聯(lián)的經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡(未示出)的與光軸(諸如中心光束)平行的光可被透射過聚焦在無窮遠的經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡。另一方面，以不平行角度抵達與光源準(zhǔn)直的透鏡的光(例如，來自一部分光環(huán)的光)將以與上文參照碰撞經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的成角度的光所闡述的相同的方式被移位。
[0115]采用這一布置，在成角度的光源在空間上與相機160和經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162對齊且同軸的情況下，圖像平面164上的圖案可以是如圖23中所示的具有環(huán)繞的環(huán)的點(如上文提到的，中心光束可以被整形，在該示出的示例中是正方形，用以使其與組中的其它成角度的光源相區(qū)分)。另一方面，在成角度的光源不與相機160對齊且不同軸的情況下，圖像平面164上的圖案可以是如圖24中所示的具有月牙形的點。該月牙形是由相機透鏡或LED透鏡孔徑的映暈所導(dǎo)致的。該映暈被專門設(shè)計成引起圖案的變化。在圖像平面164上記錄的月牙(以及可能的中心點)的程度可被用來確定成角度的光源與相機的對準(zhǔn)。根據(jù)這一信息，可確定IPD。可以理解，圖23和24中示出的來自組130、140中的不止一個成角度的光源的圖案化的光可同時在相機160中接收。
[0116]還可理解，光源的其它配置也可被提供。作為一個進一步示例，可使用光源的二維網(wǎng)格，諸如舉例而言的經(jīng)準(zhǔn)直的LED陣列，每一個LED聚焦在無窮遠。由陣列中的那些LED所帶來的、在圖像平面164上得到成像的光圖案可被用來確定光源陣列與相機的對準(zhǔn)。根據(jù)這一信息，可確定IPD。
[0117]在上文描述的各實施例中，對準(zhǔn)檢測組件對顯示元件104、106的線性偏移不敏感，以允許在不受線性偏移的擾亂的情況下對顯示元件的角度偏移進行測量。在X軸Iro調(diào)整之際的線性偏移通過相機160上來自成角度的光源的光的圖案來給出。在進一步實施例中，附加/替代組件可被提供用于指示顯示元件104、106的Χ、Υ和/或Z線性偏移。
[0118]—個這樣的實施例可使用Moire圖案來辨別線性偏移。在這一實施例中，第一陰影掩?？杀环胖迷诟竭B到顯示元件104、106的光源上。該第一陰影掩?？梢远鄠€平行的矩形裂縫來作為圖案，來自光源的光可穿過這些裂縫。第二圖案化的陰影掩?？杀环胖迷趫D像平面164前面。該第二圖案化的陰影掩?？深愃朴诘谝魂幱把谀＃幌鄬τ诘谝粓D案化的陰影掩模旋轉(zhuǎn)一傾斜角。這一實施例可采用未被準(zhǔn)直的光源和相機上的透鏡來操作。
[0119]這兩個圖案化的陰影掩模一起將產(chǎn)生入射到圖像平面164上的光的兩個網(wǎng)格，形成被稱為Moire圖案的干涉圖案。這樣的干涉圖案隨著相對于光的兩個網(wǎng)格的移動中的小的變化會劇烈變化。這些圖案變化可被檢測并與一個網(wǎng)格(光源上的)相對于另一網(wǎng)格(相機上的)的可量化的線性偏移相關(guān)聯(lián)。取決于光源的朝向和第一圖案化陰影掩模，這一實施例可被用于提供關(guān)于顯示元件104、106的X方向或Y方向的線性偏移的信息。
[0120]上文描述的各實施例已使用了用于檢測顯示元件104、106的角度偏移的光學(xué)對準(zhǔn)檢測組件102?？梢岳斫猓斯鈱W(xué)系統(tǒng)以外的其它系統(tǒng)可被用于檢測這一角度偏移。作為一個進一步示例，可使用機械系統(tǒng)。在一個這樣的示例中，第一電容板可被附連到顯示元件104，而第二電容板可被附連到頭戴式顯示設(shè)備100上的參考位置，諸如舉例而言的框架118。第一和第二板可被平行地放置在彼此附近并面向彼此，在板之間提供一個小的空氣間隙?？蔀楦竭B到顯示元件106的第三板和與其并列并附連到頭戴式顯示設(shè)備100上的參考點的第四板提供類似的布置。
[0121]第一對板間可產(chǎn)生電荷差，并且第二對板間可產(chǎn)生電荷差。之后，可采用各種已知方式測量相應(yīng)的配對中的電容，給出方程:
[0122]I = C*dV/dt，(2)
[0123]其中dV/dt是電壓隨時間的變化，C是電容，而I是電流。測得的電容與相應(yīng)配對中的板之間的距離線性相關(guān)。在一種解釋下，一塊板可被視為是發(fā)射器，而另一塊板是傳感器，兩者之間具有電子的流。假設(shè)是小的平移(電容變化受距離變化而不是重疊變化的支配)，每個配對中的板的角度偏移可被用于辨別顯示元件繞電容平面中的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。如果需要，可在不同的正交平面中提供更多的電容板配對以辨別顯示元件繞不同正交軸的旋轉(zhuǎn)。
