CN111727400B - 虚拟和增强现实低持久性的主动式lcd快门 - Google Patents

虚拟和增强现实低持久性的主动式lcd快门 Download PDF

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Abstract

头戴式显示器(HMD)设备(100)包括一个或多个主动式快门(128、130)、被配置成检测同步信号的第一光电二极管(132、502、504、506、612)和被配置成基于同步信号来控制一个或多个主动式快门的控制器(412，508)。一个或多个主动式快门被配置成在使光通过的打开状态和阻挡光的关闭状态之间交替以降低被定位在HMD设备中的移动设备(120)的显示屏(122、406、506、604)的占空比。同步信号提供定时以针对与显示屏的像素子集相对应的显示更新持续时间阻挡来自显示屏的光。

Description

虚拟和增强现实低持久性的主动式LCD快门
背景技术
头戴式显示器(HMD)设备有时并入移动设备或显示面板以及其他电子计算组件以创建和显示各种类型的内容，所述内容包括虚拟现实(VR)内容、增强现实(AR)内容等。VR和AR系统中使用的一些显示屏以低持久性驱动，其中屏幕持久性是视频帧持续时间的百分比，在该视频帧持续时间期间，显示屏的像素实际上会被点亮。其他显示屏以更高的持久性驱动，其中当前显示图像的像素保持点亮并可见，直到呈现下一个图像以便显示为止。
附图说明
通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且其众多特征和优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。
图1是图示根据一些实施例的具有处于打开的配置的主动式快门的HMD设备的透视图的图。
图2是图示根据一些实施例的与显示屏的滚动更新同步地交替主动式快门的打开和关闭的图。
图3是图示根据一些实施例的与显示屏的滚动更新同步地交替滚动主动式快门的打开和关闭的图。
图4是图示根据一些实施例的主动式快门同步的图。
图5是图示根据一些实施例的基于对显示屏更新动态的检测的主动式快门同步的图。
图6是图示根据一些实施例的同步像素的显示位置与对应的光电二极管检测器的对准的图。
图7是图示根据一些实施例的减小显示的VR内容的占空比的方法的流程图。
具体实施方式
不同类型的显示屏通常在其图像持久性、发送给显示器的每个图像在该显示器上停留多长时间的量度上有所不同，并且这种变化会影响用户体验。例如，当图像中的对象跨图像移动时，用户的大脑期待它可以平滑地执行此操作。通过较高持久性或全持久性显示(即，在每个图像停留在显示器上直到下一个图像到达为止的情况下)，对象会跨屏幕“跳动”以更新每一帧，并且在每一帧的持续时间内是静止的。这些跳动可以导致相对较差的用户体验。例如，当在第一帧和第二帧之间的中间位置时，用户的大脑期待在该对象的第一帧的位置和其在第二帧的位置之间的中间位置找到对象。但是，因为尚未更新全持久性显示，因此该对象仍被显示在第一帧中的其位置处。对象的预测位置和实际位置之间的这种不匹配会导致运动模糊。
通常，较低的持久性导致更好的运动清晰度。但是，HMD系统经常采用的移动设备未被配置以提供低持久性显示模式。对于这些设备，尤其是具有高持久性显示器(诸如液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)显示器)的设备，所导致的运动模糊可能会在VR/AR中导致明显的视觉伪影。例如，LCD显示器通常使用全持久性。背光通过液晶闪耀，这些液晶与偏振滤光器一起为每个像素着色。在每一帧的持续时间内，背光不断地保持并且液晶保持相同的配置，从而将记录的对象的点采样保留在显示器上的场景中，直到显示下一帧为止。也就是说，当寻址LCD显示器的像素时，其会加载有值并停留在该光输出值，直到下一次寻址为止。传统的移动设备通常本身不会提供低持久性支持，因为其会减小对眼睛的总亮度。此外，响应时间也会有助于运动模糊。例如，在LCD设备中，响应时间可能超过一帧的持续时间。
如本文中进一步描述的，为了将低持久性支持扩展到另外的移动设备，各种实施例包括具有耦合到同步模块的一个或多个主动式快门的头戴式显示器(HMD)设备。同步模块包括第一光电二极管，该第一光电二极管被配置成检测用于控制一个或多个主动式快门的操作的同步信号。一个或多个主动式快门被配置成在使光通过的打开状态和阻挡光的关闭状态之间交替，以减小被定位在HMD设备内的移动设备的显示屏的占空比。同步信号提供定时以针对与显示屏的像素子集相对应的显示更新持续时间阻挡来自显示屏的光。这种占空比的减小锐化来自显示屏的图像，并降低可察觉的运动模糊，从而在无需对移动设备本身进行任何修改的情况下提供较低的持久性观看，因为主动式快门光学器件被集成到HMD设备壳体中。
图1是图示根据一些实施例的具有处于打开的配置的主动式快门的HMD设备100的透视图的图。HMD设备100包括通过铰链108和紧固件110耦合到HMD壳体106的面向设备的表面104的HMD门组件102。紧固件110包括附属物112，以有助于抓扣紧固件110并使紧固件在HMD壳体106的外表面116上的柱子或销钉114上方成环。在另一个示例中，带子可以代替紧固件110并且钩环紧固件(紧固件在带子上的一个表面，紧固件在外表面116上的另一表面)代替使紧固件110在销钉114上方成环的固定机构。HMD壳体106通过带子118被保持在用户的头上。
