固定距离虚拟和增强现实系统及方法技术方案

一种固定距离显示系统包括光源，该光源被配置为生成光束。该系统还包括光导光学元件，该光导光学元件被配置为通过全内反射传播光束的至少一部分。该系统进一步包括第一惯性测量单元，该第一惯性测量单元被配置为测量用于计算用户的头部姿势的第一值。另外，该系统包括相机，该相机被配置为捕获用于机器视觉光流分析的图像。该显示系统被配置为仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。

Fixed Distance Virtual and Augmented Reality System and Method

A fixed distance display system includes a light source configured to generate a light beam. The system also includes a photoconductive optical element configured to propagate at least a portion of the beam through total internal reflection. The system further includes a first inertial measurement unit configured to measure a first value for calculating a user's head posture. In addition, the system includes a camera configured to capture images for machine vision optical flow analysis. The display system is configured to display virtual images only within the tolerance range of a single predetermined optical plane.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固定距离虚拟和增强现实系统及方法相关申请的交叉引用本申请主张2016年8月2日提交的代理案卷号为ML.30040.00的，名称为“FIXED-DISTANCEVIRTUALANDAUGMENTEDREALITYSYSTEMSANDMETHODS(固定距离虚拟和增强现实系统及方法)”的美国临时申请62/370,117的优先权益。本申请涉及2016年2月29日提交的代理案卷号为ML.30059.00的，名称为“VIRTUALANDAUGMENTEDREALISTYSYSTEMSANDMETHODS(虚拟和增强现实系统及方法)”的共同拥有的美国临时申请62/301,502，以及2016年5月4日提交的代卷理案号为ML.20058.00的，名称为“SEPARATEDPUPILOPTICALSYSTEMSFORVIRTUALANDAUGMENTEDREALITYANDMETHODSFORDISPLAYINGIMAGESUSINGSAME(用于虚拟和增强现实的分离式瞳孔光学系统以及使用该系统显示图像的方法)”的共同拥有的美国专利申请公开15/146,296。上述专利申请的全部内容就像完整阐述的一样在此明确、完整地引用作为参考。
技术介绍
现代计算和显示技术促进了虚拟现实(“VR”)、增强现实(“AR”)和混合现实(“MR”)系统的发展，其中，数字再现的图像或其部分以他们看起来是真实的或可被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实“VR”场景通常涉及以对其它实际的真实世界视觉输入不透明的方式呈现数字或虚拟图像信息；增强现实“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息的呈现作为对用户周围的现实世界的可视化的增强。混合现实“MR”系统还将仿真对象引入真实世界环境中，但是这些对象通常在AR系统中以具有更高交互等级为特征。仿真元素通常可以实时交互。因此，AR和MR场景涉及以对其它实际的真实世界视觉输入至少部分透明的方式呈现数字或虚拟图像信息。人类视觉感知系统极为复杂，产生促进以舒适、感觉自然、丰富的方式将虚拟图像元素在其它虚拟或真实世界图像元素当中进行呈现的VR/AR/MR技术是具有挑战性的。大脑的视觉中心从双眼及其组件相对于彼此的运动中获得有价值的感知信息。两只眼睛相对于彼此的聚散度运动(即，瞳孔朝向或远离彼此的转动运动以使眼睛的视线会聚以固定在不同距离处的对象上)与眼睛晶状体的聚焦(或“调节”)密切相关。在正常情况下，根据被称为“调节-聚散度反射”的关系，改变眼睛晶状体的焦点或调节眼睛以聚焦在不同距离处的对象上将自动引起到同一距离的聚散度匹配变化。同样，在正常情况下，聚散度的变化将引发调节的匹配变化。与大多数常规的立体VR/AR/MR配置一样，违反这种反射起作用已知会引起用户的眼疲劳、头痛或其它形式的不适。立体可穿戴眼镜通常以用于左眼和右眼的两个显示器为特征，这些显示器被配置为显示具有略微不同的元素呈现的图像，使得人类视觉系统感知到三维透视。已经发现这样的配置对于许多用户来说是不舒服的，因为聚散度与调节之间的不匹配(“聚散度-调节冲突”)，必须克服这种情况以便感知三维中的图像。实际上，一些用户无法忍受立体配置。这些限制适用于VR/AR/MR系统。因此，大多数常规的VR/AR/MR系统并不最适合于以对用户来说舒适且最适用的方式呈现丰富的双目三维体验，部分原因是现有系统未能解决人类感知系统的一些基本方面，包括聚散度-调节冲突。全VR/AR/MR系统还必须能够在相对于用户的各种感知位置和距离处显示虚拟数字内容。VR/AR/MR系统的设计也带来了许多其它挑战，包括系统传送虚拟数字内容的速度、虚拟数字内容的质量、用户的良视距(eyerelief)(解决聚散度-调节冲突)、系统的尺寸和便携性，以及其它系统和光学挑战。解决这些问题(包括聚散度-调节冲突)的一种可能方法是在多个深度平面上投射图像。为了实现这种类型的系统，一种方法是使用大量光学元件(例如，光源、棱镜、光栅、滤波器、扫描光学元件、分束器、反射镜、半反射镜、遮光器、目镜等)以在足够大量(例如，六个)的深度平面处投射图像。这种方法的问题在于以这种方式使用大量组件必然需要比所需更大的形状因子，并且限制了可缩小系统尺寸的程度。这些系统中的大量光学元件也导致更长的光路，通过更长的光路会使光和光中包含的信息退化。这些设计问题导致系统笨重且耗电。这里描述的系统和方法被配置为通过呈现固定距离混合现实光学系统来解决这些挑战。
