專利名稱：用于透視頭戴式顯示器的不透明度濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透視頭戴式顯示器，尤其涉及用于透視頭戴式顯示器的不透明度濾光
O
背景技術(shù)：
頭戴式顯示器(head-mounted display)可用于各種應(yīng)用中，包括軍事、航空、醫(yī)學(xué)、視頻游戲、娛樂、體育等等。透視(see-through)頭戴式顯示器允許用戶觀察他或她周圍的物理世界，而光學(xué)元件將來自一個(gè)或兩個(gè)小型微顯示器的光增加到用戶的視覺路徑中，以提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像(augmented reality image)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以與表示用戶所處的環(huán)境的現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景有關(guān)。然而，在提供逼真的、能夠表示全范圍的色彩和亮度的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中存在各種挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備。該頭戴式顯示設(shè)備使用不透明度濾光器選擇性地去除來自現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景的抵達(dá)用戶眼睛的光。例如，該濾光器可以基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的形狀而阻擋光以避免該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像透明。此外，眼睛跟蹤組件可用于調(diào)整該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和該不透明度濾光器的不透明度增加的像素的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)透視頭戴式顯示(HMD)設(shè)備包括當(dāng)該顯示設(shè)備由用戶佩戴時(shí)在該用戶的眼睛和現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景之間延伸的透視透鏡。該透視透鏡具有帶有像素網(wǎng)格的不透明度濾光器，所述像素可被控制以調(diào)整它們的不透明度，從允許大量光穿過的最小不透明度水平到幾乎不允許或不允許光穿過的最大不透明度水平。該透視透鏡還具有顯示組件。該設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器(比如微顯示器)，該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器使用該顯示組件向該用戶的眼睛發(fā)射光，其中該光表示具有形狀的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。該設(shè)備進(jìn)一步包括至少一個(gè)控制，該至少一個(gè)控制控制該不透明度濾光器以為從該用戶的眼睛的視角看在該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素提供增加的不透明度。不透明度增加的像素是根據(jù)該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的形狀提供的。可提供眼睛跟蹤組件以跟蹤該用戶的眼睛相對(duì)于框架的位置，以便在載著HMD設(shè)備的框架有移動(dòng)時(shí)可以調(diào)整該不透明度增加的像素和/或該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置。用這種方式，所標(biāo)識(shí)的像素和該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可基于該框架的移動(dòng)而移位，同時(shí)保持它們彼此間的對(duì)準(zhǔn)(registration)。提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡(jiǎn)化形式介紹將在以下的具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的一些概念。本發(fā)明內(nèi)容并不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保護(hù)的主題的范圍。


在附圖中，相同編號(hào)的元件彼此對(duì)應(yīng)。
圖1示出具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能力的光學(xué)透視HMD設(shè)備的一示例實(shí)施例。圖2示出圖1的HMD設(shè)備的系統(tǒng)圖。圖3A示出用于在圖1的HMD設(shè)備中提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的過程。圖;3B示出圖3A的步驟306的細(xì)節(jié)。圖4A示出基于圖1或圖4C的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的形狀的不透明度濾光器的示例配置。圖4B示出圖1的示例性現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景120。圖4C示出圖1的示例性增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像104。圖4D示出用戶看到的圖1的示例性圖像132。圖5示出具有不透明度增加的區(qū)域的不透明度濾光器，以提供圖4A的不透明度濾光器的配置。圖6示出在沒有不透明度濾光器時(shí)會(huì)得到的、圖1的示例性圖像的變型。圖7A示出戴在用戶頭部上的圖1的顯示設(shè)備的一示例實(shí)現(xiàn)。圖7B示出圖7A的HMD設(shè)備的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。圖7C示出戴在用戶頭部上的圖1的顯示設(shè)備的一替代實(shí)現(xiàn)，其中眼睛跟蹤組件直接在前部眼鏡框架上。圖8A1示出當(dāng)用戶的眼睛相對(duì)于HMD設(shè)備的框架在第一位置時(shí)，現(xiàn)實(shí)世界圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。圖8A2示出圖8A1的現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景元素800的前向視圖。圖8A3示出圖8A1的不透明度濾光器區(qū)域804的前向視圖。圖8A4示出圖8A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域805的前向視圖。圖8B1示出當(dāng)用戶的眼睛相對(duì)于HMD設(shè)備的框架在第二位置時(shí)，現(xiàn)實(shí)世界圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。圖8B2示出圖8B1的現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景元素800的前向視圖。圖8B3示出圖8B1的不透明度濾光器區(qū)域806的前向視圖。圖8B4示出圖8B1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域807的前向視圖。圖9A1示出在用戶的眼睛的視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的中心處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。圖9A2示出圖9A1的不透明度濾光器區(qū)域902的前向視圖。圖9A3示出圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域900的前向視圖。圖9B1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。圖9B2示出圖9B1的不透明度濾光器區(qū)域920的前向視圖。圖9B3示出圖9B1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域922的前向視圖。圖9C1示出不透明度按照與離用戶眼睛的視野的外圍邊界的距離逐漸變化。圖9C2示出具有未淡化(non-faded)部分931、連續(xù)淡化部分932、933和934的不透明度濾光器區(qū)域，其中淡化(fading)在圖9C1中的0和dl之間。圖9C3示出具有未淡化部分941、連續(xù)淡化部分942、943和944的不透明度濾光器區(qū)域，其中淡化在圖9C1中的0和d3之間。
圖9C4示出具有未淡化部分951、連續(xù)淡化部分952、953和卯4的不透明度濾光器區(qū)域，其中淡化在圖9C1中的d4和d5之間。圖9D1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，其中在視野的第二、外圍區(qū)域中提供額外的不透明度增加的區(qū)域。圖9D2示出圖9D1的不透明度濾光器區(qū)域920和擬4的前向視圖。圖9D3示出圖9D1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域900的前向視圖。圖9E1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第一部分和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，其中在視野的第二、外圍區(qū)域中提供額外的不透明度增加的區(qū)域以代表該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第二、截止部分。圖9E2示出圖9E1的不透明度濾光器區(qū)域擬6和擬8的前向視圖。圖9E3示出圖9E1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域922和923的前向視圖。圖9F1示出在不提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的時(shí)刻，視野的第二、外圍區(qū)域中不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域。圖9F2示出圖9F1的不透明度濾光器區(qū)域960的前向視圖。圖9F3示出圖9F1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的前向視圖。
