使用折叠显示器光学器件的紧凑的眼睛追踪制造技术

描述了用于在虚拟和增强现实环境中使用的光学组件。光学组件可以包括透镜、滤光器层叠、相机、以及图像投影设备。例如，光学组件可以包括至少一个透镜、在至少一个透镜与图像投影设备之间的第一滤光器层叠、在第一滤光器层叠和图像投影设备之间的第二滤光器层叠以及被构造为通过所述至少一个透镜捕获光的红外反射的图像的相机。

Compact Eye Tracking Using Folding Display Optical Devices

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用折叠显示器光学器件的紧凑的眼睛追踪相关申请的交叉引用本申请是2018年2月22日提交的美国申请No.15/902,811的延续并要求其优先权，该申请要求2017年2月23日提交的美国临时申请No.62/462,584的优先权，其公开内容通过引用它们的全文并入在本文中。
本说明书总体上涉及一种在交互的头戴式显示器(HMD)设备中使用的光学眼睛追踪技术。
技术介绍
设计出兼具造型优美并光学上高效的头戴式显示器(HMD)设备在许多挑战上可能受到局限。用于提供高质量内容和内容处理的光学部件能够是大规模的，导致了庞大的HMD设备。光学部件还能够增加HMD设备的重量，这能够使用户难以使用设备并且能够在用户佩戴设备时可能导致疲劳。这些问题可能导致用户停止使用HMD设备。
技术实现思路
在一个一般的方面，描述了一种包括头戴式显示器组件的系统。该头戴式显示器组件可以包括光学组件和可操作的用以向头戴式显示器组件中的至少一个目镜显示图像内容的图像投影设备。光学组件可以包括至少一个透镜和第一滤光器层叠(filterstack)，该第一滤光器层叠被设置在所述至少一个透镜与图像投射设备之间，第一滤光器层叠包括至少一个分束层。光学组件还可以包括第二滤光器层叠，该第二滤光器层叠在第一滤光器层叠与图像投射设备之间，第二滤光器层叠包括面向所述至少一个透镜的至少一个反射元件。头戴式显示器组件还包括在头戴式显示器组件内放置的相机，相机被构造为捕获通过所述至少一个透镜的光的红外反射的图像。在一些实现方式中，将相机放置在所述至少一个透镜下方并且朝向图像投影设备定向，以捕获访问头戴式显示器组件的用户的眼睛的图像并且眼睛的图像从反射元件反射。在一些实现方式中，将相机放置在所述至少一个图像投影设备下方并且朝向所述至少一个透镜定向，以捕获访问头戴式显示器组件的用户的眼睛的图像。可以使用相机通过所述至少一个透镜、第一滤光器层叠、以及第二滤光器层叠来捕获眼睛的图像。在一些实现方式中，所述至少一个透镜被构造为相对于容纳头戴式显示器组件的框架的底部平面横向地滑动。该滑动可以被构造为触发屈光度调节，以校正与访问头戴式显示器组件的用户相关联的视觉障碍。在一些实现方式中，反射元件是在图像投影设备的面向所述至少一个透镜的侧上的红外(IR)滤光器涂层。在一些实现方式中，反射元件是棱镜。在一些实现方式中，多个光源被放置在围绕所述至少一个透镜的周边中。一个或多个光源可以被构造为将光直射到访问头戴式显示器组件的用户的眼睛。反射元件可以被构造为在反射元件处接收从眼睛反射的光的部分并且将该部分中的红外波长反射到相机。在一些实现方式中，所述多个光源包括多个发光二极管，所述多个发光二极管面向访问所述头戴式显示器组件的用户的眼睛放置并且在围绕所述至少一个透镜的周边中放置。在一些实现方式中，第一滤光器层叠与第二滤光器层叠相邻并且被构造成在所述至少一个透镜和显示面板之间的层叠布置。在这样的实现方式中，第一滤光器层叠可以包括在显示面板和第一四分之一波片之间层叠的第一线偏振器，第一四分之一波片被层叠在第一线偏振器和分束器之间，并且第二滤光器层叠可以包括在第二四分之一波片和偏振分束器之间层叠的偏振分束器，所述第二四分之一波片在分数器之后层叠。偏振分束器可以在第二四分之一波片和第二线偏振器之间层叠，并且第二线偏振器可以包括在滤光器层叠中的、面向所述至少一个透镜的反射元件。该方面的其他实施例包括相对应的计算机系统、装置以及在一个或多个计算机存储设备上记录的计算机程序，计算机系统、装置和计算机程序各自被构造为使用系统执行动作。