反射技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中外部光被光學(xué)活性材 料反射并調(diào)制。取決于該技術(shù)，照明是由白光源或RGB源來(lái)向前點(diǎn)亮的。數(shù)字光處理(DLP)、 娃上液晶化COS)、W及來(lái)自高通公司的Mirasol·底昆示技術(shù)都是高效的反射技術(shù)的示例（因 為大多數(shù)能量從已調(diào)制結(jié)構(gòu)反射離開(kāi))并且可被用在本系統(tǒng)中。附加地，微顯示器120可W 使用發(fā)射技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中光由該顯示器生成。例如，來(lái)自Microvision有限公司的PicoP? 顯示引擎使用微型鏡面艙來(lái)將激光信號(hào)發(fā)射到擔(dān)當(dāng)透射元件的小型屏幕上或直接將光束 (例如，激光)發(fā)射到眼睛。
[0065] 光導(dǎo)光學(xué)元件115將來(lái)自微顯示器120的光傳送到佩戴頭戴式顯示設(shè)備2的用戶的 眼睛140。光導(dǎo)光學(xué)元件115還允許如箭頭142所描繪的那樣將光從頭戴式顯示設(shè)備2的前方 通過(guò)光導(dǎo)光學(xué)元件115傳送到眼睛140,從而除了接收來(lái)自微顯示器120的虛擬對(duì)象之外還 允許用戶具有頭戴式顯示設(shè)備2的前方的空間的實(shí)際直接視圖。從而，光導(dǎo)光學(xué)元件115的 壁是透視的。光導(dǎo)光學(xué)元件115包括第一反射表面124(例如鏡面或其他表面）。來(lái)自微顯示 器120的光穿過(guò)透鏡122并入射在反射表面124上。反射表面124反射來(lái)自微顯示器120的入 射光，使得光通過(guò)內(nèi)反射被陷在包括光導(dǎo)光學(xué)元件115的平面基底內(nèi)。在基底的表面上進(jìn)行 若干次反射之后，被陷的光波到達(dá)選擇性反射表面126的陣列。注意，五個(gè)表面中的一個(gè)表 面被標(biāo)記為126W防止附圖太過(guò)擁擠。反射表面126將從基底出射并入射在運(yùn)些反射表面上 的光波禪合進(jìn)用戶的眼睛140。光導(dǎo)光學(xué)元件的更多細(xì)節(jié)可在于2008年11月20日公開(kāi)的題 為"Substrate-Guided Optical Devices"(基底導(dǎo)向的光學(xué)設(shè)備）的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)2008/ 0285140中找到。
[0066] 頭戴式顯示設(shè)備2還包括用于跟蹤用戶的眼睛的位置的系統(tǒng)。如下面將會(huì)解釋的 那樣，該系統(tǒng)將跟蹤用戶的位置和朝向，使得該系統(tǒng)可W確定用戶的F0V。然而，人類(lèi)將不會(huì) 感知到他們前方的一切。而是，用戶的眼睛將被導(dǎo)向該環(huán)境的一子集。因此，在一個(gè)實(shí)施例 中，該系統(tǒng)將包括用于跟蹤用戶的眼睛的位置W便細(xì)化對(duì)該用戶的F0V的測(cè)量的技術(shù)。例 如，頭戴式顯示設(shè)備2包括眼睛跟蹤組件134(圖6)，該眼睛跟蹤組件134具有眼睛跟蹤照明 設(shè)備134A和眼睛跟蹤相機(jī)134B (圖7)。在一個(gè)實(shí)施例中，眼睛跟蹤照明設(shè)備134A包括一個(gè)或 多個(gè)紅外（IR)發(fā)射器，運(yùn)些紅外發(fā)射器向眼睛發(fā)射IR光。眼睛跟蹤相機(jī)134B包括一個(gè)或多 個(gè)感測(cè)反射的IR光的相機(jī)。通過(guò)檢測(cè)角膜的反射的已知成像技術(shù)，可W標(biāo)識(shí)出瞳孔的位置。 例如，參見(jiàn)于2008年7月22日頒發(fā)的題為巧ead Mounted Eye Tracking and Display System"(頭戴式眼睛跟蹤和顯示系統(tǒng)）的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7,401,920。此類(lèi)技術(shù)可W定位眼睛的 中屯、相對(duì)于跟蹤相機(jī)的位置。一般而言，眼睛跟蹤設(shè)及獲得眼睛的圖像并使用計(jì)算機(jī)視覺(jué) 技術(shù)來(lái)確定瞳孔在眼眶內(nèi)的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，跟蹤一只眼睛的位置就足夠了，因?yàn)殡p 眼通常一致地移動(dòng)。然而，單獨(dú)地跟蹤每只眼睛是可能的。