如图1中所图示，移动设备120被定位在HMD门组件102的面向设备的表面(未示出)上，使得当HMD设备处于关闭的配置中(例如，通过被紧固到销钉114的紧固件110)时，移动设备120的显示屏122面向HMD壳体106的面向设备的表面104。例如，紧固件110的附属物112被放置在销钉114上方，以将HMD门组件102定位在关闭位置中，并且对HMD设备100内的移动设备120施加力或压力。
移动设备120可以包括由一个或多个用户操作的各种便携式电子设备中的任何一个，诸如头戴式显示器、平板计算机、能够计算的蜂窝电话(例如，“智能电话”)、笔记本计算机、个人数字助理(PDA)等。显示屏122包括用于显示渲染的图像的像素阵列。在一些实施例中，显示屏122根据指定每个时间单位显示的视频帧数和相应帧持续时间的刷新率来操作(例如，对于100Hz的刷新率，每秒显示100个帧，并且帧持续时间为10毫秒(ms))。在所描绘的示例中，移动设备120通常相对于用户而定向，使得用户的眼睛面向显示屏122。
因此，为了参考的简单，图1中的将移动设备120定位在其上的表面在本文中也称为HMD门组件102的“面向用户的”表面，并且HMD壳体106的设备面向的表面104在本文中也称为“面向设备的”的表面作为本示例定向的反射，尽管这些表面的定向不受这些关系名称的限制。当关闭时，HMD门组件102的面向用户的表面可逆地配对或耦合到HMD壳体106的面向设备的表面104。移动设备120的后表面(例如，与显示屏122的背面相反的表面)抵靠HMD门组件102的面向用户的表面而放置，而移动设备(例如，显示屏122)的前表面抵靠HMD壳体106的面向设备的表面104而放置。
HMD设备100包括布置在HMD壳体106内的各种光学器件，使得当用户佩戴HMD设备100时，显示屏122在朝向用户面部的方向上朝向光学器件被定向。HMD壳体106被划分成第一或右腔室124和第二或左腔室126。当HMD门组件102关闭时，用户能够通过腔室124、126中的每一个观看显示屏122的相应部分。例如，在各个实施例中，腔室124、126中的每一个包括诸如一个或多个透镜(未示出)的光学器件，用于向用户的左眼和右眼呈现成像。
为了减小运动模糊，在各种实施例中，HMD设备100包括一个或多个主动式快门，所述一个或多个主动式快门可操作以减小为了感知传递给用户的眼睛的光的总帧时间(例如，针对每个图像帧的光的暴露时间)。如图1中所图示，HMD设备100包括被定位在右腔室124中的第一或右主动式快门128和被定位在左腔室126中的第二或左主动式快门130，以减小移动设备120所显示的VR视频内容的占空比(例如，信号是活动的一个周期的分数)。也就是说，尽管移动设备120的显示屏122可以是高持久性或全持久性显示器(例如，OLED显示器)，但是主动式快门128、130在时变的意义上阻止显示屏122发射的一些光以减小用户的眼睛所感知的照明时间。通过关闭右主动式快门128和左主动式快门130，减小显示屏122的占空比并且从而减小针对每个用户的暴露时间，以降低到用户的眼睛的可见光子的数量为代价提供更清晰的图像并减小运动模糊。
在一些实施例中，主动式快门128、130由液晶(LC)快门(也称为LCD快门)实现。将电压施加到LC快门，以在打开状态(其中其是透明或半透明的)和关闭状态(其中是不透明的)之间切换。例如，可以使用基于扭曲向列、超扭曲向列或pi-cell技术的LC快门。LC快门作为可切换的偏振旋转器操作，并由于施加的电压取决于其偏振状态选择性地使光通过或阻挡光。如本文所述，术语“打开状态”指代主动式快门通常是打开的(例如，主要是打开的)，使得主动式快门可透射光，但是不一定意味着主动式快门是100％透射的。类似地，术语“关闭状态”指代主动式快门通常是关闭的(例如，主要是关闭的)，使得主动式快门不透明，但是不一定意味着主动式快门是100％不透明的。
尽管这里主要在LC快门的上下文中进行描述，但是本领域的技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在HMD设备100中使用各种其他快门系统。例如，在一些实施例中，主动式快门128、130可以是机械或物理快门、电泳、电光、MEMS等。在其他实施例中，可以使用铁电LC快门。各种快门可以具有不同的驱动属性集合。然而，通常，主动式快门128、130可以包括能够覆盖HMD设备100的显示光学器件以调制暴露的任何快门技术。
本领域的技术人员将认识到，尽管图1的实施例图示如被定位在显示光学器件前面(即，在移动设备120和显示光学器件之间)的右主动式快门128和左主动式快门130，在其他实施例中，右主动式快门128和左主动式快门130被定位在显示光学器件的后面(即，在显示光学器件和用户的眼睛之间)，使得从显示屏122发射的光在穿过右主动式快门128和左主动式快门130或被其阻挡之前首先穿过显示光学器件。
