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CN113267895A - 用于头戴式计算的电源管理 - Google Patents

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CN113267895A
CN113267895A CN202011293566.XA CN202011293566A CN113267895A CN 113267895 A CN113267895 A CN 113267895A CN 202011293566 A CN202011293566 A CN 202011293566A CN 113267895 A CN113267895 A CN 113267895A
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J.哈迪克
R.M.罗斯
R.F.奥斯特霍特
E.H.诺尔特鲁普
N.L.沙姆斯
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Manto First Acquisition Co ltd
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Abstract

本发明的方面涉及一种用于降低头戴式显示成像系统中的功率使用的方法，头戴式显示成像系统包括传感器和集成处理器，该方法包括：输入头戴式显示器的模式设定，采用头戴式显示器中的传感器来检测与头戴式显示器的用户和接近用户的环境关联的条件，采用头戴式显示器中的处理器来分析所检测条件，以识别与条件和环境关联的活动，以及修改头戴式显示器中显示的图像的呈现，其中修改呈现基于模式设定和所识别活动。

Description

用于头戴式计算的电源管理
本申请是申请号2015800727540，申请日为2015年11月5日，发明名称为“用于头戴式计算的电源管理”的发明专利申请的分案申请。
优先权
本申请要求以下美国专利申请的权益，通过引用将其完整地结合于此：美国非临时专利申请号14/535578，标题为“POWER MANAGEMENT FORHEAD WORN COMPUTING”，2014年11月7 日提交。
技术领域
本发明涉及头戴式计算。更具体来说，本发明涉及与头戴式计算结合使用的电源管理技术。
背景技术
可佩戴计算系统已被开发并且开始商业化。许多问题继续存在于可佩戴计算领域，其需要被解决以使其满足市场需求。
发明内容
本发明的方面涉及用于头戴式计算机的电源管理的方法和系统。
通过以下对优选实施例和附图的详细描述，本发明的这些及其他系统、方法、对象、特征和优点将是本领域技术人员显而易见的。通过引用将本文所提到的所有文献完整地结合于此。
附图说明
参照下列附图来描述实施例。相同标号可通篇用来引用图中所示的相似特征和组件：
图1示出按照本发明的原理的头戴式计算系统。
图2示出按照本发明的原理、具有光学系统的头戴式计算系统。
图3a示出大型现有技术光学布置。
图3b示出按照本发明的原理的上光学模块。
图4示出按照本发明的原理的上光学模块。
图4a示出按照本发明的原理的上光学模块。
图4b示出按照本发明的原理的上光学模块。
图5示出按照本发明的原理的上光学模块。
图5a示出按照本发明的原理的上光学模块。
图5b示出按照本发明的原理的上光学模块和暗光阱。
图5c示出按照本发明的原理的上光学模块和暗光阱。
图5d示出按照本发明的原理的上光学模块和暗光阱。
图5e示出按照本发明的原理的上光学模块和暗光阱。
图6示出按照本发明的原理的上和下光学模块。
图7示出按照本发明的原理的组合器元件的角度。
图8示出按照本发明的原理的上和下光学模块。
图8a示出按照本发明的原理的上和下光学模块。
图8b示出按照本发明的原理的上和下光学模块。
图8c示出按照本发明的原理的上和下光学模块。
图9示出按照本发明的原理的眼睛成像系统。
图10示出按照本发明的原理的光源。
图10a示出按照本发明的原理的背光照明系统。
图10b示出按照本发明的原理的背光照明系统。
图11a至图11d示出按照本发明的原理的光源和过滤器。
图12a至图12c示出按照本发明的原理的光源和量子点系统。
图13a至图13c示出按照本发明的原理的周边照明系统。
图14a至图14c示出按照本发明的原理的光抑制系统。
图15示出按照本发明的原理的外部用户接口。
图16a至图16c示出按照本发明的原理的距离控制系统。
图17a至图17c示出按照本发明的原理的力解释系统。
图18a至图18c示出按照本发明的原理的用户接口模式选择系统。
图19示出按照本发明的原理的交互系统。
图20示出按照本发明的原理的外部用户接口。
图21示出按照本发明的原理所呈现的mD轨迹表示。
图22示出按照本发明的原理所呈现的mD轨迹表示。
图23示出按照本发明的原理的mD扫描环境。
图23a示出按照本发明的原理所呈现的mD轨迹表示。
图24示出按照本发明的原理的杂散光抑制。
图25示出按照本发明的原理的杂散光抑制。
图26示出按照本发明的原理的杂散光抑制。
图27示出按照本发明的原理的杂散光抑制。
图28a至图28c示出DLP镜角度。
图29至图33示出按照本发明的原理的眼睛成像系统。
图34和图34a示出按照本发明的原理的结构化眼睛照明系统。
图35示出按照本发明的原理的眼睛方向分析的预测中的眼睛闪烁。
图36a示出按照本发明的原理、可经过系统的分析用于个人识别的眼睛特性。
图36b示出按照本发明的原理可被分析的、从佩戴者眼睛的数字内容呈现反射。
图37示出按照本发明的原理、沿各种虚拟目标线和各种焦平面的眼睛成像。
图38示出按照本发明的原理、基于眼睛成像的针对眼睛移动的内容控制。
图39示出按照本发明的原理的眼睛成像和眼睛会聚。
图40示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图41示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图42示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图43示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图44示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图45示出一示例中的随时间的各种航向。
图46示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图47示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图48示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图49示出按照本发明的原理、取决于传感器反馈的内容位置。
图50示出按照本发明的原理、照射眼睛的光。
图51示出按照本发明的原理的眼睛的视图。
图52a和图52b示出按照本发明的原理、具有结构化光图案的眼睛的视图。
图53示出按照本发明的原理的光学器件模块。
图54示出按照本发明的原理的光学器件模块。
图55示出如使用一种形式的红外光谱学所测量的多种受控制物质的一系列示例谱。
图56示出葡萄糖的红外吸收谱。
图57示出某人随着安装于其头部的HWC而行走的场景。
图58示出一种用于接收、开发和使用移动航向、视觉航向、眼睛航向和/或来自(一个或多个)HWC的永久信息的系统。
图59示出按照本发明的原理的呈现技术。
图60示出按照本发明的原理的呈现技术。
图61示出按照本发明的原理的呈现技术。
图62示出按照本发明的原理的呈现技术。
图63示出按照本发明的原理的呈现技术。
图64示出按照本发明的原理的呈现技术。
图65示出按照本发明的原理的呈现技术。
图66示出按照本发明的原理的呈现技术。
图66示出按照本发明的原理的基于位置的呈现技术。
图67示出按照本发明的原理的光学配置。
图68示出按照本发明的原理的光学配置。
图69示出按照本发明的原理的光学配置。
图70示出按照本发明的原理的光学配置。
图71示出按照本发明的原理的光学配置。
图72示出按照本发明的原理的显示光源。
图73示出按照本发明的原理的分段光源。
图74示出按照本发明的原理的显示视场。
图75示出按照本发明的原理的显示视场。
图76示出按照本发明的原理的显示视场。
图77示出按照本发明的原理的显示视场。
图78示出按照本发明的原理、用于照亮显示器的不同段的系统。
虽然结合某些优选实施例来描述本发明，但是其他实施例是本领域的技术人员会理解的并且包含在本文中。
具体实施方式
本发明的方面涉及头戴式计算(“HWC”)系统。HWC在一些情况下涉及模仿头戴式眼镜或太阳镜的外观的系统。眼镜可以是充分开发的计算平台，例如包括在眼镜的每个透镜中向用户的眼睛所提供的计算机显示器。在实施例中，透镜和显示器可配置成允许佩戴眼镜的某人经过透镜来看环境，同时还看到数字影像，其形成由此人感知为环境的数字增强图像或增强现实(“AR”)的覆盖图像。
