用于使用MEMS投影仪来确定HMD或另一控制器的光电传感器的取向的系统和方法技术方案

本发明专利技术描述一种用于确定控制器的光电传感器相对于投影仪的取向的方法。所述方法包括通过所述投影仪的光束发生器产生光束。所述方法另外包括使用在图案中移动的微机电系统(MEMS)镜来修改所述光束的行进方向，检测所述光束，计算检测到所述光束所处的时间，并基于所述图案和所述时间来确定所述光束的取向以确定所述光电传感器的所述取向。

System and method for determining the orientation of a photoelectric sensor of HMD or another controller using a MEMS projector

The present invention describes a method for determining the orientation of the photoelectric sensor of the controller relative to the projector. The method includes generating a beam through the beam generator of the projector. The method also includes using a microelectromechanical system (MEMS) mirror moving in the pattern to modify the direction of the beam, to detect the beam, to calculate the time in which the beam is detected, and to determine the orientation of the beam based on the pattern and the time to determine the orientation of the photoelectric sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用MEMS投影仪来确定HMD或另一控制器的光电传感器的取向的系统和方法
本公开涉及用于使用微机电系统(MEMS)镜来确定控制器的光电传感器的取向的系统和方法。
技术介绍
视频游戏行业的吸引力越来越大。随着时间的推移，更多的人使用例如控制器、手机、头戴式显示器等小装置来玩视频游戏。为了玩视频游戏，用户的位置被确定。在此背景下，产生本公开中描述的实施方案。
技术实现思路
在一个实施方案中，一种包括微机电系统(MEMS)镜的系统用于跟踪穿过测量空间的光束。许多光束控制的图案为使用MEMS镜可能实现的。然而，作为实例，应用李萨如(Lissajous)变化图案。李萨如变化图案将以谐振操作模式驱动MEMS镜，例如，在MEMS镜的谐振频率之下沿着MEMS镜的y轴移动MEMS镜，且在谐振频率之上沿着MEMS镜的x轴移动MEMS镜。设定李萨如变化图案的重复标准。当MEMS镜为旋转镜时，测量结果例如检测到的光束击中信号的脉冲等限于李萨如变化图案预定频率，例如，60赫兹、在55赫兹与65赫兹之间的范围等。通过使用光束，用在此速率下的一个或两个旋转MEMS镜扫描整个测量空间，例如，体积等。光束比用以扫描整个测量空间的线移动得更快。通过驱使MEMS镜靠近其谐振频率，光束被使用且实现期望的更新速率以用于跟踪光束。只要MEMS镜沿着x和y轴的移动的频率在谐振峰的较小百分比内，MEMS镜就以谐振模式移动。在例如第1/180、第1/200、第1/170等的数量级中的MEMS镜沿着x和y轴的移动的频率中的轻微差异产生填充整个测量空间的李萨如变化图案。通过使用光束而非线，系统的同步定时用于确定光束的取向。所述系统另外包括接收器，例如，头戴式显示器、手持式控制器等，所述接收器包括一个或多个光电传感器，且所述系统包括具有MEMS镜以确定光束的取向的投影仪。投影仪和接收器两者的时钟信号被同步以确定光束取向。在实施方案中，在刚性拓扑中的多个光电传感器或具有已知基线的多个投影仪促进三角测量或透视n点的方法以确定光电传感器相对于投影仪的三维(3D)姿态。李萨如变化图案经执行以促进从光电传感器检测到的光束击中信号的定时来得出光束的取向。在光束的宽度和与李萨如图案相关联的MEMS镜的频率的配置的情况下，光电传感器每测量周期检测光束的强度峰值若干次，例如，李萨如图案重复的频率等。强度峰值的定时允许光束的取向的良好的整体平均。因此，即使强度峰值的定时的精度中存在噪声，通过在李萨如图案的频率的每测量周期处具有预定数目(例如，3至5个等)的强度峰值，也减少噪声以获得光束的取向。在一个实施方案中，投影仪产生红外光或可见光以作为光束。在实施方案中，多个投影仪经配置以执行时分复用。例如，两个投影仪具有交替的光束发射，使得投影仪中的一个进行李萨如变化图案的扫描，且随后投影仪中的另一个执行李萨如变化图案的扫描。在一个实施方案中，时分复用在较细粒度处执行，例如，谐振操作模式的周期等。在实施方案中，为实现同步，在李萨如图案的每一扫描期间或在扫描的部分期间使用全局闪光照明。在一个实施方案中，为实现同步，使用有线通信或射频(RF)通信。在一个实施方案中，光束通过将重复位码嵌入到光束中调制。以此方式，光电传感器检测到重复位码的若干个位以区分开多个唯一编码的投影仪。