[0124]在一個不同的機械系統(tǒng)中，可以想到，應(yīng)變儀可被附連到顯示元件104、106。在這樣的實施例中，應(yīng)力計可被用來提供顯示元件104、106的線性和/或角度偏移。
[0125]圖25是描述處理單元108的各種組件的框圖。圖25示出與電源管理電路306通信的控制電路304?？刂齐娐?04包括:中央處理單元(CPU)320、圖形處理單元(GPU)322、高速緩存324、RAM 326、與存儲器330(例如D-RAM)進行通信的存儲器控制器328、與閃存334(或其他類型的非易失性存儲)進行通信的閃存控制器332、通過帶接口 302和帶接口 232與頭戴式顯示設(shè)備100進行通信的顯示輸出緩沖器336、通過帶接口 302和帶接口 232與頭戴式顯示設(shè)備100進行通信的顯示輸入緩沖器338、與用于連接到話筒的外部話筒連接器342進行通信的話筒接口340、用于連接到無線通信設(shè)備346的PCI express接口、以及(一個或多個)USB端口 348。
[0126]在一個實施例中，無線通信設(shè)備346可包括啟用W1-Fi的通信設(shè)備、藍牙通信設(shè)備、紅外通信設(shè)備等。USB端口可被使用例如用來將數(shù)據(jù)或軟件加載到處理單元108上，以及對處理單元108充電。在一個實施例中，CPU 320和GPU 322是用于確定在何處、何時以及如何向用戶的視野內(nèi)插入虛擬三維對象的主要力量。以下提供更多細節(jié)。
[0127]電源管理電路306包括時鐘生成器360、模數(shù)轉(zhuǎn)換器362、電池充電器364、電壓調(diào)節(jié)器366、頭戴式顯示器電源376、以及與溫度傳感器374通信的溫度傳感器接口 372。模數(shù)轉(zhuǎn)換器362被用于監(jiān)視電池電壓、溫度傳感器，以及控制電池充電功能。電壓調(diào)節(jié)器366與用于向該系統(tǒng)提供電能的電池368進行通信。電池充電器364被用來在從充電插孔370接收到電能之際(通過電壓調(diào)節(jié)器366)對電池368進行充電。HMD電源376向頭戴式顯示設(shè)備100提供電力。
[0128]盡管用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權(quán)利要求書中定義的主題不必限于上述具體特征或動作。更確切而言，上述具體特征和動作是作為實現(xiàn)權(quán)利要求的示例形式公開的。本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求進行定義。
【主權(quán)項】
1.一種用于檢測顯示元件相對于頭戴式顯示設(shè)備上的參考位置的角度偏移的系統(tǒng)，所述頭戴式顯示設(shè)備用于在所述顯示元件上顯示虛擬圖像，所述系統(tǒng)包括: 對準(zhǔn)檢測組件，包括: 附連在所述顯示元件和所述參考位置之一處的發(fā)射器，以及 附連在所述顯示元件和所述參考位置中的不包括發(fā)射器的那個處的傳感器，所述傳感器能夠接收來自所述發(fā)射器的發(fā)射，并且所述傳感器能夠顯現(xiàn)來自所述發(fā)射器的指示所述顯示元件的角度偏移的發(fā)射，同時對來自所述發(fā)射器的指示所述顯示元件的線性偏移的發(fā)射不敏感;以及 與所述對準(zhǔn)檢測組件通信并且接收來自所述傳感器的反饋的處理單元，所述處理單元根據(jù)所述反饋確定所述顯示元件的角度偏移，并且所述處理單元調(diào)整所述虛擬圖像向所述顯示元件的顯示以補償所述顯示元件的經(jīng)確定的角度偏移。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述發(fā)射器是用于發(fā)射光的光源，并且所述傳感器是包括用于接收來自所述光源的光的圖像平面的相機。3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光源是LED和激光器之一。4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示元件包括第一顯示元件，所述系統(tǒng)進一步包括第二顯示元件，所述參考位置是所述第二顯示元件上的位置。5.