CN112285930B - 用于头戴式设备的光学对准 - Google Patents

Abstract

头戴式设备可包括调节机构以在光学部件在头戴式设备内组装期间和/或之后实现光学部件的最佳对准。对准机构可集成到头戴式设备自身中。光投射显示元件可能够基于斜坡构件在头戴式设备内(例如，在臂内)的移动来调节，以调节光投射显示元件相对于其将光投射到上面的波导的取向。可基于显示元件的光学输出来验证对准。调节机构可在初始装配期间调节显示元件和/或由致动器操作，所述致动器随时间推移根据需要主动地调节对准。

Description

用于头戴式设备的光学对准

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月22日提交的名称为“OPTICAL ALIGNMENT FOR HEAD-MOUNTABLE DEVICE”的美国临时申请号62/877,247的权益，其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本说明书整体涉及头戴式设备，并且更特别地，涉及用于头戴式设备的光学组件诸如眼镜的对准机构。

背景技术

用户可佩戴头戴式设备以在该用户的视野内显示视觉信息。头戴式设备可用作虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统和/或混合现实(MR)系统。用户可观察由头戴式设备提供的输出，诸如在显示器上提供的视觉信息。显示器可任选地允许用户观察在头戴式设备外部的环境。由头戴式设备提供的其他输出可包括音频输出和/或触觉反馈。用户可通过提供输入以供头戴式设备的一个或多个部件进行处理来进一步与该头戴式设备交互。例如，在设备安装到用户的头部的同时，该用户可以提供触觉输入、语音命令和其他输入。

附图说明

本主题技术的一些特征在所附权利要求书中被示出。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施方案。

图1示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的透视图。

图2示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的框图。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的图1头戴式设备的一部分的剖视图。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的光学组件的分解透视图。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的图4光学组件的顶视图。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的图4光学组件的另一顶视图。

图7示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的光学组件的分解透视图。

具体实施方式

下面示出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述并且不旨在表示本主题技术可被实践的唯一配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括具体的细节旨在提供对本主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本主题技术不限于本文示出的具体细节并且可在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。

头戴式设备，诸如智能眼镜、头戴式显示器、头戴式耳机、护目镜、平视显示器等可以执行所制造的可穿戴设备包括的部件(例如，传感器、电路和其他硬件)确定的一系列功能。可期望对准地提供头戴式设备的部件，该对准提供所期望的光学属性，包括来自显示元件的视觉特征的正确对准的输出。

头戴式设备的显示部件的正确操作可基于正确的对准。例如，在光投影显示元件被配置为将光投射到波导上的情况下，优选地实现显示元件和波导的相对对准以用于实现最佳性能。部件的不对准可导致由显示元件输出的视觉特征在并非期望位置的位置处投射在波导上。虽然可通过移位显示元件的输出(例如，通过基于已知偏移来移位视觉特征)来适应此类不对准，但此类措施可能要求牺牲显示元件的某些输出区域。因此，不可利用显示元件的整个显示能力。

在头戴式设备的组装期间，显示元件可相对于波导布置以实现最佳对准。各个部件可各自具有产生一系列不同对准可能性的不同制造公差。鉴于这样一系列可能的不对准，可能期望具有在头戴式设备内组装期间和/或之后使部件相对于彼此对准的能力。

本公开的头戴式设备可提供调节机构以在光学部件在头戴式设备内组装期间和/或之后实现光学部件的最佳对准。对准机构可集成到头戴式设备自身中。光投射显示元件可能够基于斜坡构件在头戴式设备内(例如，在臂内)的移动来调节，以调节光投射显示元件相对于其将光投射到上面的波导的取向。可基于显示元件的光学输出来验证对准。调节机构可在初始装配期间调节显示元件和/或由致动器操作，所述致动器随时间推移根据需要主动地调节对准。

下面参考图1至图7来讨论这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

根据一些实施方案，例如如图1所示，头戴式设备10包括框架20，该框架利用一个或多个臂40佩戴在头部上。框架20可定位在用户的眼睛的前面以在用户的视野内提供信息。框架20可提供鼻垫34或另一特征部来放置在用户的鼻部上。框架20还包括一个或多个光学模块50和位于鼻垫34上方并连接多个光学模块50的桥接部32。

框架20和/或臂40可用于环绕头戴式设备10的外围区域以及将任何内部部件支撑在其组装位置。例如，框架20和/或臂40可包封并支撑各种内部部件(包括例如集成电路芯片、处理器、传感器、输入/输出设备、存储器设备、和其他电路)，以为头戴式设备10提供计算和功能操作，如本文进一步所讨论。

光学模块50可以透射来自物理环境的光以供用户观看。此类光学模块50可包括光学特性，诸如用于基于来自物理环境的入射光的视力矫正的透镜。除此之外或另选地，光学模块50可作为用户的视野内的显示器来提供信息。此类信息可基于将光投射到光学模块50的一个或多个元件上和/或与之通信的显示元件80的操作来显示。如图1所示，显示元件80可至少部分地驻留在臂40中的一者或多者中和/或驻留在框架20中。例如，显示元件80可至少部分地驻留在从框架20延伸到臂40中的腔体42内。所显示信息可被提供而排除物理环境的查看或附加于(例如，叠置以)物理环境。

物理环境是指人们在没有电子系统帮助的情况下能够感测和/或交互的物理世界。物理环境诸如物理公园包括物理物品，诸如物理树木、物理建筑物和物理人。人们能够诸如通过视觉、触觉、听觉、味觉和嗅觉来直接感测物理环境和/或与物理环境交互。

