置也可以被選擇以減少施加在用戶上的力矩。例如，在頭戴式緊湊型ar/vr顯示設備中，與將智能電話放置為遠離用戶的頭部的實現(xiàn)方式相比，將智能電話放置在更接近用戶的頭部的位置處提供更小的力矩(例如對應于頸部或上體上的壓力)。緊湊型(小尺寸)的實現(xiàn)方式還通過減少材料和處理需求來減少制造成本。與大型或笨重的實現(xiàn)方式相比，緊湊型的實現(xiàn)方式對用戶而言也更美觀。

使用移動計算設備結(jié)合光學裝置可以為用戶提供相當好的視場，加強了交互環(huán)境的逼真特質(zhì)。一般來說，用戶視場的尺寸與針對與用戶眼睛的特定距離而言被包括在光學裝置中的元件的尺寸成比例。

圖2是根據(jù)本文描述的實施例，示出被配置為與移動計算設備交互的ar/vr頭戴式設備的圖示。如圖所示，圖示200示出了移動計算設備210和作為ar/vr頭戴式設備220形式的具有ar/vr功能的顯示設備。ar/vr頭戴式設備220大體上包括安裝組件225(或“移動設備適配器“)、頭帶235和鏡面透鏡240。安裝組件225限定開口230，開口230接納移動計算設備210。一般地，將移動計算設備210插入開口230中提供了移動計算設備210與安裝組件225的可移除附接，并且還將顯示器215(表示圖1的顯示設備170的示例)安排在預定的位置。在該預定位置中，顯示器215相對于包括在ar/vr頭戴式設備220中的光學組件(未示出)具有合適的朝向。安裝組件225可以包括用于可移除地附接移動計算設備210的任何適當?shù)难b置。安裝組件225還被配置為將移動計算設備210保持或保有在對于ar/vr頭戴式設備220的佩戴者而言所期望的位置和朝向。

由移動計算設備210的顯示器215(例如，基于圖1的顯示信號175)產(chǎn)生的光通過ar/vr頭戴式設備220的光學組件被重定向，使得光可以被ar/vr頭戴式設備220的佩戴者看到。例如，所產(chǎn)生的光可以穿過分束器并且從鏡面透鏡240反射并進入佩戴者的眼睛。因此，使用顯示器215顯示的虛擬對象看起來好像存在于觀看者的物理環(huán)境中。有利地，通過利用移動計算設備210的硬件資源，相對于包含專用計算機處理器、顯示設備等的其他ar設備，ar/vr頭戴式設備220可以以降低的成本生產(chǎn)和銷售。

圖3是根據(jù)本文描述的實施例，示出移動計算設備與安裝組件的附接的圖示。更具體地，圖示300示出了用于將移動計算設備210插入安裝組件225中的示例性順序。安裝組件225可以由具有適當?shù)膹姸纫员Ｓ幸苿佑嬎阍O備210的任何材料的一個或多個元件形成。在一些實施例中，安裝組件225由塑料材料形成，其有利地提供更輕的顯示設備。

移動計算設備210通過形成在安裝組件225中的開口230插入。中間位置310表示移動計算設備210在到達預定的最終位置315之前可能所處的位置。在移動計算設備210的預定的最終位置315處，移動計算設備210的顯示器215具有相對于光學裝置335的預定位置320。

安裝組件225的下表面325對于由顯示器215產(chǎn)生的光330而言是大體上光學透射的。在一些實施例中，下表面325由光學透射材料(例如，塑料或玻璃)形成，來自顯示器215的光330被透射通過下表面325。在其他實施例中，下表面325限定了來自顯示器215的光330透射通過的開口。例如，下表面325可以圍繞移動計算設備210的外圍支撐移動計算設備210。

雖然未明確示出，但是安裝組件225可以包括用于將移動計算設備210與安裝組件225可移除地附接的另外的元件。例如，可以使用以下各項在移動計算設備210和安裝組件225之間形成壓配合：(一個或多個)可調(diào)節(jié)角件、具有引導塞的滑動托盤、(一個或多個)肘接銷釘、階梯槽、可替換托盤等。例如，移動計算設備210可插入可替換托盤或其它適當?shù)妮d體構(gòu)件，然后該構(gòu)件被插入到安裝組件225中，從而將顯示器215安排在預定位置320。以這種方式，不同的載體構(gòu)件可以用于容納針對特定安裝組件225的不同類型的移動計算設備210。

