[发明专利]集成眼睛追踪和显示系统

说明书

技术领域

本发明涉及视野混合技术，尤其涉及集成眼睛追踪和显示系统。

背景技术

混合或增强现实是一种允许将虚拟影像与现实世界中的用户实际视野混合技术。与其它显示设备不同，透明、混合或增强现实近眼（例如，头戴式）显示设备的特征是所显示的图像并不独占用户的视野。通过透明、混合现实显示设备，用户理论上可透过显示器观看并与现实世界交互，同时还看到由一个或多个软件应用生成的图像。此外，当用户移动他或她的头部时，用户的视野不是静止的。即使他或她的头部没有移动，用户在视野中所正在看的（又称用户的凝视）也会随用户转动他或她的眼睛而改变。标识眼睛运动的能力将增强显示器中图像的放置。

发明内容

提供了用于使用透明、近眼、混合现实显示设备的共享光学系统来集成眼睛追踪和显示功能的技术。此处所描述的实施例准许眼睛追踪系统照亮并捕捉每个显示器的光轴上的数据，所述显示器被定位成能够被各只眼睛所透视，从而得到与捕捉离轴数据的眼睛追踪传感器系统相比，更简单的运算、更好的眼睛照明、以及捕捉眼睛的更多数据的更高的概率，并且更多的受到类似下垂的眼皮以及眼皮上的麦粒肿之类的障碍的影响。

本技术提供了一种用于透明、近眼、混合现实显示设备的集成眼睛追踪和显示系统。该系统包括用于每只眼睛的显示光学系统，其具有光轴以及定位成使各只眼睛能够透视一透明、平面波导。一个或多个波长可选滤波器被定位于波导中与各个显示光学系统的光轴共轴地对齐。一个或多个过滤器将红外和可见照明导出各个平面光导。另外，一个或多个过滤器将红外反射导入平面波导中。波长可选过滤器的一些示例是固定和有源衍射光栅元件、反射光栅元件、以及引导预定波长或一定波长范围内的照射的其它反射元件。

红外照明源被定位以使其红外照明光学地耦合到平面波导中。红外传感器被光学地耦合到平面波导以将红外和可见照明导出平面波导，并接收引导自波长可选过滤器的红外反射。图像生成单元被光学地耦合以将可见照明发射到平面波导中。

本技术提供了另一种用于透明、近眼、混合现实显示设备的集成眼睛追踪和显示系统。如此处所描述的实施例中，系统实施例包括用于每只眼睛的显示光学系统。每个显示光学系统具有光轴和定位成能由各只眼睛透视的透明平面波导。一个或多个波长可选滤波器被定位于波导内与各个显示光学系统的光轴共轴地对齐，以将红外反射导入平面波导中。包括用于发射红外和可见照明的光源的光学元件的阵列被光学地耦合至平面波导以将其照明导入平面波导中。红外传感器被光学地耦合至平面波导以接收引导自波长可选滤波器的红外反射。

本技术提供了用于处理可见和红外波长以供透明平面波导的光路中的图像显示和眼睛追踪的方法，其中透明平面波导被定位成能够被透明、近眼、混合现实显示设备的显示光学系统所透视。该方法包括光学地将可见和红外照明沿光路的第一方向耦合到平面波导中。可见和红外照明由与显示光学系统的光轴共轴对齐的一个或多个波长可选过滤器导出平面波导，并导向眼睛。过滤器还将红外反射沿系统光路的第二方向从眼睛引导到波导中。

该方法还包括将来自平面波导的红外反射光学地耦合到红外传感器。由红外传感器（例如，电荷耦合设备（CCD）或CMOS像素传感器阵列）所生成的数据被存储成眼睛追踪数据。眼睛追踪数据的一些示例是来自IR相机或由位置灵敏探测器（PSD）所探测到闪光的位置的图像数据。在一些实施例中，第一和第二方向可以是相同的。在其它实施例中，第一方向和第二方向可以是不同的。不同方向的示例是相反方向。

提供发明内容述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1是描绘透明、混合现实显示设备系统的一个实施例的示例组件的框图。

图2A是被具体化为提供对硬件和软件组件的支持的眼镜的透明、混合现实显示设备的实施例中的镜架的眼镜腿的侧视图。

图2B是透明、近眼、混合现实设备的集成眼睛追踪和显示光学系统的实施例的顶视图。

图2C是图2B的实施例的另一版本的顶视图，其中红外反射沿与IR照明所走的相同方向而不是相反方向穿越波导112。

图3A是可以用于一个或多个实施例的透明、近眼、混合现实显示设备的硬件和软件组件的一个实施例的框图。

图3B是描述处理单元的各组件的框图。