[發明專利]可佩戴3D增強現實顯示器

有效

• 申請號: 201580023032.6
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN106662731B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: B.賈維迪;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 亞利桑那大學評議會;康涅狄格州大學
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B27/01
• 代理公司: 72001 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 孫鵬;杜荔南<國際申請>=PCT/US2

一種可佩戴3D增強現實顯示器和方法，其可包括3D集成成像光學器件。

Hong Hua

Bahram Javidi

相關申請

本申請要求2014年3月5日提交的美國臨時申請號61/948,226的優先權的權益，通過引用將該（多個）申請的整體內容合并于此。

技術領域

本發明總體上涉及可佩戴3D增強現實顯示器，并且更特別地但不是排外地涉及包括3D集成成像（InI）光學器件的可佩戴3D增強現實顯示器。

背景技術

允許在人的現實世界視圖上疊加2D或3D數字信息的增強現實（AR）顯示器長期以來已被描述為一項重新定義我們感知數字信息且與數字信息相互作用的方式的起改造作用的技術。盡管已經探索了若干個類型的AR顯示設備，但是期望形式的AR顯示器是輕質的光學看穿式（see-through）頭戴式顯示器（OST-HMD），其能夠實現數字信息到物理世界的直觀視圖上的光學疊加并且保持對現實世界的看穿式視覺。隨著無線網絡的迅速增加的帶寬、電子器件的小型化以及流行的云計算，當前挑戰之一是實現不顯眼（unobtrusive）AR顯示器，其將OST-HMD、智能電話以及移動計算的功能集成在一副眼鏡的體積內。

如果可用的話，這樣的AR顯示器將有潛力徹底改革許多實踐的領域并且滲透生活的結構（fabric），包括醫療、防御和安全、制造、運輸、教育和娛樂領域。例如，在醫學中，AR技術可使得醫生能夠在實施手術的同時看到疊加在患者的腹腔上的患者的CT圖像；在移動計算中，它可以允許旅行者在街上行走的同時訪問他或她視線中的飯店的評論；在軍事訓練中，它可以允許戰士在將3D虛擬對象混入現場訓練環境中的環境中有效地訓練。

通常，AR技術的大多數關鍵障礙是由顯示器來限定的。缺少高性能、緊湊和低成本AR顯示器會限制探索AR技術潛在提供的全范圍益處的能力。近年，重要的研究和市場驅動已經朝向克服OST-HMD系統的笨重、類似頭盔的外形因數，主要集中于實現緊湊且輕質的外形因數。已經探索了導致OST-HMD顯著進步的幾個光學技術。例如，大力宣傳的googleGlass^?是非常緊湊、輕質（~36克）、單眼OST-HMD，提供無障礙即時訪問數字信息的益處。盡管它已展示了AR顯示器的有前途且令人興奮的未來前景，但是google Glass^?的當前版本在640×360像素的圖像分辨率下具有非常窄的FOV（沿對角線近似15°FOV）。這對有效增強許多應用程序中的現實世界視圖提供了有限的能力。

盡管這樣的承諾，但是現有的OST-HMD仍有許多問題，諸如AR顯示器的視覺不適。因此，在實現低成本、高性能、輕質且真正3D OST-HMD系統的同時提供提供增加的視覺舒適度的OST-HMD將是本領域中的進步。

發明內容

在本發明的各方面之一中，本發明可以提供一種3D增強現實顯示器，其具有用于提供向用戶顯示的虛擬3D圖像的微顯示器。例如，本發明的光學方法可將AR顯示系統的光學路徑和微InI子系統的光學路徑唯一地組合以提供3D光場光源。此方法提供了實現不易受到適應-會聚差異問題影響的AR顯示器的潛力。受益于自由形式的光學技術，該方法還可以創建輕質且緊湊的OST-HMD解決方案。