相反，计算机生成现实(CGR)环境是指人们经由电子系统感知和/或交互的完全或部分模拟的环境。在CGR中，跟踪人的物理运动的一个子集或其表示，并且作为响应，以符合至少一个物理定律的方式调节在CGR环境中模拟的一个或多个虚拟对象的一个或多个特征。例如，CGR系统可以检测人的头部转动，并且作为响应，以与此类视图和声音在物理环境中变化的方式类似的方式调节呈现给人的图形内容和声场。在一些情况下(例如，出于可达性原因)，对CGR环境中虚拟对象的特征的调节可以响应于物理运动的表示(例如，声音命令)来进行。

人可以利用其感官中的任一者来感测CGR对象和/或与CGR对象交互，包括视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。例如，人可以感测音频对象和/或与音频对象交互，该音频对象创建3D或空间音频环境，该3D或空间音频环境提供3D空间中点音频源的感知。又如，音频对象可以使能音频透明度，该音频透明度在有或者没有计算机生成的音频的情况下选择性地引入来自物理环境的环境声音。在某些CGR环境中，人可以感测和/或只与音频对象交互。

CGR的示例包括虚拟现实和混合现实。

虚拟现实(VR)环境是指被设计成对于一个或多个感官完全基于计算机生成的感官输入的模拟环境。VR环境包括人可以感测和/或交互的多个虚拟对象。例如，树木、建筑物和代表人的化身的计算机生成的图像是虚拟对象的示例。人可以通过在计算机生成的环境内人的存在的模拟、和/或通过在计算机生成的环境内人的物理运动的一个子组的模拟来感测和/或与VR环境中的虚拟对象交互。

与被设计成完全基于计算机生成的感官输入的VR环境相比，混合现实(MR)环境是指被设计成除了包括计算机生成的感官输入(例如，虚拟对象)之外还引入来自物理环境的感官输入或其表示的模拟环境。在虚拟连续体上，混合现实环境是完全物理环境作为一端和虚拟现实环境作为另一端之间的任何状况，但不包括这两端。

在一些MR环境中，计算机生成的感官输入可以对来自物理环境的感官输入的变化进行响应。另外，用于呈现MR环境的一些电子系统可以跟踪相对于物理环境的位置和/或取向，以使虚拟对象能够与真实对象(即，来自物理环境的物理物品或其表示)交互。例如，系统可以导致运动使得虚拟树木相对于物理地面看起来是静止的。

混合现实的示例包括增强现实和增强虚拟。

增强现实(AR)环境是指其中一个或多个虚拟对象叠加在物理环境或其表示之上的模拟环境。例如，用于呈现AR环境的电子系统可具有透明或半透明显示器，人可以透过该显示器直接查看物理环境。该系统可以被配置成在透明或半透明显示器上呈现虚拟对象，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。另选地，系统可以具有不透明显示器和一个或多个成像传感器，成像传感器捕获物理环境的图像或视频，这些图像或视频是物理环境的表示。系统将图像或视频与虚拟对象组合，并在不透明显示器上呈现组合物。人利用系统经由物理环境的图像或视频而间接地查看物理环境，并且感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。如本文所用，在不透明显示器上显示的物理环境的视频被称为“透传视频”，意味着系统使用一个或多个图像传感器捕获物理环境的图像，并且在不透明显示器上呈现AR环境时使用那些图像。进一步另选地，系统可以具有投影系统，该投影系统将虚拟对象投射到物理环境中，例如作为全息图或者在物理表面上，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。

增强现实环境也是指其中物理环境的表示被计算机生成的感官信息进行转换的模拟环境。例如，在提供透传视频中，系统可以对一个或多个传感器图像进行转换以施加与成像传感器所捕获的视角不同的选择视角(例如，视点)。又如，物理环境的表示可以通过图形地修改(例如，放大)其部分而进行转换，使得经修改部分可以是原始捕获图像的代表性的但不是真实的版本。再如，物理环境的表示可以通过以图形方式消除其部分或将其部分进行模糊处理而进行转换。

增强虚拟(AV)环境是指其中虚拟或计算机生成的环境结合来自物理环境的一个或多个感官输入的模拟环境。感官输入可以是物理环境的一个或多个特征的表示。例如，AV公园可以具有虚拟树木和虚拟建筑物，但人的脸部是从对物理人拍摄的图像逼真再现的。又如，虚拟对象可以采用一个或多个成像传感器所成像的物理物品的形状或颜色。再如，虚拟对象可以采用符合太阳在物理环境中的位置的阴影。

有许多不同类型的电子系统使人能够感测和/或与各种CGR环境交互。示例包括头戴式系统、基于投影的系统、平视显示器(HUD)、集成有显示能力的车辆挡风玻璃、集成有显示能力的窗户、被形成为设计用于放置在人的眼睛上的透镜的显示器(例如，类似于隐形眼镜)、耳机/听筒、扬声器阵列、输入系统(例如，具有或不具有触觉反馈的可穿戴或手持式控制器)、智能电话、平板电脑、以及台式/膝上型计算机。头戴式系统可具有集成不透明显示器和一个或多个扬声器。另选地，头戴式系统可被配置为接受外部不透明显示器(例如，智能电话)。头戴式系统可结合用于捕获物理环境的图像或视频的一个或多个成像传感器、和/或用于捕获物理环境的音频的一个或多个麦克风。头戴式系统可具有透明或半透明显示器，而不是不透明显示器。透明或半透明显示器可以具有媒介，代表图像的光通过该媒介被引导到人的眼睛。显示器可以利用数字光投影、OLED、LED、uLED、硅基液晶、激光扫描光源或这些技术的任意组合。媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。在一个实施方案中，透明或半透明显示器可被配置成选择性地变得不透明。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置成将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。