HWC涉及不只是将计算系统放置于人的头部。该系统可需要设计为轻量、紧凑和全功能计算机显示器，例如其中计算机显示器包括高分辨率数字显示器，其提供由所显示数字内容以及周围环境的透视视图所组成的高等级浮现。可要求适合HWC装置的用户接口和控制系统，其与用于更常规计算机(诸如膝上型计算机)的那些不同。为了HWC及关联系统最为有效，眼镜可配备有传感器，以确定环境条件、地理位置、与其他感兴趣点的相对定位、通过成像所识别的对象以及用户或连接组中的其他用户进行的移动等。在一般称作上下文感知HWC的方法中，HWC则可改变操作模式，以匹配条件、位置、定位、移动等。眼镜还可需要无线地或者以其他方式本地或经过网络来连接到其他系统。控制眼镜可通过使用外部装置、经过上下文采集的信息自动地、经过眼镜传感器所捕获的用户姿势等实现。各技术可根据眼镜中使用的软件应用进一步细化。眼镜还可用来控制与眼镜关联的外部装置或者与其协调。
参照图1，提供HWC系统100的概述。如所示，HWC 系统100包括HWC 102，其在这种情况下配置为将要佩戴于头部的眼镜、其具有传感器使得HWC 102知道环境114中的对象和条件。在这种情况下，HWC 102还接收和解释控制输入、例如姿势和移动 116。HWC 102可与外部用户接口104进行通信。外部用户接口104 可提供物理用户接口，以便获取来自HWC 102的用户的控制指令，以及外部用户接口104和HWC 102可双向通信，以便影响用户的命令，并且向外部装置108提供反馈。HWC 102还可与外部控制或协调的本地装置108双向通信。例如，外部用户接口104可与HWC 102 结合用来控制外部控制或协调的本地装置108。外部控制或协调的本地装置108可向HWC 102提供反馈，以及定制GUI可在HWC 102 中基于装置或专门识别的装置108的类型来呈现。HWC 102还可经过网络连接110与远程装置和信息源112进行交互。外部用户接口 104同样可与HWC 102结合用来，按照与当外部用户接口104用来控制外部控制或协调的本地装置108或者以其他方式与其交互时相似的一种方式，控制远程装置108和信息源112的任一个或者以其他方式与其交互。类似地，HWC 102可解释姿势116(例如从向前、向下、向上、向后传感器，例如照相装置、测距仪、IR传感器等，所捕获)或者在环境114中感测的环境条件，以控制本地或远程装置108 或112。
现在将更详细描述图1所示主要元件的每个；但是，这些描述意在提供一般指导，而不应当被理解为限制。本文中还可进一步描述各元件的附加说明。
HWC 102是意在佩戴于人的头部的计算平台。HWC 102可采取许多不同形式，以适合许多不同功能要求。在一些状况中， HWC 102将采取常规眼镜的形式来设计。眼镜可以或者可以不具有有源计算机图形显示器。在HWC 102具有集成计算机显示器的场合中，显示器可配置为透视显示器，使得数字影像能够相对用户对环境 114的视图来覆盖。存在可使用的许多透视光学设计，包括具有反射显示器(例如LCoS、DLP)、发射显示器(例如OLED、LED)、全息图、 TIR波导等的设计。在实施例中，与显示光学器件配合使用的照明系统可以是固态照明系统，例如LED、OLED、量子点、量子点LED 等。另外，光学配置可以是单眼或双眼的。它还可包括视觉校正光学组件。在实施例中，光学器件可封装为接触镜。在其他实施例中，HWC 102可采取具有透视护罩的头盔、太阳镜、安全眼镜、护目镜、面具、具有透视护罩的消防头盔、具有透视护罩的警用头盔、具有透视护罩的军用头盔、某个工作任务(例如库存控制、物流、维修、维护等)定制的实用形式等的形式。
HWC 102还可具有多个集成计算设施，例如集成处理器、集成电源管理、通信结构(例如蜂窝网、WiFi、蓝牙、局域连接、网状连接、远程连接(例如客户端服务器等))等。HWC102还可具有多个位置感知传感器，例如GPS、电子罗盘、高度计、倾斜传感器、 IMU等。它还可具有其他传感器，例如照相装置、测距仪、超光谱照相装置、盖革计数器、话筒、光谱照射检测器、温度传感器、化学传感器、生物传感器、水分传感器、超声传感器等。
HWC 102还可具有集成控制技术。集成控制技术可以是基于上下文的控制、被动控制、主动控制、用户控制等。例如，HWC 102可具有集成传感器(例如照相装置)，其捕获用户手或身体姿势116，使得集成处理系统能够解释姿势，并且生成HWC 102的控制命令。在另一个示例中，HWC 102可具有检测移动(例如点头、摇头等)的传感器，包括加速计、陀螺仪和其他惯性测量，其中集成处理器可解释移动，并且进行响应而生成控制命令。HWC 102还可基于所测量或感知的环境条件自动地控制自身。例如，如果它在环境中是明亮的，则HWC 102可增加所显示图像的亮度或对比度。在实施例中，集成控制技术可安装于HWC 102，使得用户能够与它直接交互。例如，HWC 102可具有(一个或多个)按钮、触摸电容接口等。
如本文所述，HWC 102可与外部用户接口104进行通信。外部用户接口可采取许多不同形式出现。例如，蜂窝电话屏幕可适配成获取用户输入用于控制HWC 102的方面。外部用户接口可以是专用UI，例如键盘、触摸表面、(一个或多个)按钮、操纵杆等。在实施例中，外部控制器可集成到另一个装置(例如指环、手表、自行车、汽车等)中。在各情况下，外部用户接口104可包括传感器(例如 IMU、加速计、罗盘、高度计等)，以提供用于控制HWD 104的附加输入。
如本文所述，HWC 102可控制其他本地装置108或者与其协调。外部装置108可以是音频装置、视觉装置、车辆、蜂窝电话、计算机等。例如，本地外部装置108可以是另一个HWC102，其中信息则可在独立HWC 108之间交换。
与HWC 102可控制本地装置106或者与其协调的方式相似，HWC 102可控制远程装置112或者与其协调，例如HWC 102 经过网络110与远程装置112进行通信。远程装置112的形式同样可具有许多形式。包含在这些形式中的是另一个HWC 102。例如，每个HWC 102可传递其GPS位置，使得所有HWC 102知道所有HWC 102所在的位置。
图2示出HWC 102，其中具有包括上光学模块202和下光学模块204的光学系统。虽然上和下光学模块202、204一般将描述为独立模块，但是应当理解，这只是说明性的，并且本发明包括其他物理配置，例如当两个模块组合为单个模块时或者其中组成两个模块的元件配置到多于两个模块中。在实施例中，上模块202包括计算机控制显示器(例如LCoS、DLP、OLED等)和图像光传递光学器件。在实施例中，下模块包括眼睛传递光学器件，其配置成接收上模块的图像光，并且将图像光传递给HWC的佩戴者的眼睛。在图2中应当注意，虽然上和下光学模块202、204示为在HWC的一侧，使得图像光能够传递给佩戴者的一只眼睛，但是本发明设想实施例将包含两个图像光传递系统，每个眼睛一个。
图3b示出按照本发明的原理的上光学模块202。在这个实施例中，上光学模块202包括DLP(又称作DMD或数字微镜装置)计算机操作显示器304，其包括由旋转镜(例如，从Texas Instruments可得到的DLP3000)、偏振光源302、1/4波阻尼器(retarder) 膜308、反射偏振器310和物镜312。偏振光源302提供基本上均匀的偏振光，其一般被引导至反射偏振器310。反射偏振器反射一个偏振态的光(例如S偏振光)而传送另一偏振态的光(例如P偏振光)。偏振光源302和反射偏振器310定向成使得来自偏振光源302的偏振光一般朝DLP 304反射。光然后在照射DLP 304的像素之前经过1/4波膜 308一次，并且然后在被DLP 304的像素所反射之后再次经过。在两次经过1/4波膜308中，光从一个偏振态转换成另一偏振态(例如，光从 S转换成P偏振光)。光然后经过反射偏振器310。在(一个或多个)DLP 像素处于“on”态(即，反射镜定位成将光反射到物镜312)的情况下，“on”像素一般沿光轴反射光并且反射到物镜312中。被“on”像素所反射并且一般沿物镜312的光轴所引导的这个光将称作图像光316。图像光316然后经过物镜，以便由下光学模块204来使用。
由偏振光源302所提供的光(其在从DLP 304反射之前随后被反射偏振器312所反射)一般将称作照射光。被DLP 304的“off”像素所反射的光以与被“on”像素所反射的光相不同的角度来反射，使得来自“off”像素的光一般背向物镜312的光轴而被引导并且被引导到上光学模块202的那侧，如图3所示。被DLP 304的“off”像素所反射的光将称作暗态光314。
DLP 304作为计算机控制显示器进行操作，并且一般被认为是MEM装置。DLP像素由能够被定向的小反射镜来组成。反射镜一般从一个角度到另一个角度翻转。两个角度一般称作状态。当光用来照射DLP时，反射镜将沿取决于状态的方向来反射光。在本文的实施例中，一般将两个状态称作“on”和“off”，其意在描绘显示像素的条件。“on”像素将被显示器的观众看作是发射光，因为光沿光轴被引导并且被引导到物镜和显示系统的关联其余部分中。“off”像素将被显示器的观众看作是没有发射光，因为来自这些像素的光被引导到光学壳体的那侧并且被引导到在其中吸收光的光阱或光堆中。“on”和“off”像素的图案产生图像光，其被显示器的观众感知为计算机生成图像。全色图像能够通过依次为照射光提供补色(例如红色、绿色和蓝色)来呈现给用户。其中按照比用户能够感知为独立图像更快的重复循环来呈现该序列，并且因此用户感知由相继图像的总和所组成的全色图像。图像中的亮像素由在整个循环时间保持为“on”态的像素来提供，而图像中的较暗像素由在循环时间、或者处于图像的视频序列中时的帧时间之内、在“on”态与“off”态之间切换的像素来提供。