根据各种实施例，通常在滚动更新的基础上更新HMD设备100的显示屏122，其中，图像的显示一次更新一个像素行。也就是说，不是经由全局刷新同时到达的所有给定图像的所有图像像素，而是将每个图像更新顺序地沿每一行向下开展。这导致快速移动的对象展示出水平和/或垂直切变。因此，HMD设备100与滚动更新(在本文中也称为“滚动显示”或“滚动刷新”)同步并且使关闭和打开右主动式快门128和左主动式快门130的定时交错，使得当在更新时用户的眼睛看不到帧。HMD设备100包括光电二极管132或其他光检测器，其检测由显示屏122发射的同步像素134的集合，以将主动式快门128、130与移动设备120的显示屏122同步。HMD设备100还包括从HMD壳体106的面向设备的表面104突出的两个或更多个触摸点136，使得当HMD设备100处于关闭的配置中时，两个或更多个触摸点136与移动设备120的显示屏122接触，使得移动设备120定位在HMD门组件102和HMD壳体106的面向设备的表面104之间。如下面更详细地描述的，基于两个或多个触摸点136与显示屏122的接触位置，HMD设备100确定移动设备120及其相关联的同步像素134相对于光电二极管132的对准。另外，如下面详细地描述的，基于同步像素134的集合，HMD设备100以由移动设备的渲染系统定义的间隔关闭主动式快门128、130。通过交替显示分离的左和右图像(即，立体图像对)，减小所显示的VR内容的占空比，这减小用户头部移动期间感知到的运动模糊。
图2是图示根据一些实施例的与显示屏的滚动更新同步地交替地打开和关闭主动式快门的图。在该示例中，显示屏以滚动更新方式从左向右更新，并且主动式快门的打开和关闭的定时被交错，诸如在更新的同时不显示前一帧。如图2中所示，当第一图像202的左图像(例如，立体图像对中的左图像)基于逐行更新时，左快门(例如，图1的左主动式快门130)被关闭，使得来自第一图像202的左图像的光在更新的同时不穿过用户的眼睛。同时，右快门(例如，图1的右主动式快门128)被打开，使得在第一图像202之前的图像的光穿过并暴露给用户。在第一图像202的左图像被更新并且第一图像202的右图像(例如，立体图像对中的右图像)开始基于逐行更新之后，右快门被关闭，使得在更新的同时来自第一图像202的右图像的光不会穿过用户的眼睛。同时，左快门打开，使得刚完成更新的第一图像202的左图像的光穿过并暴露给用户。
随后，在第一图像202已经在显示屏122上完成更新之后，随着第二图像204的左图像基于逐行更新，左快门(例如，图1的左主动式快门130)被关闭，使得来自第二图像204的左图像的光在更新的同时不穿过用户的眼睛。同时，右快门(例如，图1的右主动式快门128)被打开，使得第一图像202的右图像的光穿过并暴露给用户。在第二图像204的左图像被更新并且第二图像204的右图像开始基于逐行更新之后，右快门被关闭，使得来自第二图像204的右图像的光在更新的同时不穿过用户的眼睛。同时，左快门打开，使得刚刚完成更新的第二图像204的左图像的光穿过并暴露给用户。
随着左图像被更新，当滚动更新的边界跨显示屏行进并且来自显示屏的左部的光没有到达用户的眼睛时左快门被关闭。在左图像完成更新之后，左快门打开，并且在更新右图像期间将左图像暴露给用户以便观看，同时关闭右快门。以此方式，HMD设备100可替代地将右主动式快门128的属性从半透明改变为不透明到半透明，并且将左主动式快门130的属性从不透明改变为半透明到不透明。
图3是图示根据一些实施例的与显示屏的滚动更新同步地交替滚动主动式快门的打开和关闭的图。在该示例中，不是在滚动更新期间交替一对主动式快门并阻挡整个左或右图像，而是HMD设备100包括与显示屏的滚动更新同步的快门阵列。而不是诸如关于图2先前所描述的那样阻挡整个左或右图像，而是快门阵列中的每个主动式快门的打开和关闭与显示屏的滚动更新同步，使得用户的眼睛看不到正在经历更新的特定行(或列)。
如图3中所示，当第一图像302基于逐行更新时，在更新的同时多个主动式快门304(N)(例如，N个主动式快门)中的一个主动式快门304(1)在对应于第一图像302的特定的一个或多个像素行的时间t1被关闭。当主动式快门304(1)关闭时，来自第一图像302的特定的一个或多个像素行的光不会穿过用户的眼睛。同时，多个主动式快门304(N)中的所有其他主动式快门在时间t1打开使得来自与第一图像302相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并暴露给用户。随后，在与第一图像302的不同的一个或多个像素行相对应的时间t2，关闭多个主动式快门304(N)中的不同主动式快门304(2)。同时，除了主动式快门304(2)之外的所有多个主动式快门304(N)在时间t2打开，使得来自与第一图像302相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并被暴露给用户。因此，来自与主动式快门304(2)相对应的不同的一个或多个像素行的光在经历更新的同时不会穿过用户的眼睛。该滚动更新过程持续到时间t3，直到整个显示屏已经被更新以显示第一图像302。