再次参考图1，框架20可以利用臂40支撑在用户的头部上。与镜腿部件36一样，臂40可沿用户头部的相对侧包裹或延伸。臂40还可以包括用于包裹或以其他方式接合用户耳朵的听筒38。应当理解，可应用其他配置来将头戴式设备10固定到用户的头部。例如，除了头戴式设备10的所例示的部件之外或作为其代替，可使用一个或多个绑带、条带、束带、盖、帽或其他部件。又如，臂可围绕用户的头部延伸到框架20的两侧。

框架20可联接到臂40中的一者或多者(包括镜腿部件36和/或听筒38)或与其一体(例如，单一整体)。例如，包括框架20的连续支撑结构可支撑光学模块50以及显示元件80。虽然臂40的至少一部分可任选地相对于框架20移动(例如，听筒38围绕铰链44并且相对于镜腿部件36枢转)，但应当理解，在至少一些实施方案中，框架20和/或臂40可形成支撑光学模块50以及显示元件80两者的连续结构，以有利于光学模块50及其对应的显示元件80的相对对准。这样，臂40可以是指远离框架20的部分延伸并且支撑光学模块50的支撑结构的至少一部分(例如，镜腿部件36)。

在一些实施方案中，每个光学模块50可包括显示元件80(例如，光投影仪)和波导。显示元件80可包括用于以期望的方式投射光的任何和所有部件。例如，显示元件80可包括光源，诸如RGB模块、偏光器、分束器、准直器、透镜等。光学模块50可包括允许所接收光的内反射的波导、以及一个或多个其他光学部件诸如矫正透镜。

光学模块50可包括用于校准显示元件80的目标元件58。例如，显示元件80可将光投射到目标元件58上。基于显示元件80的已知输出，可基于光相对于目标元件58的表现来检测显示元件80相对于光学模块50(例如，波导)的对准。如本文进一步讨论的，可以执行适当的调节。目标元件58可以是光学模块50的任何部件(包括波导)上的图案或其他视觉特征。

现在参见图2，头戴式设备的部件可以被提供并且操作地连接以实现本文所述的性能。图2示出了根据本公开的一个或多个实施方案的头戴式设备10的简化框图。应当理解，可在头戴式设备10的框架和/或一个或多个臂中的任一者或两者上设置本文所述的部件。

如图2所示，头戴式设备10可包括具有一个或多个处理单元的处理器92，这些处理单元包括或被配置为访问其上存储有指令的存储器。该指令或计算机程序可被配置为执行相对于头戴式设备10所述的操作或功能中的一者或多者。处理器92可以被实现为能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。例如，处理器92可以包括以下项中的一者或多者：微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他适当配置的计算元件。

头戴式设备10还可包括用于为用户显示视觉信息的显示元件80。显示元件80可以提供视觉(例如，图像或视频)输出。显示元件80可以是或包括不透明、透明和/或半透明的显示器。显示元件80可具有透明或半透明介质，表示图像的光穿过该透明或半透明介质被引导到用户的眼睛。显示元件80可以利用数字光投影、OLED、LED、uLED、硅基液晶、激光扫描光源、或这些技术的任意组合。媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。在一个实施方案中，透明或半透明显示器可被配置成选择性地变得不透明。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置成将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。头戴式设备10可包括光学子组件，该光学子组件被配置为帮助光学地调节和正确地投射由显示元件80显示的基于图像的内容以供近距离观看。光学子组件可以包括一个或多个透镜、反射镜或其他光学设备，如本文进一步所讨论。

头戴式设备10可包括一个或多个传感器94。传感器94可以是或者包括用于捕获在头戴式设备10外部的环境的视图的相机。相机可包括光学传感器，诸如光电二极管或光电二极管阵列、电荷耦合器件(CCD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件、光伏电池单元、光电阻部件、激光扫描仪等。相机可被配置为捕获位于相机的视场内的场景或主题的图像。

除此之外或另选地，传感器94可以是相机或另一传感器，其被配置为检测来自显示元件80的光相对于光学模块的目标元件的投影。如本文所述，显示元件80可将光投射到波导或另一部件上，并且光的一部分可被投射到目标元件上。传感器94可以光学方式或以其他方式检测投射光相对于目标元件的位置，以便于相对于波导校准和调节显示元件80。

附加地或另选地，传感器94可以是或包括指向外部环境的一个或多个环境传感器。此类环境传感器可以包括检测头戴式设备10的环境中的一个或多个条件的任何传感器。例如，环境传感器160可包括成像设备、热传感器、接近传感器、运动传感器、湿度传感器、化学传感器、光传感器、磁力仪、陀螺仪、加速度计、全球定位传感器、倾斜传感器、和/或UV传感器。环境传感器可以被配置为感测基本上任何类型的特性，诸如但不限于图像、压力、光、触摸、力、温度、位置、运动等。

除此之外或另选地，传感器94可以是或包括用于跟踪佩戴头戴式设备10的用户的特征的一个或多个用户传感器。例如，用户传感器可以执行面部特征检测、面部运动检测、面部识别、眼动跟踪、用户心情检测、用户情绪检测、语音检测等。此类眼动跟踪可以用于确定要由显示元件80显示的信息的位置和/或要由头戴式设备10分析的视图的一部分(例如，对象)。又如，用户传感器可以是用于跟踪生物计量特性(诸如健康和活动量度)的生物传感器。

头戴式设备10可包括一个或多个致动器98。致动器98可连接到头戴式设备10的调节元件和/或其他部件以根据需要移动此类部件。致动器98可基于来自处理器92的命令和/或基于传感器94的检测来操作，如本文进一步讨论。致动器98可包括或连接到电机、液压式致动器、气动式致动器、磁致动器、压电致动器、电活性材料、步进电机、形状记忆合金、等等，以及传动系部件诸如齿轮、离合器和/或传动装置，以有利于基于对应致动器98的操作来独立地或同时地移动调节元件。

头戴式设备10可包括用于使用任何合适的通信协议与一个或多个服务器或其他设备进行通信的通信元件96。例如，通信元件96可支持Wi-Fi(例如，802.11协议)、以太网、蓝牙、高频系统(例如，900MHz、2.4GHz和5.6GHz通信系统)、红外、TCP/IP(例如，TCP/IP层中的每一个层中使用的任何协议)、HTTP、BitTorrent、FTP、RTP、RTSP、SSH、任何其他通信协议或它们的任何组合。通信元件96也可包括用于传输和接收电磁信号的天线。

头戴式设备10可包括用于支持其操作的一个或多个其他部件。例如，头戴式设备10可包括电池(未示出)，该电池可对头戴式设备10的部件进行充电和/或供电。电池也可对连接到头戴式设备10的部件充电和/或供电。又如，头戴式设备10可包括输入/输出部件(未示出)，该输入/输出部件可包括用于允许用户提供输入和/或接收输出的任何合适的部件。输入/输出部件可包括例如一个或多个按钮、表冠、按键、拨号盘、触控板、麦克风、扬声器、触觉设备等。

现在参见图3，头戴式设备可包括光学模块，该光学模块提供对外部环境的查看并且接收来自显示元件的光以呈现给用户。

如图3所示，光学模块50可包括位于内透镜56和外透镜52之间的波导54。内透镜56可定位在光学模块50的用户侧上(例如，在佩戴头戴式设备时面向用户)，并且外透镜52可定位在光学模块50的世界侧上(例如，在佩戴头戴式设备时背离用户)。波导54可接收来自显示元件80的光88，如本文进一步讨论。内透镜56可提供用于将来自显示元件80的光传输通过内透镜56并到达波导54的窗口64或其他结构。

波导54可设置有用于将来自显示元件80的光传输给用户的一个或多个特征部。例如，波导54可包括反射表面。当来自显示元件80的光88进入波导54时，其可以大于临界角的入射角入射到第一表面，在高于该临界角的情况下发生全内反射。光88可进行全内反射并在相对表面之间反弹，直到其到达查看区域。在查看区域，光88可离开波导54(例如，以小于临界角的角度)。虽然图4的波导54被图示成大致直线的，但应当理解，可提供多种形状和尺寸以实现本文所讨论的结果。

内透镜56可对从波导54传输给用户的光施加光学效应。例如，内透镜56可以是负透镜或发散透镜。来自波导54的给定光束在穿过内透镜56之后可看起来是发源于超过内透镜56和/或光学模块50的特定点(例如，发源于外部环境)。

外透镜52也可将光学效应施加到从外部环境传输给用户的光。应当理解，在来自波导54的光叠加在外部环境的视图上的情况下，内透镜56可对来自波导54的光和来自外部环境的光两者施加效应。虽然内透镜56对来自波导54的光的效应可以是所期望的，但也可以期望递送来自外部环境的光，而没有净光学效应或具有与内透镜56单独会提供的光学效应不同的光学效应。这样，外透镜52可施加光学效应，该光学效应抵消、偏移、互补或以其他方式改变内透镜56对来自外部环境的入射光的效应。例如，外透镜52可以是正透镜或会聚透镜。来自外部环境的给定光束可穿过外透镜52并接收第一光学效应。同一光束可进一步穿过波导54和内透镜56以到达用户的眼睛而具有预期光学效应。

应当理解，光学模块50的部件可例如利用外透镜52和/或内透镜56适合于给定用户地提供对入射光的视力矫正。这种矫正可以是球面的、非球面的、超环面的、柱面的、单视的、多焦点的、渐进的、和/或可调节的。应当理解，光学模块50的部件可根据需要包括其他光学部件，以产生所期望的光学效应。例如，外透镜52、波导54、内透镜56和/或另一光学部件可包括一个或多个漫射器、滤光器、偏光器、棱镜、分束器、衍射光栅、反射镜和/或窗口。此类部件可被定位在光学模块50的其他部件附近、内部或外部的任何位置处。

内透镜56和/或外透镜52可联接(例如，联结)到彼此和/或框架20。波导54可联接(例如，联结)到内透镜56、外透镜52和/或框架20。此类联接和/或联结可包括任何固定机制，包括但不限于粘合剂、焊接、过盈配合、紧固件和/或它们的组合。此类联结可定位在内透镜56、外透镜52和/或波导54的内(即，用户侧)表面、外(即，世界侧)表面和/或径向表面(即，连接内表面和外表面)上。

如图3进一步所示，光学模块50的至少一些部件(例如，显示元件80)可定位在对应臂40的腔体42内。腔体42内显示元件80的对准可确定从显示元件80投射到波导54上的光束88的方向。因此，显示元件80可在腔体42内对准以在波导54上提供所期望的视觉输出。

现在参见图4，显示元件可设置有用于控制头戴式设备内显示元件的取向的调节机构，由此控制由显示元件输出的投射光的束的方向。

如图4所示，显示元件80以支持显示元件80的位置并允许其可调节取向的方式联接到头戴式设备的臂40。虽然显示元件80是相对于臂40示出，但应当理解，显示元件80可以可调节地联接到头戴式设备的任何部分，包括框架或其他支撑结构。除此之外或另选地，显示元件80可通过能插入到臂40的腔体中的居间结构诸如滑架、底座或托盘来联接到臂40。因此，提及调节显示元件80的能力将被理解为是相对于显示元件80所联接到或可联接到的任何结构。

