CN117178221A - 用于校准包括集成处方透镜的可佩戴平视显示器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种通过如下操作校准头戴式显示器(HMD)(100)的系统和方法：将HMD的光组合器(102)定位到校准站(200)的固持器(202)中，使得光组合器处于从HMD的微型显示器(204)提供的光和校准站的相机(206)的主光路中，调节可调矫正单元(208)以矫正由光组合器的矫正处方引起的离焦，由相机捕获通过所述可调矫正单元和光组合器观看到的参考目标(224)的图像，并从捕获的图像生成畸变模型以及校准所述HMD，以便将所述畸变模型应用于由所述HMD投影的图像。

Description

用于校准包括集成处方透镜的可佩戴平视显示器的方法和 系统

背景技术

在光学领域中，组合器是组合两个光源—例如，从微型显示器传输并经由光导引导到组合器的光以及环境光—的光学装置。光组合器用在平视显示器(HUD)中，平视显示器的示例包括头戴式显示器(HMD)或近眼显示器，其允许用户观看叠加在通过HMD观看的用户环境上的计算机生成的内容(例如，文本、图像或视频内容)，从而创建所谓的增强现实(AR)或混合现实(MR)。在一些应用中，以眼镜框架形状因子来实现HMD，其中光组合器形成眼镜框架内的透镜中的至少一个。HMD使用户能够观看所显示的计算机生成的内容，同时仍然观看他们的环境。

为了确保用户将看到焦点对准(in focus)并且具有最小的畸变和色差的计算机生成的内容，通常使用由测试设置相机捕获的图像来校准HMD的组件，该测试设置相机定位在当用户佩戴HMD时用户的眼睛预期所在的位置。这些图像模拟了用户可能看到的从HMD投影的内容以及通过AR或MR HMD的光组合器观看到的真实世界环境。

附图说明

通过参考附图，可以理解本公开，并且其众多特征和优点对于本领域技术人员来说是显而易见的。在不同的附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。

图1示出了根据一些实施例的、具有带有集成矫正处方的光组合器的示例头戴式显示器(HMD)。

图2示出了根据一些实施例的、在其中测量和校准诸如图1的HMD的HMD的各方面的校准站的框图。

图3示出了根据一些实施例的、与图1的HMD的微型显示器和图2的校准站相关联的处理系统的框图。

图4示出了根据一些实施例的、包括图2的校准站和外围设备的校准系统的框图。

图5示出了使用图4的校准系统来校准HMD(诸如图1的HMD)的方法。

具体实施方式

常规的近眼显示器有时需要眼科矫正透镜来适应那些需要视力矫正的用户。用于在HMD中包括矫正光学处方的典型方法需要配置HMD的光组合器来容纳光导和单独的处方透镜二者，或者作为用户佩戴的眼镜的一部分，或者作为插入或附接到光组合器的透镜。结果通常是庞大的系统，用户佩戴起来会不舒服，从而降低了用户体验。此外，作为插入物或附件包括在组合器中的矫正处方透镜的边界线通常对用户可见，这也降低了用户体验。为了避免这些问题，已经开发了具有集成矫正处方的光组合器。尽管在同时矫正来自组合器内的光和环境光二者使得用户在观看增强现实场景时不会经历不期望的光学像差或畸变方面存在复杂性，但是这些复杂性可以通过校准微型显示器来诊断和改善，使得该设备为用户提供良好的视觉敏锐度。

然而，将矫正处方引入到HMD的光组合器中对校准HMD提出了挑战，这是因为在一些情况下，矫正处方将离焦和畸变二者引入到由微型显示器投影的图像和通过光组合器传输的来自环境的光中。为了避免这种像差，期望在校准过程中，像通过用户的眼睛那样观看环境和显示的内容，以便校准微型显示器。因此，使用本文中描述的技术，用于执行通过处方透镜观看的显示内容的校准的校准系统的组件被配置成模拟需要屈光矫正的用户的眼睛。不同于此，现有的校准系统假设用户在校准期间具有良好的视力，并且待校准的设备可以使用不需要将矫正处方应用于显示器的架构，或者假设模块化矫正处方可以在校准后被添加到HMD。因为用户的矫正处方有显著差异，所以期望单个校准系统是可调节的，以支持各种各样的用户处方。

