CN107407807A - 虚拟现实头戴设备中的可压缩眼杯组件 - Google Patents

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Abstract

一种虚拟现实(VR)头戴设备，包括：电子显示元件、光学块和调节机构。电子显示元件输出图像光。光学块包括分别与透镜和附加透镜耦合的锥体和附加锥体。图像光分别经由锥体和附加锥体被引导到透镜和附加透镜。每个锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节从锥体的基部到锥体的顶部的距离，可经由压缩、拉长或两者来调节。调节机构可接收来自用户的输入并且被配置为调节一个或多个锥体和附加锥体之间的距离。

Description

虚拟现实头戴设备中的可压缩眼杯组件
技术领域
本公开总体涉及虚拟现实头戴设备，并且具体涉及虚拟现实头戴设备中的可伸展眼杯组件。
背景技术
虚拟现实(VR)头戴设备包括眼杯组件，其将光从电子显示器传递到用户的眼睛。在佩戴VR头戴设备时，从眼杯组件的一部分到用户的眼睛的距离通常会影响用户的舒适度，并且还可能影响用户通过VR头戴设备显示的内容的视野。传统的VR头戴设备包括具有不同尺寸的多个刚性眼杯组件以容纳多个用户。
当安装在VR头戴设备中时，刚性眼杯组件的尺寸在安装在VR头戴设备中时，导致从用户的眼睛到安装的刚性眼杯的一部分(例如，刚性眼杯组件的后部)的不同的固定距离，其影响用户的舒适度或视野。为了使用VR头戴设备，用户选择刚性眼杯组件的尺寸，导致VR头戴设备的舒适佩戴和所需的视野。例如，戴眼镜的用户可能会选择这样的眼杯组件，使得该眼杯组件的一部分与用户的眼睛之间的距离大于不戴眼镜的不同用户，以便在使用VR头戴设备时舒适地容纳用户的眼镜。但是，生产用于VR头戴设备的各种刚性眼杯组件可增加VR头戴设备的生产成本。
发明内容
虚拟现实(VR)头戴设备包括电子显示元件和具有两个眼杯组件的光学块。每个眼杯组件包括透镜和锥体或其它结构，耦合到透镜并且耦合到VR头戴设备的刚体的安装表面。锥体包括不透明材料(例如，对可见光波长不透明的材料)，该材料能变形以调节(例如，增加或减少)锥体的顶部与锥体的基部之间的距离。在一些实施例中，经由包括在VR头戴设备中的调节机构来调节锥体的顶部与锥体的基部之间的距离。调节锥体顶部和底部位置之间的距离允许用户调节每个眼杯组件中的镜片的外表面与用户眼睛之间的间距，以舒适地使用VR头戴设备。在一些实施例中，调节机构还允许用户调节每个眼杯组件之间的中心间隔距离，使得中心间隔距离对应于用户的瞳孔间距离(即，每个用户的眼睛的瞳孔中心之间的距离)。调节中心间隔距离允许用户将VR头戴设备的出射瞳孔的位置与用户眼睛的位置对齐。这些调节允许具有不同特征(例如，不同的瞳孔间距、不戴眼镜、戴眼镜等)的不同用户使用单个VR头戴设备。
在一些实施例中，眼杯组件包括一个或多个压缩调节器。压缩调节器调节眼杯组件内的锥体的顶部上的点与锥体的底部上的点之间的距离。例如，压缩调节器是机械设备、电气设备或其组合。在一些实施例中，压缩调节器是被配置为响应于向弹簧施加电流而压缩的弹簧。
根据本发明的实施例在所附权利要求中具体公开，涉及一种方法、存储介质、系统和计算机程序产品，其中，在一个权利要求类别中提到的任何特征，例如，方法，可在另一个权利要求类别中被请求保护，例如系统也是。所附权利要求中的从属权利要求或回引仅出于形式原因被选择。但是，也可对故意回引任何先前的权利要求(具体而言是多个从属权利要求)产生的任何主题请求保护，因此公开了权利要求及其特征的任何组合，并且可对其请求保护而不管所附权利要求中选择的从属权利要求。可请求保护的主题不仅包括在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且包括权利要求中的特征的任何其他组合，其中权利要求中提及的每个特征可与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合合并。此外，本文描述或描绘的任何实施例和特征可在单独的权利要求中被请求保护和/或以与本文所描述或描绘的任何实施例或特征或者所附权利要求的任何特征的任何组合被请求保护。
在根据本发明的实施例中，虚拟现实(VR)头戴设备包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，各自被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜和附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离或所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
在根据本发明的实施例中，所述VR头戴设备进一步可包括：
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和所述基部，所述压缩调节器被配置为响应于从所述调节机构接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
所述压缩调节器可以是被配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
所述锥体可包括热塑性聚氨酯。
