CN111771152B - 用于头戴式显示器中的散光校正的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所公开的系统可以包括：(1)透镜组件，该透镜组件响应于至少一个第一控制信号，在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度；以及(2)控制器，该控制器(a)接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息，以及(b)基于该信息生成该至少一个第一控制信号以使得透镜组件为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。还公开了各种其他系统和方法。

Description

用于头戴式显示器中的散光校正的系统和方法
交叉引用
本申请要求2018年2月27日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR ASTIGMATISMCORRECTION IN A HEAD-MOUNTED DISPLAY”的美国申请第15/906,295号的权益，该美国申请的全部内容通过引用并入本文。
背景
在至少一些当前的头戴式显示器(HMD)(例如在虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统等中使用的那些头戴式显示器)中，需要处方眼镜的观看者(例如，不是通过隐形眼镜或屈光手术进行光学校正的候选者的观看者)在使用HMD时(例如，由于HMD内的空间限制)可能会在佩戴这些眼镜时经历一些困难或不适。
一些HMD可以包括变焦光学系统，其中两个或更多部件之间(例如，观看者的眼睛、显示设备、观看透镜(viewing lens)等中的一个或更多个之间)的焦距可以在使用期间被改变，以模拟用户和显示设备上描绘的对象之间的距离差异。因此，在一些示例中，也可以使用相同的变焦光学系统来校正观看者的眼镜处方的球镜分量(spherical component)，从而可能允许观看者在没有眼镜的情况下使用这种HMD。
然而，某些观看者也可能表现出一定程度的散光(astigmatism)，这通常是由于眼睛的角膜或晶状体的不对称(例如，非球形)形状造成的，这可能导致在不同平面中传播的光线具有不同的焦点。因此，需要眼镜进行散光校正的观看者在使用HMD(包括使用变焦光学系统的那些HMD)期间可能会遇到视觉困难。
概述
如下文将更详细描述的，本公开描述了用于散光校正的系统和方法，例如可以在头戴式显示器(HMD)中使用的系统和方法。在一个示例中，系统可以包括：(1)透镜组件，该透镜组件响应于至少一个第一控制信号，在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度(cylindrical power)；以及(2)控制器，该控制器(a)接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息，以及(b)基于该信息生成该至少一个第一控制信号以使得透镜组件为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。在一些示例中，透镜组件可以包括(1)提供电子可控柱镜度的第一液晶透镜，以及(2)耦合到第一液晶透镜的旋转致动器，该旋转致动器沿着电子可控轴位定向第一液晶透镜。在其他实施例中，透镜组件可以包括：(1)第一液晶透镜，其提供沿着第一恒定轴位(constant axis)定向的第一电子可控柱镜度；以及(2)第二液晶透镜，其提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，该第二恒定轴位与第一恒定轴位是旋转偏移的，其中控制器可以基于该信息确定第一和第二电子可控柱镜度，该第一和第二电子可控柱镜度导致为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。在一些这样的示例中，第一恒定轴位和第二恒定轴位之间的旋转偏移可以在大于零度至小于180度的范围内。此外，在一些实施例中，第一恒定轴位和第二恒定轴位之间的旋转偏移可以大约为45度。
在一些实施例中，该系统可以包括致动器，该致动器基于至少一个第二控制信号改变显示设备和观看者的眼睛之间的距离，其中控制器可以(a)接收指示观看者的眼镜处方的球镜度分量的另外的信息，以及(b)基于该另外的信息生成至少一个第二控制信号以补偿观看者的球镜度分量。在其他示例中，该系统可以包括(1)在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上的观看透镜；以及(2)致动器，其基于至少一个第二控制信号改变观看透镜和显示设备之间的距离，其中控制器可以(a)接收指示观看者的眼镜处方的球镜度分量的另外的信息；以及(b)基于该另外的信息，生成至少一个第二控制信号，以补偿观看者的球镜度分量。
在一些示例中，该系统还可以包括输入接口，该输入接口接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息。此外，在一些实施例中，该系统可以包括(1)存储经由输入接口接收的信息的存储器、以及(2)检测观看者的生物特征的生物测定设备，其中控制器可以(a)基于观看者的生物特征确定观看者的身份，以及(b)基于观看者的身份从存储器中检索信息。在一些示例中，生物特征可以包括观看者的指纹、虹膜或视网膜中的至少一个的特征。