显示元件80可通过接头122联接到臂40，所述接头提供显示元件80的旋转运动。例如，接头122可以是或包括球形接头，所述球形接头允许显示元件80以一个或多个(例如，至少两个)自由度旋转，同时将显示元件80的至少一部分支撑在给定位置。接头122可使显示元件80与支撑结构120接合，所述支撑结构可任选地被提供以增强接头122和显示元件80之间的接合。

显示元件80可由一个或多个斜坡构件130接合。斜坡构件130可相对于臂40移动以推压显示元件80的一部分并调节其取向。例如，斜坡构件130中的每一者可沿着轨道132滑动(例如，线性滑动)。通过移动斜坡构件130，其不同部分可接触显示元件80，由此将其推压到特定取向，如本文进一步所述。斜坡构件130中的每一者可独立地或一致地移动或以其他方式操作。此类操作可手动地进行，通过外部设备进行，和/或通过被集成到头戴式设备中(例如，在臂40的腔体内)的对应致动器98来进行。

斜坡构件130中每一者的移动可推压显示元件80围绕不同轴线旋转。例如，旋转轴线可穿过显示元件80的相同部分。又如，旋转轴线可彼此正交。旋转轴线中的至少一者可任选地穿过接头122。

显示元件80可由一个或多个弹簧元件110抵靠所述一个或多个斜坡构件130偏置。弹簧元件110中的每一者可将显示元件80联接到臂40和/或另一结构。虽然图4的弹簧元件110被图示在臂40中的显示元件80之间，但应当理解，弹簧元件110可设置在任何位置处并且具有任何类型的偏置以根据需要推压显示元件80。例如，弹簧元件110可包括压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、恒力弹簧等。虽然为每个斜坡构件130示出了一个弹簧元件110，但应当理解，可提供任何数量的弹簧元件110。

现在参见图5和图6，斜坡构件130的移动可用来调节显示元件80的取向。例如，如图5所示，当斜坡构件130处于第一位置时，斜坡构件130的第一部分可邻接显示元件80的接合部分82。弹簧元件110可通过朝斜坡构件130偏置(例如，在图5中受力情况下)显示元件80使得接合部分82邻接斜坡构件130的第一部分而便于此类接触。在此类构型中，显示元件80可在第一方向上朝向波导投射光束88。

光的方向的检测可基于光相对于目标元件的表现来执行，如本文所述。例如，头戴式设备的操作者、外部设备和/或处理器可(例如，经由传感器)检测光88是否从指示显示元件80相对于波导的最佳对准的目标元件偏移以及偏移多少幅度。基于该检测，可确定所提议的调节以实现所期望的对准。

如图6所示，斜坡构件130可被移动到第二位置。当斜坡构件130处于第二位置时，斜坡构件130的第二部分可邻接显示元件80的接合部分82。弹簧元件110可通过继续朝斜坡构件130偏置显示元件80使得接合部分82邻接斜坡构件130的第二部分而继续有利于此类接触。在此类构型中，显示元件80可在第二方向上朝向波导投射光束88。

在一些实施方案中，显示元件80可在实现所期望的对准时固定在给定位置和/或取向。例如，显示元件80可固定地联接(例如，联结)到头戴式设备的臂40或另一部件。此类联接和/或联结可包括任何固定机制，包括但不限于粘合剂、焊接、过盈配合、紧固件和/或它们的组合。此类联接和/或联结可以是持久性的，使得显示元件80在头戴式设备的进一步组装、操作和使用期间固定在给定位置和/或取向。

除此之外或另选地，显示元件80可保持在给定位置和/或取向，而不被固定地联接(例如，联结)到头戴式设备的臂40或另一部件。例如，上述操作(检测和/或调节)可重复地和/或周期性地执行。又如，检测和/或调节可通过处理器、传感器和/或致动器的操作来执行。在使用期间，显示元件80可被迫不与波导对准(例如，经由部件的变形)。作为响应，头戴式设备的部件可根据需要执行检测和/或调节以恢复和保持对准。可基于计划表、检测到的条件和/或用户发起的命令来执行此类操作。

现在参见图7，示出了用于控制头戴式设备内显示元件的取向的另一调节机构，由此控制由显示元件输出的所投射光的束的方向。

如图7所示，显示元件80可通过接头222联接到臂40或另一结构，所述接头提供显示元件80的旋转运动。例如，接头222可以是或包括球形接头，所述球形接头允许显示元件80以一个或多个(例如，至少两个)自由度旋转，同时将显示元件80的至少一部分支撑在给定位置。接头222可使显示元件80与支撑结构220接合，所述支撑结构可任选地被提供以增强接头222和显示元件80之间的接合。

显示元件80可由一个或多个调节构件234接合，所述调节构件每一者均具有一个或多个斜坡构件230。调节构件234可相对于臂40旋转以推压显示元件80的一部分并调节其取向。例如，斜坡构件230中的每一者可延伸穿过形成弧的旋转轨道232并在该旋转轨道内滑动。通过旋转调节构件234，对应斜坡构件230的不同部分可接触显示元件80(例如，在接合部分82处)，由此将其推压至特定取向，如本文进一步所讨论。调节构件234中的每一者可独立地或一致地旋转或以其他方式操作。此类操作可手动地进行，通过外部设备进行，和/或通过被集成到头戴式设备中(例如，在臂40的腔体内)的对应致动器来进行。

调节构件234中每一者的移动可推压显示元件80围绕不同轴线旋转。例如，旋转轴线可穿过显示元件80的相同部分。又如，旋转轴线可彼此正交。旋转轴线中的至少一者可任选地穿过接头222。显示元件80的旋转轴线无需与调节构件234旋转所围绕的轴线同轴或以其它方式与其相关。