在另一个通常方面，光学组件可以包括被构造为折叠透射通过其中的光的光学路径的滤光器层叠组件。滤光器层叠组件可以包括至少一个部分透射透镜、第一滤光器和第二滤光器，该第一滤光器包括联接到偏振分束器层的第一侧的至少一个红外滤光器层，偏振分束器层在偏振分束器层的第二侧上联接到第一四分之一波片层，并且该第二滤光器包括联接到线偏振器的第二四分之一波片，第二滤光器在第一侧弯曲以联接到弯曲透镜，并且第二滤光器具有联接到线偏振器的第二侧。所述至少一个红外滤光器层的第一侧可以包括所述至少一个部分透射透镜。光学组件还可以包括具有联接到滤光器层叠组件的顶部边缘的第一边缘的显示器组件以及被构造为捕获通过滤光器层叠组件接收的反射的图像的相机。在一些实现方式中，光学组件还可以包括在从相机到滤光器层叠组件的视线中放置的至少一个圆偏振滤光器，并且所述至少一个圆偏振滤光器可以被构造为改进红外图像对比度以及最小化红外虚图像。在一些实现方式中，相机被定位在滤光器层叠组件下方并且为捕获图像而定向。在一些实现方式中，显示器组件的第二边缘被联接到具有红外滤光器层的遮护板的顶部边缘。遮护板可以被设置平行于滤光器层叠组件并垂直于显示器组件。相机可以被构造为捕获通过滤光器层叠组件接收的以及从遮护板反射的反射的图像。在一些实现方式中，光学组件被构造为显示增强现实内容。例如，为了显示增强现实内容，滤光器层叠组件可以是透明的并且相机可以被构造为捕获访问容纳光学组件的头戴式显示器的用户的眼睛的图像。所捕获的图像可以被提供给可通信地联接到光学组件的至少一个处理器，以通过滤光器层叠组件执行眼睛追踪。在另一个通常方面，头戴式显示器系统可以包括至少一个处理器、被构造为折叠透射通过其中的光的光学路径的滤光器层叠组件、显示器设备，在所述显示器设备中显示器设备的第一边缘联接到滤光器层叠组件的顶部边缘并垂直于滤光器层叠组件，并且显示器设备的第二边缘联接到成角度的分束器滤光器的第一边缘，分束器滤光器的第一边缘与滤光器层叠组件成角度倾斜，分束器滤光器的第二边缘联接到滤光器层叠组件的底部边缘。头戴式显示器系统还可以包括被设置在显示器设备上方的头戴式显示器系统中的相机。滤光器层叠组件可以包括至少一个部分透射透镜、第一滤光器、以及第二滤光器，该第一滤光器包括联接到偏振分束器层的第一侧的至少一个红外滤光器层，偏振分束器层在偏振分束器层的第二侧上联接到第一四分之一波片层，该第二滤光器包括联接到线偏振器的第二四分之一波片。第二滤光器可以在第一侧上弯曲以联接到弯曲透镜并且在第二侧上弯曲以联接到线偏振器。所述至少一个红外滤光器层的第一侧可以包括所述至少一个部分透射透镜。在一些实现方式中，相机被构造为捕获通过滤光器层叠组件的、来自分束器滤光器并通过显示器设备接收的反射的图像。在一些实现方式中，相机向所述至少一个处理器提供图像，用于执行对访问头戴式显示器系统的用户的眼睛运动的追踪。在一些实现方式中，相机是捕获约40度的视场的红外相机。在一些实现方式中，分束器滤光器以约45度的角度与所述至少一个部分透射透镜的光轴倾斜。该方面的其他实施例包括相对应的计算机系统、装置、和在一个或多个计算机存储设备上记录的计算机程序，每一个计算机系统、装置和计算机程序被构造为执行方法的动作。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实现的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征将是显而易见的。附图说明图1是用于渲染头戴式显示器(HMD)中的图像内容的示例系统的框图。图2是描述示例光学组件的框图。图3是描述行进通过图2中图示的光学组件的光的示例偏振路径的图。图4是描述示例混合光学组件的框图。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种头戴式显示器组件，包括：图像投影设备，所述图像投影设备可操作的用以向所述头戴式显示器组件中的至少一个目镜显示图像内容；以及光学组件，包括：至少一个透镜；第一滤光器层叠，所述第一滤光器层叠被设置在所述至少一个透镜和所述图像投影设备之间，所述第一滤光器层叠包括至少一个分光层；以及第二滤光器层叠，所述第二滤光器层叠在所述第一滤光器层叠和所述图像投影设备之间，所述第二滤光器层叠包括面向所述至少一个透镜的至少一个反射元件；以及相机，所述相机被放置在所述头戴式显示器组件内，所述相机被构造为捕获通过所述至少一个透镜的光的红外反射的图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.23 US 62/462,584;2018.02.22 US 15/902,8111.