CN109922707B - 用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法，所述眼睛参数与待提供给所述使用者的眼科透镜的屈光参数有关，所述方法包括：‑显示装置提供步骤，在该步骤过程中，向所述使用者提供双目显示装置，‑图像显示步骤，在该步骤过程中，当所述使用者使用所述显示装置时向所述使用者显示图像，‑显示参数修改步骤，在该步骤过程中，修改所述显示装置的至少一个参数以修改所感知图像的虚拟显示距离，其中，重复所述显示参数修改步骤直至所述使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳，以及‑眼睛参数确定步骤，在该步骤过程中，基于所述显示装置的参数来确定眼睛参数。

Description

用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法，所述眼睛参数可以与使用者的瞳孔间距有关。
背景技术
通常，想具有光学设备的人会去看眼睛护理从业者。
眼睛护理从业者通过向光学实验室发送订购请求来在所述光学实验室订购眼镜设备。订购请求可以包括配戴者数据，例如，配戴者的处方、配适数据、眼镜架数据(例如，配戴者已选择的眼镜架的类型)、以及透镜数据(例如，配戴者已选择的光学透镜的类型)。
确定配戴者的处方和配适数据可能需要进行复杂且耗时的测量。这样的测量通常需要复杂且昂贵的材料以及资质高的人来执行。
用于确定使用者的眼睛参数的常用方法通常被认为实施起来时间长且复杂。
例如，在没有第三方帮助的情况下想要确定他或她的瞳孔间距的人可以实施被称为镜像法的方法。
这个人需要具有毫米单位的尺子和镜子。为了提高测量准确度，这个人要处于光线充足的区域，以便他或她可以与尺子对齐并且看到尺子标记。为了获得良好的读数，这个人需要站在离镜子约20厘米处。具有观察问题的人可能需要调整该距离、或者可能需要使用他或她的眼科透镜，眼科透镜可能影响测量。
这个人要把尺子保持在她或他的眼睛的正上方、笔直跨越他或她的眉毛。
这个人应保持她或他的头部挺直以确保正确的测量。
这个人通过闭上一只眼睛来更容易地一次测量另一只眼睛。例如，这个人开始时可以闭上他或她的右眼、并且将零毫米标记保持在他或她左眼瞳孔的正中心的正上方。
如果没有将零标记与左眼瞳孔的中心完美对齐，则可能改变整个测量。
根本不需要移动他或她的头部或尺子，这个人睁开他或她的右眼并且找到落在他或她的右眼瞳孔上的精确毫米标记。
为了确保读数准确，这个人需要笔直向前看镜子。
与他或她的右眼瞳孔的正中心对齐的毫米值对应于这个人的瞳孔间距。
为了确保准确确定瞳孔间距，这个人要重复测量至少三次或四次。
存在其他瞳孔间距确定方法，但通常实施起来很复杂或需要眼睛护理专业人员在场。
因此，需要一种不像现有技术方法那样复杂且冗长的用于确定人的眼睛参数的方法。
本发明的一个目的是提供这样的方法。
发明内容
为此，本发明提出了一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数、例如眼睛几何参数的方法，所述方法包括：
-显示装置提供步骤，在该步骤过程中，向所述使用者提供双目显示装置，所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛独立地显示图像，
-图像显示步骤，在该步骤过程中，当所述使用者使用所述显示装置时向所述使用者显示图像，
-显示参数修改步骤，在该步骤过程中，修改所述显示装置的至少一个参数以修改所感知图像的品质，
其中，重复所述显示参数修改步骤直至所述使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳，以及
-眼睛参数确定步骤，在该步骤过程中，基于所述显示装置的参数来确定眼睛参数。
有利的是，本发明的方法允许使用者使用简单且有趣的方法来确定他或她的眼睛参数。使用者可以进一步基于所确定的眼睛参数来配置显示装置或订购光学设备。
另外，本发明的方法使得能够在更友好或生态的情形下进行测试。
根据可以单独考虑或组合考虑的进一步实施例：
-所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛显示具有独立特征和共同特征的图像；和/或
-所感知图像的主观品质与所感知图像的主观畸变有关；和/或
-所述显示装置包括右透镜和左透镜，所述使用者透过所述透镜看到分别向所述右眼和左眼显示的图像，并且在所述显示图像步骤之前，所述方法包括图像处理步骤，在该步骤过程中，处理待显示的图像以补偿所述透镜引起的光学畸变，所述使用者透过所述透镜看到所显示的图像；和/或
-在所述显示参数修改步骤过程中，处理待显示的图像直至所感知图像的主观畸变消失或被所述使用者感知为最佳；和/或
