用于hmd的最優眼部擬合的系統的制作方法
【專利說明】用于HM叫勺最優眼部擬合的系統
[000。 背景
[0002] 混合現實是允許全息的或虛擬的圖像與現實世界物理環境混合的技術。用戶可W 佩戴透光的、頭戴式的、混合現實顯示設備來查看在用戶的視場里顯示的現實對象和虛擬 對象的混合圖像。為了促進有Ξ維深度的幻象，虛擬對象的圖像被頭戴式顯示設備獨立地 顯示到左眼和右眼，其中在各圖像間有小的雙目差異。該雙目差異被大腦解釋為指示虛擬 對象在混合現實環境中的深度。
[0003] 期望精確地控制頭戴式顯示設備在用戶頭部上的位置、W及所顯示圖像的雙目差 異。即使位置或雙目差異中的小偏移也會產生模糊的圖像、不舒適、W及Ξ維效應的損失。
[0004] 概述
[0005] 本技術的各實施例設及用于傳感頭戴式顯示設備相對于佩戴者雙眼的位置，W及 提供反饋來調節頭戴式顯示設備的位置W便相對于佩戴者雙眼最優居中的系統和方法。在 各實施例中，頭戴式顯示設備包括多個顯示單元W及眼部定位和跟蹤組件。顯示單元W適 當的目鏡差異在左眼和右眼上向光學元件顯示圖像，W便在距用戶的給定距離處創建虛擬 對象的幻象。眼部定位和跟蹤組件可W包括一個或多個光源W及一個或多個傳感器，用于 標識用戶眼部相對于眼部定位和跟蹤組件的位置。眼部定位和跟蹤組件相對于顯示單元的 幾何形狀是已知的，W使可W為每只眼睛確定顯示單元的最優的、中央位置。
[0006] 當檢測到顯示單元相對于用戶眼部的失準時，頭戴式顯示設備可W向用戶提供視 覺和/或聽覺反饋。該反饋可W指示用戶關于如何調節頭戴式顯示器W便將該頭戴式顯示 設備最優地對準和適配于用戶雙眼上。除了提供關于調節頭戴式顯示器的位置的反饋W 夕h當前技術可W針對頭戴式顯示設備具有可調節iro的實施例，提供關于頭戴式顯示設備 中的調節瞳孔間距（IPD)的反饋。
[0007] 在一替代實施例中，頭戴式顯示設備位置和/或WD的調節可W自動發生。在一種 運樣的自動示例中，在檢測到失準之際，失準可W用軟件來校正W調節虛擬對象如何W及 在哪里被一個或兩個顯示單元顯示。在另一自動示例中，可W在頭戴式顯示設備上設置馬 達W調節頭戴式顯示設備的特定位置和/或IPD。
[000引在一示例中，本技術設及頭戴式顯示設備，包括:包括光學元件的顯示單元;定位 和跟蹤組件，用于傳感定位和跟蹤組件相對于佩戴者雙眼的位置和角度方向；處理器，與顯 示單元W及定位和跟蹤組件禪合，用于確定光學元件相對于雙眼的位置和角度方向；W及 由處理器執行的反饋例程，用于基于來自處理器的失準確定向佩戴者提供反饋，W調節頭 戴式顯示設備相對于雙眼的位置和方向中的至少一者。
[0009]在一進一步示例中，本技術設及用于在一空間中提供混合現實體驗的頭戴式顯示 設備，所述空間具有X軸、垂直于X軸的y軸、W及垂直于X軸和y軸的Z軸，該頭戴式顯示器包 括:包括光學元件的顯示單元，用于向佩戴者的雙眼顯示虛擬圖像;定位和跟蹤組件，用于 傳感關于該定位和跟蹤組件到雙眼的X軸、y軸和Z軸的位置，W及關于該定位和跟蹤組件到 雙眼的X軸繞X軸、y軸和Z軸的旋轉的角度旋轉;處理器，與顯示單元W及該定位和跟蹤組件 禪合，用于確定光學元件相對于雙眼的位置和角度方向；W及由處理器實現的反饋例程，用 于基于來自處理器的確定向用戶提供反饋w調節頭戴式顯示器相對于雙眼的位置和方向 中的至少一者。
[0010] 在另一示例中，本技術設及一種用于指示頭戴式顯示設備的一個或多個光學元件 與佩戴者雙眼的失準的方法，所述方法包括：（a)確定光學元件與佩戴者雙眼的失準，所述 失準由處理設備W及眼部定位和跟蹤組件確定；W及(b)生成向佩戴者提供關于如何調節 光學元件的一個或多個的信息的反饋，所述反饋被顯示為向光學元件顯示的一個或多個虛 擬圖像。
[0011] 提供該概述W便W簡化形式介紹概念的選集，所述概念在W下詳細描述中被進一 步描述。該概述不意圖標識所要求保護的主題的關鍵特征或基本特征，也不意圖被用來幫 助確定所要求保護的主題的范圍。
[0012] 附圖簡述
[0013] 圖1是一種用于向一個或多個用戶呈現混合現實環境的系統的一實施例的示例組 件的圖示。
[0014] 圖2是頭戴式顯示單元的一實施例的透視圖。
[0015] 圖3是頭戴式顯示單元的一實施例的一部分的側視圖。
[0016] 圖4是頭戴式顯示單元的組件的一實施例的框圖。
[0017] 圖5是與頭戴式顯示單元相關聯的處理單元的組件的一實施例的框圖。
[0018] 圖6是解說本技術的一實施例的操作的流程圖。
[0019] 圖7-9解說頭戴式顯示設備的光學元件與佩戴者雙眼的失準。
[0020] 圖10-12解說包括虛擬對象的頭戴式顯示設備的透視圖，其提供關于如何校正頭 戴式顯示設備的光學元件與佩戴者雙眼的失準的反饋。
[0021] 圖13是可用于實現此處描述的計算系統的計算系統的一實施例的框圖。
[0022] 詳細描述
[0023] 現在將參照圖1-13描述本技術的各實施例，本技術的各實施例一般設及用于傳感 頭戴式顯示設備相對于佩戴者雙眼的位置和/或角度方向，W及提供反饋來調節頭戴式顯 示設備的位置和/或角度方向W便相對于佩戴者雙眼最優居中和定向的系統和方法。頭戴 式顯示設備可用于實現包括現實對象和虛擬對象的混合現實環境。頭戴式顯示設備可包括 顯示元件。顯示元件在某種程度上是透明的，W使用戶可W在該用戶的視場(F0V)內透過顯 示元件看向現實世界對象。顯示元件也提供將虛擬圖像投射至用戶的F0V中W使虛擬圖像 也顯現在現實世界對象旁邊的能力。系統自動地跟蹤用戶查看之處，W使系統可W確定在 用戶F0V的何處插入虛擬圖像。一旦系統得知在哪里投射虛擬圖像，圖像就使用顯示元件來 投射。
[0024] 圖1解說通過將虛擬對象21與用戶F0V內的現實內容融合來提供混合現實體驗的 系統10。圖1示出多個用戶18曰、186、18(3，每個用戶佩戴一頭戴式顯示設備2，用于從自己的 角度查看諸如虛擬對象21運樣的虛擬對象。在進一步的示例中可W有多于或少于Ξ個用 戶。如圖2和3可見，頭戴式顯示設備2可W包括集成處理單元4。在其他實施例中，處理單元4 可W與頭戴式顯示設備2分開，并且可W經由有線或無線通信與頭戴式顯示設備2通信。
[0025] 頭戴式顯示設備2在一實施例中是眼鏡形狀，該頭戴式顯示設備2被佩戴于用戶頭 部上，W使用戶可W透過顯示器查看從而具有用戶前方空間的實際直接視圖。術語"實際直 接視圖"的使用是指用人眼直接看到現實世界對象的能力，而不是看見對象的所創建的圖 像表示。例如，透過玻璃看房間允許用戶具有該房間的實際直接視圖，而在電視機上觀看房 間的視頻不是該房間的實際直接視圖。W下提供了頭戴式顯示設備2的更多細節。
[0026] 處理單元4可包括用于操作頭戴式顯示設備2的許多計算能力。在各實施例中，處 理單元4無線地(例如，WiFi、藍牙、紅外或其他無線通信手段)通信至一個或多個中樞計算 系統12。如W下說明，中樞計算系統12可設置于處理單元4遠程，W使中樞計算系統12和處 理單元4經由諸如LA或WAN的無線網絡通信。在進一步的實施例中，可省略中樞計算系統12 W便使用頭戴式顯示設備2和處理單元4提供移動混合現實體驗。
[0027] 頭戴式顯示設備2,或自身或與中樞計算系統12結合，可W提供混合現實體驗，其 中一個或多個虛擬圖像(諸如圖1中的虛擬對象21)可W與一場景中的現實世界對象混合。 圖1解說在現實世界對象出現在用戶的F0V中時的植物23或用戶的手23的示例。
[0028] 圖2和3示出頭戴式顯示設備2的透視圖和側視圖。圖3示出頭戴式顯示設備2的右 偵U，包括具有鏡腿102和鼻中104的設備的一部分。麥克風110構建于鼻中104中，麥克風110 用于記錄聲音并將該音頻數據發送至處理單元4,如下所述。頭戴式顯示設備2前方是面向 房間的攝像機112,攝像機112可W捕捉視頻和靜止圖像。那些圖像被發送至處理單元4,如 下所述。
[0029] 頭戴式顯示設備2的框架的一部分將圍繞顯示器(包括一個或多個透鏡）。為了顯 示頭戴式顯示設備2的組件，圍繞顯示器的框架的一部分未示出。顯示器包括導光光學元件 115、不透明濾光器114、透光透鏡116和透光透鏡118。在一實施例中，不透明濾光器114在透 光透鏡116后方并且與其對齊，導光光學元件115在不透明濾光器114后方并且與其對齊，透 光透鏡118在導光光學元件115后方并且與其對齊。透光透鏡116和118是眼鏡中使用的標準 透鏡，并且可W對于任何處方（包括無處方）而作出。導光光學元件115將人工光導向至眼 睛。不透明濾光器114和導光光學元件115的更多細節在2012年5月24日公開的美國公開專 利申請No.2012/0127284中提供，該專利申請題為巧ead-Mounted Display Device Which Provides Surround Video(提供環繞視頻的頭戴式顯示設備Γ。
[0030] 控制電路136提供支持頭戴式顯示設備2的其他組件的各種電子設備。W下參照圖 4提供了控制電路136的更多細節。耳機130、慣性測量單元132和溫度傳感器138在鏡腿102 內或安裝至鏡腿102。在圖4所示的一實施例中，慣