雙眼頭戴式顯示器的激光對準(zhǔn)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙眼頭戴式顯示器，其包含框架、右顯示器及左顯示器、對準(zhǔn)傳感器及控制系統(tǒng)。所述右顯示器及所述左顯示器向用戶顯示右圖像及左圖像且安裝到所述框架。所述對準(zhǔn)傳感器包含安裝成接近所述右顯示器或所述左顯示器中的一者的第一激光源及安裝成與所述第一激光源相對且接近所述右顯示器或所述左顯示器中的相對者的第一光檢測器陣列。所述第一對準(zhǔn)傳感器經(jīng)安裝以測量歸因于所述框架圍繞一個或一個以上旋轉(zhuǎn)軸的變形的所述右顯示器與所述左顯示器之間的不對準(zhǔn)且產(chǎn)生指示所述不對準(zhǔn)的信號。所述控制系統(tǒng)耦合到所述對準(zhǔn)傳感器以接收所述信號且至少部分地基于所述信號而計算所述不對準(zhǔn)。
【專利說明】 雙眼頭戴式顯示器的激光對準(zhǔn)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及頭戴式顯示器，且更特定來說但不排他地，涉及雙眼頭戴式顯示器。

【背景技術(shù)】
[0002]頭戴式顯示器(“HMD”)為在頭部上或圍繞頭部佩戴的顯示裝置。HMD通常并入某種類別的近眼式光學(xué)系統(tǒng)以在人眼的若干厘米之內(nèi)顯示圖像。單眼顯示器稱為單眼式HMD而雙眼顯示器稱為雙眼式HMD。一些HMD僅顯示計算機產(chǎn)生圖像(“CGI”)，而其它類型的HMD能夠在現(xiàn)實世界景物上疊加CGI。這后一種類型的HMD通常稱為增強現(xiàn)實，這是因為觀看者的世界圖像以重疊CGI增強(也稱為抬頭顯示(“HUD”))。
[0003]HMD具有許多實際應(yīng)用及休閑應(yīng)用。航空應(yīng)用允許飛行員在不使其眼睛離開飛行路徑的情況下看見極其重要的飛行控制信息。公共安全應(yīng)用包含地圖及熱成像的戰(zhàn)術(shù)顯示。其它應(yīng)用領(lǐng)域包含視頻游戲、交通運輸及長途通信。因為此技術(shù)尚處于初期階段，所以隨著技術(shù)發(fā)展必定存在新發(fā)現(xiàn)的實際應(yīng)用及休閑應(yīng)用；然而，這些應(yīng)用中的許多歸因于用于實施現(xiàn)有HMD的常規(guī)光學(xué)系統(tǒng)的成本、尺寸、視場及效率以及在HMD在市場中得到廣泛采納之前必須被滿意地解決的其它技術(shù)障礙而當(dāng)前受到限制。


【發(fā)明內(nèi)容】


【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]參考附圖描述本發(fā)明的非限制性且非窮舉性實施例，其中相同參考數(shù)字在所有各種視圖中指代相同部件，除非另有指定。
[0005]圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有激光對準(zhǔn)傳感器的頭戴式顯示器的前視圖。
[0006]圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有激光對準(zhǔn)傳感器的頭戴式顯示器的透視圖。
[0007]圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有激光對準(zhǔn)傳感器的頭戴式顯示器的側(cè)視圖，其說明所述頭戴式顯示器的框架的扭轉(zhuǎn)變形。
[0008]圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有激光對準(zhǔn)傳感器的頭戴式顯示器的前視圖，所述激光對準(zhǔn)傳感器經(jīng)定向以對角地穿過所述頭戴式顯示器的框架的中央鼻區(qū)域而測量不對準(zhǔn)。
[0009]圖5A到5C為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于測量頭戴式顯示器的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)的象限光檢測器的框圖。
[0010]圖6為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于測量頭戴式顯示器的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)的NXM像素陣列光檢測器的框圖。
[0011]圖7為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的操作用于監(jiān)視頭戴式顯示器的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的方法的流程圖。
[0012]圖8A及8B為根據(jù)本發(fā)明的實施例包含用于校正框架變形的一個或一個以上機械致動器的頭戴式顯示器的前視圖。

【具體實施方式】
