CN117420683A - 用于光学部件对准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

组装头戴式显示器的方法可以包括：支承头戴式显示器框架；数字地调整光学传感器的光学坐标系，以将该光学坐标系与该头戴式显示器框架的框架坐标系对准；在该光学坐标系与该框架坐标系对准之后，可以移动投影仪组件，以将投影图像与该光学坐标系对准；然后，可以将对准的投影仪组件固定到该头戴式显示器框架。还公开了各种其他方法和系统。

Description

用于光学部件对准的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年7月18日提交的、申请号为63/390,141的美国临时申请的优先权，以及2023年6月12日提交的、申请号为18/333,192的美国非临时申请的优先权，上述申请的公开内容通过引用结合于此。

技术领域

本申请总体上涉及显示技术领域，更具体地，涉及组装头戴式显示器的方法和系统。

发明内容

一方面，本公开提供了一种组装头戴式显示器的方法，该方法包括：使用支承机构支承头戴式显示器框架；确定该头戴式显示器框架的框架坐标系相对于该支承机构的位置和取向；数字地调整光学传感器的光学坐标系，以将该光学坐标系与该框架坐标系对准到第一预定阈值内；使用至少一个投影仪支持件移动至少一个投影仪组件，以将该至少一个投影仪组件的投影图像与该光学传感器的光学坐标系对准到第二预定阈值内；以及将该对准的至少一个投影仪组件固定到头戴式显示器框架。

另一方面，本公开提供了一种组装头戴式显示器的方法，该方法包括：将光学传感器的光学坐标系与头戴式显示器框架的框架坐标系数字地对准到第一预定阈值内；将至少一个投影仪组件的投影图像与该光学传感器的光学坐标系机械地对准到第二预定阈值内；以及在将该光学坐标系与该框架坐标系以及将该投影图像与该光学坐标系数字地对准之后，将该至少一个投影仪组件固定到头戴式显示器框架。

又一方面，本公开提供了一种用于组装头戴式显示器的系统，该系统包括：具有光学坐标系的至少一个光学传感器、支承机构、至少一个计算机处理器以及至少一个投影仪支持件；该支承机构被配置为将头戴式显示器框架支承在相对于该至少一个光学传感器的固定位置；该至少一个计算机处理器被配置为数字地调整该光学坐标系，以将该光学坐标系与该头戴式显示器框架的框架坐标系对准到第一预定阈值内；该至少一个投影仪支持件能够进行空间地操纵，该至少一个投影仪支持件被配置为支承和移动至少一个投影仪组件，以将该至少一个投影仪组件的投影图像与该光学坐标系对准。

附图说明

附图示出了多个示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起展示和解释了本公开的各种原理。

图1为根据本公开至少一个实施例的头戴式显示器的平面图。

图2为根据本公开至少一个实施例的在图1的虚线圆圈A处截取的安装到头戴式显示器框架的光投影仪的详细视图。

图3示出了根据本公开至少一个实施例的由摄像头观察到的投影图案的光学对准。

图4为根据本公开至少一个实施例的具有对准摄像头的头戴式显示器的截面图。

图5为根据本公开至少一个实施例的用于对准光学部件的系统的侧视图，该系统具有框架和用于将光学部件对准到该框架的光学对准摄像头。

图6为根据本公开至少一个实施例的、在光学坐标系被数字地调整到相对于框架坐标系的对准位置和取向之后的、图5的系统的侧视图。

图7为根据本公开至少一个实施例的图6的系统的侧视图，其中投影仪组件相对于框架坐标系和光学坐标系处于初始取向。

图8为根据本公开至少一个实施例的图7的系统的侧视图，其中投影仪组件相对于光学对准摄像头的光学坐标系旋转和/或平移至对准取向。

图9A为根据本公开至少一个实施例的相对于光学坐标系处于初始、未对准取向的框架的图形表示。

图9B为根据本公开至少一个实施例的相对于光学坐标系处于初始、未对准取向的投影仪的图形表示。

图9C为根据本公开至少一个实施例的框架的图形表示，其中光学坐标系相对于框架坐标系处于校正的、对准的取向。

图9D为根据本公开至少一个实施例的投影仪的图形表示，该投影仪相对于光学坐标系处于校正的、对准的取向。

图10为阐述了根据本公开至少一个实施例的用于组装光学部件的方法的流程图。

图11为阐述了根据本公开至少一个附加实施例的用于组装光学部件的方法的流程图。

图12为可以结合本公开实施例使用的示例增强现实眼镜的图示。

图13为可以结合本公开实施例使用的示例虚拟现实头戴式设备(headset)的图示。

在所有附图中，相同的附图标记和描述表示类似但不一定相同的元件。虽然本文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是已经在附图中以示例的方式示出了具体实施例，并且将在本文详细描述这些具体实施例。然而，本文所描述的示例性实施例并不限于所公开的特定形式。相反，本公开涵盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替代方案。

具体实施方式

人工现实是一种在呈现给用户之前以某种方式调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality、hybrid reality)、或其某种组合和/或派生物。人工现实内容可以包括完全由计算机生成的内容，或与所捕获(例如，现实世界)的内容相结合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，它们中的任何一者可以在单个通道或多个通道中呈现(例如，向观看者产生三维(three-dimensional，3D)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。

包括一个或多个近眼显示器的头戴式显示器(head-mounted display，HMD)通常用于向用户呈现视觉内容，以用于人工现实应用。一种类型的近眼显示器包括这样的波导：该波导将来自投影仪的光引导到用户眼前的位置。由于人眼的视觉敏感性，光学质量的轻微偏差对用户来说可能非常明显。相对于用户并且相对于整个感觉系统，投影仪与波导彼此之间、以及与支承框架的适当对准对于抑制这种偏差和改善用户观看由近眼显示器呈现的视觉内容的体验可能是很重要的。

通常，当将光学部件彼此安装和/或安装到框架上时，可以使用光学工作台(optical bench)作为支承。光学工作台是处于已知位置和取向的坚固而稳定的平台。光学工作台通常由重的材料制成，该材料例如为石头(例如，花岗岩)或金属(例如，钢)。可以使用阻尼结构以减少振动。光学工作台的使用可以提供已知且稳定的坐标系，光学部件可以与该坐标系对准。

本公开总体上涉及用于对准光学部件(例如，近眼显示器)的系统和方法，例如用于将波导与相应的投影仪对准、将一个或多个投影仪与一框架对准、将波导与一框架对准、和/或将投影仪和波导组件与一框架对准。例如，本公开的实施例可以包括：使用支承机构支承头戴式显示器框架，以及确定头戴式显示器的框架坐标系相对于支承机构的位置和取向。可以对光学传感器的光学坐标系进行数字地调整(例如，平移和/或使成角度)，以将光学坐标系与框架坐标系对准到第一预定阈值内。可以使用至少一个投影仪支持件来移动投影仪组件，以将投影仪组件的投影图像与光学坐标系对准到第二预定阈值内。然后，可以将投影仪组件固定到头戴式显示器框架。这样的过程(包括数字地调整光学坐标系以与框架坐标系对准)可以使框架保持在固定位置，而不是在对准过程中移动框架。与确实涉及框架的移动的对准系统相比，通过在对准期间避免框架的移动，可以例如通过需要更少的设备或更便宜的设备来减少资金支出和操作支出。此外，由于物理运动部件减少，光学部件彼此对准和/或光学部件与框架对准的质量可以提高。