-所述显示装置包括可移动透镜，所述使用者透过所述可移动透镜看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤过程中，将所述透镜在垂直于所述透镜的光轴的平面中移动，直至所述使用者感知到所感知图像的主观畸变为最佳；和/或
-向所述使用者显示的图像包括网格；和/或
-所述使用者的眼睛几何参数与瞳孔间距有关；和/或
-向所述使用者显示的图像包括笔直向前向所述使用者显示的元素，并且所感知图像的主观品质与所感知图像中的元素对于所述使用者而言的可见性有关；和/或
-所述显示装置包括可移动显示光瞳，所述使用者透过所述可移动显示光瞳看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤的过程中，将所述可移动显示光瞳在垂直于所述显示装置的光轴的平面中移动，以确定所述显示光瞳的极端竖直或水平位置，在所述位置之内所述使用者看到所感知图像中的所述元素，在所述眼睛几何参数确定步骤过程中，使用所述极端竖直或水平位置来确定所述使用者的眼睛的转动中心和/或配戴者的瞳孔大小；和/或
-所述显示装置包括光场透镜阵列，所述使用者透过所述光场透镜阵列看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤过程中，透过所述光场透镜阵列中的每个透镜来显示所述图像以确定所述透镜的极端竖直或水平位置，在所述位置之内所述使用者看到所述元素，在所述眼睛几何参数确定步骤过程中使用所述极端竖直或水平位置来确定所述使用者的眼睛的转动中心和/或配戴者的瞳孔大小。
本发明进一步涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括一个或多个存储的指令序列，所述指令序列是处理器可访问的、并且在由所述处理器执行时致使所述处理器至少进行根据本发明的方法的显示图像步骤、显示参数修改步骤、以及眼睛参数确定步骤。
本发明还涉及一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上记录了程序；其中，所述程序使所述计算机至少执行本发明方法的显示图像步骤、显示参数修改步骤、以及眼睛参数确定步骤。
本发明进一步涉及一种包括处理器的装置，所述处理器被适配用于存储一个或多个指令序列并且至少进行根据本发明方法的显示图像步骤、显示参数修改步骤、以及眼睛参数确定步骤。
本发明进一步涉及一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的系统，所述系统包括：
-显示装置提供设备，所述显示装置提供设备被配置用于向使用者提供双目显示装置，所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛独立地显示图像，
-图像显示设备，所述图像显示设备被配置用于当所述使用者使用所述显示装置时向所述使用者显示图像，
-显示参数修改设备，所述显示参数修改设备被配置用于修改所述显示装置的至少一个参数以修改所感知图像的品质，
其中，所述显示参数修改设备进一步被配置用于修改所述至少一个参数直至所述使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳，以及
-眼睛参数确定设备，所述眼镜参数确定设备被配置用于基于所述显示装置的参数来确定眼睛参数。
附图说明
现将仅以举例方式并且参考以下附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：
-图1是流程图，表示根据本发明的用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法，
-图2和图3展示了可以用于本发明的方法中的双目显示装置，
-图4A和图4B展示了本发明的用于测量使用者的瞳孔间距的实施例，
-图5展示了可以在显示装置中实现的常规折射装置，并且
-图6展示了全光系统。
具体实施方式
附图中的元件仅为了简洁和清晰而展示并且不一定按比例绘制。例如，这些图中的某些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。
例如，这些图中的某些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以便帮助提高对本发明的实施例的理解。
眼睛参数可以与瞳孔间距、和/或眼睛的转动中心的位置、和/或使用者的瞳孔直径和/或眼睛曲率有关。
在本发明的意义上，瞳孔间距(IPD)是使用者的两只眼睛的瞳孔中心之间的距离。
如图1所展示的，根据本发明的方法至少包括：
-显示装置提供步骤S1，
-图像显示步骤S2，
-显示参数修改步骤S3，以及
-眼睛参数确定步骤S4。