图3a示出DLP 304的系统的图示，其中非偏振光源350 直接指向DLP 304。在这种情况下，照射光所要求的角度是使得物镜 352必须定位成基本上远离DLP 304，以避免照射光被物镜削减。物镜352与DLP 304之间的大距离连同暗态光354的直线路径一起表示暗态光354的光阱也定位在离DLP的充分距离。由于这些原因，这个配置的大小比优选实施例的上光学器件模块202要大。
图3b所示的配置能够是轻量和紧凑的，使得它适应于 HWC的小部分。例如，本文所示的上模块202能够在物理上适合安装于HWC的上框架中，使得图像光能够被引导到下光学模块204中，以用于向佩戴者的眼睛呈现数字内容。经组合以生成图像光的组件 (即，偏振光源302、DLP 304、反射偏振器310和1/4波膜308)的封装很轻并且紧凑。不包括物镜的系统的高度可小于8mm。宽度(即，从前到后)可小于8mm。重量可小于2克。这个上光学模块202的紧凑性允许HWC的紧凑机械设计，以及这些实施例的轻量性质帮助使 HWC轻量，以提供使HWC的佩戴者舒适的HWC。
图3b所示的配置能够产生锐对比度、高亮度和深黑，特别是与HWC中使用的LCD或LCoS显示器相比。DLP的“on”和“off”态提供表示“on”像素和“off”像素的光反射路径中的强区分器。如下面将更详细论述，能够管理来自“off”像素反射的暗态光，以便降低显示系统中的杂散光，以产生具有高对比度的图像。
图4示出按照本发明的原理的上光学模块202的另一个实施例。这个实施例包括光源404，但是在这种情况下，光源能够提供非偏振照射光。来自光源404的照射光被引导到TIR楔形体418 中，使得照射光以超出如等式1所定义的临界角的角度入射到TIR楔形体418的内表面(图4中示为TRI楔形体418的成角度下表面)上。
临界角＝arc-sin(1/n) 等式1
其中临界角是这样一种角度，超过该角度的情况下照射光，在内表面包括从具有较高折射率(n)的固体到具有1的折射率的空气的界面(例如，对于具有n＝1.5的折射率的丙烯酸塑料与空气的界面，临界角为41.8度；对于具有n＝1.59的折射率的聚碳酸酯与空气的界面，临界角为38.9度)时，从内表面反射。因此，TIR楔形体418 沿内表面与薄空气隙408关联，以创建具有较高折射率的固体与空气之间的界面。通过选择与TIR楔形体418的内表面的角度相对应的光源404相对于DLP 402的角度，照射光以适合于提供如“on”像素所反射的图像光414的角度转向DLP 402。其中，照射光以处于“on”态的 DLP 402中的像素镜的角度的大约两倍来提供给DLP 402，使得在从像素镜反射之后，图像光414一般沿物镜的光轴来被引导。取决于 DLP像素的状态，来自“on”像素的照射光可作为图像光414来被反射，图像光414被引导到物镜和下光学模块204，而从“off”像素所反射的照射光(本文中一般称作“暗”态光、“off”像素光或“off”态光)410沿独立方向来被引导，其可被俘获而没有用于最终向佩戴者的眼睛所提供的图像。
暗态光410的光阱可沿暗态光410的方向所定义的光轴来定位并且定位在壳体的那侧，其功能是吸收暗态光。为此，光阱可由在来自“on”像素的图像光414的锥形外面的区域来组成。光阱通常由吸收光的材料来组成，包括黑漆或其他光吸收材料的涂层，以防止光从暗态光散射，进而使用户所感知的图像降级。另外，光阱可凹进壳体的壁中，或者包括面罩或防护以阻挡散射光，并且防止光阱在所显示图像邻近被查看。
图4的实施例还包括矫正楔形体420，以校正图像光414 在离开TIR楔形体418时的折射效应。通过包含矫正楔形体420并且提供薄空气隙408(例如25微米)，来自“on”像素的图像光能够一般沿物镜的光轴的方向(即，与图像光414所定义的方向相同的方向)来保持，因此它进入物镜和下光学模块204。如图4所示，来自“on”像素的图像光414一般与矫正楔形体420的表面垂直地离开矫正楔形体 420，同时暗态光以斜角离开。因此，来自“on”像素的图像光414的方向在它从矫正楔形体420的表面离开时在很大程度上不受折射所影响。相比之下，暗态光410在离开矫正楔形体420时基本上沿根据折射的方向来改变。
图4所示的实施例具有结合图3b的实施例所述优点的相似优点。图4所示的上模块202的尺寸和重量可以为大约8×8mm，其中重量小于3克。图3b所示配置与图4所示配置之间的总体性能的差异在于，图4的实施例不要求使用如光源404所供应的偏振光。这在一些状况中会是优点，如下面将更详细论述(例如，从用户角度来看的HWC光学器件的增加透视透明度)。在实施例中，偏振光可与图4所示实施例结合使用。图4的实施例与图3b所示实施例相比的附加优点在于，暗态光(示出为DLP关闭光410)因暗态光410离开矫正楔形体420时所遭遇的增加的折射而以更陡角度被引导离开图像光414的光轴。暗态光410的这个更陡角度允许光阱定位成更靠近 DLP 402，使得上模块202的总体大小可减小。还能够使光阱更大，因为光阱没有干扰物镜，由此光阱的效率能够增加，以及因此杂散光能够降低，并且用户所感知的图像的对比度能够增加。图4a示出结合图4、采用在各种平面与经过上光学模块202的光线的反射角相对应角度的示例集合所述的实施例。在这个示例中，DLP镜以相对DLP 装置的表面17度来提供。TIR楔形体的角度相互对应地选择，以便为DLP镜提供按正确角度的TIR反射照射光，同时允许图像光和暗态光经过薄空气隙，角度的各个实施例有可能取得这个方面。
图5示出按照本发明的原理的上光学模块202的又一个实施例。如同图4所示的实施例那样，图5所示的实施例不要求使用偏振光。偏振光可与这个实施例结合使用，但是不作要求。图5所示的光学模块202与结合图4所示的相似；但是，图5的实施例包括关闭光重定向楔形体502。如从图示能够看到，关闭光重定向楔形体502 允许图像光414一般沿光轴延续到物镜并且进入下光学模块204(如所示)。但是，关闭光504基本上重定向到它进入光阱的矫正楔形体 402的所述侧。这个配置可允许HWC中的进一步高度紧凑性，因为预计吸收关闭光504的光阱(未示出)能够定位成与上光学模块202横向相邻(如与在其下面相反)。在图5所示的实施例中，存在TIR楔形体418与矫正楔形体420之间的空气隙(与图4的实施例相似)。还存在矫正楔形体420与关闭光重定向楔形体502之间的薄空气隙。可存在HWC机械配置，其保证在其他位置的暗态光的光阱的定位，以及图5所示的图示应当被理解为说明关闭光能够重定向以创建总体 HWC的紧凑性的概念。图5a示出结合图5所述的实施例的一示例，其中添加了关于在各种表面的相对角度的更多细节，以及示出经过上光学模块202的图像光的光线轨迹和暗光的光线轨迹。角度的各种组合再次是可能的。
图4b示出另一实施例的图示，其中楔形体456的固体透明匹配集合在楔形体之间的界面处提供有反射偏振器450。其中楔形体集合456中的楔形体之间的界面以某个角度来设置，使得来自偏振光源458的照射光452对于DLP镜“on”态以适当角度(例如，对于 17度DLP镜为34度)来反射，使得反射图像光414沿物镜的光轴来提供。楔形体集合456中的楔形体的一般几何结构与图4和图4a所示结构相似。四分之一波膜454设置在DLP 402表面，使得照射光 452是一个偏振态(例如S偏振态)，而在经过四分之一波膜454、从 DLP镜反射并且又经过四分之一波膜454中，图像光414转换成另一偏振态(例如P偏振态)。反射偏振器定向成使得具有其偏振态的照射光452被反射，而具有其另一偏振态的图像光414被传送。由于来自“off”像素410的暗态光也两次经过四分之一波膜454，所以它也是另一偏振态(例如P偏振态)，使得它被反射偏振器450传送。
楔形体集合450的表面的角度对应于所需角度，以便以 DLP镜在处于“on”态时所需的角度来提供照射光452，使得反射图像光414沿物镜的光轴从DLP来反射。楔形体集合456提供内部界面，其中反射偏振器膜能够定位成将照射光452重定向到DLP 402的反射镜。楔形体集合还提供反射偏振器450的相对侧的匹配楔形体，使得来自“on”像素的图像光414与出口表面基本上垂直地离开楔形体集合 450，而来自“off”像素410的暗态光以与出口表面的一斜角离开。因此，图像光414在离开楔形体集合456时基本上未折射，而来自“off”像素410的暗态光在离开楔形体集合456时基本上被折射，如图4b 所示。
通过提供固体透明匹配楔形体集合，界面的平坦性降低，因为平坦性的变化具有可忽略影响，只要它们处于照射光452的锥角之内。其能够是具有26度锥角的f#2.2。在优选实施例中，反射偏振器使用光学粘合剂接合在楔形体集合456的匹配内表面之间，使得在反射偏振器450的任一侧的界面处的菲涅耳反射降低。光学粘合剂的折射率能够与楔形体集合456的材料相匹配，以及楔形体集合 456的工件能够全部由相同材料、例如BK7玻璃或浇铸亚克力来制成。其中楔形体材料能够选择成也具有低双折射，以降低亮度的不均匀性。楔形体集合456和四分之一波膜454也能够接合到DLP 402，以便进一步降低DLP界面处的菲涅耳反射损耗。另外，由于图像光 414与楔形体集合456的出口表面基本上垂直，所以表面的平坦性对保持图像光414的波前不是关键，使得高图像质量能够在所显示图像中得到，而无需出口表面的很严格的容许平坦性。