[0013]本文描述用于感測雙眼頭戴式顯示器(“HMD”)的目鏡之間的對準(zhǔn)的系統(tǒng)及方法的實施例。在以下描述中，陳述許多具體細(xì)節(jié)以提供對實施例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在沒有所述具體細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下實施或以其它方法、組件、材料等等實踐本文中描述的技術(shù)。在其它實例中，未展示或詳細(xì)描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免模糊某些方面。
[0014]貫穿本說明書的對“一個實施例”或“一實施例”的參考意味著結(jié)合所述實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，在貫穿本說明書的各種地方出現(xiàn)短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”不一定都指代同一實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個或一個以上實施例中以任何合適方式組合。
[0015]進一步鼓勵市場采納HMD技術(shù)所需克服的一個技術(shù)障礙為識別及補償雙眼HMD變形。雙眼HMD的變形可導(dǎo)致雙眼HMD的左圖像顯示器與右圖像顯示器之間的有害不對準(zhǔn)。這些不對準(zhǔn)可導(dǎo)致如由用戶感知的模糊的或以其它方式折中的圖像，這最終導(dǎo)致較差的用戶體驗(迷失方向、暈眩等等)。變形可歸因于各種原因而發(fā)生，包含使用不當(dāng)、較差的用戶匹配、非對稱臉部特征、惡劣的環(huán)境因數(shù)(例如，熱翹曲)或其它原因。
[0016]舉例來說，如果雙眼HMD對于給定用戶的頭部來說過窄，那么所述用戶的頭部將對雙眼HMD的耳臂中的每一者施加向外的力，從而引起耳臂擴張，借此圍繞鼻梁使前顯示區(qū)段折曲。在較小程度上，如果用戶的頭部過窄，那么相反的作用(通過耳朵向耳臂施加向內(nèi)壓縮力)可發(fā)生。此外，如果用戶的耳朵是不對稱的(即，一只耳朵比另一只耳朵高)，那么扭轉(zhuǎn)力可被施加到耳臂，從而引起雙眼HMD的左側(cè)及右側(cè)圍繞鼻梁扭轉(zhuǎn)。這些旋轉(zhuǎn)變形可導(dǎo)致雙眼HMD的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)。
[0017]圖1到3說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的實例雙眼HMD100的各種視圖。圖1為雙眼HMD100的前視圖、圖2為雙眼HMD100的透視圖且圖3為雙眼HMD100的側(cè)視圖。所說明的雙眼HMD100的實施例包含右顯示器105A及左顯示器105B (共同稱為顯示器105)、激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115、對準(zhǔn)控制器125(圖2或3)及框架。所說明的激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115的實施例包含兩個激光對準(zhǔn)傳感器，其各自包含激光源120及光檢測器陣列122。所說明的框架的實施例包含右耳臂130A及左耳臂130B(共同稱為耳臂130)及前顯示區(qū)段132。所說明的前顯示區(qū)段132的實施例包含右上顯示器支撐件135A及左上顯示器支撐件135B (共同稱為上顯示器支撐件135)、右下顯示器支撐件140A及左下顯示器支撐件140B(共同稱為下顯示器支撐件140)及鼻梁145。雖然圖1到3說明傳統(tǒng)眼鏡形框架，但本發(fā)明的實施例可適用于各種框架類型及風(fēng)格。舉例來說，可省略下顯示器支撐件140、可省略上顯示器支撐件135，顯示器105可為其自身也用作結(jié)構(gòu)性框架部件的剛性光學(xué)目鏡，所述框架可呈現(xiàn)護目鏡形狀或其它形狀。
[0018]可使用各種不同雙眼顯示器技術(shù)實施顯示器105。舉例來說，顯示器105可實施為半透明光學(xué)元件或不透明光學(xué)元件。半透明光學(xué)元件實施例允許外部光通過而到達用戶的眼睛以提供現(xiàn)實世界視圖，但還顯示所述現(xiàn)實世界視圖上的疊加的計算機產(chǎn)生圖像(“CGI”)。這種類型的顯示器技術(shù)經(jīng)常稱為抬頭顯示(“HUD”)或增強現(xiàn)實。所述半透明光學(xué)元件實施例可進一步定義成發(fā)射性實施例(例如，透明有機發(fā)光二極管(“OLED”)的薄片)或反射性實施例。圖2說明反射性實施例，其中圖像源205將CGI投影到顯示器105上，顯示器105朝向用戶的眼睛反射回CGI。其它反射性實施例可使用各種類型的波導(dǎo)將CGI從耳臂130附近的周邊位置傳送到用戶眼睛前方的位置。可使用硅上液晶(“LCoS”)圖像面板、微微投影儀、LED陣列或其它裝置實施圖像源205。包含不透明光學(xué)元件的實施例不允許外部光通過顯示器105，而是僅將CGI發(fā)射到用戶眼睛。這些類型的HMD通常稱為虛擬現(xiàn)實HMD。在半透明光學(xué)元件實施例及不透明光學(xué)元件實施例兩者中，顯示器控制器210可用于驅(qū)動顯示器105及呈現(xiàn)CGI。當(dāng)然，可使用其它顯示器技術(shù)且甚至可使用可在半透明操作模式與不透明操作模式之間來回切換的混合裝置。