具體實(shí)施例方式透視頭戴式顯示器(HMD)最常使用諸如反射鏡(mirror)、棱柱和全息透鏡等光學(xué)元件將來自一個(gè)或兩個(gè)小型微顯示器的光增加到用戶的視覺路徑中。本質(zhì)上，這些元件只能增加光，而不能除去光。這意味著虛擬顯示器不能顯示更深的色彩(它們?cè)诩兒诘那闆r下趨向于透明)，而諸如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像等虛擬物品看上去半透明(translucent)或有重影 (ghosted)。對(duì)于強(qiáng)烈的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或其他混合現(xiàn)實(shí)情形，期望具有從視圖中選擇性地除去自然光的能力，從而虛擬彩色影像可以表示全范圍的色彩和亮度，同時(shí)使得影像看上去更實(shí)在或真實(shí)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，HMD設(shè)備的透鏡可配備有不透明度濾光器，該不透明度濾光器能夠被控制而在每像素的基礎(chǔ)上選擇性地透過或阻擋光?？梢允褂每刂扑惴ㄒ曰谠鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像來驅(qū)動(dòng)不透明度濾光器的亮度和/或色彩。不透明度濾光器可物理上放置于光學(xué)顯示組件后面，光學(xué)顯示組件將該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像引入用戶的眼睛。通過使不透明度濾光器擴(kuò)展到該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的視野之外以向用戶提供外圍提示(cue)，可以獲得額外的優(yōu)點(diǎn)。而且，即便在沒有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的情況下，該不透明度濾光器也可提供外圍提示，或該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示。圖1示出具有增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能力的光學(xué)透視HMD設(shè)備的一示例實(shí)施例。該顯示設(shè)備可包括透視透鏡108，透視透鏡108放置于用戶眼睛的前方，類似于眼鏡透鏡。通常，提供一對(duì)透視透鏡，每只眼睛一個(gè)。所述透鏡包括不透明度濾光器106和光學(xué)顯示組件112，比如分光器，例如，一半鍍銀(half-silvered)的反光鏡或其他透光的反光鏡。來自現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景 120的光，比如光線114，到達(dá)所述透鏡并被不透明度濾光器106選擇性地傳遞或阻擋。穿過該不透明度濾光器的、來自現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景的光也穿過所述顯示組件。該不透明度濾光器在不透明度濾光器控制電路100的控制之下。同時(shí)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器102發(fā)射代表增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像104并由光線110例示的2-D光陣列。通常使用額外的光學(xué)器件來重聚焦該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像從而它看上去像是從離眼睛幾英尺遠(yuǎn)的地方發(fā)出的而不是從約一英寸遠(yuǎn)的地方(該顯示組件實(shí)際所在的地方)發(fā)出的。顯示組件112將該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像反射向用戶的眼睛118，如光線116例示，從而該用戶看到圖像132。在圖像132中，可以看到場(chǎng)景120的一部分，比如一個(gè)小樹林，以及整個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像104，比如飛躍的海豚。在這個(gè)面向娛樂的示例中，用戶因此看到一幅奇特的圖像，其中海豚飛躍了樹木。在面向廣告的示例中，該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以顯現(xiàn)為用戶桌面上的一罐汽水。許多其他應(yīng)用是可能的。一般而言，用戶能夠在任何地方佩戴HMD設(shè)備，包括在戶內(nèi)和戶外。可以得到各種信息片斷以確定什么類型的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像是恰當(dāng)?shù)囊约八鼞?yīng)當(dāng)被提供在顯示組件上的什么地方。例如，用戶的位置、用戶在看的方向、以及地板、墻壁、 或許還有家具(當(dāng)用戶在室內(nèi)時(shí))的位置可用于決定將該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像放在現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景中的恰當(dāng)位置的何處。通過使用運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)和依附于用戶頭部的慣性測(cè)量單元(比如經(jīng)由增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡)的結(jié)合來跟蹤用戶的頭部的位置，可以確定用戶在看的方向。運(yùn)動(dòng)跟蹤技術(shù)使用深度傳感相機(jī)來獲得用戶的3D模型。類似地，可以使用深度傳感相機(jī)來獲得地板、墻壁和用戶環(huán)境的其他方面的位置。例如，參見2010年8月5日公開的名稱為“視覺目標(biāo)跟蹤 (Visual Target Tracking) ” 的 US2010/0197399、2010 年 8 月 5 日公開的名稱為“身體掃描(Body Scan)，，的US 2010/0194872、以及2009年4月7日授權(quán)的名稱為“頭部姿態(tài)跟蹤系統(tǒng)(Head Pose Tracking System)”的US 7，515，173，其中每一個(gè)均通過援引納入于此。從用戶眼睛的角度看在該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景的一部分被不透明度濾光器阻擋而不能到達(dá)用戶的眼睛，從而該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像對(duì)用戶來說看上去很清楚。該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可被認(rèn)為提供主顯示器，而該不透明度濾光器提供次顯示器?？蓪⒋物@示器的亮度和/或色彩驅(qū)動(dòng)為近似匹配主顯示器上的影像，從而提升主顯示器效仿自然光的能力?？梢允褂酶櫹鄼C(jī)122標(biāo)識(shí)用戶的眼睛相對(duì)于安裝HMD設(shè)備的框架的位置。在一種方案中，該框架可類似于傳統(tǒng)眼鏡框架?？蚣艿氖纠齾⒁娎鐖D7A和7B。通常，這種框架在被佩戴時(shí)能夠在用戶頭部上輕微移動(dòng)，例如，由于用戶的運(yùn)動(dòng)、框架的鼻梁架在用戶鼻子上的滑動(dòng)等等。進(jìn)一步細(xì)節(jié)參見圖8A1-8B4。通過提供有關(guān)眼睛相對(duì)于框架的位置的實(shí)時(shí)信息，控制器能夠控制該不透明度濾光器，而該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器能夠相應(yīng)地調(diào)整其圖像。 例如，可以使得該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像看上去更穩(wěn)定，同時(shí)該不透明度濾光器的不透光度增加的像素和該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的對(duì)準(zhǔn)或?qū)R被保持。在一種示例方案中，跟蹤相機(jī)122包括紅外 (IR)發(fā)射器1 和頂傳感器126，該頂發(fā)射器124向眼睛118發(fā)射紅外光128，該頂傳感器1 感測(cè)被反射的頂光130。通過已知的成像技術(shù)，比如檢測(cè)角膜的反射，可以標(biāo)識(shí)瞳孔的位置。例如，參見2008年7月22日授權(quán)給Ophir等人的、名稱為“頭戴式眼睛跟蹤和顯示系統(tǒng)(Head mounted eye tracking and display system) ” 的美國專利 7，401，920， 該專利通過援引被納入于此。這些技術(shù)可以定位眼睛的中心相對(duì)于跟蹤相機(jī)的位置。一般而言，眼睛跟蹤涉及獲得眼睛的圖像以及使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來確定瞳孔在眼眶內(nèi)的位置。其他眼睛跟蹤技術(shù)可以使用光電檢測(cè)器和LED的陣列。使用跟蹤相機(jī)在框架上的已知安裝位置，可以確定眼睛相對(duì)于相對(duì)框架固定的任何其他位置(比如不透光濾光器106和光學(xué)組件11 的位置。通常，跟蹤用戶雙眼之一的位置就足夠了，因?yàn)殡p眼一致地移動(dòng)。然而，分開跟蹤每個(gè)眼睛并且針對(duì)相關(guān)聯(lián)的透視透鏡使用每個(gè)眼睛的位置來確定該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置也是可能的。在圖示示例中，跟蹤相機(jī)從獨(dú)立于該不透明度濾光器和光學(xué)組件112的框架上的側(cè)面位置對(duì)眼睛成像。然而，其它方案是可能的。例如，跟蹤相機(jī)所使用的燈可以經(jīng)由光學(xué)組件112攜帶，或以其他方式集成入透鏡中。該不透明度濾光器可以是透視LCD面板、電致變色膜(electrochromic film)或能夠充當(dāng)不透明度濾光器的其他設(shè)備。通過從傳統(tǒng)LCD中除去基板、背光和漫射器的各層， 可以得到這種透視IXD面板。IXD面板可包括一個(gè)或更多個(gè)透光IXD芯片，透光IXD芯片允許光穿過液晶。例如，在LCD投影儀中使用了這種芯片。該不透明度濾光器可被放置在透鏡上方或內(nèi)部。該透鏡還可包括玻璃、塑料或其他透光材料。該不透明度濾光器可包括致密的像素網(wǎng)格，其中每個(gè)像素的透光率能夠在最小和最大透光率之間被單獨(dú)控制。盡管0-100%的透光率范圍是理想的，然而更有限的范圍也是可以接受的。作為示例，具有不超過兩個(gè)偏振濾光器的單色LCD面板足以提供每像素約50%到80%或90%的不透光度范圍，最高為該IXD的分辨率。在50%的最小值處，透鏡將具有稍帶色彩的外觀，這是可以容忍的。100%的透光率代表理想的透明透鏡。我們可以從0-100%中限定一個(gè)“alpha”尺度，其中0%是最高透光率(最不不透明)而100%是最低透光率(最不透明)。通過不透明度濾光器控制電路可以針對(duì)每個(gè)像素設(shè)定該值“alpha”。在針對(duì)現(xiàn)實(shí)世界物體用代理進(jìn)行ζ-緩沖(z-buffering)之后，可以使用來自渲染流水線的alpha值的掩模(mask)。當(dāng)我們?yōu)樵鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示而渲染場(chǎng)景時(shí)，我們想要注意哪些現(xiàn)實(shí)世界物體在哪些增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體前面。如果增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體在現(xiàn)實(shí)世界物體前面，那么對(duì)于該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體的覆蓋區(qū)域不透明應(yīng)當(dāng)是開啟的。