在根据本发明的实施例中，所述VR头戴设备进一步可包括：
耦合到基部的导轨和耦合到所述附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于接收中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
所述不透明材料对于可见光的波长是不透明。
在根据本发明的实施例中，虚拟现实(VR)头戴设备包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离。
所述光学块进一步包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
在根据本发明的实施例中，所述VR头戴设备进一步可包括：
耦合到基部的导轨和耦合到附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
在根据本发明的实施例中，所述VR头戴设备进一步可包括：
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，并且被配置为响应于从所述调节机构接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
所述压缩调节器可以是被配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
所述锥体可包括热塑性聚氨酯。
所述不透明材料对于可见光的波长可以是不透明的。
在根据本发明的实施例中，虚拟现实(VR)头戴设备包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离；以及
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，并且被配置为响应于接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
所述压缩调节器可以是被配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
可响应于接收的输入由所述弹簧接收所述电流。
所述光学块进一步可包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
在本发明的实施例中，VR头戴设备进一步包括：
耦合到基部的导轨和耦合到附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
所述锥体可包括热塑性聚氨酯。
所述不透明材料对于可见光的波长可以是不透明的。
附图说明
图1是根据实施例的包括虚拟现实(VR)系统的系统环境的框图。
图2A是根据实施例的虚拟现实头戴设备的线图。
图2B是根据实施例的图2A中的VR头戴设备的前刚体的横截面。
图3是根据实施例的图2A中显示的VR头戴设备的前刚体的本发明的线图。
图4是根据实施例的耦合到图3中显示的前刚体的安装表面的两个眼杯组件的实施例的线图。
图5A是根据实施例的完全伸展状态下的眼杯组件的横截面。
图5B是根据实施例的完全压缩状态的眼杯组件的横截面。
附图仅出于说明的目的描绘了本公开的实施例。本领域技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不脱离本文所述的公开内容的原理或好处的情况下，可采用本文所示的结构和方法的替代实施例。
具体实施方式
系统概述
图1是虚拟现实(VR)系统环境100的框图，其中VR控制台110运行。图1所示的系统环境100包括VR头戴设备105、成像设备135和VR输入接口140，每个都耦合到VR控制台110。虽然图1示出了包括一个VR头戴设备105、一个成像设备135和一个VR输入接口140的实例系统环境100，但是在其它实施例中，可在系统环境100中包括任何数量的这些组件。例如，可存在多个VR头戴设备105，每个具有相关联的VR输入接口140并由一个或多个成像设备135监视的，每个VR头戴设备105、VR输入接口140和成像设备135与VR控制台110通信。在替代配置中，不同的和/或附加组件可包括在系统环境100中。
VR头戴设备105是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由VR头戴设备呈现的媒体的实例包括一个或多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴设备)呈现音频，所述外部设备从VR头戴设备105、VR控制台110或两者接收音频信息，并且基于音频信息呈现音频数据。VR头戴设备105的实施例在下面结合图2A和2B进一步描述。VR头戴设备105可包括一个或多个刚体，其可刚性地或非刚性地彼此耦合在一起。刚体之间的刚性耦合使得耦合的刚体成为单个刚体。相反，刚体之间的非刚性耦合允许刚体相对于彼此移动。
VR头戴设备105包括电子显示器115、光学块118、一个或多个定位器120、一个或多个位置传感器125和惯性测量单元(IMU)130。电子显示器115根据从VR控制台110接收的数据向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器115可包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用户的每个眼睛的显示器)。电子显示器115的实例包括：液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)、一些其它显示器或其某种组合。