移動計算設備210與安裝組件225的可移除附接可以在相關聯(lián)的顯示設備內(nèi)具有任何適當?shù)某?。光學裝置335的這些元件共同限定相對于預定光學參考點的視場，并且顯示裝置一般被設計成使得觀看者的(一只或兩只)眼睛與光學參考點對準。為了支持顯示設備的ar功能，移動計算設備210和安裝組件225大體上設置在視場之外，以允許觀看者通過光學裝置335觀察物理環(huán)境。例如，對于觀看者的視線對應于光學裝置335的視場的頭戴式顯示設備，移動計算設備210和安裝組件225可以位于觀看者視線的上方，下方或側(cè)面。

圖4根據(jù)一個實施例，示出了緊湊型ar/vr顯示設備400的示例性實現(xiàn)方式。顯示設備400示出了智能手機(即，移動計算設備210的一個示例)和被配置為將智能手機的顯示器215的至少一部分反射到觀看者的眼睛415的光學裝置405。光學裝置405的元件共同限定相對于預定光學參考點的視場410。顯示設備400總體上被設計為使得觀看者的眼睛415與光學參考點對準。

盡管未示出，但是光學裝置405可以包括掩模，其被配置為阻擋來自顯示器215的一些顯示區(qū)域和/或來自智能手機的其他部分的光，以防止觀看者看到這些部分。例如，可以提供掩模以防止智能手機邊緣在視場410內(nèi)可見，智能手機邊緣易于使觀看者偏離交互式環(huán)境的沉浸式性質(zhì)。

如圖所示，智能手機被布置成使其顯示器215面向上。在一些實施例中，智能手機與顯示設備200中的光學裝置405可移除地附接，顯示設備200可以是由觀看者身體佩戴或攜帶的。智能手機的可移除附接允許無論觀看者在使用期間如何移動，其顯示器215均與光學裝置405的元件保持期望的朝向。注意，為了簡單起見，未示出與光學裝置405、智能手機和/或觀看者的部分附接的結(jié)構(gòu)元件。例如，顯示設備200可以包括柔性頭帶，以允許觀看者在他或她的頭部上舒適佩戴。由顯示器215產(chǎn)生的光330(或“圖像”)向上向第一反射鏡元件425傳輸。在一些實施例中，第一反射鏡元件425具有正屈光度，并且來自顯示器215的圖像通常聚焦在約1米和光學無限(opticalinfinity)之間。

基于光330，第一入射光430入射在分束器元件420上。分束器元件420被設置在視場410內(nèi)，并且被配置為透射第一入射光430的第一部分435。在一些實施例中，分束器元件420反射第一入射光430的50％，并透射第一入射光430的50％。分束器元件420的替代實現(xiàn)方式可以具有其他的百分比?；诮?jīng)透射的第一部分435(例如，第一入射光430的50％)的第二入射光440入射在第一反射鏡元件425上，并且第二入射光440的第二部分445被第一反射鏡元件425反射朝向分束器元件420。一般地，第一反射鏡元件425是100％前表面涂覆的，以反射基本上所有的第二入射光440。第一反射鏡元件的替代實現(xiàn)方式可具有其他的反射率?；诘诙糠?45的第三入射光450入射在分束器元件420上，并且分束器元件420將第三入射光450的第三部分455反射到視場410。在一些實施例中，分束器元件420將第三入射光450的50％反射到觀看者的眼睛415。因此，在一個實施例中，由顯示器215產(chǎn)生的光功率的大約25％(50％透射通過分束器的50％反射)被傳輸?shù)接^看者的眼睛。

如圖所示，智能手機的相機460被包括在與顯示器215相對的表面上。顯示設備400還包括被配置為重定向相機460的傳感軸線465的第二反射鏡元件470。在一些實施例中，相機460沿著感測軸475向前感測，感測軸475對應于視場410的軸412。在該朝向中，相機460能夠獲取針對環(huán)境的視覺信息以執(zhí)行光學檢測和跟蹤、深度估計等等。為了簡單起見，第二反射鏡元件470被示為單個90°彎折鏡；然而，用于相機460的鏡像布置可以更復雜，包括多個反射鏡和/或不同的反射鏡曲率。在另一實現(xiàn)方式中，智能手機的相機460可以與顯示器215被包括在同一表面上。

