用于透视头戴式显示器的不透明度滤光器的制作方法

专利名称：用于透视头戴式显示器的不透明度滤光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及透视头戴式显示器，尤其涉及用于透视头戴式显示器的不透明度滤光
O
背景技术：
头戴式显示器(head-mounted display)可用于各种应用中，包括军事、航空、医学、视频游戏、娱乐、体育等等。透视(see-through)头戴式显示器允许用户观察他或她周围的物理世界，而光学元件将来自一个或两个小型微显示器的光增加到用户的视觉路径中，以提供增强现实图像(augmented reality image)。增强现实图像可以与表示用户所处的环境的现实世界场景有关。然而，在提供逼真的、能够表示全范围的色彩和亮度的增强现实图像中存在各种挑战。

发明内容
提供一种光学透视头戴式显示设备。该头戴式显示设备使用不透明度滤光器选择性地去除来自现实世界场景的抵达用户眼睛的光。例如，该滤光器可以基于增强现实图像的形状而阻挡光以避免该增强现实图像透明。此外，眼睛跟踪组件可用于调整该增强现实图像和该不透明度滤光器的不透明度增加的像素的位置。在一个实施例中，光学透视头戴式显示(HMD)设备包括当该显示设备由用户佩戴时在该用户的眼睛和现实世界场景之间延伸的透视透镜。该透视透镜具有带有像素网格的不透明度滤光器，所述像素可被控制以调整它们的不透明度，从允许大量光穿过的最小不透明度水平到几乎不允许或不允许光穿过的最大不透明度水平。该透视透镜还具有显示组件。该设备进一步包括至少一个增强现实发射器(比如微显示器)，该增强现实发射器使用该显示组件向该用户的眼睛发射光，其中该光表示具有形状的增强现实图像。该设备进一步包括至少一个控制，该至少一个控制控制该不透明度滤光器以为从该用户的眼睛的视角看在该增强现实图像后面的像素提供增加的不透明度。不透明度增加的像素是根据该增强现实图像的形状提供的。可提供眼睛跟踪组件以跟踪该用户的眼睛相对于框架的位置，以便在载着HMD设备的框架有移动时可以调整该不透明度增加的像素和/或该增强现实图像的位置。用这种方式，所标识的像素和该增强现实图像可基于该框架的移动而移位，同时保持它们彼此间的对准(registration)。提供本发明内容以便以简化形式介绍将在以下的具体实施方式
中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限定所要求保护的主题的范围。


在附图中，相同编号的元件彼此对应。
图1示出具有增强现实能力的光学透视HMD设备的一示例实施例。图2示出图1的HMD设备的系统图。图3A示出用于在图1的HMD设备中提供增强现实图像的过程。图;3B示出图3A的步骤306的细节。图4A示出基于图1或图4C的增强现实图像的形状的不透明度滤光器的示例配置。图4B示出图1的示例性现实世界场景120。图4C示出图1的示例性增强现实图像104。图4D示出用户看到的图1的示例性图像132。图5示出具有不透明度增加的区域的不透明度滤光器，以提供图4A的不透明度滤光器的配置。图6示出在没有不透明度滤光器时会得到的、图1的示例性图像的变型。图7A示出戴在用户头部上的图1的显示设备的一示例实现。图7B示出图7A的HMD设备的进一步的细节。图7C示出戴在用户头部上的图1的显示设备的一替代实现，其中眼睛跟踪组件直接在前部眼镜框架上。图8A1示出当用户的眼睛相对于HMD设备的框架在第一位置时，现实世界图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。图8A2示出图8A1的现实世界场景元素800的前向视图。图8A3示出图8A1的不透明度滤光器区域804的前向视图。图8A4示出图8A1的增强现实图像区域805的前向视图。图8B1示出当用户的眼睛相对于HMD设备的框架在第二位置时，现实世界图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。图8B2示出图8B1的现实世界场景元素800的前向视图。图8B3示出图8B1的不透明度滤光器区域806的前向视图。图8B4示出图8B1的增强现实图像区域807的前向视图。图9A1示出在用户的眼睛的视野的增强现实显示区域的中心处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。图9A2示出图9A1的不透明度滤光器区域902的前向视图。图9A3示出图9A1的增强现实图像区域900的前向视图。图9B1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。图9B2示出图9B1的不透明度滤光器区域920的前向视图。图9B3示出图9B1的增强现实图像区域922的前向视图。图9C1示出不透明度按照与离用户眼睛的视野的外围边界的距离逐渐变化。图9C2示出具有未淡化(non-faded)部分931、连续淡化部分932、933和934的不透明度滤光器区域，其中淡化(fading)在图9C1中的0和dl之间。图9C3示出具有未淡化部分941、连续淡化部分942、943和944的不透明度滤光器区域，其中淡化在图9C1中的0和d3之间。
图9C4示出具有未淡化部分951、连续淡化部分952、953和卯4的不透明度滤光器区域，其中淡化在图9C1中的d4和d5之间。图9D1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准，其中在视野的第二、外围区域中提供额外的不透明度增加的区域。图9D2示出图9D1的不透明度滤光器区域920和拟4的前向视图。图9D3示出图9D1的增强现实图像区域900的前向视图。图9E1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像的第一部分和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准，其中在视野的第二、外围区域中提供额外的不透明度增加的区域以代表该增强现实图像的第二、截止部分。图9E2示出图9E1的不透明度滤光器区域拟6和拟8的前向视图。图9E3示出图9E1的增强现实图像区域922和923的前向视图。图9F1示出在不提供增强现实图像的时刻，视野的第二、外围区域中不透明度滤光器的不透明度增加的区域。图9F2示出图9F1的不透明度滤光器区域960的前向视图。图9F3示出图9F1的增强现实图像的前向视图。