光学块118放大接收的光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正的图像光呈现给VR头戴设备105的用户。在各种实施例中，光学块118包括一个或多个光学元件。包括在光学块118中的实例光学元件包括：光圈、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或影响图像光的任何其它合适的光学元件。此外，光学块118可包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，光学组件118中的一个或多个光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。
通过光学块118放大图像光允许电子显示器115物理上更小，重量更少，并且消耗的功率小于较大的显示器。另外，放大可增加由电子显示器115呈现的内容的视野。例如，所显示的内容的视野使得在某些情况下使用几乎全部用户视野(例如，110度对角线)呈现所显示的内容。
另外，在一些实施例中，可通过添加或移除光学元件来调节放大量。
光学块118可被设计为校正一种或多种类型的光学误差。光学误差的实例包括：二维光学误差、三维光学误差或其一些组合。二维误差是发生在二维上的光学像差。二维类型的误差实例包括：桶形失真、枕形失真、纵向色差、横向色差或任何其他类型的二维光学误差。三维误差是三维发生的光学误差。三维类型的误差实例包括球面像差、彗形像差、场曲率、像散或任何其它类型的三维光学误差。在一些实施例中，提供给用于显示的电子显示器115的内容是预失真的，并且当光学块118从基于内容生成的电子显示器115接收图像光时，光学块118校正失真。
光学块118包括用于每只眼睛的眼杯组件。每个眼杯组件包括透镜，并且被配置为从电子显示器115接收图像光并将图像光引导到透镜，该透镜将图像光引导到佩戴VR头戴设备105的用户的对应眼睛。在一些实施例中，一个或多个眼杯组件是能变形的，因此，眼杯组件可被压缩或拉伸，以分别增加或减小用户的眼睛和眼杯组件的一部分之间的空间，如下面结合图3-5B所描述的。
在一些实施例中，光学块118包括调节机构，其是允许用户相对于用户的眼睛调节眼杯组件中的一个或两个的位置的机械或电气设备。在一些实施例中，调节机构调节每个眼杯组件的外表面与用户的眼睛之间的间隔，使得用户能够更舒适地使用VR头戴设备105。例如，与戴眼镜的用户相比，不戴眼镜的用户经由调节机构将眼杯组件放置在更靠近他们的眼睛的地方。另外，在一些实施例中，调节机构使得用户能够调节每个眼杯组件之间的中心间隔距离，以对应于用户的瞳孔间距离(即，用户的每个眼睛的瞳孔的中心之间的距离)。通过调节中心间隔距离，用户能够将VR头戴设备105的出射光瞳的位置与用户眼睛的位置对准。因此，调节机构允许单个VR头戴设备105由具有不同瞳孔间距离的不同用户使用，不戴眼镜的用户、戴眼镜的用户或具有任何其他合适特征的用户。
定位器120是位于VR头戴设备105上相对于彼此并相对于VR头戴设备105上的特定参考点的特定位置的对象。定位器120可以是发光二极管(LED)、角立方体反射器、反射标记、与VR头戴设备105操作的环境形成对比的一种光源或其一些组合。在定位器120是有源的(即，LED或其他类型的发光设备)的实施例中，定位器120可发射可见光带(～380nm至750nm)、红外(IR)光带(～750nm至1mm)、紫外光带(10nm至380nm)、电磁光谱的一些其它部分或其组合的光。
在一些实施例中，定位器120位于VR头戴设备105的外表面下方，其对于由定位器120发射或反射的光的波长是透明的，或者足够细到不能大量衰减由定位器120发射或反射的光的波长。另外，在一些实施例中，VR头戴设备105的外表面或其它部分在可见光波长范围内是不透明的。因此，定位器120可在在IR光带中透明在可见光带中不透明的外部表面之下发射IR光带的光。
IMU 130是一种电子设备，基于从一个或多个位置传感器125接收的测量信号，生成指示VR头戴设备105相对于VR头戴设备105的初始位置的估计位置的快校准数据。位置传感器125响应于VR头戴设备105的运动而产生一个或多个测量信号。位置传感器125的实例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU 130的误差校正的传感器类型或其一些组合。位置传感器125可位于IMU 130的外部、IMU 130的内部或其某些组合。
基于由一个或多个位置传感器125产生的一个或多个测量信号，IMU130产生指示VR头戴设备105相对于VR头戴设备105的初始位置的估计位置的快校准数据。例如，位置传感器125包括用于测量平移运动(前进/后退、上/下、左/右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、滚动)的多个陀螺仪。在某些实施例中，IMU 130从各种位置传感器125快速采样测量信号，并根据采样数据计算VR头戴设备105的估计位置。例如，IMU 130对随时间推移从一个或多个加速度计接收的测量信号进行积分，以估计速度矢量并随时间积分速度矢量以确定VR头戴设备105上参考点的估计位置。可替代地，IMU 130将采样的测量信号提供给VR控制台110，其确定快校准数据。参考点是可用于描述VR头戴设备105的位置的点。虽然参考点通常可被定义为空间点；但是，在实践中，参考点被定义为VR头戴设备105内的点(例如，IMU 130的中心)。
