CN113508328A - 用于近眼显示器的虚拟图像的颜色校正 - Google Patents

Abstract

一种用于在真实世界视图内传送虚拟图像的近眼显示器，包括被设置成补偿虚拟图像中的不期望的颜色梯度的投影仪。该投影仪包括具有扩展光源的照明器，该扩展光源具有多个单元，每个单元包含不同颜色光源，以及用于在空间光调制器的照明平面处部分地重叠来自多个单元的光的部分均化器。控制器调整单元的颜色输出以提供照明平面上的颜色分布，从而补偿虚拟图像内的颜色梯度。

Description

用于近眼显示器的虚拟图像的颜色校正

技术领域

本公开涉及用于近眼显示器的投影系统，该近眼显示器将虚拟彩色图像传送给观看者，诸如从彩色图像投影仪通过图像光导传送到观看者的眼睛。

背景技术

通常会并入头戴式显示器(HMD)、一些被设计为做成常规眼镜的近眼显示器通常包括诸如投影仪的图像源，以及用于将图像源的虚拟图像传送到佩戴者眼睛的专门设计的光学件。特别设计的光学件可以包括具有透明波导的图像光导，其支持佩戴者对周围环境的自然观察以及虚拟图像到佩戴者眼睛的传播二者。虚拟图像可被投影到佩戴者的视野中，这对于增强现实(AR)应用尤其有用。

在这种传统的图像光导中，来自图像投影仪的准直的、相对角度编码的光束通过诸如衍射光学件的输入耦合光学件耦合到光学透明平面波导中，所述输入耦合光学件可以安装或形成在平面波导的表面上或者埋入波导中。在沿着平面波导传播之后，角度编码光束可以通过类似的输出耦合光学件朝向观看者的眼睛而被引导出平面波导。在离开波导时，角度编码光束在称为“眼动范围（eyebox）”的空间区域内重叠，在该眼动范围内可以看到图像源的虚拟图像。通过将每个角度编码光束分成共同占据较大面积的多个空间偏移的子束（beamlet），可以扩展眼动范围以降低对观看者眼睛位置的灵敏度。可以通过角度编码光束沿着波导利用包括输出耦合光学件的光学件的多次遇到来产生子束，其中，每次这样的遇到都会将每个光束的一部分光能连续地分配到这样的子束中。

从图像投影仪到眼动范围的彩色图像的传送可能会受到介入光学组件的波长敏感性能差异的影响。折射和衍射二者的效果可以是波长敏感的。这种性能差异的一个总体效果可以是呈现给观看者的虚拟图像中的颜色偏移。例如，对于由图像投影仪生成的全白图像，虚拟图像可以看起来在虚拟图像的一侧(例如右侧)具有微红色色调，而虚拟图像的相对侧(例如左侧)可能看起来具有微蓝色色调。

除了这种水平梯度之外，还可以出现这种颜色梯度的其他取向，例如垂直的顶部到底部颜色梯度，或者对角的左下到右上或者左上到右下颜色梯度。颜色梯度也可以表现为虚拟图像中的隔离区域。由于波导和波导组件的制造可变性、和/或投影仪系统及其组件的制造、以及近眼显示器组件的操作环境(包括热和/或湿气)，也可能会出现颜色梯度。

因此，可以理解，可以调整虚拟图像内颜色分布的近眼显示系统将是有利的。

发明内容

实施例提供了在从近眼显示器可见的虚拟图像内重新平衡颜色分布。特征包括：扩展光源，被划分为单元，在每个单元内具有不同颜色光源；以及部分均化器，在空间光调制器所位于以用于生成用于显示的图像的照明平面处仅部分地重叠来自单元的光场。虽然不同的光场在照明平面处大部分重叠，但是不同的光场可以充分地移位以贡献于空间光调制器处的照明图案的略微不同的部分。通过控制各个单元的相对颜色输出，由空间光调制器形成的用于输入到近眼显示器中的图像可以被生成有颜色不平衡，其可以补偿否则将存在于由近眼显示器变得可见的所得虚拟图像中的颜色不平衡。