随后，在已经更新第一图像302之后，第二图像306在显示屏的第一行处开始更新。当第二图像306基于逐行更新时，在更新的同时多个主动式快门304(N)(例如，N个主动式快门)中的一个主动式快门304(1)在与第二图像306的特定一个或多个像素行相对应的时间t4关闭。当主动式快门304(1)关闭时，来自第二图像306的特定的一个或多个像素行的光不会穿过用户的眼睛。同时，多个主动式快门304(N)中的所有其他主动式快门在时间t4打开，使得来自与第二图像306相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并暴露给用户。随后，在与第二图像306的不同的一个或多个像素行相对应的时间t5，关闭多个主动式快门304(N)中的不同主动式快门304(2)。同时，除了主动式快门304(2)之外的所有多个主动式快门304(N)在时间t5打开，使得来自与第二图像306相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并被暴露给用户。因此，来自与主动式快门304(2)相对应的不同的一个或多个像素行的光在经历更新的同时不会穿过用户的眼睛。在滚动更新之后该过程继续进行，直到整个显示屏已被更新以显示第二图像306为止。以这种方式，打开和关闭多个主动式快门304(N)以与显示屏的滚动更新对准，与图2的实施例相比其减小显示器的占空比。
本领域的技术人员将认识到，尽管这里在将主动式快门同步到电话显示器的滚动更新的上下文中进行了描述，但是为了减小感知到的运动模糊的目的，占空比也可以应用于其他显示屏动态。例如，在其他实施例中，显示屏是全局更新的显示器，其中所有像素同时更新。在这样的实施例中，不需要同步主动式快门的打开和关闭以匹配滚动更新。因此，HMD设备包括单个全局快门，该单个全局快门可操作以通过在每个图像帧的一部分显示时间内关闭单个全局快门来减小占空比。可替代地，诸如在图2至图3中描述的一个或多个主动式快门可以被使用。然而，替代交替主动式快门的打开和关闭，在每个图像帧的一部分显示时间内关闭所有快门(即，多个主动式快门作为单个全局快门有效地操作)。
另外，本领域的技术人员将认识到，尽管这里在基于行的左到右滚动更新将主动式快门与电话显示器的滚动更新同步的上下文中进行了描述，但是显示屏可以以滚动方式被配置并被激活为列、行或两者。在各个实施例中，每个单独的移动设备包括其自己的关于显示屏如何得到更新的独特动态。例如，在上面讨论的实施例中，从左到右执行显示屏的滚动更新。在其他实施例中，滚动更新是从右向左执行，并且还可以取决于用户将移动设备定位在HMD设备100内的定向。另外，不同的移动设备包括在不同的图像更新之间具有不同的帧速率、不同的定时或者延迟、在制造商之间具有不同的定时独特性等等的显示屏。
因此，如先前在图1中所图示的，HMD设备100包括光电二极管132或其他光检测器，该光电二极管132检测由显示屏122发射的用于使主动式快门128、130与移动设备120的显示屏122同步的对应的同步像素134的集合。理想地，在图2的上下文中，在更新左图像的同时关闭左快门，同时打开右快门并显示右图像；并且同时在更新右图像的同时关闭右快门，打开左快门并显示左图像。
图4是图示根据一些实施例的主动式快门同步的图。图4的面向显示屏的视图400图示呈现用于在显示屏406(诸如图1的显示屏122)上显示的立体图像对的左图像402和右图像404。在各种实施例中，本文描述的主动式快门被连接到同步系统，该同步系统包括HMD设备的可见光谱二极管408(诸如图1的光电二极管132)，其被定位以检测被呈现以显示在显示屏406的一角中的一部分同步像素410(诸如图1的同步像素134)。
在VR内容(诸如左图像402和右图像404)的显示期间呈现同步像素410，以将同步数据提供给耦合到主动式快门的控制器模块412，而无需移动设备和HMD设备之间的有线连接。在一个实施例中，同步像素410提供标识被定位在HMD设备内的移动设备的特定型号的脉冲序列。基于由同步像素410提供的型号标识信息，控制器模块412诸如经由包含针对各种移动设备型号的测量的更新动态和相关联的主动式快门操作参数的查找表，为该特定型号的移动设备确定唯一的更新动态。将会理解，同步像素可以被编码或散布在多个显示帧上以将主动式快门同步到显示屏406。此外，同步像素410可以呈现为灰度脉冲序列、全彩色像素显示等等中的任意一个。
本领域的技术人员将认识到，尽管这里在呈现用于在显示屏406的一角处显示的同步像素410的上下文中进行了描述，但是可以呈现用于在可被相关联的可见光谱二极管408检测到的显示屏406的任何部分处显示的同步像素410。例如，在其他实施例中，同步像素410显示在立体左图像402和右图像404之间的显示屏406的中心处。另外，尽管被图示为矩形像素阵列，可以呈现同步像素410以显示为任何大小、形状或配置(例如，如细条、球形等)的像素。通常，未用于显示VR内容的任何像素可以用于同步像素410的显示。
控制器模块412的系统时钟将不同于与显示VR内容的移动设备的系统时钟完全匹配，因为它们将可能以相对于彼此的稍微不同的频率操作。因此，即使了解移动设备和HMD设备的控制器模块412的工作频率，相对于显示屏406的显示更新的主动式快门的打开和关闭之间的同步也可以随着时间流逝彼此漂移。同步像素410提供允许控制器模块412在一段时间内重新同步任何累积的相位误差的数据。例如，在一个实施例中，同步像素410每四秒钟将控制器模块412重新同步到显示屏406。然而，在各种其他实施例中，取决于控制器模块412的系统时钟和移动设备的系统时钟彼此有多接近，同步像素410以更短的间隔或更长的间隔将控制器模块412重新同步到显示屏406。