IMU 130从VR控制台110接收一个或多个校准参数。如下面进一步讨论的，使用一个或多个校准参数来维持VR头戴设备105的跟踪。基于所接收的校准参数，IMU 130可调节一个或多个IMU参数(例如采样率)。在一些实施例中，某些校准参数导致IMU 130更新参考点的初始位置，使其对应于参考点的下一校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置有助于减少与所确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差)导致参考点的估计位置随着时间推移从参考点的实际位置“漂移”离开。
成像设备135根据从VR控制台110接收的校准参数产生慢校准数据。慢校准数据包括显示可由成像设备135检测的定位器120的观察位置的一个或多个图像。成像设备135可包括一个或多个相机、一个或多个摄像机、能够捕获包括一个或多个定位器120的任何其他设备或其某些组合。另外，成像设备135可包括一个或多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。成像设备135被配置为检测在成像设备135的视野中从定位器120发射或反射的光。在定位器120包括无源元件(例如，后向反射器)的实施例中，成像设备135可包括照明部分或全部定位器120的光源，其将成像设备135中的光反射回光源。慢校准数据从成像设备135传送到VR控制台110，并且成像设备135接收来自VR控制台110的一个或多个校准参数来调节一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
VR输入接口140是允许用户向VR控制台110发送动作请求的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可开始或结束应用或者在应用程序内执行特定的动作。VR输入接口140可包括一个或多个输入设备。实例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、操纵杆、磁轭或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到VR控制台110的任何其他合适的设备。由VR输入接口140接收的动作请求被传送到VR控制台110，VR控制台110执行与动作请求对应的动作。在一些实施例中，VR输入接口140可根据从VR控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，提供触觉反馈，或者VR控制台110将指令传送到VR输入接口140，使得当VR控制台110执行动作时，VR输入接口140产生触觉反馈。
VR控制台110根据从以下中的一个或多个接收的信息向VR头戴设备105提供内容以呈现给用户：成像设备135、VR头戴设备105和VR输入接口140。在图1所示的实例中，VR控制台110包括应用商店145、跟踪模块150和虚拟现实(VR)引擎155。VR控制台110的一些实施例具有与结合图1描述的不同的组件。类似地，下面进一步描述的功能可以以与这里所描述的不同的方式分布在VR控制台110的组件中。
应用商店145存储用于VR控制台110执行的一个或多个应用。应用是一组指令，当由处理器执行时，生成用于呈现给用户的内容。由应用产生的内容可响应经由VR头戴设备105或VR接口设备140的移动从用户接收的输入。应用的实例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
跟踪模块150使用一个或多个校准参数来校准系统环境100，并且可调节一个或多个校准参数以减少确定VR头戴设备105的位置的误差。例如，跟踪模块150调节成像设备135的焦点以便为VR头戴设备105上观察到的定位器获得更准确的位置。此外，由跟踪模块150执行的校准还考虑从IMU 130接收的信息。另外，如果VR头戴设备105的跟踪丢失(例如，成像设备135失去至少阈值数量的定位器120的视线)，跟踪模块140重新校准系统环境100中的一些或全部。
跟踪模块150使用来自成像设备135的慢校准信息跟踪VR头戴设备105的移动。例如，跟踪模块150使用观察的定位器120根据慢校准信息和VR头戴设备105的型号来确定VR头戴设备105的参考点的位置。跟踪模块150还使用来自快校准信息的位置信息来确定VR头戴设备105的参考点的位置。另外，在一些实施例中，跟踪模块150可使用快校准信息、慢校准信息或其某些组合的部分来预测头戴设备105的未来位置。跟踪模块150提供相对于VR引擎155的VR头戴设备105的估计或预测的未来位置。
