專利名稱：直接視網(wǎng)膜顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及直接視網(wǎng)膜顯示器(DRD)。特別地，它涉及用于改 善由DRD提供的視場的發(fā)展。
背景技術：
DRD通過經(jīng)由瞳孔將用圖像信息調(diào)制的激光束或其它光束直接 掃描到用戶的眼睛的視網(wǎng)膜上提供觀察用圖像。具體而言，通過利用 幾種顏色的激光束并調(diào)制這些射束的強度，可以在用戶的眼睛上產(chǎn)生 彩色圖像。例如，通過橫過視網(wǎng)膜以光柵模式掃描光點依次產(chǎn)生圖像。
DRD提供優(yōu)于現(xiàn)有的基于屏幕的顯示器的優(yōu)點。分辨率可更高并 且圖像可被疊加在現(xiàn)實生活景物上。這使得DRD成為對于廣泛的應 用(特別是在虛擬或擴張的現(xiàn)實顯示器中)的希望的選項。例如，頭 戴式DRD可在駕駛員或飛行員觀看他們正在航行的景物的同時向他 們提供視覺形式的信息。
為了與人眼的"現(xiàn)實生活"成像能力匹配，顯示裝置理想情況下對 于單個眼球應具有水平140°和垂直90。的視場。眼睛可辨別的最大分 辨率是1弧分的角分辨率，這轉換成8400水平像素乘以5400垂直像 素。由現(xiàn)有的DRD技術提供的分辨率依賴于激光波長、掃描器速度 和調(diào)制帶寬以及掃描光學。衍射受限的激光可在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生約l弧 分的角分辨率。但是，視場由包含由現(xiàn)有技術提供的掃描速度和調(diào)制 帶寬的許多因素支配。為了改善視場，必須增加掃描角度(在視網(wǎng)膜 上掃描激光束的水平和垂直角度)。在掃描器上機械地增加掃描角度 還要求增加掃描速度和/或調(diào)制帶寬以保持相同的分辨率。因此，視場 受確定掃描速度和調(diào)制帶寬的當前技術的能力限制。
美國專利申請公開No. 2004/0164926提出 一種經(jīng)由橢球面反射器
掃描到用戶的眼睛中以提供寬視場圖像顯示器的頭戴式顯示系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的在于，提供改進的直接視網(wǎng)膜顯示器，或至少向乂> 眾提供有用的選擇。
發(fā)明內(nèi)容
在第一方面中，本發(fā)明概括地是一種用于以寬視場在眼睛的視網(wǎng)
膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜顯示器，該直接視網(wǎng)膜顯示器包括被配 置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生掃描光束的掃描源， 該掃描光束已被圖像調(diào)制；掃描光束的路徑中的發(fā)散反射器，該發(fā)散 反射器被配置為用放大的掃描角向外反射入射到發(fā)散反射器上的掃描 光束；和反射的掃描光束的路徑中的會聚反射器，該會聚反射器被配 置為基本上向眼睛的瞳孔上的會聚點反射具有放大的掃描角的掃描光 束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
優(yōu)選地，發(fā)散反射器可在掃描光束的路徑中至少部分包含球形反 射面，使得入射到球形反射面上的掃描光束以放大掃描角度的變化的 角度被反射，以產(chǎn)生寬視場。在一種形式中，發(fā)散反射器可以是半球 形反射器。在另一種形式中，發(fā)散反射器可以是球面反射器。
優(yōu)選地，會聚反射器可在從發(fā)散反射器反射的掃描光束的路徑中 至少部分包含基本上橢圓的反射面，使得入射到基本上橢圓的反射面 上的掃描光束基本上向著眼睛的瞳孔上的會聚點被反射。在一種形式 中，會聚反射器可以是橢圓形反射器。在另一形式中，會聚反射器可 以是準橢圓形反射器，該準橢圓形反射器被成形為減少由發(fā)散反射器 的形狀導致的掃描光束在眼睛的瞳孔上的任何不會聚。
優(yōu)選地，掃描源可包含用于產(chǎn)生光束的光束發(fā)生器、用于將圖像 像素分給掃描中的各位置上的光束的調(diào)制器、和用于在兩個維度中在 各維度中的掃描角度上使光束改變方向的掃描器。在一種形式中，光 束發(fā)生器可包含激光器的配置。作為替代方案，掃描器的光束發(fā)生器 可包含發(fā)光二極管的配置。
在一種形式中，掃描源可被配置為在各維度中的掃描角度上非線
性掃描光束，以對發(fā)散反射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補 償，由此保證正確地在視網(wǎng)膜上顯示圖像。
在另一種形式中，掃描源可被配置為使圖像預先非線性變形，以 對發(fā)散反射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補償，由此保證正 確地在視網(wǎng)膜上顯示圖像。
優(yōu)選地，掃描源可被配置為在兩個維度中掃描光束以產(chǎn)生光束的 錐形束。更優(yōu)選地，掃描源可被配置為在眼睛的視網(wǎng)膜上掃描二維圖 像。另外，或者作為替代方案，掃描源可被配置為為了在眼睛的視網(wǎng) 膜上顯示三維圖像根據(jù)圖像的各像素的相對深度調(diào)整光束的焦點。
在一種形式中，會聚反射器可部分反射并且部分透明以使得圖像 能夠被疊加到用于擴張的現(xiàn)實的現(xiàn)實生活景物上。
優(yōu)選地，該直接視網(wǎng)膜顯示器還可包括跟蹤控制機構，該機構被 配置為跟蹤眼睛的移動和調(diào)整發(fā)散和會聚反射器的位置，使得會聚點 跟隨瞳孔移動。更優(yōu)選地，該跟蹤控制機構還可包括視網(wǎng)膜成像部件， 以幫助跟蹤眼睛的移動。
優(yōu)選地，會聚點可足夠大，以基本上覆蓋眼睛的瞳孔以減少眼睛
移動的影響o
優(yōu)選地，相對于眼睛沿水平方向在眼睛上產(chǎn)生的視場可以為至少
80度、更優(yōu)選至少100度、甚至更優(yōu)選至少120度。
優(yōu)選地，相對于眼睛沿垂直方向在眼睛上產(chǎn)生的視場可以為至少
60度、更優(yōu)選至少80度、甚至更優(yōu)選至少90度。
優(yōu)選地，顯示的圖像的分辨率可以為水平方向上的至少800像素
乘以垂直方向上的至少600像素、更優(yōu)選水平方向上的至少1280像素
乘以垂直方向上的至少1024像素、甚至更優(yōu)選水平方向上的至少8000
像素乘以垂直方向上的至少5000像素。
優(yōu)選地，任一維度中的掃描角度可以為至少2度、更優(yōu)選至少5度。
優(yōu)選地，任一維度中的掃描角度可被放大至少20倍、更優(yōu)選被放 大至少25倍。
