提供了眼睛跟踪头戴式显示器，其在一个方面中可将相同光学件用于眼睛跟踪和图像观看，其中光学件的所选部分被用于眼睛跟踪光学路径且显示光学件的所选部分被用于图像观看光学路径。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供了眼睛跟踪头戴式显示器，其在一个方面中可将相同光学件用于眼睛跟踪和图像观看，其中光学件的所选部分被用于眼睛跟踪光学路径且显示光学件的所选部分被用于图像观看光学路径。【专利说明】紧凑式眼睛跟踪头戴式显示器相关申请 在此要求2012年I月24日提交的美国临时申请号61/632,441的优先权的权益且要求2012年4月25日提交的美国临时申请号61/687，607的优先权的权益，并要求2012年9月11日提交的美国临时申请号61/699，493的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用并入本文。政府许可权限 本专利技术是根据由国家科学基金会授予的合同号IIS 1115489而在政府的支持下完成的。政府在本专利技术中具有某些权限。
本专利技术一般地涉及眼睛跟踪头戴式显示器，并且更具体地但非排它地涉及可将相同的光学件用于眼睛跟踪和图像观看的眼睛跟踪头戴式显示器，其中光学件的所选部分被用于眼睛跟踪光学路径且显示光学件的所选部分被用于图像观看光学路径。
技术介绍
头戴式显示器(HMD)技术已被应用到大范围的科学和工程领域。应用的示例包括飞行模拟、科学可视化、医学、工程设计、教育和培训、可佩戴计算以及娱乐系统。在增强现实领域中，HMD是用于将虚拟视图与物理场景合并的使能技术中的一个，例如，其可使得医生能够看到被叠加到病人的解剖体(诸如腹部)上的病人的解剖结构或CT图像的3D描绘(rendering)。在可佩戴计算领域中，HMD创建移动显示器解决方案,其提供比诸如智能电话和PDA之类的其它通用移动平台更有吸引力得多的图像质量和屏幕尺寸。在可预见的未来，此移动显示器可看起来像一副太阳镜一样精致，并且可变成许多人的日常活动的主要部分以取回信息并立即与人联系。 与HMD技术并行，已开发了各种眼睛跟踪技术并将其应用于几个学科，包括视力研究、人计算机接口、远程操作环境、以及视觉通信。已经很好地认识到并研究了用于多模式人计算机接口的眼睛跟踪的益处和数据压缩的技术性益处。例如，已经提出了多分辨率注视跟随显示和图像处理方案以有效地节省通信中的数据传输带宽，并使用有凹的(foveated)细节层次管理方法来改善3D场景的绘制速度，并实现宽FOV高分辨率显示和成像系统。 已在各种水平探索了创建集成眼睛跟踪HMD (ET-HMD)系统的概念。ET-HMD能够如典型HMD所做的一样显示单眼或立体虚拟图像，同时另外跟踪用户的注视方向。完全集成ET-HMD提供多重益处，不仅对基础科学研究，而且对新兴的此技术的应用。例如，许多研究努力都关心人用户如何感知和组织空间信息，与此信息相交互，并在3D虚拟空间内进行导航。HMD中的眼睛跟踪能力为科学家添加非常有价值的工具和客观度量以定量地评定与3D环境的用户交互，并针对各种特定任务研究各种3D可视化技术的有效性，所述特定任务包括培训、教育以及增强认知任务。从技术观点出发，可以利用与HMD系统集成的眼睛跟踪能力来改善立体显示器中的尺寸和深度感知准确度。眼睛跟踪能力可帮助通过视网膜中央凹随动显示方案来创建对FOV分辨率权衡的解决方案并通过使用变焦平面显示方法来创建对调节一会聚(accomodat1n-convergence)矛盾的解决方案。从应用观点来说,ET-HMD为具有本体感受障碍的人提供新型交互式接口的唯一机会，其中可以使用眼睛注视而不是手或脚作为交互和通信的方法。 尽管独立HMD和眼睛跟踪技术的显著进步和商业可用性，但是在创建紧凑式、便携式、准确且稳健的系统方面将这两个独立技术整合强加(impose) 了显著的挑战。虽然进行了几次开创性努力以开发ET-HMD技术并以系统化方法来优化这两个技术，但现有技术解决方案中没有一个提供了符合眼镜样式显示器的形状因数的确实便携、轻质且稳健的系统。针对许多有需求的应用，轻质和紧凑是关键的。例如，为了支持肌萎缩性侧索硬化(ALS)病人通信，集成系统必须是轻质的，使得病人能够用其明显削弱的肌肉和非常有限的移动性来承载重量。 