VR引擎155执行系统环境100内的应用并且从跟踪模块150接收VR头戴设备105的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某些组合。基于所接收的信息，VR引擎155确定内容以提供给VR头戴设备105以呈现给用户。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则VR引擎155生成用于在虚拟环境中反映用户移动的VR头戴设备105的内容。另外，VR引擎155响应于从VR输入接口140接收到的动作请求，在执行于VR控制台110的应用内执行动作，并向用户提供该动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由VR头戴设备105的视觉或听觉反馈或经由VR输入接口140的触觉反馈。
图2A是根据实施例的虚拟现实(VR)头戴设备200的线图。VR头戴设备200是VR头戴设备105的实施例，并且包括前刚体205和带210。前刚体205包括电子显示器115(未示出)的一个或多个电子显示元件、IMU 130、一个或多个位置传感器125和定位器120。如图2A所示，位置传感器125位于IMU 130内，并且IMU 130和位置传感器125都对用户不可见。
定位器120相对于彼此并且相对于参考点215位于前刚体205上的固定位置。如图2A所示，参考点215位于IMU 130的中心。每个定位器120发射可由成像设备135检测的光。定位器120或多个定位器120的部分位于图2A的实例中的前刚体205的前侧220A、顶侧220B、底侧220C、右侧220D和左侧220E。
图2B是图2A所示的VR头戴设备200的实施例的前刚体205的横截面225。如图2B所示，前刚体205包括向出射光瞳250提供改变的图像光的光学块230。出射光瞳250是使用VR头戴设备200时用户眼睛245定位的位置。出于说明的目的，图2B示出了与单个眼睛245相关联的横截面225，但是与光学块230分离的另一个光学块向用户的另一个眼睛提供改变的图像光。
光学块230包括电子显示器115的电子显示元件235和光学块118。电子显示元件235朝向光学块118发射图像光。在一些实施例中，光学块118经由一个或多个光学元件或其他组件修正的一个或多个光学误差(例如，失真、像散等)。光学块118经由眼杯组件将校正的图像光引导到出射光瞳250，以呈现给用户。在一些实施例中，用于校正包括在眼杯组件中的一个或多个光学误差的光学元件。
图3是图2A所示的VR头戴设备200的前刚体205的实施例的线图。2A。前刚体205包括眼杯组件310和315，其分别耦合到安装表面340上的安装位置320和330。如下面结合图4讨论的，眼杯组件310，315的部分可被压缩、拉伸或以其它方式变形，以调节用户的眼睛和眼杯组件310，315的外表面370之间的间隔。在一些实施例中，调节机构350修改一个或多个眼杯组件310，315以调节用户的眼睛和一个或多个眼杯组件310，315的外表面370之间的间隔。可替代地，用户可通过手动压缩或拉伸眼杯组件310，315来手动地调节用户的眼睛和一个或多个眼杯组件的外表面370之间的间隔。另外，在一些实施例中，眼杯组件310，315与安装表面340的耦合允许调节眼杯组件310，315的中心线之间的中心间隔360。这允许用户调节中心间隔360以对应于用户的瞳孔间距离(即，用户的每只眼睛的瞳孔中心之间的距离)。
图4是耦合到图3所示的前刚体205的安装表面340的两个眼杯组件310，315的实施例的线图。如图4所示，眼杯组件310，315耦合到安装表面340，以允许调节眼杯组件310，315之间的中心间隔360。在图4的实例中，安装表面340包括耦合到眼杯组件310，315并且耦合到调节机构350的导轨410。在一些实施例中，导轨410被螺纹连接并与眼杯组件310，315中的一个或两个上的对应螺纹接合。例如，当一个或两个导轨410沿着一个方向旋转时，眼杯组件310，315向着彼此移动，而当一个或两个导轨410沿着相反方向旋转时，眼杯组件310，315彼此远离彼此移动。
每个眼杯组件310，315包括锥体420、透镜组件430和一个或多个压缩调节器440。眼杯组件310，315的透镜组件430包括一个或多个光学元件，并且被配置为将图像光的部分引导到对应于VR头戴设备200的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳250。在一些实施例中，透镜组件430还被配置为校正一种或多种类型的光学误差和/或放大图像光。
锥体420包括顶部450和基部460。顶部450耦合到透镜组件430并且被配置为保持透镜组件430。锥体420被配置为通过基部460接收图像光并将图像光引向透镜组件430。在各种实施例中，锥体420由对可见光不透明并且是能变形的材料构成，因此顶部450与基部460之间的变形距离470可能会改变。例如，锥体420由热塑性聚氨酯制成。在一些实施例中，用户可手动压缩或拉伸锥体420以改变变形距离470，并且锥体420维持变形状态。在其他实施例中，变形距离470可使用调节机构350或其他合适的机构来调节。
锥体420占据与其顶部450与其基部460之间的不同距离相对应的各种位置状态。实例位置状态包括完全伸展状态、部分压缩状态和完全压缩状态。完全伸展状态是其中顶部450和底部460之间的距离具有最大值的锥体420的状态。完全压缩状态是其中顶部450和底部460之间的距离具有最小值的锥体420的状态。部分压缩状态是其中顶部450和底部460之间的距离具有低于最大值但大于最小值的值的锥体420的状态。例如，图5A是处于完全伸展状态510的眼杯组件500的实施例的横截面。图5B是处于完全压缩状态520的眼杯组件500的实施例的横截面。