根据本文描述的一般原理，来自本文描述的实施例中的任何实施例的特征可以与其他实施例的特征组合使用。在结合附图和权利要求书阅读下文的详细描述后，将更充分地理解这些和其他实施例、特征和优点。

参考图1和图2，以下将描述根据本公开实施例的示例头戴式显示器及其部件。然后，将参考图3描述由摄像头观察到的投影图案的光学对准。接下来，将参考图4描述头戴式显示器和用于对准的摄像头的实施例。然后，将参考图5至图8描述光学部件与固定装置对准的各个阶段。参考图9A和图9B，将描述两种不同的潜在光学对准误差，同时将结合图9C和图9D描述对这些误差的校正。接下来，将参考图10和图11描述根据本公开的用于组装头戴式显示器的各种方法。最后，将参考图12和图13描述可结合本公开实施例使用的示例增强现实眼镜和虚拟现实头戴式设备。

图1为根据本公开至少一个实施例的头戴式显示器100的平面图。头戴式显示器100可以包括框架102和耦接到框架102的显示组件104。用于每只眼睛的显示组件104可以包括光投影仪106(在图1中用虚线表示)和波导108，该波导被配置为将来自光投影仪106的图像引导到用户的眼睛。在一些示例中，光投影仪106可以包括多个(例如，三个)子投影仪106A、106B和106C，这些子投影仪被配置为投影不同的波长(例如，颜色，诸如红、绿、蓝、红外线等)的光。波导108可以包括至少一个输入光栅110，该至少一个输入光栅110邻近光投影仪106定位并与其光学对准。输入光栅110可以被配置为使得来自子投影仪106A、106B和106C的光进入波导108，以被引导到波导108的中心，以呈现给用户的眼睛。例如，如图1所示，在虚线中，输入光栅110可以包括三个光学孔，该三个光学孔分别与光投影仪106的三个子投影仪106A、106B和106C对准。

在一些示例中，头戴式显示器100可以以增强现实眼镜的形式实现。因此，波导108可以至少部分地对可见光透明，以允许用户透过波导108观看现实世界环境。由光投影仪106呈现给用户的眼睛的图像可以叠加用户对现实世界环境的观看。

可以以将波导108对准到光投影仪106、对准到用户的视角和/或对准到框架102的方式，将波导108物理地固定到框架102。例如，可以首先将光投影仪106与框架102对准并固定到框架102。然后，可以将波导108的输入光栅110与光投影仪106光学对准。

在一些实施例中，例如在完成了多个波导108与各自的光投影仪106的光学对准之后，可以使用粘合材料、一个或多个紧固件、粘合剂、夹子等将波导108固定到框架102。例如，粘合材料可以定位于波导108与框架102之间的多个(例如，两个、三个或超过三个)不同位置114处，以保持波导108与投影仪106之间的相对位置。在附加实施例中，可以以连续的方式(例如通过粘合剂、夹子、框架盖元件等沿着波导108的一个或多个外围边缘)将波导108固定到框架102。

图2为根据本公开至少一个实施例的在图1的虚线圆圈A处截取的安装到头戴式显示器100框架102的光投影仪106的详细视图。如图2所示，投影仪106可以安装在头戴式显示器100的框架102上，例如安装于框架102的上角落处。第一子投影仪106A可以包括蓝色光源，第二子投影仪106B可以包括红色光源，第三子投影仪106C可以包括绿色光源。子投影仪106A、106B和106C的其他颜色和布置也是可能的。

为了组装头戴式显示器100，三个子投影仪106A、106B和106C最初可以彼此组装(例如，将三个子投影仪安装到公共衬底107、将三个准直透镜对准在在这三个子投影仪上等)，以形成作为一个单元的光投影仪106。投影仪106(例如，投影仪106的衬底107)可以包括一个或多个投影仪基准标记116，上述投影仪基准标记可以用于光学对准(例如，定位、取向、固定)光投影仪106与框架102。在一些示例中，框架102同样可以包括一个或多个框架基准标记118，以协助光投影仪106与框架102的光学对准。

光投影仪106相对于框架102的光学对准可以包括：在将光投影仪106放置在框架102中或框架102上的期间，使用一个或多个摄像头观察光投影仪106和/或框架102，该一个或多个摄像头可以用于识别一个或多个投影仪基准标记116相对于一个或多个框架基准标记118的位置和取向的位置和取向。该一个或多个投影仪基准标记116中的每个投影仪基准标记和该一个或多个框架基准标记118中的每个框架基准标记在图2中以加号的形状示出。在附加的示例中，可以使用其他形状、物理特征(例如，光投影仪106的物理特征和/或框架102的物理特征)、反射表面或其他光学标识符使投影仪106相对于框架102光学对准。在一些实施例中，可以使用由光投影仪106投影的图像使光投影仪106相对于框架102对准，如下文参考图3所解释的。

在将光投影仪106与框架102对准并固定到框架102之后，可以将波导108与光投影仪106对准并固定到框架102。例如，波导108可以包括波导基准标记109，该波导基准标记可以用于将波导108光学对准(例如，定位、取向、固定)到框架102和/或光投影仪106。此外，波导108的输入光栅110可以与子投影仪106A、106B和106C光学对准。在一些示例中，输入光栅110可以小于如图2所示的子投影仪106A、106B和106C的相应孔。在附加的示例中，输入光栅110可以基本上与子投影仪106A、106B和106C的相应孔的尺寸相同或大于子投影仪的相应孔的尺寸。

图3示出了根据本公开至少一个实施例的由摄像头观察到的投影图案302的光学对准。投影图案302可以与摄像头目标304对准。投影图案302可以由光投影仪(例如上述光投影仪106)产生。一个或多个摄像头可以观察投影图案302，并将投影图案302的位置和取向与摄像头目标304进行比较。可以移动(例如，横向偏移、成角度、旋转等)光投影仪和/或光投影仪将被安装到的框架，以在光投影仪相对于框架固定之前，将投影图案302与摄像头目标304对准到可接受的分辨(resolve)(例如，在可接受的公差内)。在一些示例中，可以在将光投影仪106和框架102暴露于在使用所得到的组件期间可以预期到的条件时，执行投影图案302与摄像头目标304的对准。例如，可以在对准期间将热负荷施加到光投影仪106，以模拟在使用期间可能发生的热负荷。