图1至图5示出了用于检查和校准具有至少一个光组合器的HMD的系统和方法，该至少一个光组合器具有集成的特定于用户的矫正处方。通过具有矫正处方的光组合器观看的HMD的微型显示器的输出和参考目标在专门的校准站处被测量，以针对由矫正处方引起的光学像差和伪影来进行校准。校准站包括相机和至少一个可调矫正单元，它们一起模拟需要屈光矫正的用户眼睛。也就是说，相机的相机传感器模拟用户眼睛的视网膜来接收光，以便“看到”图像，并且可调矫正单元模拟用户眼睛的晶状体来聚焦光，使得图像被相机传感器看到是焦点对准的。一般而言，可调矫正单元补偿由光组合器的矫正处方引起的焦点偏移，并允许校准站的相机捕获执行对HMD的测量和校准所需的清晰图像。HMD的校准是比较性的，使得HMD的微型显示器被校准以匹配参考目标，这两者都通过光组合器的矫正处方和可调矫正单元进行光学修改。换句话说，来自HMD的微型显示器的经光学修改的光与来自参考目标的经光学修改的光相匹配，使得HMD的用户将以良好的视觉锐度看到显示在光组合器处的内容和光组合器之外的环境。

可调矫正单元可以由操作者手动调节，或者通过自动过程调节，以在生产过程的校准阶段期间或者作为需要修理的HMD的重新校准的一部分，在相机处创建聚焦图像。因为可调矫正单元的组件可以被调节，所以校准站可以模拟许多不同的矫正处方，并且允许模拟不同的用户在佩戴配置有他们的特定处方的HMD时将如何看到真实世界和/或显示的内容。

图1示出了采用具有集成矫正处方的光组合器102的示例性HMD 100。HMD 100具有支撑结构104，该支撑结构104包括框架106，该框架106容纳微型显示器(如图2所示)，诸如激光投影仪或发光二极管(LED)显示器，该微型显示器产生可见光，以便经由光组合器102向用户的眼睛投影图像，使得用户将投影的图像感知为显示在组合器102处的视场(FOV)区域108中。在一些实施例中，微型显示器还产生用于眼睛跟踪目的的红外光。

支撑结构104还包括允许支撑结构104佩戴在用户眼睛前方位置的组件。这种组件的示例是将由用户耳朵支撑的臂110和112。在一些实施例中，被配置成佩戴在用户头部周围和/或用户头部顶部的一条或多条带子(未示出)可以用来代替一个或多个臂，以将支撑结构104固定在用户眼睛前方。在一些实施例中，HMD 100被对称地配置，使得透镜元件114也是组合器，并且微型显示器被容纳在框架106的靠近臂112的部分中，以将图像投影到透镜元件114内的FOV区域。组合器102和透镜元件114中的任一个或其两者可以被配置有具有曲率的眼侧和世界侧表面，这两个表面一起提供对传输到用户眼睛的光的处方矫正。

在所描绘的示例中，HMD 100是近眼显示系统，其中支撑结构104被配置成佩戴在用户的头上，并且具有眼镜框架的一般形状和外观(或“形状因子”)。支撑结构104包含或以其他方式包括各种组件，以便于将这种图像朝向用户的眼睛投影，例如下面参考图3更详细描述的处理系统。在一些实施例中，支撑结构104还包括各种传感器，诸如一个或多个前向相机、后向相机、其他光传感器、运动传感器、加速度计等。支撑结构104还可以包括一个或多个射频(RF)接口或其他无线接口，诸如蓝牙(Bluetooth(TM))接口、WiFi接口等。此外，在一些实施例中，支撑结构104包括一个或多个电池或其他便携式电源，用于向电气和处理组件(诸如HMD 100的处理系统的一个或多个处理器)供电。在一些实施例中，HMD 100的这些组件中的一些或全部完全或部分包含在支撑结构104的内部容积内，诸如在臂110和框架106的在支撑结构104的区域116中的部分内。应当注意的是，虽然描绘了示例形状因子，但是应当理解，在其他实施例中，HMD 100可以具有与图1所示的眼镜框架不同的形状和外观。

