[發明專利]用于圖像生成和對象跟蹤的具有MEMS掃描儀的緊湊型光學系統

有效

• 申請號: 201880045222.1
• 申請日: 2018-05-25
• 公開（公告）號: CN110832443B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: S·J·羅賓斯;D·D·博恩
• 申請（專利權）人: 微軟技術許可有限責任公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G02B27/01;G02B27/00;G02B26/10;G02B27/28;G01S7/481
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

一種光學系統，其部署微機電系統(MEMS)掃描儀以同時生成CG圖像并掃描現實世界環境(112)的地形。照明引擎(502)沿著公共光路(1)將第一光譜帶寬和第二光譜帶寬發射到光學組件(500)中。然后，光學組件通過將第一光譜帶寬引導到圖像生成光路(2)上并將第二光譜帶寬引導到地形繪制光路(7)上來分離光譜帶寬。光學系統部署MEMS掃描儀(214、218)以通過在圖像生成光路內引導第一光譜帶寬來生成CG圖像，并且還通過在地形繪制光路內引導第二光譜帶寬來照射地形。因此，所公開的系統為諸如例如增強現實和虛擬現實系統之類的系統提供了重量和成本上的顯著降低。

背景技術

近眼顯示(NED)系統將計算機生成的圖像(“CG圖像”)疊加在用戶對現實世界環境的視圖上。例如，NED系統可以生成合成視圖以使得用戶能夠視覺地感知疊加在存在于現實世界環境內的視覺感知的物理對象上的CG圖像。在一些實例中，用戶體驗取決于NED系統準確標識物理對象的特性、然后根據這些標識的特性生成CG圖像。例如，假設對NED系統進行了編程，以生成用戶感知，即虛擬游戲角色正在奔向并最終跳過現實世界的結構。為了實現這種用戶感知，可能要求NED系統來獲得定義NED周圍地形的特征的詳細數據。

常規的NED系統包括諸如相機和LiDAR系統之類的一系列跟蹤設備，其專用于監視NED系統周圍的現實世界環境中的對象或地形的特性。盡管有益于系統功能性，但是這種專用跟蹤系統的增加的重量和體積阻止了常規NED系統達到使得用戶易于采用以供日常使用的足夠舒適的大小和重量。

相對于這些和其他考慮，提出了本文進行的公開內容。

發明內容

本文描述的技術提供了一種光學系統，該光學系統部署了(多個)微機電系統(MEMS)掃描儀，以用于在用戶對現實世界環境的視角內生成CG圖像，并且還用于繪制現實世界環境的地形和/或跟蹤現實世界環境內的一個或多個對象。在一些配置中，照明引擎將電磁(EM)輻射發射到光學組件中，其中EM輻射包括用于生成CG圖像的第一光譜帶寬和用于利用地形繪制協議掃描視場的第二光譜帶寬二者。光學組件可以使第一光譜帶寬和第二光譜帶寬沿著公共光路傳播，然后將第一光譜帶寬與第二光譜帶寬分離。特別地，光學組件經由顯示器將第一光譜帶寬從公共光路引導到圖像生成光路以生成CG圖像，同時還將第二光譜帶寬從公共光路引導到地形繪制光路以掃描現實世界環境的地形，從而照射現實世界環境內的一個或多個對象。如本文所使用的，術語“地形繪制”通常是指在視場上掃描光并通過接收從地形的特征反射的光來確定光學系統周圍的現實世界環境的地形特征的過程?，F實世界環境的地形的表面的特征、特性和/或空間分布可以被掃描，并且可以由光學系統生成定義這種特征的數據。例如，可以部署地形繪制協議來繪制房間內的表面的特征，諸如一件家具、桌子或沙發，建筑物的結構特征，諸如墻壁或墻壁的邊緣，甚至是空曠的空間，諸如走廊或開著的門道。在一些實現中，地形繪制可以包括在三個維度內繪制地形的特征，并且定義特征的生成數據可以是任何合適的格式，例如點云數據或現實世界環境的任何其他合適的三維數據表示。在一些實現中，地形繪制可以包括跟蹤地形內的一個或多個對象，例如，跟蹤穿越地形繪制視場行進的球，跟蹤可以被解釋為用戶命令的手勢等。光學系統可以部署(多個)MEMS掃描儀，用以通過在圖像生成光路內引導第一光譜帶寬來生成CG圖像，并且還用以通過在視場內掃描第二光譜帶寬來照射對象。因此，所公開的光學系統消除了在要求這些雙重功能性的設備(諸如例如NED設備)內對專用圖像生成光學系統和專用地形繪制光學系統二者的需求。因此，所公開的光學系統表示朝著生產緊湊和輕便的NED設備的實質性進步。