[0067] 在一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)將使用W矩形布置的4個(gè)IR L抓和4個(gè)IR光電檢測(cè)器，使 得在頭戴式顯示設(shè)備2的透鏡的每個(gè)角處存在一個(gè)IR L邸和IR光電檢測(cè)器。來(lái)自L邸的光從 眼睛反射離開(kāi)。由在4個(gè)IR光電檢測(cè)器中的每個(gè)處所檢測(cè)到的紅外光的量來(lái)確定瞳孔方向。 也就是說(shuō)，眼睛中眼白相對(duì)于眼黑的量將確定對(duì)于該特定光電檢測(cè)器而言從眼睛反射離開(kāi) 的光量。因此，光電檢測(cè)器將具有對(duì)眼睛中的眼白或眼黑的量的度量。從運(yùn)4個(gè)采樣中，該系 統(tǒng)可確定眼睛的方向。
[0068] 另一替代方案是如上面所討論的那樣使用4個(gè)紅外LED,但是在頭戴式顯示設(shè)備2 的透鏡的一側(cè)上使用一個(gè)紅外CCDdCCD將使用小鏡子和/或透鏡(魚(yú)眼），w使得CCD可對(duì)來(lái) 自眼鏡框的可見(jiàn)眼睛的多達(dá)75%成像。然后，該CC明尋感測(cè)圖像并且使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)來(lái)找出 該圖像，就像上文所討論的那樣。因此，盡管圖6示出了具有一個(gè)IR發(fā)射器的一個(gè)部件，但是 圖6的結(jié)構(gòu)可W被調(diào)整為具有4個(gè)IR發(fā)射器和/或4個(gè)IR傳感器。也可W使用多于或少于4個(gè) 的IR發(fā)射器和/或多于或少于4個(gè)的IR傳感器。
[0069] 用于跟蹤眼睛的方向的另一實(shí)施例基于電荷跟蹤。此概念基于W下觀察:視網(wǎng)膜 攜帶可測(cè)量的正電荷而角膜具有負(fù)電荷。傳感器被安裝在用戶的耳朵旁(靠近耳機(jī)130) W 檢測(cè)眼睛在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的電勢(shì)并且高效地實(shí)時(shí)讀出眼睛正在干什么。也可W使用用于跟蹤眼睛 的其他實(shí)施例。
[0070] 圖6示出了頭戴式顯示設(shè)備2的一半。完整的頭戴式顯示設(shè)備將包括另一組透視透 鏡、另一不透明濾光器、另一光導(dǎo)光學(xué)元件、另一微顯示器120、另一透鏡122、面向房間的相 機(jī)、眼睛跟蹤組件、微顯示器、耳機(jī)、和溫度傳感器。
[0071] 圖7是描繪了頭戴式顯示設(shè)備2的各個(gè)組件的框圖。圖8是描述處理單元4的各種組 件的框圖。頭戴式顯示設(shè)備2(其組件在圖7中被描繪)被用于通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)虛擬對(duì)象與 用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的視圖的無(wú)縫融合來(lái)向用戶提供混合現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。另外，圖7的頭戴式顯示設(shè) 備組件包括跟蹤各種狀況的許多傳感器。頭戴式顯示設(shè)備2將從處理單元4接收關(guān)于虛擬對(duì) 象的指令，并且將把傳感器信息提供回給處理單元4。處理單元4(其組件在圖7中被描繪)將 從頭戴式顯示設(shè)備2接收傳感信息，并且將與中央服務(wù)900(圖1A)交換信息和數(shù)據(jù)?；谠?信息和數(shù)據(jù)的交換，處理單元4將確定在何處W及在何時(shí)向用戶提供虛擬對(duì)象并相應(yīng)地將 指令發(fā)送給圖4的頭戴式顯示設(shè)備。
[0072] 圖7的組件中的一些(例如面向房間的相機(jī)112、眼睛跟蹤相機(jī)134B、微顯示器120、 不透明濾光器114、眼睛跟蹤照明134A、耳機(jī)130和溫度傳感器138)是W陰影示出的，W指示 運(yùn)些設(shè)備中的每個(gè)都存在兩個(gè)，其中一個(gè)用于頭戴式顯示設(shè)備2的左側(cè)，而一個(gè)用于頭戴式 顯示設(shè)備2的右側(cè)。圖4示出與電源管理電路202通信的控制電路200?？刂齐娐?00包括處理 器210、與存儲(chǔ)器214(例如D-RAM)進(jìn)行通信的存儲(chǔ)器控制器212、相機(jī)接口 216、相機(jī)緩沖器 218、顯示驅(qū)動(dòng)器220、顯示格式化器222、定時(shí)發(fā)生器226、顯示輸出接口 228、W及顯示輸入 接日230。