在一種形式中，顯示器可用于在兩個眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像， 并包含兩個會聚反射器，每個會聚反射器用于一個眼睛，并且掃描源 被配置為向著位于會聚反射器之間的發(fā)散反射器的對邊在兩個維度中 在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生用圖像調(diào)制的二個掃描光束，該發(fā)散反 射器被配置為向著各個會聚反射器以放大的掃描角度反射各掃描光 束，各會聚反射器被配置為基本上向著各眼睛的瞳孔上的會聚點反射 各掃描光束，用于在各眼睛的視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。優(yōu)選地，會 聚反射器可以是準橢圓形反射器，該準橢圓形反射器被成形為將掃描 光束會聚到各眼睛的瞳孔上的會聚點上，并且發(fā)散反射器是球面反射 器。
在另一種形式中，直接視網(wǎng)膜顯示器可用于在兩個眼睛的視網(wǎng)膜 上顯示圖像，并包含用于各個眼睛的掃描源、發(fā)散反射器和會聚反射 器。
優(yōu)選地，直接視網(wǎng)膜顯示器可被配置為安裝到用戶的頭部上。 在第二方面中，本發(fā)明概括地是一種用于以寬視場在眼睛的視網(wǎng)
膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜顯示器，該直接視網(wǎng)膜顯示器包括被配 置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生掃描光束的掃描源， 該掃描光束被圖像調(diào)制；掃描光束的路徑中的具有球形反射面的發(fā)散 反射器，該發(fā)散反射器被配置為用放大的掃描角向外反射入射到球形 反射面上的掃描光束；和反射的掃描光束的路徑中的具有基本上橢圓 的反射面的會聚反射器，該會聚反射器被配置為基本上向眼睛的瞳孔 上的會聚點反射具有放大的掃描角的掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜 上重建和顯示圖像。
優(yōu)選地，會聚反射器的橢圓形反射面可以是準橢圓形反射面，該
的掃描光束在眼睛的瞳孔上的任何不會聚。
優(yōu)選地，掃描源可包含用于產(chǎn)生光束的光束發(fā)生器、用于將圖像 像素分給掃描中的各位置上的光束的調(diào)制器、和用于在兩個維度中在 各維度中的掃描角度上使光束改變方向的掃描器.
優(yōu)選地，掃描源可被配置為在各維度中的掃描角度上非線性掃描 光束，以對發(fā)散反射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補償，由 此保證正確地在視網(wǎng)膜上顯示圖像。
優(yōu)選地，掃描源可被配置為使圖像預先非線性變形，以對發(fā)散反 射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補償，由此保證正確地在視 網(wǎng)膜上顯示圖像。
優(yōu)選地，掃描源可被配置為在兩個維度中掃描光束以產(chǎn)生光束的 錐形束。
優(yōu)選地，掃描源可被配置為掃描以在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示二維圖像。
優(yōu)選地，掃描源可被配置為為了在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示三維圖像 根據(jù)圖像的各像素的相對深度調(diào)整光束的焦點。
在第三方面中，本發(fā)明概括地是一種用于在用戶的兩個眼睛的視
網(wǎng)膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜顯示器，該直接視網(wǎng)膜顯示器包括被 配置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生兩個掃描光束的掃 描源，每個掃描光束用于一個眼睛，該掃描光束被圖像調(diào)制；掃描光 束的路徑中的發(fā)散反射器，該發(fā)散反射器被配置為用放大的掃描角向 外反射入射到發(fā)散反射器的對邊上的掃描光束；和各反射的掃描光束 的路徑中的兩個會聚反射器，每個會聚反射器用于一個眼睛，該會聚 反射器被配置為基本上向各眼睛的瞳孔上的會聚點反射具有放大的掃 描角的掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
優(yōu)選地，發(fā)散反射器可在掃描光束的路徑中包舍基本為球形的反 射面。更優(yōu)選地，發(fā)散反射器可以是位于兩個會聚反射器之間的球面 反射器。
優(yōu)選地，會聚反射器可在從發(fā)散反射器反射的掃描光束的路徑中 包含準橢圓形反射面。
在一種形式中，存在兩個發(fā)散反射器，每個發(fā)散反射器用于一個 眼睛，每個位于掃描光束中的一個的路徑中并被配置為將掃描光束反 射到各個會聚反射器上。更加優(yōu)選地，發(fā)散反射器可以是球面反射器
并且會聚反射器是準橢圓形反射器。
優(yōu)選地，顯示器可被配置為可固定到用戶的頭部上。 在本說明書和權利要求中使用的術語"包含"意味著"至少部分
由......組成"，也就是說，當解釋包含該術語的本說明書和權利要求中
的語句時，各語句中的以該術語開始的特征均需要具備，但其它的特
性也可具備。
本發(fā)明包含上述內(nèi)容，并且還設想以下僅給出例子的結構。
現(xiàn)在僅作為例子參照
本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中
圖1是表示本發(fā)明的DRD的優(yōu)選實施例的示意圖，該DRD利用
掃描器、半球形反射器和修改的橢圓形反射器以在視網(wǎng)膜上提供一維
圖像；
圖2是半球形反射器上的掃描束的輸入掃描角(e)和輸出掃描角
((j))之間的關系圖3是掃描器射束在瞳孔上的輸入掃描角(e)和瞳孔掃描角(p)
之間的關系圖4是表示圖1的DRD的示意圖，其中無修改的橢圓形反射器 代替修改的橢圓形反射器并導致掃描的射束的射線在瞳孔上的不會
聚；
圖5更詳細表示由于使用圖4所示的無修改橢圓形反射器導致的
半球形反射器中的虛擬原點上的掃描射束的不會聚射線；
圖6表示用于計算修改的橢圓形反射器的形狀的總體幾何和符
號；
圖7表示使用由多個橢圓限定的點產(chǎn)生修改的橢圓形反射器，其 中僅示出兩個橢圃；
圖8表示球面反射器及相關的符號和參數(shù)之間的幾何關系的近視
圖9是輸入掃描角(escan)和球面角(小)之間的關系圖IO是輸入掃描角(escan)和反射的射線與水平線之間的夾角 (\|/)之間的關系圖11是表示用于在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生二維圖像的本發(fā)明的優(yōu)選實施 例DRD的3D線框模型的示意圖12表示由圖11的DRD產(chǎn)生的激光束點(出射孔)在用戶的 瞳孔的位置上的強度分布面；