在其他实施方式中，该系统还可以包括检测观看者的生物特征的生物测定设备，并且控制器可以基于生物特征生成指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息。在这种情况下，生物测定设备可以包括光学波前传感器(optical wavefrontsensor)。
在一个示例中，系统可以包括(1)显示设备，其提供要由观看者观看的图像；(2)透镜组件，其响应于至少一个第一控制信号，在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度；(3)致动器，其基于至少一个第二控制信号改变观看者的眼睛和显示设备之间的有效焦距；以及(4)控制器，其(a)接收指示观看者的眼镜处方的球镜度分量、柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息，(b)基于该信息生成至少一个第一控制信号，以使透镜组件为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量，并且(c)基于该信息生成至少一个第二控制信号，以补偿观看者的球镜度分量。在一些实施例中，透镜组件可以包括(1)提供电子可控柱镜度的第一液晶透镜以及(2)耦合到第一液晶透镜的旋转致动器，该旋转致动器沿着电子可控轴位定向第一液晶透镜。在其他示例中，透镜组件可以包括(1)第一液晶透镜，其提供沿着第一恒定轴位定向的第一电子可控柱镜度；以及(2)第二液晶透镜，其提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，该第二恒定轴位与第一恒定轴位是旋转偏移的，其中控制器可以基于该信息确定第一和第二电子可控柱镜度，该第一和第二电子可控柱镜度导致为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。
在一些示例中，致动器可以相对于观看者的眼睛移动显示设备，以基于至少一个第二控制信号来改变观看者的眼睛和显示设备之间的有效焦距。在其他实施例中，该系统还可以包括在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上的观看透镜，并且致动器可以基于至少一个第二控制信号相对于显示设备移动观看透镜，以改变观看者的眼睛和显示设备之间的有效焦距。
在一个示例中，一种方法可以包括(1)接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息，(2)基于该信息为位于显示设备和观看者的眼睛之间的光路上的透镜组件生成至少一个控制信号，其中透镜组件提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度，以及(3)使用透镜组件基于至少一个控制信号，来为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。在一些实施例中，透镜组件可以包括(1)提供电子可控柱镜度的第一液晶透镜以及(2)耦合到第一液晶透镜的旋转致动器，该旋转致动器沿着电子可控轴位定向第一液晶透镜。在其他示例中，透镜组件可以包括(1)第一液晶透镜，其提供沿着第一恒定轴位定向的第一电子可控柱镜度；以及(2)第二液晶透镜，其提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，该第二恒定轴位与第一恒定轴位是旋转偏移的，其中生成至少一个控制信号可以包括基于该信息确定第一和第二电子可控柱镜度，该第一和第二电子可控柱镜度导致为观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。
根据本文描述的一般原理，来自上面提到的实施例中的任一个的特征可以与彼此组合地被使用。当结合附图和权利要求阅读下面的详细描述时，这些和其他实施例、特征和优点将被更充分地理解。
附图简述
附图示出了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图连同下面的描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
图1是用于(例如，在头戴式显示器(HMD)中)进行散光校正的示例性系统的框图。
图2是可用于图1的示例性系统中的示例性透镜组件的透视图。
图3是可用于图1的示例性系统中的另一示例性透镜组件的透视图。
图4是示例性HMD的透视图，其中可以采用用于提供散光校正的示例性显示系统。
图5是可在HMD(例如图4的示例性HMD)中使用的用于散光校正的示例性显示系统的侧视图。
图6是可以包括图5的示例性系统的示例性系统的框图。
图7是进行散光校正的示例性方法的流程图。
在全部附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元件。虽然本文所述的示例性实施例容许各种修改和替代形式，但是特定的实施例在附图中作为示例被示出并且在本文将被详细描述。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在受限于所公开的特定形式。更确切地，本公开涵盖了落在所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代方案。
示例性实施例的详细描述
