CN115668035A - 用于可穿戴设备的单视显示器 - Google Patents

Abstract

公开了结合单视显示技术的可穿戴和光学显示系统及其操作方法。可穿戴设备可包括左光学堆叠和右光学堆叠，其被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换。可穿戴设备可以确定是否满足激活条件。响应于确定满足激活条件，可以激活与可穿戴设备相关联的单视显示模式，这可以包括使得左光学堆叠在第一焦平面处显示虚拟内容，并且使得右光学堆叠在第二焦平面处显示虚拟内容。

Description

用于可穿戴设备的单视显示器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月26日提交的题为“MONOVISION DISPLAY FOR WEARABLEDEVICE(用于可穿戴设备的单视显示器)”的美国临时专利申请No.63/030,249的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文用于所有目的。

背景技术

现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或者“VR”场景典型地包含数字或者虚拟图像信息的呈现，而对其他实际现实世界视觉输不透明；增强现实或者“AR”场景典型地包含将数字或者虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。

不管在这些显示技术中取得的进步，在本领域中需要涉及增强现实系统(特别地涉及显示系统)的经改进的方法、系统、和设备。

发明内容

本公开一般地涉及用于改进光学系统的性能和用户体验的技术。更特别地，本公开的实施例提供了用于操作固定焦平面光学系统以减少由用户经历的聚散调节冲突(VAC)的技术。尽管本发明参考诸如增强现实(AR)设备的光学系统描述，但是本公开适用于计算机视觉和图像显示系统中的各种应用。

下面提供本发明的各种实施例的综述作为一系列示例。如下文所使用的，对一系列示例的任何引用将被理解为分离地对那些示例中的每一个示例的引用(例如，“示例1-4”将被理解为“示例1、2、3、或4”)。

示例1是一种可穿戴设备，包括：左光学堆叠，包括：左目镜，其被配置为接收左虚拟图像光并朝向所述可穿戴设备的用户侧输出所述左虚拟图像光；左调节透镜，其被设置在所述左目镜和所述可穿戴设备的所述用户侧之间；左补偿透镜，其被设置在所述左目镜和所述可穿戴设备的世界侧之间；右光学堆叠，包括：右目镜，其被配置为接收右虚拟图像光并朝向所述可穿戴设备的所述用户侧输出所述右虚拟图像光；右调节透镜，其被设置在所述右目镜和所述可穿戴设备的所述用户侧之间；右补偿透镜，其设置在所述右目镜和所述可穿戴设备的所述世界侧之间；其中，所述左调节透镜的屈光力在幅度上等于所述左补偿透镜的屈光力；所述右调节透镜的屈光力在幅度上等于所述右补偿透镜的屈光力；以及所述左调节透镜的所述屈光力和所述右调节透镜的所述屈光力相差偏移量。

示例2是根据示例1所述的可穿戴设备，其中，所述左调节透镜是发散透镜，并且所述左补偿透镜是会聚透镜。

示例3是根据示例1所述的可穿戴设备，其中，所述右调节透镜是发散透镜，并且所述右补偿透镜是会聚透镜。

示例4是根据示例1所述的可穿戴设备，其中，所述偏移量大于阈值。

示例5是根据示例4所述的可穿戴设备，其中，所述阈值是0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D、0.9D或1.0D中的一个。

示例6是根据示例1所述的可穿戴设备，其中：所述左调节透镜的所述屈光力是-1.0D；所述左补偿透镜的所述屈光力是+1.0D；所述调节透镜的所述屈光力是-1.65D；所述右补偿透镜的所述屈光力是+1.65D。

示例7是一种光学系统，包括：左光学堆叠，其被配置为朝向所述光学系统的用户侧输出左虚拟图像光；右光学堆叠，其被配置为朝向所述光学系统的所述用户侧输出右虚拟图像光，其中，所述左光学堆叠和所述右光学堆叠中的每一个光学堆叠被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换；以及处理模块，其被配置为执行操作，所述操作包括：确定是否满足激活条件；以及响应于确定满足所述激活条件，激活与所述光学系统相关联的单视显示模式，其中，激活所述单视显示模式包括：使得所述左光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；以及使得所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

示例8是根据示例7所述的光学系统，其中，与所述第一焦平面相关联的屈光力和与所述第二焦平面相关联的屈光力相差偏移量。

示例9是根据示例8所述的光学系统，其中，所述偏移量大于阈值。

示例10是根据示例9所述的光学系统，其中，所述阈值是0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D、0.9D或1.0D中的一个。

示例11是根据示例7所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：使用所述光学系统的一个或多个眼睛跟踪相机来捕获与所述光学系统的用户的一只或两只眼睛相对应的眼睛跟踪数据；基于所述眼睛跟踪数据，确定是否能够确定聚散距离；以及基于所述眼睛跟踪数据，确定不能确定所述聚散距离。

示例12是根据示例7所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：确定所述眼睛跟踪数据不可用。

示例13是根据示例7所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：确定待显示的所述虚拟内容是否在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示；以及确定待显示的所述虚拟内容在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示。

示例14是根据示例7所述的光学系统，其中，所述操作还包括：响应于确定不再满足所述激活条件，停用单视显示模式，其中，停用所述单视显示模式包括：使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；或使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

示例15是根据示例7所述的光学系统，其中，所述操作还包括：在预定时间量之后，修改所述单视显示模式，从而使得：使得所述左光学堆叠从在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容；以及使得所述右光学堆叠从在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容。