圖13表示圖12的強度分布的反灰度級圖像；
圖14表示安裝在用戶的頭部上的本發(fā)明的DRD的優(yōu)選實施例的 側視圖15表示安裝在用戶的頭部上的本發(fā)明的DRD的優(yōu)選實施例的 平面圖，該DRD使用單一球面反射器；
圖16表示安裝在用戶的頭部上的本發(fā)明的DRD的替代性實施例 的平面圖，該DRD使用兩個球面反射器。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及產(chǎn)生寬視場的DRD系統(tǒng)、該寬視場例如對各個眼睛 約為水平的100度和垂直的90度。DRD包含非線性和非傍軸光學設 計。DRD使得能夠從相對較小的角度輸入掃描進行寬角度輸出掃描。 特別地，DRD利用發(fā)散反射器以放大來自光源的掃描束的角度，并利 用會聚反射器以重新將射束掃描會聚為基本上與眼睛的瞳孔一致的會 聚點或會聚點，用于在眼睛的視網(wǎng)膜上重建圖像?？梢岳斫?，會聚點 或會聚點可根據(jù)DRD系統(tǒng)的規(guī)格改變表面積尺寸。在優(yōu)選的形式中， 會聚點基本上覆蓋眼睛的瞳孔。
參照圖1，示出DRD裝置10的優(yōu)選實施例。如上所述，DRD10 使用非線性光學角度放大以從相對較小的角度輸入掃描在眼睛上產(chǎn)生 寬視場(寬角度輸出掃描)。DRD10結合會聚反射器16使用用于從 掃描源14放大掃描射束角度的發(fā)散反射器12，該會聚反射器16用于 將射束掃描重新會聚到基本上與眼睛的瞳孔18—致的位置上，使用這 種配置，DRD10從相對較小的角度輸入掃描產(chǎn)生寬視場。
為了清楚起見，將主要參照圖1所示的DRD10的二維(2D)平 面圖關于產(chǎn)生一維(1D-線)圖像說明DRD。但是，可以理解，如 后面關于圖11~16說明的那樣，DRD可被配置為在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生二 維或三維(3D)圖像。并且，圖l表示用于一個眼睛的DRD 10，但 可以理解，DRD可根據(jù)需要很容易地被調(diào)整為適于兩個眼睛，并且也 將在后面關于圖14~16說明這一點。
DRD 10利用包含光束發(fā)生器和用于在希望的角度20上掃描射束 以產(chǎn)生發(fā)散的射線束22的掃描器的掃描源14。優(yōu)選地，光束發(fā)生器 產(chǎn)生希望的波長的激光束。掃描器可以為任何適當?shù)挠糜谠贒RD應 用中掃描激光束的技術。掃描器只需要較小的預定的掃描角度，諸如 機械的至少2°，并可例如為傾斜-傾斜掃描器或任何其它類型的基于微 型光機電系統(tǒng)(MOEMS)的掃描器。優(yōu)選地，掃描器以至少20kHz 的視頻速率操作，但可以理解也可以根據(jù)應用使用更低的掃描速度。 并且，可以理解，掃描器可以根據(jù)圖像是1D、 2D還是3D在例如水 平或垂直方向或這兩個方向上以一個或兩個自由度掃描射束。光束發(fā) 生器可例如包含用于產(chǎn)生有色的激光束的激光器或發(fā)光二極管(LED ) 的配置。在優(yōu)選的實施例中，激光器被用于光束發(fā)生器中。掃描源14 還包含將圖像信息調(diào)制到從掃描源發(fā)射的激光束上的調(diào)制能力。
在操作中，依次由掃描源14掃描的射線束22中的各激光束在其 路徑中入射到發(fā)散反射器是12上。在圖1所示的優(yōu)選實施例中，發(fā)散 反射器12為半球形或基本上為半球形，但可以理解，發(fā)散反射器可為 球形、基本上為球形或者它只需要具有足夠的球形或基本上為球形的 表面以容納射線束22的掃描角度20的側向界限上的入射激光束。如 果全球面反射器被使用，那么對于用戶的第二個眼睛另一半可形成 DRD的發(fā)散反射器的一部分，并且，將在下面參照圖14~16說明這 一點。
在掃描的激光束射到發(fā)散發(fā)光鏡14上后，它被發(fā)散反射器反射到 會聚發(fā)光鏡16上。會聚反射器基于橢圓，該橢圃具有使得源自一個焦 點的射線會聚到第二焦點上的幾何特性。在優(yōu)選的實施例中，會聚反
射器16包含修改的橢圓(準橢圓)凹面，該凹面大到足以容納在增加 的掃描角度的側向界限上從發(fā)散反射器12反射出去的激光束24。修 改的橢圓形反射器16被成形為在瞍孔上重新會聚從發(fā)散反射器12反 射出去的入射激光束24。眼睛的透鏡從而可從射線束24在視網(wǎng)膜上 重構(在這種情況下) 一維圖像。將在下面參照圖4-10說明改變的 橢圓形反射器的幾何形狀的計算。
發(fā)散反射器12和會聚反射器16可由玻璃、塑料或任何其它適當 的材料形成。在優(yōu)選的形式中，發(fā)散反射器12從玻璃成形和拋光得到， 并且會聚反射器16從例如丙烯酸樹脂的塑料形成或注模得到。根據(jù)用 于形成反射器12、 16的材料，它們將具有固有的反射質量或將被涂敷 諸如保護鋁的反射涂層?？梢岳斫?，發(fā)散反射器12是全反射的，但是， 如果需要擴張的現(xiàn)實顯示器，那么會聚反射器可以是全反射或部分反 射的，由此使得圖像與用戶觀察的現(xiàn)實生活景物重疊。
現(xiàn)在更詳細說明圖1所示的優(yōu)選實施例DRD的操作。為了產(chǎn)生 一維圖像，在角度20上產(chǎn)生和掃描來自掃描源14的激光束，該角度 20在這種情況下為4.5度，但可以理解，這種輸入掃描角度可根據(jù)應 用、希望的DRD的規(guī)格和掃描源的掃描器技術規(guī)格改變。在掃描角 度20上的各不同的點上，激光束被調(diào)制為產(chǎn)生不同的圖像承栽射束， 該圖像承栽射束與用于在視網(wǎng)膜上顯示的圖像的 一個像素有關。掃描 角度20上的單個調(diào)制射束的組合包含掃描坐標可能為笛卡爾坐標或 極坐標的圖像即光柵掃描。各單個調(diào)制的激光束(示為射線束22)依 次射到半球形反射器12上。半球形反射器12然后向準橢圓形反射器 16反射射線束22的各射束，在這樣做時以依賴于其在半球形反射器 U上的各入射(輸入)角(e)的輸出角(<|))反射各個射束。圖2是 表示4.5度上的輸入掃描角(e)和輸出掃描角(小)之間的關系的示 圖，表示約12倍的掃描角度放大因子。圖3是表示對于輸入掃描的瞳 孔上的角度(p)，對于第一掃描點和最后的掃描表觀視場角度的I3角 不同?？梢詤⒄請D6更好地解釋這一點，其中，pc是從第一掃描點的 瞳孔上的角度，它例如是約115度，p-是從最后的掃描點的瞳孔上的
角度，它例如是約13度。兩個p角之間的差值是瞳孔的視場，該視場 在這種情況下超過100度。