一种用于近眼显示器的投影仪可以被布置有具有多个单元的扩展光源，每个单元包含不同颜色光源，所述不同颜色光源是可调节的以用于改变单独的单元的相对颜色输出。部分均化器收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并在照明平面部分地重叠来自不同光学通道的光。位于照明平面的空间光调制器通过选择性地调制在照明平面处的部分重叠的光来生成真实图像。目镜光学件将来自空间光调制器的调制光朝向瞳孔引导，以便传送所生成的真实图像的虚拟图像以供观看者观看。扩展光源的控制器调节一个或多个单元的相对颜色输出，以更改入射到空间光调制器的光在照明平面上的颜色分布。

每个区内的不同颜色的光源可以包括发射至少三个不同波长带的光源，其中，不同波长带的相对光输出是相对可调节的。控制器可以提供相对减少第一单元集内的波长带之一的相对输出，并且可以提供相对增加第二单元集内的一个波长带的相对输出。来自第一和第二单元集的光可以在照明平面内相对偏移。

部分均化器可以包括聚光器，用于在从聚光器焦平面偏移的位置在照明平面部分地重叠来自不同光学通道的光。部分均化器还可以包括第一阵列透镜和第二阵列透镜，用于透射来自不同光学通道内的不同单元的光。第一阵列透镜和第二阵列透镜可以包括相应的小透镜阵列，并且第一阵列透镜可以将从不同单元收集的光引导到第二阵列透镜的小透镜的相应孔径中。聚光器可以相对于第一和第二阵列透镜来布置，以便在照明平面从其偏移的均化平面处以重叠方式对第一阵列透镜阵列的小透镜孔径成像。总之，部分均化器可以提供用于收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并且用于在照明平面处将不同光学通道重叠至少60%，其中，至少一些不同光学通道在照明平面处重叠不超过90%。

除了控制各个单元的相对颜色输出以调节照明平面上的颜色分布之外，控制器还可以提供控制单元的辐射能量输出以调节入射到空间光调制器的照明平面上的光强度分布。控制器还可以用于调暗以其他方式照明空间光调制器的未用于图像形成的部分的一个或多个光单元。

近眼显示器可以布置有照明器，该照明器包括具有多个单元的扩展源和用于在照明平面处部分地重叠来自多个单元的光的部分均化器，其中，每个单元包含不同颜色的光源。位于照明平面的空间光调制器通过选择性地调制在照明平面处的部分重叠的光来生成真实图像。目镜光学件将来自空间光调制器的调制光作为多个相对角度编码的光束朝向瞳孔引导。图像光导包括透射波导，其具有输入耦合和输出耦合光学件，所述光学件被布置成使输入耦合光学件将角度编码光束引导到波导中以便沿着波导传播到输出耦合光学件中，在所述输出耦合光学件处，角度编码光束被引导出波导到眼动范围，在该眼动范围内可以观看由空间光调制器输出生成的真实图像的虚拟图像。扩展光源的控制器调整一个或多个单元的相对颜色输出，以改变入射到空间光调制器的光在照明平面上的颜色分布，从而补偿虚拟图像内的颜色偏移。

部分均化器可以提供用于收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并且用于在照明平面处将不同通道重叠至少60%，但是不同通道中的至少一些在照明平面处重叠不超过90%。部分均化器可以包括聚光器，用于在偏离聚光器焦距的位置部分地重叠来自照明平面处的不同单元的光。此外，部分均化器可以包括第一阵列透镜、第二阵列透镜，所述第一阵列透镜具有小透镜用于收集来自单独的单元的光，所述第二阵列透镜含有具有来自单独的单元的所收集的光被引导到的相应孔径的小透镜。聚光器可以相对于第一和第二阵列透镜来布置，以便在照明平面从其偏移的均化平面处以重叠方式对第一阵列透镜阵列的小透镜孔径成像。

每个区内的不同颜色光源可以包括发射至少三个不同波长带的光源，其中，不同波长带的相对光输出是可调节的。控制器可以提供相对减少第一单元集内的波长带之一的相对输出，并且可以提供相对增加第二单元集内的一个波长带的相对输出。来自第一和第二单元集的光可在照明平面内相对偏移。

控制器还可以提供调节一个或多个单元的辐射能量输出，以更改入射到空间光调制器的照明平面上的光强度分布，从而调节虚拟图像上的光强度分布。控制器还可以提供调暗以其他方式照明空间光调制器的未被用于图像形成的部分的一个或多个光单元，以增加显示对比度。

