安装在头戴式显示器(HMD)中的设备具有通过将对角反射(DR)棱镜压紧在一起而形成的耦合棱镜。每个DR棱镜具有至少部分反射性的内部对角平面。DR棱镜接收的眼睛或环境场景的捕获的图像被反射到其出像端表面。所有DR棱镜的出像端表面沿同一方向定向，以光学复用捕获的图像以产生多通道图像。耦合棱镜上的成像传感器对多通道图像进行成像，从而避免了捕获的图像信号溢出造成的通道间干扰，同时允许一个成像传感器而不是多个成像传感器对捕获的图像进行成像。微显示器向一个DR棱镜显示可见图像，该DR棱镜的内部对角平面沿着朝向眼睛的方向反射可见图像。因此，该设备还能够向HMD穿戴者显示图像。显示图像。显示图像。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于头戴式显示器的与显示器集成的成像设备
[0001]缩写词列表
[0002]3D 三维
[0003]DR 对角反射
[0004]FOV 视场
[0005]HMD 头戴式显示器
[0006]ICI 通道间干扰
[0007]IR 红外
[0008]LED 发光二极管
[0009]本公开总体上涉及可安装在HMD中并且具有成像功能和可选的图像显示功能的设备。特别地，本公开涉及使用单个成像传感器而不是多个成像传感器来对多个视图进行成像以至少节省制造成本的这样的设备，其中，多个视图可以包括用户眼睛的视图和用户环境的视图。
技术介绍
[0010]在HMD中，需要内部感测和外部感测以支持与用户交互、用户识别、显示亮度控制、显示焦点控制、注视点渲染、多玩家交互、视觉体验增强等相关的各种功能。内部感测涉及感测用户的生物/生物特征信息，例如眼睛特征(虹膜图案、视网膜图像等)和面部结构(唇形、眉毛位置等)。特别地，可以使用用户眼睛的一个或多个图像来计算眼睛注视方向。外部感测是指感测外部环境中用户可观察到的对象，例如对用户前面的人的识别。
[0011]内部感测和外部感测通常通过分别分析用户的面部特征(例如，眼球)的图像和用户观察到的周围场景的图像来进行。在某些情况下，需要从不同角度观看的同一对象的图像来提取更有用的信息。这样的信息可以应用于例如对象的3D重建，以获得更高的分辨率和跟踪准确性。常规上，需要在HMD的不同位置安装多个成像传感器来获取多个视图。然而，HMD不容易减小尺寸和重量。功耗也会增加。安装多个成像传感器也会导致HMD的制造成本增加。由于需要对从不同的成像传感器获取的图像进行统一分析，因此需要对不同的成像传感器进行定期校准，这也会造成额外的操作负担。由于不同的成像传感器在传感器规格和制造差异方面的不同，从不同传感器获取的图像中提取有用信息也存在高时延。期望减少在HMD中安装和操作的成像传感器的所需数量而不减少用于图像获取的视图数量。
[0012]图1描绘了在US8,330,846中公开并在HMD 100中用于通过成像透镜111将眼睛视图151和场景视图152投影到单个成像传感器110上使得两个视图151、152可以由成像传感器110同时感测的光学装置。该光学装置包括位于成像透镜111上方的凸面反射器120，用于向成像传感器110反射眼睛视图151，使得两个视图151、152朝向成像传感器110的行进方向似乎是平行的。结果，成像传感器110接收复用视图，其中一半是眼睛视图151，而另一半是场景视图152。尽管两个视图151、152是复用的，但是所得的多通道视图难以避免ICI的产
生。当明亮光束进入成像透镜111时会出现透镜眩光，使得整个复用视图较亮，从而提高了复用视图的平均亮度水平，使得复用视图中的一些细节不太可见。例如在白天期间场景视图152比眼睛视图151亮得多时，眼睛视图151的平均亮度水平会升高并且其中的细节不太可见。实际上，场景视图152的能量泄漏到眼睛视图151，从而导致ICI。类似地，当眼睛视图151比场景视图152亮得多时，眼睛视图151的能量泄漏到场景视图152，从而将ICI引入场景视图152。
[0013]除了遭受ICI之外，US8,330,846中公开的光学装置不支持生物计量特征的3D重建，因为成像传感器110仅捕获具有低内部感测分辨率/准确性的一个内部感测视图(即，眼睛视图151)。还要注意到该光学装置不能共享相同的光路用于感测和图像显示。需要同时支持内部感测、外部感测和图像显示。
[0014]本领域需要一种光学装置，其使得多个单通道图像能够被光学复用以形成多通道图像，使得一个成像传感器就足以对所有单通道图像进行成像，同时减少、最小化或避免多通道图像上的ICI。优选地，该光学装置还实现了在内部或外部感测中获取对象的多个视图以进行对象的3D重建的需要。还需要光学装置能够进行图像显示。
技术实现思路
[0015]本公开的第一方面提供一种至少具有对多个视图进行成像的功能的设备。
[0016]该设备包括耦合棱镜和成像传感器。耦合棱镜用于对多个单通道图像进行光学复用，每个单通道图像通过捕获相应的视图而产生，从而形成多通道图像。耦合棱镜包括多个DR棱镜。多个DR棱镜中的相应的DR棱镜被压紧在一起。相应的DR棱镜中的单个DR棱镜成形为具有多个端表面的长方体。单个DR棱镜包括至少部分反射性的内部对角平面，用于将通过单个DR棱镜的图像接收端表面接收的相应的单通道图像朝向其出像端表面反射。耦合棱镜中所有DR棱镜的相应的出像端表面朝向相同方向定向并在同一平面上对齐，以共同产生多通道图像和基本平坦的表面，多通道图像从该基本平坦的表面退出耦合棱镜。成像传感器位于基本平坦的表面上方，用于在多通道图像退出耦合棱镜时对多通道图像进行成像。这从而避免发生由于单通道图像溢出到多通道图像上而导致的通道间干扰，同时允许单个成像传感器而不是多个成像传感器对多个视图进行成像。