如圖1所示，與半球形反射器12上的相鄰入射束的相對角度相比， 各射束相對于其相鄰射束的反射角度改變。這樣，射線束22發(fā)散性增 加，使得入射到準橢圓形反射器16上的射束的掃描角比入射到半球形 反射器12上的射束的掃描角20大。在這種情況下，掃描角從4.5度 增加到53度。如圖3所示，這使最終在視網(wǎng)膜上顯示的圖像的表觀視 場增加到初始視場的約22倍。這使得能夠在不需要增加掃描源14上
的分^率的情況下在視網(wǎng)膜上以更大的格式顯示相同二圖像。反射; (小)的大小依賴于球面半徑、半球形反射器12到掃描源14的距離和
入射掃描角(e)。
半球形反射器12的角度放大因子相對于入射掃描角(e)不是線 性的，這導致像素間隔在視網(wǎng)膜上是非線性的?？梢酝ㄟ^在射束角度 20上非線性掃描以產(chǎn)生所需的線性間隔，即，通過預先使光柵掃描模 式變形或者替代性地通過預先使要被顯示的圖像變形，對輸入掃描源 14補償這種非線性。入射到準橢圓形反射器16上的發(fā)散的射線束24 然后重新會聚到與眼睛的瞳孔一致的會聚點18上。瞳孔然后沿視網(wǎng)膜 上的位置依次聚焦射線束24的各單個射束，以從由各調(diào)制激光束表示 的像素重建圖像，
現(xiàn)在將參照圖4~10說明修改的橢圓形反射器的幾何形狀的計 算。圖4表示利用無修改橢圓形反射器32而不是修改的橢圓形反射器 的DRD30的替代性實施例。如圖所示，無修改橢圓形反射器32不是 優(yōu)選的，因為它導致射線束在瞳孔上不會聚，并且這導致圖像劣化。 可以參照圖5解釋不會聚的原因，該圖示出入射到半球形反射器12 上的射束掃描射線22和得到的反射射線36。無修改橢圓形反射器具 有如圖5所示的位于半球形反射器12內(nèi)的平均虛擬原點36上的焦點 和如圖4所示的眼睛的會聚點上的焦點。不會聚妁射線34的模式是半 球形反射器12內(nèi)的虛擬射線模式在點38上的放大的反射。但是，無
修改橢圓形反射器32的表面可被修改以對激光束的不會聚進行校正， 以產(chǎn)生如圖1的優(yōu)選實施例DRD 10所示的準橢圓形反射器16。
作為例子，現(xiàn)在參照數(shù)學公式和圖6 10說明在兩個維度中計算 修改的橢圓形反射器16或修改的橢圓函數(shù)的方法。首先，將說明計算 過程的概要。該過程包括利用具有無修改橢圓的DRD 30配置的規(guī)格 和幾何參數(shù)的迭代計算。特別地，使用幾何代數(shù)以有效地在半球形反 射器12的表面上有效掃描射束，使得它被反射到無修改橢圓形反射器 32上并然后被橢圓形反射器反射到會聚點18 (瞳孔)。對于各射束位 置，如圖6和圖7所示形成一組三角形。這些三角形邊的長度和角度 然后如下面進一步解釋的那樣被計算并被用于計算形成修改的橢圓或 橢圓形狀的一部分的空間中的點Pn。各點pn然后被定位以保證來自 半球形反射器12的反射的射束重新聚合到與瞳孔一致的一個點18上。 通過對各個射束位置計算不同的橢圓參數(shù)實現(xiàn)這一點。橢圓的半長軸 被固定，但偏心率對于各個橢圓變化。橢圓焦點中的一個被固定在與 點18上的眼睛的瞳孔一致的位置上。如圖7所示，另一焦點對于半球 形反射器12上的掃描射線的與截點F2n —致的各不同橢圓改變位置。
現(xiàn)在參照數(shù)學公式和圖6~10說明詳細的數(shù)學計算過程。對于本 數(shù)學解釋，半球形反射器12被稱為球體，橢圓形反射器16被稱為橢 圓。以下參照圖6~8說明變量的定義、開始的公式和用于產(chǎn)生修改的 橢圓的解。
變量的定義
掃描的輸入角-掃描角+偏斜角(e-escan + eoff)。
從掃描源到用于偏斜射線的球面的距離為d，并且球體的半徑是R。
利用瞳孔上的焦點和射線在球體上的擊點形成橢圓。參照圖6, 瞳孔上的焦點Fi保持固定，而球體上的擊點上的焦點F2隨射線掃描 而移動，即，F(xiàn)2代表各射束在球體上的擊點。對于各掃描位置(一直 到n)，產(chǎn)生新的橢圃以為位于新橢圓pn上的射線擊點上的修改的橢 圓提供空間位置。注意，焦點F2具有上標n以指示該點限定幾號橢圓。
橢圓參數(shù)半長軸a、半短軸b和偏心率s。注意，半長軸a被固 定，偏心率e隨橢圓產(chǎn)生而變化并被編為索引表格。 一個焦點F,上的
點被固定，并且另一焦點F2上的點不被固定，因此被編為索引表格。
對于焦點Ft僅存在一個位置(固定在瞳孔上)。橢圓表面上的點Pn 也被編為索引表格。
產(chǎn)生達到任意精度的修改的橢圃所需要的點數(shù)是n。特別地，n=0 到所需要的點數(shù)。例如，n^是0off點即0scan-O或第一橢圓。
參照圖7,三角形的邊由焦點之間的距離Gn和橢圃上的射線擊點 和焦點之間的距離A11、 B"艮定。
橢圓三角形的邊的對角使用與A、 B、 G對應的小寫希臘字母a、 P、 Y，即，A具有對角a， B具有對角p， G具有對角y。這些角^L標記為 與iixt應的列表。
參照圖8，擊點和球體的中心對著的角是f并且反射射線與水平
線之間的夾角是\|/。入射角和從球體上的擊點的反射角是g。并且，參 照圖6和圖7，橢圓長軸到水平線的傾角是S。三角形的邊B和橢圓的 長軸之間的夾角是Q。這些角均被編為索引表格。
參照圖8，球體的半徑R減去球體擊點在水平軸上的投影是AR， AR = R(l-cos(J))。球體擊點矢量R在垂直軸上的投影是h2。球體從輸 入射束的原點(掃描起始的點)移動的垂直距離是hl，該垂直距離被 固定并由偏移角0off限定，并且不是索引表。到掃描射束原點的水平 線一般標為40。
開始的公式
將e表達為小的函數(shù)并然后求出(l)。通過檢查具有這些開始的表達 式/公式
e = 0scan + 0off [1]
hl=dTan[eoff] [2]
h2 = RSin[(j)] [3] (hi +h2)/(d + AR) = Tan[e]
或
(hi + h2) = (d + AR) Tan[e] [4]
將式[1]和2代入[4中，給出
d Tan[e。司+ R Sin[())〗=(d + AR) Tan問 或
Tan[e〗=(d Tan
+ R Sin[(l)])/(d + AR) [5] 從圖8使用AR-R-RCos[(J)]，給出 [6] 0 = ArcTan[(d Tan[eoff] + R Sin[(J)])/(d + R-R Cos[小])] [7] 解
求解小給出
(j) = ArcCos[(-d R Tan[eoff] Tan
2 + R2 Tan
Tan
+2dR3 Tan[eoff] Tan[eoff + 0scan] 一 d2 R2 Tan[6off + escan]2 — 2 d R3 Tan[9off + 0scan]2) )/ (R2 +R2 Tan
2)] [8]
由于其它的解是負的或接近錯誤方式，因此使用第4解。參照圖 9，輸入掃描角(escan)與擊點上的球面角(小)的關系以弧度被畫出。
參照圖6，來自球體上的擊點的反射的射線與水平線之間夾角被 限定如下
V = 2小+ 9 [9] 因此，將式[71和8代入[91中，給出