[0073] 在一個(gè)實(shí)施例中，控制電路200的所有組件都通過(guò)專(zhuān)用線路或一個(gè)或多個(gè)總線彼 此進(jìn)行通信。在另一實(shí)施例中，控制電路200的每個(gè)組件都與處理器210通信。相機(jī)接口216 提供到兩個(gè)面向房間的相機(jī)112的接口，并且將從面向房間的相機(jī)所接收到的圖像存儲(chǔ)在 相機(jī)緩沖器218中。顯示驅(qū)動(dòng)器220將驅(qū)動(dòng)微顯示器120。顯示格式化器222向控制不透明濾 光器114的不透明度控制電路224提供關(guān)于正在微顯示器120上顯示的虛擬對(duì)象的信息。定 時(shí)發(fā)生器226被用于向該系統(tǒng)提供定時(shí)數(shù)據(jù)。顯示輸出接口 228是用于將圖像從面向房間的 相機(jī)112提供給處理單元4的緩沖器。顯示輸入接口 230是用于接收諸如要在微顯示器120上 顯示的虛擬對(duì)象之類(lèi)的圖像的緩沖器。顯示輸出接口 228和顯示輸入接口 230與作為到處理 單元4的接口的帶接口 232通信。
[0074] 電源管理電路202包括電壓調(diào)節(jié)器234、眼睛跟蹤照明驅(qū)動(dòng)器236、音頻DAC和放大 器238、話筒前置放大器和音頻ADC 240、溫度傳感器接口 242、W及時(shí)鐘發(fā)生器244。電壓調(diào) 節(jié)器234通過(guò)帶接口 232從處理單元4接收電能，并將該電能提供給頭戴式顯示設(shè)備2的其他 組件。每個(gè)眼睛跟蹤照明驅(qū)動(dòng)器236都如上面所述的那樣為眼睛跟蹤照明134A提供IR光源。 音頻DAC和放大器238向耳機(jī)130輸出音頻信息。話筒前置放大器和音頻ADC 240提供用于話 筒110的接口。溫度傳感器接口242是用于溫度傳感器138的接口。電源管理電路202還向Ξ 軸磁力計(jì)132Α、Ξ軸巧螺儀132BW及Ξ軸加速度計(jì)132C提供電能并從其接收回?cái)?shù)據(jù)。
[0075] 圖8是描述處理單元4的各種組件的框圖。圖8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(chǔ)器330(例如D-RAM)進(jìn)行通信的存儲(chǔ)器控制器328、與閃存334(或其他 類(lèi)型的非易失性存儲(chǔ))進(jìn)行通信的閃存控制器332、通過(guò)帶接口 302和帶接口 232與頭戴式顯 示設(shè)備2進(jìn)行通信的顯示輸出緩沖器336、通過(guò)帶接口 302和帶接口 232與頭戴式顯示設(shè)備2 進(jìn)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(jìn)行通信的話筒 接口％0、用于連接到無(wú)線通信設(shè)備346的PCI express接口、W及（一個(gè)或多個(gè)）USB端口 348。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)線通信設(shè)備346可包括啟用Wi-Fi的通信設(shè)備、藍(lán)牙通信設(shè)備、紅外 通信設(shè)備等。USB端口可被用于將處理單元4對(duì)接到計(jì)算系統(tǒng)，W便將數(shù)據(jù)或軟件加載到處 理單元4上W及對(duì)處理單元4進(jìn)行充電。在一個(gè)實(shí)施例中，CPU 320和GPU 322是用于確定在 何處、何時(shí)W及如何向用戶的視野內(nèi)插入虛擬Ξ維對(duì)象的主要力量。W下提供更多的細(xì)節(jié)。
[0076] 電源管理電路306包括時(shí)鐘發(fā)生器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、W及與溫度傳感器374進(jìn)行通信的溫度傳感器接口372(其可 能位于處理單元4的腕帶上）。模數(shù)轉(zhuǎn)換器362被用于監(jiān)視電池電壓、溫度傳感器，W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(jìn)行通信。電池充電器 364被用來(lái)在從充電插孔370接收到電能之際（通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器366)對(duì)電池368進(jìn)行充電。 HMD電源376向頭戴式顯示設(shè)備2提供電力。
[0077] 如上所述，各種類(lèi)型的處理設(shè)備可W與本發(fā)明技術(shù)聯(lián)用。圖9是示出移動(dòng)或平板計(jì) 算設(shè)備的框圖。圖9