本公开总体上涉及可以在HMD中使用的用于观看者的散光校正的系统和方法，例如在VR系统、AR系统、MR系统等中使用的系统和方法。如下面将更详细解释的，本公开的实施例可以方便观看者在不使用处方眼镜的情况下使用HMD，否则该用户可能需要处方眼镜来清楚地观看由HMD呈现的图像。
参考图1-图7，下面将提供用于在HMD和类似观看系统中进行散光校正的系统和方法的详细描述。结合图1讨论了用于散光校正的示例性系统，该系统包括控制器和电控透镜组件。结合图2和图3讨论了可用于图1的示例性系统中的两个示例性透镜组件。参考图4呈现了示例性HMD，并且结合图5和图6讨论了可在图4的示例性HMD中使用的用于散光校正的示例性系统。结合图7，讨论了散光校正的示例性方法。
图1是用于散光校正的示例性系统100的框图，该系统可用于各种显示系统，包括但不限于HMD。在一些实施例中，系统100可以包括控制器102和透镜组件104。在至少一些示例中，透镜组件104可以提供电子可控的柱镜度和相关联的柱镜轴位。在一些示例中，本文使用的术语“电子可控”可以指任何电子手段，可以通过该电子手段(例如，通过数字值、电压、电流等)来控制由透镜组件104提供的柱镜度的水平和/或柱镜轴位的定向。在下面描述的一些实施例中，透镜组件可以包含一个或更多个液晶透镜(LCL)。然而，在其他实施例中可以采用可以提供可控柱镜度和/或柱镜轴位的其他电子可控部件。
此外，如本文所使用的，术语“球镜度”、“柱镜度”和“柱镜轴位”可以对应于校正透镜或眼镜处方的“球镜”、“柱镜”和“轴位”分量，如同通常为用户每只眼睛的隐形眼镜或眼镜透镜所指定的。在至少一些示例中，球镜分量指定了(例如，对于远视(远视眼)、近视(近视眼)、老花眼(基于人类晶状体硬化的聚焦困难)等的)球镜校正，其中对于在垂直于眼睛光轴的每个方向上传播的光线，校正量是相同的。
一般来说，由于与散光相关的眼睛的角膜或晶状体的不对称(例如，非球形)形状，对于具有散光的人的适当光学校正可能需要不只是简单的球镜校正，因为球镜校正不能解决沿着垂直于光轴的不同轴(有时称为“子午线”)的校正能力的差异。因此，典型眼镜处方的柱镜和轴位分量旨在提供更全面的光学校正。在至少一些示例中，柱镜分量指定相对于处方的球镜分量的最大的负或正光焦度(optical power)偏移，而轴位分量定义相对于某个绝对定向(例如，水平定向)的最大或最小光焦度校正量(例如，由球镜和柱镜分量定义)的定向轴。在一些实施例中，轴位分量可以指定与球镜分量或柱镜分量对齐的子午线的定向，这两者都可以与应用的最小或最大校正量相关联。在一些示例中，与最小和最大校正量相关联的子午线可以分开90度。
因此，在本文采用的至少一些示例中，透镜组件104可以提供电子可控柱镜度，该柱镜度可以对应于眼镜处方的柱镜分量或与其相关的某个光焦度分量。此外，透镜组件104可以提供电子可控柱镜轴位，该柱镜轴位可以对应于眼镜处方的轴位分量或者与轴位分量偏移(例如，90度)的某个其他定向。
此外，在下面讨论的一些示例中，在本文呈现的各种系统和方法中提供的散光校正可以与球镜校正相结合，使得可以针对观看者的眼睛促成由球镜、柱镜和轴位分量表示的完整的眼镜处方。此外，在一些实施例中，系统和/或方法可以操作来为观看者的每只眼睛应用单独的眼镜处方。
图2是可在图1的系统100中采用的示例性透镜组件104A的透视图。在一些示例中，透镜组件104A可以包括耦合到旋转致动器204的柱面液晶透镜(LCL)202。在一些实施例中，如本文使用的LCL可以是基本透明的结构(例如，包括玻璃或聚合物的基本平面的结构)，其可以包括响应于电子刺激(例如，电场)而排列的液晶，以提供该结构的可控折射率。此外，柱面LCL 202可以提供可控制的折射率，该折射率沿着第一子午线提供某个最大值的屈光度，同时沿着垂直于第一子午线的第二子午线保持基本为零的光焦度。在图2的示例中，柱面LCL 202的柱镜轴位220在一些实施例中可以被定义为与第一子午线对齐，或者在其他实施例中可以被定义为与第二子午线对齐。在一些示例中，通过由控制器102生成的柱镜度控制信号212可以电子控制折射量。此外，在一些实施例中，柱面LCL202(以及本文描述的其他柱面LCL)的所得到的柱镜度可以是零、正或负。如图2的示例中所示，柱面LCL 202可以不呈现物理圆柱曲率，并且在一些示例中，可以更多地表现出平面结构。替代地，柱面LCL 202的特征是指主要与柱面透镜的光折射相对应地提供的光折射。
在至少一些示例中，柱镜轴位220的定向相对于柱面LCL 202本身可以是恒定的。因此，柱面LCL 202可以耦合到旋转致动器204，使得柱面LCL 202(以及因此柱镜轴位220)可以围绕与系统100相关联的光学系统(例如，HMD的光学系统)的光轴222旋转。此外，旋转致动器204可以响应于由控制器102产生的柱镜轴位控制信号214来旋转柱面LCL 202。在图2的特定示例中，旋转致动器204可以包括中心开口，其边缘可以连接到柱面LCL 202的周界的一个或更多个部分，使得光(例如，来自显示设备的光)可以穿过柱面LCL 202而不受旋转致动器204的阻碍。然而，体现旋转致动器204及其与柱面LCL 202的耦合的其他物理结构或配置也是可能的。在一些实施例中，旋转致动器204的各种类型的电子可控驱动器(例如，步进电机、音圈致动器等)中的任何一种都可以导致柱面LCL202围绕光轴222旋转。因此，通过生成柱镜度控制信号212以通过改变特定观看者的眼睛的柱面LCL 202的柱面折射率来控制柱镜光焦度，并且通过生成柱镜轴位控制信号214以使旋转致动器204绕光轴222旋转柱面LCL 202从而针对观看者的眼睛适当地对齐柱镜轴位220，透镜组件104A可以为观看者的眼睛提供散光校正。
在一些实施例中，控制器102可以包括模拟和/或数字硬件、执行软件或固件指令的一个或更多个处理器、或者它们的某种组合，以生成柱镜度控制信号212和柱镜轴位控制信号214，从而为观看者的眼睛提供散光校正。根据一些实施例，柱镜度控制信号212和柱镜轴位控制信号214中的任一个或两个以及本文描述的其他控制信号可以包括一个或更多个单独的信号。此外，在一些示例中，控制器102可以通过一个或更多个开环控制系统来驱动控制信号212和214。在其他实施例中，系统100可以包括一个或更多个传感器(例如，位置传感器、旋转传感器等)(未在图2或图3中示出)，其向控制器102提供位置和/或旋转信息，使得控制器102可以实现一个或更多个闭环控制系统来生成控制信号212和214。
图3是可在图1的系统100中采用的另一示例性透镜组件104B的透视图。在一些实施例中，透镜组件104B可以包括沿着光学系统(例如HMD的光学系统)的光轴222对齐的第一柱面LCL 202A和第二柱面LCL 202B。与图2的柱面LCL 202一样，柱面LCL 202A和202B可以各自提供可控折射率，该折射率沿着第一子午线提供某个最大值的屈光度，同时沿着垂直于第一子午线的第二子午线保持基本为零的光焦度。此外，在一些实施例中，第一柱面LCL202A可以限定第一柱镜轴位220A，而第二柱面LCL202B可以限定第二柱镜轴位220B，每个轴位可以被限定为与其对应的柱面LCL 202A或202B的第一子午线或第二子午线对齐。另外，在至少一些示例中，第一柱镜轴位220A和第二柱镜轴位220B不是围绕光轴222共同对齐的。在一些示例中，第一柱镜轴位220A和第二柱镜轴位220B彼此旋转偏移大于零度且小于180度的某个角度。在一些具体示例中，第一柱镜轴位220A和第二柱镜轴位220B可以旋转偏移45度或90度。
在一些实施例中，第一柱镜轴位220A和第二柱镜轴位220B之间的旋转偏移可以有助于基于由控制器102生成的相应的第一柱镜度控制信号212A和212B确定的各个柱面LCL202A和202B的柱镜度和轴位在特定柱镜轴位上产生特定的柱镜度。例如，控制器102可通过第一柱镜度控制信号212A使第一柱面LCL 202A产生沿第一柱镜轴位220A定向的第一柱镜度，并可通过第二柱镜度控制信号212B使第二柱面LCL 202B产生沿第二柱镜轴位220B定向的第二柱镜度，从而通过第一和第二柱镜度的组合产生沿期望柱镜轴位定向的总期望柱镜度。在一些示例中，第一和第二柱镜度的组合是第一和第二柱镜度的矢量相加。
图4是示例性头戴式显示器(HMD)400的透视图，该HMD可以作为VR、AR或MR系统的一部分向观看者的眼睛呈现图像。为了呈现这些图像，在一些实施例中，HMD 400可以包括至少一个显示系统402，其为观看者的眼睛提供散光光学校正(并且可能还有球镜光学校正)。在一些实施例中，两个显示系统402(每只用户眼睛一个显示系统)可以并入在HMD 400中。
图5是可以在HMD(例如，图4的HMD 400)内使用的示例性显示系统402的侧视图。如所示出的，显示系统402可以包括位于相对于观看者的眼睛501的光轴222上的显示器502(例如，液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCoS)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器等)。在两个显示系统402并入在单个HMD 400中的一些示例中，单个共享显示器502可以用于两个显示系统402。
与控制器102通信耦合的透镜组件104(例如，图2和图3的透镜组件104A或104B)也可以在显示器502和眼睛501之间位于光轴222上。此外，在至少一些实施例中，观看透镜504可以沿着光轴222定位在显示器502和眼睛501之间(例如，透镜组件104和显示器502之间)，以将从显示器502接收的光聚焦到眼睛501中。在一些示例中，使用观看透镜504可以使显示器502提供的图像占据眼睛501的更大量的视场(FOV)，以提供更真实的VR、AR或MR体验。
此外，显示系统402可以包括致动器506，该致动器506与控制器102通信耦合，并且与沿着光轴222的至少一个光学部件机械耦合。在图5的特定示例中，致动器506与显示器502机械耦合，以沿着光轴222移动显示器502更靠近和/或远离观看透镜504。在其他实施例中，一个或更多个致动器506可以与显示器502、透镜组件104和/或观看透镜504机械耦合，以沿着光轴222移动这些部件中的一个或更多个。虽然图5中所示的显示系统402的示例描绘了线性光轴222，但是其他实施例可以更一般地采用包括线性光轴222的光路，或者通过一个或更多个反射镜、透镜和/或其他光学部件遵循非线性光路的光路。
在一些示例中，显示器502和/或其他光学部件沿着光轴222的移动可以通过使眼睛501响应于显示器502和/或其他部件沿着光轴222的移动而重新聚焦来自显示器502的光来为观看者提供更三维的体验。附加地或可替代地，这种移动可以促进眼睛501的球镜(例如，对称的)光学校正。因此，在这样的示例中，控制器102可以使用(例如，如以上参考图1-图3所述的)透镜组件104结合使用致动器506的显示器502和/或其他光学部件沿着光轴222的移动，来为眼睛501提供基本上完整的(例如，球镜和柱镜)光学校正。
在一些实施例中，显示系统402可以包括输入接口508和/或生物测定设备510，它们中的每一个或两者可以用于接收或确定眼睛501的眼镜处方(例如，球镜、柱镜和轴位分量)。在一些示例中，观看者可以使用输入接口508来手动输入每只眼睛501的眼镜处方。在一些实施例中，输入接口508可以被结合在HMD 400内，并且可以包括一个或更多个按钮和/或其他输入部件。在其他示例中，输入接口508可以由与HMD 400通信耦合的另一电子设备(例如，计算机、智能手机等)提供。
在一些实施例中，观看者可以使用输入接口508来选择经由显示器502呈现给观看者的眼镜处方的每个分量的潜在值。在其他示例中，观看者可以使用输入接口508来在显示器502上观看测试图案或其他图像的同时操纵一个或更多个处方分量，以在控制器102控制透镜组件104和/或致动器506时呈现从观看者的视角聚焦的图案或图像。一旦图案或图像看起来被聚焦，观看者然后可以经由输入接口508向控制器102指示该事实，使得控制器102可以(例如，在通信地耦合到控制器102的存储器中)存储与眼镜处方相关联的对应值(例如，眼镜处方分量、提供给透镜组件104和/或致动器506的控制信号的值等)连同观看者的识别信息，使得控制器102可以在观看者随后使用显示系统402期间为观看者的眼睛501提供适当的光学校正。
在一些实施例中，生物测定设备510可以检测观看者的生物特征。检测到的生物特征的示例可以包括但不限于观看者的指纹、虹膜或视网膜。因此，生物测定设备510可以是例如能够检测期望的生物特征的图像扫描仪。基于生物特征，控制器102可以基于生物特征确定观看者的身份。例如，当观看者最初设置显示系统402以提供适当的光学校正(例如，如上所述)时，观看者可能已经通过输入接口508预先输入了识别信息(例如，观看者姓名、观看者标识符等)。此外，控制器102可以将观看者的生物特征与识别信息一起存储。对于观看者随后对显示系统402的使用，控制器102可以使用生物测定设备510来检测观看者的生物特征，通过检测到的生物特征来确定观看者身份，检索先前存储的与所识别的观看者的眼镜处方相关联的信息，并且使用该信息来控制透镜组件104和/或致动器506，以向观看者的眼睛501提供适当的光学校正。
在一些实施例中，由生物测定设备510检测的生物特征可以指示观看者的眼睛501的眼镜处方。例如，生物测定设备510可以包括光学波前传感器，其检测眼睛501的一个或更多个光学特征，例如眼睛501的角膜和/或晶状体的形状。基于检测到的生物特征，控制器102可以为观看者的眼睛501生成眼镜处方或相关信息，并为透镜组件104和/或致动器506生成控制信号，以对观看者的眼睛501应用适当的光学校正。在一些示例中，控制器102还可以将处方相关信息与观看者的标识符结合存储，使得透镜组件104和/或致动器506可以在观看者下次使用显示系统402时被适当地控制或配置，如上所述。
图6是包括如上所述的透镜组件104(例如，图2和图3的透镜组件104A或104B)的示例性系统600的框图。如图6所示，示例性系统600可以包括用于执行一个或更多个任务的一个或更多个模块602。如下文将更详细解释的，模块602可以包括处方确定模块604、透镜组件控制模块606和致动器控制模块608。尽管被图示为单独的元件，但是图6中的一个或更多个模块602可以代表单个模块或应用的部分。
在下面更详细描述的示例实施例中，系统600可以被用作显示系统(例如，图4和图5的显示系统402)的至少一部分，用于为HMD(例如，图4的HMD 400)或其他显示设备的用户提供散光校正(并且，在一些实施方式中，提供球镜校正)。这种系统可以包括附加元件620，例如透镜组件104(例如，图2和图3的透镜组件104A或104B)、致动器506、输入接口508和生物测定设备510。另外，一个或更多个模块602和/或附加元件620(例如，输入接口508)或其部分可以位于HMD 400或其他显示设备之外。
在一些实施例中，如上所述，处方确定模块604可以接收(例如，来自输入接口508的)观看者识别信息和/或可能用于识别一个或更多个观看者的其他信息(例如，来自生物测定设备510的生物特征)。另外，处方确定模块604可以(例如，从生物测定设备510)接收指示观看者的眼镜处方信息的生物特征。基于这样的信息，处方确定模块604可以为每个观看者存储指示眼镜处方的信息(例如，眼镜处方本身、透镜组件104和/或致动器506的控制信息等)。
在一些示例中，透镜组件控制模块606可以生成一个或更多个控制信号(例如，图2的柱镜度控制信号212和柱镜轴位控制信号214、图3的柱镜度控制信号212A和212B等)来控制透镜组件104，如前所述的。类似地，在一些实施例中，致动器控制模块608可以生成一个或更多个控制信号来控制致动器506，如上面更全面解释的。此外，在一些示例中，透镜组件控制模块606和致动器控制模块608可以基于由处方确定模块604生成和/或存储的信息(例如，眼镜处方信息、控制信息等)生成控制信号，如上面详细讨论的。
在某些实施例中，图6中的一个或更多个模块602可以表示一个或更多个软件应用或程序，当由计算设备执行时，这些软件应用或程序可以使计算设备执行一个或更多个任务。图6中的一个或更多个模块602也可以代表被配置成执行一个或更多个任务的一个或更多个专用计算机的全部或部分。