<formula>formula see original document page 21</formula>
參照圖10,輸入掃描角(escan)與擊點上的發(fā)散的反射射線與水 平線之間的夾角(v)的關系以弧度被畫出。
現(xiàn)在橢圓長軸a傾斜角度S，并且，隨著射束掃描和橢圓以sn產(chǎn)生， 傾角y變化。通過角度的檢查(ti的弧度是180度)
<formula>formula see original document page 21</formula>
將r表達為Q的函數(shù)，使得r (或B"是從焦點(擊點)到角度n 上的橢圓上的點的距離，給出
<formula>formula see original document page 21</formula>
設Bn叫r卜參見圖6或圖7，給出
<formula>formula see original document page 21</formula>
對Q使用上面的表達式[ll，給出
<formula>formula see original document page 21</formula>
參照圖6，三角形的水平的邊Gn被限定為
<formula>formula see original document page 21</formula>
并且，
X + AR = Gn Cos[Sn] [16] 因此，
CosSn =(X + AR)/Gn [17] 將式6和14代入[17中，給出
5n = ArcCos [(G0 Cos S0 + R (1 - Cos小))/ Gn] [18] 為了得到G-的表達式，考慮Gn的笛卡爾邊的和或平方
<formula>formula see original document page 22</formula> [ 19]
將式[3、[614和15代入19]中，給出
Gn = V ((G0 Cos S0 + R (1 - Cos[(j)]))2 + (G0 Sin + R Si,])2) [20] 將式[201代入[18中，給出<formula>formula see original document page 22</formula>
使用式[13和21關于a、 s、小、9scan、 0off、 G°、 Sn和R提供B11
的表達式。如式[7]的解所示，小可由R、 d、 eoff和9scan表達。從初始 設置幾何，R和d是已知的，并且eoff是已知的。因此，(j)可被算出。 0scan是驅動整組公式和橢圓的產(chǎn)生的驅動參數(shù)。從初始設置幾體G。 和&也是已知的，在該階段僅有的未知項是橢圃半長軸a和橢圃的偏
心率s。如上所述，半長軸a被固定，并且偏心率s對于各個橢圓變化。 半長軸a可通過使用橢圓標準公式從初始設置幾何算出
a = (A0 + B0) / 2 [22]
AG和BQ是根據(jù)初始設置幾何已知的。
隨著射線被掃描，產(chǎn)生一組空間點Pn以在兩個維度中規(guī)定修改 的橢圓的表面。 由于G"^2as，因此
sn = GV2a [23]
因此，三角形的邊Gn的長度可被用于計算橢圓的偏心率，然后， 偏心率可被用于通過使用用于S11的式21和13計算Bn。
為了得到修改的橢圓的空間位置pn，需要基準點。例如，球體的 中心可被選為基準點。
參照圖8，需要添加矢量R和r。
位置pn的表格給出修改的橢圓的形狀，并可通過增加n以任意的 精度被計算?？梢岳斫猓鲜黾夹g可很容易地被擴展到三維中以為2D 或3D DRD產(chǎn)生修改的橢圓的幾何形狀。
圖11表示用于在眼睛的視網(wǎng)膜上產(chǎn)生二維圖像的優(yōu)選實施例 DRD 50。DRD50配置是用于在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生一維圖《象的圖1的DRD IO的擴展。與DRD10類似，DRD50包含掃描源52、半球形反射器 54和修改的橢圓形反射器56。在掃描源52上產(chǎn)生的激光束58可在半 球形反射器54的兩個維度上被掃描(光柵掃描)，并可承栽被反射到 修改的橢圓形反射器56 (準橢圓形反射表面)上并以二維方式在用戶 的眼睛62的瞳孔60上重新會聚用于在視網(wǎng)膜上重建圖像的二維圖像。 掃描源52的掃描器能夠例如沿水平和垂直方向用至少兩個自由度掃 描激光束，以產(chǎn)生為二維圖像示出的射線錐(射線的錐形束)。上面 關于一維掃描說明的非線性和橢圓修改技術可很容易地適于二維掃描
的應用。可以理解，DRD 50還可適于通過射束的重新聚焦在視網(wǎng)膜 上提供三維圖像。通過適當?shù)卣{(diào)整激光束的焦點，各像素的相對深度 可被傳送給視網(wǎng)膜。
參照圖12,示出由DRD 50產(chǎn)生的激光束點或出射孔的強度分布。
特別地，示出從發(fā)散的半球形反射器54和會聚的修改的橢圓形反射器 56反射之后的用戶的眼睛62的瞳孔60上的激光束點的強度分布。圖 13將圖12的同一強度分布表示為強度的反灰度級圖像，使得圖像的 較黑的部分與激光束點的更強的部分對應。圖13的圖像具有作為例子 用于提供激光束點(出射孔)的尺寸的指示的比例。在這種情況下， 出射孔具有約12mm的直徑，這是使眼睛移動的影響最小化的相對較 大的出射孔。特別地，出射孔尺寸大到足以覆蓋眼睛的瞳孔，使得即 使眼睛有適度的移動激光束也仍會穿過視網(wǎng)膜。可以理解，出射孔的 尺寸可以根據(jù)部件規(guī)格和設計要求增加或減小。在眼睛具有更大的總 體移動使得出射孔錯過瞳孔的情況下，可以如下面所述的那樣利用跟 蹤控制機構以移動DRD反射部件或掃描器位置，以保證出射孔覆蓋 眼睛的瞳孔。
圖14表示安裝在用戶的頭部72上的DRD系統(tǒng)70的優(yōu)選實施例 的側視圖。DRD70利用掃描源、發(fā)散的球面反射器74和會聚的修改 的橢圓形反射器76。在該視圖中，掃描源未被示出，并且掃描的激光 束被引入頁中引到球面反射器74上。掃描的激光束的角度偏斜，并被 掃描到兩個方向75以從發(fā)散的球面反射器74反射出來并反射到會聚 的修改的橢圓形反射器76上，該橢圓形反射器76被安裝在用戶的眼 睛78的前面。掃描的激光束然后被反射回用戶的瞳孔79，從而產(chǎn)生 與圖12和圖13所示的類似的強度分布。
圖15表示安裝在用戶的頭部82上的DRD系統(tǒng)80的另 一優(yōu)選實 施例的平面圖。在該DRD80中，兩個會聚的修改的橢圓形反射器84 被示出，每個橢圓形反射器84用于一個眼睛，但只使用一個發(fā)散的球 面反射器88，該球面反射器88可例如被安裝在用戶的鼻子85的鼻梁 上。掃描源或掃描源的掃描器87被安裝在頭部82的邊上并沿垂直和/ 或水平方向產(chǎn)生較小的偏斜掃描角，該掃描角被放大以在用戶的瞳孔 上產(chǎn)生超過90度角的視場。