如果增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體(虛擬地)在現(xiàn)實(shí)世界物體后面，那么不透明應(yīng)當(dāng)是關(guān)閉的，那個(gè)像素的任何色彩也應(yīng)當(dāng)是關(guān)閉的，從而對(duì)于真實(shí)燈光的該相應(yīng)區(qū)域(大小為一個(gè)像素或更多)用戶將會(huì)只看到現(xiàn)實(shí)世界物體。覆蓋將是以每個(gè)像素為基礎(chǔ)的，所以我們可處理增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體的一部分在現(xiàn)實(shí)世界物體之前、 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體的一部分在現(xiàn)實(shí)世界物體后面以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)物體的一部分與現(xiàn)實(shí)世界物體相重合的情況。附加的增強(qiáng)以重新用作不透明度濾光器的新的顯示器類型的形式出現(xiàn)。能夠以低成本、電力和重量實(shí)現(xiàn)不透明度從0%到100%的顯示器對(duì)這種用途來說是最需要的。而且，不透明度濾光器可以進(jìn)行彩色著色，比如用彩色LCD或用諸如有機(jī)LED等其他顯示器， 以提供圍繞提供了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的光學(xué)組件112的寬視野。不透明度濾光器控制電路100可以例如是微處理器。不透明度濾光器控制電路 100和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器102可以與跟蹤相機(jī)122通信。在一種選項(xiàng)中，中央控制(未示出) 與跟蹤相機(jī)122通信，并用于監(jiān)督不透明度濾光器控制電路100和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器102。可在組件100、102和122之間提供適當(dāng)?shù)挠芯€或無線通信路徑并可將該通信路徑集成入HMD 設(shè)備的框架中。與諸如用于主動(dòng)式立體3D觀看的傳統(tǒng)IXD快門式眼鏡(其通常需要復(fù)雜的光學(xué)器件)等設(shè)備相比，所得到的HMD設(shè)備是相對(duì)新型的。這些眼鏡與顯示屏幕結(jié)合使用以產(chǎn)生 3D圖像的幻覺。在眼鏡透鏡中，當(dāng)施加電壓時(shí)液晶層可以從透明的切換為不透明的，從而有效提供每只眼睛一個(gè)像素。眼鏡可以由與屏幕的刷新率同步的無線信號(hào)控制。屏幕交替地為每只眼睛顯示不同的透視圖，這實(shí)現(xiàn)了每只眼睛只看到為其準(zhǔn)備的圖像的期望效果。通過將不透明度濾光器的所有像素一起控制為透明的或不透明的，此處提供的HMD設(shè)備具有用作快門式眼鏡的能力。在另一替代中，HMD設(shè)備可以提供被動(dòng)立體視覺。因?yàn)長(zhǎng)CD面板中使用的濾光器是偏振的，我們將右側(cè)和左側(cè)透鏡的LCD面板定向?yàn)槠裣嗖?0度。這改變了旋轉(zhuǎn)的LCD的行為，從而透明和不透明被翻轉(zhuǎn)了。所施加的電壓導(dǎo)致透明，而沒有施加電壓導(dǎo)致不透明。 對(duì)于非旋轉(zhuǎn)的LCD，所施加的電壓導(dǎo)致不透明而沒有施加電壓導(dǎo)致透明。在如此處描述的透視透鏡中通常不使用不透明度濾光器(比如IXD)，因?yàn)樵谘劬Φ娜绱私嚯x處，它幾乎完全失焦。然而，對(duì)于我們的目的來說，這種結(jié)果是實(shí)際上是期望的。經(jīng)由使用相加色(additive color)的普通HMD顯示器(其被設(shè)計(jì)為是聚焦的)，用戶看到具有清晰彩色圖形的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。該IXD面板被放置在此顯示器“后面”從而模糊的黑色邊界圍繞任何虛擬內(nèi)容，使其根據(jù)需要而不透明。我們扭轉(zhuǎn)了自然模糊的缺陷而方便地獲得了抗混疊且?guī)挏p少的特征。這些是使用低分辨率且失焦圖像的自然結(jié)果。存在對(duì)數(shù)字采樣圖像的有效平滑化。任何數(shù)字圖像都經(jīng)受混疊，其中在光的波長(zhǎng)附近，采樣的離散性對(duì)自然模擬和連續(xù)信號(hào)導(dǎo)致誤差。平滑化意味著在視覺上更靠近理想的模擬信號(hào)。盡管對(duì)低分辨率丟失的信息沒有被恢復(fù)，然而得到的誤差更不值得注意了。我們優(yōu)化圖形渲染，以便彩色顯示器和不透明度濾光器被同時(shí)渲染并被校準(zhǔn)到空間中用戶的精確位置以補(bǔ)償角度偏移問題。眼睛跟蹤可用于計(jì)算視野極端處的正確的圖像偏移。可以進(jìn)一步增大不透明度濾光器或掩模以覆蓋HMD設(shè)備的整個(gè)透鏡，延伸到中心視野中的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的顯示組件之外。也可以用彩色I(xiàn)XD或諸如有機(jī)LED (OLED)等其他顯示器對(duì)不透明度掩模進(jìn)行彩色著色，以提供圍繞中心視野中的高分辨率聚焦區(qū)域的寬視野。圖2示出圖1的HMD設(shè)備的系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)包括眼睛跟蹤相機(jī)122、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器102和不透明度濾光器控制電路100，它們能經(jīng)由總線202或其他通信路徑彼此通信。 眼睛跟蹤相機(jī)122包括處理器212、存儲(chǔ)器214、IR發(fā)射器216、IR傳感器218和接口 220。 存儲(chǔ)器214可以含有指令，所述指令由處理器212執(zhí)行以使眼睛跟蹤相機(jī)能夠執(zhí)行其如本文所述的功能。該接口允許眼睛跟蹤相機(jī)向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器和不透明度濾光器控制電路傳遞數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)指示用戶的眼睛相對(duì)于框架的相對(duì)位置。不透明度濾光器控制電路能夠使用所述數(shù)據(jù)來向不透明度濾光器中的具有增加的不透明度的像素提供相應(yīng)的偏移。類似地，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器能夠使用所述數(shù)據(jù)來向用于發(fā)射增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的像素提供相應(yīng)的偏移。在另一種方案中，眼睛跟蹤相機(jī)向增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器傳遞眼睛位置數(shù)據(jù)就足夠了， 在這種情況下增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器向不透明度濾光器控制電路提供數(shù)據(jù)以指示不透明度濾光器的哪些像素應(yīng)當(dāng)具有增加的不透明度?；蛘?，眼睛跟蹤相機(jī)能夠向不透明度濾光器控制電路傳遞眼睛位置數(shù)據(jù)，不透明度濾光器控制電路將所述數(shù)據(jù)中繼到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器。在另一種可能中，是不透明度濾光器控制電路而非增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器使用眼睛位置數(shù)據(jù)，因?yàn)橛捎诓煌该鞫葹V光器對(duì)眼睛的接近程度，不透明度濾光器的像素中的變化比增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中的變化更令人注意。在任一情況下，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器可以向不透明度濾光器控制電路提供數(shù)據(jù)，所述
9數(shù)據(jù)指示增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的形狀。該形狀由周界和所包含的點(diǎn)限定。此數(shù)據(jù)還可被不透明度濾光器控制電路用于決定應(yīng)當(dāng)向不透明度濾光器的哪些像素提供增加的不透明度，通常是依照增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的大小和形狀。 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器包括處理器222、存儲(chǔ)器224、發(fā)射可見光的光發(fā)射器和接口 228。 存儲(chǔ)器2M可以含有指令，所述指令由處理器222執(zhí)行以使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器能夠執(zhí)行其如本文所述的功能。光發(fā)射器可以是微顯示器，比如發(fā)射如四分之一平方英寸之類的小面積的2D彩色圖像的LCD。該接口可用于與眼睛跟蹤相機(jī)和/或不透明度濾光器控制電路通不透明度濾光器控制電路100包括處理器232、存儲(chǔ)器234、不透明度濾光器驅(qū)動(dòng)器236和接口 238。存儲(chǔ)器234可以含有指令，所述指令由處理器232執(zhí)行以使不透明度濾光器控制電路能夠執(zhí)行其如本文所述的功能。不透明度濾光器驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)不透明度濾光器106中的像素，比如通過按行和列地址來尋址每個(gè)像素，以及通過指示期望的不透明度的水平的電壓，從作為最透光水平的最小水平到最不透明或最不透光的最大水平。在某些情況下，設(shè)定每個(gè)像素的色彩。該接口可用于與眼睛跟蹤相機(jī)和/或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器通信。不透明度濾光器控制電路與不透明度濾光器106通信以驅(qū)動(dòng)其像素。處理器212、222和232中的一個(gè)或更多個(gè)可被認(rèn)為是控制電路。此外，存儲(chǔ)器214、 224和234中的一個(gè)或更多個(gè)可被認(rèn)為是有形計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)，所述存儲(chǔ)包含計(jì)算機(jī)可讀軟件以對(duì)至少一個(gè)處理器或控制電路進(jìn)行編程以執(zhí)行在如此處所述的光學(xué)透視HMD設(shè)備中使用的方法。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包含前面討論的組件，比如用于確定用戶正在看的方向，地板、墻壁和用戶環(huán)境的其他方面的位置。圖3A示出用于在圖1的HMD設(shè)備中提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的過程。在步驟300，眼睛跟蹤組件提供有關(guān)眼睛的相對(duì)位置的數(shù)據(jù)。一般而言，這可以每秒執(zhí)行若干次。該數(shù)據(jù)可指示眼睛從默認(rèn)位置(比如在眼睛向前直看時(shí))的偏移。在步驟302，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器向不透明度濾光器控制電路提供有關(guān)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的大小、形狀和位置(以及可選地，色彩) 的數(shù)據(jù)。