附图说明

附图作为说明书的一部分合并于此。本文所述的附图示出了当前公开的主题的实施例，并且说明了本公开的所选原理和教导。然而，附图并未示出当前公开的主题的所有可能的实现方式，并且不意图以任何方式限制本公开范围。

图1是根据本公开的一个实施例的在计算机控制下的扩展光源的布局，该扩展光源作为用于近眼显示器的投影仪中的照明系统的一部分。

图2是并入了图1的扩展光源的近眼显示器投影仪的光学图。

图3A是被布置用于与图2的投影仪一起使用以便观看现实世界视场内的虚拟图像的近眼显示器的侧视图。

图3B是图3A的近眼显示器的俯视图，其示出与图像光导的组件交互的投影仪。

图4是根据本公开的一个实施例的近眼显示器的顶视图，该近眼显示器具有用于将投影仪生成的图像的不同色带传送到观看者眼睛的两个堆叠的图像光导。

图5是根据本公开的一个实施例的具有用于佩戴者两只眼睛的单独近眼显示器的眼镜形式的头戴式显示器的透视图。

图6是根据本公开的一个实施例的方法和装置的流程图。

图7是根据本公开的一个实施例的方法和装置的流程图。

图8是根据本公开的一个实施例的方法和装置的流程图。

具体实施方式

应当理解，本发明可以采取各种替代的取向和步骤顺序，除非明确地相反规定。还应当理解，附图中所示和以下说明书中所述的具体组件和系统仅是本文所限定的发明构思的示例性实施例。因此，除非另外明确说明，否则与所公开的实施例相关的特定尺寸、方向或其它物理特性不应被视为具有限制性。此外，尽管它们可能不是，但是在本申请的这个部分中，在本文描述的各种实施例中的相同要素可以共同地用相同的附图标记来指代。

在它们在此使用的情况下，术语“第一”、“第二”等不一定表示任何顺序、序列或优先关系，而是仅用于更清楚地将一个要素或要素集与另一要素或要素集区分开来，除非另外指定。

在本公开的上下文中，术语“观看者”、“操作者”、“观察者”和“用户”被认为是等同的，并且是指使用电子设备佩戴和/或观看图像的人。

如本文所使用的，术语“集”是指非空集，如同集的要素或成员的集合的概念在初等数学中被广泛理解的那样。除非另有明确说明，否则术语“子集”在本文中用于指非空真子集，即，指具有一个或多个成员的较大集的子集。对于集S，子集可以包括该完全集S。然而，集S的“真子集”严格地包含在集S中，并且排除了集S中的至少一个成员。

图1的图示出了连接到计算机12的扩展光源10，其作为用于对近眼显示器的虚拟图像进行颜色平衡的照明器的一部分。计算机12包括计算机处理单元(CPU)14和存储器16，并且通过在CPU 14和扩展光源10的控制器20之间延伸的通信路径18与扩展光源10互连。

除了控制器20之外，扩展光源10还包括在此示出的具有垂直交错的列28a至28f的二维阵列26中的多个光源单元30。每个光源单元30包括红色光源32、绿色光源34、蓝色光源36，它们可以采用发光二极管(LED或本领域技术人员已知的其它光源)的形式。控制器20控制沿通信路径22的每个光源单元30的每个单独光源32、34、36的辐射能量输出。这样，可以控制每个单元30的相对颜色输出以及跨扩展光源10的二维阵列26和在其内的颜色梯度。例如，扩展光源10可以产生从光源单元30的最左垂直列28a到光源单元30的最右垂直列28f的水平颜色梯度。这样的颜色梯度可以例如从最左垂直列28a的红色阴影变化为最右垂直列28f的蓝色阴影。颜色梯度的其它取向也是可能的，例如，垂直的顶部到底部颜色梯度，或对角的底部左下到右上或左上到右下颜色梯度。颜色梯度也可以表现为跨二维阵列26的垂直和/或水平范围以其它颜色梯度图案的在二维阵列26内的隔离区。另外，颜色梯度可以仅在二维阵列26的一部分上延伸，例如在二维阵列26的左下区域中，或者在二维阵列26的中心区域中。一般地，梯度被示出为波长的函数，例如从最短到最长波长，但是其他颜色转变也是可能的。