[0019]如上文論述，雙眼HMD100可歸因于若干環(huán)境因素或使用場景而在使用期間變形或隨時間推移而變形。如圖1及2中說明，雙眼HMD100可圍繞通過鼻梁145的旋轉(zhuǎn)折曲軸(或垂直軸)而變形。鼻梁145通常為右顯示器與左顯示器105之間的前顯示區(qū)段132的中心部分中的結(jié)構(gòu)性弱點。通過在耳臂130上施加向內(nèi)的力，前顯示區(qū)段132將在鼻梁145處折曲且圍繞旋轉(zhuǎn)折曲軸向后樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。相應(yīng)地，施加到耳臂130的向外的力將致使前顯示區(qū)段132圍繞鼻梁145折曲且圍繞旋轉(zhuǎn)折曲軸向前樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)。如果雙眼HMD100未與用戶適當(dāng)匹配(例如，用戶頭部過小或過大)，那么這些力可能發(fā)生。此外，雙眼HMD100可圍繞通過鼻梁145的旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)軸(或縱軸)變形。參考圖1及3，通過向耳臂130施加相反的向上的力及向下的力，前顯示區(qū)段132將在鼻梁145處圍繞旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)。如果雙眼HMD100未與具有不勻稱耳朵的用戶適當(dāng)匹配，那么這些力可能發(fā)生。旋轉(zhuǎn)折曲變形及旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)變形在本文中一般稱為圍繞旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)變形。
[0020]激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115安置成接近顯示器105以測量歸因于框架圍繞旋轉(zhuǎn)變形軸的變形的右顯示器與左顯示器105之間的不對準(zhǔn)?？梢詥蝹€激光對準(zhǔn)傳感器(例如，單個成對的激光源120及光檢測器陣列122)、一對激光對準(zhǔn)傳感器(已說明)或兩個以上激光對準(zhǔn)傳感器來實施激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115。使用多個激光對準(zhǔn)傳感器提高了激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115的靈敏度且可增加可通過激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115監(jiān)視的變形軸的數(shù)目。
[0021]在所說明的實施例中，激光源120安裝成接近左顯示器105B且光檢測器122安裝成與激光源120相對而接近右顯示器105A。當(dāng)然，在其它實施例中，可交換、交替或以其它方式更改安裝位置/定向。激光源120引導(dǎo)光束穿過鼻梁145而沖擊其對應(yīng)的光檢測器122。因為激光源120剛性地耦合到左顯示器105B且光檢測器122剛性地耦合到右顯示器105A，所以圍繞鼻梁145的任何折曲或扭轉(zhuǎn)被光檢測器陣列122感測為沖擊光束中的移動。每一沖擊光束從其默認(rèn)位置或校準(zhǔn)位置的移位越大，框架的變形就越大。可共同地分析來自兩個光檢測器陣列122的輸出信號以確定變形的方向及量值以及隨之發(fā)生的顯示器105的相對不對準(zhǔn)。
[0022]圖4說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的激光源120及光檢測器122的替代對角布置400。圖1到3說明使顯示器105的上部彼此光學(xué)對齊且使顯示器105的下部彼此光學(xué)對齊的實質(zhì)上平行的光束路徑。相比之下，圖4中說明的對角布置400通過引導(dǎo)光束對角地穿過鼻梁145而使一個顯示器的上部與另一顯示器的下部光學(xué)對齊。相比于圖1到3中揭示的平行路徑布置，對角布置400可提高靈敏度且增加可測量變形軸的數(shù)目。