位置數(shù)據(jù)可以基于有關(guān)眼睛的相對(duì)位置的數(shù)據(jù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像是基于使用它的應(yīng)用的需要而設(shè)定的圖像。例如，針對(duì)娛樂應(yīng)用，提供先前的飛躍的海豚的示例。在步驟304， 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器發(fā)射增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，以便該圖像經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)光學(xué)組件到達(dá)用戶的眼睛。同時(shí)，在步驟306，不透明度濾光器控制電路驅(qū)動(dòng)不透明度濾光器的像素，以在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面提供增加的不透明度。在決定步驟310，如果有下一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，則重復(fù)開始于步驟300的該過程。如果沒有下一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，該過程在步驟312結(jié)束。下一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以是指如之前提供的同一增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，但是在用戶看來在不同的位置，比如當(dāng)將之前的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像移動(dòng)到稍微不同的位置以描繪增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的移動(dòng)時(shí)。下一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像也可以是指新的類型的圖像，比如從海豚切換到另一種類型的物體。下一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像也可以是指在繼續(xù)顯示之前顯示的物體的同時(shí)增加新的物體。在一種方案中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器以固定的幀率發(fā)射視頻圖像。在另一方案中，靜態(tài)圖像被發(fā)射并保持一段時(shí)間，該段時(shí)間比典型的視頻幀時(shí)段要長(zhǎng)。步驟314可選地在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中提供逐漸淡化，比如當(dāng)其靠近視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界時(shí)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域可由用戶視野中的最大角度范圍(垂直地和水平地)限定，該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像被約束于該最大角度范圍中，該最大角度范圍是由增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器和/或光學(xué)組件112的限制造成的。因此，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以出現(xiàn)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的任何部分中，但是不能在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域之外?！愣裕诓煌该鞫葹V光器中可以使用不透明度的量在時(shí)間和空間上的淡化。 類似地，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中可以使用在時(shí)間和空間上的淡化。在一個(gè)方案中，不透明度濾光器的不透明度的量在時(shí)間上的淡化對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中在時(shí)間上的淡化。在另一方案中，不透明度濾光器的不透明度的量在空間上的淡化對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中在空間上的淡化。邊界可以是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界。邊界可以是例如在水平或垂直方向延伸的外圍。 例如，結(jié)合圖9C進(jìn)一步討論淡化。圖;3B示出圖3A的步驟306的細(xì)節(jié)。在步驟320中，不透明度濾光器控制電路標(biāo)識(shí)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的不透明度濾光器的像素，例如，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的大小、形狀和位置。各種方案是可能的。在一個(gè)方案中，在步驟322，為從用戶眼睛的標(biāo)識(shí)位置的視角看在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度。以這種方式，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素被暗化，從而來自真實(shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)部分的光被阻擋而無法到達(dá)用戶的眼睛。這允許增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像逼真且表示全范圍的色彩和亮度。而且，因?yàn)榭梢砸愿偷牧炼忍峁┰鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，所以減少了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器的功耗。在沒有不透明度濾光器的情況下， 會(huì)需要以比真實(shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)部分更亮的足夠高的亮度提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，以使得增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像能被區(qū)分并且不是透明的。在暗化不透明度濾光器的像素時(shí)，一般而言，沿著增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的閉合周界的像素與周界內(nèi)的像素一起被暗化。參見例如圖4D和圖5?？赡芷谕峁┮欢ǖ闹丿B，從而在周界外并圍繞周界的某些像素也被暗化。參見圖4D中的區(qū)域 404。這些重疊的像素可以提供圍繞周界具有一致厚度的暗化區(qū)域。在另一方案中，例如， 通過暗化增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的周界外的不透明度濾光器的所有或大部分像素，同時(shí)允許增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的周界內(nèi)的像素保持透光，可以實(shí)現(xiàn)有趣的效果。步驟324為在視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域之外的不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度。一般而言，用戶的視野是在任何給定時(shí)刻看見的可觀察世界的角度范圍(垂直地和水平地)。人類有接近180度的前向視野。然而，感知色彩的能力在視野中心更強(qiáng)， 而感知形狀和運(yùn)動(dòng)的能力在視野外圍更強(qiáng)。進(jìn)而，如所提到過的，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像被約束成在用戶視野的子集區(qū)域中提供。在一示例實(shí)現(xiàn)中，在視野的中心、約20度的角度范圍(其與眼睛的視網(wǎng)膜的中央凹(fovea)排齊)上提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。這是視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)參見例如圖9A1和圖9Β1(α1限定的區(qū)域)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像被諸如用于將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像路由到用戶眼睛的光學(xué)組件的大小等因素約束。另一方面，由于它被并入透鏡中，不透明度濾光器可以在視野的更大范圍中延伸， 比如約60度，以及包括第一視野。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)參見例如圖9Α1和圖9Β1 ( α 2限定的區(qū)域)。例如，可為在外圍方向中第一視野之外的不透明度濾光器的像素提供與在第一視野內(nèi)的不透明度濾光器的像素的增加的不透明度一致的增加的不透明度。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，參見例如圖9D1-D3。例如，這在提供外圍提示時(shí)可能有用，其中該外圍提示例如強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的移動(dòng)。例如，該外圍提示可以表現(xiàn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的陰影。該外圍提示可以在或者不在用戶的外圍視覺的區(qū)域中。該外圍提示可以增強(qiáng)對(duì)移動(dòng)的感測(cè)或者以其他方式捕捉用戶的注意力。