圖16表示使用安裝在各眼睛94附近以及鼻子96的任一邊的兩個 發(fā)散的球面反射器92的DRD系統(tǒng)90的替代性實施例的平面圖。DRD
90的其它部件與關于圖15的DRD80詳細說明的相同。
可以理解，關于圖14 16說明的頭部安裝的DRD可被集成到一 副眼鏡中，或者DRD可采取可被用戶安全配戴的眼鏡的形式。并且， 可以理解，DRD可被配置為如上所述產(chǎn)生1D、 2D或3D圖像。
如上所述，所述的DRD可適于包含跟蹤控制機構以移動發(fā)散和 會聚反射器，以跟蹤眼睛的移動，以保證如果眼睛移動導致瞳孔移動 到激光束點(出射孔)外面保證圖像的連續(xù)性。例如，反射器可被相 互固定，使得它們一致地移動。以這種方式，球面反射器內(nèi)的修改的 橢圓形反射器的第一焦點相對于修改的橢圓形反射器保持靜止。使用 這種配置，瞳孔上的笫二焦點將與反射器一致地移動。并且，可進行 在其承窩中繞某點旋轉的移動以模仿眼球的移動。作為替代方案，可 以輕微地減小視場以通過掃描器允許整個圖像的角移動，以對眼睛移 動進行補償。
所述的DRD還包含在顯示圖像的同時對視網(wǎng)膜中的血管的網(wǎng)絡 成像的能力。這有助于為隨后的補償測量任何眼睛移動，以保證掃描 器保持在瞳孔中心，并且保證圖像相對于視網(wǎng)膜靜止。并且，血管的 網(wǎng)絡的圖像可被用于唯一地識別DRD的用戶。如上所述，DRD也可 利用部分反射的會聚反射器，使得圖像可重疊于現(xiàn)實生活景物上。可 通過使用微型機電系統(tǒng)或微型光機電系統(tǒng)(MEMS/MOEMS)實現(xiàn)優(yōu) 選形式的或具有附加的任選的特性的DRD以減小裝置的總體尺寸。
總之，本發(fā)明的DRD通過從被圖像調(diào)制的相對較小的角度輸入 掃描在眼睛的瞳孔上產(chǎn)生寬角度輸出掃描提供寬視場。DRD可被配置 為在一個眼睛上或同時在兩個眼睛上顯示圖像。DRD可被配置為顯示 彩色或單色的1D、 2D或3D圖像。由DRD產(chǎn)生的相對于眼睛的沿水 平方向的視場可根據(jù)需要被改變，并優(yōu)選為至少80度、更優(yōu)選至少 100度，甚至更優(yōu)選至少120度，以更接近地與人眼的水平角度性能 匹配。由DRD產(chǎn)生的相對于眼晴的沿垂直方向的視場也可根據(jù)需要 被改變，并優(yōu)選為至少60度、更優(yōu)選至少80度，甚至更優(yōu)選至少90 度，以與人眼的垂直角度性能匹配。由DRD顯示的圖像的分辨率(以
像素表示)可根據(jù)圖像源質量根據(jù)需要被選擇，并優(yōu)選為至少800x600 (水平x垂直)、更優(yōu)選為至少1280x1024、甚至更優(yōu)選為至少 8000x5000,以與人眼的分辨率極限匹配。掃描源上的輸入掃描角優(yōu)選 為至少2度，更優(yōu)選至少5度。可以理解，可以通過改變從掃描器到 球面反射器的距離d和球面反射器的半徑R調(diào)整輸入掃描角的放大倍 數(shù)，以產(chǎn)生希望的視場。作為例子，輸入掃描角對于放大的掃描角的 放大因子優(yōu)選為至少20，更優(yōu)選至少25。可以理解，DRD可被配置 為根據(jù)需要顯示靜物或移動(例如視頻)圖像。
存在范圍廣泛的可利用根據(jù)本發(fā)明的DRD的應用。它可被加入 用于娛樂、醫(yī)療、軍事、培訓設備等的虛擬和擴張的實現(xiàn)顯示系統(tǒng)中。
本發(fā)明的上述說明包含其優(yōu)選的形式。在不背離由所附的權利要 求規(guī)定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以提出變更方式。
權利要求
1.一種用于以寬視場在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜顯示器，包括被配置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生掃描光束的掃描源，該掃描光束已被圖像調(diào)制；掃描光束的路徑中的發(fā)散反射器，該發(fā)散反射器被配置為用放大的掃描角向外反射入射到發(fā)散反射器上的掃描光束；和反射的掃描光束的路徑中的會聚反射器，該會聚反射器被配置為基本上向眼睛的瞳孔上的會聚點反射具有放大的掃描角的掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
2. 根據(jù)權利要求l的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反射器在掃 描光束的路徑中至少部分包含球形反射面，使得入射到球形反射面上 的掃描光束以放大掃描角度的變化的角度被反射，以產(chǎn)生寬視場。
3. 根據(jù)權利要求2的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反射器是半 球形反射器。
4. 根據(jù)權利要求2的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反射器是球 面反射器。
5. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 會聚反射器在從發(fā)散反射器反射的掃描光束的路徑中至少部分包含基 本上橢圓的反射面，使得入射到基本上橢圓的反射面上的掃描光束基 本上向著眼睛的瞳孔上的會聚點被反射。
6. 根據(jù)權利要求5的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，會聚反射器是橢 圃形反射器。
7. 根據(jù)權利要求5的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，會聚反射器是準 橢圓形反射器，該準橢圓形反射器被成形為減少由發(fā)散反射器的形狀 導致的掃描光束在眼睛的瞳孔上的任何不會聚。
8. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源包含用于產(chǎn)生光束的光束發(fā)生器、用于將圖像像素分給掃描中 的各位置上的光束的調(diào)制器、和用于在兩個維度中在各維度中的掃描 角度上使光束改變方向的掃描器。
9. 根據(jù)權利要求8的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，光束發(fā)生器包含 激光器的配置。
10. 根據(jù)權利要求8的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，掃描器的光束 發(fā)生器包含發(fā)光二極管的配置。
11. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為在各維度中的掃描角度上非線性掃描光束，以對發(fā)散 反射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補償，由此保證正確地在 視網(wǎng)膜上顯示圖像。
12. 根據(jù)權利要求1 10中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為使圖像預先非線性變形，以對發(fā)散反射器上的掃描角 度的任何非線性放大進行補償，由此保證正確地在視網(wǎng)膜上顯示圖像。
13. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為在兩個維度中掃描光束以產(chǎn)生光束的錐形束。
14. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為在眼睛的視網(wǎng)膜上掃描二維圖像。
15. 根據(jù)權利要求1 13中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為為了在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示三維圖像根據(jù)圖像的各像 素的相對深度調(diào)整光束的焦點。
16. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 會聚反射器部分反射并且部分透明以使得圖像能夠被疊加到用于擴張 的現(xiàn)實的現(xiàn)實生活景物上。
17. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，還包 括跟蹤控制機構，該機構被配置為跟蹤眼睛的移動和調(diào)整發(fā)散和會聚 反射器的位置，使得會聚點跟隨瞳孔移動。
18. 根據(jù)權利要求17的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，該跟蹤控制機 構還包括視網(wǎng)膜成像部件，以幫助跟蹤眼睛的移動。
19. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 會聚點足夠大，以基本上覆蓋眼睛的瞳孔以減少眼睛移動的影響。
20. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿水平方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少80度。
21. 根據(jù)權利要求1 19中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿水平方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少100度。
22. 根據(jù)權利要求1 19中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿水平方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少120度。
23. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿垂直方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少60度。
24. 根據(jù)權利要求1~22中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿垂直方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少80度。
25. 根據(jù)權利要求1~22中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 相對于眼睛沿垂直方向在眼睛上產(chǎn)生的視場為至少90度。
26. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 顯示的圖像的分辨率為水平方向上的至少800像素乘以垂直方向上的 至少60(H象素。
27. 根據(jù)權利要求1 25中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 顯示的圖像的分辨率為水平方向上的至少1280像素乘以垂直方向上 的至少1024像素。
28. 根據(jù)權利要求1~25中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 顯示的圖像的分辨率為水平方向上的至少8000像素乘以垂直方向上 的至少5000像素。
29. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 任一維度中的掃描角度為至少2度。
30. 根據(jù)權利要求1 28中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 任一維度中的掃描角度為至少5度。
31. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 任一維度中的掃描角度被放大至少20倍。
32. 根據(jù)權利要求1~30中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 任一維度中的掃描角度被放大至少25倍。
33. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 顯示器用于在兩個眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像，并包含兩個會聚反射器， 每個會聚反射器用于一個眼睛，并且掃描源被配置為向著位于會聚反 射器之間的發(fā)散反射器的對邊在兩個維度中在各維度中的掃描角度上 產(chǎn)生用圖像調(diào)制的二個掃描光束，該發(fā)散反射器被配置為向著各個會 聚反射器以放大的掃描角度反射各掃描光束，各會聚反射器被配置為 基本上向著各眼睛的瞳孔上的會聚點反射各掃描光束，用于在各眼睛 的視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
34. 根據(jù)權利要求33的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，會聚反射器是 準橢圓形反射器，該準橢圓形反射器被成形為將掃描光束會聚到各眼 睛的瞳孔上的會聚點上，并且發(fā)散反射器是球面反射器。