[0023]激光源120及光檢測器122可安置在前顯示區(qū)段132接近顯示器105的前側(cè)(已說明)或后側(cè)表面上?；蛘?，鼻梁145可由透明材料(例如，透明塑料)制成或包含允許激光源120及光檢測器122嵌入在框架結(jié)構(gòu)自身內(nèi)的內(nèi)部中空腔。激光源120及光檢測器122可直接安裝到顯示器105或安裝到框架接近顯示器105的部分。在任一情形中，安置位置應(yīng)提供與顯示器105的充分剛性的機械耦合，使得導(dǎo)致顯示器105之間的相對不對準(zhǔn)的框架變形被激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115記錄。
[0024]圖5A到5C為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于測量頭戴式顯示器的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)的象限光檢測器500的框圖。象限光檢測器500為光檢測器陣列122的一個可能實施方案。所說明的象限光檢測器500的實施例包含四個光敏區(qū)域505A、505B、505C及50? (共同稱為光敏區(qū)域505)。每一光敏區(qū)域505可以捕獲圖像電荷且輸出指示沖擊在給定光電二極管上的光束510的量的信號或圖像數(shù)據(jù)的光電二極管或電荷耦合裝置(“CCD”)來實施。接著，可分析輸出信號以確定光束510的中央位置或形心。舉例來說，如果所有光敏區(qū)域505都獲得相同圖像電荷量，那么形心分析將確定光束510的位置在象限光檢測器500的中間(圖5B)。然而，如果區(qū)域505A捕獲最高的圖像電荷、區(qū)域50?捕獲最低的圖像電荷且區(qū)域505C及505B捕獲實質(zhì)上相等的圖像電荷，那么形心分析將確定光束510的位置已朝向左上象限移動(圖5C)。由每一光敏區(qū)域505捕獲的圖像電荷的相對量值可用于確定光束510的中央位置，所述中央位置指示顯示器105之間的不對準(zhǔn)(或?qū)?zhǔn))且相應(yīng)地指示框架的變形(或沒有框架變形)。
[0025]圖6為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于測量頭戴式顯示器的右顯示器與左顯示器之間的不對準(zhǔn)的NXM像素陣列600的框圖。NXM像素陣列600為光檢測器陣列122的一個可能實施方案。所說明的NXM像素陣列600的實施例包含光敏成像像素(例如，光電二極管，CXD等)的NXM陣列。在一個實施例中，在NXM像素陣列600的操作期間，可簡單地通過哪一個像素歸因于光束605而捕獲最大圖像電荷且因此輸出最大圖像數(shù)據(jù)而確定光束605的位置。
[0026]可經(jīng)由對框架的適當(dāng)設(shè)計及對材料的適當(dāng)選擇來減少雙眼HMD100的旋轉(zhuǎn)變形。通過選擇較硬的材料并且圍繞鼻梁145增大框架強度，可減少致使右顯示器105A變得相對于左顯示器105B不對準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)變形。舉例來說，雙眼HMD100可由圍繞傳感器和控制系統(tǒng)模制的塑料、其中或其上安置有傳感器及控制系統(tǒng)的中空金屬框架部件或其它材料制成。然而，對較硬材料的選擇及/或較粗壯的框架設(shè)計可為沉重的、令人不適的或在審美/功能上不令人滿意的。因此，本文中揭示的激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115及控制系統(tǒng)可提供對框架變形及顯示器不對準(zhǔn)的主動監(jiān)視/跟蹤，其可用于在達到變形閾值程度之后即刻產(chǎn)生故障信號以關(guān)閉顯示器105以防止用戶迷失方向、向用戶發(fā)布矯正或以其它方式重新校準(zhǔn)框架的警告及指令，或甚至向圖像控制器210提供主動反饋以進行實時圖像補償以抵消機械變形的影響。
[0027]圖7為說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的操作用于監(jiān)視右顯示器與左顯示器105之間的不對準(zhǔn)的控制系統(tǒng)的過程700的流程圖。過程框中的一些或所有過程框在過程700中出現(xiàn)的順序不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。相反，受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可以未說明的各種順序執(zhí)行或甚至并行執(zhí)行過程框中的一些過程框。
[0028]在過程框705中，通過啟用激光源120及光檢測器陣列122激活激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)115。激光源120的激活致使光束被發(fā)射且被引導(dǎo)穿過顯示器105之間的中央?yún)^(qū)域(例如，鼻梁145)(過程框710)。所發(fā)射的光束沖擊在光檢測器陣列122上，其產(chǎn)生指示光束撞擊其表面的位置的信號。