在所描绘的实施例中，HMD 100的组合器102提供AR显示器，其中所渲染的图形内容可以叠加在用户通过组合器102观看的真实世界视图上，或者以其他方式结合真实世界视图来被提供。例如，用于形成可感知的图像或一系列图像的光可以由HMD 100的微型显示器经由一系列光学元件投影到用户的眼睛上，这些光学元件诸如是至少部分形成在组合器102中的光导以及设置在微型显示器和光导之间的一个或多个透镜和/或滤光器。光组合器102包括光导的至少一部分，该光导将由光导的输入耦合器接收的显示光路由到光导的输出耦合器，该输出耦合器向HMD 100的用户的眼睛输出显示光。此外，光组合器102足够透明，以允许用户透过组合器102观看，从而提供用户真实世界环境的视野，使得图像看起来叠加在用户真实世界环境的至少一部分上。为了确保用户看到焦点对准、处于正确的角度位置并且具有最小的不期望畸变的他们的真实世界环境和从光组合器102投影的图像，使用校准站来调谐包括微型显示器在内的HMD的组件，下面参考图2更详细地描述校准站的示例。

图2示出了校准站200的框图，在该校准站200中，诸如HMD 100的显示系统的各方面被测量和校准。校准站200包括固持器202，其中放置了光组合器，例如光组合器102。固持器202的位置是可调节的，以允许光组合器102被定位在从与光组合器102相关联的微型显示器204行进到校准站200的相机206的光220的主光路中。尽管为了便于说明而被描绘为单个组件，但是相机206是用于感测光的相机传感器和用于将光聚焦在相机传感器上的相机透镜或透镜组合的组合。

可调矫正单元208也设置在主光路中，并位于固持器202和相机206之间。在一些实施例中，可调矫正单元208是包括各种透镜的综合验光器(phoropter)，这些透镜包括但不限于球面透镜、柱面透镜、滤光透镜和棱柱透镜。在一些实施例中，综合验光器还包括专门的测量设备，诸如Maddox杆和Jackson交叉圆柱。在一些实施例中，可调矫正单元208是可调焦透镜，诸如填充流体的变化形状的透镜，其中透镜的半径可以通过使容纳流体的膜变形或者通过将流体泵入或泵出膜来改变。在一些实施例中，可调矫正单元208是试验性透镜套件，包括各种球形凹透镜、球形凸透镜、圆柱凹透镜、圆柱凸透镜、棱柱透镜和专用透镜，诸如有色透镜、遮光透镜、针孔透镜和交叉圆柱透镜，它们可以放置在固持器202和相机206之间的光路中。在一些实施例中，中性密度(ND)滤光器位于相机206和可调矫正单元208之间，以降低或修改进入相机206的光的强度，从而避免捕获太亮或“曝光过度”的图像。

为了校准HMD 100，使得用户跨光组合器102的FOV 108看到均匀颜色和亮度的聚焦图像或文本，由光组合器102引起的畸变由可调矫正单元208矫正。具体地，当光组合器102包括基于特定于用户的光学矫正需求的集成矫正处方时，可调矫正单元208用于逆转由矫正处方引起的模糊，使得校准站200的相机206可以捕获清晰的焦点对准的图像，在该图像上将执行显示测量和校准。