图4为根据本公开至少一个实施例的具有对准摄像头424的头戴式显示器400的截面图。在至少一些方面，头戴式显示器400可以类似于上述头戴式显示器100。例如，头戴式显示器400可以包括框架402和显示组件404，该显示组件包括安装到框架402上的光投影仪406和波导408。

对准摄像头424可以在头戴式显示器400的组装期间使用，以将光投影仪406与框架402光学对准和/或将波导408(例如，波导408的输入光栅)与光投影仪406光学对准。例如，对准摄像头424可用于检测基准标记(例如，投影仪基准标记116、框架基准标记118、波导基准标记109等)、物理部件或特征、反射材料等的位置和/或取向。在附加的示例中，对准摄像头424可用于检测投影图案(例如，投影图案302)相对于目标(例如，摄像头目标304)的位置和/或取向。该检测到的信息可用于调整光投影仪406相对于框架402的位置和/或取向、和/或波导408相对于光投影仪406和/或框架402的位置和/或取向。

图5为根据本公开至少一个实施例的用于对准光学部件的系统500的侧视图，该系统具有框架502(例如，头戴式显示器框架、投影仪框架等)以及用于将光学部件对准到框架502的光学对准摄像头504。

用于支承光学部件的框架可能受到制造可变性和公差的影响，这导致各个独特的框架具有略微不同和/或不可预测的光学部件安装结构(例如，具有不同相对位置、角度、厚度等的安装结构)。框架安装结构中的这种可变性可能导致安装到其上的光学部件的未对准，除非光学部件被适当地对准(例如，彼此对准、与框架坐标系对准等)，并在组装期间固定到位。这种未对准可能导致可感知的光学质量降低，潜在地降低用户的体验。因此，系统500可以被配置为将光学部件彼此对准和/或对准至框架502，以提高光学质量和用户体验。

系统500可以包括固定支承机构506，该固定支承机构被配置为将框架502支承就位。光学对准摄像头504可以与固定支承机构506相关联(例如，耦接到固定支承机构506)。与光学对准摄像头504相关联的光学坐标系508可以用作待安装到框架502的光学部件(例如，投影仪组件、波导组件、透镜等)的对准的基础。光学坐标系508在图5中由轴X、Y(例如，在图5的页面之外并且垂直于图5的页面)和Z表示。框架502可以具有框架坐标系510，该框架坐标系初始可以与光学坐标系508对准，也可以不与光学坐标系508对准。该框架坐标系在图5中由轴X′、Y′和Z′表示。

固定支承机构506可以包括固定装置512，该固定装置512被成形并被配置用于接收和支承框架502。例如，固定装置512可以具有与框架502的形状互补的形状。固定装置512可以包括用于将框架502保持就位的一个或多个保持机构，例如一个或多个夹子、磁铁、凹槽等。当框架502被初始地支承在系统500中时，框架502可能缺少至少一个光学部件(例如，投影仪、波导、透镜等)，该至少一个光学部件将被安装在框架502上或框架中。

框架502可以包括一个或多个特征，该一个或多个特征可以用作用于确定框架502和对应的框架坐标系510相对于光学坐标系508的初始取向和位置的基准。例如，框架502可以包括如上文参考图2所讨论的一个或多个基准标记116、可以被光学识别的物理特征(例如，框架部分、表面、安装结构、缺口等)、和/或可以被光学识别的彩色标记(例如，油漆、墨水、可区分材料等)。在附加的实施例中，框架502及其框架坐标系510的初始位置和取向可以通过引导向框架502并从框架502反射到适当传感器的光(例如，雷达、激光、结构光等)和/或声音(例如，超声波、声纳等)来确定。

如图5所示，在一些情况下，框架坐标系510最初将与光学坐标系508未对准。例如，框架坐标系510最初可能相对于光学坐标系508移动(例如，平移)和/或旋转。换言之，框架502上的投影仪安装位置514最初可能在相对于光学坐标系508的位置和/或角度上并未足够对准来实现光学部件与光学坐标系508的期望水平的对准。

如以下解释的，在确定了框架坐标系510相对于光学坐标系508的位置和取向之后，可以数字地调整(例如，在平移和/或旋转中)光学坐标系508，以与框架坐标系510对准到第一预定阈值内(例如，在旋转的5弧分内、在旋转的2弧分内、在平移的1mm内、在平移的500μm内等)。对光学坐标系508的这种数字调整可以有效地将光学目标(例如，图3的光学目标304)移动到这样的位置：该位置促进了在将光学部件安装到框架502时，该光学部件与光学坐标系508的对准。在对光学坐标系508进行调整之后，由于光学坐标系508与框架坐标系510已经对准，因此框架502实质上可以作为安装一个或多个光学部件的光学工作台。

图6为根据本公开至少一个实施例的、在光学坐标系508被数字地调整到相对于框架坐标系510对准的位置和取向之后的、图5的系统500的侧视图。

在如上文参考图5所讨论的确定了框架502的初始位置和取向之后，可以相对于框架坐标系510对光学坐标系508进行数字地调整，以补偿任何初始的未对准，从而使光学坐标系508与框架坐标系510充分对准(例如，在预定阈值距离和/或角度内)。例如，可以对光学坐标系508和与光学坐标系508相关联的任何光学目标进行数字地平移，以使得光学坐标系508位于框架坐标系510的大约2mm内(例如，在1mm、0.5mm、10μm、1μm、500nm、100nm、10nm等内)。附加地或可替代地，可以对光学坐标系508进行数字旋转，以使得光学坐标系508位于框架坐标系510的大约1度内(例如，在0.5度、15弧分、10弧分、5弧分、2弧分、1弧分等内)。

可以使用计算系统的处理器自动地完成对光学坐标系508的数字调整。例如，来自光学对准摄像头504的光学数据可用于识别框架上的基准，这些基准可以用于识别框架502在固定装置512中的取向和位置。然后，可以根据所识别的框架502的取向和位置来推断框架坐标系510的位置和取向。然后，可以确定框架坐标系510与光学对准摄像头504的光学坐标系508之间的平移和/或取向的差异。然后，可以确定并进行对光学坐标系508的调整，以与框架坐标系510对准。该过程可以通过移动光学坐标系508来为光学部件与框架502的对准奠定基础，而光学坐标系508将用于在将光学部件安装到框架502时(诸如处于投影仪安装位置514)，使光学部件与框架坐标系510对准。

图7为根据本公开至少一个实施例的图6的系统500的侧视图，其中投影仪组件520处于相对于框架坐标系510和光学坐标系508的初始取向。

投影仪组件520可以使用一个或多个投影仪支持件522而保持和定位在框架502上方(例如，抵靠、在上方、靠近等)。在已经将光学坐标系508与框架坐标系510对准之后，框架502可以作为用于将投影仪组件520与框架坐标系510对准的光学工作台。

在投影仪组件520处于初始位置的情况下，投影仪组件520可投影图像524，光学对准摄像头504可用于感测图像524的位置和取向(如上文参考图3所述，例如相对于目标图像的位置和取向)。图像524可以具有能够使光学对准摄像头504感测图像524的位置和取向两者的形状。

在感测到图像524的初始位置和取向之后，系统500可以确定投影仪组件520的适当的相应的物理移动，可以执行该物理移动，以将图像524与光学对准摄像头504的光学坐标系508(例如，其目标图像)对准。例如，待执行的移动可以包括由一个或多个投影仪支持件522平移和/或旋转投影仪组件520，以将投影仪组件520对准到第二预定阈值内(例如，在5弧分内、在2弧分内、在平移的1mm内、在平移的500μm内等)。

作为示例而非限制，投影仪支持件522可以包括移动控制机构(例如，六脚架、直线平台(linear stage)和/或测角仪)，该移动控制机构用于移动和测量投影仪支持件522和投影仪组件520相对于光学坐标系508的运动。各投影仪支持件522中的每个投影仪支持件能够在至少六个自由度上移动，包括在X方向上平移、在Y方向上平移、在Z方向上平移、围绕X轴旋转、围绕Y轴旋转、以及围绕Z轴旋转。此外，投影仪支持件522能够以高准确性和精确性移动，诸如长度精度在2mm、1mm、0.5mm、10μm、1μm、500nm、100nm或10nm内和/或角度精度在1度、0.5度、15弧分、10弧分、5弧分、2弧分或1弧分内。

图8为根据本公开至少一个实施例的图7的系统500的侧视图，其中投影仪组件520相对于光学对准摄像头504的光学坐标系508旋转和/或平移至对准位置和取向。

如图8所示，每个投影仪组件520可以被旋转和/或平移，以与一个或多个光学对准摄像头504对准，例如将由投影仪组件520投影的图像524与相应的一个光学对准摄像头504的摄像头目标对准。例如，投影仪支持件522可以旋转和/或平移各自的投影仪组件520，以补偿投影仪组件与光学坐标系508的任何未对准。

然后，可以将投影仪组件520固定到框架502(例如，在投影仪安装位置514处)，同时将投影仪组件520保持在对准的位置和取向。例如，可以在投影仪组件520和框架502之间设置粘合剂(例如，液体分配粘合剂)，并且可以固化该粘合剂以将投影仪组件520固定在相对于框架502的适当位置和取向。附加地或替代地，可以使用一个或多个螺丝、焊接点、夹子等来将投影仪组件520在框架502上固定就位。

通过首先将光学坐标系508与框架坐标系510对准，投影仪安装位置514可以处于可预测的位置和取向，这可以便于将投影仪组件520安装至投影仪安装位置。此外，该过程可以减少安装投影仪组件520时的误差和可变性。此外，将光学坐标系508与框架坐标系510对准的过程可以消除一些其他系统对调整框架502的初始位置的需要，这可以减少时间成本和设备成本。

尽管系统500在图5至图8中示出为包括用于定位两个投影仪组件520的两个光学对准摄像头504，但本公开不限于此。在附加的实施例中，系统500可以仅包括一个光学对准摄像头504，诸如用于将单个投影仪组件520对准到框架502、和/或用于将两个或更多个投影仪组件520安装到框架502。在附加的实施例中，投影仪组件520可以由任何光学部件或组件(例如波导、投影仪和波导组件、光学透镜、反射镜或其他反射表面等)来代替。在其他示例中，可以执行参考图5至图8描述的类似过程，以将一个光学部件安装到另一个光学部件(例如，而不是框架)，例如将波导安装到投影仪或将投影仪安装到波导(例如，以将波导的光学输入光栅与投影仪对准)。因此，本公开的实施例不限于本文描述和示出的特定示例。

图9A为相对于光学坐标系908处于初始、未对准取向的框架902的图形表示。图9B为相对于光学坐标系908处于初始、未对准取向的投影仪920的图形表示。

如图9A所示，框架902可包括框架坐标系910，该框架坐标系可对应于框架902的位置和取向。在图9A中，框架坐标系910与光学坐标系908的偏差超过预定阈值。作为示例而非限制，框架坐标系910可能是被平移远离X-Z平面中的对准位置的，并且可以是围绕Y轴旋转远离对准取向的。这种未对准可能是由于制造误差或公差、框架902相对于光学坐标系908的保持方式等造成的。

如图9B所示，框架902相对于光学坐标系908的初始未对准可能使得将投影仪920与光学坐标系908对准变得困难。例如，用于将投影仪920安装到框架902上的投影仪支持件可以具有足够的移动范围，以将投影仪920放置在适当的位置和取向，以使投影仪920与(例如如图9B中右侧的投影仪920所表示的)光学坐标系908对准。在附加的示例中，当尝试对投影仪920进行放置和取向时(例如，如图9B中左侧的投影仪920所表示的)，框架902上的结构可能物理地干扰投影仪920。因此，由于多种潜在的原因，在以获得高光学质量的方式将一个或多个投影仪920与光学坐标系908对准的同时，将投影仪920安装在框架902上可能是困难或不可能的。

图9C为框架902的图形表示，其中光学坐标系908相对于框架坐标系910处于校正的、对准的取向。图9D为投影仪920的图形表示，其中该投影仪相对于光学坐标系908处于校正的、对准的取向。

如图9C所示，可以数字地移动(例如，平移和/或旋转)光学坐标系908，以补偿与框架坐标系910的任何初始的未对准。因此，框架坐标系910与光学坐标系908可以彼此对准到第一预定阈值内。

参考图9D，在光学坐标系908与框架坐标系910充分对准之后，框架902可以用作用于将投影仪920与光学坐标系908对准的光学工作台。换言之，框架902可以处于便于将投影仪920放置在相对于框架902和相对于光学坐标系908的适当位置和取向的位置和取向上。如上所述，例如通过将来自投影仪920的图像924与一个或多个光学传感器的摄像头目标对准，可以将投影仪920与光学坐标系908对准到第二预定阈值内。在完成对准之后，可以将投影仪920固定到框架902。在一些示例中，包括首先将光学坐标系908与框架坐标系910对准的该对准过程可以提高所生成的光学系统(例如，头戴式显示系统等)的光学质量。

图10为展示了根据本公开至少一个实施例的用于组装光学部件的方法1000的流程图。在操作1010，可以使用支承机构支承头戴式显示器框架。可以以多种方式来执行操作1010。例如，支承机构可以包括固定装置，该固定装置将头戴式显示器框架相对于光学传感器固定就位。

在操作1020，可以确定头戴式显示器框架的框架坐标系相对于支承机构的位置和取向。可以以多种方式来执行操作1020。例如，可以光学感测头戴式显示器框架上的一个或多个基准，以确定头戴式显示器框架的初始位置(例如，位置和/或取向)。