观看者可以从红色“R”、绿色“G”和蓝色“B”光以给定比例的相加组合感知白光，如以下表达式所表示的：

白光=nRW R+nGW G+nBW B

其中，nRW、nGW、nBW是每个分量颜色R、G和B产生感知的白光所需的相应比率。扩展光源10的每个光源单元30可以通过根据相应的比率调节红色光源32、绿色光源34和蓝色光源36的辐射能量输出来产生白光。可见光谱的其它颜色可以被单独单元30通过以不同的比率调节R、G和B输出而再现。可以将附加颜色光源添加到每个单元30以辅助数字颜色转换。

图2的图示出了用于对注入到近眼显示器的图像光导50中的虚拟图像进行颜色平衡的投影仪40的一个示例。投影仪40包括照明器42，其包括扩展光源10、在计算机12的控制下用于生成图像的空间光调制器44、以及用于形成瞳孔48的目镜光学件46，其由图像光导50中继和扩展以便观看所生成的图像作为虚拟图像。

照明器42被布置用于背后照明空间光调制器44，其是透射型的，诸如液晶显示器(LCD)。照明器42还可以被布置用于对诸如数字微镜阵列(DMD)的反射型的空间光调制器44进行前照明。照明器42中包括部分均化器52，其被示为具有两个阵列透镜54和56以及聚光器58的成像型均化器，用于在均化平面60处叠加到第一阵列透镜54的输入。然而，空间光调制器44位于沿投影仪40的光轴64偏离均化平面60的照明平面62内，使得在空间光调制器44处仅发生部分均化。阵列透镜54和56可被布置成复眼微透镜板或微透镜阵列，该阵列具有设置成两维阵列的小透镜阵列。

构成第一阵列透镜54的多列之一的所描绘的小透镜66a至66d中的每一个小透镜收集了来自扩展光源10的一个或多个光源单元30的光，以建立多个光通道68a至68d。第二阵列透镜56与聚光器58一起在偏离均化平面60的照明平面62处部分地叠加了来自不同光学通道68a-68d的光，通道68a-68d在该均化平面处将更完全地重叠。为了说明的清楚性，只有通道中的两个68a和68d通过部分均化器52到达照明平面62处的部分重叠的位置。均化平面60可以位于聚光器58的焦平面处，并且由空间光调制器44的位置限定的照明平面62偏离了该焦平面，以减少空间光调制器44处的通道68a-68d之间的重叠量。优选地，通道68a-68d在照明平面62处重叠至少60%，但是至少一些通道重叠不超过90%。

作为成像型均化器的部分均化器52可以被布置成使第一阵列透镜54将从单独单元30收集的光引导到第二阵列透镜56的小透镜的相应的孔径中，并且聚光器58相对于第一和第二阵列透镜54和56来布置，以用于在照明平面62从其偏移的均化平面60处以重叠的方式对第一阵列透镜54的小透镜孔径成像。与扩展光源10相关联的附加光学件可以被布置用于将来自不同单元30或不同单元组的光引导到第一阵列透镜54的不同小透镜孔径中，以建立在照明平面62处部分重叠的不同光通道68a-68d。扩散器和其它形式的混合光学件可以用于组合来自单独的单元30的红色、绿色和蓝色光源32、34和36的不同颜色的光输出。

位于照明平面62的空间光调制器44通过在逐个像素的基础上有选择地调制照明平面62处的部分重叠的光来生成图像。目镜光学件46将来自空间光调制器44的调制光引导朝向瞳孔48并进入图像光导50中，以便以观看者可见的形式传送空间光调制器输出的虚拟图像。通常，空间光调制器44的每个调制像素都填充瞳孔48作为基本上准直的光束，该准直的光束根据像素在空间光调制器44内被调制的空间位置在两个正交维度上被角度编码，例如，目镜光学件46将空间光调制器44的一侧处的像素72转换成通过相对于投影仪40光轴64的第一倾斜角82填充光瞳48的准直光束74，并且将空间光调制器44相对侧处的像素76转换成通过相对于光轴64反向倾斜的第二倾斜角84填充光瞳48的准直光束78。