为了说明，光组合器102的矫正处方与用户眼睛的晶状体和角膜结合来工作，以将光聚焦在眼睛的视网膜上。当眼睛的焦点调节无法将物体聚焦时，或者当眼睛不对称并患有散光时，就会出现视力问题。光组合器102的矫正处方(以屈光度测量)改变了进入用户眼睛的光的焦点，使得光正确地聚焦在视网膜上，从而允许用户焦点对准地观看他们的环境。因此，通过塑造光组合器102的形状以将真实世界的感知深度在散光矫正的情况下偏移到公共平面中以及在球面矫正的情况下偏移到落入患者的调焦范围内的平面中，矫正处方被集成到光组合器102中。因为焦点偏移的程度根据用户的具体矫正处方而变化，所以对于另一用户而言，或者在校准站200的情况下对于相机206而言，通过具有集成处方的光组合器102观看到的图像将显得模糊或失焦。因此，可调矫正单元208的透镜或形状被调节以逆转由具有矫正处方的光组合器102施加的焦点偏移，使得光被正确地聚焦在相机206处，并且相机206可以捕获通过可调矫正单元208和光组合器102观看到的环境的焦点对准的图像。

在一些实施例中，校准站200包括至少一个光中继器。图2所示的示例校准站200包括两个光中继器212、214。第一光中继器212设置在固持器202和可调矫正单元208之间，第二光中继器214设置在可调矫正单元208和相机206之间。第一光中继器212具有至少第一组中继透镜218，以将来自微型显示器204的光中继到可调矫正单元208，第二光中继器214具有至少第二组中继透镜218，以将来自可调矫正单元208的光中继到相机206。因为相机206用于模拟用户的观看，在没有至少一个光中继器的情况下，相机206将需要放置在非常靠近被固持在固持器202中的光组合器102的位置，以便模拟用户眼睛的位置。因此，在固持器202和相机206之间将没有足够的空间来装配可调矫正单元208。光中继器212、214用于延长主光路，以适应可调矫正单元208在相机206和固持器202之间的定位，并允许相机206捕获投影在光组合器102处和/或位于光组合器102之外的参考目标224处的数字内容的图像，如同用户将看到数字内容和参考目标224一样。在一些实施例中，参考目标224位于距固持器202的设定的距离处，使得相机206通过位于固持器202中的光组合器102观看参考目标224。参考目标224通常是实物或图像，诸如棋盘网格或具有可区分特征的其他图案，其用于确保相机206捕获参考目标224的聚焦图像。在一些实施例中，参考目标224是静态或动态图像，其被投影到位于距固持器设定距离的表面上。虽然参考目标224通常用白光照明，但是彩色光也可以用于为参考目标224照明。

为了对来自微型显示器204的光220的一部分进行采样以校准颜色、强度和强度均匀性，分束器216位于微型显示器204和可调矫正单元208之间。分束器216使来自微型显示器204的光220的一部分离开主光路并朝向参考图3更详细描述的诸如光谱仪、功率计和/或积分球的测量设备重定向。在一些实施例中，分束器216用于将光注入到主光路中。在一些实施例中，分束器216位于可调矫正单元208和相机之间，以部分补偿可调矫正单元208对来自微型显示器204的光的影响。在一些实施例中，分束器216位于可调矫正单元208的两侧，以完全补偿可调矫正单元208的影响。

图3示出了与HMD的微型显示器204和校准站200相关联的处理系统300的框图。在所示的示例中，处理系统300包括应用处理器(AP)302，其是运行一个或多个软件程序来控制微型显示器204和HMD 100的其他组件的集成电路(例如，微处理器)。在图3所示的示例中，AP 302包括处理器304、GPU 306和存储器308。处理器304和GPU 306通信耦合到存储器308。在一些实施例中，存储器308被配置成临时存储装置，以保存可以被处理器304和GPU306快速访问的数据和指令。在一些实施例中，存储装置310是保存数据和指令的更永久的存储装置。存储器308和存储装置310中的每一个都是存储数据和指令的非暂时性处理器可读存储介质，并且可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态驱动器或其他处理器可读存储介质中的一个或多个。在一些实施例中，处理器304是执行计算操作的编程计算机。例如，处理器304被实施为中央处理单元(CPU)、微处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)或现场可编程门阵列(FPGA)。