在操作1030，可以数字地调整光学传感器的光学坐标系，以将光学坐标系与框架坐标系对准到第一预定阈值内。可以以多种方式来执行操作1030。例如，可以以平移和/或旋转对光学坐标系进行数字调整，以补偿和抵消与光学坐标系的任何未对准。对准可以在第一预定阈值内实现，例如长度精度在2mm、1mm、0.5mm、10μm、1μm、500nm、100nm或10nm内、和/或角度精度在1度、0.5度、15弧分、10弧分、5弧分、2弧分或1弧分内。计算机处理器可以使用来自光学传感器的数据，例如指示框架坐标系与光学坐标系之间的差异的数据，以确定要对光学坐标系进行的适当调整。

在操作1040，可以将至少一个投影仪组件与至少一个投影仪支持件一起移动(例如，物理地移动)，以将该至少一个投影仪组件的投影图像与光学坐标系对准。可以以多种方式来执行操作1040。例如，投影仪支持件能够在至少三个自由度上进行空间操纵，该至少三个自由度例如为六个自由度(例如，在X方向上平移、在Y方向上平移、在Z方向上平移、绕X轴旋转、绕Y轴旋转、以及绕Z轴旋转)。可以将投影图像与光学坐标系对准到第二预定阈值内，例如长度精度在2mm、1mm、0.5mm、10μm、1μm、500nm、100nm或10nm内、和/或角度精度在1度、0.5度、15弧分、10弧分、5弧分、2弧分或1弧分内。

在一些示例中，可以确定至少一个投影仪组件相对于光学坐标系的初始位置。例如，可以通过利用光学传感器(例如，一个或多个摄像头)光学感测由至少一个投影仪组件投影的图像来确定该至少一个投影仪组件的初始位置。

在操作1050，可将对准的至少一个投影仪组件固定到头戴式显示器框架。可以以多种方式来执行操作1050。例如，可以在投影仪组件与头戴式显示器框架之间设置粘合剂(例如，液体分配粘合剂)。然后，当将投影仪组件在头戴式显示器框架上或其上方保持就位时，可以固化该粘合剂。在附加的示例中，可以使用焊接点、紧固件等将投影仪组件固定到头戴式显示器框架。

图11为展示了根据本公开至少一个附加实施例的用于组装光学部件的方法1100的流程图。在操作1110，可以将光学传感器的光学坐标系与头戴式显示器框架的框架坐标系数字地对准。可以以多种方式来执行操作1110。例如，可以将光学坐标系从初始未对准位置数字地移动到对准位置并到第一预定阈值内。该移动可以由计算机处理器基于来自光学传感器的数据(例如，指示框架坐标系的位置和取向与光学坐标系的位置和取向之间的差异的数据)来执行。

在操作1120，可以将至少一个投影仪组件的投影图像与光学坐标系机械地对准。可以以多种方式来执行操作1120。例如，可以将该至少一个投影仪组件从初始未对准位置机械地移动(例如平移和/或旋转)到对准位置并到第二预定阈值内。该移动可以由支承该至少一个投影仪组件的投影仪支持件来执行。投影仪支持件可以相对于光学坐标系空间地(例如，在六个自由度上)操纵至少一个投影仪组件。

在操作1130，在将光学坐标系与框架坐标系、以及投影图像与光学坐标系进行数字对准之后，可以将该至少一个投影仪组件固定到头戴式显示器框架。可以以多种方式来执行操作1130。例如，可以使用粘合剂、焊接点和/或紧固件将至少一个投影仪组件固定到头戴式显示器框架。

因此，本公开包括便于提高光学部件彼此对准和/或与头戴式显示器框架对准的头戴式显示器和方法。光学部件的提高的对准可以抑制(例如，减少或消除)光学偏差，否则光学偏差在使用头戴式显示器时会降低用户的视觉体验。此外，可以通过采用本文公开的方法和系统来便于光学部件的组装。

本公开的实施例可以包括各种类型的人工现实系统或结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前以某种方式调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality、hybrid reality)、或其某种组合和/或派生物。人工现实内容可以包括完全由计算机生成的内容，或与所捕获(例如，现实世界)的内容相结合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，它们中的任何一者可以在单个通道或多个通道中呈现(例如，向观看者产生三维(3D)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。

人工现实系统可以以各种不同的形状要素(form factor)和配置来实现。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(near-eye display，NED)的情况下工作。其他人工现实系统可以包括NED，所述NED还提供对现实世界的可见性(例如，图12中的增强现实系统1200)，或者在视觉上使用户沉浸在人工现实中(例如，图13中的虚拟现实系统1300)。虽然一些人工现实装置可以是独立系统，但是其他人工现实装置可以与外部装置通信和/或协调，以向用户提供人工现实体验。这种外部装置的示例包括手持控制器、移动装置、台式计算机、由用户穿戴的装置、由一个或多个其他用户穿戴的装置、和/或任何其他合适的外部系统。

转到图12，增强现实系统1200可以包括具有框架1210的眼镜装置(eyeweardevice)1202，该框架1210被配置为将左显示装置1215(A)和右显示装置1215(B)保持在用户眼睛的前方。显示装置1215(A)和1215(B)可以一起或独立地作用以向用户呈现一幅图像或一系列图像。虽然增强现实系统1200包括两个显示器，但是本公开的实施例可以在具有单个NED或多于两个NED的增强现实系统中实现。

在一些实施例中，增强现实系统1200可以包括一个或多个传感器，诸如传感器1240。传感器1240可以响应于增强现实系统1200的运动而生成测量信号，并且可以基本上位于框架1210的任何部分。传感器1240可以代表各种不同的感测机构中的一者或多者，诸如位置传感器、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)、深度相机组件、结构光发射器和/或检测器、或其任何组合。在一些实施例中，增强现实系统1200可以包括或可以不包括传感器1240，或者可以包括多于一个的传感器。在传感器1240包括IMU的实施例中，IMU可以基于来自传感器1240的测量信号生成校准数据。传感器1240的示例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于IMU误差校正的传感器、或其某种组合。

在一些示例中，增强现实系统1200还可以包括具有多个声学换能器1220(A)至1220(J)(统称为声学换能器1220)的麦克风阵列。声学换能器1220可以表示检测由声波引起的空气压力变化的换能器。每个声学换能器1220可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟格式或数字格式)。图12中的麦克风阵列可以包括例如十个声学换能器：声学换能器1220(A)和1220(B)，声学换能器1220(A)和1220(B)可以被设计为放置在用户的相应的耳朵内；声学换能器1220(C)、1220(D)、1220(E)、1220(F)、1220(G)和1220(H)，声学换能器1220(C)、1220(D)、1220(E)、1220(F)、1220(G)和1220(H)可以被定位在框架1210上的各种位置处；和/或声学换能器1220(I)和1220(J)，声学换能器1220(I)和1220(J)可以被定位在对应的颈带1205上。

