2還提供對(duì)IF1D的測(cè)量。知曉顯示元件104、106在相對(duì)于彼此的何處可被用于確定如何將圖像顯示給顯示元件104和106。具體來(lái)說(shuō)，頭戴式顯示設(shè)備100將根據(jù)虛擬對(duì)象在三維空間中經(jīng)確定的Z軸深度來(lái)計(jì)算虛擬對(duì)象在顯示元件104、106中(在角度空間中)的放置。對(duì)于這一放置的計(jì)算采用顯示元件104、106之間的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，這一距離的范圍可以是51mm-74mm，但在其他實(shí)施例中這一范圍可以比這個(gè)更大或更小。
[0041]允許調(diào)整IPD的機(jī)構(gòu)126可根據(jù)各種機(jī)械方案來(lái)操作。在美國(guó)公開的專利申請(qǐng)?zhí)?013/0050833、題為“Adjustment of a Mixed Reality Display For Inter-PupillaryDistance Alignment”(針對(duì)瞳孔間距對(duì)準(zhǔn)對(duì)混合顯示顯示器進(jìn)行調(diào)整)、公開于2013年2月28日的申請(qǐng)中提出了一個(gè)示例。
[0042]在Iro調(diào)整機(jī)構(gòu)的一個(gè)示例中，框架118可以是單一剛性結(jié)構(gòu)，而顯示元件104、106可被安裝用于朝向以及背向彼此地在框架118上平移。作為眾多示例之一，框架118可包括螺紋桿或軌道，由此顯示元件104、106被附連到該軌道。與顯示元件104配對(duì)的軌道的螺紋可以和與顯示元件106配對(duì)的軌道的螺紋相反，使得軌道的旋轉(zhuǎn)取決于軌道旋轉(zhuǎn)的方向?qū)@示元件104、106沿螺紋彼此移動(dòng)地更靠近以及更遠(yuǎn)離。顯示元件104、106可通過(guò)各種其它機(jī)械系統(tǒng)可平移地附連到框架118，機(jī)械系統(tǒng)中的一些公開在上文提到的美國(guó)公開的專利申請(qǐng)?zhí)?013/0050833、題為 “Ad justment of a Mixed Reality Display For Inter-Pupillary Distance Alignment”(針對(duì)瞳孔間距對(duì)準(zhǔn)對(duì)混合顯示顯示器進(jìn)行調(diào)整)的申請(qǐng)中。
[0043]在進(jìn)一步的機(jī)械方案中，框架118可由兩部分形成，第一部分固定地安裝到顯示元件104，而第二部分固定地安裝到顯示元件106。這兩部分能夠彼此朝向或背向移動(dòng)，以調(diào)整頭戴式顯示設(shè)備100的IPD?？蚣?18的這兩部分可通過(guò)各種機(jī)械系統(tǒng)來(lái)相對(duì)于彼此調(diào)整以調(diào)整iro距離，機(jī)械系統(tǒng)諸如舉例而言的其中一個(gè)部分穿入另一部分的套管式部分。設(shè)想了允許調(diào)整Iro的其它機(jī)械機(jī)制126 O這些機(jī)制126可在用戶控制下手動(dòng)或自動(dòng)地操作。
[0044]朝向場(chǎng)景的相機(jī)120可被提供在顯示元件104、106之一或兩個(gè)前面，該相機(jī)120能夠捕捉視頻和靜態(tài)圖像。那些圖像被傳送給處理單元108以幫助構(gòu)建場(chǎng)景圖以及確定頭戴式顯示設(shè)備100在場(chǎng)景圖內(nèi)的朝向。
[0045]每個(gè)顯示元件104、106可包括各種專用于顯示虛擬圖像的組件。在各實(shí)施例中，每個(gè)顯示元件104、106可包括圖像源，該圖像源在一個(gè)實(shí)施例中可包括用于投射虛擬圖像的微顯示器122以及用于將圖像從微顯示器122引導(dǎo)到光導(dǎo)光學(xué)元件128中的透鏡124。在一個(gè)實(shí)施例中，透鏡124可以是準(zhǔn)直透鏡。