为了在视场(FOV)区域108处形成将被HMD 100的用户观看的虚拟图像，GPU 306从处理器304接收源图像，并将源图像写入或渲染到投影仪帧缓冲器中，该源图像被传输到微型显示器204的显示控制器322。为了将源图像投影到光组合器102，微型显示器204使用帧缓冲器数据来生成对微型显示器204中的激光二极管或其他光源的驱动控制。在HMD 100的正常操作期间，当将源图像渲染到投影仪帧缓冲器中时，应用对要投影到光组合器102的源图像的任何矫正。在一些实施例中，显示控制器322在向微型显示器204提供帧缓冲器数据之前应用矫正。对源图像应用若干矫正，诸如几何畸变(由本文中描述的校准过程确定)、颜色矫正和/或由于光学系统中的物理变化(例如，热变化)引起的其他矫正，以获得显示给用户的矫正图像。

例如，采用具有各自投影不同波长的光的激光二极管的微型显示器204的HMD通过投影来自投影仪帧缓冲器的不同区域的多个源图像，在FOV 108处产生虚拟图像。HMD被设计成使得虚拟图像在FOV 108中重叠以作为一个图像来被观看。然而，有时情况是，制造的HMD不能自动产生在FOV 108中对准的虚拟图像，这可能导致用户看到的图像是失焦的或“重影”图像(即，稍微偏移的重叠图像)。即使在系统中的光学器件已经精确对准之后，由于产生每个虚拟图像的独特路径和独特非线性畸变，在投影在FOV 108处的虚拟图像中仍然可能存在未对准。因此，畸变模型被应用于源图像，使得当源图像被畸变(“矫正”)并被投影到FOV 108时，畸变的源图像形成在FOV 108的目标区域中对准的虚拟图像。类似地，颜色矫正和/或强度模型可以应用于源图像。这些模型在源图像的某些区域内改变颜色和亮度的分布，使得当在FOV 108处投影时，所得到的虚拟图像在用户看来具有均匀的颜色和亮度。

处理系统300还包括校准处理器312，该校准处理器312通信地耦合到相机206，以便接收在校准过程期间由相机206捕获的图像和/或光强度数据，如参考图4进一步解释的。在一些实施例中，一旦校准完成，校准处理器可以从HMD 100去耦合。一般而言，执行如本文所述的校准过程的处理器可以被称为校准处理器。在一些实施例中，校准处理器312是执行计算操作的编程计算机。例如，校准处理器312可以是中央处理单元(CPU)、微处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SOC)或现场可编程门阵列(FPGA)。尽管未示出，显示屏可以通信地耦合到校准处理器312，以允许与在校准处理器312上运行的校准程序314交互和/或允许校准处理器312显示来自校准程序314的校准结果。

在一些实施例中，为了校准的目的，校准处理器312通信地耦合到AP处理器302。在图3中，校准处理器312被示为执行校准程序314的指令。校准程序314可以存储在存储器316中，并由校准处理器312在运行时访问。校准程序314包括决策逻辑318，在一些实施例中，当由校准处理器312执行时，决策逻辑318以定义的顺序向AP 302提供测试图案。在校准过程中可以调节定义的顺序。AP 302以定义的顺序将测试图案渲染到投影仪帧缓冲器中。当微型显示器204通过光组合器102投影测试图案时，相机206捕获测试图案的图像，并生成显示数据320。相机206还捕获通过光组合器102和可调矫正单元208观看到的参考目标224的图像，并生成参考目标数据324。校准处理器312从相机206接收显示数据320和参考目标数据324，并且校准程序314使用显示数据320和参考目标数据324来确定眼睛空间到投影仪空间的映射，这些映射随后用于生成扭曲或畸变的源图像。在一些实施例中，由微型显示器204投影的测试图案的光谱和强度测量由外围组件进行，例如参考图4更详细描述的那些。

图4示出了校准系统400的框图，校准系统400包括校准站200和外围设备。在一些实施例中，外围设备包括光谱仪404和功率计406，它们位于被分束器216重定向的光222的光路中。在一些实施例中，外围设备包括积分球408，用以测量被分束器216重定向的光222的总功率(通量)。在光谱仪404、积分球408和功率计406处进行的颜色均匀性和强度的测量结果被传送到校准处理器312，该校准处理器312与处理系统300相关联并且被配置成确定在校准站200处被分析的特定HMD 100的校准参数。此外，由相机206捕获的图像被传输到校准处理器312用于测量和分析。因此，校准处理器312通信耦合到相机206、诸如光谱仪404和功率计406的测量设备以及AP处理器130。