技术实现思路
在一个实施例中，一种固定距离显示系统包括光源，该光源被配置为生成光束。该系统还包括光导光学元件，其被配置为通过全内反射传播光束的至少一部分。该系统进一步包括第一惯性测量单元，该第一惯性测量单元被配置为测量用于计算用户的头部姿势的第一值。此外，该系统包括相机，该相机被配置为捕获用于机器视觉光流分析的图像。该显示系统被配置为仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。在一个或多个实施例中，第一惯性测量单元可以被设置为邻近用户的头部。该系统还可以包括第二惯性测量单元，该第二惯性测量单元被配置为测量用于计算用户的头部姿势的第二值。第二惯性测量单元可以被设置为邻近用户的头部。该系统还可以包括第三惯性测量单元，该第三惯性测量单元被配置为测量用于计算用户的身体姿势的第三值。第三惯性测量单元可以被设置为邻近所述用户的腰部。第一惯性测量单元、第二惯性测量单元、第三惯性测量单元和相机可以被配置为将固定距离显示系统的视场与用户的身体位置进行匹配。在一个或多个实施例中，容差范围在单个预定光学平面的0.2屈光度到0.6屈光度内。该显示系统可以被配置为显示三维虚拟图像。该显示系统可以被配置为显示具有不超过0.2屈光度到0.6屈光度的尺寸的三维虚拟图像。在另一实施例中，一种显示方法包括测量与头部姿势相关的第一值。该方法还包括基于第一值计算用户的头部姿势。该方法进一步包括捕获图像。此外，该方法包括基于图像执行机器视觉光流分析。另外，该方法包括生成光束。该方法还包括通过全内反射传播光束的至少一部分。该方法进一步包括仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。在一个或多个实施例中，该方法还包括测量与头部姿势相关的第二值。该方法可以进一步包括根据第一值和第二值计算用户的头部姿势。此外，该方法可以包括测量与身体姿势相关的第三值。另外，该方法可以包括根据第三值计算用户的身体姿势。该方法还可以包括分析第一值、第二值、第三值和图像以将用户的视野与用户的身体位置进行匹配。在一个或多个实施例中，容差范围在单个预定光学平面的0.2屈光度到0.6屈光度内。该方法还可以包括显示三维虚拟图像。所显示的三维虚拟图像可以具有不超过0.2屈光度到0.6屈光度的尺寸。在又一实施例中，一种在非暂时性计算机可读介质中体现的计算机程序的产品，该计算机可读介质上存储有指令序列，当由处理器执行时，该指令序列使该处理器执行用于显示的方法，该方法包括生成光束。该方法还包括通过全内反射传播光束的至少一部分。该方法进一步包括测量与头部姿势相关的第一值。此外，该方法包括基于第一值计算用户的头部姿势。另外，该方法包括捕获图像。该方法还包括基于图像执行机器视觉光流分析。该方法进一步包括仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。在再一实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定距离显示系统，包括：光源，其被配置为生成光束；光导光学元件，其被配置为通过全内反射传播所述光束的至少一部分；第一惯性测量单元，其被配置为测量用于计算用户的头部姿势的第一值；以及相机，其被配置为捕获用于机器视觉光流分析的图像，其中，所述显示系统被配置为仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.02 US 62/370,1171.一种固定距离显示系统，包括：光源，其被配置为生成光束；光导光学元件，其被配置为通过全内反射传播所述光束的至少一部分；第一惯性测量单元，其被配置为测量用于计算用户的头部姿势的第一值；以及相机，其被配置为捕获用于机器视觉光流分析的图像，其中，所述显示系统被配置为仅在单个预定光学平面的容差范围内显示虚拟图像。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一惯性测量单元被设置为邻近所述用户的头部。3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括第二惯性测量单元，所述第二惯性测量单元被配置为测量用于计算所述用户的所述头部姿势的第二值。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第二惯性测量单元被设置为邻近所述用户的头部。5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括第三惯性测量单元，所述第三惯性测量单元被配置为测量用于计算所述用户的身体姿势的第三值。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第三惯性测量单元被设置为邻近所述用户的腰部。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述第一惯性测量单元、所述第二惯性测量单元、所述第三惯性测量单元和所述相机被配置为将所述固定距离显示系统的视场与所述用户的身体位置进行匹配。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述容差范围在所述单个预定光学平面的0.2屈光度到0.6屈光度内。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示系统被配置为显示三维虚拟图像。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述显示系统被配置为显示具有不超过0.2屈光度到0.6屈光度的尺寸的所述三维虚拟图像。11.一种显示方法，包括：测量与头部姿势相关的第一值；基于所述第一值计算用户的所述头部姿势；捕获图像；基于所述图像执行机器视觉光流分析；生成光束，通过全...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·A·米勒，W·H·韦尔奇，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：美国,US