通过控制在空间光调制器44处部分重叠的不同光通道68a-68d内的颜色混合物，可以在空间光调制器44上以编程方式生成颜色梯度，以补偿否则在呈现给观看者的虚拟图像中存在的颜色不平衡。

图3A和3B示出了近眼显示器100的正交视图，该近眼显示器100合并投影仪40和图像光导50，用于将投影仪40生成的图像传送到眼动范围102内，在该眼动范围内，所生成的图像可以作为出现在观看者视场内的虚拟图像V1被观看者的眼睛104看到。

图像光导50包括支撑输入耦合光学件IDO和输出耦合光学件ODO的透射波导106，输入耦合光学件IDO和输出耦合光学件ODO都可以形成为衍射光学件，例如光栅或全息光学件(HOE)。输入耦合光学件IDO将角度编码光束WI从投影仪40引导到波导106中，以便作为角度编码光束WG沿着波导106传播到输出耦合光学件ODO，在输出耦合光学件ODO处，将角度编码光束作为角度编码光束WO引导出波导106，到达可以在其中观看虚拟图像V1的眼动范围102内。波导106是透射的，并且可以具有平面平行的外表面108和内表面110，通过它们观看者可以看到虚拟图像V1出现在其中的周围环境。输入耦合衍射光学件IDO可以位于波导106的外表面108或内表面110上，并且可以是支持角度编码光束从投影仪40的输出到眼动范围102内的传播的组合中的透射类型的或反射类型的。

例如，来自投影仪40的角度编码光束WI可以被衍射(通常通过第一衍射级)，并且由此被输入耦合光学件IDO重定向到波导106中作为角度编码光束WG，以便通过来自平面平行的外表面108和内表面110的全内反射(TIR)沿着波导106的长度维度X进一步传播。尽管被衍射成了与TIR设置的边界一致的角度相关光束的不同组合，但是角度编码光束WG是以角度编码形式来保存图像信息的，所述角度编码形式是可以从输入耦合光学件IDO的参数中导出的。输出耦合光学件ODO接收角度编码光束WG，并且将角度编码光束WG衍射(通常也通过第一衍射级)出波导106，如同角度编码光束WO一样朝向眼动范围102，其中，所透射的虚拟图像可以被观看者的眼睛104看到。可以相对于输入耦合光学件IDO对称地设计输出耦合光学件ODO，以便恢复眼动范围102内输出的角度相关光束WO当中的角度编码光束WI的原始角度关系。此外，输出耦合衍射光学件ODO可以修改原始场点的位置角度关系，从而在有限聚焦距离处产生输出虚拟图像。

然而，为了增加填充在限定了在其中可以看到虚拟图像的区域的尺寸的眼动范围102的角度相关光束WO之间重叠的一个维度，输出耦合光学件ODO可以与波导106的有限厚度一起被布置以多次遇到角度相关光束WG并且在每次遇到时仅仅衍射每个角度相关光束WG的一部分。沿着输出耦合光学件ODO长度的多次遇到具有扩大离开波导106的角度相关光束WO中每一个的一个维度的效果，由此扩展光束WO在其中重叠的眼动范围102内的一个维度。经扩展的眼动范围102降低了对观看虚拟图像V1时观看者眼睛位置的敏感度。

诸如转向光学件的附加光学件也可以沿着波导106来布置，以支持诸如光束扩展的附加功能。例如，转向光学件可以被布置用于经由与沿着波导106在不同方向上传播的角度相关光束WO的多次遇到来扩展角度相关光束WO的第二维度。

在这些图中，从波导106离开的主光线路径以实线表示。虚线描绘了主光线的延伸，其指示了虚拟图像V1到观看者眼睛104的表观位置。也就是说，虚线表示形成虚拟图像V1的调制光的表观光源。

图4所示的近眼显示器120包括了用于传送由投影仪40生成的图像的不同色带的第一图像光导122a和第二图像光导122b，例如，包括具有第一输入耦合光学件IDOa和第一输出耦合光学件ODOa的第一透射波导124a的第一图像光导122a可以被布置用于将红色和绿色色带(例如，来自红色和绿色光源32和34的光)从投影仪40传送到眼动范围126。包括具有第二输入耦合光学件IDOb和第二输出耦合光学件ODOb的第二透射波导124b的第二图像光导122b可以被布置用于传送蓝色色带(例如，来自蓝光源36的光)。在衍射光学件的形式中，例如，输入耦合和输出耦合光学件IDOa、IDOb和ODOa、ODOb可以特别适于衍射不同波长带中的角度编码光束，以便于不同波长带沿着相应波导124a、124b传播到观看者的眼睛128。两个波导124、126可以具有平面平行的前表面和后表面，用于通过多次内反射来维持角度相关光束之间的角度关系。平面平行表面还减小了对从投影仪40或从观看者视野内的周围环境通过波导124a、124b的较高入射角光的传输的折射效应。