在操作中，在将移动设备定位在HMD设备中(诸如如图1中所图示)之后，在呈现在显示屏406的其他部分处输出的VR内容的同时显示屏406发送在屏幕的一角处的作为同步信号的同步像素410。控制器模块412向主动式快门发信号以以限定为与移动设备的渲染系统同步的间隔关闭主动式快门，如先前关于图2所描述的。因此，在再次打开之前移动设备的渲染系统和控制器模块412经由同步像素410提供的定时数据至少在图像更新时段(例如，用于LCD显示器的LCD液晶转变时段)的持续时间内关闭主动式快门。左和右主动式快门关闭定时的交替以便与通过移动设备的扫描线竞赛(例如，滚动更新)相一致，可以减小显示屏406的占空比，并减小明显的可见时延以减小运动模糊的感知，尤其是对于较高的持久性显示。
在其他实施例中，不是经由如上所述的同步像素410和相关联的可见光谱二极管408光学地提供同步数据，而是HMD设备包括在移动设备和控制器模块412之间的物理的有线连接。主动式快门系统的控制器模块412到移动设备的物理捆绑允许控制器模块412在不要求使用同步像素410的情况下直接与移动设备通信并从该移动设备接收同步数据，诸如关于更新动态的数据(例如，垂直同步(Vsync)数据)。
在另一个实施例中，图5是图示根据一些实施例的基于对显示屏更新动态的检测的主动式快门同步的图。图5的面向显示屏的视图500图示同步系统，该同步系统包括被定位以面向显示屏506的相对侧的HMD设备的第一可见光谱二极管502和第二可见光谱二极管504。因此，不是被定位在要面向显示屏(如图1和图4中所图示)的HMD设备中的单个光电二极管，而是图5的示例包括被定位在HMD设备中的一对光电二极管。
一对可见光谱二极管502、504不经由显示在屏幕屏506上的同步像素接收任何编码的同步数据。相反，可见光谱二极管502、504对滚动快门方向和定时执行直接测量以控制HMD设备的主动式快门的相位延迟。例如，如图5中所图示，第一可见光谱二极管502在第一时间t1检测像素的显示更新，并且第二可见光谱二极管504在第一时间t2检测像素的显示更新。基于该信息，控制器模块508确定显示屏506的滚动更新以从左到右的方式行进。另外，控制器模块508确定与显示屏相关联的各种显示更新动态。例如，基于第一可见光谱二极管502对下一显示更新的检测，控制器模块508确定图像帧更新之间的延迟，诸如由于帧之间的显示缓冲器的加载。作为另一个示例，基于第一和第二可见光谱二极管502、504跨多个帧重复检测显示更新，控制器模块508确定显示屏506的帧速率。
以这种方式，控制器模块508能够获得确定当前被定位在HMD设备内的移动设备的特定更新动态所必需的数据点，而无需移动设备显示同步像素(诸如关于图4所描述的)或用户不得不手动提供有关电话型号的数据。此外，这种基于光电二极管的显示更新参数的检测可以允许较容易的用户体验。除了消除对用户手动输入移动设备标识信息的需求之外，用户无需担心插入移动设备的定向。例如，代替图5中所图示的定向，如果用户以反向的方式将移动设备定位在HMD设备中，则控制器模块508将确定显示屏506的滚动更新以从右到左的方式行进，并相应地将主动式快门同步到显示屏506。
图6是图示根据一些实施例的同步像素的显示位置与对应的光电二极管检测器的对准的图。图6的面向显示屏的视图600图示HMD壳体的面向设备的表面602(诸如图1的面向设备的表面104)相对于移动设备的显示屏604的未对准。因此，触摸点606(诸如图1的触摸点136)不与显示屏604的中心608接触，如果在HMD设备内移动设备被居中，诸如图1中所图示的，诸如与面向设备的表面602对准，则通常就是这样的情况。例如，基于在移动设备的显示屏604上的接触位置610处的接触，移动设备标识未对准并确定HMD壳体的光电二极管612将无法检测到显示屏604所显示的同步像素614。显示屏604相对于HMD壳体的定向(诸如通过接触位置610的知识)被用于更新成像在显示屏604上的渲染，使得同步像素614的显示位置与光电二极管对准。同步像素614的显示位置的这种移位减小用户在将移动设备120插入用于VR内容观看的HMD设备100中时用户所需要的精确度。
图7是图示根据一些实施例的减小显示的VR内容的占空比的方法700的流程图。方法700在框702处开始于在同步模块处接收包括显示屏更新动态数据集合的同步信号。在一些实施例中，接收同步信号包括在第一光电二极管处检测由移动设备的显示屏显示的同步像素集合。例如，如以上关于图4更详细地讨论的，呈现一部分同步像素410以显示在显示屏406的一角中。在VR内容的显示期间呈现同步像素410。在一个实施例中，同步像素410提供标识被定位在HMD设备内的移动设备的特定型号的脉冲序列。基于由同步像素410提供的型号标识信息，控制器模块412诸如经由包含针对各种移动设备型号的测量的更新动态和相关联的主动式快门操作参数的查找表，为移动设备的特定型号确定唯一的更新动态，从而将显示屏更新动态数据提供给耦合到主动式快门的控制器模块412，而无需在移动设备和HMD设备之间进行有线连接。