[0029]在過程框715中，將從光檢測器陣列122輸出的信號耦合到對準(zhǔn)控制器125中以進行分析以確定光束沖擊在光檢測器陣列122上的位置。所述信號可為由光檢測器陣列122 (例如，象限檢測器500)內(nèi)的光敏區(qū)域收集、由成像像素(例如，NXM像素陣列600)收集的圖像數(shù)據(jù)或由各種其它光敏元件收集的圖像數(shù)據(jù)。可通過計算光束在光檢測器陣列122上的形心或中央位置或通過識別像素陣列內(nèi)的哪一個像素正在感測光束來完成位置的確定。在一個實施例中，實時連續(xù)監(jiān)視、周期性監(jiān)視或響應(yīng)于校準(zhǔn)要求而監(jiān)視從光檢測器陣列122輸出的信號。
[0030]在過程框720中，使用從光檢測器陣列122輸出的信號確定顯示器105之間的相對不對準(zhǔn)且相應(yīng)地確定引起所述不對準(zhǔn)的框架中的變形。在一個實施例中，可通過比較光束沖擊位置與在先前用戶校準(zhǔn)期間確定的參考位置或以其它方式先前預(yù)設(shè)的位置來確定不對準(zhǔn)/變形。所述比較可由對準(zhǔn)控制器125執(zhí)行，且所述參考位置可為在知曉框架處于對準(zhǔn)或非變形狀態(tài)時來自光檢測器122的測得輸出。接著，可使用當(dāng)前測得位置與參考位置之間的位置偏移的大小及方向來確定歸因于圍繞旋轉(zhuǎn)變形軸的框架變形的不對準(zhǔn)的方向及量值。
[0031]如果雙眼HMD100經(jīng)配置以執(zhí)行實時主動校正(決策框725)，那么過程400繼續(xù)到過程框730處。在過程框730中，使用所確定的不對準(zhǔn)來將主動圖像校正應(yīng)用于由顯示器105顯示的CGI。以此方式，即使物理變形連續(xù)出現(xiàn)也可使用圖像校正來克服機械框架變形且使右CGI及左CGI回到對準(zhǔn)狀態(tài)。在一個實施例中，圖像控制器210耦合到對準(zhǔn)控制器125以接收實時不對準(zhǔn)反饋并計算必要的圖像調(diào)整，其可包含水平或垂直平移、梯形失真及/或各種其它圖像預(yù)失真校正措施。
[0032]如果框架變形變得對于主動圖像校正來說過大或如果雙眼HMD100的特定實施例不支持主動圖像校正，那么可確定不對準(zhǔn)是否超過閾限量。因此，在決策框735中，確定不對準(zhǔn)是否超過閾值。如果不超過，那么過程700返回到過程框710以繼續(xù)進行監(jiān)視。如果超過，那么過程700繼續(xù)到過程框740。在過程框740中，發(fā)布故障信號從而警告用戶。所述故障信號可使顯示器105停用或甚至在顯示器105上向用戶顯示警告消息。在一個實施例中，所述警告消息可包含如何校正框架中的變形的指示(例如，說明用于重新對準(zhǔn)框架的校正扭轉(zhuǎn)措施的符號)。隨著用戶通過施加反力校正框架變形來重新對準(zhǔn)框架，顯示器可顯示對準(zhǔn)指示符以實時引導(dǎo)用戶，且可在變形下降到低于閾值之后最終返回到常規(guī)操作。還可發(fā)布及/或顯示其它類型的警告或錯誤信號，例如可聞警告。
[0033]圖8A及SB為根據(jù)本發(fā)明的實施例的包含用于校正框架變形的機械致動器的各種實施例的HMD801及802的前視圖。圖8A說明安置在顯示器105之間的鼻梁145中的機械致動器810。機械致動器810可為耦合到對準(zhǔn)控制器125以響應(yīng)于來自控制器125的反饋控制信號的單個致動器裝置或多個獨立致動器裝置。機械致動器810可在鼻梁145處對框架施加反力以機械校正顯示器105之間的小不對準(zhǔn)。舉例來說，小不對準(zhǔn)可包含歸因于溫度變化、小力等等的光學(xué)裝置中的小蠕變。此機械重新對準(zhǔn)可實時連續(xù)發(fā)生(即，主動對準(zhǔn))或在每次打開HMD801時的啟動初始化階段期間發(fā)生。
[0034]圖SB說明跨越顯示器105之間的鼻梁145而安置的機械致動器815及817。機械致動器815及817耦合到對準(zhǔn)控制器125以響應(yīng)于來自對準(zhǔn)控制器125的反饋控制信號。機械致動器815及817可跨越鼻梁145而對框架施加反力(壓縮性或拉伸性的)以機械校正顯示器105之間的小不對準(zhǔn)。此機械重新對準(zhǔn)可實時連續(xù)發(fā)生或在打開HMD801時的啟動初始化階段期間發(fā)生?？墒褂眯螤钣洃浐辖?、功能聚合物或壓電致動器、微機電系統(tǒng)(“MEMS”)致動器或其它機械或機電致動裝置來實施機械致動器810、815或817。由機械致動器810、815或817中的任一者提供的機械校正可為除上文論述的圖像校正之外的機械校正或可代替上文論述的圖像校正。
[0035]可從計算機軟件及硬件的角度來描述上文解釋的過程。所描述的技術(shù)可構(gòu)成體現(xiàn)在有形機器(例如，計算機)可讀存儲媒體內(nèi)的機器可執(zhí)行指令，當(dāng)由機器執(zhí)行時，所述指令將致使所述機器執(zhí)行所描述的操作。此外，所述過程可體現(xiàn)在硬件內(nèi)，例如專用集成電路(“ASIC”)或類似物。