顯示設備400還包括被設置在視場410內(nèi)的擋光組件480。在一些實施例中，擋光組件480包括交叉偏振器。當交叉偏振器中的一個或兩個被旋轉(zhuǎn)時，可以控制來自物理環(huán)境的被傳輸?shù)接^看者的眼睛(例如，通過分束器元件420)的光量，以基本上將視場410與物理環(huán)境隔離(例如，對應于所選擇的vr模式)。旋轉(zhuǎn)交叉偏振器可以手動(例如，觀看者旋轉(zhuǎn)與交叉偏振器鏈接的旋鈕)或電子地執(zhí)行。例如，與交叉偏振器鏈接的馬達從相關聯(lián)的計算設備(例如，移動計算設備210)接收控制信號，并且基于所選擇的ar或vr顯示模式來旋轉(zhuǎn)交叉偏振器。在其他實施例中，擋光組件480包括部分或完全透射的“透視”顯示器，例如oled或側(cè)光或自然照亮lcd。在這種情形中，部分或完全透射的顯示器從相關聯(lián)的計算設備接收控制信號，并基于所選擇的ar或vr顯示模式選擇性地使顯示器變暗。

注意，盡管相對于觀看者的單個眼睛415示出了圖4-11的光學裝置，但是顯示設備400、500等的實現(xiàn)方式可以包括針對觀看者的每只眼睛的獨立光學器件。此外，在一些實施例中，顯示設備400、500等的實現(xiàn)方式可以包括一些獨立的光學器件(例如，每個眼睛一個)和一些共享光學器件(例如，針對雙眼一個)。在一個示例中，單個分束器元件420可以由對應于觀看者的兩只眼睛的兩個獨立的透鏡系統(tǒng)(即，兩個獨立的正屈光度鏡)共享。還要注意，顯示設備400、500等的替代實現(xiàn)方式可以包括一個或多個單獨的顯示設備(即，不包括在智能手機中)和/或一個或多個單獨的相機(或其他視覺傳感器)。此外，針對特定實現(xiàn)方式描述的特征可以有利地應用于其他實現(xiàn)方式，而不需要明確的陳述。

圖5根據(jù)一個實施例，示出了緊湊型ar/vr顯示設備500的示例性實現(xiàn)方式。在光學裝置505內(nèi)，第一反射鏡元件包括平面鏡510而不是彎曲的正屈光度鏡(如圖4所示)。光學裝置505還包括設置在分束器元件420和平面鏡510之間的透鏡元件515。在一些實施例中，透鏡元件515提供正屈光度。

由顯示器215產(chǎn)生的圖像(由光330表示)入射在分束器元件420上，并且一部分透射通過分束器元件420并通過透鏡元件515，由平面鏡510反射通過透鏡元件515，并且一部分由分束器元件420反射到視場410。圖像透射通過透鏡元件515兩次導致圖像的屈光度加倍。

顯示設備500的光學裝置505一般提供減少的重量和成本。通常，通過縮短透鏡的曲率半徑來增加通過透鏡元件的屈光度，這易于增加透鏡的尺寸、重量和成本。如所公開的，兩次通過相同的透鏡元件515提供了增加的屈光度，而沒有附加的尺寸、重量和成本。此外，透鏡元件515的一個非限制性示例是fresnel透鏡，其與某些其它透鏡實現(xiàn)方式相比是相對較輕的透鏡。此外，平面鏡510一般比曲面鏡更便宜。

