[發明專利]頭戴式顯示系統的位置跟蹤系統

在審

• 申請號: 202180007924.2
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN114945854A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 約書亞·馬克·胡德曼;卡梅倫·韋德·羅施
• 申請（專利權）人: 威爾烏集團
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;A63F13/213;G02B5/30;G02F1/13;G09G3/36
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司 11204
• 代理人: 王達佐;王艷春

用于跟蹤頭戴式顯示器(HMD)系統部件的位置的系統和方法。HMD部件可以承載能夠檢測從光源發射的光的角度的多個角度敏感檢測器。HMD部件可以包括一個或多個散射檢測器，其檢測光是否已經被散射或反射，因此可以忽略這種光。控制電路使光源根據指定的模式發光，并從多個角度敏感檢測器接收傳感器數據。處理器可以例如使用機器學習或其它技術處理傳感器數據和散射檢測器數據，以跟蹤HMD部件的位置。角度敏感檢測器可以包括具有隨位置變化的偏振模式的空間變化偏振器和一個或多個偏振器層，它們一起用于檢測入射光的角度。

技術領域

本公開大體上涉及針對對象(例如頭戴式顯示系統和與頭戴式顯示系統相關聯的控制器)的位置跟蹤。

背景技術

當前一代虛擬現實(“VR”)或增強現實(“AR”)體驗是使用頭戴式顯示器(“HMD”)創建的，所述頭戴式顯示器可連接到固定計算機(例如個人計算機(“PC”)、膝上型計算機或游戲控制臺)，與智能電話和/或關聯的顯示器組合和/或集成，或自包含。通常，HMD是佩戴在用戶頭部上的顯示設備，其在一只眼睛(單目HMD)或每只眼睛(雙目HMD)的前面具有小顯示設備。顯示單元通常是小型化的，可以例如包括CRT、LCD、硅基液晶(LCos)或OLED技術。雙目HMD具有向每只眼睛顯示不同圖像的潛力。這種能力被用于顯示透視圖像。

隨著智能電話、高清晰度電視以及其它電子設備的發展，對具有增強性能的顯示器的需求增加。虛擬現實和增強現實系統，特別是使用HMD的那些系統的日益普及，已經進一步增加了這種需求。虛擬現實系統通常完全包圍佩戴者的眼睛，并用“虛擬”現實代替佩戴者前方的實際或物理視圖(或實際現實)，而增強現實系統通常在佩戴者眼睛前方提供一個屏幕或多屏幕的半透明或透明覆蓋，使得用附加信息增強實際視圖，并且介導現實系統可以類似地將真實世界元素與虛擬元素相結合地將信息呈現給觀看者。在許多虛擬現實和增強現實系統中，可以通過各種方式來跟蹤這種頭戴式顯示器的佩戴者的運動，例如通過頭戴式顯示器中的傳感器、控制器或外部傳感器，以便使得能夠顯示圖像來反映用戶的運動并允許環境交互。

位置跟蹤允許HMD系統估計一個或多個部件相對于彼此和周圍環境的位置。位置跟蹤可以利用硬件和軟件的組合來實現對HMD系統的部件的絕對位置的檢測。位置跟蹤是AR或VR系統的重要技術，使得能夠以六個自由度(6DOF)來跟蹤HMD(和/或控制器或其它外圍設備)的運動。

位置跟蹤技術可以被用于改變用戶的視角以反映不同的動作，例如跳躍或下蹲，并且可以允許在虛擬環境中準確表示用戶的手和其他對象。位置跟蹤還可以例如通過使用手勢通過觸摸移動虛擬對象來增加物理環境和虛擬環境之間的連接。位置跟蹤改善了源于視差的用戶對虛擬環境的3D感知，這有助于對距離的感知。而且，位置跟蹤可以幫助最小化由眼睛所看到的內容和用戶耳朵前庭系統所感覺到的內容的輸入之間的斷開引起的暈動病。

存在不同的位置跟蹤方法。這些方法可以包括聲跟蹤、慣性跟蹤、磁跟蹤、光學跟蹤、它們的組合等。

發明內容

角度敏感檢測器可以概括為包括第一偏振器，用于接收和過濾來自光源的光；與第一偏振器光學對準的空間變化偏振器，空間變化偏振器包括被配置為通過入射光相對于角度敏感檢測器的入射角來唯一地區分入射光的偏振模式；第二偏振器，其與空間變化偏振器光學對準，以接收和過濾從空間變化偏振器接收的光；以及光電檢測器，其被定位成接收來自第二偏振器的光，光電檢測器用于輸出至少一個強度信號，強度信號指示入射光相對于角度敏感檢測器的入射角。

空間變化偏振器可以包括液晶材料。空間變化偏振器可以包括多扭曲延遲器。空間變化偏振器能夠被關閉，并且當空間變化偏振器被關閉時，空間變化偏振器能夠停止改變入射光的偏振。空間變化偏振器可以包括相位延遲器。空間變化偏振器可以在第一端提供線性偏振，并且可以向與第二端相對的第二端逐漸增加延遲。空間變化偏振器可以在第二端提供四分之一波長延遲。第一偏振器和第二偏振器可以每個包括線性偏振片。第一偏振器和第二偏振器可以每個包括具有相同偏振方向的線性偏振片。