示例16是一种方法，包括：提供包括左光学堆叠和右光学堆叠的可穿戴设备，其中，所述左光学堆叠和所述右光学堆叠中的每一个光学堆叠被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换；接收在所述左光学堆叠和所述右光学堆叠处待显示的所述虚拟内容；确定是否满足激活条件；以及响应于确定满足所述激活条件，激活与所述可穿戴设备相关联的单视显示模式，其中，激活所述单视显示模式包括：使得所述左光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；以及使得所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

示例17是根据示例16所述的方法，其中，与所述第一焦平面相关联的屈光力和与所述第二焦平面相关联的屈光力相差偏移量。

示例18是根据示例17所述的方法，其中，所述偏移量大于阈值。

示例19是根据示例18所述的方法，其中，所述阈值是0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D、0.9D或1.0D中的一个。

示例20是根据示例16所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：使用所述可穿戴设备的一个或多个眼睛跟踪相机来捕获与所述可穿戴设备的用户的一只或两只眼睛相对应的眼睛跟踪数据；基于所述眼睛跟踪数据，确定是否能够确定聚散距离；以及基于所述眼睛跟踪数据，确定不能确定所述聚散距离。

示例21是根据示例16所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：确定所述眼睛跟踪数据不可用。

示例22是根据示例16所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：确定待显示的所述虚拟内容是否在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示；以及确定待显示的所述虚拟内容在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示。

示例23是根据示例16所述的方法，还包括：响应于确定不再满足所述激活条件，停用单视显示模式，其中，停用所述单视显示模式包括：使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；或使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

示例24是根据示例16所述的方法，还包括：在预定时间量之后，修改所述单视显示模式，从而使得：使得所述左光学堆叠从在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容；以及使得所述右光学堆叠从在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容。

示例25是一种被配置为执行示例16至24所述的任何方法的可穿戴系统。

示例26是一种包括指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行示例16至24所述的任何方法。

本公开通过常规技术实现了许多益处。例如，本文所描述的实施例凭借通过单视扩展景深来减少用于近眼AR/VR头戴式耳机设备的限定操作范围内的VAC。这允许用户的每只眼睛接收用于虚拟内容的不同屈光力，而现实世界保持不变。这驱使用户适应无论哪只眼睛具有更锐化的图像，从而固有地减小VAC并增加虚拟和/或现实世界图像的感知锐度。

附图说明

图1A至图1C示出了在静态视觉期间用户眼睛的聚散和调节的示例。

图2A至图2C示出了在使用利用固定焦平面的AR/MR显示器时用户眼睛的聚散和调节的示例。

图3示出了如通过可穿戴AR设备观看的AR场景。

图4A和图4B分别示出了具有单个固定焦平面和两个固定焦平面的AR设备。

图5示出了示例可穿戴系统的示意图。

图6示出了VAC与虚拟深度平面的距离之间的关系。

图7A和图7B示出了在不同条件下虚拟内容的感知锐度的图形。

图8示出了利用单视解决方案的可穿戴设备。

图9A和图9B示出了示出VAC与从用户眼睛平面测量的内容位置的图。

图10示出了可穿戴设备的不同操作状态。

图11示出了操作可穿戴设备的方法。

图12示出了操作可穿戴设备的方法。

图13示出了简化计算机系统。

具体实施方式

增强现实(AR)可穿戴显示器可以利用焦平面向用户呈现虚拟内容。这些显示器中的许多导致用户由于在不同深度处体验不同的聚散调节冲突(VAC)而遭受视觉不适。在真实世界中的静态视觉期间，用户眼睛的向内旋转(会聚)和焦点控制或调节是中性耦合的。当用户体验VAC时，用户的大脑接收虚拟对象的距离与眼睛聚焦该对象所需的聚焦距离之间的失配提示。VAC导致视觉疲劳、头痛、恶心和眼睛疲劳，并且仍然是用户不适的重要来源。因此，为了保持用户舒适，现代AR和混合现实(MR)可穿戴显示器当在深度范围上传递虚拟内容时可以考虑VAC预算限额，这可能导致显著减少的深度范围。

已经实现了减轻VAC的各种方法。一种方法包括向显示系统添加第二焦平面和基于眼睛跟踪的变焦开关。这些系统中的许多可能不同时渲染不同深度处的信息，并且因此，使用两个焦平面中的一个焦平面来渲染整个场景。可以基于使用眼睛跟踪相机计算的注视信息，选择在其上渲染整个场景的焦平面。另一种方法是添加具有跨宽范围扫描目镜焦平面的能力的变焦元件。该方法可以伴随以附加目镜层的形式和/或通过跨越目镜的液体可填充可调谐透镜对的集成的增加体积，以及由于复杂照明方案而增加的复杂性。

本文所描述的实施例包括结合单视显示技术的可穿戴系统和设备，其中用户的每只眼睛感知具有不同屈光力的虚拟内容。这些系统和设备克服了与常规的可穿戴设备相关联的许多问题，这些可穿戴设备在两个光学堆叠的单个焦平面处显示整个场景，这通常与显著的VAC相关联。在一些实施例中，可穿戴设备可以基于是否满足激活条件来激活和停用单视显示模式。激活条件可以与眼睛跟踪信息的可用性、待显示的虚拟内容的深度、用户偏好以及其他可能性相对应。