具体实施例方式透视头戴式显示器(HMD)最常使用诸如反射镜(mirror)、棱柱和全息透镜等光学元件将来自一个或两个小型微显示器的光增加到用户的视觉路径中。本质上，这些元件只能增加光，而不能除去光。这意味着虚拟显示器不能显示更深的色彩(它们在纯黑的情况下趋向于透明)，而诸如增强现实图像等虚拟物品看上去半透明(translucent)或有重影 (ghosted)。对于强烈的增强现实或其他混合现实情形，期望具有从视图中选择性地除去自然光的能力，从而虚拟彩色影像可以表示全范围的色彩和亮度，同时使得影像看上去更实在或真实。为了实现这个目标，HMD设备的透镜可配备有不透明度滤光器，该不透明度滤光器能够被控制而在每像素的基础上选择性地透过或阻挡光。可以使用控制算法以基于增强现实图像来驱动不透明度滤光器的亮度和/或色彩。不透明度滤光器可物理上放置于光学显示组件后面，光学显示组件将该增强现实图像引入用户的眼睛。通过使不透明度滤光器扩展到该增强现实图像的视野之外以向用户提供外围提示(cue)，可以获得额外的优点。而且，即便在没有增强现实图像的情况下，该不透明度滤光器也可提供外围提示，或该增强现实图像的表示。图1示出具有增强现实能力的光学透视HMD设备的一示例实施例。该显示设备可包括透视透镜108，透视透镜108放置于用户眼睛的前方，类似于眼镜透镜。通常，提供一对透视透镜，每只眼睛一个。所述透镜包括不透明度滤光器106和光学显示组件112，比如分光器，例如，一半镀银(half-silvered)的反光镜或其他透光的反光镜。来自现实世界场景 120的光，比如光线114，到达所述透镜并被不透明度滤光器106选择性地传递或阻挡。穿过该不透明度滤光器的、来自现实世界场景的光也穿过所述显示组件。该不透明度滤光器在不透明度滤光器控制电路100的控制之下。同时，增强现实发射器102发射代表增强现实图像104并由光线110例示的2-D光阵列。通常使用额外的光学器件来重聚焦该增强现实图像从而它看上去像是从离眼睛几英尺远的地方发出的而不是从约一英寸远的地方(该显示组件实际所在的地方)发出的。显示组件112将该增强现实图像反射向用户的眼睛118，如光线116例示，从而该用户看到图像132。在图像132中，可以看到场景120的一部分，比如一个小树林，以及整个增强现实图像104，比如飞跃的海豚。在这个面向娱乐的示例中，用户因此看到一幅奇特的图像，其中海豚飞跃了树木。在面向广告的示例中，该增强现实图像可以显现为用户桌面上的一罐汽水。许多其他应用是可能的。一般而言，用户能够在任何地方佩戴HMD设备，包括在户内和户外。可以得到各种信息片断以确定什么类型的增强现实图像是恰当的以及它应当被提供在显示组件上的什么地方。例如，用户的位置、用户在看的方向、以及地板、墙壁、 或许还有家具(当用户在室内时)的位置可用于决定将该增强现实图像放在现实世界场景中的恰当位置的何处。通过使用运动跟踪技术和依附于用户头部的惯性测量单元(比如经由增强现实眼镜)的结合来跟踪用户的头部的位置，可以确定用户在看的方向。运动跟踪技术使用深度传感相机来获得用户的3D模型。类似地，可以使用深度传感相机来获得地板、墙壁和用户环境的其他方面的位置。例如，参见2010年8月5日公开的名称为“视觉目标跟踪 (Visual Target Tracking) ” 的 US2010/0197399、2010 年 8 月 5 日公开的名称为“身体扫描(Body Scan)，，的US 2010/0194872、以及2009年4月7日授权的名称为“头部姿态跟踪系统(Head Pose Tracking System)”的US 7，515，173，其中每一个均通过援引纳入于此。从用户眼睛的角度看在该增强现实图像后面的现实世界场景的一部分被不透明度滤光器阻挡而不能到达用户的眼睛，从而该增强现实图像对用户来说看上去很清楚。该增强现实图像可被认为提供主显示器，而该不透明度滤光器提供次显示器。可将次显示器的亮度和/或色彩驱动为近似匹配主显示器上的影像，从而提升主显示器效仿自然光的能力。可以使用跟踪相机122标识用户的眼睛相对于安装HMD设备的框架的位置。在一种方案中，该框架可类似于传统眼镜框架。框架的示例参见例如图7A和7B。通常，这种框架在被佩戴时能够在用户头部上轻微移动，例如，由于用户的运动、框架的鼻梁架在用户鼻子上的滑动等等。进一步细节参见图8A1-8B4。通过提供有关眼睛相对于框架的位置的实时信息，控制器能够控制该不透明度滤光器，而该增强现实发射器能够相应地调整其图像。 例如，可以使得该增强现实图像看上去更稳定，同时该不透明度滤光器的不透光度增加的像素和该增强现实图像的对准或对齐被保持。在一种示例方案中，跟踪相机122包括红外 (IR)发射器1 和顶传感器126，该顶发射器124向眼睛118发射红外光128，该顶传感器1 感测被反射的顶光130。通过已知的成像技术，比如检测角膜的反射，可以标识瞳孔的位置。例如，参见2008年7月22日授权给Ophir等人的、名称为“头戴式眼睛跟踪和显示系统(Head mounted eye tracking and display system) ” 的美国专利 7，401，920， 该专利通过援引被纳入于此。这些技术可以定位眼睛的中心相对于跟踪相机的位置。一般而言，眼睛跟踪涉及获得眼睛的图像以及使用计算机视觉技术来确定瞳孔在眼眶内的位置。其他眼睛跟踪技术可以使用光电检测器和LED的阵列。使用跟踪相机在框架上的已知安装位置，可以确定眼睛相对于相对框架固定的任何其他位置(比如不透光滤光器106和光学组件11 的位置。通常，跟踪用户双眼之一的位置就足够了，因为双眼一致地移动。然而，分开跟踪每个眼睛并且针对相关联的透视透镜使用每个眼睛的位置来确定该增强现实图像的位置也是可能的。在图示示例中，跟踪相机从独立于该不透明度滤光器和光学组件112的框架上的侧面位置对眼睛成像。然而，其它方案是可能的。例如，跟踪相机所使用的灯可以经由光学组件112携带，或以其他方式集成入透镜中。该不透明度滤光器可以是透视LCD面板、电致变色膜(electrochromic film)或能够充当不透明度滤光器的其他设备。通过从传统LCD中除去基板、背光和漫射器的各层， 可以得到这种透视IXD面板。IXD面板可包括一个或更多个透光IXD芯片，透光IXD芯片允许光穿过液晶。例如，在LCD投影仪中使用了这种芯片。该不透明度滤光器可被放置在透镜上方或内部。该透镜还可包括玻璃、塑料或其他透光材料。该不透明度滤光器可包括致密的像素网格，其中每个像素的透光率能够在最小和最大透光率之间被单独控制。尽管0-100%的透光率范围是理想的，然而更有限的范围也是可以接受的。作为示例，具有不超过两个偏振滤光器的单色LCD面板足以提供每像素约50%到80%或90%的不透光度范围，最高为该IXD的分辨率。在50%的最小值处，透镜将具有稍带色彩的外观，这是可以容忍的。100%的透光率代表理想的透明透镜。我们可以从0-100%中限定一个“alpha”尺度，其中0%是最高透光率(最不不透明)而100%是最低透光率(最不透明)。通过不透明度滤光器控制电路可以针对每个像素设定该值“alpha”。在针对现实世界物体用代理进行ζ-缓冲(z-buffering)之后，可以使用来自渲染流水线的alpha值的掩模(mask)。当我们为增强现实显示而渲染场景时，我们想要注意哪些现实世界物体在哪些增强现实物体前面。如果增强现实物体在现实世界物体前面，那么对于该增强现实物体的覆盖区域不透明应当是开启的。如果增强现实物体(虚拟地)在现实世界物体后面，那么不透明应当是关闭的，那个像素的任何色彩也应当是关闭的，从而对于真实灯光的该相应区域(大小为一个像素或更多)用户将会只看到现实世界物体。覆盖将是以每个像素为基础的，所以我们可处理增强现实物体的一部分在现实世界物体之前、 增强现实物体的一部分在现实世界物体后面以及增强现实物体的一部分与现实世界物体相重合的情况。附加的增强以重新用作不透明度滤光器的新的显示器类型的形式出现。能够以低成本、电力和重量实现不透明度从0%到100%的显示器对这种用途来说是最需要的。而且，不透明度滤光器可以进行彩色着色，比如用彩色LCD或用诸如有机LED等其他显示器， 以提供围绕提供了增强现实图像的光学组件112的宽视野。不透明度滤光器控制电路100可以例如是微处理器。不透明度滤光器控制电路 100和增强现实发射器102可以与跟踪相机122通信。在一种选项中，中央控制(未示出) 与跟踪相机122通信，并用于监督不透明度滤光器控制电路100和增强现实发射器102。可在组件100、102和122之间提供适当的有线或无线通信路径并可将该通信路径集成入HMD 设备的框架中。与诸如用于主动式立体3D观看的传统IXD快门式眼镜(其通常需要复杂的光学器件)等设备相比，所得到的HMD设备是相对新型的。这些眼镜与显示屏幕结合使用以产生 3D图像的幻觉。在眼镜透镜中，当施加电压时液晶层可以从透明的切换为不透明的，从而有效提供每只眼睛一个像素。眼镜可以由与屏幕的刷新率同步的无线信号控制。屏幕交替地为每只眼睛显示不同的透视图，这实现了每只眼睛只看到为其准备的图像的期望效果。通过将不透明度滤光器的所有像素一起控制为透明的或不透明的，此处提供的HMD设备具有用作快门式眼镜的能力。在另一替代中，HMD设备可以提供被动立体视觉。因为LCD面板中使用的滤光器是偏振的，我们将右侧和左侧透镜的LCD面板定向为偏振相差90度。这改变了旋转的LCD的行为，从而透明和不透明被翻转了。所施加的电压导致透明，而没有施加电压导致不透明。 对于非旋转的LCD，所施加的电压导致不透明而没有施加电压导致透明。在如此处描述的透视透镜中通常不使用不透明度滤光器(比如IXD)，因为在眼睛的如此近距离处，它几乎完全失焦。然而，对于我们的目的来说，这种结果是实际上是期望的。经由使用相加色(additive color)的普通HMD显示器(其被设计为是聚焦的)，用户看到具有清晰彩色图形的增强现实图像。该IXD面板被放置在此显示器“后面”从而模糊的黑色边界围绕任何虚拟内容，使其根据需要而不透明。我们扭转了自然模糊的缺陷而方便地获得了抗混叠且带宽减少的特征。这些是使用低分辨率且失焦图像的自然结果。存在对数字采样图像的有效平滑化。任何数字图像都经受混叠，其中在光的波长附近，采样的离散性对自然模拟和连续信号导致误差。平滑化意味着在视觉上更靠近理想的模拟信号。尽管对低分辨率丢失的信息没有被恢复，然而得到的误差更不值得注意了。我们优化图形渲染，以便彩色显示器和不透明度滤光器被同时渲染并被校准到空间中用户的精确位置以补偿角度偏移问题。眼睛跟踪可用于计算视野极端处的正确的图像偏移。可以进一步增大不透明度滤光器或掩模以覆盖HMD设备的整个透镜，延伸到中心视野中的增强现实图像的显示组件之外。也可以用彩色IXD或诸如有机LED (OLED)等其他显示器对不透明度掩模进行彩色着色，以提供围绕中心视野中的高分辨率聚焦区域的宽视野。图2示出图1的HMD设备的系统图。该系统包括眼睛跟踪相机122、增强现实发射器102和不透明度滤光器控制电路100，它们能经由总线202或其他通信路径彼此通信。 眼睛跟踪相机122包括处理器212、存储器214、IR发射器216、IR传感器218和接口 220。 存储器214可以含有指令，所述指令由处理器212执行以使眼睛跟踪相机能够执行其如本文所述的功能。该接口允许眼睛跟踪相机向增强现实发射器和不透明度滤光器控制电路传递数据，所述数据指示用户的眼睛相对于框架的相对位置。不透明度滤光器控制电路能够使用所述数据来向不透明度滤光器中的具有增加的不透明度的像素提供相应的偏移。类似地，增强现实发射器能够使用所述数据来向用于发射增强现实图像的像素提供相应的偏移。在另一种方案中，眼睛跟踪相机向增强现实发射器传递眼睛位置数据就足够了， 在这种情况下增强现实发射器向不透明度滤光器控制电路提供数据以指示不透明度滤光器的哪些像素应当具有增加的不透明度。或者，眼睛跟踪相机能够向不透明度滤光器控制电路传递眼睛位置数据，不透明度滤光器控制电路将所述数据中继到增强现实发射器。在另一种可能中，是不透明度滤光器控制电路而非增强现实发射器使用眼睛位置数据，因为由于不透明度滤光器对眼睛的接近程度，不透明度滤光器的像素中的变化比增强现实图像中的变化更令人注意。在任一情况下，增强现实发射器可以向不透明度滤光器控制电路提供数据，所述
9数据指示增强现实图像的形状。该形状由周界和所包含的点限定。此数据还可被不透明度滤光器控制电路用于决定应当向不透明度滤光器的哪些像素提供增加的不透明度，通常是依照增强现实图像的大小和形状。 增强现实发射器包括处理器222、存储器224、发射可见光的光发射器和接口 228。 存储器2M可以含有指令，所述指令由处理器222执行以使增强现实发射器能够执行其如本文所述的功能。光发射器可以是微显示器，比如发射如四分之一平方英寸之类的小面积的2D彩色图像的LCD。该接口可用于与眼睛跟踪相机和/或不透明度滤光器控制电路通不透明度滤光器控制电路100包括处理器232、存储器234、不透明度滤光器驱动器236和接口 238。存储器234可以含有指令，所述指令由处理器232执行以使不透明度滤光器控制电路能够执行其如本文所述的功能。不透明度滤光器驱动器能够驱动不透明度滤光器106中的像素，比如通过按行和列地址来寻址每个像素，以及通过指示期望的不透明度的水平的电压，从作为最透光水平的最小水平到最不透明或最不透光的最大水平。在某些情况下，设定每个像素的色彩。该接口可用于与眼睛跟踪相机和/或增强现实发射器通信。不透明度滤光器控制电路与不透明度滤光器106通信以驱动其像素。处理器212、222和232中的一个或更多个可被认为是控制电路。此外，存储器214、 224和234中的一个或更多个可被认为是有形计算机可读存储，所述存储包含计算机可读软件以对至少一个处理器或控制电路进行编程以执行在如此处所述的光学透视HMD设备中使用的方法。该系统可进一步包含前面讨论的组件，比如用于确定用户正在看的方向，地板、墙壁和用户环境的其他方面的位置。图3A示出用于在图1的HMD设备中提供增强现实图像的过程。在步骤300，眼睛跟踪组件提供有关眼睛的相对位置的数据。一般而言，这可以每秒执行若干次。该数据可指示眼睛从默认位置(比如在眼睛向前直看时)的偏移。在步骤302，增强现实发射器向不透明度滤光器控制电路提供有关增强现实图像的大小、形状和位置(以及可选地，色彩) 的数据。位置数据可以基于有关眼睛的相对位置的数据。增强现实图像是基于使用它的应用的需要而设定的图像。例如，针对娱乐应用，提供先前的飞跃的海豚的示例。在步骤304， 增强现实发射器发射增强现实图像，以便该图像经由一个或更多个光学组件到达用户的眼睛。同时，在步骤306，不透明度滤光器控制电路驱动不透明度滤光器的像素，以在增强现实图像后面提供增加的不透明度。在决定步骤310，如果有下一个增强现实图像，则重复开始于步骤300的该过程。如果没有下一个增强现实图像，该过程在步骤312结束。下一个增强现实图像可以是指如之前提供的同一增强现实图像，但是在用户看来在不同的位置，比如当将之前的增强现实图像移动到稍微不同的位置以描绘增强现实图像的移动时。下一个增强现实图像也可以是指新的类型的图像，比如从海豚切换到另一种类型的物体。下一个增强现实图像也可以是指在继续显示之前显示的物体的同时增加新的物体。在一种方案中，增强现实发射器以固定的帧率发射视频图像。在另一方案中，静态图像被发射并保持一段时间，该段时间比典型的视频帧时段要长。步骤314可选地在增强现实图像中提供逐渐淡化，比如当其靠近视野的增强现实显示区域的边界时。增强现实显示区域可由用户视野中的最大角度范围(垂直地和水平地)限定，该增强现实图像被约束于该最大角度范围中，该最大角度范围是由增强现实发射器和/或光学组件112的限制造成的。因此，增强现实图像可以出现于增强现实显示区域的任何部分中，但是不能在增强现实显示区域之外。—般而言，在不透明度滤光器中可以使用不透明度的量在时间和空间上的淡化。 类似地，在增强现实图像中可以使用在时间和空间上的淡化。在一个方案中，不透明度滤光器的不透明度的量在时间上的淡化对应于增强现实图像中在时间上的淡化。在另一方案中，不透明度滤光器的不透明度的量在空间上的淡化对应于增强现实图像中在空间上的淡化。边界可以是增强现实显示区域的边界。边界可以是例如在水平或垂直方向延伸的外围。 例如，结合图9C进一步讨论淡化。图;3B示出图3A的步骤306的细节。在步骤320中，不透明度滤光器控制电路标识在增强现实图像后面的不透明度滤光器的像素，例如，基于增强现实图像的大小、形状和位置。各种方案是可能的。在一个方案中，在步骤322，为从用户眼睛的标识位置的视角看在增强现实图像后面的不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度。以这种方式，增强现实图像后面的像素被暗化，从而来自真实世界场景的相应部分的光被阻挡而无法到达用户的眼睛。这允许增强现实图像逼真且表示全范围的色彩和亮度。而且，因为可以以更低的亮度提供增强现实图像，所以减少了增强现实发射器的功耗。在没有不透明度滤光器的情况下， 会需要以比真实世界场景的相应部分更亮的足够高的亮度提供增强现实图像，以使得增强现实图像能被区分并且不是透明的。在暗化不透明度滤光器的像素时，一般而言，沿着增强现实图像的闭合周界的像素与周界内的像素一起被暗化。参见例如图4D和图5。可能期望提供一定的重叠，从而在周界外并围绕周界的某些像素也被暗化。参见图4D中的区域 404。这些重叠的像素可以提供围绕周界具有一致厚度的暗化区域。在另一方案中，例如， 通过暗化增强现实图像的周界外的不透明度滤光器的所有或大部分像素，同时允许增强现实图像的周界内的像素保持透光，可以实现有趣的效果。步骤324为在视野的增强现实显示区域之外的不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度。一般而言，用户的视野是在任何给定时刻看见的可观察世界的角度范围(垂直地和水平地)。人类有接近180度的前向视野。然而，感知色彩的能力在视野中心更强， 而感知形状和运动的能力在视野外围更强。进而，如所提到过的，增强现实图像被约束成在用户视野的子集区域中提供。在一示例实现中，在视野的中心、约20度的角度范围(其与眼睛的视网膜的中央凹(fovea)排齐)上提供增强现实图像。这是视野的增强现实显示区域。关于进一步的细节参见例如图9A1和图9Β1(α1限定的区域)。增强现实图像被诸如用于将增强现实图像路由到用户眼睛的光学组件的大小等因素约束。另一方面，由于它被并入透镜中，不透明度滤光器可以在视野的更大范围中延伸， 比如约60度，以及包括第一视野。关于进一步的细节参见例如图9Α1和图9Β1 ( α 2限定的区域)。例如，可为在外围方向中第一视野之外的不透明度滤光器的像素提供与在第一视野内的不透明度滤光器的像素的增加的不透明度一致的增加的不透明度。关于进一步的细节，参见例如图9D1-D3。例如，这在提供外围提示时可能有用，其中该外围提示例如强调增强现实图像的移动。例如，该外围提示可以表现为增强现实图像的阴影。该外围提示可以在或者不在用户的外围视觉的区域中。该外围提示可以增强对移动的感测或者以其他方式捕捉用户的注意力。
进一步，当增强现实图像靠近视野的增强现实显示区域的边界时，在视野之外的相应的不透明度滤光器的像素可被均勻地或在空间上淡化地提供增加的不透明度。例如， 不透明度增加的像素可毗邻边界处的增强现实图像。增强现实图像可以是图像的第一部分，其中图像的第二部分在边界处被截止，从而它没有被显示，在这种情况下不透明度增加的像素可代表该图像的第二部分，具有与该图像的第二部分类似的大小和形状。关于进一步的细节，参见例如图9E1-9E3。在一些情况下，不透明度增加的像素可具有与该图像的第二部分类似的色彩。即使增强现实图像没有在边界被截止，也可以提供不透明度增加的像素以代表从增强现实图像到真实世界场景的过渡。在一个方案中，不透明度增加的像素被淡化以便更靠近边界处的增强现实图像的不透明度滤光器的像素更不透明，而更远离边界处的增强现实图像的不透明度滤光器的像素更透光。另一选项涉及在不存在增强现实图像的时刻为不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度，比如以提供外围或非外围提示。这种提示例如在真实世界场景中有运动的应用中可能是有用的。或者，不透明度滤光器的不透明度增加的像素可在视野的外围区域中提供增强现实图像的表示。关于进一步的细节，参见例如图9F1-9F3。步骤326当增强现实图像靠近视野的增强现实显示区域的边界时提供不透明度的逐渐过渡，例如，空间淡化。为了避免增强现实图像中的突然过渡，可以发生如在步骤314 中描述的增强现实图像的空间淡化。在不透明度滤光器的像素中可以发生相应的淡化。例如，更靠近边界的增强现实图像的部分与更远离边界的增强现实图像的部分相比，增强现实图像可以变得更淡化，而不透明度滤光器的像素可以变得更不不透明。即便增强现实图像不靠近视野的增强现实显示区域的边界，也可类似地提供不透明度的逐渐过渡图4A示出基于图4C的增强现实图像的形状的不透明度滤光器400的示例配置。 不透明度滤光器提供不透明度增加的区域402。增加的不透明度通常是指像素的暗化，其可以包括在单色方案中暗化到不同的灰阶，或在彩色方案中暗化到不同的色阶。图4B示出图1的示例性真实世界场景120。当来自真实世界场景120的光穿过不透明度滤光器时，所述光被不透明度滤光器400倍增，从而不透明度增加的区域将真实世界场景的相应区域乘以“0”从而真实世界场景的相应区域不穿透不透明度滤光器，而未暗化区域将真实世界场景的相应区域乘以“1”，从而真实世界场景的相应区域穿透不透明度滤光器ο图4C示出图1的示例性增强现实图像104。可以用色彩和纹理渲染增强现实图像104，在本示例中未示出所述色彩和纹理。图4D示出用户看到的图1的示例性图像132。图像132是通过将图像104增加到通过将图像402和120相乘形成的图像而形成的。暗化后的区域404围绕海豚的增强现实图像。图5示出具有不透明度增加的区域的不透明度滤光器500，以提供图4A的不透明度滤光器的配置。每个小圆代表不透明度滤光器的一像素。对应于增强现实图像的大小、 形状和位置的选中像素被控制为具有增加的不透明度。该增强现实图像的轮廓被叠加以供参考。图6示出在没有不透明度滤光器时会得到的、图1的示例性图像的变型。在此图像600中，增强现实图像看上去是透明的或者有重影的，从而增强现实图像后面的真实世界场景是可见的。这种结果较不逼真。图7A示出戴在用户头部700上的图1的显示设备的一示例实现。在本示例中，框架类似于传统的眼镜框架且能以类似的舒适程度佩戴。然而，其他实现也是可能的，比如通过头盔、带子或其他手段装载到用户头部的面罩。该框架包括框架前部702和边撑704和 705。框架前部保持用于用户左眼的透视透镜701和用于用户右眼的透视透镜703。左和右的定向是从用户的视角看的。左侧透视透镜701包括透光的不透明度滤光器723和透光的光学组件722，光学组件722比如是将增强现实图像与来自真实世界场景的光混合以供左眼706观看的分光器。可在不透明度滤光器中提供开口 7 以允许眼睛跟踪组件7 对左眼706(包括瞳孔707)成像。该开口可以是例如透镜701上的洞，或透镜701中没有提供不透明度滤光器的区域。如所提及的，不透明度滤光器可以是在另一透光透镜材料(比如玻璃或塑料)中或在另一透光透镜材料上提供的。眼睛跟踪组件7 使用的红外光能穿透这样的透光透镜材料。眼睛跟踪组件7 包括IR发射器7 和IR传感器734，IR发射器7 发射IR光 730，IR传感器734感测被反射的顶光732。在一种可能方案中，眼睛跟踪组件7 可经由臂736被安装到框架。右侧透视透镜703包括透光的不透明度滤光器721以及光学组件720，光学组件 720比如是将增强现实图像与来自真实世界场景的光混合以供右眼718观看的分光器。右侧增强现实发射器716经由臂714被安装到框架上，而左侧增强现实发射器708经由臂 710被安装到框架上。不透明度滤光器控制电路712能被安装到框架的鼻梁架，并由左侧和右侧的不透明度滤光器共享。例如，在框架中通过导电路径可实现合适的电气连接。图7B示出图7A的HMD设备的进一步的细节。显示设备是从向前看的用户的视角示出的，从而示出右侧透镜703和左侧透镜701。右侧增强现实发射器716包括光发射部分762(比如像素网格)和可包括用于控制光发射部分762的电路的部分760。类似地，左侧增强现实发射器708包括光发射部分742和具有用于控制光发射部分742的电路的部分 740。在一个方案中，光学组件720和722中的每一个可具有相同的尺寸，包括宽度wl和高度hi。右侧光学组件720包括顶部表面764、光学组件720内的有角度的半镜面表面766、 和正表面768，光穿过该顶部表面764从右侧增强现实发射器716进入。没有被不透明度滤光器770阻挡的、来自右侧增强现实发射器716和来自真实世界场景的各部分的光(由光线780表示)穿透正表面768并进入用户的右侧眼睛。类似地，左侧光学组件722包括顶部表面744、光学组件722内的有角度的半镜面表面746、和正表面748，光穿过该顶部表面744从左侧增强现实发射器708进入。没有被不透明度滤光器750阻挡的、来自左侧增强现实发射器708和来自真实世界场景的部分的光(由光线771表示)穿透正表面748并进入用户的左侧眼睛。在一个方案中，不透明度滤光器750和770中的每一个具有相同的尺寸，包括宽度w2 > wl和高度h2 >hl。通常，向双眼提供同一增强现实图像，尽管对每只眼睛提供独立的图像也是可能的(比如为了实现立体图像的效果)。在一替代实现中，只有一个增强现实发射器被合适的光学组件路由到双眼。图7C示出戴在用户头部上的图1的显示设备的一替代实现，其中眼睛跟踪组件790直接在前部眼镜框架702上且在内侧。在本实现中，眼睛跟踪组件不需要投射穿过透镜701。眼睛跟踪组件790包括IR发射器791和IR传感器794，IR发射器791发射IR光 792，IR传感器794感测被反射的顶光793。至于眼睛跟踪，在大多数情况下，知道在运动过程中眼镜弹跳时增强现实眼镜相对于眼睛的移位就足够了。眼睛的转动(例如，瞳孔在眼眶内的移动)通常影响较小。尽管不透明度区域和增强现实图像的对齐也是根据眼睛位置，然而实践中，通过拉伸不透明度图像以使两个标准都满足，我们能如同用户正向左看一样对齐不透明度显示器的左侧， 且同时如同用户正向右看一样对齐不透明度显示器的右侧。如果我们这样做的话，那么眼睛的角度可以被忽略。这种方案的一个缺点在于当用户向右看时左侧将是错误的，而当用户向左看时右侧将是错误的，但是用户不会注意到，因为用户只能在视觉上测量落入用户视野中心的部分。图8A1示出当用户的眼睛相对于HMD设备的框架在第一位置时，真实世界图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。示出了俯视图。如同提到过的，眼睛跟踪组件可用于标识眼睛相对于框架的位置。在本示例中，考虑框架相对于眼睛706及其瞳孔 707的水平位置。不透明度滤光器750和光学组件722被安装到框架并因此与框架一起移动。此处，眼睛706正直视前面真实世界场景的元素800，如由视线802表示的。元素800 具有宽度xrw。不透明度滤光器750包括具有增加的不透明度的区域804，而光学组件722 包括相应的区域805，在区域805中提供增强现实图像。假定区域804和805具有宽度x3。 在实践中，不透明度滤光器区域804的宽度可以比增强现实图像部分805的宽度略大。进一步，不透明度滤光器区域804离不透明度滤光器的左侧的距离为xl，而离不透明度滤光器的右侧的距离为x2。因此，xl+x2+x3 = w20增强现实图像部分805离光学组件722的左侧的距离为x4，离光学组件722的右侧的距离为x5。因此，x4+x5+x3 = wl。真实世界场景的元素800具有宽度xrw > x3并因此被不透明度滤光器的区域804阻挡而不能到达眼睛 706。图8A2示出图8A1的真实世界场景元素800的前向视图。图8A2示出图8A1的不透明度滤光器区域804的前向视图。图8A4示出图8A1的增强现实图像区域805的前向视图。图8B1示出当用户的眼睛相对于HMD设备的框架在第二位置时，真实世界图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。示出了俯视图。在本示例中，框架被相对于眼睛706向左移位。不透明度滤光器750包括具有增加的不透明度的区域806，而光学组件722包括相应的区域807，在区域807中提供增强现实图像。假定区域806和807具有宽度x3。进一步，不透明度滤光器区域806离不透明度滤光器的左侧的距离为xl’ >xl, 而离不透明度滤光器的右侧的距离为x2’ <χ2。因此，xl’+χ2’ +χ3 = w2。增强现实图像部分807离光学组件722的左侧的距离为x4’，离光学组件722的右侧的距离为x5’。因此，x4，+x5' +x3 = Wl0而且，由于移位，在本示例中x4，> x4且x5，< x5。真实世界场景的元素800具有宽度xrw > x3并因此被不透明度滤光器的区域806 阻挡而不能到达眼睛706。通过检测框架的移动，可相应调整不透明度区域和/或增强现实图像的位置，比如通过将其水平和/或垂直移位，而同时用户保持对真实世界场景的固定视线。这确保了增强现实图像出现在真实世界场景的相同位置。不透明度区域和增强现实图像彼此持续被对齐或对准并与真实世界场景对齐或对准。在实践中，因为不透明度滤光器的不透明度增加的区域看上去比远端聚焦的增强现实图像更靠近眼睛，所以不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置的任何变化比增强现实图像的位置的类似变化更引人注意。这是由于对不透明度滤光器的不透明度增加的区域的更大的视差效应。相应地，基于眼睛跟踪，通过调整不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置而不调整增强现实图像的位置，在许多情况下可以获得可接受的结果。不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置的移位可以与眼睛相对于框架的位置的移位相同或类似。增强现实图像的位置的移位可以是不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置的移位的一小部分。另一点是，当用户正向右看时，左侧透视透镜和增强现实图像不被聚焦，从而只对右侧不透明度滤光器而不对左侧不透明度滤光器基于眼睛跟踪而调整不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置可能就足够了。类似地，当用户正向左看时，右侧透视透镜和增强现实图像不被聚焦，从而只对左侧不透明度滤光器而不对右侧不透明度滤光器基于眼睛跟踪而调整不透明度滤光器的不透明度增加的区域的位置可能就足够了。图8B2示出图8B1的真实世界场景元素800的另一视图。图8B3示出图8B1的不透明度滤光器区域804的另一视图。图8B4示出图8B1的增强现实图像区域805的另一视图。图9A1示出在用户眼睛的视野的增强现实显示区域的中心处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。示出了俯视图。通过将不透明度滤光器750 和光学组件722放置得离眼睛更远，修改图9A1、9B1、9D1、9E1和9F1的比例尺以使其不同于图8A1和图8B1的比例尺，以示出进一步的细节。如同讨论过的，眼睛具有相对宽的视野。不透明度滤光器750在由线条904和912界定的角度范围为α 2(比如约60度)的视野内，而提供增强现实图像的光学组件722在由线条906和910界定的角度范围为α 1 (比如约20度)的视野内。角度范围为α 的视野代表增强现实显示区域的角度范围。线条 908代表眼睛的向前直视线，其穿过增强现实图像900和不透明度增加的区域902的中心。 进一步，不透明度滤光器的一部分902具有增加的不透明度而光学组件900的相应部分提供增强现实图像。不透明度滤光器的不透明度增加的部分902在增强现实图像后面。本示例示出在增强现实显示区域中心而不是在增强现实显示区域(由边界线906和910表示) 的边界的增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域。在一个方案中，不透明度滤光器具有提供色彩的能力，以便在视野的中心20度 (向左和向右+/-10度)内提供高分辨率彩色图像，而外围区域(向左和向右+/-10到30 度之间)使用不透明度滤光器来提供增加的不透明度和色彩，但是分辨率更低且失焦。例如，当用户将其头部从一侧移动到另一侧时，我们能调整增强现实图像(比如飞跃的海豚) 的位置，以便该海豚能从中心20度视野移动到外围区域，其中不透明度滤光器代表增强现实图像。这避免了如果在海豚移动到中心20度视野外时海豚消失所带来的不连续性。在本图及以下各图中，为了简明，假定增强现实图像和不透明度增加的区域具有相应的方形或矩形形状。图9Α2示出图9Α1的不透明度滤光器区域902的前向视图。图9Α3示出图9Α1的增强现实图像区域900的前向视图。
图9B1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准。此处，增强现实图像922和不透明度滤光器的不透明度增加的区域920(假定两者都具有约d2的宽度)在增强现实显示区域(由边界线 906和910表示)的边界906。线条907表示穿过增强现实图像922和透明度增加的区域 902的中心的视线。α 3是线条906和907之间的角度范围。如同关于图3Α和图:3Β提到的，比如在增强现实图像在增强现实显示区域的边界时(如图9Β1的情况)，提供不透明度的逐渐过渡是可能的。有关这种过渡的进一步细节， 参见下文。图9Β2示出图9Β1的不透明度滤光器区域920的前向视图。图9Β3示出图9Β1的增强现实图像区域922的前向视图。图9C1示出根据离用户眼睛的视野的外围边界的距离的不透明度的逐渐变化。χ 轴表示离边界线906的水平距离而y轴表示不透明度滤光器的相应区域的不透明度。在一种选项中，由线条915表示，不透明度在离边界的距离为dl到d2时处于最大水平，并逐渐减小到边界处(χ = 0)的最小水平。参见图9C2。对于χ < 0(增强现实显示区域外)，不透明度在最小水平。在另一选项中，由线条916表示，不透明度在离边界从χ = 0到χ = d2 在最大水平，并在增强现实显示区域外在离边界的距离|d3|上逐渐减小到最小水平。参见图9C3。对于x<d3(增强现实显示区域外)，不透明度在最小水平。在又一选项中，由线条917表示，不透明度在离边界从χ = d4到χ = d2在最大水平，并在增强现实显示区域外在离边界的距离|d5h|d4|上逐渐减小到最小水平。参见图9C4。对于x<d5(增强现实显示区域外)，不透明度在最小水平。图9C2示出具有未淡化部分931、连续淡化部分932、933和934的不透明度滤光器区域，其中在图9C2中淡化在0和dl之间。图9C3示出具有未淡化部分941、连续淡化部分942、943和944的不透明度滤光器区域，其中在图9C3中淡化在0和d3之间。图9C4示出具有未淡化部分951、连续淡化部分952、952和953的不透明度滤光器区域，其中在图9C4中淡化在d4和d5之间。图9D1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准，其中在视野的第二、外围区域中提供额外的不透明度增加的区域。示出了俯视图。与图9B 1相比，图9D1增加了不透明度滤光器750的额外的不透明度增加的区域924。在增强现实显示区域外的额外的不透明度增加的区域924 可提供外围提示，比如针对增强现实图像922的阴影。该阴影可具有与增强现实图像922 类似的大小和形状。额外的不透明度增加的区域拟4可以与增强现实图像922和/或不透明度增加的区域920在水平方向上在相同水平和/或高于或低于增强现实图像922和/ 或不透明度增加的区域920。在本示例中，不透明度增加的区域拟4与不透明度增加的区域 920被不透明度滤光器750的透光区域分开。在光学组件722的左侧外围侧，视野的第二、外围区域具有在光学组件722的左侧外围侧的线条904和906之间的(α2_α 1)/2(例如，10-30度)的角度范围。相应的额外外围区域具有在光学组件722的右侧外围侧的线条910和912之间的(α 2_ α 1) /2的角度范围。
16
图9D2示出图9D1的不透明度滤光器区域920和拟4的前向视图。图9D3示出图9D1的增强现实图像区域900的前向视图。图9E1示出在图9A1的增强现实显示区域的外围边界处，增强现实图像的第一部分和不透明度滤光器的不透明度增加的区域的对准，其中在视野的第二、外围区域中提供额外的不透明度增加的区域以代表该增强现实图像的第二、截止部分。示出了俯视图。此处，宽度为d2的增强现实图像部分922表示增强现实图像的第一部分，而不透明度滤光器 750的不透明度增加的区域拟6在增强现实图像部分922后面。宽度为d2’的增强现实图像部分923(其实际上不存在)表示基于增强现实图像922的位置增强现实图像的第二、截止部分将位于的位置。在此情况下，在增强现实图像部分923之后提供不透明度滤光器750 的额外的不透明度增加的区域928(其可以是不透明度增加的区域926的延续)以避免增强现实图像中的突然截止。额外的、不透明度增加的区域9 可以终止于直到最小不透明度的阶梯式变化，或可被提供有不透明度的逐渐变化，使用类似于图9C1的讨论的方案。在一个方案中，额外的不透明度增加的区域拟8具有与增强现实图像部分923 类似的大小、形状位置和/或色彩，从而它基本上代表实际上不存在的增强现实图像部分 923。图9E2示出图9E1的不透明度滤光器区域拟6和拟8的前向视图。图9E3示出图9E1的增强现实图像区域922和923的前向视图。图9F1示出在光学组件722不提供增强现实图像的时刻，视野的第二、外围区域中不透明度滤光器950的不透明度增加的区域960。示出了俯视图。在右侧或左侧上的外围区域中可提供一个或更多个不透明度增加的区域。如同讨论过的，不透明度增加的区域960可表示分辨率更低且失焦版本的增强现实图像。例如当用户向侧面移动头部从而增强现实图像移动到中心20度视野之外到了视野的外围区域时这可能是有用的。此移动可以由图9A1、然后是图9B1、然后是图9F1的序列表示，在图9A1中增强现实图像900在中心视野，在图9B1中增强现实图像920在中心视野的边界，在图9F1中不透明区域960(表示增强现实图像)在中心视野的外围区域。当用户将其头部移回起始位置时，该序列可被反转。外围区域中的不透明度滤光器的不透明度增加的像素具有与增强现实图像相应的形状，和/或当不透明度滤光器具有色彩能力时具有相应的色彩。不透明度滤光器的不透明度增加的像素的定位和时序可被设定为基于增强现实图像的移动而提供平滑过渡。例如，当增强现实图像到达中心视野的边界时，不透明度滤光器可被相应激活以在外围区域中提供相应的形状和移动作为增强现实图像的表示。然后，当增强现实图像的表示朝中心视野的边界移动时，不透明度滤光器可被停用(deactivate)且增强现实图像可被相应激活以在中心视野中提供相应的形状和移动。图9F2示出图9F1的不透明度滤光器区域960的前向视图。图9F3示出图9F1的增强现实图像的前向视图。可以看出，提供了许多优点。例如，提供了相对流水线化的HMD设备。而且，使用眼睛跟踪和心理感知技术提供眼睛、主彩色显示器和不透明度滤光器之间的校准。即使在没有提供虚拟影像的主显示器时，不透明度滤光器仍可用于提供外围视觉提示。对于基于色彩的不透明度滤光器，我们能将外围彩色区域与中心聚焦区域无缝融合以得到更好的整体体验，以及到聚焦区域内只有不透明度滤光(opacity-only-filtering)的过渡。
前面的对本技术的详细描述只是为了说明和描述。它不是为了详尽的解释或将本技术限制在所公开的准确的形式。鉴于上述教导，许多修改和变型都是可能的。所描述的实施例只是为了最好地说明本技术的原理以及其实际应用，从而使精通本技术的其他人在各种实施例中最佳地利用本技术，适合于特定用途的各种修改也是可以的。本技术的范围由所附的权利要求进行定义。
权利要求
1.一种光学透视头戴式显示设备，包括当所述显示设备由用户佩戴时在所述用户的眼睛(118)和真实世界场景(120)之间延伸的透视透镜(108)，所述透视透镜包括具有多个像素的不透明度滤光器(106)，每个像素能被控制以调整所述像素的不透明度，所述透视透镜还包括显示组件(112)；增强现实发射器(102)，所述增强现实发射器使用所述显示组件向所述用户的眼睛发射光，所述光代表具有形状的增强现实图像；至少一个控制(100)，所述至少一个控制控制所述不透明度滤光器以为从所述用户的眼睛的视角看在所述增强现实图像后面的像素提供增加的不透明度，不透明度增加的像素是根据所述增强现实图像的所述形状提供的。
2.根据权利要求1所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述透视透镜被安装于佩戴在所述用户的头部(700)上的框架(702，704)；所述光学透视头戴式显示设备进一步包括跟踪组件(122)，所述跟踪组件跟踪所述用户的眼睛相对于所述框架的位置；以及所述至少一个控制能对所述用户的眼睛相对于所述框架的所述位置作出响应。
3.根据权利要求2所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个控制根据所述用户的眼睛相对于所述框架的所述位置而保持在所述增强现实图像后面的所述像素与所述增强现实图像的对准。
4.根据权利要求2所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个增强现实发射器根据所述用户的眼睛相对于所述框架的所述位置而保持所述增强现实图像与在所述增强现实图像后面的像素的对准。
5.根据权利要求1所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个控制为围绕所述增强现实图像的所述不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度，以提供围绕所述增强现实图像的暗化区域(404)。
6.根据权利要求1所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述增强现实图像被限制于所述用户的眼睛的视野的第一角度范围(α )；以及所述不透明度滤光器在第二角度范围(α 2)内延伸，所述第二角度范围包括所述第一角度范围和所述视野的更外围的角度范围。
7.根据权利要求6所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个控制为在所述更外围的角度范围内的所述不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度，以描绘所述增强现实图像的外围提示。
8.根据权利要求6所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个控制为在所述更外围的角度范围内的所述不透明度滤光器的像素提供增加的不透明度，以描绘所述增强现实图像的表示。
9.根据权利要求1所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述至少一个控制控制所述不透明度滤光器以提供不透明度的逐渐过渡。
10.根据权利要求9所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述增强现实图像在所述用户的眼睛的视野的增强现实显示区域中延伸，所述视野的所述增强现实显示区域具有边界；所述增强现实图像的第一部分比所述增强现实图像的第二部分更远离所述边界；以及为了提供所述逐渐过渡，所述至少一个控制控制所述不透明度滤光器以为在所述增强现实图像后面且更靠近所述边界的像素(934)提供比在所述增强现实图像后面且更远离所述边界的像素(931)更低的不透明度。
11.根据权利要求9所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于当所述增强现实图像的部分(92 在所述边界被截止时，所述至少一个控制控制所述不透明度滤光器以为在所述第一视野的所述增强现实显示区域之外、且表示所述增强现实图像在所述边界外的延续的像素(928)提供更高的不透明度。
12.一种光学透视头戴式显示设备，包括当所述显示设备由用户佩戴时在所述用户的眼睛(118)和现实世界场景(120)之间的光学路径中延伸的透视透镜(108)，所述透视透镜包括具有多个像素的不透明度滤光器 (106)，每个像素能被控制以调整所述像素的不透明度；以及控制所述不透明度滤光器的至少一个控制(100)，以在不向所述用户的眼睛提供增强现实图像的时间中，为所述用户的眼睛的视野中的所选像素(960)提供增加的不透明度。
13.根据权利要求12所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述透视透镜(108)被安装于佩戴在所述用户的头部上的框架；所述光学透视头戴式显示设备进一步包括跟踪组件(122)，所述跟踪组件跟踪所述用户的眼睛相对于所述框架的位置；以及所述所选像素根据所述用户的眼睛相对于所述框架的所述位置的变化而变化。
14.根据权利要求12所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于所述所选像素在所述视野的外围区域中。
15.根据权利要求14所述的光学透视头戴式显示设备，其特征在于在另一时刻，在所述用户的眼睛的所述视野的更加中心的区域中向所述用的眼睛提供增强现实图像(900)，且所述至少一个控制控制所述不透明度滤光器以为从所述用户的眼睛的视角看在所述用户的眼睛的所述视野的所述更加中心的区域中的、在所述增强现实图像后面的像素(920)提供增加的不透明度，并为从所述用户的眼睛的所述视角看在所述用户的眼睛的所述视野的所述更加中心的区域中的、不在所述增强现实图像后面的像素提供更低的不透明度。
全文摘要
公开了用于透视头戴式显示器的不透明度滤光器。一种光学透视头戴式显示设备，包括透视透镜，所述透视透镜将增强现实图像与来自真实世界场景的光结合，同时使用不透明度滤光器选择性阻挡该真实世界场景的部分以便该增强现实图像看上去更清晰。该不透明度滤光器可以是透视LCD面板，例如，基于该增强现实图像的大小、形状和位置，该LCD面板的每个像素能被选择性地控制为透射的或不透明的。眼睛跟踪可用于调整该增强现实图像和不透明像素的位置。不在该增强现实图像后面的该不透明度滤光器的外围区域可被激活以提供外围提示或该增强现实图像的表示。在另一方面，在不存在增强现实图像的时刻，提供不透明像素。
文档编号G02B27/00GK102540463SQ20111029117
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月19日 优先权日2010年9月21日
发明者A·A-A·基普曼, A·巴-泽埃夫, B·克罗科, J·刘易斯 申请人:微软公司