在其他实施例中，接收同步信号包括在第一光电二极管处检测显示更新的第一定时以呈现第一图像，以及在第二光电二极管处检测显示更新的第二定时以呈现第一图像。例如，如在上面关于图5更详细地讨论的，一对光电二极管执行滚动快门的方向和定时的直接测量，以控制HMD设备的主动式快门的相位延迟。例如，如图5中所图示，第一可见光谱二极管502在第一时间t1检测像素的显示更新，并且第二可见光谱二极管504在第一时间t2检测像素的显示更新。基于此信息，控制器模块508确定显示屏506的滚动更新方向以从左到右的方式行进。另外，控制器模块508确定为显示屏关联的各种显示更新动态。例如，基于第一可见光谱二极管502对下一显示更新的检测，控制器模块508确定图像帧更新之间的延迟，诸如由于帧之间的显示缓冲器的加载。作为另一示例，基于第一和第二可见光谱二极管502、504跨多个帧重复检测显示更新，控制器模块508确定显示屏506的帧速率。通过这种方式，控制器模块508能够获得对确定当前被定位在HMD设备内的移动设备的特定更新动态所必需的数据点，而无需移动设备显示同步像素。
在框704处，方法700继续基于框702的所接收的显示屏更新动态数据集合来控制一个或多个主动式快门的操作以减小显示屏的占空比。在一个实施例中，如在上面关于图2更详细地描述的，控制一个或多个主动式快门的操作包括同步一个或多个主动式快门在要使从显示屏发射的光通过的打开状态和要阻挡从显示屏发射的光的关闭状态之间的交替，并匹配显示屏的滚动更新。这包括在与第一主动式快门相关联的显示屏的第一部分正在更新以呈现第一图像的同时向一个或多个主动式快门中的第一主动式快门发信号以进入关闭状态，以及在与第一主动式快门相关联的显示屏的第二部分正在更新以呈现第一图像的同时向一个或多个主动式快门中的第二主动式快门发信号以进入关闭状态。另外，在与第二主动式快门相关联的显示屏的第二部分正在更新以呈现第一图像的同时，向第一主动式快门发信号以进入打开状态。随后，在与第一主动式快门相关联的显示屏的第一部分正在更新以呈现第二图像的同时，向第一主动式快门发信号以进入关闭状态，并且向第二主动式快门发信号以进入打开状态，从而交替他们的打开和关闭。
例如，如图2中所示，随着第一图像202的左图像基于逐行更新，左快门被关闭，使得来自第一图像202的左图像的光在更新的同时不通过用户的眼睛。同时，右快门打开，使得在第一图像202之前的图像的光穿过并暴露给用户。在第一图像202的左图像被更新并且第一图像202的右图像开始基于逐行更新之后，右快门被关闭，使得来自第一图像202的右图像的光在更新的同时不穿过用户的眼睛。同时，左快门打开，使得刚刚完成更新的第一图像202的左图像的光穿过并暴露给用户。
随后，在第一图像202在显示屏122上完成更新之后，随着第二图像204的左图像基于逐行更新，左快门被关闭，使得来自第二图像204的左图像的光在更新的同时不会穿过用户的眼睛。同时，右快门打开，使得第一图像202的右图像的光穿过并暴露给用户。在第二图像204的左图像被更新并且第二图像204的右图像开始基于逐行更新之后，右快门被关闭，使得来自第二图像204的右图像的光在更新的同时不穿过用户的眼睛。同时，左快门打开，使得刚刚完成更新的第二图像204的左图像的光穿过并暴露给用户。
在另一个实施例中，诸如在上面关于图3更详细地描述的，在框704处控制一个或多个主动式快门的操作包括与显示屏的滚动更新同步地交替滚动主动式快门的打开和关闭。不是阻挡整个左或右图像，而是将快门阵列的每个主动式快门的打开和关闭与显示屏的滚动更新同步，使得用户的眼睛看不到正在经历更新的特定的行(或列)。如图3中所示，随着第一图像302基于逐行更新，在更新的同时多个主动式快门304(N)(例如，N个主动式快门)中的一个主动式快门304(1)在对应于第一图像302的特定的一个或多个像素行的时间t1被关闭。当主动式快门304(1)关闭时，来自第一图像302的特定的一个或多个像素行的光不会穿过用户的眼睛。同时，多个主动式快门304(N)中的所有其他主动式快门在时间t1打开，使得来自与第一图像302相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并暴露给用户。随后，在与第一图像302的不同的一个或多个像素行相对应的时间t2，多个主动式快门304(N)中的不同主动式快门304(2)关闭。同时，除了主动式快门304(2)之外的所有多个主动式快门304(N)在时间t2打开，使得来自与第一图像302相对应的显示屏的所有其他像素行的光穿过并被暴露给用户。因此，来自与主动式快门304(2)相对应的不同的一个或多个像素行的光在经历更新的同时不会穿过用户的眼睛。此滚动更新过程持续到时间t3，直到整个显示屏已经被更新以显示第一图像302。
在其他实施例中，直接从光电二极管信号中推断同步像素的响应时间，以非常高的速率(例如，～kHz或更高)对该光电二极管信号进行采样。这允许针对任何给定移动设备的帧末端进行更精确的定时。由于慢的响应时间，这与LCD显示设备特别相关。
在各个实施例中，这里描述的系统和方法提供一种VR观看系统，其中具有图形渲染系统的移动设备被定位在HMD设备内(诸如嵌入式VR查看器)。该HMD设备包括连接到同步系统的主动式快门，其包括可见光谱二极管，该可见光谱二极管被放置以读取电话屏幕的一角中的一部分像素。移动设备的显示屏在显示屏的一角以同步像素的形式发送同步信号，同时在其余显示屏上显示VR失真的输出。通过以移动设备的呈现系统定义的间隔关闭HMD设备的主动式快门并在显示图像更新周期的持续时间内保持快门关闭，可以减小用户头部移动期间运动模糊的出现，从而为用户提供更具响应性且改善的视觉体验。