回到图4，压缩调节器440调节锥体420的顶部450上的点与锥体520的底部460上的点之间的特定锥体420的距离。每个锥体420包括至少一个压缩调节器440。在图4所示的实施例中，每个锥体420包括三个压缩调节器440。压缩调节器440可以是机械设备、电气设备或其一些组合。
在一些实施例中，压缩调节器440是可电耦合到调节机构350的弹簧或另一合适的设备。弹簧由导电材料组成，其中向弹簧施加电流使弹簧压缩。当没有向弹簧提供电流时，弹簧不会压缩。在各种实施例中，施加电流时弹簧压缩的量与施加到弹簧的电流量正相关。施加电流时弹簧的压缩发生是因为弹簧的线圈具有沿相同方向流动的电流，这产生一个磁场，导致弹簧的每个环被彼此吸引。
调节机构350可以是能够使眼杯组件310，315中的一个和/或两个变形的机械和/或电气调节设备。眼杯组件310，315的变形改变了眼杯组件310，315的锥体420的顶部450与眼杯组件310，315的锥体420的底部460之间的变形距离470。调节机构350机械地和/或电耦合到一个或多个压缩调节器440。响应于从用户接收输入，调节设备350使一个或多个压缩调节器440压缩或延伸。
另外，在一些实施例中，调节机构350可使得眼杯组件310，315中的一个或两个沿着导轨410移动。例如，调节机构350可干扰导轨410(电和/或机械地)，使得用户经由调节机构350的调节修改中心间隔距离360。在替代实施例中，使用不同的调节机构来调节眼杯组件310，315的中心间隔距离360。
安装表面345还可包括用于确定眼杯组件310，315的位置信息的一个或多个检测器495。例如，在校准期间，检测器495确定导轨410的不同位置并且导轨410的位置被映射到眼杯组件310，315的相应位置。因此，VR头戴设备105使用从检测器495确定的导轨410的位置来确定眼杯组件310，315的位置。
总结
已经出于说明的目的呈现了本公开的实施例的前述描述；它不是穷举的，也不是将本公开限制为所公开的精确形式。本领域的技术人员可理解，鉴于上述公开内容，许多修改和变化是可能的。
本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教学目的而选择的，并且它可能没有被选择来描绘或限定本发明的主题。因此，意图是本公开的范围不受该详细描述的限制，而是由基于此的应用发布的任何权利要求。因此，所公开的实施例旨在说明但不限于在所附权利要求中阐述的本公开的范围。

Claims (30)

1.一种虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜和附加透镜，各自被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离或所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
2.根据权利要求1所述的VR头戴设备，进一步包括：
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，所述压缩调节器被配置为响应于从所述调节机构接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
3.根据权利要求2所述的VR头戴设备，其中，所述压缩调节器是被配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
4.根据权利要求1所述的VR头戴设备，其中，所述锥体包括热塑性聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的VR头戴设备，进一步包括：
耦合到基部的导轨和耦合到所述附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于接收中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
6.根据权利要求1所述的VR头戴设备，其中，所述不透明材料对于可见光的波长是不透明的。
7.一种虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离。
8.根据权利要求7所述的VR头戴设备，其中，所述光学块进一步包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
9.根据权利要求8所述的VR头戴设备，进一步包括：
耦合到基部的导轨和耦合到所述附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
10.根据权利要求7所述的VR头戴设备，进一步包括：
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，并且被配置为响应于从所述调节机构接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