在一個替代實施例中，光學裝置505還可以包括折射力(refractivepower)。在該實施例中，包括在組520內(nèi)的某些光學元件被組520′的光學元件替換。更具體地，組520′包括曲面鏡525而不是平面鏡510，并且還包括在透鏡元件515和曲面鏡525之間的層530。層530包括塑料或玻璃材料，并且具有某種厚度：該厚度可被選擇為使得透鏡元件515在由曲面鏡525提供的屈光度之外還提供折射力。在另一實施例中，不是兩個單獨的元件，而是曲面鏡525可以與透鏡元件515熔合(或以其他方式一體形成)，以形成單折射透鏡。例如，單折射透鏡的頂表面具有反射涂層，并且塑料或玻璃的厚度在單折射透鏡的中心附近較厚，以形成正屈光度彎月形透鏡。適當?shù)膯握凵渫哥R的一個非限制性示例是mangin鏡。單折射透鏡可以用于縮短焦距并校正光學像差(例如球差)，從而提供更高質(zhì)量的圖像。

圖6根據(jù)一個實施例，示出了緊湊型ar/vr顯示設備600的示例性實現(xiàn)方式。與圖4所示的顯示設備400相比，顯示設備600一般提供對由顯示器215產(chǎn)生的光330的更大的恢復。

在顯示設備600內(nèi)，顯示器215是產(chǎn)生線偏振(無論是s偏振還是p偏振)圖像的偏振顯示器，并且分束器元件包括偏振軸對準線偏振光330的偏振分束器610?；诰€偏振光330，第一入射光430入射到偏振分束器610上。因為來自顯示器215的線偏振光330和偏振分束器610的偏振軸對準，因此由偏振分束器610透射的第一部分435包括線偏振光330的大部分。

第一部分435穿過四分之一波片元件615(或“四分之一波長延遲片”)，其將第一部分435的線偏振轉(zhuǎn)換成圓偏振。圓偏振光作為第二入射光440入射到第一反射鏡元件上，并且第二入射光440的第二部分445被第一反射鏡元件425反射。反射光穿過四分之一波片元件615，四分之一波片元件615將圓偏振光轉(zhuǎn)換為具有從偏振分束器610的偏振軸凈90°旋轉(zhuǎn)偏振的線偏振光。第三入射光450入射到偏振分束器610上，并且第三部分455被偏振分束器610反射到視場410。第三部分455包括線偏振的第三入射光450的大部分。以這種方式，在光每次入射到偏振分束器元件610上(透射和隨后的反射)時降低損耗。在一些實施例中，通過用偏振反射器代替第一反射鏡元件425，使得入射在偏振反射器上的圓偏振的第二入射光440的大部分被反射(作為第二部分445)回來并通過四分之一波片元件615，到達觀看者的眼睛415的線偏振光330的量可以進一步增加。

圖7根據(jù)一個實施例，示出了緊湊型ar/vr顯示設備700的示例性實現(xiàn)方式。如顯示設備700所示，顯示器215是面向下的。由顯示器215產(chǎn)生的光330向下傳輸，并且基于光330的第一入射光720入射到設置在視場410內(nèi)的第一反射鏡元件710上。在顯示設備700內(nèi)，第一反射鏡元件710包括分束器元件。第一入射光720的第一部分725被分束器元件反射并朝向第二反射鏡元件715。第二反射鏡元件715一般包括具有任何適當反射率的正屈光度透視鏡。

第二入射光730入射到第二反射鏡元件715上，并且第二部分735朝向第一反射鏡元件710反射。經(jīng)反射的第二部分735的光可以具有在大約1米到光學無限之間的焦距。第三入射光740入射到第一反射鏡元件710上，并且第三部分745被透射通過第一反射鏡元件710到觀看者的眼睛415。

顯示設備700的實現(xiàn)方式提供了若干益處。光學裝置705的第一反射鏡元件710具有遠離觀看者的眼睛415的朝向，這一般允許更舒適的佩戴或使用顯示設備700。顯示設備700的設計還允許第二反射鏡元件715的焦距顯著縮短，這減小了光學裝置705的總體尺寸和重量。在一些情形中，顯示設備700可以被縮放到上述顯示設備400、500、600的尺寸的大約一半。例如，光學裝置705的高度(從頂部到底部看)可以是大約兩英寸。雖然未示出，但是光學裝置705可以足夠小，使得僅向觀看者顯示顯示器215的一部分(例如，顯示器215的一部分遠離觀看者延伸并且向前延伸到第二反射鏡元件715)。