在一些实施例中，本文描述的系统包括快门光学器件和/或快门控制逻辑，以使当通过HMD壳体的光学器件观看时能够三维地查看呈现在移动电话的显示屏上的图像数据。例如，在各种实施例中，提供一种用于渲染虚拟现实内容的系统，该系统包括集成在壳体中的快门光学器件。显示光学器件被定向在壳体的内侧上，该壳体被配置成当壳体附接到用户的头部时朝向用户的眼睛定向。在一个示例中，移动设备的屏幕朝向壳体的显示光学器件定向。智能电话具有与保持器的数据连接，以实现壳体的电子设备与智能电话的电子设备之间的数据通信。快门控制逻辑与壳体的电子设备对接。光学控制逻辑与快门光学器件对接。处理器被配置成与快门控制逻辑和光学控制逻辑对接。在一些实现方式中，系统还包括用于将智能电话连接到壳体的设备接口(有线或无线)。
在一些实施例中，上述技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器来实现。该软件包括在非易失性计算机可读存储介质上存储或以其它方式有形地体现的一组或多组可执行指令。该软件能够包括指令和某些数据，当这些指令和某些数据由一个或多个处理器执行时操纵该一个或多个处理器以执行上述技术的一个或多个方面。非易失性计算机可读存储介质能够包括例如磁盘或光盘存储设备、诸如闪存、高速缓存的固态存储设备、随机存取存储器(RAM)或其它一个或多个非易失性存储器设备等。在非易失性计算机可读存储介质上存储的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解释或能够以其它方式执行的其它指令格式。
计算机可读存储介质可以包括在使用期间计算机系统可访问的任何存储介质或存储介质的组合，以向计算机系统提供指令和/或数据。这样的存储介质能够包括但不限于光学介质(例如，光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、蓝光光盘)、磁介质(例如，软盘、磁带或磁性硬盘驱动器)、易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或高速缓存)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)或闪存)或基于微机电系统(MEMS)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入在计算系统(例如，系统RAM或ROM)中、固定地附接至计算系统(例如，磁性硬盘驱动器)、可移除地附接到计算系统(例如，光盘或基于通用串行总线(USB)的闪存)，或经由有线或无线网络被耦接到计算机系统(例如，网络可访问存储(NAS))。
注意，并非在一般描述中的上述所有元素都被要求，特定示例设备的一部分可能不被要求，并且可以包括除了上述之外的一个或多个更进一步的元素。更进一步，其中特征或者组件出现在本文所描述的示例和附图中的顺序仅是特征或者组件可以被组合以创建如在本文中一般地描述的设备的多种方式中的一些。已经参考特定实施例描述了概念。然而，本领域的普通技术人员理解，在不脱离如在下面的权利要求书中阐述的本公开的范围的情况下，能够进行各种修改和变化。因此，说明书和附图应被认为是示意性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。
上面已经关于特定实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案出现或变得更加明显的任何特征都不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。此外，以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为可以以对受益于本文的教导的本领域技术人员显而易见的不同但等同的方式来修改和实践所公开的主题。除了在下面的权利要求书中描述的以外，没有意图限制本文所示构造或设计的细节。因此，显而易见的是，以上公开的特定实施例可以被更改或修改，并且所有这样的变化都被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文所寻求的保护如在以下权利要求书中所述。

Claims (17)

1.一种用于显示内容的装置，包括：
头戴式显示器HMD设备，包括被耦合到同步模块的一个或多个主动式快门，其中，所述同步模块包括第一光电二极管，所述第一光电二极管被配置成检测同步信号，其中，所述同步模块基于检测到的同步信号来同步所述一个或多个主动式快门的操作，其中，所述第一光电二极管被定位以检测所述同步信号作为由被定位在所述HMD设备内的移动设备的显示屏显示的同步像素的集合，其中，所述同步像素提供标识所述移动设备的特定型号的脉冲序列，并且其中，所述同步模块被配置成基于由所述同步像素提供的型号标识信息为所述特定型号的移动设备确定唯一的更新动态。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或多个主动式快门被配置成减小被定位在所述HMD设备内的移动设备的显示屏上显示的视频内容的占空比。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述一个或多个主动式快门包括一对LCD快门，所述一对LCD快门基于所述检测到的同步信号在使光通过的打开状态和阻挡光的关闭状态之间交替，并且其中所述一对LCD快门中的第一LCD快门处于所述打开状态，同时所述一对LCD快门中的第二LCD快门处于所述关闭状态。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述一个或多个主动式快门包括多个LCD快门，并且其中，所述多个LCD快门中的每个被配置成在与所述显示屏的像素子集对应的显示更新持续时间内基于所述同步信号阻挡光。