11.根据权利要求10所述的VR头戴设备，其中，所述压缩调节器是被配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
12.根据权利要求7所述的VR头戴设备，其中，所述锥体包括热塑性聚氨酯。
13.根据权利要求7所述的VR头戴设备，其中，所述不透明材料对于可见光的波长是不透明的。
14.一种虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离；以及
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，并且被配置为响应于接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
15.根据权利要求14所述的VR头戴设备，其中，所述压缩调节器是配置为响应于接收电流而压缩的弹簧。
16.根据权利要求15所述的VR头戴设备，其中，响应于接收的输入，所述电流由所述弹簧接收。
17.根据权利要求14所述的VR头戴设备，其中，所述光学块进一步包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
18.根据权利要求14所述的VR头戴设备，进一步包括：
耦合到基部的导轨和耦合到所述附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
19.根据权利要求14所述的VR头戴设备，其中，所述锥体包括热塑性聚氨酯。
20.根据权利要求14所述的VR头戴设备，其中，所述不透明材料对于可见光的波长是不透明的。
21.一种虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离。
22.根据权利要求21所述的VR头戴设备，其中，所述光学块进一步包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
23.优选地根据权利要求21或22所述的虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜和附加透镜，各自被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；以及
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离或所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
24.优选地根据权利要求21或22所述的虚拟现实(VR)头戴设备，包括：
电子显示元件，被配置为输出图像光；
光学块，被配置为接收所述图像光，所述光学块包括：
透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的眼睛的位置的对应的出射光瞳；
锥体，包括基部和顶部，所述基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述顶部耦合到所述透镜，所述锥体被配置为通过所述基部接收图像光，并将所述图像光向所述透镜引导，并且所述锥体包括不透明材料，该材料能变形以调节所述顶部与所述基部之间的距离；
调节机构，被配置为基于接收的输入来调节所述锥体的顶部和基部之间的距离；以及
压缩调节器，耦合到所述锥体的顶部和基部，并且被配置为响应于接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
25.根据权利要求24所述的VR头戴设备，其中，所述光学块进一步包括：
附加透镜，被配置为将所述图像光的部分引导到对应于所述VR头戴设备的用户的另一只眼睛的位置的对应的出射光瞳；
附加锥体，包括附加基部和附加顶部，所述附加基部耦合到所述VR头戴设备的刚体的安装表面，并且所述附加顶部耦合到所述附加透镜，所述附加锥体被配置为通过所述附加基部接收图像光，并将所述图像光向所述附加透镜引导，所述附加锥体包括所述不透明材料，该材料能变形以调节所述附加顶部和所述附加基部之间的距离；并且
所述调节机构被进一步配置为基于接收的输入来调节所述附加锥体的附加顶部和附加基部之间的距离。
26.根据权利要求21至25中任一项所述的VR头戴设备，进一步包括：
耦合到基部的导轨和耦合到所述附加基部的附加导轨，其中，所述调节机构被配置为响应于中心间隔调节输入而调节所述基部的中心与所述附加基部的中心之间的中心间隔距离。
27.根据权利要求21至26中任一项所述的VR头戴设备，进一步包括：
压缩调节器，耦合到所述椎体的顶部和基部，并且被配置为响应于从所述调节机构接收的输入而减小所述顶部与所述基部之间的距离。
28.根据权利要求21至29中任一项所述的VR头戴设备，其中，所述压缩调节器是被配置成响应于接收电流而压缩的弹簧。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的VR头戴设备，其中，所述锥体包括热塑性聚氨酯。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的VR头戴设备，其中，所述不透明材料对于可见光的波长是不透明的。
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