如图6所示，系统600还可以包括一个或更多个存储器设备，例如存储器640。存储器640通常代表能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器640可以存储、加载和/或维护一个或更多个模块602。如图6所示，系统600还可以包括一个或更多个物理处理器，例如物理处理器630，其可以访问和/或修改存储在存储器640中的一个或更多个模块602，从而作为图1-图3和图6的控制器102操作。附加地或可替代地，物理处理器630可以执行一个或更多个模块602。在又一示例实施例中，模块602中的一个或更多个或其部分可以替代地实现为未存储在存储器640中的硬件部件，例如用于执行上述一个或更多个任务的电子电路。另外，在一些示例中，存储器640可以包括由模块602生成和/或使用的信息(例如，观看者标识符、描述观看者的检测到的生物特征的信息、观看者的眼镜处方、透镜组件104和/或致动器506的控制信息等)，如上所述。
在其他示例中，由执行模块602的物理处理器630执行的上述一些功能可以替代地由系统600中包括的专用电路来执行。
图7是用于散光校正的示例性方法700的流程图。图7所示的步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统来执行，包括图1-图6所示的系统。在一个示例中，图7中所示的每个步骤可以表示其结构包括多个子步骤和/或由多个子步骤表示的算法，其示例在上面进行了更详细的描述。
如图1所示，在步骤710，可以(例如，通过处方确定模块604)接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息。所接收的信息可以是眼镜处方的实际分量或指示柱镜度分量和柱镜轴位分量的其他信息(例如，生物特征信息)。在步骤720，基于该信息，(例如，通过透镜组件控制模块606)生成用于位于显示设备(例如，显示器502)和观看者的眼睛之间的光路上的透镜组件(例如，透镜组件104)的至少一个控制信号。在至少一些示例中，如上所述，透镜组件可以提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度。在步骤730，使用透镜组件基于至少一个控制信号，向观看者提供沿着柱镜轴位分量定向的柱镜度分量。
如以上结合图1至图7所解释的，本文描述的透镜组件以及采用这种组件的系统和方法可以有助于对使用HMD或其他显示系统的观看者进行散光校正(以及可能的球镜校正)，因此潜在地消除了观看者在使用显示系统时佩戴眼镜的需要，考虑到观看者的眼睛和显示系统的部件之间可能存在的空间限制，在使用显示系统时佩戴眼镜可能是困难的。另外，处方眼镜的使用可能损害显示系统的一个或更多个功能，例如将来自显示器的光聚焦到观看者的眼睛上，以及跟踪眼睛运动以增强显示系统的功能。因此，在一些示例中，使用所公开的系统和方法可以增强显示功能和用户舒适度。
如上面所详述的，本文描述和/或示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令(例如在本文描述的模块中包含的那些指令)的任何类型或形式的计算设备或系统。在它们的最基本的配置中，这些计算设备可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。
在一些示例中，术语“存储器设备”通常指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文描述的一个或更多个模块。存储器设备的示例非限制地包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、高速缓存、这些部件中的一个或更多个的变形或组合、或者任何其他合适的储存存储器。
在一些示例中，术语“物理处理器”通常指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或更多个模块。物理处理器的示例非限制地包括微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、这些部件中的一个或更多个的部分、这些部件中的一个或更多个的变形或组合、或任何其他合适的物理处理器。
尽管被示为单独的元件，但是本文描述和/或示出的模块可以表示单个模块或应用的部分。此外，在某些实施例中，这些模块中的一个或更多个可以表示一个或更多个软件应用或程序，其当由计算设备执行时可以使计算设备执行一个或更多个任务。例如，本文描述和/或示出的一个或更多个模块可以表示被存储和配置为在本文描述和/或示出的一个或更多个计算设备或系统上运行的模块。这些模块中的一个或更多个还可以表示被配置为执行一个或更多个任务的一个或更多个专用计算机的全部或部分。
此外，本文描述的一个或更多个模块可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换成另一种形式。例如，本文所述的一个或更多个模块可以接收观看者的待转换的生物特征数据(例如，扫描数据、光学校正数据等)，并将接收的数据转换成用于透镜组件的控制信号，以提供散光校正。附加地或可替代地，本文所述的一个或更多个模块可以通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据、和/或以其他方式与计算设备交互来将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式转换成另一种形式。