[0036]有形機器可讀存儲媒體包含以機器(例如，計算機、網(wǎng)絡(luò)裝置、個人數(shù)字助理、制造工具、具有一組一個或一個以上處理器的任何裝置等)可存取的形式提供(即，存儲)信息的任何機構(gòu)。舉例來說，機器可讀存儲媒體包含可記錄/不可記錄媒體(例如，只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、磁盤存儲媒體、光學(xué)存儲媒體、快閃存儲器裝置等等)。
[0037]對本發(fā)明的所說明的實施例的以上描述(包含在說明書摘要中描述的內(nèi)容)不希望為窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，雖然出于說明目的描述了本發(fā)明的特定實施例及本發(fā)明的實例，但各種修改在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。
[0038]在以上詳細(xì)描述的背景下可對本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限于說明書中揭示的特定實施例。而是，本發(fā)明的范圍將完全由根據(jù)沿用已久的權(quán)利要求解釋規(guī)則來解釋的所附權(quán)利要求書確定。
【權(quán)利要求】
1.一種雙眼頭戴式顯示器，其包括: 框架，其用于佩戴在用戶的頭部上； 右顯示器及左顯示器，其用于向所述用戶顯示右圖像及左圖像，其中所述右顯示器及所述左顯示器安裝到所述框架； 第一對準(zhǔn)傳感器，其包含安裝成接近所述右或左顯示器中的一者的第一激光源及安裝成與所述第一激光源相對且接近所述右或左顯示器中的相對者的第一光檢測器陣列，所述第一對準(zhǔn)傳感器經(jīng)安裝以測量歸因于所述框架圍繞一個或一個以上旋轉(zhuǎn)軸的變形的所述右顯示器與所述左顯示器之間的不對準(zhǔn)且產(chǎn)生指示所述不對準(zhǔn)的第一信號；以及 控制系統(tǒng)，其耦合到所述第一對準(zhǔn)傳感器以接收所述第一信號且包含用于至少部分地基于所述第一信號計算所述不對準(zhǔn)的邏輯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述第一激光源經(jīng)定位以引導(dǎo)光束穿過所述雙眼頭戴式顯示器在所述右顯示器與所述左顯示器之間的鼻梁區(qū)域且沖擊在所述第一光檢測器陣列上，其中所述光束沖擊在所述第一光檢測器陣列上的位置指示所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述第一光檢測器陣列包括具有四個光敏區(qū)域的象限檢測器且其中所述控制系統(tǒng)的所述邏輯包含用于基于由所述四個光敏區(qū)域中的每一者獲得的光敏信號的相對強度來確定所述第一光束沖擊在所述象限檢測器上的中央位置的第一邏輯及用于至少部分地基于所述所確定的中央?yún)^(qū)域確定所述不對準(zhǔn)的第二邏輯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述第一光檢測器陣列包含NXM像素陣列且其中所述控制系統(tǒng)的所述邏輯至少部分地基于所述NXM像素陣列中的哪一個像素感測到所述光束而確定所述光束沖擊在所述第一光檢測器陣列上的所述位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙眼頭戴式顯示器，其進一步包括: 第二對準(zhǔn)傳感器，其包含安裝到所述左顯示器或右顯示器中的一者的第二激光源及相對于所述第二激光源安裝到所述左顯示器或右顯示器中的相對者的第二光檢測器陣列，所述第二對準(zhǔn)傳感器經(jīng)耦合以測量歸因于所述框架圍繞所述一個或一個以上旋轉(zhuǎn)軸的所述變形的所述右顯示器與所述左顯示器之間的不對準(zhǔn)且產(chǎn)生指示所述不對準(zhǔn)的第二信號， 其中所述第二對準(zhǔn)傳感器與所述第一對準(zhǔn)傳感器物理偏移， 其中所述控制系統(tǒng)進一步耦合到所述第二對準(zhǔn)傳感器以接收所述第二信號且所述邏輯進一步經(jīng)耦合以至少部分地基于所述第一及第二信號計算所述不對準(zhǔn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述第一及第二對準(zhǔn)傳感器各自經(jīng)物理定向以引導(dǎo)實質(zhì)上水平的光束穿過所述頭戴式顯示器的鼻梁區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述第一及第二對準(zhǔn)傳感器各自經(jīng)物理定向以引導(dǎo)對角光束穿過所述頭戴式顯示器的鼻梁區(qū)域，使得所述第一對準(zhǔn)傳感器使所述右顯示器的上部與所述左顯示器的下部光學(xué)對齊且所述第二對準(zhǔn)傳感器使所述左顯示器的上部與所述右顯示器的下部光學(xué)對齊。