未示出的本发明的又一实施例组合图4b和图5所示的实施例。在这个实施例中，楔形体集合456由三个楔形体来组成，其中楔形体集合中的楔形体的一般几何结构与图5和图5a所示对应。反射偏振器与图4b所示相似地接合在第一与第二楔形体之间，但是第三楔形体与图5的实施例相似地设置。其中存在第二与第三楔形体之间的成角薄空气隙，使得暗态光由TIR反射到它在光阱中被吸收的第二楔形体的所述侧。与图4b所示的实施例相似，这个实施例使用偏振光源，如先前所述。这个实施例的差别在于，图像光经过反射偏振器来传送，并且经过成角度的薄空气隙来传送，使得它与第三楔形体的出口表面垂直地离开。
图5b示出具有暗光阱514a的上光学模块202。如结合图4和图4a所述，图像光能够在使用TIR和矫正透镜配置时从DLP 来生成。上模块可安装在HWC壳体510中，并且壳体510可包括暗光阱514a。暗光阱514a一般在与暗光光轴512光学对齐的位置中定位/构成/形成。如所示，暗光阱可具有深度，使得阱内部反射暗光以尝试进一步吸收光，并且防止暗光与经过物镜的图像光相结合。暗光阱可具有形状和深度，使得它吸收暗光。另外，在实施例中，暗光阱 514b可由光吸收材料来制成或者涂敷有光吸收材料。在实施例中，凹进光阱514a可包括隔板，以阻止查看暗态光。这可与黑表面和纹理或纤维表面相结合，以帮助吸收光。隔板能够是光阱的组成部分、与壳体或物镜关联等。
图5c示出具有光阱514b的另一个实施例。如在图示中能够看到，阱的形状配置成增强光阱514b中的内反射，以增加暗光 512的吸收。图5d示出具有光阱514c的另一个实施例。如在图示中能够看到，阱514c的形状配置成增强内反射，以增加暗光512的吸收。
图5e示出具有暗光阱514d的上光学模块202的另一个实施例。上模块202的这个实施例包括关闭光反射楔形体502，如结合图5和图5a的实施例所示和所述。如在图5e中能够看到，光阱514d 沿暗光512的光路来定位。暗光阱514d可如本文的其他实施例中所述来配置。图5e所示光阱514d的实施例包括楔形体的侧壁上的黑区域，其中侧壁基本上背向图像光414的光轴来定位。另外，隔板5252 可添加到物镜312的一个或多个边缘，以阻止查看与用户所看到的所显示图像相邻的光阱514d。
图6示出上光学模块202与下光学模块204的组合。在这个实施例中，从上光学模块202所投射的图像光可以或者可以没有被偏振。图像光从平坦组合器元件602来反射，使得它定向到用户的眼睛。其中，组合器元件602是部分反射镜，其反射图像光，同时传送来自环境的光的大部分，因此用户能够透过组合器元件观看，并且看到HWC周围的环境。
组合器602可包括全息图案，以形成全息镜。如果期望单色图像，则可存在组合器602的表面的全息图案的单波长反射设计。如果预计具有从组合器602的表面所反射的多个颜色，则多波长全息镜可包含于组合器表面。例如，在三色实施例(其中在图像光中生成红、绿和蓝像素)中，全息镜可反射基本上匹配光源所提供的红、绿和蓝光的波长的波长。这个配置能够用作波长特定反射镜，其中来自图像光的光的预定波长反射到用户的眼睛。这个配置还可制作成使得可见光中的基本上所有其他波长都经过组合器元件602，因此用户在透过组合器元件602观看时具有周围环境的充分清楚视图。当使用作为全息镜的组合器时，用户的眼睛与周围环境之间的透明度可以为大约80％。其中全息镜能够使用激光器来制成，以产生组合器的全息材料中的干涉图案，其中激光器的波长对应于随后由全息镜所反射的光的波长。
在另一个实施例中，组合器元件602可包括由多层涂敷衬底所组成的陷波镜，其中涂层设计成基本上反射光源所提供的光的波长并且基本上传送可见光谱中的其余波长。例如，在红、绿和蓝光由光源来提供以便使全色图像能够提供给用户的情况下，陷波镜是三色陷波镜，其中多层涂层设计成反射红、绿和蓝光(其与光源所提供的光匹配)的窄带，以及其余可见光波长经过涂层传送以实现经过组合器查看环境。在向用户提供单色图像的另一个示例中，陷波镜设计成反射与光源所提供的光的波长范围匹配的光的单个窄带，而传送其余可见光波长以实现环境的透视视图。具有陷波镜的组合器602从用户的角度来看按照与包括组合器元件602上的全息图案的组合器相似的方式进行操作。具有三色陷波镜的组合器因陷波镜的反射波长与图像光的颜色之间的匹配而将“on”像素反射到眼睛，以及佩戴者能够以高清晰度看到周围环境。当使用三色陷波镜时，用户的眼睛与周围环境之间的透明度可以为大约80％。另外，由具有陷波镜组合器的上光学模块202所提供的图像因组合器对成像光的较少散射而能够提供比全息镜组合器要高的对比度图像。
光能够经过组合器602逸出，并且当光一般向下被引导到用户脸颊时可产生面部眩光。当使用全息镜组合器或三色陷波镜组合器时，能够俘获逸出光以避免面部眩光。在实施例中，如果图像光在组合器之前偏振，则线性偏振器能够层压或者以其他方式关联到组合器，其中偏振器的传送轴相对于偏振图像光来定向，使得任何逸出图像光由偏振器来吸收。在实施例中，图像光被偏振，以便向组合器提供S偏振光，以供更好反射。因此，组合器上的线性偏振器定向成吸收S偏振光而传递P偏振光。这也提供偏振太阳镜的优选定向。
如果图像光未偏振，则微百叶窗膜、例如隐私过滤器能够用来吸收逸出图像光，同时为用户提供环境的透视视图。在这种情况下，微百叶窗膜的吸收率或透射率取决于光的角度。其中吸收陡角光，而传送较小角度的光。为此，在一实施例中，具有微百叶窗膜的组合器与图像光的光轴成大于45度角(例如，组合器能够以50度来定向，因此来自文件透镜的图像光以斜角入射到组合器)。
图7示出当组合器元件602包括全息镜时在各种角度的组合器元件602的一实施例。通常，镜化的表面以与光入射到镜像表面的角度相等的角度来反射光。通常，这在向组合器垂直呈现光时需要组合器元件处于45度(602a)，因此光能够水平反射到佩戴者的眼睛。在实施例中，入射光能够以除了垂直之外的角度来呈现，以便使反射镜表面能够以除了45度之外来定向，但是在采用镜像表面(包括先前所述的三色陷波镜)的所有情况下，入射角等于反射角。因此，增加组合器602a的角度要求入射图像光以不同角度(其将上光学模块202定位到组合器的左边，如图7所示)向组合器602a呈现入射图像光。相比之下，实施例中包含的全息镜组合器能够制作成使得光以与入射到全息镜像表面上的光的角度不同的角度来反射。这允许与入射图像光的角度和反射到佩戴者眼睛中的光的角度无关地选择组合器元件602b的角度的自由度。在实施例中，组合器元件602b的角度大于45度(图7所示)，因为这允许更为横向紧凑的HWC设计。组合器元件602b的增加角度减少下光学模块204的前-后宽度，并且可允许更薄的HWC显示器(即，离佩戴者的眼睛最远的元件能够更靠近佩戴者的脸部)。
图8示出下光学模块204的另一个实施例。在这个实施例中，由上光学模块202所提供的偏振图像光定向到下光学模块204 中。图像光从偏振镜804反射，并且被引导到聚焦部分反射镜802，其适合反射偏振光。位于偏振镜804与部分反射镜802之间的光学元件、例如1/4波膜用来改变图像光的偏振态，使得部分反射镜802所反射的光由偏振镜804传送，以便向佩戴者的眼睛呈现图像光。用户还能够透过偏振镜804和部分反射镜802观看，以看到周围环境。因此，用户感知由覆盖到环境的透视视图上的所显示图像光所组成的组合图像。
虽然本发明的许多实施例称作包含某些光学组件的上和下模块，但是应当理解，结合上模块所述的图像光和暗光产生和管理功能可排列成沿其他方向(例如向上、向侧面等)定向光。在实施例中，将上模块202安装在佩戴者眼睛上方可以是优选的，在这种情况下，图像光向下定向。在其他实施例中，从佩戴者眼睛的所述侧或者佩戴者眼睛下面产生光可以是优选的。另外，下光学模块一般配置成将图像光输送给佩戴者的眼睛，并且允许佩戴者透过下光学模块观看，这可经过多种光学组件来实现。
图8a示出本发明的一实施例，其中上光学模块202排列成将图像光定向到TIR波导810中。在这个实施例中，上光学模块 202定位在佩戴者眼睛812上方，并且光水平定向到TIR波导810中。 TIR波导设计成按照向下TIR反射系列内部反射图像光，直至它到达佩戴者眼睛前面的部分，其中光从TIR波导812来传递到佩戴者的眼睛中。在这个实施例中，外护罩814定位在TIR波导810前面。
图8b示出本发明的一实施例，其中上光学模块202排列成将图像光定向到TIR波导818中。在这个实施例中，上光学模块 202排列在TIR波导818的所述侧。例如，上光学模块在配置为一对头戴式眼镜时定位在HWC的镜臂中或者附近。TIR波导818设计成按照TIR反射系列内部反射图像光，直至它到达佩戴者眼睛前面的部分，其中光从TIR波导812来传递到佩戴者的眼睛中。
图8c示出本发明的又一些实施例，其中，上光学模块 202将偏振图像光定向到光导828中，其中图像光经过偏振反射器 824，在光学元件822(其包括例如1/4波膜)的反射时改变偏振态，并且然后因图像光的偏振的变化而由偏振反射器824反射到佩戴者的眼睛。上光学模块202可定位成将光定向到反射镜820，以便横向定位上光学模块202，在其他实施例中，上光学模块202可将图像光直接定向到偏振反射器824。应当理解，本发明包括预计将图像光定向到佩戴者的眼睛中的其他光学布置。
本发明的另一方面涉及眼睛成像。在实施例中，照相装置与上光学模块202结合使用，使得佩戴者的眼睛能够使用DLP上的“off”态的像素来成像。图9示出一种系统，其中眼睛成像照相装置 802安装和成角以使得眼睛成像照相装置802的视场通过处于“off”态的DLP 402的反射镜像素重定向到佩戴者的眼睛。这样，眼睛成像照相装置802能够用来沿与向佩戴者所呈现的所显示图像相同的光轴对佩戴者的眼睛进行成像。其中，向佩戴者的眼睛所呈现的图像光照射佩戴者的眼睛，使得眼睛能够由眼睛成像照相装置802来成像。在该过程中，由眼睛所反射的光又经过下光学模块204的光学系以及上光学模块的一部分，其中光通过DLP 402的“off”像素反射到眼睛成像照相装置802。