在实施方案中，使用用以确定重复位码的相关性来改进时间同步，且因此改进在由光电传感器检测时的光束取向的测量结果。作为时分复用的替代方案，使用频率复用。例如，使用两个不同的光频率且随后将滤波器置于光电传感器上，使得光电传感器中的一个检测到来自投影仪中的第一投影仪而非投影仪中的第二投影仪的频率中的一个，且光电传感器中的另一个检测到来自第二投影仪而非第一投影仪的频率中的另一个。第一和第二投影仪两者同时运行。附图说明图1A为用以说明确定光束的光束取向以进一步确定头戴式显示器(HMD)相对于投影仪的位置的系统的实施方案的图式。图1B为用以说明微机电系统(MEMS)镜的移动的频率的实施方案的图式。图2为用以说明手持式控制器替代于HMD而被由投影仪发射的光束扫描以确定光束方向以进一步确定手持式控制器相对于投影仪的姿态的系统的实施方案的图式。图3为用以说明包括执行本文中描述的操作中的一个或多个的处理器的计算装置的方块图。图4A为用于确定光束取向的方法的实施方案的流程图。图4B为用于确定光束取向和HMD的姿态的方法的实施方案的流程图。图4C为图4B的流程图的继续。图4D为用以说明确定光束取向的系统的实施方案的图式。图4E为用以说明产生光束所处的每一时间对应于光束相对于投影仪的xyz坐标系的不同取向的系统的实施方案的图式。图5为李萨如图案的实施方案的图式。图6A为用以说明光电传感器相对于光电传感器的实际位置的测得位置以确定光束击中在光束的直径内的位置的实施方案的图式。图6B为用以说明当在检测之间光电传感器中没有可察觉移动时，光束击中的位置使用李萨如图案的一部分的直径与李萨如图案的另一部分的直径的交点来确定的实施方案的图式。图6C为用以说明当光电传感器中存在移动时，使用李萨如图案的一部分的直径与李萨如图案的另一部分的直径的交点来确定的光束击中的位置中的线性校正的实施方案的图式。图6D示出基于李萨如曲线的公式的更一般化校正，且所述校正比简单的线性校正更准确。图7A为用于说明用以确定光电传感器相对于投影仪的位置的三角测量的方法且用于说明用以识别投影仪中的通过HMD的光电传感器从其检测到光束的投影仪的在多个投影仪之间的时分复用的系统的实施方案的图式。图7B为用于说明用以使用例如透视n点等方法来确定光电传感器的刚性拓扑相对于单一投影仪的姿态的另一方法的系统的实施方案的图式。图8A为用以说明调制通过投影仪发射的光束以识别投影仪的系统的实施方案的图式。图8B为在光束移动经过光电传感器时在检测到来自光束的光束击中后通过光电传感器产生的检测到的光束击中信号的经调制脉冲的实施方案的图式。图8C为用以说明投影仪的最大长度序列(MLS)位序列沿着李萨如图案重复许多次的图式。图8D为通过计算装置的处理器应用以检测MLS位序列的一部分的相关滤波器的实施方案的图式。图8E为说明对用于确定MLS位序列的一部分的匹配的相关滤波器应用阈值的实施方案的图式。图8F为用以说明在相关滤波器与MLS位序列之间的匹配沿着李萨如图案发生多次的李萨如图案的一部分的实施方案的图式。图8G为用以说明其中检测到的MLS位序列的长度用于确定光电传感器在李萨如图案的直径内的改进位置的MLS序列技术的李萨如图案的一部分的实施方案的图式。图9为用以说明在装置与另一装置之间的时钟信号的同步的方法的系统的实施方案的图式。图10为用于通过从由光电传感器产生的检测到的光束击中信号提取调制信号的频率来同步投影仪和HMD的时钟信号的方法的实施方案的流程图。图11为用以说明用于对检测到的光束击中信号的强度求平均值以确定光束的取向的方法的图式。图12为用于在HMD内产生的时钟信号与在投影仪内产生的时钟信号的同步的方法的实施方案的流程图。图13为HMD的实施方案的等距视图。图14为用以说明用户通过使用HMD和手持式控制器来进行的与虚拟环境的交互的系统的实施方案的图式。图15为HMD的实施方案的等距视图。图16本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定光电传感器相对于投影仪的取向的方法，所述方法包括：通过投影仪的光束发生器产生光束；使用在图案中移动的微机电系统(MEMS)镜来修改所述光束的行进方向；通过光电传感器检测所述光束；计算检测到所述光束所处的击中时间；以及基于所述图案和所述击中时间来确定所述光电传感器相对于所述投影仪的取向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.07 US 62/202,766;2016.06.30 US 15/199,936;1.一种用于确定光电传感器相对于投影仪的取向的方法，所述方法包括：通过投影仪的光束发生器产生光束；使用在图案中移动的微机电系统(MEMS)镜来修改所述光束的行进方向；通过光电传感器检测所述光束；计算检测到所述光束所处的击中时间；以及基于所述图案和所述击中时间来确定所述光电传感器相对于所述投影仪的取向。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述图案为李萨如图案或光栅扫描图案。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述光束为激光束。