在一些实施例中，术语“计算机可读介质”通常指能够存储或携带计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于传输型介质(诸如，载波)以及非暂时性介质，诸如，磁存储介质(例如，硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(CD)、数字视频盘(DVD)和BLU-RAY盘)、电子存储介质(例如，固态驱动器和闪存介质)以及其他分发系统。
本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是在呈现给用户之前以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联。可以在各种平台(包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台)上实现提供人工现实内容的人工现实系统。
在本文描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例被给出，并且可以根据需要而变化。例如，虽然在本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序被示出或讨论，但这些步骤不一定需要以所示出或讨论的顺序来被执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法也可以省略在本文描述或示出的一个或更多个步骤，或者包括除了那些所公开的步骤之外的附加步骤。
提供前面的描述以使本领域中的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各种方面。该示例性描述并不旨在是穷尽的或受限于所公开的任何精确形式。许多修改和变化是可能的，而不偏离本公开的精神和范围。本文公开的实施例应当在所有方面被认为是说明性的而不是限制性的。在确定本公开的范围时，应当参考所附权利要求及其等同物。
除非另外提到，如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“……中的至少一个”。最后，为了容易使用，如在说明书和权利要求中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)与词“包括(comprising)”可互换并具有与词“包括(comprising)”相同的含义。

Claims (17)

1.一种用于头戴式显示器中的散光校正的系统，包括：
透镜组件，所述透镜组件在显示设备和观看者的眼睛之间的光路上提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度，其中所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其响应于第一控制信号，提供沿着第一恒定轴定向的第一电子可控柱镜度；和
第二液晶透镜，其响应于第二控制信号，提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，所述第二恒定轴位与所述第一恒定轴位是旋转偏移的；和
控制器，所述控制器：
接收指示所述观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息；
基于所述信息，确定所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度，所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度导致为所述观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量；和
基于所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度生成所述第一控制信号和第二控制信号，以使所述透镜组件为所述观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其提供所述电子可控柱镜度；和
旋转致动器，其耦合到所述第一液晶透镜，且沿着所述电子可控轴位定向所述第一液晶透镜。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一恒定轴位和所述第二恒定轴位之间的旋转偏移的范围为从大于零度到小于180度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一恒定轴位和所述第二恒定轴位之间的旋转偏移为45度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述系统还包括致动器，所述致动器基于至少一个第三控制信号来改变所述显示设备和所述观看者的眼睛之间的距离；和
所述控制器：
接收指示所述观看者的眼镜处方的球镜度分量的第二信息；和
基于所述第二信息，生成所述至少一个第三控制信号，以补偿所述观看者的球镜度分量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述系统还包括：
观看透镜，其在所述显示设备和所述观看者的眼睛之间的光路上；和
致动器，其基于至少一个第三控制信号来改变所述观看透镜和所述显示设备之间的距离；和
所述控制器：
接收指示所述观看者的眼镜处方的球镜度分量的第二信息；和