[0046]每個(gè)光導(dǎo)光學(xué)元件128可被提供在顯示元件104、106的透視透鏡129上或其中間。每個(gè)光導(dǎo)光學(xué)元件128經(jīng)由衍射光柵和其它光學(xué)組件將虛擬圖像從其相關(guān)聯(lián)的微顯示器122通過(guò)透鏡129傳輸向用戶的相應(yīng)的眼睛(如來(lái)自顯示元件104、106的箭頭所指示)。光導(dǎo)光學(xué)元件128還允許來(lái)自頭戴式顯示設(shè)備100正面的光透過(guò)光導(dǎo)光學(xué)元件128和透鏡129被傳送到用戶的眼睛。透視透鏡129可以是眼鏡中使用的標(biāo)準(zhǔn)透鏡，并且可根據(jù)任何處方(包括無(wú)處方)來(lái)制作。
[0047]圖2是用于確定顯示元件104、106相對(duì)于頭戴式顯示設(shè)備100上的參考位置對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102的經(jīng)放大的俯視圖。在各實(shí)施例中，參考位置可以是框架118或框架118的一部分。在這一示例中，對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102能夠確定顯示元件104相對(duì)于框架118的對(duì)準(zhǔn)，并且獨(dú)立地，確定顯示元件106相對(duì)于框架118的對(duì)準(zhǔn)。在進(jìn)一步實(shí)施例中，參考位置是顯示元件104、106之一。在這一示例中，對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102能夠確定顯示元件104相對(duì)于顯示元件106的對(duì)準(zhǔn)，反之亦然。
[0048]如圖2中所示，對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102可包括第一組光源130和第二組光源140中的多個(gè)發(fā)射器。第一組光源130(此處也被稱為第一組130)可被安裝到顯示元件104，而第二組光源140(此處也被稱為第二組140)可被安裝到顯示元件106，反之亦然。第一和第二組130、140中的光源可被放置在關(guān)于參考面R的鏡像位置，參考面R在圖2的圖示頁(yè)面中內(nèi)外向延伸，將頭戴式顯示設(shè)備100—分為二。在圖2中示出的示例中，第一組光源130可包括第一光源(此處被稱為正交光源132)以及第二、第三以及第四光源(此處被稱為成角度的光源134、136以及138)。類似的，第二組光源140可包括正交光源142和成角度的光源144、146、148。如以下所闡述的，第一組130和第二組140中的多個(gè)光源在進(jìn)一步實(shí)施例中可改變。
[0049]如從圖4中的示例中可見，第一和第二組130、140中的成角度的光源可放置成一行，彼此共面(例如，水平地共面)。第一和第二組130、140中的正交光源可相對(duì)于成角度的光源的行偏移(例如，垂直地偏移)。在示出的示例中，正交光源偏移在成角度的光源上方，但是在進(jìn)一步實(shí)施例中正交光源可以偏移在成角度的光源下方。
[0050]在一個(gè)示例中，第一和第二組130、140中的每一個(gè)光源可以是LED發(fā)射光，其通過(guò)透鏡(未示出)來(lái)準(zhǔn)直以便聚焦在無(wú)窮遠(yuǎn)處。在這一示例中，第一和第二組130、140中的LED可發(fā)射850nm波長(zhǎng)的紅外(IR)光，但是可以理解，也可使用其它類型的LED。在進(jìn)一步實(shí)施例中，來(lái)自第一和/或第二組的光源可以是激光。在激光被用作為光源的情況下，每個(gè)組130、140中的單個(gè)激光可被拆分成使用衍射透鏡的每個(gè)組130、140中的各個(gè)光源。衍射透鏡可以是各種類型，包括全息的、表面凹凸的或相衍的。
[0051]來(lái)自第一和第二組130、140中的光源中的一個(gè)或多個(gè)的經(jīng)準(zhǔn)直的光的發(fā)射可在圖像傳感器(此處稱為相機(jī)160)內(nèi)接收。相機(jī)160可以是已知設(shè)備，包括光檢測(cè)器陣列，諸如舉例而言的CMOS圖像傳感器。在一個(gè)示例中，相機(jī)160可以是來(lái)自加利福尼亞州圣克拉拉市的OmniVis1n技術(shù)有限公司的0mniPixel3-GS傳感器。這一相機(jī)可具有400x 400分辨率的3微米(MO像素以及1248μηι χ 1248μηι的圖像面積。這些配置僅僅是作為示例，在進(jìn)一步實(shí)施例中，相機(jī)160可以是具有其它類型的其它類型的圖像傳感器。
[0052]相機(jī)160可包括經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162和放置在經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的聚焦長(zhǎng)度處的光檢測(cè)器的圖像平面164。如以下更詳細(xì)描述的，經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162將入射到其上的與該經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡的光軸平行的光線大致向下聚焦到圖像平面164上的單個(gè)點(diǎn)或區(qū)域。
[0053]來(lái)自第一和第二組130、140中的光源的光經(jīng)由反射元件150被重新引導(dǎo)向相機(jī)160。在沒(méi)有元件150的情況下，相機(jī)160將需要檢測(cè)直接來(lái)自組130、140中的正交光源和成角度的光源的光。這在本技術(shù)中是可能的，但是可使用相對(duì)高分辨率的光檢測(cè)器圖像平面164以及寬FOV來(lái)檢測(cè)來(lái)自正交光源和成角度的光源兩者的光。通過(guò)使用反射元件150，來(lái)自正交光源和成角度的光源的光可被向下引導(dǎo)到相機(jī)160的中心。這提供了更好的角度分辨率，放松了對(duì)于可被使用的相機(jī)160的類型的約束。
[0054]在各實(shí)施例中，反射元件150可以是棱鏡，其具有關(guān)于參考面R對(duì)稱的第一半和第二半。該棱鏡可被安裝到框架118。通過(guò)這一對(duì)稱，一個(gè)棱鏡可被用來(lái)將來(lái)自光源組130、140兩者的光向下重新引導(dǎo)到相機(jī)160中。然而，在進(jìn)一步實(shí)施例中，兩個(gè)分開的棱鏡可被使用一一一個(gè)重新引導(dǎo)來(lái)自第一組130中的光源的光，第二個(gè)重新引導(dǎo)來(lái)自第二組140中的光源的光。
[0055]如圖2、4和5中所指示的，反射元件150可以是多層琢刻的，其具有頂部152，頂部152具有形成相對(duì)于參考面R成45°角的側(cè)面152a、152b。反射元件150可進(jìn)一步包括底部154，頂部154具有形成相對(duì)于參考面R成60°角的側(cè)面154a、154b。如以下提到的，在進(jìn)一步實(shí)施例中，這些角度可變化。
[0056]反射元件150的頂部和底部152、154的側(cè)面的角度被旋轉(zhuǎn)以使得將來(lái)自第一和第二組130、140中的光源中的至少一些的光重新引導(dǎo)到相機(jī)160。如上文所提到的，正交光源132、142相對(duì)于成角度的光源134、136、138、144、146、148的行偏移。正交光源132、142以及頂部152的側(cè)面152a、152b可以是共面的，并且被定位成使得從正交光源射出的經(jīng)準(zhǔn)直的光撞擊側(cè)面152a、152b并且被平行于經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的光軸地重新引導(dǎo)到相機(jī)160中(假設(shè)顯示元件104和106處于如以下所闡述的適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn))。
[0057]在各實(shí)施例中，經(jīng)準(zhǔn)直的光可從正交光源132、142在垂直于參考面R(也垂直于相機(jī)162的經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的光軸)的角度射出。如以下所闡述的，這可平行于顯示元件104、106為了 IPD調(diào)整而彼此朝向和背離地移動(dòng)的方向。在給出這一平行的情況下，來(lái)自正交光源132、142的光撞擊側(cè)面152a、152b的位置不隨IB)的改變而改變。因此，第一和第二組光源130、140中的每一個(gè)可包括單個(gè)正交光源。