在显示装置提供步骤S1的过程中向使用者提供双目显示装置。
如图2所示，根据本发明的显示装置可以优选地包括透视显示系统，以允许配戴者透过它看到虚拟图像和现实世界两者。所述透视显示系统能够显示图形图像，并且电子驱动系统(存储器+处理器)将所述图像发送至所述显示系统以进行显示。优选地，它能够在不同的观看方向上显示图像。另外，可以修改待显示的图像。
图2上展示了透视显示系统的实例。这样的透视显示系统包括显示源11、准直装置13、以及由导光光学元件16(LOE)构成的光学插入件16。
显示源11可以是发射性的或非发射性的。
显示源可以直接从空间光调制器(SLM)(如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管阵列(OLED)、硅基液晶(LCoS)或类似装置)获得，或间接地借助于中继透镜或光纤束获得。显示源11包括由准直装置13(例如，准直透镜)成像到无限远的元素(像素)阵列。
导光光学元件16通常包括至少两个主表面20和22和边缘、至少一个部分反射表面24以及用于将光耦合到所述导光光学元件中的光学元件26。来自准直装置13的输出波18透过其下表面20进入导光光学元件16。入射波(朝向导光光学元件16)从表面26被反射并且被截留在导光光学元件16中。
在实施例中，所述透视显示系统可以包括具有至少两个平面主表面20和22的平面导光光学元件16。例如，这种导光光学元件16可以是鲁姆斯公司(Lumus Company)的导光光学元件。
在替代性实施例中，所述透视显示系统可以包括弯曲的导光光学元件16。
所述导光件可以封装在光学透镜中或放在光学透镜的前面。
所述显示装置是双目显示装置，根据本发明的以下实施例可以是图3所示的头戴式装置。
在这个实例中，所述显示装置包括框架。所述框架可以类似于常规的眼镜镜架、并且可以以类似的舒适度配戴。然而，其他实施方式也是可能的，比如通过头盔、绑带、使用者自己握持、或其他装置而戴在使用者头上的面罩，例如VR HMD、例如来自Oculus公司的Rift、Gear VR或DK2、或谷歌cardboard。
所述镜架包括镜架前部102和镜腿104和105。所述镜架前部固持着用于使用者左眼的透视透镜101和用于使用者右眼的透视透镜103。左右取向是从使用者的角度来看的。
左侧透视透镜101包括光学部件122(比如分束器)，所述分束器将增强现实图像与来自现实世界场景的光混合，以便由左眼观看。
右侧透视透镜103包括光学部件120(比如分束器)，所述分束器将增强现实图像与来自现实世界场景的光混合，以便由右眼观看。
右侧增强现实发射器116经由臂114安装到镜架上，并且左侧增强现实发射器108经由臂110安装到镜架上。
电源(例如，电池)为头戴式装置的不同元件提供电力。
例如，可以通过镜架中的导电路径形成适当的电连接。
部件122和120还可以包括调光器，所述调光器可以是电活性调光器，比如电致变色装置，或者是液晶调光器。
所述调光器可以是主动的，以在图像显示步骤S2的过程中阻挡来自外部环境的光，以允许使用者不被干扰并且仅感知到虚拟图像。这确保了对比度最大化。
在显示装置提供步骤过程中所提供的双目显示装置被配置用于向使用者的两只眼睛独立地显示图像。
在图像显示步骤S2过程中，当使用者使用显示装置时向使用者显示图像。
另外，所述双目显示装置可以被配置用于向所述使用者的两只眼睛显示具有独立特征和共同特征两者的图像。
所述双目显示装置可以被配置用于显示类似的特征，所述特征在一些条件下可以是不同的并且在其他条件下是共同的。例如，显示距离可以是相同的，但是两个图像的会聚角不同。
根据进一步实例，距离不同，但是会聚角相同。
在显示参数修改步骤S3过程中修改双目显示装置的至少一个显示参数以修改所感知图像的品质。
这可以用不同的方式来实现：显示器通常在眼睛与显示器之间具有调节透镜以补偿短距离并且将图像返回至无限远。
知道调节透镜的光学功能，可以通过调节待显示的图像来改变所感知图像的品质。
还可以通过调节所述调节透镜的位置来改变所感知图像的品质。
例如，根据本发明的实施例，所述显示装置包括可移动透镜，所述使用者透过所述可移动透镜看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤S3过程中，移动所述透镜来修改所感知图像的品质。
此类变化理想地是连续的、但也可以用分立的方式进行。
重复所述显示参数修改步骤s3直至使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳。
所感知图像的主观品质可以与所感知图像的畸变或可见度有关。
可以在双目视觉下实施显示图像步骤和显示参数修改步骤。换言之，让使用者使用双眼并且向使用者的双眼显示图像。