圖8根據(jù)一個實施例，示出了緊湊型ar/vr顯示設備800的示例性實現(xiàn)方式。在顯示設備800內(nèi)，顯示器215包括產(chǎn)生線偏振(無論是s偏振還是p偏振)圖像的偏振顯示器，并且光學裝置805的第一反射鏡元件包括偏振軸與線偏振光330對準的偏振分束器元件810。光學裝置805還包括具有垂直朝向(如圖所示)并設置在偏振分束器元件810和第二反射鏡元件715之間的四分之一波片元件815。

在視場410內(nèi)，偏振分束器元件810以及四分之一波片元件815和第二反射鏡元件715的串聯(lián)組合被布置成使得具有第一偏振的第一入射光720的大部分被偏振分束器元件810反射(作為第二部分725)，并且具有第二偏振(例如，從分束器元件810的偏振軸90°旋轉(zhuǎn)的偏振)的第三入射光740的大部分被偏振分束器元件810透射(作為第三部分745)。以這種方式，在光每次入射到偏振分束器元件810上時降低損耗。

一般地，盡管第二反射鏡元件715具有正屈光度，但是第二反射鏡元件715不會使圖像失真或重新聚焦，因為第二反射鏡元件715的厚度是恒定的。換句話說，第二反射鏡元件715具有反射屈光度，但不具有折射屈光度。在一個替代實施例中，第二反射鏡元件715是偏振化的，以便進一步增加向偏振分束器元件810反射并最終傳輸?shù)接^看者的光(即，第二部分735)的量。

圖9示出了根據(jù)一個實施例的緊湊型ar/vr顯示設備900的示例性實現(xiàn)方式。在顯示設備900中，分束器元件包括對于入射光的不同波長呈現(xiàn)不同透射和/或反射性質(zhì)的二向色性分束器910(或“二向色鏡(dichroicmirror)”)。此外，二向色性分束器910的具體光譜通帶可以基于光的入射角而變化。在一個實施例中，由顯示器215生成的光330包括大體上紅色、綠色和藍色(rgb)的波長，其在圖表925中示出為紅色波長930r、綠色波長930g和藍色波長930b。在這種情況下，二向色性分束器910包括被配置為僅反射rgb波長、同時透射基本上所有其它波長的三波段二向色鏡。其它實施例可以使用使用替代色彩模型的二向色性分束器910。在一些實施例中，二向色性分束器910包括被配置為反射一組波長的光而透射其它波長的光的二向色性表面(例如，二向色性涂層)。在一個實施例中，第二鏡元件920(例如，正屈光度透視鏡)也包括二向色性表面。

在一個實施例中，基于光330的第一入射光930以45°角入射到二向色性分束器910上，其提供第一類型的光反射率(作為第一部分950)。例如，在與二向色性分束器910成45°入射角時，特定rgb波長的光可以大部分被反射，而其它波長的光作為透射部分935通過二向色性分束器910。在與二向色性分束器910垂直(即，呈90°)入射時，rgb波長的光可以大部分透射通過二向色性分束器910，而不是被反射。圖表955示出了二向色性分束器910針對紅色波長960r、綠色波長960g和藍色波長960b的這些反射率和透射率性質(zhì)。

第二鏡元件920(例如，取決于第二鏡元件920是否包括二向色性表面)反射一些或基本上全部rgb波長的光。在第二鏡元件920中包括二向色性表面通?？梢允沟霉?30中通過光學裝置905透射到眼睛415的百分比增加。在一些實施例中，二向色性表面具有的光譜反射特性與二向色性分束器910的45°入射角的反射光譜、以及顯示器215的發(fā)射光譜兩者相匹配。在一些實施例中，二向色性表面的光譜反射特性也與二向色性分束器910的垂直入射的透射光譜相匹配。

第二入射光975入射到第二鏡元件920上，第二入射光975的第二部分980朝向二向色性分束器910反射。在一些實施例中，基于第二部分980的第三入射光985以90°角入射在二向色性分束器910上，并且rgb波長的光大部分作為第三部分990透射通過二向色性分束器910。