一种头戴式显示器组件，包括：图像投影设备，所述图像投影设备可操作的用以向所述头戴式显示器组件中的至少一个目镜显示图像内容；以及光学组件，包括：至少一个透镜；第一滤光器层叠，所述第一滤光器层叠被设置在所述至少一个透镜和所述图像投影设备之间，所述第一滤光器层叠包括至少一个分光层；以及第二滤光器层叠，所述第二滤光器层叠在所述第一滤光器层叠和所述图像投影设备之间，所述第二滤光器层叠包括面向所述至少一个透镜的至少一个反射元件；以及相机，所述相机被放置在所述头戴式显示器组件内，所述相机被构造为捕获通过所述至少一个透镜的光的红外反射的图像。2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述相机被放置在所述至少一个透镜下方并且朝向所述图像投影设备定向，以捕获访问所述头戴式显示器组件的用户的眼睛的图像，所述眼睛的所述图像是从所述反射元件反射的。3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述相机被放置在所述至少一个图像投影设备下方并且朝向所述至少一个透镜定向，以捕获访问所述头戴式显示器组件的用户的眼睛的图像，所述眼睛的图像是通过所述至少一个透镜、所述第一滤光器层叠、以及所述第二滤光器层叠来捕获的。4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述至少一个透镜被构造为相对于容纳所述头戴式显示器组件的框架的底部平面横向滑动，所述滑动被构造为触发屈光度调节，以校正与访问所述头戴式显示器组件的用户相关联的视觉障碍。5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述反射元件是在所述图像投影设备的面向所述至少一个透镜的侧上的红外(IR)滤光器涂层。6.根据权利要求1所述的组件，其中，所述反射元件是棱镜。7.根据权利要求1所述的组件，其中，多个光源被放置在围绕所述至少一个透镜的周边中，所述一个或多个光源被构造为将光直射到访问所述头戴式显示器组件的用户的眼睛，其中，所述反射元件被构造为在所述反射元件处接收从所述眼睛反射的所述光的部分并且将所述部分中的红外波长反射到所述相机。8.根据权利要求7所述的组件，其中，所述多个光源包括面向访问所述头戴式显示器组件的用户的眼睛放置的并且在围绕所述至少一个透镜的周边中放置的多个发光二极管。9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一滤光器层叠与所述第二滤光器层叠相邻并且被构造成在所述至少一个透镜和显示面板之间的层叠布置，并且其中：所述第一滤光器层叠包括在所述显示面板和第一四分之一波片之间层叠的第一线偏振器，所述第一四分之一波片被层叠在所述第一线偏振器和分束器之间；以及所述第二滤光器层叠包括在第二四分之一波片和偏振分束器之间层叠的偏振分束器，所述第二四分之一波片层叠在所述分束器之后，所述偏振分束器在所述第二四分之一波片和第二线偏振器之间层叠，其中，所述第二线偏振器包括滤光器层叠中的、面向所述至少一个透镜的所述反射元件。10.一种光学组件，包括：滤光器层叠组件，所述滤光器层叠组件被构造为折叠透射通过其中的光的光学路径，所述滤光器层叠组件包括：至少一个部分透射的透镜，第一滤光器，所述第一滤光器包括联接到偏振分束器层的第一侧的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞吉·比尔胡伊森，海斯·S·拉弗尔，胡昕达，杰罗姆·卡洛罗，秦怡，奥斯卡·马丁内斯，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US