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述一個或一個以上旋轉(zhuǎn)軸包括通過所述框架的所述鼻梁區(qū)域的實質(zhì)上垂直軸及通過所述鼻梁區(qū)域的實質(zhì)上縱向軸，貫穿所述鼻梁的第一旋轉(zhuǎn)變形可圍繞所述實質(zhì)上垂直軸而發(fā)生，貫穿所述鼻梁的扭轉(zhuǎn)變形可圍繞所述實質(zhì)上縱向軸而發(fā)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述控制系統(tǒng)進一步包含用于產(chǎn)生指示所述不對準(zhǔn)的反饋信號的邏輯，所述雙眼頭戴式顯示器進一步包括: 右顯示器控制器，其耦合到所述控制系統(tǒng)以接收所述反饋信號的至少一部分且調(diào)整所述右圖像以補償所述不對準(zhǔn)以使所述右圖像回到對準(zhǔn)狀態(tài)；及 左顯示器控制器，其耦合到所述控制系統(tǒng)以接收所述反饋信號的至少一部分且調(diào)整所述左圖像以補償所述不對準(zhǔn)以使所述左圖像回到對準(zhǔn)狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙眼頭戴式顯示器，其進一步包括安置在所述框架的鼻梁區(qū)域處的機械致動器，所述機械致動器耦合到所述控制系統(tǒng)以響應(yīng)于所述經(jīng)計算的不對準(zhǔn)而機械校正所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述機械致動器跨越所述鼻梁區(qū)域而延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙眼頭戴式顯示器，其中所述機械致動器包括形狀記憶合金、功能聚合物、壓電致動器或微機電系統(tǒng)“MEMS”致動器中的至少一者。
13.一種跟蹤雙眼頭戴式顯示器“HMD”的右顯示器與左顯示器之間的對準(zhǔn)的方法，所述方法包括: 從安裝成接近所述右顯示器或所述左顯示器中的一者的第一激光源引導(dǎo)第一光束穿過所述雙眼HMD在所述右顯示器與所述左顯示器之間的中央?yún)^(qū)域以沖擊在安裝成與所述第一激光源相對且接近所述右顯示器或所述左顯示器中的相對者的第一光檢測器陣列上； 確定所述第一光束沖擊在所述第一光檢測器陣列上的第一位置；及 至少部分地基于所述第一位置監(jiān)視所述右顯示器與所述左顯示器之間的不對準(zhǔn)，其中所述不對準(zhǔn)至少部分地由支撐所述右顯示器及所述左顯示器的所述雙眼HMD的框架的變形引起。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中監(jiān)視所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)包括: 監(jiān)視歸因于所述框架圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸的第一旋轉(zhuǎn)變形的所述不對準(zhǔn)，所述第一旋轉(zhuǎn)軸通過所述雙眼HMD的所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述框架的中央鼻區(qū)域；及 監(jiān)視歸因于所述框架圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸的第二旋轉(zhuǎn)變形的所述不對準(zhǔn)，所述第二旋轉(zhuǎn)軸通過所述中央鼻區(qū)域，其中所述第二旋轉(zhuǎn)軸與所述第一旋轉(zhuǎn)軸不同。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一旋轉(zhuǎn)變形至少由擴張或壓縮所述框架的耳臂部件的向內(nèi)的力或向外的力引起，其中所述第二旋轉(zhuǎn)變形至少部分地由施加到所述耳臂部件的相對的向上的力及向下的力引起。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括: 從安裝成接近所述右顯示器或左顯示器中的一者的第二激光源引導(dǎo)第二光束穿過所述雙眼HMD的所述中央?yún)^(qū)域以沖擊在安裝成與所述第二激光源相對且接近所述右顯示器或所述左顯示器中的相對者的第二光檢測器陣列上； 確定所述第二光束沖擊在所述第二光檢測器陣列上的第二位置；及 至少部分地基于所述第一及第二位置監(jiān)視所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一及第二光束彼此偏移且沿著實質(zhì)上平行的路徑延伸，其中所述第一光檢測器陣列及所述第一激光源使所述右顯示器的上部與所述左顯示器的上部光學(xué)對齊，且其中所述第二光檢測器陣列及所述第二激光源使所述右顯示器的下部與所述左顯示器的下部光學(xué)對齊。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一及第二光束沿著實質(zhì)上對角的路徑延伸，其中所述第一光檢測器陣列及所述第一激光源使所述右顯示器的上部與所述左顯示器的下部光學(xué)對齊，且其中所述第二光檢測器陣列及所述第二激光源使所述左顯示器的上部與所述右顯示器的下部光學(xué)對齊。