[0058]此外，在給出對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102在參考面R附近對(duì)稱的情況下，并且在給出來(lái)自兩個(gè)組的光源130、140的光被聚焦到單個(gè)相機(jī)160的情況下，以45°來(lái)提供側(cè)面152a、152b將來(lái)自正交光源132、142的光適當(dāng)?shù)刂匦乱龑?dǎo)為平行于經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的光軸。
[0059]然而，可以想到，側(cè)面152a、152b可以成45°以外的其它角度，此時(shí)來(lái)自正交光源132、142的經(jīng)準(zhǔn)直的光可能在穿過(guò)經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162之后不匯聚到圖像平面164上的單個(gè)點(diǎn)。只要圖像平面164上的這些位置被初始地(如以下闡述的)和已知地校準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)組件102可仍然感測(cè)角度偏移(如以下也將闡述的)。
[0060]如圖2、4和5中還可見到的，底部154的側(cè)面154a、154b位于光從第一組130中的成角度的光源134、136和138以及從第二組140中的成角度的光源144、146和148射出的平面中。成角度的光源以及底部154的側(cè)面154a、152b可以被定位成使得從成角度的光源射出的經(jīng)準(zhǔn)直的光撞擊側(cè)面154a、154b并且被平行于經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162的光軸地重新引導(dǎo)到相機(jī)160中(假設(shè)顯示元件104和106處于如以下所闡述的適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn))。
[0061]在各實(shí)施例中，在給出例如正交和成角度的光源的垂直偏移的情況下，來(lái)自正交光源132、142的經(jīng)準(zhǔn)直的光可在第一平面中行進(jìn)到相機(jī)160，而來(lái)自成角度的光源134、136、138、144、146、148中的至少一些的經(jīng)準(zhǔn)直的光可在第二平面中行進(jìn)到該相機(jī)。在各實(shí)施例中，這些第一和第二平面可以是平行的。一旦撞擊經(jīng)準(zhǔn)直的透鏡162，來(lái)自這些相應(yīng)的第一和第二平面的光可匯聚成圖像平面164上的單個(gè)中心點(diǎn)或區(qū)域(假設(shè)顯示元件104和106處于如以下所闡述的適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn))。在圖3中示出了這一匯聚點(diǎn)或區(qū)域。
[0062]圖2和3示出了一個(gè)示例，其中來(lái)自光源132、134、142和144的光在相機(jī)160中接收并且被向下聚焦到圖像平面164的中心點(diǎn)或區(qū)域。可以想到，圖像平面164可以被分割成例如四個(gè)象限，并且每個(gè)象限接收來(lái)自一個(gè)不同光源的光。然而，通過(guò)將每一個(gè)光源聚焦到單個(gè)點(diǎn)或區(qū)域(并且如以下闡述的區(qū)分不同的源)，圖像平面164的角度分辨率可通過(guò)象限化的圖像平面增加4倍。
[0063]存在幾種用于區(qū)分來(lái)自各個(gè)光源的入射到圖像平面164上的光的方法。在一個(gè)示例中，圖案化的陰影掩膜可被放置在光源前面，該圖案化的陰影掩膜將經(jīng)準(zhǔn)直的光整形成可區(qū)分的形狀。替代地或附加地，來(lái)自各個(gè)光源的光可以預(yù)定時(shí)間順序被脈沖開關(guān)，該預(yù)定時(shí)間順序?qū)τ诿恳粋€(gè)光源不同。替代地或附加地，來(lái)自