光學裝置905可以包括附加的(一個或多個)光學元件，以將第二入射光975適當?shù)貙虻诙R元件920，從而第三入射光985以大體90°的角度(或者以允許rgb波長大部分透射的替代性入射角)入射在二向色性分束器910上。如圖所示，光學裝置905包括第三鏡元件915，第三鏡元件915相對于二向色性分束器910和第二鏡元件920具有預定的布置。第三鏡元件915被配置為反射第四入射光965的第四部分970，其中第四入射光965基于由二向色性分束器910所反射的第一部分950。在一些實施例中，第三鏡元件915包括平面鏡，并且在一些情況下可以包括被配置為僅反射第四入射光965的rgb波長的二向色性表面。入射到第二鏡元件920上的第二入射光975基于第四部分970。盡管相較其它顯示設備400、500等，光學裝置905的實現(xiàn)方式可能相對復雜，但是在顯示設備900中使用二向色性表面通常允許對由顯示器215生成的光330的更佳的能量保存。

在一些實施例中，二向色性分束器910在反射光的波長和透射光的波長上具有微小差別。圖表940示出了對應于二向色性分束器910的反射率的第一組rgb波長945r1、945g1和945b1，以及對應于二向色性分束器910的透射率的第二組rgb波長945r2、945g2和945b2。這樣的差異可以減少透射通過第二鏡元件920的背景光的著色(tinging)效果，因為該差異通常導致觀看者在視覺上整合兩組色彩從而減少感知的著色效果。

圖10示出根據(jù)一個實施例的緊湊型ar/vr顯示設備1000的示例性實現(xiàn)方式。如上文所討論的，顯示設備400(圖4)向觀看者的眼睛透射由顯示器生成的光功率的大約25％。在包括視場內(nèi)的正屈光度透視鏡的顯示設備700(圖7)中，所顯示的光通過分束器兩次并從正屈光度透視鏡反射一次，這對應于被透射到觀看者的眼睛的顯示光功率的約1/8(即，12.5％)。其結(jié)果是，由顯示器生成的圖像和從物理背景透射的光對于觀看者來說可能顯得相對暗淡。

為了增加對觀看者所顯示的圖像和背景光的亮度，光學裝置1005包括幾乎100％前表面鏡像的第一鏡元件1010，而不是分束器元件。光學裝置1005還定義相對于觀看者的眼睛415具有不同定位的視場410。在這種情況下，視場410延伸通過顯示器215和第一鏡元件1010之間的間隔1040。在一個實施例中，第一鏡元件1010和顯示器215之間的間隔1040大約為半英寸到一英寸。

使用第一反射鏡元件1010，將由顯示器215生成的光330的功率的大約一半(即50％)透射到觀看者的眼睛415，與顯示設備700相比相當于亮度增加到四倍(即4x)，同時具有基本上相同的成本和重量?；诠?30的第一入射光1020入射在第一鏡元件1010上，并且表示基本上全部(即100％)的光功率的第一部分1025被朝向第二鏡元件1015反射。第二鏡元件1015通常包括正屈光度透視鏡?；诘谝徊糠?025的第二入射光1030入射到第二鏡元件1015上，第二鏡元件1015將第二部分1035反射到視場410上。在一些實施例中，第二部分1035代表由顯示器215生成的光功率的一半(即50％)。

在一個實施例中，光學裝置1005包括對應于觀看者的兩只眼睛的兩個第二鏡元件1015(即，兩個正屈光度透視鏡)。在另一實施例中，光學裝置1005包括單個第二鏡元件1015，使得觀看者的兩只眼睛都看到同一第二鏡元件1015，這可以是較便宜的實現(xiàn)方式。通常，具有單個第二鏡元件1015的實現(xiàn)方式適合于以顯示器215的全光柵(fullraster)的全分辨率來提供雙眼顯示設備(即，向兩只眼睛提供相同的圖像)，而不是在觀看者的雙眼間分開顯示(其可能損失分辨率)。

圖11示出根據(jù)一個實施例的緊湊型ar/vr顯示設備1100的示例性實現(xiàn)方式。在顯示設備1100中，透光顯示器1110布置在第一透鏡元件1105和第二透鏡元件1115之間的視場410內(nèi)。換言之，第一透鏡元件1105布置在透光顯示器1110的第一側(cè)，第二透鏡元件1115布置在透光顯示器1110的第二側(cè)。在一些實施例中，第一透鏡元件1105具有正屈光度，第二透鏡元件1115具有在大小與該正屈光度相等的負屈光度。第一透鏡元件1105和第二透鏡元件1115可以布置為盡可能靠近透光顯示器1110。