在实施例中，眼睛成像照相装置可在存在足够“off”像素以取得所需眼睛图像分辨率的时刻对佩戴者的眼睛进行成像。在另一个实施例中，眼睛成像照相装置随时间推移从“off”像素来收集眼睛图像信息，并且形成时间推移图像。在另一个实施例中，向用户呈现修改图像，其中包含照相装置能够得到用于对佩戴者眼睛进行成像的期望分辨率和亮度的足够“off”态像素，以及将眼睛图像捕获与修改图像的呈现同步。
眼睛成像系统可用于安全系统。如果没有识别眼睛(例如经过包括视网膜或虹膜特性等的眼睛特性)，则HWC可以不允许对 HWC或另一系统的访问权。在一些实施例中，HWC可用来提供恒定安全访问。例如，眼睛安全确认可以是连续、近连续、实时、准实时、周期等的过程，因此佩戴者如所知实际上不断被检验。在实施例中，可佩戴HWC，并且跟踪眼睛安全性以获得对其他计算机系统的访问权。
眼睛成像系统可用于HWC的控制。例如，瞇眼或眨眼或者特定眼睛移动可用作工作于HWC或关联装置的软件应用的控制机制。
眼睛成像系统可用于确定HWC 102向佩戴者传递数字显示内容的方式或时间的过程中。例如，眼睛成像系统可确定用户沿某个方向观看，并且然后HWC可改变显示区域中的分辨率或者提供与用户可注视的环境中的某个事物关联的某种内容。备选地，眼睛成像系统可识别不同用户，并且改变提供给用户的显示内容或启用特征。可从位于HWC 102或者远程定位于网络110或服务器112的用户眼睛特性的数据库来识别用户。另外，HWC可从眼睛特性来识别主要用户或者一组主要用户，其中(一个或多个)主要用户提供有特征的增强集合，而所有其他用户提供有特征的不同集合。因此，在这种使用情况下，HWC 102使用所识别眼睛特性来启用或者不启用特征，并且只需要与单独眼睛特性的较小数据库相比来分析眼睛特性。
图10示出可与上光学器件模块202关联使用的光源(例如，在来自固态光源的光被偏振时的偏振光源，例如偏振光源302和 458)和光源404。在实施例中，为了提供将要直接或间接定向到上光学模块202中并且定向到上光学模块的DLP的光1008的均匀表面，固态光源1002可投射到背光光学系统1004中。固态光源1002可以是一个或多个LED、激光二极管、OLED。在实施例中，背光光学系统1004包括具有大于3的长度/距离比的延长段，其中光经受来自侧壁的多个反射，以便使如固态光源1002所供应的光混合或均质。背光光学系统1004还能够包括与均匀光1008离开背光1004的位置相对的表面(在如图10所示的左侧)上的结构，以将光的方向改变成朝向DLP 302和反射偏振器310或者DLP 402和TIR楔形体418。背光光学系统1004还可包括准直均匀光1008以便以较小角分布或者较窄锥角将光提供给DLP的结构。扩散器或偏振器能够在背光光学系统的入口或出口表面使用。扩散器能够用来使来自背光的离开光扩展或均匀，以改进均匀性或者增加均匀光1008的角扩展。沿某些方向更多扩散光而沿其他方向更少扩散光的椭圆扩散器能够用来改进均匀光1008沿与均匀光1008的光轴垂直的方向的均匀性或扩展。线性偏振器能够用来将如固态光源1002所供应的非偏振光转换成偏振光，因此均匀光1008采用期望偏振态来偏振。反射偏振器能够在背光1004的出口表面用来将均匀光1008偏振到期望偏振态，同时将另一偏振态反射回背光中，其中它通过背光1004中并且在固态光源1002 的多个反射再循环。因此，通过在背光1004的出口表面包含反射偏振器，改进偏振光源的效率。
图10a和图10b示出背光光学系统1004中的结构的图示，该结构能够用来改变由光源提供给入口面1045的光的方向，并且然后沿与离开均匀光1008的光轴横向的方向来准直光。结构1060 包括透明波导中的成角锯齿图案，其中各锯齿的左边缘夹住陡角光线，由此限制被重定向光的角度。在各锯齿的右边(如所示)的陡表面然后重定向光，使得它从各锯齿的左成角表面反射，并且定向到出口表面1040。图10a和图10b的下表面所示的锯齿表面能够是平滑的，并且经涂敷(例如涂敷有铝涂层或介电反射镜涂层)，以便没有散射地提供高等级的反射率。结构1050包括左侧(如所示)的弯曲面，以便在光线经过出口表面1040之后聚焦光线，由此提供用于准直均匀光 1008的机制。在另一实施例中，扩散器能够设置在固态光源1002与入口面1045之间，以便使固态光源1002所提供的光均质。在又一实施例中，偏振器能够在扩散器与背光1004的入口面1045之间使用，以提供偏振光源。因为锯齿图案提供平滑反射表面，所以光的偏振态能够从入口面1045保存到出口面1040。在这个实施例中，从固态光源1002进入背光的光经过偏振器，使得它采用期望偏振态来偏振。如果偏振器是吸收线性偏振器，则传送期望偏振态的光，而吸收另一偏振态的光。如果偏振器是反射偏振器，则期望偏振态的光传送到背光1004中，而另一偏振态的光反射回固态光源1002中，其中它能够如先前所述再循环，以增加偏振光源的效率。
图11a示出光源1100，其可与上光学器件模块202关联地使用。在实施例中，光源1100可如以上结合图10所述向背光光学系统1004提供光。在实施例中，光源1100包括三色陷波过滤器1102。三色陷波过滤器1102具有用于三个波长的窄带通过滤器，如图11c 的传送图表1108中所示。图11b中示为1104的图表示出三个不同彩色LED的输出。能够看到，发射带宽较窄，但是它们具有长尾。三色陷波过滤器1102能够与这类LED结合用来提供光源1100，其发射光的窄过滤波长，如图11d示为传送图表1110。其中，三色陷波过滤器1102的夹持效果能够被看到已经切割来自LED发射图表1104 的尾部，以便向上光学模块202提供光的较窄波段。光源1100能够与具有全息镜或三色陷波镜的组合器602结合用来提供光的窄带，其以没有被组合器所反射的较少无用光来反射到佩戴者的眼睛，由此改进效率并且降低能够引起面部眩光的逸出光。
图12a示出另一个光源1200，其可与上光学器件模块 202关联地使用。在实施例中，光源1200可如以上结合图10所述向背光光学系统1004提供光。在实施例中，光源1200包括量子点覆盖玻璃1202。其中量子点吸收较短波长的光而发射较长波长的光(图12b 示出一示例，其中施加到量子点的UV谱1202使量子点发射示为PL 谱1204的窄带)，其取决于量子点的材料组成和大小。因此，量子点覆盖玻璃1202中的量子点能够设计成提供窄带宽光的一个或多个频带(例如取决于如使用三个不同量子点的图12c所示的图表中所示的所包含的不同量子点的红、绿和蓝发射)。在实施例中，LED驱动器光发射UV光、深蓝或蓝光。对于不同颜色的相继照射，使用多个光源1200，其中各光源1200包括量子点覆盖玻璃1202，其中量子点选择成以期望颜色之一进行发射。光源1100能够与具有全息镜或三色陷波镜的组合器602结合用来提供光的窄传送带，其以没有被反射的较少无用光来反射到佩戴者的眼睛。
本发明的另一方面涉及对于佩戴HWC的人的周边图像光效果的生成。在实施例中，固态照明系统(例如LED、OLED等)或者另一照明系统可包含在下光学模块204的光学元件内部。固态照明系统可设置成使得呈现所呈现数字内容的视场(FOV)外部的照明效果，以便对佩戴HWC的人创建浮现效果。为此，可向佩戴者可见的 HWC的任何部分来呈现照明效果。固态照明系统可由HWC上的集成处理器以数字方式控制。在实施例中，集成处理器将与HWC的FOV中呈现的数字内容协调地控制照明效果。例如，影片、图片、游戏或另一内容可在HWC的FOV中显示或播放。内容可显示FOV 的右侧的炸弹爆炸，以及同时，上模块光学器件内部的固态照明系统可与FOV图像效果一致地快速闪烁。效果可以不是很快，但是它可更为持久以指示例如用户一侧的一般光芒或颜色。固态照明系统可采用红、绿和蓝LED进行颜色控制，例如使得颜色控制能够与视场中的数字呈现内容来协调。
图13a示出下光学模块204的光学组件连同外透镜 1302。图13a还示出包括效应LED 1308a和1308b的一实施例。图 13a示出如本文其他部分所述的图像光1312，其定向到上光学模块，其中它将从组合器元件1304反射，如本文其他部分所述。这个实施例中的组合器元件1304在模块顶部朝向佩戴者眼睛而在模块底部背向佩戴者眼睛成角度，又如结合图8所示和所述(例如以45度角)。由上光学模块202(图13a中未示出)所提供的图像光1312从组合器元件1304背向佩戴者眼睛反射到准直镜1310，如本文其他部分所述。图像光1312然后从准直镜1304反射和聚焦，又经过组合器元件 1304，并且定向到佩戴者眼睛中。佩戴者还能够经过组合器元件1304、准直镜1310和外透镜1302(若被包含的话)的透明度来查看周围环境。如本文其他部分所述，偏振各种表面，以创建图像光的光路，并且提供元件的透明度，使得佩戴者能够查看周围环境。佩戴者一般将感知图像光形成FOV 1305中的图像。在实施例中，可包含外透镜1302。外透镜1302是可以或者可以不是矫正性的外透镜，并且它可设计成隐藏下光学模块组件，以努力使HWC看起来采取与标准眼镜或太阳镜相似的形式。