35. 根據(jù)權利要求1~32中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 直接視網(wǎng)膜顯示器用于在兩個眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像，并包含用于 各個眼睛的掃描源、發(fā)散反射器和會聚反射器。
36. 根據(jù)前面的權利要求中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 直接視網(wǎng)膜顯示器被配置為安裝到用戶的頭部上。
37. —種用于以寬視場在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜 顯示器，包括被配置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生掃描光束的 掃描源，該掃描光束被圖像調(diào)制；掃描光束的路徑中的具有球形反射面的發(fā)散反射器，該發(fā)散反射 器被配置為用放大的掃描角向外反射入射到球形反射面上的掃描光 束；和反射的掃描光束的路徑中的具有基本上橢圓的反射面的會聚反射 器，該會聚反射器被配置為基本上向眼睛的瞳孔上的會聚點反射具有 放大的掃描角的掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
38. 根據(jù)權利要求37的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，會聚反射器的 橢圓形反射面是準橢圓形反射面，該準橢圓形反射面被成形為減少由 發(fā)散反射器的球形反射面的形狀導致的掃描光束在眼睛的瞳孔上的任 何不會聚。
39. 根據(jù)權利要求37或38的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，掃描源 包含用于產(chǎn)生光束的光束發(fā)生器、用于將圖像像素分給掃描中的各位 置上的光束的調(diào)制器、和用于在兩個維度中在各維度中的掃描角度上 使光束改變方向的掃描器。
40. 根據(jù)權利要求37 ~ 39中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為在各維度中的掃描角度上非線性掃描光束，以對發(fā)散 反射器上的掃描角度的任何非線性放大進行補償，由此保證正確地在 視網(wǎng)膜上顯示圖像。
41. 根據(jù)權利要求37 ~ 39中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為使圖像預先非線性變形，以對發(fā)散反射器上的掃描角 度的任何非線性放大進行補償，由此保證正確地在視網(wǎng)膜上顯示圖像，
42. 根據(jù)權利要求37 ~ 41中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為在兩個維度中掃描光束以產(chǎn)生光束的錐形束。
43. 根據(jù)權利要求37 ~ 42中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為掃描以在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示二維圖像。
44. 根據(jù)權利要求37 ~ 42中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 掃描源被配置為為了在眼睛的視網(wǎng)膜上顯示三維圖像根據(jù)圖像的各像 素的相對深度調(diào)整光束的焦點。
45. —種用于在用戶的兩個眼睛的視網(wǎng)膜上顯示圖像的直接視網(wǎng) 膜顯示器，包括被配置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生兩個掃描光 束的掃描源，每個掃描光束用于一個眼睛，該掃描光束被圖像調(diào)制；掃描光束的路徑中的發(fā)散反射器，該發(fā)散反射器被配置為用放大 的掃描角向外反射入射到發(fā)散反射器的對邊上的掃描光束；和各反射的掃描光束的路徑中的兩個會聚反射器，每個會聚反射器 用于一個眼睛，該會聚反射器被配置為基本上向各眼睛的瞳孔上的會 聚點反射具有放大的掃描角的掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建 和顯示圖像。
46. 根據(jù)權利要求45的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反射器在 掃描光束的路徑中包含基本為球形的反射面。
47. 根據(jù)權利要求45或46的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反 射器是位于兩個會聚反射器之間的球面反射器。
48. 根據(jù)權利要求45 ~ 47中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 會聚反射器在從發(fā)散反射器反射的掃描光束的路徑中包含準橢圓形反 射面。
49. 根據(jù)權利要求45的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，存在兩個發(fā)散 反射器，每個發(fā)散反射器用于一個眼睛，每個位于掃描光束中的一個 的路徑中并被配置為將掃描光束反射到各個會聚反射器上。
50. 根據(jù)權利要求49的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中，發(fā)散反射器是 球面反射器并且會聚反射器是準橢圓形反射器。
51. 根據(jù)權利要求45 ~ 50中的任一項的直接視網(wǎng)膜顯示器，其中， 顯示器被配置為可固定到用戶的頭部上。
全文摘要
提供一種用于以寬視場在眼睛(62)的視網(wǎng)膜上顯示圖像的直接視網(wǎng)膜顯示器(50)。該直接視網(wǎng)膜顯示器(50)包括被配置為在兩個維度中在各維度中的掃描角度上產(chǎn)生用圖像調(diào)制的掃描光束(58)的掃描源(52)。直接視網(wǎng)膜顯示器(50)還包括掃描光束(58)的路徑中的發(fā)散反射器(54)，該發(fā)散反射器(54)被配置為向會聚反射器(56)用基本上放大的掃描角向外反射入射到發(fā)散反射器(54)上的掃描光束(58)，該會聚反射器(56)被配置為基本上向眼睛(62)的瞳孔(60)上的會聚點反射掃描光束用于以寬視場在視網(wǎng)膜上重建和顯示圖像。
文檔編號G02B27/64GK101107557SQ200680002851
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權日2005年1月21日
發(fā)明者彼得·詹姆士·希爾頓 申請人:彼得·詹姆士·希爾頓