透光顯示器1110選擇性地透射來自物理環(huán)境的光。例如，透光顯示器1110的每個像素包括透明(即透射)部分、和允許通過像素陣列的部分可見性的反射(或發(fā)射)部分。透光顯示器1110的一些非限制性示例包括邊緣照明lcd、自然光照lcd和透明oled顯示器。在一些實施例中，透光顯示器1110是與移動計算設備(例如智能手機)分離的顯示器。然而，智能電話的處理能力可以用于驅(qū)動分離的透光顯示器1110。

在一些實施例中，第一透鏡元件1105具有用于觀看透光顯示器1110的正屈光度。第一透鏡元件1105創(chuàng)建透光顯示器1110的像，焦距在約1米與光學無限。然而，通過第一透鏡元件1105觀看透光顯示器1110導致來自物理環(huán)境的光被散焦(例如，模糊背景)。在顯示設備1100內(nèi)，通過將具有大小與正屈光度相等的負屈光度的第二透鏡元件1115包括在內(nèi)來補償?shù)谝煌哥R元件1105的效果。第一透鏡元件1105和第二透鏡元件1115的凈效果是透光顯示器1110和沒有屈光度的背景的清晰視圖。換言之，第二透鏡元件1115的負屈光度校正來自物理環(huán)境的光，使得環(huán)境對于觀看者顯得不失真。

有利地，顯示設備1100提供非常緊湊的實現(xiàn)方式。例如，顯示設備1100的光學裝置的高度(從頂部到底部看)可以是大約二分之一英寸到一英寸。由于顯示設備1100通?？蓪Φ谝煌哥R元件1105和第二透鏡元件1115使用較短焦距透鏡，顯示設備1100還可為觀看者提供更寬的視場。此外，顯示設備1100不需要將由透光顯示器1110提供的虛擬圖像1125與來自環(huán)境的物理圖像1120光學地組合的分束器元件。其結(jié)果是，顯示設備1100可以布置得更靠近觀看者的眼睛，并且實現(xiàn)方式通常比包括分束器元件的實施方式更小、更輕和更便宜。

在前文中，參考了本公開的實施例。然而，本公開不限于具體描述的實施例。相反，前述特征和元件的任何組合(無論是否涉及不同的實施例)都被設想為實現(xiàn)和實施本公開。此外，盡管本公開的實施例可以實現(xiàn)優(yōu)于其它可能的解決方案和/或相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，但給定實施例是否實現(xiàn)特定優(yōu)點并不限制本公開。因此除非在權(quán)利要求中明確地陳述，前述方面、特征、實施例和優(yōu)點僅僅是示例性的，并且不被認為是所附權(quán)利要求的元素或限制。同樣地，除非在權(quán)利要求中明確地陳述，對“本公開”的引用不應被解釋為本文公開的任何發(fā)明主題的概括，并且不應被認為是所附權(quán)利要求的元素或限制。

本公開的各方面可以體現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計算機程序產(chǎn)品。因此，本公開的各方面可以采取完全硬件實施例、完全軟件實施例(包括固件、常駐軟件、微代碼等)、或者組合軟件和硬件方面的實施例的形式，其在本文可以全部通稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，本公開的各方面可以采取體現(xiàn)在一種或多種計算機可讀介質(zhì)(其上實現(xiàn)有計算機可讀程序代碼)中的計算機程序產(chǎn)品的形式。

可以使用一種或多種計算機可讀介質(zhì)的任何組合。計算機可讀介質(zhì)可以是計算機可讀信號介質(zhì)或計算機可讀存儲介質(zhì)。計算機可讀存儲介質(zhì)可以是例如但不限于電、磁、光、電磁、紅外或半導體的系統(tǒng)、裝置或設備、或前述項的任何合適的組合。計算機可讀存儲介質(zhì)的更具體的示例(非窮舉列表)包括以下項：具有一根或多根線的電連接、便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦除可編程只讀存儲器(eprom或閃存)、光纖，便攜式光盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲設備、磁存儲設備、或前述項的任何合適的組合。在本文檔的上下文中，計算機可讀存儲介質(zhì)可以是可以包含或存儲由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備所使用(或與其結(jié)合使用)的程序的任何有形介質(zhì)。

