[发明专利]聚焦调整多平面头戴式显示器

说明书

多平面头戴式显示器(HMD)对于每只眼睛包括位于光学距离处的两个或更多个人工显示平面，其可以基于用户观看的由HMD所呈现的场景内的位置被动态地调整。例如，场景呈现在HMD的两个或更多个电子显示元件(例如，屏幕)上。使用变焦系统(例如，机械地改变在光学块中的透镜系统和电子显示元件之间的距离的元件、改变光学块中的透镜系统中的一个或更多个透镜的形状的元件，等等)基于用户正在看的场景中的位置或对象来调整将来自电子显示元件的图像光引导到用户的眼睛的光学块的焦距。

背景

本公开大体上涉及增强来自电子显示器的图像，并且具体地涉及具有位于不同光学距离处的两个或更多个显示平面的多平面显示器，显示平面可以基于在由头戴式显示器呈现的场景内的位置被动态地调整。

头戴式显示器可用于模拟人工或虚拟环境。例如，立体图像可以显示在耳机(headset)内部的电子显示器上以模拟深度的错觉(illusion of depth)，并且头部跟踪传感器可以用于估计用户正在观看人工环境的哪个部分。然而，这种模拟可能导致由现有耳机不能正确地提供或以其他方式补偿辐辏(vergence)和调节冲突引起的视觉疲劳和恶心。

概述

多平面头戴式显示器(HMD)对于每只眼睛包括位于光学距离处的两个或更多个虚拟显示平面，其可以基于用户观看的由HMD所呈现的场景内的位置被动态地调整。例如，场景呈现在HMD的两个或更多个电子显示元件(例如，屏幕)上。使用变焦系统(例如，机械地改变在光学块(opticsblock)中的透镜系统和电子显示元件之间的距离的元件、改变光学块中的透镜系统中的一个或更多个透镜的形状的元件，等等)基于在用户正在看的场景中的位置或对象来调整将来自电子显示元件的图像光引导到用户的眼睛的光学块的焦距。

在一个实施例中，头戴式显示器(HMD)(对于用户的每只眼睛)包括位于距HMD的光学块第一光学距离处的第一电子显示器和位于距光学块第二光学距离处的第二电子显示器。每个电子显示器被配置为向戴着HMD的用户显示虚拟场景的不同虚拟平面。在一个实施例中，在虚拟场景中的对象被映射到由内容创建者提供的场景几何结构或深度信息，并且每个电子显示器基于它们的场景几何结构来被映射到对象的不同子集。例如，显示位于第一光学距离处的第一虚拟显示平面的第一电子显示器显示在虚拟场景内的被映射到在第一光学距离处的第一虚拟显示平面处或附近的场景几何结构的对象。因此，每个随后的电子显示器基于虚拟显示平面的位置和场景几何结构来显示不同的对象。因此，来自每个虚拟显示平面的虚拟场景内容被组合用于由观看用户观看。因此，电子显示器中的至少一个至少是半透明的，以允许虚拟场景的图像光被组合以用于由戴着HMD的用户观看。

在可选的实施例中，头戴式显示器(HMD)(对于用户的每只眼睛)包括顺序地显示每个虚拟显示平面的单个电子显示器。如上所述，虚拟场景中的对象被映射到虚拟场景的场景几何结构，并且两个或更多个虚拟平面中的每一个基于场景几何结构显示对象的不同子集，但是如前所述是顺序地而不是同时地显示。

此外，HMD基于在用户观看的由虚拟现实耳机呈现的虚拟场景内的位置来自动调整它的焦点。虚拟场景呈现在一个或更多个电子显示器上，以及使用变焦元件(例如，机械地改变在光学块中的透镜系统和电子显示元件之间的距离的元件、改变光学块中的透镜系统中的一个或更多个透镜的形状的元件等)基于用户正在看的虚拟场景中的位置或对象来调整将来自电子显示器的图像光引导到用户的眼睛的光学块的焦距。例如，HMD跟踪用户的眼睛以近似凝视线，并将包括辐辏深度的凝视点确定为凝视线的所估计的交叉点。凝视点识别由HMD呈现给用户的虚拟场景的特定帧的对象或焦平面。