图1A至图1C示出了在静态视觉期间用户眼睛的聚散和调节的示例。如本文所使用的，聚散是指眼睛的旋转以注视对象并保持单个融合图像，而调节是指调整眼睛的透镜屈光力以保持锐化图像在视网膜上。固定对象距眼睛的聚散指向的距离被称为聚散距离，并且与眼睛的距离的调整调节的被称为调节距离。聚散和调节是神经耦合的，使得在真实世界中的静态视觉期间，聚散距离与调节距离相等。

如图1A至图1C所示，当固定对象被放置在距眼睛的不同距离处时，聚散距离和调节距离与该距离匹配。随着对象在图1B和图1C中变得更近，通过增加透镜的厚度(并相应地增加其屈光力)来调整用户眼睛的调节。这使得对象在视网膜上具有锐化投影，而用户视场中距用户眼睛中不同距离处的其他对象经历静态景深模糊。

图2A至图2C示出了当使用利用固定焦平面的AR/MR显示器时用户眼睛的聚散和调节的示例。当以与图1A至图1C中所示的现实世界对象相同的距离集合观看虚拟对象时，虚拟对象对于用户看起来位于正确的距离集合，然而，与虚拟对象相关联的光来自显示器的固定距离，这使得眼睛的透镜不改变屈光力。因此，聚散距离和调节距离通常不匹配，因为眼睛在会聚到虚拟对象的距离时适应显示器的固定距离。此外，用户视场中距用户眼睛不同距离处的其他虚拟对象可能不经历静态景深模糊，并且可能相反显得锐化。

图3示出了根据本发明的一些实施例的如通过可穿戴AR设备观看的AR场景300。描绘了AR场景300，其中，AR技术的用户看到以背景中的各种现实世界对象330诸如人、树、建筑以及现实世界混凝土平台320为特征的现实世界公园般的设施306。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他们“看到”了站在现实世界混凝土平台320上的各种虚拟对象302诸如机器人雕像302-2，以及似乎是大黄蜂的化身的飞舞的卡通状的化身角色302-1，即使这些元素(角色302-1和雕像302-2)在现实世界中不存在。

图4A示出了根据本发明的一些实施例的具有单个固定焦平面的AR设备400A。在操作期间，AR设备400A的投影仪414可以将虚拟图像光423(即，与虚拟内容相关联的光)投射到第一目镜402-1上，其可能使得光场(即，虚拟内容的角表示)以某种方式被投射到用户的视网膜上，使得用户将对应的虚拟内容感知为被定位在用户的环境内的某个位置处。例如，由目镜402-1耦出的虚拟图像光423可以使得用户将角色302-1感知为被定位在第一虚拟深度平面410-1处，并且将雕像302-2感知为被定位在第二虚拟深度平面410-2处。用户连同与一个或多个世界对象430(诸如平台320)相对应的世界光432一起感知虚拟内容。

在一些实施例中，AR设备400A包括位于目镜402-1的用户侧(目镜402-1最靠近用户的眼睛的一侧)的第一透镜组件405-1和位于目镜402-1的世界侧的第二透镜组件405-2。透镜组件405-1、405-2中的每一个透镜组件可以被配置为将屈光力施加到穿过其的光。

图4B示出了根据本发明的一些实施例的具有两个固定焦平面的AR设备400B。在操作期间，投影仪414可以将虚拟图像光423投射到第一目镜402-1和第二目镜402-2上，这可以使得光场以某种方式被投射到用户的视网膜上，使得用户将对应的虚拟内容感知为被定位在用户的环境内的某个位置处。例如，由第一目镜402-1耦出的虚拟图像光423可以使得用户将角色102-1感知为被定位在第一虚拟深度平面410-2处并且由第二目镜402-2耦出的虚拟图像光423可以使得用户将雕像102-2感知为被定位在第二虚拟深度平面410-2处。

图5示出了根据本公开的一些实施例的示例可穿戴系统500的示意图。可穿戴系统500可包括可穿戴设备501和至少一个远程设备503，该远程设备503远离可穿戴设备501(例如，单独的硬件，但是通信地耦接)。如参考图5所描述的可穿戴设备501可对应于如上文参考图4A和图4B所描述的AR设备400。当可穿戴设备501由用户穿戴(通常作为头戴设施)时，远程设备503可由用户握持(例如，作为手持式控制器)或以各种配置安装，诸如固定地附接到框架、固定地附接到由用户穿戴的头盔或帽子、被嵌入在耳机中、或以其他方式可移除地附接到用户(例如，采用背包型配置、采用腰带耦接型配置中等)。

可穿戴设备501可包括以并排配置布置并且构成左光学堆叠的左目镜502A和左透镜组件505A。左透镜组件505A可包括左光学堆叠的用户侧的调节透镜以及左光学堆叠的世界侧的补偿透镜。类似地，可穿戴设备501可包括以并排配置布置并且构成右光学堆叠的右目镜502B和右透镜组件505B。右透镜组件505B可包括右光学堆叠的用户侧的调节透镜以及右光学堆叠的世界侧的补偿透镜。

在一些实施例中，可穿戴设备501包括一个或多个传感器，包括但不限于：面向左前的世界相机506A，其被直接地附接到左目镜502A或在左目镜502A附近；面向右前的世界相机506B，其被直接地附接到右目镜502B或在右目镜502B附近；面向左侧的世界相机506C，其被直接地附接到左目镜502A或在左目镜502A附近；面向右侧的世界相机506D，其被直接地附接到右目镜502B或在右目镜502B附近；左眼跟踪相机526A，其指向左眼；右眼跟踪相机526B，其指向右眼；以及深度传感器528，其被附接在目镜502之间。可穿戴设备501可以包括一个或多个图像投射设备，诸如左投影仪514A，其被光学链接到左目镜502A，以及右投影仪514B，其被光学链接到右目镜502B。