在过去的几十年中，已将许多不同的光学设计方法应用于HMD设计以改善系统性能。这些方法包括应用反折射技术，引入诸如非球面表面之类的新元件，使用全息和衍射光学部件，探索诸如使用投影光学件之类的新设计原理以替换常规HMD设计中的目镜或显微镜式透镜系统，并引入倾斜且偏心或者甚至自由形式表面。这些光学设计方法中没有几个能够创建非侵入式且能够被认为是眼镜样式近眼显示器的宽视野、紧凑且轻质的HMD。将眼镜跟踪能力整合到这些技术是非常有挑战性的，并且增加了显著的重量、体积以及复杂性。 向HMD增加眼睛跟踪能力早在由CAE公司的高分辨率嵌入式显示器时就开始了。此开创性工作并非意图用于移动紧凑式ET-HMD系统。并且，其它的使用机械驱动设备来在工作台原型立体显示器中移动高分辨率嵌入件。ISCAN公司进行工作以将ISCAN眼睛跟踪器整合到来自虚拟研究公司(Virtual Research Corporat1n)的V8-HMD中以研究基于软件的视网膜中央凹随动显示方案。整合商售HMD和眼睛跟踪器的这种方法被称为功能整合法，其中在稍后的利用阶段将两个单独仪器集合在一起。虽然功能整合法具有是具有低开发成本的简单解决方案的优点，但其一般地并不利用低级优化，并且缺乏紧凑、准确以及稳健的属性。 与功能整合法相反，其中设想该系统并从基本设计角度出发作为一个单一仪器而进行优化的系统化方法在创建完全整合的ET-HMD仪器方面具有许多优点。该系统化方法的明显益处包括探索用于显示器和眼睛跟踪器单元两者的设计约束和要求、设想新的解决方案以及优化用于紧凑且稳健的系统的设计的能力。已进行了开创性努力以探索与低级优化的完全整合的可能性。在这些较早的努力之后，Hua和Rolland合作地追求完全整合设计方法，开发了用于ET-HMD系统的稳健的眼睛跟踪方法和算法，并基于头戴式投影显示器的概念设计了光学透视ET-HMD光学系统。图1不出了 ET-HMD光学系统的一阶布局，其中，用理想透镜模块来简化该光学系统以强调概念和比例。(Curatu，C.，Hong Hua以及 J.P.Rolland 在 Proceedings of the SPIE Internat1nal Society for OpticalEngineering, Vol.5875, San Diego, USA August 2005 中的“Project1n-basedhead-mounted display with eye-tracking capabilities，，.Curatu, C., J.P.Rolland 以及Hong Hua在Proceedings of Internat1nal Optical Design Conference, Vancouver,Canada, June 2006 中的 “Dual purpose lens for an eye -tracked project1nhead-mounted display”。)。该设计采取完全整合法并将用于显示和眼睛跟踪子系统的大多数光学路径组合。相同的投影光学件被共享以用于显示和眼睛成像功能两者。然而，此本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种眼睛跟踪头戴式显示器，包括：微型显示器，用于生成将被用户观看的图像，该微型显示器具有显示光学路径和与之相关联的出射光瞳；位于微型显示器处的第一平面和位于出射光瞳处的第二平面；图像传感器，被配置成从第二平面接收被从用户的眼睛反射的反射光学辐射，该图像传感器具有与之相关联的传感器光学路径；以及显示光学件，设置成沿着显示光学路径与微型显示器进行光学通信且沿着传感器光学路径与图像传感器进行光学通信，该显示光学件具有最接近于微型显示器和图像传感器的所选表面，显示光学件相对于微型显示器和图像传感器定位，使得显示器和图像传感器光学路径撞击在所选表面的不同相应部分上。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：高春煜，华宏，
申请(专利权)人：亚利桑那大学评议会，增强视觉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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