图5示出了使用校准系统400校准诸如HMD 100的HMD的方法500。在框502处，将光组合器102定位在校准站200的固持器202中。通常，光组合器102将被附接到框架，诸如容纳微型显示器204和其他HMD组件(诸如显示控制器322和AP 302)的框架106。在框504处，调节可调矫正单元208，以矫正由包括在光组合器102中的任何矫正处方引起的离焦。例如，如果光组合器被配置成提供+4球面矫正，则可调矫正单元208被调节以通过提供-4球面矫正来补偿相机206原本会看到的离焦。因此，相机206和可调矫正单元208一起作用来模拟需要+4球面矫正的用户眼睛。可调矫正单元208可以由操作者手动调节，或者在校准过程中自动调节。

在框506处，相机206捕获通过可调矫正单元208和光组合器102观看的参考目标(诸如参考目标224)的图像。可调矫正单元208用于矫正由光组合器102的矫正处方引入的参考目标224的离焦，如上文参考图2所述，然而，在一些情况下，参考目标224的一些畸变仍将存在于捕获的图像中。在一些实施例中，这种畸变在最终校准的HMD中是期望的，因为需要屈光矫正的用户适应于在这种畸变的情况下观看世界。因此，最终的显示器校准应该匹配用户观看其环境的期望。在框508处，将参考目标224的捕获图像发送到校准处理器312，在那里针对畸变来对它们进行测量和分析。在框510处，生成畸变模型。在框512处，将畸变模型提供给HMD的AP处理器302，以便校准微型显示器204，从而投影与参考目标224的捕获图像具有相同几何畸变的图像。

一旦畸变被提供给AP处理器302，在框514处，微型显示器204向光组合器102提供表示图像或文本的光，光组合器102沿着光组合器102和校准站200的相机206之间的主光路输出光220。在框516处，输出光的一部分被分束器216远离主光路并且朝向校准站200的诸如光谱仪404和功率计406的测量设备来重定向，在那里针对颜色和亮度的均匀性来对光进行分析。在框518处生成均匀性矫正模型，并在框520处提供给AP处理器302。均匀性矫正模型被应用于由微型显示器204投影的光220，以补偿由光组合器102输出的光中的不均匀性，并匹配预定的目标白点。在一些实施例中，在双目HMD的情况下，对HMD 100的第二透镜重复框502至520中描述的校准方法。结果是HMD 100针对需要屈光矫正的用户的眼睛被最佳地校准。

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施。该软件包括一组或多组存储在或以其他方式有形地包含在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令。该软件可以包括指令和某些数据，当由该一个或多个处理器执行时，该指令和某些数据操纵该一个或多个处理器来执行上述技术的一个或多个方面。非暂时性计算机可读存储介质可以包括例如磁盘或光盘存储设备、固态存储设备，诸如闪存、高速缓存、随机存取存储器(RAM)或其他非易失性存储器设备等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上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以其他方式可执行的其他指令格式。

计算机可读存储介质可以包括任何存储介质或存储介质的组合，在使用期间可由计算机系统访问以向计算机系统提供指令和/或数据。这种存储介质可以包括但不限于光学介质(例如，光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘)、磁介质(例如，软盘、磁带或磁硬盘)、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中(例如，系统RAM或ROM)，固定地附接到计算系统(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)，或者经由有线或无线网络(例如，网络可访问存储装置(NAS))耦合到计算机系统。

注意，并非需要以上在一般描述中描述的所有活动或元素，可能不需要特定活动或设备的一部分，并且除了所描述的那些之外，可以执行一个或多个进一步的活动或包括元素。此外，列出活动的顺序不一定是执行活动的顺序。此外，已经参考具体实施例描述了这些概念。然而，本领域的普通技术人员理解，在不脱离如所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的，并且所有这样的修改都旨在包括在本公开的范围内。