進(jìn)一步，當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像靠近視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界時(shí)，在視野之外的相應(yīng)的不透明度濾光器的像素可被均勻地或在空間上淡化地提供增加的不透明度。例如， 不透明度增加的像素可毗鄰邊界處的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以是圖像的第一部分，其中圖像的第二部分在邊界處被截止，從而它沒有被顯示，在這種情況下不透明度增加的像素可代表該圖像的第二部分，具有與該圖像的第二部分類似的大小和形狀。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，參見例如圖9E1-9E3。在一些情況下，不透明度增加的像素可具有與該圖像的第二部分類似的色彩。即使增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像沒有在邊界被截止，也可以提供不透明度增加的像素以代表從增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像到真實(shí)世界場(chǎng)景的過渡。在一個(gè)方案中，不透明度增加的像素被淡化以便更靠近邊界處的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的不透明度濾光器的像素更不透明，而更遠(yuǎn)離邊界處的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的不透明度濾光器的像素更透光。另一選項(xiàng)涉及在不存在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的時(shí)刻為不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度，比如以提供外圍或非外圍提示。這種提示例如在真實(shí)世界場(chǎng)景中有運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用中可能是有用的。或者，不透明度濾光器的不透明度增加的像素可在視野的外圍區(qū)域中提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示。關(guān)于進(jìn)一步的細(xì)節(jié)，參見例如圖9F1-9F3。步驟326當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像靠近視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界時(shí)提供不透明度的逐漸過渡，例如，空間淡化。為了避免增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中的突然過渡，可以發(fā)生如在步驟314 中描述的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的空間淡化。在不透明度濾光器的像素中可以發(fā)生相應(yīng)的淡化。例如，更靠近邊界的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的部分與更遠(yuǎn)離邊界的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的部分相比，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可以變得更淡化，而不透明度濾光器的像素可以變得更不不透明。即便增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像不靠近視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界，也可類似地提供不透明度的逐漸過渡圖4A示出基于圖4C的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的形狀的不透明度濾光器400的示例配置。 不透明度濾光器提供不透明度增加的區(qū)域402。增加的不透明度通常是指像素的暗化，其可以包括在單色方案中暗化到不同的灰階，或在彩色方案中暗化到不同的色階。圖4B示出圖1的示例性真實(shí)世界場(chǎng)景120。當(dāng)來自真實(shí)世界場(chǎng)景120的光穿過不透明度濾光器時(shí)，所述光被不透明度濾光器400倍增，從而不透明度增加的區(qū)域?qū)⒄鎸?shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)區(qū)域乘以“0”從而真實(shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)區(qū)域不穿透不透明度濾光器，而未暗化區(qū)域?qū)⒄鎸?shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)區(qū)域乘以“1”，從而真實(shí)世界場(chǎng)景的相應(yīng)區(qū)域穿透不透明度濾光器ο圖4C示出圖1的示例性增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像104。可以用色彩和紋理渲染增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像104，在本示例中未示出所述色彩和紋理。圖4D示出用戶看到的圖1的示例性圖像132。圖像132是通過將圖像104增加到通過將圖像402和120相乘形成的圖像而形成的。暗化后的區(qū)域404圍繞海豚的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。圖5示出具有不透明度增加的區(qū)域的不透明度濾光器500，以提供圖4A的不透明度濾光器的配置。每個(gè)小圓代表不透明度濾光器的一像素。對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的大小、 形狀和位置的選中像素被控制為具有增加的不透明度。該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的輪廓被疊加以供參考。圖6示出在沒有不透明度濾光器時(shí)會(huì)得到的、圖1的示例性圖像的變型。在此圖像600中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像看上去是透明的或者有重影的，從而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的真實(shí)世界場(chǎng)景是可見的。這種結(jié)果較不逼真。圖7A示出戴在用戶頭部700上的圖1的顯示設(shè)備的一示例實(shí)現(xiàn)。在本示例中，框架類似于傳統(tǒng)的眼鏡框架且能以類似的舒適程度佩戴。然而，其他實(shí)現(xiàn)也是可能的，比如通過頭盔、帶子或其他手段裝載到用戶頭部的面罩。該框架包括框架前部702和邊撐704和 705?？蚣芮安勘３钟糜谟脩糇笱鄣耐敢曂哥R701和用于用戶右眼的透視透鏡703。左和右的定向是從用戶的視角看的。左側(cè)透視透鏡701包括透光的不透明度濾光器723和透光的光學(xué)組件722，光學(xué)組件722比如是將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像與來自真實(shí)世界場(chǎng)景的光混合以供左眼706觀看的分光器?？稍诓煌该鞫葹V光器中提供開口 7 以允許眼睛跟蹤組件7 對(duì)左眼706(包括瞳孔707)成像。該開口可以是例如透鏡701上的洞，或透鏡701中沒有提供不透明度濾光器的區(qū)域。如所提及的，不透明度濾光器可以是在另一透光透鏡材料(比如玻璃或塑料)中或在另一透光透鏡材料上提供的。眼睛跟蹤組件7 使用的紅外光能穿透這樣的透光透鏡材料。眼睛跟蹤組件7 包括IR發(fā)射器7 和IR傳感器734，IR發(fā)射器7 發(fā)射IR光 730，IR傳感器734感測(cè)被反射的頂光732。在一種可能方案中，眼睛跟蹤組件7 可經(jīng)由臂736被安裝到框架。右側(cè)透視透鏡703包括透光的不透明度濾光器721以及光學(xué)組件720，光學(xué)組件 720比如是將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像與來自真實(shí)世界場(chǎng)景的光混合以供右眼718觀看的分光器。右側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器716經(jīng)由臂714被安裝到框架上，而左側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器708經(jīng)由臂 710被安裝到框架上。不透明度濾光器控制電路712能被安裝到框架的鼻梁架，并由左側(cè)和右側(cè)的不透明度濾光器共享。例如，在框架中通過導(dǎo)電路徑可實(shí)現(xiàn)合適的電氣連接。圖7B示出圖7A的HMD設(shè)備的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。顯示設(shè)備是從向前看的用戶的視角示出的，從而示出右側(cè)透鏡703和左側(cè)透鏡701。右側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器716包括光發(fā)射部分762(比如像素網(wǎng)格)和可包括用于控制光發(fā)射部分762的電路的部分760。類似地，左側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器708包括光發(fā)射部分742和具有用于控制光發(fā)射部分742的電路的部分 740。在一個(gè)方案中，光學(xué)組件720和722中的每一個(gè)可具有相同的尺寸，包括寬度wl和高度hi。右側(cè)光學(xué)組件720包括頂部表面764、光學(xué)組件720內(nèi)的有角度的半鏡面表面766、 和正表面768，光穿過該頂部表面764從右側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器716進(jìn)入。沒有被不透明度濾光器770阻擋的、來自右側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器716和來自真實(shí)世界場(chǎng)景的各部分的光(由光線780表示)穿透正表面768并進(jìn)入用戶的右側(cè)眼睛。類似地，左側(cè)光學(xué)組件722包括頂部表面744、光學(xué)組件722內(nèi)的有角度的半鏡面表面746、和正表面748，光穿過該頂部表面744從左側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器708進(jìn)入。沒有被不透明度濾光器750阻擋的、來自左側(cè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器708和來自真實(shí)世界場(chǎng)景的部分的光(由光線771表示)穿透正表面748并進(jìn)入用戶的左側(cè)眼睛。在一個(gè)方案中，不透明度濾光器750和770中的每一個(gè)具有相同的尺寸，包括寬度w2 > wl和高度h2 >hl。通常，向雙眼提供同一增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像，盡管對(duì)每只眼睛提供獨(dú)立的圖像也是可能的(比如為了實(shí)現(xiàn)立體圖像的效果)。在一替代實(shí)現(xiàn)中，只有一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器被合適的光學(xué)組件路由到雙眼。圖7C示出戴在用戶頭部上的圖1的顯示設(shè)備的一替代實(shí)現(xiàn)，其中眼睛跟蹤組件790直接在前部眼鏡框架702上且在內(nèi)側(cè)。在本實(shí)現(xiàn)中，眼睛跟蹤組件不需要投射穿過透鏡701。眼睛跟蹤組件790包括IR發(fā)射器791和IR傳感器794，IR發(fā)射器791發(fā)射IR光 792，IR傳感器794感測(cè)被反射的頂光793。至于眼睛跟蹤，在大多數(shù)情況下，知道在運(yùn)動(dòng)過程中眼鏡彈跳時(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡相對(duì)于眼睛的移位就足夠了。眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)(例如，瞳孔在眼眶內(nèi)的移動(dòng))通常影響較小。