—種用于檢測第一顯示元件相對于頭戴式顯示設(shè)備上的參考位置的角度偏移的系統(tǒng)，所述頭戴式顯示設(shè)備用于向具有雙眼差異的所述第一顯示元件及第二顯示元件顯示虛擬圖像，所述系統(tǒng)包括: 一種對準(zhǔn)檢測組件，包括: 一組用于發(fā)射光的光源，從所述組中的至少一個光源射出的光的方向基于所述第一顯示元件的角度偏移而改變，并且從所述至少一個光源射出的光的方向基于所述第一顯示元件的線性偏移而改變， 用于接收來自所述一組光源中的兩個或更多個光源的光的相機，所述相機包括: 用于接收來自所述兩個或更多個光源的光的經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡，以及 用于接收穿過所述經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡的光的圖像平面，所述相機顯現(xiàn)所述第一顯示元件的角度偏移，同時對所述顯示元件的線性偏移不敏感;以及 與所述對準(zhǔn)檢測組件通信并且接收來自所述相機的反饋的處理單元，所述處理單元根據(jù)所述反饋確定所述第一顯示元件的角度偏移，并且所述處理單元調(diào)整所述虛擬圖像向所述第一顯示元件的顯示以糾正由所述第一顯示元件的角度偏移導(dǎo)致的雙眼差異的改變。6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一組光源包括附連到所述第一顯示元件的第一組光源，所述對準(zhǔn)檢測組件進一步包括附連到所述第二顯示元件的用于發(fā)射光的第二組光源，從所述第二組光源中的至少一個光源射出的光的方向基于所述第二顯示元件的角度偏移而改變，并且從所述第二組光源中的至少一個光源射出的光的方向基于所述第二顯示元件的線性偏移而改變。7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相機接收來自所述第二組光源中的兩個或更多個光源的光，所述處理單元還能夠根據(jù)所述相機中接收到的來自所述第二組中的兩個或多個光源的光來確定所述第二顯示元件的角度偏移，所述處理單元調(diào)整所述虛擬圖像向所述第二顯示元件的顯示以糾正由所述第二顯示元件的角度偏移所導(dǎo)致的雙眼差異的變化。8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于調(diào)整所述第一和第二顯示元件之間的距離的調(diào)整機構(gòu)，所述對準(zhǔn)檢測組件還包括: 所述一組光源中的正交光源，所述正交光源沿第一方向射出光，所述第一和第二顯示元件之間的距離沿所述第一方向調(diào)整， 所述一組光源中的兩個或更多個成角度的光源，所述兩個或更多個成角度的光源沿第二方向射出光，所述第二方向相對于所述第一方向傾斜，以及 多層琢刻的棱鏡，所述棱鏡將來自所述正交光源和所述兩個或更多個成角度的光源中的至少一個成角度的光源的光反射到所述相機中。9.一種用于檢測第一顯示元件相對于頭戴式顯示設(shè)備上的參考位置的角度偏移的方法，所述頭戴式顯示設(shè)備用于向具有雙眼差異的所述第一顯示元件以及第二顯示元件顯示虛擬圖像，所述方法包括: (a)準(zhǔn)直來自所述第一顯不設(shè)備上的第一光源的光； (b)準(zhǔn)直來自所述第二顯示設(shè)備上的第二光源的光； (C)將來自所述第一和第二光源的經(jīng)準(zhǔn)直的光引導(dǎo)到相機中； (d)準(zhǔn)直所述相機中接收的光使得所述相機對從所述第一和第二光源接收的光的角度偏移敏感而對從所述第一和第二光源接收的光的線性偏移不敏感;以及 (e)基于所述相機中接收的來自所述第一和第二光源的光的角度偏移來確定所述第一顯示元件的角度偏移。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括步驟(f)，調(diào)整所述虛擬圖像向所述第一顯示元件的顯示以糾正由所述第一顯示元件的角度偏移導(dǎo)致的雙眼差異中的改變。
【專利摘要】公開了用于檢測顯示元件(104)相對于用于呈現(xiàn)混合現(xiàn)實或虛擬現(xiàn)實體驗的頭戴式顯示設(shè)備上的參考位置的角度偏移的系統(tǒng)和方法。一旦檢測到偏移，該偏移可被糾正以維持顯示給頭戴式顯示設(shè)備的左顯示元件和右顯示元件的虛擬圖像的正確的雙眼差異。在一個示例中，檢測系統(tǒng)使用包括經(jīng)準(zhǔn)直的LED(130)和相機(160)的光學(xué)組件，LED(130)和相機(160)一起對于線性偏移不敏感。在存在瞳孔間距調(diào)整機構(gòu)(126)的情況下，這一系統(tǒng)提供對頭戴式顯示設(shè)備上的一個或兩個顯示元件的角度偏移的真實測量。
【IPC分類】G02B27/64, G02B27/01, G02B7/12, G01B11/27
【公開號】CN105683810
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】S·J·羅賓斯, D·斯蒂里, N·阿克曼, Q·S·C·米勒, A·C·高里斯
【申請人】微軟技術(shù)許可有限責(zé)任公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年6月19日