可以以多种方式来识别诸如近眼显示器100和120的近眼显示器的虚拟图像V1中的系统颜色梯度。在一个实施例中，如图6所示，识别系统性颜色梯度300的方法包括在步骤302中利用投影仪40投影均匀的白色图像，并且在步骤304中利用在佩戴者的眼睛位置(即，眼动范围中)的颜色敏感摄像机记录在所得到的整个虚拟图像V1上的颜色变化。在步骤306a中提供的在整个近眼显示器视场的摄像机捕捉的颜色梯度图可以在步骤306b中用作颜色反转计算机算法的输入，并且颜色反转计算机算法可以产生反转的颜色梯度图。在步骤308中，这种反转的颜色梯度图可被存储在连接到如图1所示的扩展光源10的计算机12的存储器16中。反转的颜色梯度图是当与原始摄像机捕获的颜色梯度图组合时(被添加到原始摄像机捕获的颜色梯度图)在整个FOV上得到白色的颜色图。控制器20可以用于控制如图1所示的扩展光源10的单独的单元30的相对颜色输出，以在步骤310中补偿虚拟图像V1内的系统颜色梯度。

定义所需的反转颜色图的一种方法是分别为每个光源单元30的R、G、B光源32、34、36供电，并且分别测量虚拟图像范围上的每种颜色的强度。整个虚拟图像上(对于每个图像点)的每个分量颜色的变化可以写为：

测量的R光=nRM R

测量的G光=nGM G

测量的B光=nBM B

然后，对于每个测量的图像点，反转的颜色图可以被确定为：

反转R=nRW-nRM

反转G=nGW-nGM

反转B=nBW-nBM

其中，nRM、nGM、nBM分别是来自FOV区域以及每个红色、绿色和蓝色分量的测量值，并且其中，nRW、nGW、nBW是形成白色彩色图像所需的红色、绿色和蓝色光的每种的量。如图1所示，计算机12和控制器20然后可以用与空间光调制器44的图像生成区域相对应的FOV的每区域的反转颜色图、反转R、反转G、反转B值来编程。控制器20可以调节在每个光源单元30中生成的光的每个分量R、G、B的量，以在空间光调制器44的输出处再现反转颜色图，而空间光调制器44否则被设置用于生成全白图像。也就是说，当空间光调制器44被设置用于生成空白的白色图像时，照明器42可以被布置成在照明平面62处产生光图案，使得由空间光调制器44生成的图像与反转的颜色图匹配。在由空间光调制器44生成其它图像的同时，可以保持相同的照明图案，以补偿系统颜色梯度，否则该系统颜色梯度将使呈现给观看者的虚拟图像降级。

对于在观看者眼睛的积分间隔内顺序地处理不同颜色的空间光调制器，照明器42可以与空间光调制器的顺序操作同步地再现反转的颜色图。即，在一个实施例中，如图7所示，在步骤402中，反转颜色图可被划分成用于每种颜色(例如，R、G和B)的单独的图。在步骤404中，分别记录单元阵列26内的每个单元30的不同颜色光源32、34和36的相对光输出，以便生成不同的颜色图中的每一个，并且在步骤406中，由控制器20顺序地再现每种颜色的所记录的输出。类似地，在单独的空间光调制器用于每个不同颜色(例如，R、G和B)的情况下，扩展光源10可被分成三个不同的扩展光源，其中，每个扩展光源的每个单元内有单色光源。用于每个扩展光源的控制器提供为每个颜色再现单独的颜色图，该颜色照明空间光调制器中的不同的一个空间光调制器。