盡管不透明度區(qū)域和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的對(duì)齊也是根據(jù)眼睛位置，然而實(shí)踐中，通過拉伸不透明度圖像以使兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都滿足，我們能如同用戶正向左看一樣對(duì)齊不透明度顯示器的左側(cè)， 且同時(shí)如同用戶正向右看一樣對(duì)齊不透明度顯示器的右側(cè)。如果我們這樣做的話，那么眼睛的角度可以被忽略。這種方案的一個(gè)缺點(diǎn)在于當(dāng)用戶向右看時(shí)左側(cè)將是錯(cuò)誤的，而當(dāng)用戶向左看時(shí)右側(cè)將是錯(cuò)誤的，但是用戶不會(huì)注意到，因?yàn)橛脩糁荒茉谝曈X上測(cè)量落入用戶視野中心的部分。圖8A1示出當(dāng)用戶的眼睛相對(duì)于HMD設(shè)備的框架在第一位置時(shí)，真實(shí)世界圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。示出了俯視圖。如同提到過的，眼睛跟蹤組件可用于標(biāo)識(shí)眼睛相對(duì)于框架的位置。在本示例中，考慮框架相對(duì)于眼睛706及其瞳孔 707的水平位置。不透明度濾光器750和光學(xué)組件722被安裝到框架并因此與框架一起移動(dòng)。此處，眼睛706正直視前面真實(shí)世界場(chǎng)景的元素800，如由視線802表示的。元素800 具有寬度xrw。不透明度濾光器750包括具有增加的不透明度的區(qū)域804，而光學(xué)組件722 包括相應(yīng)的區(qū)域805，在區(qū)域805中提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。假定區(qū)域804和805具有寬度x3。 在實(shí)踐中，不透明度濾光器區(qū)域804的寬度可以比增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分805的寬度略大。進(jìn)一步，不透明度濾光器區(qū)域804離不透明度濾光器的左側(cè)的距離為xl，而離不透明度濾光器的右側(cè)的距離為x2。因此，xl+x2+x3 = w20增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分805離光學(xué)組件722的左側(cè)的距離為x4，離光學(xué)組件722的右側(cè)的距離為x5。因此，x4+x5+x3 = wl。真實(shí)世界場(chǎng)景的元素800具有寬度xrw > x3并因此被不透明度濾光器的區(qū)域804阻擋而不能到達(dá)眼睛 706。圖8A2示出圖8A1的真實(shí)世界場(chǎng)景元素800的前向視圖。圖8A2示出圖8A1的不透明度濾光器區(qū)域804的前向視圖。圖8A4示出圖8A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域805的前向視圖。圖8B1示出當(dāng)用戶的眼睛相對(duì)于HMD設(shè)備的框架在第二位置時(shí)，真實(shí)世界圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。示出了俯視圖。在本示例中，框架被相對(duì)于眼睛706向左移位。不透明度濾光器750包括具有增加的不透明度的區(qū)域806，而光學(xué)組件722包括相應(yīng)的區(qū)域807，在區(qū)域807中提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。假定區(qū)域806和807具有寬度x3。進(jìn)一步，不透明度濾光器區(qū)域806離不透明度濾光器的左側(cè)的距離為xl’ >xl, 而離不透明度濾光器的右側(cè)的距離為x2’ <χ2。因此，xl’+χ2’ +χ3 = w2。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分807離光學(xué)組件722的左側(cè)的距離為x4’，離光學(xué)組件722的右側(cè)的距離為x5’。因此，x4，+x5' +x3 = Wl0而且，由于移位，在本示例中x4，> x4且x5，< x5。真實(shí)世界場(chǎng)景的元素800具有寬度xrw > x3并因此被不透明度濾光器的區(qū)域806 阻擋而不能到達(dá)眼睛706。通過檢測(cè)框架的移動(dòng)，可相應(yīng)調(diào)整不透明度區(qū)域和/或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置，比如通過將其水平和/或垂直移位，而同時(shí)用戶保持對(duì)真實(shí)世界場(chǎng)景的固定視線。這確保了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像出現(xiàn)在真實(shí)世界場(chǎng)景的相同位置。不透明度區(qū)域和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像彼此持續(xù)被對(duì)齊或?qū)?zhǔn)并與真實(shí)世界場(chǎng)景對(duì)齊或?qū)?zhǔn)。在實(shí)踐中，因?yàn)椴煌该鞫葹V光器的不透明度增加的區(qū)域看上去比遠(yuǎn)端聚焦的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像更靠近眼睛，所以不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置的任何變化比增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置的類似變化更引人注意。這是由于對(duì)不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的更大的視差效應(yīng)。相應(yīng)地，基于眼睛跟蹤，通過調(diào)整不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置而不調(diào)整增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置，在許多情況下可以獲得可接受的結(jié)果。不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置的移位可以與眼睛相對(duì)于框架的位置的移位相同或類似。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的位置的移位可以是不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置的移位的一小部分。另一點(diǎn)是，當(dāng)用戶正向右看時(shí)，左側(cè)透視透鏡和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像不被聚焦，從而只對(duì)右側(cè)不透明度濾光器而不對(duì)左側(cè)不透明度濾光器基于眼睛跟蹤而調(diào)整不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置可能就足夠了。類似地，當(dāng)用戶正向左看時(shí)，右側(cè)透視透鏡和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像不被聚焦，從而只對(duì)左側(cè)不透明度濾光器而不對(duì)右側(cè)不透明度濾光器基于眼睛跟蹤而調(diào)整不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的位置可能就足夠了。圖8B2示出圖8B1的真實(shí)世界場(chǎng)景元素800的另一視圖。圖8B3示出圖8B1的不透明度濾光器區(qū)域804的另一視圖。圖8B4示出圖8B1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域805的另一視圖。圖9A1示出在用戶眼睛的視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的中心處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。示出了俯視圖。通過將不透明度濾光器750 和光學(xué)組件722放置得離眼睛更遠(yuǎn)，修改圖9A1、9B1、9D1、9E1和9F1的比例尺以使其不同于圖8A1和圖8B1的比例尺，以示出進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。如同討論過的，眼睛具有相對(duì)寬的視野。不透明度濾光器750在由線條904和912界定的角度范圍為α 2(比如約60度)的視野內(nèi)，而提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的光學(xué)組件722在由線條906和910界定的角度范圍為α 1 (比如約20度)的視野內(nèi)。角度范圍為α 的視野代表增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的角度范圍。線條 908代表眼睛的向前直視線，其穿過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像900和不透明度增加的區(qū)域902的中心。 進(jìn)一步，不透明度濾光器的一部分902具有增加的不透明度而光學(xué)組件900的相應(yīng)部分提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。不透明度濾光器的不透明度增加的部分902在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面。本示例示出在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域中心而不是在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域(由邊界線906和910表示) 的邊界的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域。在一個(gè)方案中，不透明度濾光器具有提供色彩的能力，以便在視野的中心20度 (向左和向右+/-10度)內(nèi)提供高分辨率彩色圖像，而外圍區(qū)域(向左和向右+/-10到30 度之間)使用不透明度濾光器來提供增加的不透明度和色彩，但是分辨率更低且失焦。例如，當(dāng)用戶將其頭部從一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)時(shí)，我們能調(diào)整增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像(比如飛躍的海豚) 的位置，以便該海豚能從中心20度視野移動(dòng)到外圍區(qū)域，其中不透明度濾光器代表增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。這避免了如果在海豚移動(dòng)到中心20度視野外時(shí)海豚消失所帶來的不連續(xù)性。在本圖及以下各圖中，為了簡(jiǎn)明，假定增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度增加的區(qū)域具有相應(yīng)的方形或矩形形狀。圖9Α2示出圖9Α1的不透明度濾光器區(qū)域902的前向視圖。圖9Α3示出圖9Α1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域900的前向視圖。