可穿戴系统500可包括用于在系统内收集、处理和/或控制数据的处理模块550。处理模块550的部件可以分布在可穿戴设备501与远程设备503之间。例如，处理模块550可包括可穿戴系统500的可穿戴部分上的本地处理模块552和与本地处理模块552物理分离并且通信地链接到本地处理模块352的远程处理模块556。本地处理模块552和远程处理模块556中的每一个处理模块可以包括一个或多个处理单元(例如，中央处理单元(cpu)、图形处理单元(GPU)等)和一个或多个存储设备，诸如非易失性存储器(例如，闪存)。

处理模块550可以收集由可穿戴系统500的各种传感器捕获的数据，该各种传感器包括诸如相机506、眼睛跟踪相机526、深度传感器528、远程传感器530、环境光传感器、麦克风、惯性测量单元(IMU)、加速计、罗盘、全球导航卫星系统(GNSS)单元、无线电设备、和/或陀螺仪。例如，处理模块550可以从相机506接收(一个或多个)图像520。特别地，处理模块550可以从面向左前的世界相机506A接收(一个或多个)左前图像520A，从面向右前的世界相机506B接收(一个或多个)右前图像520B，从面向左侧的世界相机506C接收(一个或多个)左侧图像520C，以及从面向右侧的世界相机506D接收(一个或多个)右侧图像520D。在一些实施例中，(一个或多个)图像520可包括单个图像、一对图像、包括图像流的视频、包括成对图像流的视频等。(一个或多个)图像520可以在可穿戴系统500上电时周期性地生成并发送到处理模块550，或者可以响应于由处理模块550向相机中的一个或多个发送的指令而生成。

相机506可以沿着可穿戴设备501的外表面在各种位置和取向上配置，以便捕获用户周围的图像。在一些实例中，相机506A、506B可以定位以分别捕获与用户的左眼和右眼的FOV基本上重叠的图像。因此，相机506的布置可以在用户的眼睛附近，但是不太近以致于模糊用户的FOV。可替代地或者附加地，相机506A、506B可以被定位以便与虚拟图像光522A、522B的耦入位置分别对准。相机506C、506D可以被定位以捕获用户侧的图像，例如，在用户的周围视觉内或在用户的周围视觉外。使用相机506C、506D捕获的(一个或多个)图像520C、520D不必需要与使用相机506A、506B捕获的(一个或多个)图像520A、520B重叠。

在一些实施例中，处理模块550可以从环境光传感器接收环境光信息。环境光信息可指示亮度值或空间分辨亮度值的范围。深度传感器528可以在可穿戴设备501的前面方向上捕获深度图像532。深度图像532的每个值可与深度传感器528与特定方向上的最近检测对象之间的距离相对应。作为另一示例，处理模块550可从眼睛跟踪相机526接收眼睛跟踪数据534，其可包括左眼和右眼的图像。作为另一示例，处理模块550可以从投影仪514中的一者或两者接收投射图像亮度值。位于远程设备503内的远程传感器530可以包括具有类似功能的上文所描述的任何传感器。

使用投影仪514和目镜502连同光学堆叠中的其他组件一起将虚拟内容传送给可穿戴系统500的用户。例如，目镜502A、502B可以分别包括透明或半透明波导，该透明或半透明波导被配置为引导和耦出由投影仪514A、514B生成的光。特别地，处理模块550可以使得左投影仪514A将左虚拟图像光522A输出到左目镜502A上，并且可以使得右投影仪514B将右虚拟图像光522B输出到右目镜502B上。在一些实施例中，投影仪514可包括微机电系统(MEMS)空间光调制器(SLM)扫描设备。在一些实施例中，目镜502A、502B中的每一个可包括不同颜色相对应的多个波导。在一些实施例中，透镜组件505A、505B可以被耦接到目镜502A、502B和/或与目镜502A、502B集成。例如，透镜组件505A、505B可以被包含到多层目镜中并且可形成组成目镜502A、502B中的一者的一个或多个层。

图6示出了用于分别参考图4A和图4B所描述的AR设备400A、400B中的每一者的虚拟深度平面的VAC和距离之间的关系。对于AR设备400B，双焦平面系统提供1.95屈光度(0.51米)和0.65屈光度(1.54米)处的可切换焦平面，具有1.3屈光度(0.77米)处的切换点，2.7屈光度(0.37米)处的近内容极限(剪切平面)，以及在该平面和无限远之间提供不超过1.0屈光度VAC的影像的能力。对于AR设备400A，假设1.0屈光度的最大允许VAC，则单个固定焦平面系统具有1.5屈光度(0.6米)处的焦平面位置和2.5屈光度(0.4米)处的近内容极限以及0.31屈光度(3.2米)处的远内容极限。这样的配置将具有0.4-3.2米的可用范围，其中内容超出该范围，需要一些解决方案来减轻超过VAC限制。

图7A和图7B示出了在不同条件下虚拟内容的感知锐度的图形。图7A示出了对于存在大量VAC的单个焦平面解决方案，虚拟内容(左侧图形)或现实世界对象(右侧图形)的感知锐度退化。图7B示出了当可穿戴系统采用单视时虚拟内容和现实世界对象两者的感知锐度。