4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述图案和所述击中时间来确定所述光电传感器的所述取向包括：基于所述图案的起始时间、所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第一轴线的频率和所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第二轴线的频率以及所述击中时间，计算所述光束在所述图案内的位置；以及基于所述光束在所述图案内的所述位置来确定所述光束相对于所述投影仪的第一轴线、所述投影仪的第二轴线以及所述投影仪的第三轴线的角度。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法另外包括同步由检测所述光束的控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号，其中所述起始时间使用由所述投影仪产生的所述时钟信号来计算。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法另外包括同步由检测所述光束的控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号。7.根据权利要求1所述的方法，所述方法另外包括同步由检测所述光束的控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号，其中所述击中时间使用由所述控制器产生的所述时钟信号来计算。8.一种用于确定光电传感器相对于投影仪的取向的系统，所述系统包括：投影仪，所述投影仪包括经配置以产生光束的光束发生器，其中所述投影仪包括经配置以在图案中移动以修改所述光束的行进方向的微机电系统(MEMS)镜；控制器，所述控制器与所述投影仪通信，其中所述控制器具有光电传感器，其中所述光电传感器经配置以检测所述光束，其中所述控制器经配置以计算检测到所述光束所处的击中时间；以及计算装置，所述计算装置与所述投影仪和所述控制器通信，其中所述计算装置经配置以基于所述图案和所述击中时间来确定所述光电传感器相对于所述投影仪的取向。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述图案为李萨如图案或光栅扫描图案。10.根据权利要求8所述的系统，其中所述光束为激光束。11.根据权利要求8所述的系统，其中为基于所述图案和所述击中时间来确定所述光电传感器的所述取向，所述计算装置经配置以：基于所述图案的起始时间、所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第一轴线的频率和所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第二轴线的频率以及所述击中时间，计算所述光束在所述图案内的位置；以及基于所述光束在所述图案内的所述位置来确定所述光束相对于所述投影仪的第一轴线、所述投影仪的第二轴线以及所述投影仪的第三轴线的角度。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述计算装置经配置以同步由检测所述光束的所述控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号，其中所述起始时间使用由所述投影仪产生的所述时钟信号来计算。13.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置经配置以同步由检测所述光束的所述控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号。14.根据权利要求8所述的系统，其中所述计算装置经配置以同步由检测所述光束的所述控制器产生的时钟信号与由所述投影仪产生的时钟信号，其中所述击中时间使用由所述控制器产生的所述时钟信号来计算。15.一种系统，所述系统包括：控制器，所述控制器具有光电传感器，其中所述光电传感器经配置以检测光束以产生检测到的光束击中信号，其中所述控制器经配置以计算检测到所述光束所处的击中时间；以及计算装置，所述计算装置与所述控制器通信，其中所述计算装置经配置以基于微机电系统(MEMS)镜的运动的图案和所述击中时间来确定所述光束相对于xyz坐标系的取向。16.根据权利要求15所述的系统，其中所述图案为李萨如图案或光栅扫描图案。17.根据权利要求15所述的系统，其中所述光束为激光束。18.根据权利要求15所述的系统，其中为基于所述图案和所述击中时间来确定所述光束的所述取向，所述计算装置经配置以：基于所述图案的起始时间、所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第一轴线的频率和所述MEMS镜沿着所述MEMS镜的第二轴线的频率以及所述击中时间，计算所述光束在所述图案内的位置；以及基于所述光束在所述图案内的所述位置来确定界定所述光束的所述取向的多个角度。19.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器为经配置以由用户穿戴的头戴式显示器。20.根据权利要求15所述的系统，其中所述计算装置经配置以基于通过所述光电传感器检测到的所述光束的所述取向和通过所述控制器的另一光电传感器检测到的所述光束的取向来确定所述光电传感器的位置。21...

【专利技术属性】
技术研发人员：D马林森，
申请(专利权)人：索尼互动娱乐股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP