[发明专利]眼睛调节距离测量设备和方法及头戴式显示器

说明书

提供一种眼睛调节距离确定设备。该眼睛调节距离确定设备包括：干涉仪，被配置为生成在不同方向上的多个调频激光束，并使用从眼睛反射表面反射的激光束来生成多个干涉信号；信号处理单元，被配置为使用所述多个干涉信号中的每个来生成信号频谱；距离确定单元，被配置为针对所述多个激光束中的每个来确定到眼睛反射表面的距离；点坐标确定单元，被配置为针对所述激光束中的每个来确定在每个眼睛反射表面上的点的坐标；重建单元，被配置为基于所确定的点的坐标来生成眼睛内部结构模型；以及眼睛调节距离确定单元，被配置为基于所述眼睛内部结构模型来确定眼睛调节距离。

技术领域

本发明涉及立体显示领域，尤其涉及一种用于头戴式显示器的眼睛调节距离测量设备和方法以及对应的头戴式显示器，并且可以用于增强现实/虚拟现实系统(AR/VR)。

背景技术

现实世界中3D对象感知的生理原理要求眼睛焦点(调节距离)和眼睛会聚点(会聚距离)相匹配。在目前的具有固定焦距的商业AR/VR系统中，这些值不能匹配，这导致所谓的视觉辐辏调节冲突(VAC)，并且因此导致用户疲劳和视觉不适。当使用AR眼镜时，VAC效应使匹配真实对象和虚拟对象的过程明显复杂化，因为在观察真实对象时，虚拟对象可能会散焦。这个问题可以通过自动眼睛焦点测量(跟踪)并向AR眼镜渲染系统提供反馈来缓解。

此外，存在由于眼睛移动而散焦的问题。通常，虚拟现实中的概览是通过头部旋转来完成的，而在现实世界中，概览也可以通过眼睛移动来完成。在常规的AR/VR系统中，眼睛移动导致所渲染的图像的破坏。需要一种提供眼睛跟踪的解决方案来解决这个问题。

AR(增强现实系统)的主要问题之一是对真实对象和人造对象的焦点匹配。如果与现实世界对象共置的虚拟图像位于不同的焦平面中，则模糊差异会迫使用户在注视应该完全清晰的对象时改变焦点。

因此，需要能够集成到AR/VR设备(例如，AR眼镜、VR头盔)中的廉价且紧凑的注视方向和眼睛聚焦跟踪设备。这种设备的附加要求是对用户的眼睛安全以及测量眼睛调节距离时的延迟小(高测量速度)。

从现有技术已知的是文献US 2014375541 A1中公开了一种眼睛跟踪系统。该已知系统使用飞行时间(TOF)相机来获得人眼的2D图像，跟踪注视方向并确定要进行显示的距离。该已知系统仅用于注视方向跟踪，没有获得关于眼睛调节距离的信息。TOF相机具有在距相机很近的距离处有盲区的缺点，这可能导致复杂的设计。

从现有技术已知的是文献US 2017109562 A1中公开了一种眼睛跟踪设备。该已知设备使用深度传感器来测量眼睛前表面的曲率以估计注视方向。该已知设备仅用于注视方向跟踪，没有获得关于眼睛调节距离的信息。

从现有技术已知的是文献US 20080208022 A1中公开了一种激光光反馈断层扫描(LOFT)传感器。该已知传感器通过将光反馈移频到激光弛豫振荡频率来提高激光自混合干涉(SMI)性能的效率。该已知传感器的缺点在于使用分束器、移频器和机械扫描。文献US20080208022 A1没有公开适合于AR/VR设备或旨在用于眼睛跟踪的传感器实现。

从现有技术已知的是文献US 10154254 A1中公开了一种头戴式显示器(HMD)。该已知显示器包括基于TOF相机的使用的眼睛跟踪系统。该眼睛跟踪系统包括照明源、成像设备和控制器。控制器确定与眼睛表面相关的深度信息并生成眼睛模型。该已知显示器主要集中在注视方向跟踪上。该显示器的缺点是基于对时间失真光图案的图像处理的复杂信号处理。如上所述，TOF相机具有在距相机很近的距离处有盲区的缺点，这可能导致复杂的设计。

从现有技术已知的是文献US 2016370605 A1中公开了一种用于使用眼睛跟踪和深度检测进行视力校正的设备。该已知设备包括具有可变透镜、眼睛跟踪传感器和深度传感器的可穿戴计算设备。该已知设备间接估计焦点深度，并且不提供所需的精度。