图8示出了根据本发明的一些实施例的利用单视解决方案的可穿戴设备800。可穿戴设备800包括一组内折射透镜，其向用户眼睛提供虚拟内容的期望屈光力。可以对可穿戴设备800进行校准，使得在左虚拟图像和右虚拟图像之间所有失真和相关联的放大率不可区分，并且在左虚拟图像和右虚拟图像之间的仅有区分伪影可以是相关联的深度/调节平面。可穿戴设备800还包括一组外折射透镜，以针对每只眼睛补偿现实世界的失真和放大。

具体地，可穿戴设备800包括左光学堆叠802A和右光学堆叠802B，其中的每一个光学堆叠包括内透镜、目镜和外透镜。目镜中的每一个目镜可以从可穿戴设备800的投影仪接收虚拟图像光，并且可以朝向用户眼睛中的一只眼睛输出虚拟图像光。内透镜中的每一个透镜(其也可以称为调节透镜和/或发散透镜)可以向穿过其中的光赋予负屈光力，其可包括虚拟图像光和/或世界光。外透镜中的每一个透镜(其也可以称为补偿透镜和/或发散透镜)可以向穿过其中的光赋予正屈光力，其可仅包括世界光。

眼睛的调节由眼睛的调节需求驱动，该调节需求对于观看聚散距离是最佳的。该概念驱使用户适应无论哪只眼睛具有更锐利的图像和更少的VAC。这固有地降低了VAC，并且因此改进了目标操作范围内的视觉舒适。如果虚拟内容的期望操作范围被定义为从2.65至0屈光度(37cm至无限远)，并且容许的VAC被定义为<1.0屈光度，则这将使标称深度平面在～1.3屈光度处，具有左眼和右眼之间的+/-0.3屈光度的屈光力差。左内透镜和右内透镜的屈光力之间的差异可以被称为偏移量，在所示示例中该偏移量等于0.65屈光度。

图9A和图9B示出了根据本发明的一些实施例的示出从用户眼睛平面测量的VAC与内容位置的图。图9A示出了以1.3屈光度为中心的单深度平面解决方案，以及图9B示出了使用可穿戴设备800的等效解决方案。如图所示，由用户经历的VAC等于两个焦平面之间的最小VAC。例如，针对比～0.8米更近的距离由用户经历的VAC等于用于近焦平面的VAC，并且针对比～0.8米更远的距离由用户经历的VAC等于用于远焦平面的VAC。本示例中的+/-0.3屈光度屈光参差(或0.6屈光度偏移量)可由任何其他量的屈光参差代替，以实现不同水平的VAC。

图10示出了根据本发明的一些实施例的可穿戴设备的不同操作状态的示例。可穿戴设备包括左光学堆叠和右光学堆叠1002，每个光学堆叠具有在近焦平面处显示虚拟内容和在远焦平面处显示虚拟内容之间切换的能力。根据第一操作状态1000-1，使得光学堆叠1002中的每一个光学堆叠在近焦平面处显示虚拟内容。根据第二操作状态1000-2，使得光学堆叠1002中的每一个光学堆叠在远焦平面处显示虚拟内容。根据第三操作状态1000-3，使得左光学堆叠1002A在远焦平面处显示虚拟内容，并且使得右光学堆叠1002B在近焦平面处显示虚拟内容。根据第四操作状态1000-4，使得左光学堆叠1002A在近焦平面处显示虚拟内容，并且使得右光学堆叠1002B在远焦平面处显示虚拟内容。

可穿戴设备可以基于各种因素在不同的操作状态1000之间切换。例如，可以分析由眼睛跟踪相机捕获的眼睛跟踪数据，以确定用户注视在近焦平面或远焦平面，并且因此，可穿戴设备可以分别切换到操作状态1000-1或操作状态1000-2。在一些示例中，可以分析待显示的虚拟内容以确定虚拟内容仅在近焦平面或远焦平面处被表示，并且因此，可穿戴设备可以分别切换到操作状态1000-1或操作状态1000-2。

在一些示例中，可以确定满足与单视显示模式相关联的激活条件，并且因此，可穿戴设备可以通过切换到操作状态1000-3或操作状态1000-4来激活单视显示模式。激活条件可以是眼睛跟踪数据不可用(例如，眼睛跟踪相机不能捕获眼睛的图像)、基于眼睛跟踪数据不能确定聚散距离(例如，眼睛跟踪数据太不可靠或不稳定)、待显示的虚拟内容在近焦平面和远焦平面处被表示、用户已提供指示用户不适的输入、用户已提供指示单视偏好的输入及其任何组合。

在从单视显示模的式激活的预定时间量之后，可穿戴设备可以重新评估激活条件以确定其是否持续满足。如果不再满足激活条件(例如，眼睛跟踪数据变得可用，待显示的虚拟内容被表示在单个焦平面处等)，则可穿戴设备可以通过切换到操作状态1000-1或操作状态1000-2来停用单视显示模式。

在一些示例中，在从激活单视显示模式的预定时间量之后，可穿戴设备可以从操作状态1000-3切换到操作状态1000-4，或者从操作状态1000-4切换到操作状态1000-3。这可以防止用户的眼睛长时间段经历相同的屈光参差。通过周期性地切换焦平面，可以防止该情况发生。

图11示出了根据本发明的一些实施例的操作可穿戴设备的方法1100。方法1100的一个或多个步骤可以在方法1100的执行期间省略，并且方法1100的步骤不需要以所示的次序执行。方法1100的一个或多个步骤可以由一个或多个处理器(诸如处理模块550中包括的处理器)执行或促进。