在图13a所示的实施例中，效应LED 1308a和1308b定位在组合器元件1304和外透镜1302和/或准直镜1310的侧面。在实施例中，效应LED 1308a定位在组合器元件1304和外透镜1302和/ 或准直镜所定义的界限之内。效应LED 1308a和1308b也定位在FOV 1305外部。在这个布置中，效应LED 1308a和1308b能够提供FOV 1305外部的下光学模块中的照明效果。在实施例中，可偏振从效应 LED 1308a和1308b所发射的光，使得光经过组合器元件1304传递到佩戴者的眼睛，而没有经过外透镜1302和/或准直镜1310。这个布置，通过不是经过HWC前面将照明效果传送到周围环境中，按照更保密设定向佩戴者提供周边照明效果。但是，在其他实施例中，效应 LED 1308a和1308b可以未偏振，因此使所提供的照明效果是环境中的他人有目的地可查看的以供娱乐，例如给予佩戴者的眼睛与佩戴者所查看的图像内容相对应地发光的效果。
图13b示出结合图13a所述实施例的截面。如所示，效应LED 1308a位于下光学模块的光学组件内部的前上区域中。应当理解，所述实施例中的效应LED 1308a的位置只是说明性的，以及本发明包含备选布置。另外，在实施例中，在HWC两侧的每侧中可存在一个或多个效应LED 1308a，以提供佩戴者的一个或两个眼睛附近的周边照明效果。
图13c示出一实施例，其中组合器元件1304在顶部背向眼睛而在底部朝向眼睛成角度(例如按照本文所述的全息或陷波过滤器实施例)。在这个实施例中，效应LED 1308a位于组合器元件1304 的外透镜1302侧，以提供照明效果的隐藏外观。如同其他实施例一样，图13c的效应LED 1308a可包括偏振器，使得发射光能够经过与组合器元件1304关联的偏振元件，并且被与外透镜1302关联的偏振元件所阻挡。
本发明的另一方面涉及从佩戴者脸部与HWC本身之间的空间逸出的光的减轻。本发明的另一方面涉及保持接近佩戴者眼睛的控制照明环境。在实施例中，照明环境的保持以及光逸出的减轻通过包含HWC的可拆卸和可更换柔性护罩来实现。其中能够与各眼睛的显示器的使用相对应地为一个眼睛或两个眼睛提供可拆卸和可更换护罩。例如，在夜视应用中，仅对一个眼睛的显示可用于夜视，而对另一眼睛的显示关闭，以便在可见光是可用的区域与需要夜视增强的黑暗区域之间移动时提供良好透视。
图14a示出具有开口1408的可拆卸和可更换柔性眼睛盖板1402，其可通过使用磁体与HWC 102快速附连和拆卸。可使用其他附连方法，但是为了说明本发明，将聚焦于磁体实现。在实施例中，磁体可包含在眼睛盖板1402中，以及相反极性的磁体可包含在(例如嵌入)HWC 102的框架中。两个元件的磁体通过相反极性配置相当强烈地吸引。在另一个实施例中，元件之一可具有磁体，而另一侧可具有用于吸引的金属。在实施例中，眼睛盖板1402是柔性弹性护罩。在实施例中，眼睛盖板1402可以是弹性膜盒设计，以便适应灵活性并且与佩戴者面部更紧密对齐。图14b示出适配为单个眼睛盖板的可拆卸和可更换柔性眼睛盖板1404。在实施例中，单个眼睛盖板可用于HWC的每侧，以覆盖佩戴者的两个眼睛。在实施例中，单个眼睛盖板可与HWC(其仅包括用于一个眼睛的一个计算机显示器)结合使用。这些配置通过覆盖佩戴者脸部与HWC之间的空间，来防止所生成并且一般定向到佩戴者脸部的光。开口1408允许佩戴者经过开口 1408观看，以便经过HWC前面来查看所显示内容和周围环境。例如能够防止下光学模块204中的图像光经过内部光学器件偏振方案从 HWC前面发射，如本文所述。
图14c示出光抑制系统的另一个实施例。在这个实施例中，眼睛盖板1410可与眼睛盖板1402相似，但是眼睛盖板1410包括前光护罩1412。前光护罩1412可以是不透明的，以防止光逸出 HWC的前透镜。在其他实施例中，偏振前光护罩1412，以防止光逸出前透镜。在偏振布置中，在实施例中，HWC的(例如下光学模块204 的)内部光学元件可偏振传送到HWC前面的光，以及可偏振前光护罩 1412，以防止光透过前光护罩1412。
在实施例中，可包含不透明前光护罩1412，以及数字内容可包括周围环境的图像，使得佩戴者能够看见周围环境。可为一个眼睛呈现夜视环境影像，并且这个眼睛的周围环境光路可使用不透明前照灯护罩1412来覆盖。在其他实施例中，这个布置可与两只眼睛关联。
本发明的另一方面涉及自动配置HWC 102中使用的(一个或多个)照明系统。在实施例中，如本文所述，显示照明和/或效果照明可按照适合于眼睛盖板1408与HWC 102附连或拆卸时的方式来控制。例如，在夜间，当环境中的光较低时，HWC中的(一个或多个) 照明系统可进入低光模式，以便进一步控制从HWC以及HWC周围区域逸出的任何数量的杂散光。在使用夜视或标准视觉的同时在夜间的隐蔽操作要求一种解决方案，其防止尽可能多的逸出光，因此用户可夹住(一个或多个)眼睛盖板1408，并且然后HWC可进入低光模式。在一些实施例中，如果HWC识别环境处于低光条件(例如经过环境光级传感器检测)，则低光模式可以仅当附连眼睛盖板1408时才进入低光模式。在实施例中，低光级可确定为处于取决于环境条件的全与低光之间的中间点。
本发明的另一方面涉及当与HWC附连或拆卸眼睛盖板 1408时自动控制HWC中显示的内容的类型。在实施例中，当(一个或多个)眼睛盖板1408附连到HWC时，可限制所显示内容的量或者色量。例如，(一个或多个)显示器可进入简单内容传递模式，以限制所显示的信息量。这可进行以减少(一个或多个)显示器所产生的光量。在一实施例中，(一个或多个)显示器可从彩色显示器改变成单色显示器，以减少所产生的光量。在一实施例中，单色照明可以是红色，以便限制对佩戴者眼睛的影响，以保持在黑暗中更好观看的能力。
参照图15，现在转向描述特定外部用户接口104(一般称作笔1500)。笔1500是专门设计的外部用户接口104，并且能够作为例如到许多不同样式的HWC 102的用户接口来操作。笔1500一般沿用常规笔(其是熟悉的用户手持装置)的形式，并且创建使许多操作在HWC系统100中执行的直观物理接口。笔1500可以是与HWC系统100中的控制操作结合使用的若干用户接口104其中之一。例如， HWC 102可观看手势116并且将其解释为控制信号，其中笔1500还可用作与相同HWC 102的用户接口。类似地，远程键盘可用作与笔 1500一致的外部用户接口104。用户接口的组合或者仅一个控制系统的使用一般取决于HWC系统100中运行的操作。
虽然笔1500可沿用常规笔的一般形式，但是它包含使它能够用作外部用户接口104的许多技术。图15示出笔1500中包含的技术。能够看到，笔1500可包括照相装置1508，其设置成透过透镜1502来观看。照相装置则可聚焦，例如透过透镜1502，以便对用户正在书写或者进行其他移动以便与HWC 102进行交互的表面进行成像。存在笔1500还将具有墨水、石墨或其他系统以使得书写内容在书写表面能够看到的状况。存在其他状况，其中笔1500没有这种物理书写系统，因此不存在书写表面上的沉积，其中笔仅向HWC 102 传递数据或命令。本文更详细描述透镜配置。照相装置的功能是从非结构化书写表面来捕获信息，使得笔行程能够被解释为如用户所预计。为了帮助预测预计行程路径，笔1500可包括传感器、例如IMU 1512。当然，IMU可包含在笔1500的独立部件(例如陀螺仪、加速计等)中，或者IMU可作为单个单元来包含。在这种情况下，IMU 1512 用来测量和预测笔1500的运动。集成微处理器1510又将IMU信息和照相装置信息看作是输入，并且处理信息以形成笔尖移动的预测。
笔1500还可包括压力监测系统1504，例如以测量对透镜1502所施加的压力。如本文将更详细描述，压力测量能够用来预测用户改变线条粗细、画笔类型、点击、双击等的意向。在实施例中，压力传感器可使用位于透镜1502背后的任何力或压力测量传感器(包括例如电阻传感器、电流传感器、电容传感器、电压传感器、例如压电传感器等)来构成。
笔1500还可包括例如用于与HWC 102的双向通信的通信模块1518。在实施例中，通信模块1518可以是短距离通信模块(例如蓝牙)。通信模块1518可与HWC 102安全匹配。通信模块1518可设置成向/从笔1500的微处理器1510传递数据和命令。微处理器1510 可编程为解释从照相装置1508、IMU 1512和压力传感器1504等生成的数据，并且然后例如经过通信模块1518将命令传递到HWC 102。在另一个实施例中，由微处理器从输入源(例如照相装置1508、IMU 1512、压力传感器1504)所收集的数据可由通信模块1518传递给 HWC 102，以及HWC 102可在使用笔1500时执行数据处理和用户意向预测。在又一个实施例中，数据还可经过网络110传递到远程装置、例如服务器，以供数据处理和预测。命令然后可重新传递给HWC102 供执行(例如在眼镜显示器中显示书写、在眼镜显示器的UI中进行选择、控制远程外部装置112、控制本地外部装置108)等。笔还可包括用于长期或短期使用的存储器1514。
笔1500还可包括多个物理用户接口，例如快速启动按钮1522、触摸传感器1520等。快速启动按钮1522可适合为用户提供跳转到HWC系统100中的软件应用的快速方式。例如，用户可以是通信软件封装(例如电子邮件、文本、Twitter、Instagram、Facebook、 Google+等)的频繁用户，以及用户可对快速启动按钮1522编程，以命令HWC 102启动应用。笔1500可提供有若干快速启动按钮1522，其可以是用户可编程或工厂可编程的。快速启动按钮1522可编程为执行操作。例如，按钮之一可编程为清除HWC 102的数字显示。这创建使用户由于任何原因(例如更好地查看环境)而清除HWC 102上的屏幕的快速方式。下面将更详细论述快速启动按钮功能性。触摸传感器1520可用来获取来自用户的手势样式输入。例如，用户可以能够用单个手指并且跨触摸传感器1520移动它以影响页面滚动。
笔1500还可包括激光指针1524。激光指针1524可与 IMU 1512协调，以协调手势和激光指向。例如，用户可在呈现中使用激光器1524，以帮助采用图形解释指导观众，以及IMU1512可同时或者在激光器1524关闭时将用户手势解释为命令或数据输入。
图16A-C示出透镜1500的透镜和照相装置布置的若干实施例。一个方面涉及保持照相装置与书写表面之间的恒定距离，以便使书写表面能够保持聚焦，以用于更好地跟踪笔1500通过书写表面的移动。另一方面涉及保持跟随笔1500的书写尖的圆周的成角度表面，使得笔1500能够滚动或者在用户手中部分滚动，以创建常规书写仪器的感觉和自由度。
图16A示出笔1500的书写透镜端的一实施例。该配置包括球透镜1604、照相装置或图像捕获表面1602和圆顶盖透镜1608。在这个布置中，照相装置经过球透镜1604和圆顶盖透镜1608来查看书写表面。球透镜1604使照相装置聚焦，使得照相装置在笔1500保持在手中的自然书写位置时、例如当笔1500与书写表面接触时查看书写表面。在实施例中，球透镜1604应当与书写表面分隔，以便在照相装置1602得到书写表面的最高分辨率。在实施例中，球透镜1604 分隔大约1至3mm。在这个配置中，圆顶盖透镜1608提供一个表面，其能够例如与用来在书写表面进行书写的角度基本上无关地将球透镜1604保持与书写表面分隔恒定距离。例如，在实施例中，这个布置中的照相装置的视场为大约60度。
用来与书写表面在物理上交互的圆顶盖透镜或其他透镜1608在照相装置1602的有效带宽之内将是透明或能传送的。在实施例中，圆顶盖透镜1608可以是球面或其他形状，并且由玻璃、塑料、蓝宝石、钻石等组成。在其他实施例中，表面的低分辨率成像是可接受的。笔1500能够省略圆顶盖透镜1608，以及球透镜1604能够与表面直接接触。
图16B示出另一个结构，其中构造与结合图16A所述有点相似；但是这个实施例没有使用圆顶透镜1608，而是使用隔离片1610来保持球透镜1604与书写表面之间的可预测距离，其中隔离片可以是球面、柱面、管状或其他形状，其在允许图像由照相装置1602经过透镜1604所得到的同时提供间距。在优选实施例中，隔离片1610是透明的。另外，虽然隔离片1610示为球面，但是可使用其他形状，例如卵形、环形、半球形、锥形、圆柱或其他形式。
图16C示出又一个实施例，其中结构包括例如贯穿笔 1500的透镜端的中心的杆1614。杆1614可以是墨水沉积系统(例如墨水盒)、石墨沉积系统(例如石墨支架)或者其用途主要只是对齐的伪杆。杆类型的选择取决于笔的使用。例如，在用户想要将笔1500用作常规墨水沉积笔以及全功能外部用户接口104的情况下，墨水系统杆是最佳选择。如果不需要‘书写’在书写表面是可见的，则选择是伪杆。图16C的实施例包括(一个或多个)照相装置1602和关联透镜 1612，其中照相装置1602和透镜1612定位成在没有来自杆1614的充分干扰的情况下捕获书写表面。在实施例中，笔1500可包括多个照相装置1602和透镜1612，使得尖1614的圆周的更多或全部能够用作输入系统。在一实施例中，笔1500包括与轮廓相合的把手，其将笔在用户手中保持对齐，使得照相装置1602和透镜1612保持指向该表面。
笔1500的另一方面涉及感测由用户采用笔1500对书写表面所施加的力。可按照多种方式使用力测量。例如，力测量可用作离散值或者不连续事件跟踪，并且相对过程中的阈值来比较，以确定用户的意向。例如，用户可能想要力被解释为对象的选择中的‘点击’。用户可预计多个力施加被解释为多个点击。可能存在用户将笔1500 保持在某个位置或者握持笔1500的某个部分(例如按钮或触摸板)而同时点击以影响某个操作(例如‘右击’)的时机。在实施例中，力测量可用来跟踪力和力趋势。例如，力趋势可被跟踪并且与阈值极限进行比较。可存在一种这样的阈值极限、多个极限、相关极限编组等。例如，当力测量指示一般落入相关阈值的范围之内的相当恒定力时，微处理器1510可将力趋势解释为关于用户期望保持当前书写风格、书写尖类型、线条粗细、画笔类型等的指示。在力趋势看起来有意超出阈值集合的情况下，微处理器可将该动作解释为用户想要改变当前书写风格、书写尖类型、线条粗细、画笔类型等的指示。一旦微处理器进行关于用户意向的确定，可运行当前书写风格、书写尖类型、线条粗细、画笔类型等的变化。在实施例中，可向用户通知该变化(例如在HWC 102的显示器中)，并且用户可被呈现以接受该变化的机会。
图17A示出笔1500的力感测表面尖1700的一实施例。力感测表面尖1700包括与力或压力监测系统1504相结合的表面连接尖1702(例如，如本文其他部分所述的透镜)。当用户使用笔1500在表面书写或者模拟表面的书写时，力监测系统1504测量用户施加到书写表面的力或压力，并且力监测系统将数据传递给微处理器1510 供处理。在这个配置中，微处理器1510从力监测系统1504接收力数据，并且处理该数据，以对用户在施加当前被施加的特定力中的意向进行预测。在实施例中，该处理可在除了笔上之外的位置(例如在 HWC系统100的服务器、在HWC 102上)来提供。为了清楚起见，本文中提到关于微处理器1510的处理信息时，信息的处理考虑在除了笔上之外的位置来处理信息。微处理器1510可编程有(一个或多个) 力阈值、(一个或多个)力签名、力签名库和/或预计指导推断程序基于所测量力或压力来确定用户的意向的其他特性。微处理器1510还可编程为从力测量来推断用户是尝试发起分立动作(例如用户接口选择‘点击’)还是执行恒定动作(例如在特定书写风格之内书写)。推断过程是重要的，因为它使笔1500充当直观外部用户接口104。
图17B示出具有单个阈值1718的力1708对时间1710 趋势图。阈值1718可设置在指示离散力施加(其指示用户引起动作(例如选择GUI中的对象)的期望)的等级。例如，事件1712可被解释为点击或选择命令，因为力从低于阈值1718快速增加到高于阈值1718。事件1714可被解释为双击，因为力快速增加到高于阈值1718，减少到低于阈值1718，并且然后基本上快速重复进行。用户还可使力超过阈值1718并且保持指示用户预计选择GUI中的对象(例如，HWC 102的显示器中呈现的GUI)并且‘保持’另一操作(例如移动对象)的周期。
虽然阈值可用来帮助解释用户的意向，但是也可使用签名力事件趋势。阈值和签名可结合使用，或者方法可单独使用。例如，单击签名可通过某个力趋势签名或签名集合来表示。例如，(一个或多个)单击签名可要求趋势满足x与y值之间的上升时间、a与b值之间的保持时间以及c与d值之间的下降时间的标准。可为多种功能(例如点击、双击、右击、保持、移动等)来存储签名。微处理器1510可将实时力或压力跟踪相对来自签名库的签名进行比较，以决策并且向 GUI中运行的软件应用发出命令。
图17C示出具有多个阈值1718的力1708相对时间1710 趋势图。作为举例，力趋势在具有若干笔力或压力事件的图表上绘制。如所述，存在推测有意事件1720和推测无意事件1722。图17C的两个阈值1718创建力的三个区域：较低、中间和较高范围。趋势的开始指示用户放置较低区域量的力。这可意味着，用户采用给定线条权重进行书写，而不是要改变用户书写的权重。然后，趋势显示到中间力范围中的力的显著增加1720。这个力变化从趋势看来已经是突然的，并且此后被维持。微处理器1510可将此解释为有意变化，并且因此按照预设规则来改变操作(例如改变线条宽度、增加线条权重等)。趋势然后继续到高力范围中的第二明显有意事件1720。在高力范围中的表现期间，力下降到低于上阈值1718。这可指示无意力变化，并且微处理器可检测范围的变化，但是不影响通过笔1500所协调的操作的变化。如上所示，趋势分析可采用阈值和/或签名进行。
一般来说，在本公开中，仪器行程参数变化可称作线条类型、线条粗细、尖类型、画笔类型、画笔宽度、画笔压力、颜色和其他形式的书写、着色、上色等的变化。
笔1500的另一方面涉及根据上下文信息和/或(一个或多个)选择接口来选择笔1500的操作模式。笔1500可具有若干操作模式。例如，笔1500可具有书写模式，其中为与书写关联的任务来优化或选择笔1500的(一个或多个)用户接口(例如书写表面端、快速启动按钮1522、触摸传感器1520、基于运动的手势等)。作为另一个示例，笔1500可具有Wand模式，其中为与软件或装置控制(例如HWC 102、外部本地装置、远程装置112等)关联的任务来优化或选择笔的(一个或多个)用户接口。作为另一个示例，笔1500可具有呈现模式，其中优化或选择(一个或多个)用户接口，以帮助用户给予呈现(例如，采用激光指针1524进行指向，同时使用(一个或多个)按钮 1522和手势来控制呈现或者与呈现相关的应用)。笔例如可具有为用户尝试控制的特定装置来优化或选择的模式。笔1500可具有多个其他模式，以及本发明的一个方面涉及选择这类模式。