替代性地，可以在单眼视觉下实施显示图像步骤和显示参数修改步骤。换言之，让使用者一次使用一只眼睛并且向使用者的所述眼睛显示图像。
根据本发明的实施例，所感知图像的主观品质与所感知图像的主观畸变有关。
实际上，在大多数头戴式显示装置、比如虚拟现实头盔中，用于将图像返回至无限远处的光学透镜具有非常短的焦距、通常不超过几厘米，因此产生严重的畸变。
此类畸变总体上被所显示图像上的相反畸变抵消，以获得虚拟图像的更好恢复品质。
为了最佳地补偿畸变，最好考虑使用者的瞳孔间距。
在大多数当前系统中，针对眼睛以透镜的光学中心为中心时来计算补偿，将间距设置为使用者的瞳孔间距，以便最佳地最大程度补偿畸变。
如果使用者的瞳孔间距与这两个透镜的光学中心之间的距离不对应，则使用者将看到残余畸变。
因此，可以使用这个残余畸变来找到这些透镜的光学中心的最佳位置，并且因此确定使用者的瞳孔间距。
为了确定使用者的瞳孔间距，可以移动透镜以确定将所感知图像的主观畸变最小化的透镜位置。
当显示装置被配置用于居中补偿时，当每个透镜的光学中心与使用者的瞳孔对齐时所感知图像的主观畸变最小。
因此，透镜的光学中心之间的距离提供了使用者的瞳孔间距。
根据本发明的实施例，通过修改待显示的图像以补偿由透镜引起的光学畸变，可以在不移动透镜的情况下找到瞳孔间距。
使用光线追踪方法，技术人员可以根据所修改的图像来确定使用者的将所感知图像的主观畸变最小化的瞳孔间距。
根据本发明的实施例，向所述使用者显示的图像是网格。有利的是，使用网格有助于使用者判断畸变。
例如，可以使用在网格被虚拟地固定在使用者前方的3D虚拟环境，使得当使用者移动他的头部时，网格的图像在显示系统的透镜的后方移动。
然后残余畸变动态地改变。这种条件特别适用于检测残余畸变。
实际上，在静态模式下，使用者要确定网格是否变形到没有参考标记，但是人脑特别适合于抵消静态变形并且使用者可以补偿所述畸变。
然而在动态畸变、特别是如果视觉是双目的情况下，人脑无法补偿。其余的畸变是完全可感知的，并且对应于使用者的瞳孔间距的位置测量变得非常敏感。
图4A表示当网格和使用者的眼睛以透镜的光学中心为中心时的主观畸变。
图4B表示当使用者的眼睛或网格不以透镜的光学中心为中心时的主观畸变。当使用者移动他的头部时，网格在透镜的前方移动并且主观畸变沿箭头方向改变。
本发明的方法可以进一步用于定位使用者的眼睛的转动中心。
第一步骤是将使用者的眼睛的转动中心定位在横向平面中，即在与显示装置的光轴和使用者的瞳孔直径正交的平面中。
首先，在使用者的正前方显示虚拟图像。然后使用图5上所示的常规折射装置、或通过移动在图6上所示的全光系统上的每个微透镜下点亮的像素区域来使得使用者的瞳孔移位。
这产生水平或竖直可移动光束，其直径受到作为有源像素的微透镜的直径的限制，并且所述移动光束仅在其至少部分地与使用者的瞳孔重叠时才被使用者的眼睛感知到。
当使用者的瞳孔与显示装置的出射光瞳不重叠时，虚拟图像被隐藏。当使用者的瞳孔与显示装置的出射光瞳重叠、甚至部分地重叠时，使用者可看见虚拟图像。
可以考虑使用者看到或看不到虚拟图像时的极值调整或微透镜位置X1和X2、或Y1和Y2。
这两个值的平均值对应于眼睛的转动中心CRE的位置，即
XCRE＝(X1+X2)/2，并且
YCRE＝(Y1+Y2)/2。
这两个值的差的绝对值是显示装置的出射光瞳的直径DPD和使用者的瞳孔的直径DP之和，即|X2-X1|＝DPD+DP。
因此，知道显示装置的出射光瞳的直径，就可以确定使用者的瞳孔的直径，DP＝|X2-X1|-DPD。
为了确定何时看到光束，可以要求使用者通过按下按钮或等效物来报告。
在第二步骤中，可以确定使用者的眼睛的半径RE，即，使用者眼睛的瞳孔与转动中心之间的距离。
在视野的边缘上显示可变角度A的偏心虚拟物体，并且可能使值dX的XCRE在相反方向上移位。如果达到该装置的最大偏心率，并且使用者仍然可看见虚拟图像，则dX将增大。
使用者的瞳孔的偏移是旋转移动和初始偏移之和，即RE*sin(A)+X，其中RE是使用者的眼睛的半径。
当虚拟图像消失时，该装置的出射光瞳和使用者的瞳孔不再重叠，偏移对应于瞳孔直径总和的一半。
使得：RE*sin(A)+X＝DSP+DP，只要
RE＝(DSP+DP-X)/sin(A)
为了测量双眼，可以进行两次连续的单眼测量，或选择使用者不能会聚的物体。
以上借助于实施例描述了本发明，但不限制本发明的总体构思；特别地，安装式感测装置不限于头戴式装置。
对于参考了以上说明性实施例的本领域技术人员来说，还可提出很多进一步的改进和变化，所述实施例仅以举例方式给出、不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求决定。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一(a，an)”并不排除复数。在相互不同的从属权利要求中叙述不同的特征这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的方法，所述方法包括：