虽然通过控制照明平面62上的加性颜色(例如R、G和B)之间的比率可以执行虚拟图像V1上的颜色平衡，但是也可以通过调节扩展光源10的不同单元30的输出来控制虚拟图像V1上的光强度。例如，在图像强度以不希望的方式跨虚拟图像V1或在其内变化的情况下，可以通过控制器20调整不同单元30的辐射能量输出以在照明平面62处产生反转强度分布，从而提供虚拟图像V1上的期望强度平衡。相反，在虚拟图像限于虚拟图像场的预定部分内的情况下，例如在空间光调制器44的像素的子集或簇内，可以使对像素子集没有贡献的光单元30变暗，直到关闭，从而增强显示对比度并减少不希望的光到虚拟图像场的未使用部分中的渗漏。在一个实施例中，如图8所示，反转的光强度梯度图可如所述在步骤502-506中创建，在步骤510中存储在计算机存储器12中，并且在步骤512中，通过经由控制器20减少第一单元集30内的波长带之一的输出并相对增加第二单元集30内的波长带之一的输出，可控制虚拟图像V1上的光强度。

图5的透视图示出了具有左眼近眼显示器202l和右眼近眼显示器202r的眼镜形式的头戴式显示器(HMD)200，以用于提供三维(3-D)增强现实观看。近眼显示器202l、202r的相应投影仪204l、204r可以提供相应颜色图像，其作为佩戴者206通过近眼显示器202l、202r看到的现实世界场景内容内的虚拟图像而出现。所生成的图像可以是但不限于用于虚拟对象的3D观看的立体图像对。

还可以提供增强现实可视化领域的技术人员所熟悉的附加组件，诸如安装在HMD的框架上用于观看场景内容或观看者注视跟踪的一个或多个摄像机。替代装置也是可能的，这包括了用于向一只眼睛提供图像的显示装置。HMD 200可以包括如在前述附图和所附描述性文本中公开的颜色梯度调整。这样，可以独立地将颜色梯度校正应用于右眼和左眼两者，以产生佩戴者的颜色校正的3D虚拟图像。

应当理解，RGB三色显示系统是本公开中的说明性示例，还存在可用于为背光和/或前光投影仪系统产生白光的其他颜色显示方案。例如，存在并可以利用被称为RGBY的四色方案，其中，黄光作为附加光源被添加到三色方案中。上述公开内容扩展到可以在投影仪系统中实现的这种四(或更多)色方案。

本文所述实施例的一个或多个特征可被组合以产生未示出的附加实施例。虽然以上已经详细描述了各种实施例，但是应当理解，通过示例而非限制的方式来呈现它们。对于相关领域的技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本发明的范围、精神或基本特征的情况下，可以以其它特定形式、变型和修改来实现所公开的主题。因此，上述实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。本发明的范围由所附权利要求来表明，并且在其等效物的含义和范围内的所有改变意图包含在其中。

Claims (20)

1.一种用于近眼显示器的投影仪，包括：

扩展光源，具有多个单元，每个单元包含不同颜色光源，所述不同颜色光源是可调节的，以用于改变单独的单元的相对颜色输出；

部分均化器，用于收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并在照明平面处部分地重叠来自不同光学通道的光；

空间光调制器，位于所述照明平面处，用于通过选择性地调制所述照明平面处的部分重叠的光来生成真实图像；

目镜光学件，用于将来自空间光调制器的调制光引导朝向瞳孔以用于传达所生成真实图像的虚拟图像以供观看者观看；以及

所述扩展光源包括控制器，所述控制器可操作以调整所述单元中的一个或多个的相对颜色输出，以更改入射到空间光调制器的光在所述照明平面上的颜色分布。

2.根据权利要求1所述的投影仪，其中，每个单元内的不同颜色光源包括可操作以发射至少三个不同波长带的光源，其中，不同波长带的相对光输出是相对可调整的。

3.根据权利要求2所述的投影仪，其中，所述控制器提供相对地减少第一单元集内的所述波长带中的一个的输出，并且提供相对地增加第二单元集内的一个波长带的输出。

4.根据权利要求3所述的投影仪，其中，来自第一和第二单元集的光在所述照明平面内相对偏移。

5.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述部分均化器包括聚光器，所述聚光器可操作以在所述照明平面处在从所述聚光器的焦平面偏移的位置部分地重叠来自所述不同光学通道的光。