在步骤1102处，在可穿戴设备处接收在光学堆叠中的每一个堆叠处待显示的虚拟内容。在步骤1104处，确定待显示的虚拟内容是否在第一焦平面和第二焦平面处被表示。如果是，则方法1100行进到步骤1108。如果不是，则方法1100行进到步骤1106。在步骤1106处，基于虚拟内容在哪个焦平面处被表示，选择第一焦平面或第二焦平面用于显示用于两个光学堆叠的虚拟内容。在步骤1108处，确定眼睛跟踪数据是否可用。如果是，则方法1100行进到步骤1110。如果不是，则方法1100行进到步骤1112。

在步骤1110处，基于用户注视哪个焦平面，选择第一焦平面或第二焦平面用于显示用于两个光学堆叠的虚拟内容。在步骤1112处，可穿戴设备通过使得左光学堆叠在第一焦平面处显示虚拟内容并使得右光学堆叠在第二焦平面处显示虚拟内容来激活单视显示模式。光学堆叠可以在不同的焦平面处同时显示虚拟内容。

图12示出了根据本发明的一些实施例的操作可穿戴设备的方法1200。方法1200的一个或多个步骤可以在方法1200的执行期间省略，并且方法1200的步骤不需要以所示的次序执行。方法1200的一个或多个步骤可以由一个或多个处理器(诸如处理模块550中包括的处理器)执行或促进。

在步骤1202处，在可穿戴设备处接收在光学堆叠中的每一个光学堆叠处待显示的虚拟内容。例如，在可穿戴设备上运行的应用可以渲染待显示的左帧和右帧(或一系列左帧和右帧)，并且可以将该帧传送到可穿戴设备的左投影仪和右投影仪。

在步骤1204处，使得左光学堆叠和右光学堆叠在同一焦平面处显示虚拟内容。例如，两个光学堆叠可以在可穿戴设备的第一焦平面处显示虚拟内容，或者两个光学堆叠可以在可穿戴设备的第二焦平面处显示虚拟内容。在一些示例中，第一焦平面是近焦平面，以及第二焦平面是远焦平面。在一些示例中，第一焦平面是远焦平面，以及第二焦平面是近焦平面。与第一焦平面相关联的屈光力和与第二焦平面相关联的屈光力可以相差偏移量。

在步骤1206处，确定满足激活条件。激活条件可以是眼睛跟踪数据不可用(例如，眼睛跟踪相机不能捕获眼睛的图像)、基于眼睛跟踪数据不能确定聚散距离(例如，眼睛跟踪数据太不可靠或不稳定)、待显示的虚拟内容在第一焦平面和第二焦平面处被表示、用户已提供指示用户不适的输入、用户已提供指示单视偏好的输入及其任何组合。

在步骤1208处，响应于确定满足激活条件，激活与可穿戴设备相关联的单视显示模式。激活单视显示模式可包括，在步骤1210处，使得左光学堆叠在第一焦平面处显示虚拟内容，以及在步骤1212处，使得右光学堆叠在第二焦平面处显示虚拟内容。

在步骤1214处，确定不再满足激活条件。确定不再满足激活条件可包括：确定眼睛跟踪数据已变得可用、虚拟内容在单个焦平面处被表示、用户已提供指示用户舒适的输入或已停止提供指示用户不舒适的输入、用户已提供用于停用单视的输入或其任何组合。

在步骤1216处，响应于确定不再满足激活条件，停用单视显示模式。停用单模显示模式可包括，在步骤1218处，使得左光学堆叠和右光学堆叠在同一焦平面处显示虚拟内容。例如，光学堆叠可以在可穿戴设备的第一焦平面或第二焦平面处显示虚拟内容。

图13示出了根据本文所描述的实施例的简化计算机系统1300。如图13所示的计算机系统1300可以被包含到本文所描述的设备中。图13提供了可以执行由各种实施例所提供的方法的步骤中的一些或全部的计算机系统1300的一个实施例的示意图。应当注意，图13仅旨在提供其任何或全部可以酌情使用的各种部件的一般化图示。因此，图13宽广地示出了单独系统元件可以如何以相对分离或相对更集成的方式实现。

示出了包括可以经由总线1305电气耦接或可以酌情以其他方式通信的硬件元件的计算机系统1300。硬件元件可包括一个或多个处理器1310，包括但不限于一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器诸如数字信号处理芯片、图形加速处理器、和/或类似物；一个或多个输入设备1315，其可以包括但不限于鼠标、键盘、相机、和/或类似物；以及一个或多个输出设备1320，其可以包括但不限于显示设备、打印机、和/或类似物。

计算机系统1300还可以包括一个或多个非暂态存储设备1325和/或与一个或多个非暂态存储设备1325通信，该非暂态存储设备1325可以包括但不限于本地和/或网络访问存储，和/或可以包括但不限于磁盘驱动器、驱动器阵列、光存储设备、固态存储设备，诸如随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”)，其可以是可编程的、快闪更新的和/或类似物。这样的存储设备可以被配置为实现任何适当的数据存储，包括但不限于各种文件系统、数据库结构和/或类似物。