-显示装置提供步骤，在该步骤过程中，向所述使用者提供双目显示装置，所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛独立地显示图像，
-图像显示步骤，在该步骤过程中，当所述使用者使用所述显示装置时向所述使用者显示图像，
-显示参数修改步骤，在该步骤过程中，修改所述显示装置的至少一个参数以修改所感知图像的品质，
其中，重复所述显示参数修改步骤直至所述使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳，以及
-眼睛参数确定步骤，在该步骤过程中，基于所述显示装置的参数来确定眼睛参数，
其中，向所述使用者显示的图像包括笔直向前向所述使用者显示的元素，并且所感知图像的主观品质与所感知图像中的元素对于所述使用者而言的可见性有关，并且
其中，所述显示装置包括光场透镜阵列，所述使用者透过所述光场透镜阵列看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤过程中，透过所述光场透镜阵列中的每个透镜来显示所述图像以确定所述透镜的极端竖直或水平位置，在所述极端竖直或水平位置之内所述使用者看到所述元素，在所述眼睛参数确定步骤过程中使用所述极端竖直或水平位置来确定所述使用者的眼睛的转动中心。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛显示具有独立特征和共同特征的图像。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所感知图像的主观品质与所感知图像的主观畸变有关。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述显示装置包括右透镜和左透镜，所述使用者透过所述右透镜和所述左透镜看到分别向右眼和左眼显示的图像，并且在所述图像显示步骤之前，所述方法包括图像处理步骤，在该步骤过程中，处理待显示的图像以补偿所述右透镜和所述左透镜引起的光学畸变。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述显示参数修改步骤过程中，处理待显示的图像直至所感知图像的主观畸变消失。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述显示装置包括可移动透镜，所述使用者透过所述可移动透镜看到所显示的图像，并且在所述显示参数修改步骤过程中，将所述可移动透镜在垂直于所述可移动透镜的光轴的平面中移动，直至所述使用者感知到所感知图像的主观畸变为最佳。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，向所述使用者显示的图像包括网格。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述使用者的眼睛几何参数与瞳孔间距有关。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述眼睛参数确定步骤过程中使用所述极端竖直或水平位置来确定配戴者的瞳孔大小。
10.一种用于确定显示装置的使用者的眼睛参数的系统，所述系统包括：
-显示装置提供设备，所述显示装置提供设备被配置用于向使用者提供双目显示装置，所述双目显示装置被配置用于向所述使用者的两只眼睛独立地显示图像，
-图像显示设备，所述图像显示设备被配置用于当所述使用者使用所述显示装置时向所述使用者显示图像，
-显示参数修改设备，所述显示参数修改设备被配置用于修改所述显示装置的至少一个参数以修改所感知图像的品质，
其中，所述显示参数修改设备进一步被配置用于修改所述至少一个参数直至所述使用者感知到所感知图像的图像主观品质为最佳，以及
-眼睛参数确定设备，所述眼睛参数确定设备被配置用于基于所述显示装置的参数来确定眼睛参数，
其中，向所述使用者显示的图像包括笔直向前向所述使用者显示的元素，并且所感知图像的主观品质与所感知图像中的元素对于所述使用者而言的可见性有关，并且
其中，所述显示装置包括光场透镜阵列，所述使用者透过所述光场透镜阵列看到所显示的图像，并且所述显示参数修改设备被配置为透过所述光场透镜阵列中的每个透镜来显示所述图像以确定所述透镜的极端竖直或水平位置，在所述位置之内所述使用者看到所述元素，并且所述眼睛参数确定设备被配置为使用所述极端竖直或水平位置来确定所述使用者的眼睛的转动中心。
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