基于所述第二信息，生成所述至少一个第三控制信号，以补偿所述观看者的球镜度分量。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括：
输入接口，其接收指示所述观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括：
存储器，其存储通过所述输入接口接收的信息；和
生物测定设备，其检测所述观看者的生物特征；
其中，所述控制器：
基于所述生物特征确定所述观看者的身份；和
基于所述观看者的身份而从所述存储器中检索信息。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述生物特征包括所述观看者的指纹、虹膜或视网膜中的至少一个的特征。
10.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述系统还包括检测所述观看者的生物特征的生物测定设备；和
所述控制器基于所述生物特征生成指示所述观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述生物测定设备包括光学波前传感器。
12.一种用于头戴式显示器中的散光校正的系统，包括：
显示设备，其提供要由观看者观看的图像；
透镜组件，其在所述显示设备和所述观看者的眼睛之间的光路上提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度，其中所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其响应于第一控制信号，提供沿着第一恒定轴定向的第一电子可控柱镜度；和
第二液晶透镜，其响应于第二控制信号，提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，所述第二恒定轴位与所述第一恒定轴位是旋转偏移的；
致动器，其基于至少一个附加控制信号来改变所述观看者的眼睛和所述显示设备之间的有效焦距；和
控制器，所述控制器：
接收指示所述观看者的眼镜处方的球镜度分量、柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息；
基于所述信息，确定所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度，所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度导致为所述观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量；
基于所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度，生成所述第一控制信号和第二控制信号，以使所述透镜组件为所述观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量；和
基于所述信息生成至少一个第三控制信号，以补偿所述观看者的所述球镜度分量。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其提供所述电子可控柱镜度；和
旋转致动器，其耦合到所述第一液晶透镜，沿着所述电子可控轴位定向所述第一液晶透镜。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述致动器基于所述至少一个第三控制信号来相对于所述观看者的眼睛移动所述显示设备，以改变所述观看者的眼睛和所述显示设备之间的有效焦距。
15.根据权利要求12所述的系统，其中：
所述系统还包括位于所述显示设备和所述观看者的眼睛之间的光路上的观看透镜；和
所述致动器基于所述至少一个第三控制信号来相对于所述显示设备移动所述观看透镜，以改变所述观看者的眼睛和所述显示设备之间的有效焦距。
16.一种用于头戴式显示器中的散光校正的方法，包括：
接收指示观看者的眼镜处方的柱镜度分量和柱镜轴位分量的信息；
基于所述信息确定第一电子可控柱镜度和第二电子可控柱镜度，所述第一电子可控柱镜度和所述第二电子可控柱镜度导致为所述观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量；
基于所述第一电子可控柱镜度和第二电子可控柱镜度，来生成用于位于显示设备和所述观看者的眼睛之间的光路上的透镜组件的第一控制信号和第二控制信号，其中，所述透镜组件提供沿着电子可控轴位定向的电子可控柱镜度，其中所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其响应于所述第一控制信号，提供沿着第一恒定轴定向的第一电子可控柱镜度；和
第二液晶透镜，其响应于所述第二控制信号，提供沿着第二恒定轴位定向的第二电子可控柱镜度，所述第二恒定轴位与所述第一恒定轴位是旋转偏移的；和
使用所述透镜组件基于所述第一控制信号和所述第二控制信号来为观看者提供沿着所述柱镜轴位分量定向的所述柱镜度分量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述透镜组件包括：
第一液晶透镜，其提供所述第一电子可控柱镜度；和
旋转致动器，其耦合到所述第一液晶透镜，沿着所述电子可控轴位定向所述第一液晶透镜。
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