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一光檢測器陣列包括具有四個光敏區(qū)域的象限檢測器且其中確定所述第一光束沖擊在所述第一光檢測器陣列上的所述第一位置包括: 基于由所述四個光敏區(qū)域中的每一者獲得的光敏信號的相對強度確定所述第一光束沖擊在所述象限檢測器上的中央位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一光檢測器陣列包括NXM像素陣列且其中確定所述第一光束沖擊在所述第一光檢測器陣列上的所述第一位置包括: 確定所述NXM像素陣列內(nèi)的哪一個像素感測到所述第一光束。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括: 在所述不對準(zhǔn)超過閾值不對準(zhǔn)的情況下發(fā)布故障信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進一步包括: 在所述右顯示器或所述左顯示器中的一者或兩者上顯示對準(zhǔn)指示符以向所述雙眼HMD的用戶提供實時視覺對準(zhǔn)反饋同時調(diào)整所述框架的所述變形。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其進一步包括: 分別以所述右顯示器及所述左顯示器產(chǎn)生右圖像及左圖像；及 基于所述不對準(zhǔn)將主動圖像校正應(yīng)用于所述右圖像或所述左圖像中的至少一者以補償引起所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)的所述框架的所述變形。
24.—種雙眼頭戴式顯示器“HMD”，其包括: 框架； 安裝到所述框架的右顯示器及左顯示器，所述右顯示器及所述左顯示器分別用于產(chǎn)生右圖像及左圖像； 激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)，其耦合到所述右顯示器及所述左顯示器且經(jīng)定向以引導(dǎo)光束穿過所述雙眼HMD的鼻梁區(qū)域且光學(xué)記錄所述右顯示器與所述左顯示器之間的對準(zhǔn)；及 控制系統(tǒng)，其安置在所述框架中或所述框架上且耦合到所述激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包含在被執(zhí)行時致使所述控制系統(tǒng)執(zhí)行操作的邏輯，所述操作包括: 從所述激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)接收指示所述右顯示器與所述左顯示器之間的不對準(zhǔn)的對準(zhǔn)信號； 基于所述對準(zhǔn)信號確定所述不對準(zhǔn)；及 基于所述不對準(zhǔn)將主動圖像校正應(yīng)用于所述右圖像或所述左圖像中的至少一者以補償引起所述右顯示器與所述左顯示器之間的所述不對準(zhǔn)的所述框架的變形。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的雙眼HMD，其中所述激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)包括: 用于產(chǎn)生第一光束的第一激光源，其安裝成接近所述右顯示器或所述左顯示器中的一者；及 第一光檢測器陣列，其安裝成與所述第一激光源相對且接近所述右顯示器或所述左顯示器中的相對者，所述第一光檢測器用于產(chǎn)生指示所述第一光束沖擊在所述第一光檢測器上的第一位置的第一對準(zhǔn)信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的雙眼HMD，其中所述激光對準(zhǔn)傳感器系統(tǒng)進一步包括: 用于產(chǎn)生第二光束的第二激光源，其安裝成接近所述右顯示器或所述左顯示器中的一者；及 第二光檢測器陣列，其安裝成與所述第二激光源相對且接近所述右顯示器或所述左顯示器中的相對者，所述第二光檢測器用于產(chǎn)生指示所述第二光束沖擊在所述第二光檢測器上的第二位置的第二對準(zhǔn)信號。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的雙眼HMD，其中所述第一及第二激光源經(jīng)定向以沿著貫穿所述鼻梁區(qū)域的實質(zhì)上對角路徑輸出所述第一及第二光束。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的雙眼HMD，其中所述光檢測器包括象限檢測器。
【文檔編號】G02B27/02GK104185807SQ201280037917
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月9日
【發(fā)明者】謝爾蓋·布林, 巴巴克·阿米爾帕爾維茲 申請人:谷歌公司