[发明专利]头戴显示系统的瞳距调整机构及其瞳孔间距的调整方法

说明书

一种头戴显示(HMD)系统包括：光学装置；至少一个可移动图像面板，其中光学装置沿第一光学路径引导来自可移动图像面板的图像光；固定图像面板，其中从固定图像面板射出的图像光的一部分通过光学装置与至少一个可移动图像面板的图像光结合；以及调整机构，其被配置为通过使光学装置和可移动图像面板相对于固定图像面板在对应不同IPD的第一位置和第二位置之间移动来调整HMD系统的瞳孔间距(IPD)。对IPD的调整不改变第一光学路径。所述HMD系统还可以包括感测模组，其被配置为测量光学装置的调整位置；以及控制电子器件，其被配置为基于测量的调整位置确定IPD，并且基于IPD更新由固定图像面板发射的图像光。

技术领域

本发明可应用于紧凑型可穿戴显示领域，尤其是用于诸如虚拟现实和增强现实之类的应用的头戴显示(Head-Mounted Display，HMD)系统。

背景技术

HMD系统是一种可穿戴设备，在消费电子行业中越来越受欢迎。HMD以及诸如头盔式显示器，智能眼镜和虚拟现实头戴装置之类的类似装置允许用户佩戴显示装置，使得硬件保持固定到他们的头部而不管用户的移动。

当与环境传感器(如摄像机，加速度计，陀螺仪，罗盘和测光表)结合使用时，HMD可以为用户提供虚拟现实和增强现实的体验。虚拟现实(Virtual Reality，VR)允许用户沉浸到虚拟世界中，其中用户看到的一切都来自显示设备。提供增强现实(Augmented Reality，AR)的装置允许用户光学地看到环境，并且由显示装置生成的图像被添加到场景中并且可以与环境融合。因此，传统的VR和AR技术涉及安装在用户头部前方的显示器，其具有确定虚拟图像位置和视场的透镜配置。

典型的商业VR或AR系统的基本布局(涵盖涉及和不涉及利用智能手机作为显示器)包括显示装置和一种可将显示光成像到远场以实现的观看的透镜结构。为了确保足够的放大率，具有宽视场并且在距离眼睛足够远的距离处具有虚像，这种配置的尺寸受到限制。此外,显示器离眼睛的距离相对较远，意味着装置必须绑在头上以免脱落。更进一步地,佩戴时装置的重量很大,意味着由于装置重量产生的头部扭矩,长期观看会使脸部和颈部变得疲惫。在这种系统中使用的透镜元件可以被配置为已知类型的普通曲面透镜，或者是已知类型的具有角度特征的结构化菲涅耳透镜，或者涉及一个或多个透镜的其他已知透镜配置。

HMD的主要元件之一是安装在头部上的显示模组。然而，由于肉眼无法适应(即，改变光学功率以提供聚焦图像)距离眼睛近于一定距离的图像，目镜镜头需要重新成像显示模块，使得显示图像看起来与用户处于舒适的观看距离。这种光学装置在目镜和显示模组之间需要相当大的空间。更进一步地，如果HMD需要显示高质量和宽视场(Field of View，FOV)的图像，则需要复杂的镜头。在传统系统中这些要求的结果是在任何时间长度内佩戴都不舒服的沉重而大块的头戴装置，并且尺寸受到基本光学的限制，以实现正确的放大率和虚像距离。

分离人眼的距离在本领域中已知为瞳孔间距(Interpupillary Distance，IPD)，对于成人而言，其范围倾向于约50mm至70mm。为了最佳图像质量，HMD系统的目镜部件的相应IPD应与用户的IPD相匹配。如果用户的IPD与HMD的光学设计指定的IPD明显不同，则使用固定光学器件的典型HMD将显示像差。为了最小化这些像差，HMD可以具有可以被物理调节以适应用户的特定IPD的光学器件。