计算机系统1300还可以包括通信子系统1319，该通信子系统1319可以包括但不限于调制解调器、网络卡(无线或有线)、红外通信设备、无线通信设备、和/或芯片集诸如Bluetooth^TM设备、802.11设备、WiFi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等和/或类似物。通信子系统1319可包括允许数据与网络(诸如下文所描述的网络，仅举一个示例)、其他计算机系统、电视、和/或本文所描述的任何其他设备交换的一个或多个输入和/或输出通信接口。取决于期望的功能和/或其他实施方式问题，便携式电子设备或类似设备可以经由通信子系统1319传递图像和/或其他信息。在其他实施例中，便携式电子设备(例如，第一电子设备)可以被包含到计算机系统1300中例如，作为输入设备1315的电子设备。在一些实施例中，计算机系统1300将还包括工作存储器1335，该工作存储器1335可以包括RAM或ROM设备，如上文所描述的。

计算机系统1300还可包括示出为当前位于工作存储器1335内的软件元素，包括操作系统1340、设备驱动程序、可执行库、和/或其他代码，诸如一个和多个应用程序1345，其可包括由各种实施例提供的计算机程序，和/或可以被设计为实现方法、和/或由其他实施例所提供的系统，如上文所描述的。仅举例来说，关于上文所讨论的方法所描述的一个或多个程序可以被实现为可由计算机和/或计算机内的处理器执行的代码和/或指令；在方面中，然后，这样的代码和/或指令可以用于配置和/或适配通用计算机或其他设备以执行根据所描述的方法的一个或多个操作。

这些指令和/或代码的集合可以存储在非暂态计算机可读存储介质上，诸如上文所描述的(一个或多个)存储设备1325。在一些情况下，存储介质可以被包含在计算机系统内，诸如计算机系统1300。在其他实施例中，存储介质可能与计算机系统分离，例如，可移除介质，诸如光盘，和/或被提供在安装包中，使得存储介质可以用于利用在其上存储的指令/代码编程、配置、和/或适配通用计算机。这些指令可能采取可由计算机系统1300执行的可执行代码的形式和/或可能采取源和/或可安装代码的形式，其基于计算机系统1300上的编译和/或安装，例如，使用任何各通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压实用程序等，然后采取可执行代码的形式。

对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以根据具体要求做出实质性的变化。例如，定制硬件还可以被使用，和/或特定元件可以以硬件、软件(包括便携式软件，诸如小应用程序等)或者两者实现。进一步地，可以采用对诸如网络输入/输出设备的其他计算设备的连接。

如上文所提到的，在一个方面中，一些实施例可以使用计算机系统(诸如计算机系统1300)执行根据技术的各种实施例的方法。根据一组实施例，这样的方法的过程中的一些或全部响应于处理器1310执行一个或多个指令的一个或多个序列而由计算机系统1300执行，其可以被包含到操作系统1340和/或其他代码中，诸如在工作存储器1335中包含的应用程序1345。这样的指令可以从另一计算机可读介质(诸如一个或存储设备1325中的一个或多个)读取到工作存储器1335中。仅举例来说，在工作存储器1335中包含的指令的序列的执行可能使得(一个或多个)处理器1310执行本文所描述的方法的一个或多个过程。附加地或者可替代地，本文所描述的方法的部分可以通过专用硬件执行。

如本文所使用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指代参与提供使得机器以特定的方式操作的数据的任何介质。在使用计算机系统1300实现的实施例中，各种计算机可读介质可以涉及向(一个或多个)处理器1310提供指令/代码以用于执行和/或可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理和/或有形存储介质。这样的介质可以采取非易失性媒介或易失性媒介的形式。非易失性介质包括例如光学和/或磁盘，诸如(一个或多个)存储设备1325。易失性介质包括但不限于动态存储器，诸如工作存储器1335。

物理和/或有形计算机可读媒介的常见形式包括例如软磁盘、软盘、硬盘、磁带、或任何其他磁性介质、CD-ROM、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、具有孔的图案的任何其他物理介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或者磁带盒、或计算机可从其读取指令和/或代码的任何其他介质。

各种形式的计算机可读媒介可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到(一个或多个)处理器1310以用于执行。仅举例来说，指令可以初始地被携带在远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中并且通过传输介质发送指令作为信号以由计算机系统1300接收和/或执行。

通信子系统1319和/或其部件通常将接收信号，并且总线1305然后可将信号和/或由信号携带的数据、指令等携带到工作存储器1335，从该工作存储器1335，(一个或多个)处理器1310取得并且执行指令。由工作存储器1335接收的指令可以在由(一个或多个)处理器1310执行之前或之后可选地存储在非暂态存储设备1325上。

上文所讨论的方法、系统和设备是示例。各种配置可酌情省略、替换或添加各种过程或部件。例如，在可替代配置中，可以以与所描述的次序不同的顺序执行方法，和/或可以添加、省略和/或组合各阶段。而且，关于某些配置所描述的特征可以以各种其他配置组合。配置的不同方面和元素可以以类似方式组合。而且，技术演变，并且因此许多元素是示例，并且不限制本公开或权利要求的范围。

在提供示例性配置(包括实施方式)的透彻理解的描述中给定特定细节。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践配置。例如，在没有不必要的细节的情况下示出了众所周知的电路、过程、算法、结构和技术以便避免混淆配置。本说明书仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围、适用性或配置。相反，配置的前述描述将向本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的启用描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

而且，配置可以被描述为被描绘为示意性流程图或者框图的过程。虽然每个配置可以将操作描述为顺序的过程，但是许多操作能够并行或者并发执行。另外，操作的顺序可以重新排列。过程可以具有图中未包括的附加步骤。此外，方法的示例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现。当在软件、固件、中间件或微代码中实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可被存储在诸如存储介质的非暂态计算机可读介质中。处理器可执行所描述的任务。