[0017]优选地，单个DR棱镜被成形为立方体，并且多个DR棱镜中的所有相应的DR棱镜的尺寸相同。
[0018]单个DR棱镜包括在其斜边面处接合的两个直角棱镜。斜边面可以在接合在一起之前涂覆有材料，例如金属、聚合物电解质等。在某些实施例中，单个DR棱镜是分束器。
[0019]在某些实施例中，该设备还包括多个光传输装置和多个准直光学装置。单个光传输装置包括近端和远端。近端光学耦合到选自多个DR棱镜的对应的DR棱镜的图像接收端表面。单个光传输装置用于将打算由对应的DR棱镜接收的对应的单通道图像从远端光学传输到近端，使得对应的DR棱镜能够接收对应的单通道图像。单个光传输装置的远端光学耦合到相应的准直光学装置，该准直光学装置被配置为捕获选自多个视图的对应的视图，以形成对应的单通道图像。
[0020]单个光传输装置可以通过波导实现，例如表面浮雕波导、体积全息波导或本领域技术人员确定为合适的任何波导。单个光传输装置也可以是光纤束。
[0021]在某些实施例中，相应的准直光学装置是用于捕获对应的视图的一个或多个透镜的第一组件。
[0022]在某些实施例中，该设备还包括IR光源。IR光源用于产生IR光以照亮选自多个视图中的一个或多个视图。可选地，该设备还包括连接到IR光源的光纤，用于将IR光传输到选择的一个或多个视图之一。
[0023]在某些实施例中，多个DR棱镜中的第一特定DR棱镜专用于捕获棱镜观察视图，其中，棱镜观察视图为位于所述第一特定DR棱镜的图像接收端表面前面的视图。多个DR棱镜中除所述第一特定DR棱镜之外的其余DR棱镜光学耦合到相应的光传输装置。
[0024]在某些实施例中，该设备还包括光学耦合到所述第一特定DR棱镜的图像接收端表面的一个或多个透镜的第二组件，用于捕获棱镜观察视图。
[0025]所公开的设备可用于实现用户可穿戴HMD。
[0026]在HMD的某些实施例中，HMD包括用于对多个眼睛视图进行成像本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于头戴式显示器的至少具有对多个视图进行成像的功能的设备，所述设备包括：耦合棱镜，所述耦合棱镜用于对多个单通道图像进行光学复用，每个单通道图像通过捕获相应的视图而产生，从而形成多通道图像，所述耦合棱镜包括多个对角反射(DR)棱镜，所述多个DR棱镜中的相应的DR棱镜被压紧在一起，相应的DR棱镜中的单个DR棱镜被成形为具有多个端表面的长方体，所述单个DR棱镜包括至少部分反射性的内部对角平面，用于将通过所述单个DR棱镜的图像接收端表面接收的相应的单通道图像朝向其出像端表面反射，所述DR棱镜的相应的出像端表面朝向相同方向定向并在同一平面上对齐，以共同产生所述多通道图像和所述多通道图像从其退出所述耦合棱镜的基本平坦的表面；和成像传感器，所述成像传感器位于所述基本平坦的表面上方，用于在所述多通道图像退出所述耦合棱镜时对所述多通道图像进行成像，从而避免发生由于所述单通道图像溢出到所述多通道图像上而导致的通道间干扰，同时允许单个成像传感器而不是多个成像传感器对所述多个视图进行成像。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单个DR棱镜被成形为立方体，并且所述多个DR棱镜中的所有相应的DR棱镜的尺寸相同。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单个DR棱镜包括在其斜边面处接合的两个直角棱镜。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单个DR棱镜是分束器。5.根据权利要求1所述的设备，还包括：多个光传输装置，单个光传输装置包括近端和远端，所述近端光耦合到选自所述多个DR棱镜的对应的DR棱镜的图像接收端表面，所述单个光传输装置用于将打算由所述对应的DR棱镜接收的对应的单通道图像从所述远端光学传输到所述近端，使得所述对应的DR棱镜能够接收所述对应的单通道图像，和多个准直光学装置，单个光传输装置的所述远端光学耦合到被配置为捕获选自所述多个视图的对应的视图的相应的准直光学装置，以形成所述对应的单通道图像。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述单个光传输装置由波导实现。7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述单个光传输装置是光纤束。8.根据权利要求1所述的设备，还包括：红外(IR)光源，所述红外光源用于产生IR光以照亮选自所述多个视图的一个或多个视图。9.根据权利要求8所述的设备，还包括：连接到所述IR光源的光纤，用于将所述IR光传输到选择的一个或多个视图之一。10.根据权利要求5所述的设备，其中，所述相应的准直光学装置是用于捕获对应的视图的一个或多个透镜的第一组件。11.根据权利要求5所述的设备，其中：所述多个DR棱镜中的第一特定DR棱镜专用于捕获棱镜观察视图，所述棱镜观察视图为位于所述第一特定DR棱镜的图像接收端表面前面的视图；并且所述多个DR棱镜中除所述第一特定DR棱镜之外的其余DR棱镜光学耦合到相应的光传输装置。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈建龙，王莹，张转运，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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