在一些实施例中，声学换能器1220(A)至1220(J)中的一个或多个可以用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声学换能器1220(A)和/或1220(B)可以是耳塞或任何其他合适类型的耳机或扬声器。

麦克风阵列的声学换能器1220的配置可以变化。虽然图12示出的增强现实系统1200具有十个声学换能器1220，但是声学换能器1220的数量可以大于或小于十。在一些实施例中，使用更多数量的声学换能器1220可以增加收集到的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用更少数量的声学换能器1220可以降低相关联的控制器1250处理收集到的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列的每个声学换能器1220的位置可以变化。例如，声学换能器1220的位置可以包括用户上的限定位置、框架1210上的限定坐标、与每个声学换能器1220相关联的取向、或其某种组合。

声学换能器1220(A)和1220(B)可以定位在用户耳朵的不同部分上，诸如耳廓(pinna)后面、耳屏(tragus)后面和/或耳廓(auricle)或耳窝(fossa)内。或者，除了耳道内的声学换能器1220之外，还可以在耳朵上或耳朵周围存在附加的声学换能器1220。使声学换能器1220定位于靠近用户的耳道可以使麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将这些声学换能器1220中的至少两个声学换能器定位在用户头部的两侧上(例如，作为双耳麦克风)，增强现实系统1200可以模拟双耳听力并且捕获用户头部周围的3D立体声场。在一些实施例中，声学换能器1220(A)和1220(B)可以经由有线连接1230连接到增强现实系统1200，在另一些实施例中，声学换能器1220(A)和1220(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)连接到增强现实系统1200。在又一些实施例中，声学换能器1220(A)和1220(B)可以根本不与增强现实系统1200结合使用。

框架1210上的声学换能器1220可以以各种不同的方式定位，包括沿着镜腿(temple)的长度、跨眼镜梁(bridge)、在显示装置1215(A)和1215(B)上方或下方、或其某种组合进行定位。声学换能器1220也可以被取向为使得麦克风阵列能够检测穿戴增强现实系统1200的用户周围的多个方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统1200的制造期间执行优化工艺，以确定每个声学换能器1220在麦克风阵列中的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统1200可以包括外部装置或连接到外部装置(例如，配对装置)，诸如颈带1205。颈带1205通常表示任何类型或形式的配对装置。因此，颈带1205的以下讨论还可以应用于各种其他配对装置，诸如充电盒、智能手表、智能电话、腕带、其他可穿戴装置、手持控制器、平板电脑、便携计算机、其他外部计算装置等。

如图所示，颈带1205可以经由一个或多个连接器耦接到眼镜装置1202。连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电子部件和/或非电子(例如，结构)部件。在一些情况下，眼镜装置1202和颈带1205可以在它们之间没有任何有线或无线连接的情况下独立地运行。虽然图12示出了眼镜装置1202的部件和颈带1205的部件位于眼镜装置1202和颈带1205上的示例的位置，但是这些部件可以位于其他位置和/或以不同方式分布在眼镜装置1202和/或颈带1205上。在一些实施例中，眼镜装置1202的部件和颈带1205的部件可以位于与眼镜装置1202、颈带1205或其某种组合配对的一个或多个附加的外围装置上。

将外部装置(例如，颈带1205)与增强现实眼镜装置进行配对可以使得眼镜装置能够实现一副眼镜的形状因数，同时仍然为扩展能力提供足够的电池和计算能力。增强现实系统1200的电池电力、计算资源和/或附加的特征中的一些或全部可以由配对装置提供、或在配对装置与眼镜装置之间共享，由此总体上降低眼镜装置的重量、热分布和形状因数，同时仍然保留期望的功能。例如，颈带1205可以允许将原本包括在眼镜装置上的部件包括在颈带1205中，因为用户在其肩部可以承受的重量负荷比在其头部可以承受的重量负荷更重。颈带1205还可以具有更大的表面积，在该更大的表面积上将热量扩散和分散到周围环境中。因此，相较于原本在独立眼镜装置上可能的电池和计算能力，颈带1205可以允许更大的电池和计算能力。由于在颈带1205中携带的重量比在眼镜装置1202中携带的重量对用户的侵害性更小，因此与用户承受穿戴沉重的独立式眼镜装置相比，用户可以在更长的时间长度内承受穿戴更轻的眼镜装置并携带或穿戴配对装置，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境融入其日常活动中。

颈带1205可以与眼镜装置1202和/或其他装置通信耦接。这些其他装置可以为增强现实系统1200提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图12的实施例中，颈带1205可以包括作为麦克风阵列的一部分(或潜在地形成其自身的麦克风子阵列)的两个声学换能器(例如，1220(I)和1220(J))。颈带1205还可以包括控制器1225和电源1235。

颈带1205的声学换能器1220(I)和1220(J)可以被配置为检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(模拟或数字)。在图12的实施例中，声学换能器1220(I)和1220(J)可以定位在颈带1205上，从而增加颈带声学换能器1220(I)和1220(J)与定位在眼镜装置1202上的其他声学换能器1220之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的多个声学换能器1220之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的准确性。例如，如果声音由声学换能器1220(C)和1220(D)检测到，并且声学换能器1220(C)与1220(D)之间的距离大于例如声学换能器1220(D)与1220(E)之间的距离，则检测到的声音的所确定的源位置可以比由声学换能器1220(D)和1220(E)检测到的情况更准确。

颈带1205的控制器1225可以处理由颈带1205和/或增强现实系统1200上的传感器生成的信息。例如，控制器1225可以处理来自麦克风阵列的、描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器1225可以执行到达方向(direction-of-arrival，DOA)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器1225可以用信息填充音频数据集。在增强现实系统1200包括惯性测量单元的实施例中，控制器1225可以计算来自位于眼镜装置1202上的IMU的所有惯性和空间运算。连接器可以在增强现实系统1200与颈带1205之间、以及在增强现实系统1200与控制器1225之间传送信息。该信息可以是光学数据、电数据、无线数据的形式，或者任何其他可传输的数据形式。将对增强现实系统1200生成的信息进行处理转移到颈带1205，可以减轻眼镜装置1202的重量和热量，使得用户更舒适。

颈带1205中的电源1235可以向眼镜装置1202和/或颈带1205提供电力。电源1235可以包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、一次性锂电池、碱性电池、或任何其他形式的电力存储装置。在一些情况下，电源1235可以是有线电源。在颈带1205上而不是眼镜装置1202上包括电源1235可以有助于更好地分布重量和由电源1235生成的热量。

如上所述，一些人工现实系统可以使用虚拟体验实质上代替用户对现实世界的感官感知中的一个或多个感官感知，而不是将人工现实与实际现实混合。这种类型的系统的一个示例是头戴式显示系统，诸如图13中的虚拟现实系统1300，其大部分或完全地覆盖用户的视野。虚拟现实系统1300可以包括前刚性体1302和被成形为适合围绕用户头部的带1304。虚拟现实系统1300还可以包括输出音频换能器1306(A)和1306(B)。此外，虽然未在图13中示出，前刚性体1302可以包括一个或多个电子元件，该电子元件包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的装置或系统。