显示元件80可由一个或多个弹簧元件210抵靠所述一个或多个斜坡构件230偏置。弹簧元件210中的每一者可将显示元件80联接到臂40和/或另一结构。虽然图7的弹簧元件210被图示在臂40中的显示元件80之间，但应当理解，弹簧元件210可设置在任何位置处并且具有任何类型的偏置以根据需要推压显示元件80。例如，弹簧元件210可包括压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、恒力弹簧等。虽然为每个调节构件234示出了一个弹簧元件210，但应当理解，可提供任何数量的弹簧元件210。

可应用上文相对于斜坡构件130所述的操作，以通过操作调节构件234来实现所期望的对准。

因此，本公开的实施方案提供了一种头戴式设备，该头戴式设备提供调节机构以在光学部件在头戴式设备内组装期间和/或之后实现其最佳对准。对准机构可集成到头戴式设备自身中。光投射显示元件可能够基于斜坡构件在头戴式设备内(例如，在臂内)的移动来调节，以调节光投射显示元件相对于其将光投射到上面的波导的取向。可基于显示元件的光学输出来验证对准。调节机构可在初始装配期间调节显示元件和/或由致动器操作，所述致动器随时间推移根据需要主动地调节对准。

为了方便起见，下文将本公开的各方面的各种示例描述为条款。这些示例以举例的方式提供，并且不限制主题技术。

条款A：一种头戴式设备，包括：框架；从所述框架延伸的臂；定位在所述框架内的波导；显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且可旋转地联接到所述臂，并且被配置为将光投射到所述波导；以及斜坡元件，所述斜坡元件位于所述臂内并且被配置为抵靠所述显示元件的接合部分移动，使得所述显示元件相对于所述波导的取向被调节并且从所述显示元件投射的所述光被引导到所述波导的目标区域。

条款B：一种头戴式设备，所述头戴式设备包括：框架；从所述框架延伸的臂；定位在所述框架内的波导；所述框架内的目标元件；显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且联接到所述臂，并且被配置为将光投射到所述波导和所述目标元件；传感器，所述传感器被配置为检测所述光相对于所述目标元件的位置；以及致动器，所述致动器位于所述臂内并且被配置为基于所述传感器调节所述显示元件相对于所述波导的取向，直到从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

条款C：一种方法，包括：从头戴式设备的臂内的显示元件将光投射到所述头戴式设备的框架内的波导上；检测所述光相对于所述框架内的目标元件的位置；以及以斜坡元件调节所述显示元件，所述斜坡元件被配置为在所述臂内移动并且调节所述显示元件相对于所述波导的取向，使得从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

上述条款中的一个或多个可包括下述特征中的一个或多个。应当注意，以下条款中的任一个可彼此以任何组合来组合，并被置于相应的独立条款(例如，条款A、B或C)中。

条款1：所述斜坡元件被配置为沿着轨道移动，以移位所述显示元件的所述接合部分以及调节所述显示元件的所述取向。

条款2：所述斜坡元件为调节构件的部件，所述调节构件被配置为相对于所述显示元件旋转以移位所述显示元件的所述接合部分以及调节所述显示元件的所述取向。

条款3：弹簧元件，所述弹簧元件抵靠所述斜坡元件偏置所述显示元件的所述接合部分。

条款4：所述显示元件以提供至少两个自由度的接头可旋转地联接到所述臂。

条款5：所述斜坡元件为第一斜坡元件，所述第一斜坡元件被配置为移动，使得所述显示元件围绕第一轴线旋转；并且所述头戴式设备还包括第二斜坡元件，所述第二斜坡元件被配置为移动，使得所述显示元件围绕第二轴线旋转。

条款6：第一透镜；以及第二透镜，其中所述波导定位在所述第一透镜与所述第二透镜之间。

条款7：所述框架内的目标元件。

条款8：传感器，所述传感器被配置为检测所述光相对于所述目标元件的位置。

条款9：致动器，所述致动器位于所述臂内并被配置为移动所述斜坡元件，直到从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

条款10：处理器，所述处理器操作地连接至所述显示元件、所述传感器和所述致动器。

条款11：所述臂内的斜坡元件，其中所述致动器被配置为抵靠所述显示元件的接合部分移动所述斜坡元件，使得所述显示元件相对于所述波导的所述取向被调节并且从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

条款12：所述致动器为第一致动器，所述第一致动器被配置为围绕第一轴线旋转所述显示元件；并且所述头戴式设备还包括第二致动器，所述第二致动器被配置为围绕第二轴线旋转所述显示元件。

条款13：将所述显示元件固定地联接至所述臂，使得所述显示元件相对于所述臂的所述取向被固定。

条款14：调节所述显示元件包括操作所述头戴式设备的致动器以通过移动所述斜坡元件来旋转所述显示元件。

条款15：确定所述光相对于所述目标元件的所述位置包括操作所述头戴式设备的传感器以在视觉上辨识所述光和所述目标元件。

如上所述，本技术的一个方面可以包括收集和使用得自各种来源的数据。本公开预期，在一些实例中，这些所采集的数据可包括唯一地识别或可用于联系或定位特定人员的个人信息数据。此类个人信息数据可包括人口统计数据、基于位置的数据、电话号码、电子邮件地址、twitter ID、家庭地址、与用户的健康或健身等级相关的数据或记录(例如，生命信号测量、药物信息、锻炼信息)、出生日期、或任何其他识别信息或个人信息。