6.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述部分均化器包括第一阵列透镜和第二阵列透镜，用于透射来自不同光学通道内的不同单元的光。

7.根据权利要求6所述的投影仪，其中，所述第一阵列透镜和所述第二阵列透镜包括相应的小透镜阵列，并且所述第一阵列透镜将从不同单元收集的光引导到所述第二阵列透镜的小透镜的相应孔径中。

8.根据权利要求7所述的投影仪，其中，聚光器相对于所述第一阵列透镜和所述第二阵列透镜来布置，以用于在所述照明平面从其偏移的均化平面处以重叠方式对所述第一阵列透镜阵列的小透镜孔径成像。

9.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述部分均化器提供收集来自不同光学通道内的不同单元的光，并且用于在所述照明平面处使所述不同光学通道重叠至少60%，其中，所述不同光学通道中的至少一些在所述照明平面处重叠不超过90%。

10.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述控制器提供调整所述单元中的一个或多个的辐射能量输出，以更改入射到所述空间光调制器的照明平面上的光强度分布。

11.根据权利要求10所述的投影仪，其中，所述控制器提供对否则照明所述空间光调制器的未用于图像形成的部分的所述一个或多个光单元进行调光。

12.一种近眼显示器，包括：

照明器，包括具有多个单元的扩展源和部分均化器，每个单元包含不同颜色光源，所述部分均化器用于在照明平面处部分地重叠来自所述多个单元的光；

空间光调制器，位于所述照明平面处，用于通过选择性地调制在照明平面处的部分重叠的光来生成真实图像；

目镜光学件，用于将来自所述空间光调制器的调制光作为多个相对角度编码光束朝向瞳孔引导；

图像光导，包括透射波导，其具有输入耦合光学件和输出耦合光学件，以使得所述输入耦合光学件将所述角度编码光束引导到所述波导中以便沿着所述波导传播到所述输出耦合光学件的布置，在所述输出耦合光学件处，所述角度编码光束被引导出所述波导到眼动范围内，在所述眼动范围内能够观看由所述空间光调制器生成的真实图像的虚拟图像；以及

扩展光源，其包括控制器，所述控制器可操作以调整单元中的一个或多个的相对颜色输出，以改变入射到空间光调制器的光在照明平面上的颜色分布，从而补偿虚拟图像内的颜色偏移。

13.根据权利要求12所述的近眼显示器，其中，所述部分均化器提供收集来自不同光学通道内的不同单元的光并且用于在所述照明平面处使所述不同光学通道重叠至少60%，其中，所述不同光学通道中的至少一些在所述照明平面处重叠不超过90%。

14.根据权利要求12所述的近眼显示器，其中，所述部分均化器包括聚光器，用于在偏离所述聚光器的焦距的位置中在所述照明平面处部分地重叠来自不同单元的光。

15.根据权利要求12所述的近眼显示器，其中，所述部分均化器包括第一阵列透镜、第二阵列透镜以及聚光器，所述第一阵列透镜具有小透镜用于收集来自不同单元的光，所述第二阵列透镜含有具有来自所述不同单元的所收集的光被引导到的相应孔径的小透镜，所述聚光器相对于所述第一和第二阵列透镜布置用于以重叠的方式在照明平面从其偏移的均化平面处对所述第一阵列透镜的小透镜孔径进行成像。

16.根据权利要求12所述的近眼显示器，其中，每个单元内的不同颜色光源包括发射至少三个不同波长带的光源，其中，不同波长带的相对光输出是可调整的。

17.根据权利要求16所述的近眼显示器，其中，所述控制器提供相对地减少第一单元集内波长带中的一个的输出，并且提供相对地增加第二单元集内的一个波长带的输出。

18.根据权利要求17所述的近眼显示器，其中，来自所述第一和第二单元集的光在所述照明平面内相对偏移。

19.根据权利要求12所述的近眼显示器，其中，所述控制器提供调节所述单元中的一个或多个的辐射能量输出以更改入射到所述空间光调制器的所述照明平面上的光强度分布，从而调整所述虚拟图像上的光强度分布。

20.根据权利要求19所述的近眼显示器，其中，所述控制器提供对否则照明所述空间光调制器的未被用于图像形成的部分的所述一个或多个光单元进行调光以增加显示对比度。

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