人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统1200和/或虚拟现实系统1300中的显示装置可以包括一个或多个液晶显示器(liquid crystaldisplay，LCD)、发光二极管(light emitting diode，LED)显示器、微型LED显示器、有机LED(organic light emitting diode，OLED)显示器、数字光投影(digital light project，DLP)微显示器、硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)微显示器、和/或任何其他合适类型的显示屏。这些人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供一个显示屏，这可以允许针对变焦调整或校正用户的屈光误差的附加灵活度。这些人工现实系统中的一些人工现实系统还可以包括光学子系统，该光学子系统具有一个或多个透镜(例如，凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调液体透镜等)，用户可以通过该一个或多个透镜观看显示屏。这些光学子系统可以用于各种目的，包括准直(例如，使物体看起来比其物理距离更远)、放大(例如，使得物体看起来比实际尺寸更大)和/或传递光(例如，到观看者的眼睛)。这些光学子系统可以用于非瞳孔形成架构(non-pupil-formingarchitecture)(例如，直接对光进行准直而生成所谓的枕形失真的单透镜配置)和/或瞳孔形成架构(pupil-forming architecture)(例如，生成所谓的桶形失真以消除枕形失真的多透镜配置)。

除了使用显示屏之外或者代替使用显示屏，本文描述的一些人工现实系统可以包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统1200和/或虚拟现实系统1300中的显示装置可以包括将光(例如，使用波导)投射到显示装置中的微型LED投影仪，诸如允许环境光穿过的透明组合式透镜。显示装置可以将投射的光朝向用户的瞳孔折射，并且可以使得用户能够同时观看人工现实内容和现实世界两者。显示装置可以使用各种不同光学部件中的任何一种来实现这一点，这些光学部件包括波导部件(例如，全息波导元件、平面波导元件、衍射波导元件、偏振波导元件和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(例如，衍射元件和光栅、反射元件和光栅、以及折射元件和光栅)、耦接元件等。人工现实系统还可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统，诸如在虚拟视网膜显示器中使用的视网膜投影仪。

本文描述的人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统1200和/或虚拟现实系统1300可以包括一个或多个光学传感器，例如二维(two-dimensional，2D)摄像头或3D摄像头、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单束或扫描激光测距仪、3D激光雷达(LiDAR)传感器、和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或多个传感器的数据，以识别用户的位置、映射现实世界、向用户提供关于现实世界环境的背景、和/或执行各种其他功能。

本文描述的人工现实系统还可以包括一个或多个输入音频换能器和/或输出音频换能器。输出音频换能器可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、耳屏振动换能器、和/或任何其他合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器可以包括电容式麦克风、动态麦克风、带式麦克风、和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施例中，单个换能器可以用于音频输入和音频输出两者。

在一些实施例中，本文描述的人工现实系统还可以包括触觉(tactile)(即，触觉(haptic))反馈系统，这些反馈系统可以结合到头饰、手套、紧身衣、手持控制器、环境装置(例如，椅子、地板垫等)、和/或任意其他类型的装置或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理、和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和顺应性(compliance)。触觉反馈可以使用马达、压电致动器、流体系统、和/或各种其他类型的反馈机构来实现。触觉反馈系统可以独立于其他人工现实装置、在其他人工现实装置内、和/或结合其他人工现实装置来实现。

通过提供触觉感知、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种背景和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的现实世界体验。例如，人工现实系统可以辅助或扩展用户对特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与现实世界中的其他人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其他人的更沉浸式的交互。人工现实系统还可以用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等的教学或培训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)、和/或用于可访问性目的(例如，作为助听器、视觉辅助器等)。本文所公开的实施例可以在这些背景和环境中的一个或多个和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。

本公开还包括以下示例性实施例：

示例1：一种组装头戴式显示器的方法，该方法可以包括：使用支承机构支承头戴式显示器框架；确定该头戴式显示器框架的框架坐标系相对于该支承机构的位置和取向；数字地调整光学传感器的光学坐标系，以将该光学坐标系与该框架坐标系对准到第一预定阈值内；使用至少一个投影仪支持件移动至少一个投影仪组件，以将该至少一个投影仪组件的投影图像与该光学传感器的该光学坐标系对准到第二预定阈值内；以及将该对准的至少一个投影仪组件固定到该头戴式显示器框架。

示例2：根据示例1所述的方法，其中，移动该投影仪组件包括：在至少三个自由度上操纵该投影仪支持件。

示例3：根据示例2所述的方法，其中，移动该投影仪组件包括：在至少六个自由度上操纵该投影仪支持件。

示例4：根据示例1至3中任一示例所述的方法，其中，将该投影图像与该光学坐标系对准到该第二预定阈值内包括：将该投影图像与该光学坐标系的光学目标对准到10弧分内。

示例5：根据示例4所述的方法，其中，将该投影图像与该光学坐标系对准到该第二预定阈值内包括：将该投影图像与该光学坐标系的光学目标对准到5弧分内。

示例6：根据示例1至5中任一示例所述的方法，其中，该投影仪支持件包括六脚架、直线平台或测角仪中的至少一者，以用于相对于该光学坐标系移动该投影仪支持件。

示例7：根据示例1至6中任一示例所述的方法，其中，使用该支承机构支承该头戴式显示器框架包括：相对于该光学传感器将该头戴式显示器框架固定和保持就位，直到将该对准的投影仪组件固定到该头戴式显示器框架之后。

示例8：根据示例1至7中任一示例所述的方法，该方法还包括：确定该头戴式显示器框架相对于该光学传感器的该光学坐标系的初始框架位置。

示例9：根据示例8所述的方法，其中，确定该初始框架位置包括：使用来自该光学传感器的数据，光学地感测位于该头戴式显示器框架上的至少一个基准标记。

示例10：根据示例1至9中任一示例所述的方法，该方法还可以包括：确定该至少一个投影仪组件相对于该光学传感器的该光学坐标系的初始投影仪位置。

示例11：根据示例10所述的方法，其中，确定该初始投影仪位置包括：使用该光学传感器光学地感测该投影图像。

示例12：根据示例1至11中任一示例所述的方法，其中，使用该至少一个投影仪支持件移动该至少一个投影仪组件包括：使用该至少一个投影仪支持件移动两个投影仪组件；以及将对准的该至少一个投影仪组件固定到该头戴式显示器框架包括：将对准的两个投影仪组件固定到该头戴式显示器框架。

示例13：一种组装头戴式显示器的方法，该方法可以包括：将光学传感器的光学坐标系与头戴式显示器框架的框架坐标系数字地对准到第一预定阈值内；将至少一个投影仪组件的投影图像与该光学传感器的该光学坐标系机械地对准到第二预定阈值内；以及在将该光学坐标系与该框架坐标系以及将该投影图像与该光学坐标系数字地对准之后，将该至少一个投影仪组件固定到该头戴式显示器框架。

示例14：根据示例13所述的方法，其中，将该投影图像与该光学坐标系机械地对准包括：使用投影仪支持件对该至少一个投影仪组件进行相对于该光学传感器的空间操纵。

示例15：根据示例14所述的方法，其中，该投影仪支持件能够进行六个自由度的空间操纵。

示例16：根据示例13至15中任一示例所述的方法，其中，将该至少一个投影仪组件固定到该头戴式显示器框架包括：在该至少一个投影仪组件与该头戴式显示器框架之间施加粘合剂；以及固化该粘合剂。

示例17：根据示例13至16中任一示例所述的方法，其中，该至少一个投影仪组件包括两个投影仪组件。

示例18：根据示例13至17中任一示例所述的方法，其中，将该光学坐标系与该框架坐标系数字地对准包括：将该头戴式显示器框架保持在固定的位置和取向，并且数字地移动该光学传感器的光学目标。

示例19：根据示例13至18中任一示例所述的方法，其中，将该光学坐标系与该框架坐标系数字地对准到第一预定阈值内包括：将该光学坐标系与该框架坐标系对准，旋转精度在5弧分以内，平移精度在1mm以内。

示例20：一种用于组装头戴式显示器的系统，该系统可以包括：至少一个具有光学坐标系的光学传感器；支承机构，该支承机构被配置为将头戴式显示器框架支承在相对于该至少一个光学传感器的固定位置；至少一个计算机处理器，该至少一个计算机处理器被配置为数字地调整该光学坐标系，以将该光学坐标系与该头戴式显示器框架的框架坐标系对准到第一预定阈值内；以及至少一个投影仪支持件，该至少一个投影仪支持件能够进行空间操纵，该至少一个投影仪支持件被配置为支承和移动至少一个投影仪组件，以将该至少一个投影仪组件的投影图像与该光学坐标系对准。

本文描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要改变。例如，虽然本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以所示或所讨论的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略本文描述或示出的步骤中的一个或多个，或者包括除了所公开的步骤之外的附加的步骤。

已经提供了前面的描述以使本领域的其他技术人员能够最佳地利用本文公开的示例性实施例的各个方面。该示例性描述并不旨在穷举或限制于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改、组合和变化是可能的。本文所公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。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。

除非另有说明，否则如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦接到”(及其衍生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。另外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”应被解释为意指“至少一个”。最后，为了便于使用，如在说明书和权利要求书中使用的术语“包含(including)”和“具有(having)”(及其衍生词)可以与词语“包括(comprising)”互换并且具有与词语“包括”相同的含义。

Claims (20)

1.一种组装头戴式显示器的方法，所述方法包括：

使用支承机构支承头戴式显示器框架；

确定所述头戴式显示器框架的框架坐标系相对于所述支承机构的位置和取向；

数字地调整光学传感器的光学坐标系，以将所述光学坐标系与所述框架坐标系对准到第一预定阈值内；

使用至少一个投影仪支持件移动至少一个投影仪组件，以将所述至少一个投影仪组件的投影图像与所述光学传感器的所述光学坐标系对准到第二预定阈值内；以及

将对准的所述至少一个投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，移动所述投影仪组件包括：在至少三个自由度上操纵所述投影仪支持件。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，移动所述投影仪组件包括：在至少六个自由度上操纵所述投影仪支持件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述投影图像与所述光学坐标系对准到所述第二预定阈值内包括：将所述投影图像与所述光学坐标系的光学目标对准到10弧分内。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，将所述投影图像与所述光学坐标系对准到所述第二预定阈值内包括：将所述投影图像与所述光学坐标系的光学目标对准到5弧分内。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述投影仪支持件包括六脚架、直线平台或测角仪中的至少一者，以用于相对于所述光学坐标系移动所述投影仪支持件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所述支承机构支承所述头戴式显示器框架包括：相对于所述光学传感器将所述头戴式显示器框架固定和保持就位，直到将对准的所述投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架之后。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：确定所述头戴式显示器框架相对于所述光学传感器的所述光学坐标系的初始框架位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述初始框架位置包括：使用来自所述光学传感器的数据，光学地感测位于所述头戴式显示器框架上的至少一个基准标记。

10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：确定所述至少一个投影仪组件相对于所述光学传感器的所述光学坐标系的初始投影仪位置。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述初始投影仪位置包括：使用所述光学传感器光学地感测所述投影图像。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，

使用所述至少一个投影仪支持件移动所述至少一个投影仪组件包括：使用所述至少一个投影仪支持件移动两个投影仪组件；并且

将对准的所述至少一个投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架包括：将对准的所述两个投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架。

13.一种组装头戴式显示器的方法，所述方法包括：

将光学传感器的光学坐标系与头戴式显示器框架的框架坐标系数字地对准到第一预定阈值内；

将至少一个投影仪组件的投影图像与所述光学传感器的所述光学坐标系机械地对准到第二预定阈值内；以及

在将所述光学坐标系与所述框架坐标系以及将所述投影图像与所述光学坐标系数字地对准之后，将所述至少一个投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述投影图像与所述光学坐标系机械地对准包括：使用投影仪支持件对所述至少一个投影仪组件进行相对于所述光学传感器的空间操纵。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述投影仪支持件能够进行六个自由度的空间操纵。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述至少一个投影仪组件固定到所述头戴式显示器框架包括：

在所述至少一个投影仪组件与所述头戴式显示器框架之间施加粘合剂；以及

固化所述粘合剂。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述至少一个投影仪组件包括两个投影仪组件。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述光学坐标系与所述框架坐标系数字地对准包括：将所述头戴式显示器框架保持在固定的位置和取向，并且数字地移动所述光学传感器的光学目标。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述光学坐标系与所述框架坐标系数字地对准到第一预定阈值内包括：将所述光学坐标系与所述框架坐标系对准，旋转精度在5弧分以内，平移精度在1mm以内。

20.一种用于组装头戴式显示器的系统，所述系统包括：

至少一个光学传感器，所述至少一个光学传感器具有光学坐标系；

支承机构，所述支承机构被配置为将头戴式显示器框架支承在相对于所述至少一个光学传感器的固定位置；

至少一个计算机处理器，所述至少一个计算机处理器被配置为数字地调整所述光学坐标系，以将所述光学坐标系与所述头戴式显示器框架的框架坐标系对准到第一预定阈值内；以及

至少一个投影仪支持件，所述至少一个投影仪支持件能够进行空间操纵，所述至少一个投影仪支持件被配置为支承和移动至少一个投影仪组件，以将所述至少一个投影仪组件的投影图像与所述光学坐标系对准。