上面已经针对具体实施例描述了益处、其他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显著的任何特征都不应被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的或必要的特征。此外，以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为对于受益于本文教导的本领域技术人员来说，可以以不同但等同的方式修改和实践所公开的主题。除了在所附权利要求中描述的之外，不打算对这里示出的构造或设计的细节进行限制。因此，很明显，上面公开的特定实施例可以被改变或修改，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，在此寻求的保护在所附权利要求中阐述。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

固持器，所述固持器用于将光组合器固定在头戴式显示器(HMD)的微型显示器和相机之间的光路中；

可调矫正单元，所述可调矫正单元设置在所述光路中并被配置成对由所述光组合器传输的光进行调焦；并且

其中，所述相机被配置成捕获从所述可调矫正单元输出的经调焦的光的至少一个图像以用于校准所述HMD。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光组合器包括集成矫正处方。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述可调矫正单元是综合验光器，包括球面透镜、柱面透镜、滤光透镜和棱柱透镜中的至少一个。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，还包括：

至少一个光中继器，所述至少一个光中继器设置在所述微型显示器和所述相机之间的所述光路中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，还包括：

分束器，所述分束器设置在所述微型显示器和所述可调矫正单元之间，并被配置成将来自所述微型显示器的光的一部分朝向至少一个测量设备重定向。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述至少一个测量设备包括光谱仪和功率计中的至少一个。

7.一种校准头戴式显示器(HMD)的方法，包括：

将所述HMD的光组合器定位到校准站的固持器中，使得所述光组合器处于从所述HMD的微型显示器提供的光和所述校准站的相机的主光路中；

调节可调矫正单元以矫正由所述光组合器的矫正处方引起的离焦；

由所述相机捕获通过所述可调矫正单元和光组合器观看到的参考目标的图像；以及

根据所捕获的图像来生成畸变模型，并校准所述HMD以将所述畸变模型应用于由所述HMD投影的图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述可调矫正单元是综合验光器或可调透镜中的至少一个。

9.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：

将由所述HMD的所述微型显示器提供的光的一部分从所述主光路转向到至少一个测量设备。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述至少一个测量设备是光谱仪和功率计中的至少一个。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，光的所述一部分被设置在所述微型显示器和所述可调矫正单元之间的分束器转向。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，还包括：

生成均匀性矫正模型并校准所述HMD，以将所述均匀性矫正模型应用于由所述HMD投影的图像。

13.一种校准站，所述校准站包括用于HMD的固持器，所述校准站被配置成执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

14.一种系统，包括：

校准站，所述校准站被配置成将光组合器固定在头戴式显示器(HMD)的微型显示器和相机之间的光路中，其中，所述校准站包括可调矫正单元，所述可调矫正单元被设置在所述光路中并且被配置成被调节以矫正由所述光组合器引起的光的离焦，并且其中，所述相机被配置成捕获从所述可调矫正单元输出的经矫正的光的至少一个图像以用于校准所述HMD；和

校准处理器，所述校准处理器被配置成接收捕获到的至少一个图像并基于捕获到的至少一个图像来生成畸变模型，其中，所述校准处理器还被配置成向所述HMD的显示控制器提供所述畸变模型。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述光组合器包括集成矫正处方。

16.根据权利要求14或15所述的系统，其中，所述可调矫正单元是综合验光器，所述综合验光器包括以下中的至少一个：球面透镜、柱面透镜、滤光透镜以及棱柱透镜。

17.根据权利要求14或15所述的系统，其中，所述可调矫正单元是可调透镜。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的系统，还包括：

至少一个光中继器，所述至少一个光中继器设置在所述微型显示器和所述相机之间的所述光路中。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的系统，还包括：

分束器，所述分束器设置在所述微型显示器和所述可调矫正单元之间，并且被配置成将来自所述微型显示器的光的一部分朝向至少一个测量设备重定向。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述至少一个测量设备包括光谱仪和功率计中的至少一个。