計算機可讀信號介質(zhì)可以包括其中實現(xiàn)有計算機可讀程序代碼(例如，在基帶中或作為載波的一部分)的傳播數(shù)據(jù)信號。這樣的傳播信號可以采取各種形式中的任何一種，包括但不限于電磁、光學或其任何合適的組合。計算機可讀信號介質(zhì)可以是并非計算機可讀存儲介質(zhì)的，并且可以傳送、傳播或傳輸由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備使用或與其結(jié)合使用的程序的任何計算機可讀介質(zhì)。

實現(xiàn)在計算機可讀介質(zhì)中的程序代碼可以使用任何適當?shù)慕橘|(zhì)傳輸，包括但不限于無線、有線、光纖線纜、rf等，或前述項的任何合適的組合。

用于執(zhí)行本公開的方面的操作的計算機程序代碼可以以一種或多種編程語言的任何組合來編寫，編程語言包括面向?qū)ο蟮某绦蛟O計語言(例如java、smalltalk、c++等)以及常規(guī)的過程式編程語言(例如“c”編程語言或類似的編程語言)。程序代碼可以完全在用戶計算機上執(zhí)行、部分在用戶計算機上執(zhí)行、作為獨立軟件包執(zhí)行、部分在用戶計算機上執(zhí)行、部分在遠程計算機上執(zhí)行、或者完全在遠程計算機或服務器上執(zhí)行。在后一種情況下，遠程計算機可以通過任何類型的網(wǎng)絡(包括局域網(wǎng)(lan)或廣域網(wǎng)(wan))連接到用戶的計算機，或者可以連接到外部計算機(例如，通過使用互聯(lián)網(wǎng)服務提供商的互聯(lián)網(wǎng))。

上文參考根據(jù)本公開的實施例的方法、裝置(系統(tǒng))和計算機程序產(chǎn)品的流程圖圖示和/或框圖描述了本公開的各方面。應當理解，流程圖和/或框圖的每個框以及流程圖和/或框圖中的框的組合可以由計算機程序指令實現(xiàn)。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專用計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器以產(chǎn)生機器，使得經(jīng)由計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置的處理器執(zhí)行的指令創(chuàng)建用于實現(xiàn)流程圖和/或框圖的一個或多個塊中指定的功能/動作的裝置。

這些計算機程序指令還可以存儲在可以指示計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它設備以特定方式工作的計算機可讀介質(zhì)中，使得存儲在計算機可讀介質(zhì)中的指令生成制品，該制品包括實現(xiàn)在流程圖和/或框圖的一個或多個框中指定的功能/動作的指令。

計算機程序指令還可以被加載到計算機、其它可編程數(shù)據(jù)處理裝置或其它設備上，以使得在計算機、其它可編程裝置或其它設備上執(zhí)行一系列操作步驟來生成計算機實現(xiàn)的過程，從而使得在計算機或其它可編程裝置上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)流程圖和/或框圖的一個或多個框中指定的功能/動作的過程。

附圖中的流程圖和框圖示出了根據(jù)本公開的各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個框可以表示包括用于實現(xiàn)指定的邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令的代碼的部分、模塊、或分段。在一些替代的實現(xiàn)方式中，在框中標注的功能可以不按照附圖中所示的順序發(fā)生。例如，取決于所涉及的功能，前后示出的兩個框?qū)嶋H上可以基本同時執(zhí)行，或者這些框有時可以以相反的順序執(zhí)行?？驁D和/或流程圖中的每個框以及框圖和/或流程圖中的框的組合可以由執(zhí)行指定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以由專用目的硬件和計算機指令來實現(xiàn)。

在所附的附錄中提供了講故事設備和故事管理和創(chuàng)建技術(shù)，以及接近檢測技術(shù)和通信協(xié)議的附加示例。

雖然前述內(nèi)容針對的是本公開的實施例，但是在不脫離本公開的基本范圍的情況下，可以構(gòu)想本公開的其它和進一步的實施例，并且本公開的范圍由所附權(quán)利要求來確定。