已经描述了多个示例配置，在不脱离本公开的精神的情况下，可以使用各种修改、可替代构造和等同物。例如，以上元件可以是较大系统的部件，其中，其它规则可以优于或者以其它方式修改技术的应用。而且，在考虑以上元件之前、期间或之后，可以采取多个步骤。因此，以上描述不绑定权利要求的范围。

如本文所使用的并且在随附的权利要求中，除非上下文另外清楚指示，否则单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数引用。因此，例如，对“用户”的引用包括多个这样的用户，并且对“处理器”的引用包括一个或多个处理器和其对本领域技术人员已知的等同物等的引用。

而且，当在本说明书中并且在以下权利要求中使用时，词语“包括”、“包括了”、“容纳”、“容纳了”、“包含”、“包含了”、“包含有”旨在指定说明特征、整体、部件、或步骤的存在，但是其不排除一个或多个其他特征、整体、部件、步骤、动作、或组合的存在或者添加。

还应理解，本文所描述的示例和实施例仅用于说明目的，并且将向本领域技术人员建议根据其进行的各种修改或改变，并且将包括在本申请的精神和范围以及所附权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种光学系统，包括：

左光学堆叠，其被配置为朝向所述光学系统的用户侧输出左虚拟图像光；

右光学堆叠，其被配置为朝向所述光学系统的所述用户侧输出右虚拟图像光，其中，所述左光学堆叠和所述右光学堆叠中的每一个光学堆叠被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换；以及

处理模块，其被配置为执行操作，所述操作包括：

确定是否满足激活条件；以及

响应于确定满足所述激活条件，激活与所述光学系统相关联的单视显示模式，其中，激活所述单视显示模式包括：

使得所述左光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；以及

使得所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，与所述第一焦平面相关联的屈光力和与所述第二焦平面相关联的屈光力相差偏移量。

3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述偏移量大于阈值。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述阈值是0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D、0.9D或1.0D中的一个。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

使用所述光学系统的一个或多个眼睛跟踪相机来捕获与所述光学系统的用户的一只或两只眼睛相对应的眼睛跟踪数据；

基于所述眼睛跟踪数据，确定是否能够确定聚散距离；以及

基于所述眼睛跟踪数据，确定不能确定所述聚散距离。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

确定所述眼睛跟踪数据不可用。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

确定待显示的所述虚拟内容是否在所述第一焦平面和所述第二焦平面处均被表示；以及

确定待显示的所述虚拟内容在所述第一焦平面和所述第二焦平面处均被表示。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述操作还包括：

响应于确定不再满足所述激活条件，停用单视显示模式，其中，停用所述单视显示模式包括：

使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；或

使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述操作还包括：

在预定时间量之后，修改所述单视显示模式，从而使得：

使得所述左光学堆叠从在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容；以及

使得所述右光学堆叠从在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容。

10.一种方法，包括：

提供包括左光学堆叠和右光学堆叠的可穿戴设备，其中，所述左光学堆叠和所述右光学堆叠中的每一个光学堆叠被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换；

接收在所述左光学堆叠和所述右光学堆叠处待显示的所述虚拟内容；

确定是否满足激活条件；以及

响应于确定满足所述激活条件，激活与所述可穿戴设备相关联的单视显示模式，其中，激活所述单视显示模式包括：

使得所述左光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；以及

使得所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，与所述第一焦平面相关联的屈光力和与所述第二焦平面相关联的屈光力相差偏移量。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述偏移量大于阈值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述阈值是0.1D、0.2D、0.3D、0.4D、0.5D、0.6D、0.7D、0.8D、0.9D或1.0D中的一个。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

使用所述可穿戴设备的一个或多个眼睛跟踪相机来捕获与所述可穿戴设备的用户的一只或两只眼睛相对应的眼睛跟踪数据；

基于所述眼睛跟踪数据，确定是否能够确定聚散距离；以及

基于所述眼睛跟踪数据，确定不能确定所述聚散距离。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

确定所述眼睛跟踪数据不可用。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，确定是否满足所述激活条件包括：

确定待显示的所述虚拟内容是否在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示；以及

确定待显示的所述虚拟内容在所述第一焦平面和所述第二焦平面处被表示。

17.根据权利要求10所述的方法，还包括：

响应于确定不再满足所述激活条件，停用单视显示模式，其中，停用所述单视显示模式包括：

使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；或

使得所述左光学堆叠和所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

18.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在预定时间量之后，修改所述单视显示模式，从而使得：

使得所述左光学堆叠从在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容；以及

使得所述右光学堆叠从在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容切换到在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容。

19.一种包括指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行操作，所述操作包括：

接收在可穿戴设备的左光学堆叠和右光学堆叠处待显示的虚拟内容，其中，所述左光学堆叠和所述右光学堆叠中的每一个光学堆叠被配置为在第一焦平面处显示虚拟内容或在第二焦平面处显示虚拟内容之间切换；

确定是否满足激活条件；以及

响应于确定满足所述激活条件，激活与所述可穿戴设备相关联的单视显示模式，其中，激活所述单视显示模式包括：

使得所述左光学堆叠在所述第一焦平面处显示所述虚拟内容；以及

使得所述右光学堆叠在所述第二焦平面处显示所述虚拟内容。

20.根据权利要求19所述的非暂态计算机可读介质，其中，与所述第一焦平面相关联的屈光力和与所述第二焦平面相关联的屈光力相差偏移量。

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