圖9B1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)。此處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域920(假定兩者都具有約d2的寬度)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域(由邊界線 906和910表示)的邊界906。線條907表示穿過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922和透明度增加的區(qū)域 902的中心的視線。α 3是線條906和907之間的角度范圍。如同關(guān)于圖3Α和圖:3Β提到的，比如在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的邊界時(shí)(如圖9Β1的情況)，提供不透明度的逐漸過渡是可能的。有關(guān)這種過渡的進(jìn)一步細(xì)節(jié)， 參見下文。圖9Β2示出圖9Β1的不透明度濾光器區(qū)域920的前向視圖。圖9Β3示出圖9Β1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域922的前向視圖。圖9C1示出根據(jù)離用戶眼睛的視野的外圍邊界的距離的不透明度的逐漸變化。χ 軸表示離邊界線906的水平距離而y軸表示不透明度濾光器的相應(yīng)區(qū)域的不透明度。在一種選項(xiàng)中，由線條915表示，不透明度在離邊界的距離為dl到d2時(shí)處于最大水平，并逐漸減小到邊界處(χ = 0)的最小水平。參見圖9C2。對(duì)于χ < 0(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外)，不透明度在最小水平。在另一選項(xiàng)中，由線條916表示，不透明度在離邊界從χ = 0到χ = d2 在最大水平，并在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外在離邊界的距離|d3|上逐漸減小到最小水平。參見圖9C3。對(duì)于x<d3(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外)，不透明度在最小水平。在又一選項(xiàng)中，由線條917表示，不透明度在離邊界從χ = d4到χ = d2在最大水平，并在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外在離邊界的距離|d5h|d4|上逐漸減小到最小水平。參見圖9C4。對(duì)于x<d5(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外)，不透明度在最小水平。圖9C2示出具有未淡化部分931、連續(xù)淡化部分932、933和934的不透明度濾光器區(qū)域，其中在圖9C2中淡化在0和dl之間。圖9C3示出具有未淡化部分941、連續(xù)淡化部分942、943和944的不透明度濾光器區(qū)域，其中在圖9C3中淡化在0和d3之間。圖9C4示出具有未淡化部分951、連續(xù)淡化部分952、952和953的不透明度濾光器區(qū)域，其中在圖9C4中淡化在d4和d5之間。圖9D1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，其中在視野的第二、外圍區(qū)域中提供額外的不透明度增加的區(qū)域。示出了俯視圖。與圖9B 1相比，圖9D1增加了不透明度濾光器750的額外的不透明度增加的區(qū)域924。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域外的額外的不透明度增加的區(qū)域924 可提供外圍提示，比如針對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922的陰影。該陰影可具有與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922 類似的大小和形狀。額外的不透明度增加的區(qū)域擬4可以與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922和/或不透明度增加的區(qū)域920在水平方向上在相同水平和/或高于或低于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922和/ 或不透明度增加的區(qū)域920。在本示例中，不透明度增加的區(qū)域擬4與不透明度增加的區(qū)域 920被不透明度濾光器750的透光區(qū)域分開。在光學(xué)組件722的左側(cè)外圍側(cè)，視野的第二、外圍區(qū)域具有在光學(xué)組件722的左側(cè)外圍側(cè)的線條904和906之間的(α2_α 1)/2(例如，10-30度)的角度范圍。相應(yīng)的額外外圍區(qū)域具有在光學(xué)組件722的右側(cè)外圍側(cè)的線條910和912之間的(α 2_ α 1) /2的角度范圍。
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圖9D2示出圖9D1的不透明度濾光器區(qū)域920和擬4的前向視圖。圖9D3示出圖9D1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域900的前向視圖。圖9E1示出在圖9A1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域的外圍邊界處，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第一部分和不透明度濾光器的不透明度增加的區(qū)域的對(duì)準(zhǔn)，其中在視野的第二、外圍區(qū)域中提供額外的不透明度增加的區(qū)域以代表該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第二、截止部分。示出了俯視圖。此處，寬度為d2的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分922表示增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第一部分，而不透明度濾光器 750的不透明度增加的區(qū)域擬6在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分922后面。寬度為d2’的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分923(其實(shí)際上不存在)表示基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像922的位置增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第二、截止部分將位于的位置。在此情況下，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分923之后提供不透明度濾光器750 的額外的不透明度增加的區(qū)域928(其可以是不透明度增加的區(qū)域926的延續(xù))以避免增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像中的突然截止。額外的、不透明度增加的區(qū)域9 可以終止于直到最小不透明度的階梯式變化，或可被提供有不透明度的逐漸變化，使用類似于圖9C1的討論的方案。在一個(gè)方案中，額外的不透明度增加的區(qū)域擬8具有與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分923 類似的大小、形狀位置和/或色彩，從而它基本上代表實(shí)際上不存在的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像部分 923。圖9E2示出圖9E1的不透明度濾光器區(qū)域擬6和擬8的前向視圖。圖9E3示出圖9E1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像區(qū)域922和923的前向視圖。圖9F1示出在光學(xué)組件722不提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的時(shí)刻，視野的第二、外圍區(qū)域中不透明度濾光器950的不透明度增加的區(qū)域960。示出了俯視圖。在右側(cè)或左側(cè)上的外圍區(qū)域中可提供一個(gè)或更多個(gè)不透明度增加的區(qū)域。如同討論過的，不透明度增加的區(qū)域960可表示分辨率更低且失焦版本的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像。例如當(dāng)用戶向側(cè)面移動(dòng)頭部從而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像移動(dòng)到中心20度視野之外到了視野的外圍區(qū)域時(shí)這可能是有用的。此移動(dòng)可以由圖9A1、然后是圖9B1、然后是圖9F1的序列表示，在圖9A1中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像900在中心視野，在圖9B1中增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像920在中心視野的邊界，在圖9F1中不透明區(qū)域960(表示增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像)在中心視野的外圍區(qū)域。當(dāng)用戶將其頭部移回起始位置時(shí)，該序列可被反轉(zhuǎn)。外圍區(qū)域中的不透明度濾光器的不透明度增加的像素具有與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像相應(yīng)的形狀，和/或當(dāng)不透明度濾光器具有色彩能力時(shí)具有相應(yīng)的色彩。不透明度濾光器的不透明度增加的像素的定位和時(shí)序可被設(shè)定為基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的移動(dòng)而提供平滑過渡。例如，當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像到達(dá)中心視野的邊界時(shí)，不透明度濾光器可被相應(yīng)激活以在外圍區(qū)域中提供相應(yīng)的形狀和移動(dòng)作為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示。然后，當(dāng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示朝中心視野的邊界移動(dòng)時(shí)，不透明度濾光器可被停用(deactivate)且增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像可被相應(yīng)激活以在中心視野中提供相應(yīng)的形狀和移動(dòng)。圖9F2示出圖9F1的不透明度濾光器區(qū)域960的前向視圖。圖9F3示出圖9F1的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的前向視圖?？梢钥闯觯峁┝嗽S多優(yōu)點(diǎn)。例如，提供了相對(duì)流水線化的HMD設(shè)備。而且，使用眼睛跟蹤和心理感知技術(shù)提供眼睛、主彩色顯示器和不透明度濾光器之間的校準(zhǔn)。即使在沒有提供虛擬影像的主顯示器時(shí)，不透明度濾光器仍可用于提供外圍視覺提示。對(duì)于基于色彩的不透明度濾光器，我們能將外圍彩色區(qū)域與中心聚焦區(qū)域無縫融合以得到更好的整體體驗(yàn)，以及到聚焦區(qū)域內(nèi)只有不透明度濾光(opacity-only-filtering)的過渡。
前面的對(duì)本技術(shù)的詳細(xì)描述只是為了說明和描述。它不是為了詳盡的解釋或?qū)⒈炯夹g(shù)限制在所公開的準(zhǔn)確的形式。鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變型都是可能的。所描述的實(shí)施例只是為了最好地說明本技術(shù)的原理以及其實(shí)際應(yīng)用，從而使精通本技術(shù)的其他人在各種實(shí)施例中最佳地利用本技術(shù)，適合于特定用途的各種修改也是可以的。本技術(shù)的范圍由所附的權(quán)利要求進(jìn)行定義。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，包括當(dāng)所述顯示設(shè)備由用戶佩戴時(shí)在所述用戶的眼睛(118)和真實(shí)世界場(chǎng)景(120)之間延伸的透視透鏡(108)，所述透視透鏡包括具有多個(gè)像素的不透明度濾光器(106)，每個(gè)像素能被控制以調(diào)整所述像素的不透明度，所述透視透鏡還包括顯示組件(112)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器(102)，所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器使用所述顯示組件向所述用戶的眼睛發(fā)射光，所述光代表具有形狀的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像；至少一個(gè)控制(100)，所述至少一個(gè)控制控制所述不透明度濾光器以為從所述用戶的眼睛的視角看在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素提供增加的不透明度，不透明度增加的像素是根據(jù)所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的所述形狀提供的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述透視透鏡被安裝于佩戴在所述用戶的頭部(700)上的框架(702，704)；所述光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備進(jìn)一步包括跟蹤組件(122)，所述跟蹤組件跟蹤所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的位置；以及所述至少一個(gè)控制能對(duì)所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的所述位置作出響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)控制根據(jù)所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的所述位置而保持在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的所述像素與所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的對(duì)準(zhǔn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)發(fā)射器根據(jù)所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的所述位置而保持所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像與在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素的對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)控制為圍繞所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的所述不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度，以提供圍繞所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的暗化區(qū)域(404)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像被限制于所述用戶的眼睛的視野的第一角度范圍(α )；以及所述不透明度濾光器在第二角度范圍(α 2)內(nèi)延伸，所述第二角度范圍包括所述第一角度范圍和所述視野的更外圍的角度范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)控制為在所述更外圍的角度范圍內(nèi)的所述不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度，以描繪所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的外圍提示。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)控制為在所述更外圍的角度范圍內(nèi)的所述不透明度濾光器的像素提供增加的不透明度，以描繪所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述至少一個(gè)控制控制所述不透明度濾光器以提供不透明度的逐漸過渡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像在所述用戶的眼睛的視野的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域中延伸，所述視野的所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域具有邊界；所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第一部分比所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的第二部分更遠(yuǎn)離所述邊界；以及為了提供所述逐漸過渡，所述至少一個(gè)控制控制所述不透明度濾光器以為在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面且更靠近所述邊界的像素(934)提供比在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面且更遠(yuǎn)離所述邊界的像素(931)更低的不透明度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于當(dāng)所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的部分(92 在所述邊界被截止時(shí)，所述至少一個(gè)控制控制所述不透明度濾光器以為在所述第一視野的所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示區(qū)域之外、且表示所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像在所述邊界外的延續(xù)的像素(928)提供更高的不透明度。
12.一種光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，包括當(dāng)所述顯示設(shè)備由用戶佩戴時(shí)在所述用戶的眼睛(118)和現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景(120)之間的光學(xué)路徑中延伸的透視透鏡(108)，所述透視透鏡包括具有多個(gè)像素的不透明度濾光器 (106)，每個(gè)像素能被控制以調(diào)整所述像素的不透明度；以及控制所述不透明度濾光器的至少一個(gè)控制(100)，以在不向所述用戶的眼睛提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的時(shí)間中，為所述用戶的眼睛的視野中的所選像素(960)提供增加的不透明度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述透視透鏡(108)被安裝于佩戴在所述用戶的頭部上的框架；所述光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備進(jìn)一步包括跟蹤組件(122)，所述跟蹤組件跟蹤所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的位置；以及所述所選像素根據(jù)所述用戶的眼睛相對(duì)于所述框架的所述位置的變化而變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于所述所選像素在所述視野的外圍區(qū)域中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，其特征在于在另一時(shí)刻，在所述用戶的眼睛的所述視野的更加中心的區(qū)域中向所述用的眼睛提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像(900)，且所述至少一個(gè)控制控制所述不透明度濾光器以為從所述用戶的眼睛的視角看在所述用戶的眼睛的所述視野的所述更加中心的區(qū)域中的、在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素(920)提供增加的不透明度，并為從所述用戶的眼睛的所述視角看在所述用戶的眼睛的所述視野的所述更加中心的區(qū)域中的、不在所述增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的像素提供更低的不透明度。
全文摘要
公開了用于透視頭戴式顯示器的不透明度濾光器。一種光學(xué)透視頭戴式顯示設(shè)備，包括透視透鏡，所述透視透鏡將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像與來自真實(shí)世界場(chǎng)景的光結(jié)合，同時(shí)使用不透明度濾光器選擇性阻擋該真實(shí)世界場(chǎng)景的部分以便該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像看上去更清晰。該不透明度濾光器可以是透視LCD面板，例如，基于該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的大小、形狀和位置，該LCD面板的每個(gè)像素能被選擇性地控制為透射的或不透明的。眼睛跟蹤可用于調(diào)整該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像和不透明像素的位置。不在該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像后面的該不透明度濾光器的外圍區(qū)域可被激活以提供外圍提示或該增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的表示。在另一方面，在不存在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)圖像的時(shí)刻，提供不透明像素。
文檔編號(hào)G02B27/00GK102540463SQ20111029117
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月21日
發(fā)明者A·A-A·基普曼, A·巴-澤埃夫, B·克羅科, J·劉易斯 申請(qǐng)人:微軟公司