本公开认识到在本发明技术中使用此类个人信息数据可用于使用户受益。例如，健康和健身数据可用于向用户的总体健康状况提供见解，或者可用作使用技术来追求健康目标的个人的积极反馈。

本公开设想负责采集、分析、公开、传输、存储或其他使用此类个人信息数据的实体将遵守既定的隐私政策和/或隐私实践。具体地，此类实体应当实行并坚持使用被公认为满足或超出对维护个人信息数据的隐私性和安全性的行业或政府要求的隐私政策和实践。此类政策应该能被用户方便地访问，并应随着数据的采集和/或使用变化而被更新。来自用户的个人信息应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法使用之外共享或出售。此外，应在收到用户知情同意后进行此类采集/共享。此外，此类实体应考虑采取任何必要步骤，保卫和保障对此类个人信息数据的访问，并确保有权访问个人信息数据的其他人遵守其隐私政策和流程。另外，这种实体可使其本身经受第三方评估以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。此外，应当调整政策和实践，以便采集和/或访问的特定类型的个人信息数据，并适用于包括管辖范围的具体考虑的适用法律和标准。例如，在美国，对某些健康数据的收集或获取可能受联邦和/或州法律的管辖，诸如健康保险流通和责任法案(HIPAA)；而其他国家的健康数据可能受到其他法规和政策的约束并应相应处理。因此，在每个国家应为不同的个人数据类型保持不同的隐私实践。

不管前述情况如何，本公开还预期用户选择性地阻止使用或访问个人信息数据的实施方案。即本公开预期可提供硬件元件和/或软件元件，以防止或阻止对此类个人信息数据的访问。例如，就广告递送服务而言，本发明的技术可被配置为在注册服务期间或之后任何时候允许用户选择“选择加入”或“选择退出”参与对个人信息数据的收集。在另一示例中，用户可以选择不为目标内容递送服务提供情绪相关数据。在另一个示例中，用户可选择限制情绪相关数据被保持的时间长度，或完全禁止基础情绪状况的开发。除了提供“选择加入”和“选择退出”选项外，本公开设想提供与访问或使用个人信息相关的通知。例如，可在下载应用时向用户通知其个人信息数据将被访问，然后就在个人信息数据被应用访问之前再次提醒用户。

此外，本公开的目的是应管理和处理个人信息数据以最小化无意或未经授权访问或使用的风险。一旦不再需要数据，通过限制数据收集和删除数据可最小化风险。此外，并且当适用时，包括在某些健康相关应用程序中，数据去标识可用于保护用户的隐私。可在适当时通过移除特定标识符(例如，出生日期等)、控制所存储数据的量或特异性(例如，在城市级别而不是在地址级别收集位置数据)、控制数据如何被存储(例如，在用户之间聚合数据)、和/或其他方法来促进去标识。

因此，虽然本公开广泛地覆盖了使用个人信息数据来实现一个或多个各种所公开的实施方案，但本公开还预期各种实施方案也可在无需访问此类个人信息数据的情况下被实现。即，本发明技术的各种实施方案不会由于缺少此类个人信息数据的全部或一部分而无法正常进行。例如，可通过基于非个人信息数据或绝对最低数量的个人信息诸如与用户相关联的设备所请求的内容、对内容递送服务可用的其他非个人信息或公开可用的信息来推断偏好，从而选择内容并将该内容递送至用户。

除非特别指出，否则以单数形式提及的元素并不意味着是唯一的，而是指一个或多个。例如，“一个”模块可指一个或多个模块。以“一个”，“一种”，“该”或“所述”为前缀的元素在没有进一步的限制的情况下不排除存在另外的相同的元素。

标题和副标题(如果有的话)仅用于方便，并不限制本发明。“示例性”一词用于表示用作示例或说明。在使用术语“包括”、“具有”等的意义上，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式是包含性的，因为在用作权利要求中的过渡词时解释为包含。诸如第一和第二等的关系术语可用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。

短语诸如方面、该方面、另一方面、一些方面、一个或多个方面、具体实施、该具体实施、另一具体实施、一些具体实施、一个或多个具体实施、实施方案、该实施方案、另一实施方案、一些实施方案、一个或多个实施方案、配置、该配置、其他配置、一些配置、一个或多个配置、主题技术、公开、本公开、其他变型等等都是为了方便，并不意味着涉及这样的一个或多个短语的公开对于主题技术是必不可少的，或者此类公开适用于主题技术的所有配置。涉及此类一个或多个短语的公开可适用于所有配置或一个或多个配置。涉及此类一个或多个短语的公开可提供一个或多个示例。短语诸如方面或一些方面可指代一个或多个方面，反之亦然，并且这与其他前述短语类似地应用。

在一系列项目之前的短语“至少一个”，用术语“和”或“或”分开项目中的任一者，将列表作为整体修改而不是列表中的每个成员。短语“至少一个”不需要选择至少一个项目；相反，该短语允许包括任何一个项目中的至少一个和/或项目的任何组合中的至少一个和/或每个项目中的至少一个的含义。举例来说，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”中的每个短语仅指A、仅指B或仅指C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每一个中的至少一个。

应该理解，公开的步骤、操作或过程的具体顺序或层次是示例性方法的说明。除非另有明确说明，否则可理解的是，步骤、操作或过程的具体顺序或层次可以不同的顺序执行。步骤、操作或过程中的一些可同时执行。所附方法权利要求书(如果有的话)以示例顺序呈现各个步骤、操作或过程的元素，并不意味着限于所呈现的特定顺序或层次。这些可以串行、线性、并行或不同的顺序执行。应当理解，所描述的指令、操作和系统通常可一起集成在单个软件/硬件产品中，或者被封装到多个软件/硬件产品中。