5.根据权利要求2所述的装置，进一步包括第二光电二极管，并且其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被定位在所述HMD设备内以检测在所述移动设备的所述显示屏的相对的侧处显示的像素。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被定位以基于对图像帧的显示更新之间的定时差来检测所述同步信号。
7.一种头戴式显示系统，包括：
一个或多个主动式快门，每个主动式快门在使光通过的打开状态和阻挡光的关闭状态之间交替；以及
同步模块，被耦合到所述一个或多个主动式快门，其中，所述同步模块包括第一光电二极管，所述第一光电二极管被配置成检测同步信号，并且其中，所述同步模块基于检测到的同步信号来控制所述一个或多个主动式快门的操作，其中，所述同步信号仅从移动设备的显示屏的预定部分被发射以同步所述一个或多个主动式快门，其中，所述第一光电二极管被定位以检测所述同步信号作为由所述显示屏显示的同步像素的集合，其中，所述同步像素提供标识所述移动设备的特定型号的脉冲序列，并且其中，所述同步模块被配置成基于由所述同步像素提供的型号标识信息为所述特定型号的移动设备确定唯一的更新动态。
8.根据权利要求7所述的头戴式显示系统，其中，所述一个或多个主动式快门包括一对LCD快门，并且其中，所述一对LCD快门中的第一LCD快门处于所述打开状态，而所述一对LCD快门中的第二LCD快门处于所述关闭状态。
9.根据权利要求8所述的头戴式显示系统，其中，所述一个或多个主动式快门包括多个LCD快门，并且其中，所述多个LCD快门中的每个被配置成在与被定位以在所述头戴式显示系统内显示的移动设备的所述显示屏的像素子集对应的显示更新持续时间内基于所述同步信号阻挡光。
10.根据权利要求7所述的头戴式显示系统，进一步包括第二光电二极管，并且其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被定位以检测移动设备的所述显示屏的相对的侧处显示的像素。
11.根据权利要求10所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被定位以基于对图像帧的显示更新之间的定时差来检测所述同步信号。
12.一种用于显示内容的方法，包括：
在同步模块的第一光电二极管处检测包括编码的同步数据的同步信号作为由移动设备的显示屏显示的同步像素的集合，其中，所述同步像素提供标识所述移动设备的特定型号的脉冲序列；
基于由所述同步像素提供的型号标识信息为所述特定型号的移动设备确定唯一的更新动态；并且
基于所述唯一的更新动态，控制一个或多个主动式快门的操作。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，控制一个或多个主动式快门的操作包括：
同步所述一个或多个主动式快门中的每一个在使从所述显示屏发射的光通过的打开状态和阻挡从所述显示屏发射的光的关闭状态之间交替，其中，同步所述交替包括匹配所述显示屏的滚动更新。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：
在与所述一个或多个主动式快门中的第一主动式快门相关联的所述显示屏的第一部分正在更新以呈现第一图像的同时，向所述第一主动式快门发信号以进入所述关闭状态；并且
在与所述第一主动式快门相关联的所述显示屏的第二部分正在更新以呈现所述第一图像的同时，向所述一个或多个主动式快门中的第二主动式快门发信号以进入所述关闭状态。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在与所述第二主动式快门相关联的所述显示屏的第二部分正在更新以呈现所述第一图像的同时，向所述第一主动式快门发信号以进入所述打开状态。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
在与所述第一主动式快门相关联的所述显示屏的第一部分正在更新以呈现第二图像的同时，向所述第一主动式快门发信号以进入所述关闭状态；并且
在与所述第一主动式快门相关联的所述显示屏的第一部分正在更新以呈现所述第二图像的同时，向所述第二主动式快门发信号以进入所述打开状态。
17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
在所述第一光电二极管处检测显示更新的第一定时以呈现第一图像；
在第二光电二极管处检测所述显示更新的第二定时以呈现所述第一图像；以及
基于所述第一定时和所述第二定时确定所述显示更新的滚动更新方向。
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