[发明专利]头戴式显示系统的位置跟踪系统

说明书

用于跟踪头戴式显示器(HMD)系统部件的位置的系统和方法。HMD部件可以承载能够检测从光源发射的光的角度的多个角度敏感检测器。HMD部件可以包括一个或多个散射检测器，其检测光是否已经被散射或反射，因此可以忽略这种光。控制电路使光源根据指定的模式发光，并从多个角度敏感检测器接收传感器数据。处理器可以例如使用机器学习或其它技术处理传感器数据和散射检测器数据，以跟踪HMD部件的位置。角度敏感检测器可以包括具有随位置变化的偏振模式的空间变化偏振器和一个或多个偏振器层，它们一起用于检测入射光的角度。

技术领域

本公开大体上涉及针对对象(例如头戴式显示系统和与头戴式显示系统相关联的控制器)的位置跟踪。

背景技术

当前一代虚拟现实(“VR”)或增强现实(“AR”)体验是使用头戴式显示器(“HMD”)创建的，所述头戴式显示器可连接到固定计算机(例如个人计算机(“PC”)、膝上型计算机或游戏控制台)，与智能电话和/或关联的显示器组合和/或集成，或自包含。通常，HMD是佩戴在用户头部上的显示设备，其在一只眼睛(单目HMD)或每只眼睛(双目HMD)的前面具有小显示设备。显示单元通常是小型化的，可以例如包括CRT、LCD、硅基液晶(LCos)或OLED技术。双目HMD具有向每只眼睛显示不同图像的潜力。这种能力被用于显示透视图像。

随着智能电话、高清晰度电视以及其它电子设备的发展，对具有增强性能的显示器的需求增加。虚拟现实和增强现实系统，特别是使用HMD的那些系统的日益普及，已经进一步增加了这种需求。虚拟现实系统通常完全包围佩戴者的眼睛，并用“虚拟”现实代替佩戴者前方的实际或物理视图(或实际现实)，而增强现实系统通常在佩戴者眼睛前方提供一个屏幕或多屏幕的半透明或透明覆盖，使得用附加信息增强实际视图，并且介导现实系统可以类似地将真实世界元素与虚拟元素相结合地将信息呈现给观看者。在许多虚拟现实和增强现实系统中，可以通过各种方式来跟踪这种头戴式显示器的佩戴者的运动，例如通过头戴式显示器中的传感器、控制器或外部传感器，以便使得能够显示图像来反映用户的运动并允许环境交互。

位置跟踪允许HMD系统估计一个或多个部件相对于彼此和周围环境的位置。位置跟踪可以利用硬件和软件的组合来实现对HMD系统的部件的绝对位置的检测。位置跟踪是AR或VR系统的重要技术，使得能够以六个自由度(6DOF)来跟踪HMD(和/或控制器或其它外围设备)的运动。

位置跟踪技术可以被用于改变用户的视角以反映不同的动作，例如跳跃或下蹲，并且可以允许在虚拟环境中准确表示用户的手和其他对象。位置跟踪还可以例如通过使用手势通过触摸移动虚拟对象来增加物理环境和虚拟环境之间的连接。位置跟踪改善了源于视差的用户对虚拟环境的3D感知，这有助于对距离的感知。而且，位置跟踪可以帮助最小化由眼睛所看到的内容和用户耳朵前庭系统所感觉到的内容的输入之间的断开引起的晕动病。

存在不同的位置跟踪方法。这些方法可以包括声跟踪、惯性跟踪、磁跟踪、光学跟踪、它们的组合等。

发明内容

角度敏感检测器可以概括为包括第一偏振器，用于接收和过滤来自光源的光；与第一偏振器光学对准的空间变化偏振器，空间变化偏振器包括被配置为通过入射光相对于角度敏感检测器的入射角来唯一地区分入射光的偏振模式；第二偏振器，其与空间变化偏振器光学对准，以接收和过滤从空间变化偏振器接收的光；以及光电检测器，其被定位成接收来自第二偏振器的光，光电检测器用于输出至少一个强度信号，强度信号指示入射光相对于角度敏感检测器的入射角。

空间变化偏振器可以包括液晶材料。空间变化偏振器可以包括多扭曲延迟器。空间变化偏振器能够被关闭，并且当空间变化偏振器被关闭时，空间变化偏振器能够停止改变入射光的偏振。空间变化偏振器可以包括相位延迟器。空间变化偏振器可以在第一端提供线性偏振，并且可以向与第二端相对的第二端逐渐增加延迟。空间变化偏振器可以在第二端提供四分之一波长延迟。第一偏振器和第二偏振器可以每个包括线性偏振片。第一偏振器和第二偏振器可以每个包括具有相同偏振方向的线性偏振片。