在一个方面，术语耦接等可指代直接耦接。另一方面，术语耦接等可指间接耦接。

术语诸如顶部、底部、前部、后部、侧部、水平、竖直等是指任意的参照系，而不是指通常的重力参照系。因此，此类术语可在重力参考系中向上、向下、对角或水平延伸。

提供本公开是为了使本领域的技术人员能够实践本文所述的各个方面。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。本公开提供了本主题技术的各种示例，并且本主题技术不限于这些示例。这些方面的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且这里描述的原理可应用于其他方面。

本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在被权利要求书所涵盖。此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。根据35U.S.C.§112第六段的规定，不需要解释任何权利要求元素，除非使用短语“方法用以”明确陈述了该元素，或者就方法权利要求而言，使用短语“步骤用以”陈述了该元素。

标题、背景、附图的简要说明、摘要和附图在此被结合到本公开中，并且被提供作为本公开的说明性示例，而不是作为限制性描述。认为它们不会被用来限制权利要求的范围或含义。另外，在详细描述中可看出，为了使本公开简化的目的，描述提供了例示性示例，并且各种特征在各种具体实施中被组合在一起。公开的方法不应被解释为反映所要求保护的主题需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开的配置或操作的所有特征。权利要求由此被并入到具体实施方式中，每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。

权利要求不旨在限于本文所述的方面，而是要被赋予与权利要求的语言一致的全部范围，并且涵盖所有的法律等同物。尽管如此，这些权利要求都不包含不符合适用专利法要求的主题，也不应该以此类方式解释。

Claims (19)

1.一种头戴式设备，包括：

框架；

从所述框架延伸的臂；

定位在所述框架内的波导；

显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且可旋转地联接到所述臂，并且被配置为将光投射到所述波导；以及

斜坡元件，所述斜坡元件位于所述臂内并且被配置为抵靠所述显示元件的接合部分移动，使得所述显示元件相对于所述波导的取向被调节并且从所述显示元件投射的所述光被引导到所述波导的目标区域。

2.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述斜坡元件被配置为沿着轨道移动，以移位所述显示元件的所述接合部分以及调节所述显示元件的所述取向。

3.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述斜坡元件为调节构件的部件，所述调节构件被配置为相对于所述显示元件旋转以移位所述显示元件的所述接合部分以及调节所述显示元件的所述取向。

4.根据权利要求1所述的头戴式设备，还包括弹簧元件，所述弹簧元件抵靠所述斜坡元件偏置所述显示元件的所述接合部分。

5.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述显示元件以提供至少两个自由度的接头可旋转地联接到所述臂。

6.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中：

所述斜坡元件为第一斜坡元件，所述第一斜坡元件被配置为移动，使得所述显示元件围绕第一轴线旋转；以及

所述头戴式设备还包括第二斜坡元件，所述第二斜坡元件被配置为移动，使得所述显示元件围绕第二轴线旋转。

7.根据权利要求1所述的头戴式设备，还包括：

第一透镜；以及

第二透镜，其中所述波导定位在所述第一透镜与所述第二透镜之间。

8.根据权利要求1所述的头戴式设备，还包括所述框架内的目标元件。

9.根据权利要求8所述的头戴式设备，还包括传感器，所述传感器被配置为检测所述光相对于所述目标元件的位置。

10.根据权利要求9所述的头戴式设备，还包括致动器，所述致动器位于所述臂内并被配置为移动所述斜坡元件，直到从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

11.根据权利要求10所述的头戴式设备，还包括操作地连接至所述显示元件、所述传感器和所述致动器的处理器。

12.一种头戴式设备，包括：

框架；

从所述框架延伸的臂；

定位在所述框架内的波导；

所述框架内的目标元件；

显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且联接到所述臂，并且被配置为将光投射到所述波导和所述目标元件；

传感器，所述传感器被配置为检测所述光相对于所述目标元件的位置；以及

致动器，所述致动器位于所述臂内并且被配置为基于所述传感器调节所述显示元件相对于所述波导的取向，直到从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件；

所述臂内的斜坡元件，其中所述致动器被配置为抵靠所述显示元件的接合部分移动所述斜坡元件，使得所述显示元件相对于所述波导的所述取向被调节并且从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

13.根据权利要求12所述的头戴式设备，其中：

所述致动器为第一致动器，所述第一致动器被配置为围绕第一轴线旋转所述显示元件；以及

所述头戴式设备还包括第二致动器，所述第二致动器被配置为围绕第二轴线旋转所述显示元件。

14.根据权利要求12所述的头戴式设备，还包括：

第一透镜；以及

第二透镜，其中所述波导定位在所述第一透镜与所述第二透镜之间。

15.根据权利要求12所述的头戴式设备，还包括操作地连接至所述显示元件、所述传感器和所述致动器的处理器。

16.一种方法，包括：

从头戴式设备的臂内的显示元件将光投射到所述头戴式设备的框架内的波导上；

检测所述光相对于所述框架内的目标元件的位置；以及

以斜坡元件调节所述显示元件，所述斜坡元件被配置为在所述臂内移动并且调节所述显示元件相对于所述波导的取向，使得从所述显示元件投射的所述光被引导到所述目标元件。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括将所述显示元件固定地联接至所述臂，使得所述显示元件相对于所述臂的所述取向被固定。

18.根据权利要求16所述的方法，其中调节所述显示元件包括操作所述头戴式设备的致动器以通过移动所述斜坡元件来旋转所述显示元件。

19.根据权利要求16所述的方法，其中确定所述光相对于所述目标元件的所述位置包括操作所述头戴式设备的传感器以在视觉上辨识所述光和所述目标元件。

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