图18A示出基于上下文信息的自动用户接口模式选择。微处理器1510可编程有IMU阈值1814和1812。阈值1814和1812 可用作某些预测模式期间的某些预计位置的笔1500的角度1804和 1802的上限和下限的指示。例如，当微处理器1510确定笔1500被保持或者以其他方式定位在与书写阈值1814对应的角度1802之内时，微处理器1510则可建立笔的用户接口的书写模式。类似地，如果微处理器1510确定(例如经过IMU 1512)笔以落在预定Wand阈值 1812之间的角度1804来保持，则微处理器可建立笔的用户接口的 Wand模式。这两种示例可称作基于上下文的用户接口模式选择，因为模式选择基于自动收集并且然后经过自动评估过程用来自动选择笔的用户接口模式的上下文信息(例如位置)。
如同本文所述其他示例一样，微处理器1510可监测上下文趋势，以努力判定是停留在某个模式还是改变模式。例如，经过签名、阈值、趋势分析等，微处理器可确定变化是无意变化，并且因此没有期望用户接口模式变化。
图18B示出基于上下文信息的自动用户接口模式选择。在这个示例中，笔1500监测(例如经过其微处理器)在书写表面端1508 的照相装置是否对邻近笔1500的书写表面端的书写表面进行成像。如果笔1500确定书写表面处于预定较短距离之内，则笔1500可判定书写表面存在1820，并且笔可进入书写模式用户接口模式。在笔1500 没有检测到较近书写表面1822的情况下，笔可预测笔当前没有用作书写仪器，并且笔可进入非书写用户接口模式。
图18C示出手动用户接口模式选择。可基于笔1500壳体的一段1824的扭曲、点击端按钮1828、按压快速启动按钮1522、与触摸传感器1520进行交互、在压力监测系统检测预定动作(例如点击)、检测手势(例如由IMU来检测)等，来选择用户接口模式。手动模式选择可涉及选择与笔1500关联的GUI中的项(例如HWC 102的显示器中呈现的图像)。
在实施例中，在模式将要发生变化的情况下向用户呈现确认选择。呈现可以是物理的(例如笔1500中的振动)、经过GUI、经过光指示器等。
图19示出耦合笔使用情形1900和1901。存在许多使用情形，并且提供结合图19的耦合作为示出使用情形的方式，以促进读者的进一步了解。因此，使用情形应当被认为是说明性和非限制性的。
使用情形1900是一种书写情形，其中笔1500用作书写仪器。在这个示例中，按压快速启动按钮122A，以启动HWC 102显示器1904的GUI 1908中的笔记应用1910。一旦按压快速启动按钮 122A，HWC 102启动笔记程序1910，并且使笔进入书写模式。用户使用笔1500在书写表面上划出符号1902，笔记录划线并且将划线传送给HWC 102，其中表示划线的符号在笔记应用1910中显示1912。
使用情形1901是一种手势情形，其中笔1500用作手势捕获和命令装置。在这个示例中，激活快速启动按钮122B，并且笔 1500激活Wand模式，使得能够控制在HWC 102上启动的应用。在这里，用户看到HWC 102的(一个或多个)显示器中的应用选择器 1918，其中不同软件应用能够由用户来选择。用户采用笔打手势(例如刷、自旋、转动等)，以使应用选择器1918逐个应用移动。一旦在选择器1918中识别(例如加亮显示)正确应用，用户可打手势或点击或者以其他方式与笔1500交互，使得选择和启动所识别应用。一旦启动应用，Wand模式可用来例如滚动、旋转、改变应用、选择项、发起过程等。
在一实施例中，可激活快速启动按钮122A，并且HWC 102可启动向用户呈现一组应用的应用选择器。例如，快速启动按钮可启动选择器，以显示可用于选择的所有通信程序(例如SMS、 Twitter、Instagram、Facebook、电子邮件等)，使得用户能够选择用户想要的程序，并且然后进入书写模式。作为另一示例，启动器可引出各种其他编组(其可被相关或者分类为一般在给定时间来选择(例如 Microsoft Office产品、通信产品、生产率产品、笔记产品、组织产品等))的选择。
图20示出本发明的又一个实施例。图2000示出控制器2000上的表带夹。控制器上的表带夹可以是用来控制HWC系统100 中的HWC 102或装置的控制器。控制器2000上的表带夹具有扣件 2018(例如可旋转夹)，其在机械上适合附连到表带，如在2004所示。
表带控制器2000可具有快速启动接口2008(例如，如本文所述启动应用和选择器)、触摸板2014(例如用作HWC 102显示器中的GUI控件的触摸样式鼠标)和显示器2012。夹子2018可适合安装大范围表带，因此它能够与为其功能单独选择的手表结合使用。在实施例中，夹子是可旋转的，使得用户能够按照期望方式将它定位。在实施例中，夹子可以是柔性带。在实施例中，柔性带可适合伸展，以附连到手、手腕、手指、装置、武器等。
在实施例中，表带控制器可配置为可拆卸和可更换表带。例如，控制器可结合到具有某个宽度、段间距等的带中，使得具有其结合控制器的表带能够附连到手表主体。在实施例中，附连可在机械上适合与插销(表带在其上旋转)附连。在实施例中，手表控制器可电连接到手表和/或手表主体，使得手表、手表主体和/或表带控制器能够在它们之间传递数据。
表带控制器可具有3轴运动监测(例如经过IMU、加速计、磁力计、陀螺仪等)，以捕获用户运动。然后可解释用户运动以供手势控制。
在实施例中，表带控制器可包括健身传感器和健身计算机。传感器可跟踪心率、燃烧的卡路里、步幅、覆盖的距离等。数据然后可针对性能目标和/或标准相比较以用于用户反馈。
本发明的另一方面涉及与微多普勒(“mD”)目标跟踪签名(“mD签名”)相关的视觉显示器技术。mD是一种雷达技术，其使用一系列角度相关电磁脉冲(其广播到环境中，并且返回脉冲被捕获)。广播脉冲和返回脉冲之间的变化指示环境中的对象或目标的形状、距离和角位置的变化。这些变化提供能够用来跟踪目标并且经过mD签名来识别目标的信号。各目标或目标类型具有唯一mD签名。雷达图案的偏移能够在时域和频域基于mD技术来分析，以得出与存在的目标的类型有关的信息(例如人是否存在)、目标的运动和目标的相对角位置以及到目标的距离。通过相对于环境中的已知对象来选择用于 mD脉冲的频率，脉冲能够穿透已知对象，以便使与目标有关的信息甚至在目标被已知对象在视觉上阻断时也能够被采集。例如，能够使用脉冲频率，其将穿透混凝土大楼，以便使大楼内部的人们能够被识别。多个脉冲频率也能够在mD雷达中使用，以便使与环境中的对象有关的不同类型的信息能够被采集。另外，mD雷达信息能够与其他信息(例如距离测量或对环境所捕获的图像，其被联合分析，以提供改进对象识别和改进目标识别及跟踪)相结合。在实施例中，分析能够对HWC来执行，或者信息能够传送给远程网络供分析，并且将结果回送给HWC。距离测量能够通过激光测距、结构化照明、立体深度图或声纳测量来提供。环境的图像能够使用一个或多个照相装置 (其能够从可见、此外或红外光来捕获图像)来捕获。mD雷达能够附连到HWC，与HWC相邻地(例如在车辆中)定位并且与HWC无线关联或者远程定位。与环境有关的地图或其他先前确定信息也能够用于 mD雷达信息的分析中。本发明的实施例涉及按照有用方式来可视化 mD签名。
图21示出从佩戴者的角度来看的HWC 102的FOC 2102。如本文其他部分所述，佩戴者具有透视FOV 2102，其中佩戴者查看相邻周围环境、例如图21所示的大楼。如本文其他部分所述，佩戴者还能够看到FOV 2102的一部分中呈现的所显示数字内容。图 21所示的实施例指示佩戴者能够看到环境中的大楼和其他周围环境元素以及表示由区域中的不同人所发射的子弹的轨迹或行进路径的数字内容。周围环境经过FOV 2102的透明性来查看。轨迹经由数字计算机显示器来呈现，如本文其他部分所述。在实施例中，所呈现的轨迹基于mD签名，其实时地被收集并且传递给HWC。mD雷达本身可处于HWC 102的佩戴者身上或附近，或者它可位于远离佩戴者。在实施例中，mD雷达扫描区域，跟踪和识别目标、例如子弹，并且基于位置向HWC 102传递轨迹。
在图21所示的实施例中存在向佩戴者所呈现的若干轨迹2108和2104。从mD雷达所传递的轨迹可与GPS位置关联，并且 GPS位置可在纬度和经度角度以及高度角度上与环境中的对象(例如人、大楼、车辆等)关联。位置可用作HWC的标记，使得如FOV中呈现的轨迹能够与标记关联或者在空间中相对于标记来固定。例如，如果友好发射轨迹由mD雷达确定为从左边大楼的右上窗口始发(如图21所示)，则虚拟标记可设置在窗口之上或附近。当HWC经过其照相装置或其他传感器查看例如大楼的窗口时，轨迹则可采用窗口上的虚拟标记虚拟地锚定。类似地，标记可设置在友好发射轨迹2108 的结束位置或其他飞行位置、例如右边的中心大楼的左上窗口，如图 21所示。这个技术在空间中固定轨迹，使得轨迹看起来固定到环境位置，而与佩戴者注视的位置无关。因此，例如，当佩戴者头部转动时，轨迹看起来固定到标记位置。
在实施例中，某些用户位置可以是已知的并且因此在 FOV中识别。例如，友好发射轨迹2108的狙击手可来自已知好友战斗，并且因此其位置可以是已知的。位置可基于其GPS位置(其基于他身上的移动通信系统、例如另一个HWC 102)来了解。在其他实施例中，好友战斗可通过另一个好友来标记。例如，如果环境中的好友位置经过视觉联系或传递信息是已知的，则HWC 102的佩戴者可使用手势或外部用户接口104来标记位置。如果好友战斗位置为已知，则友好发射轨迹2108的始发位置可经过颜色编码或者以其他方式与所显示数字内容上的未识别轨迹加以区分。类似地，敌方发射轨迹 2104可在所显示数字内容上经过颜色编码或者以其他方式加以区分。在实施例中，在所显示数字内容上对未知轨迹可存在附加区分外观。
除了状况关联轨迹外观之外，轨迹颜色或外观从始发位置到结束位置可以是不同的。这个路径外观变化可基于mD签名。 mD签名可指示例如子弹在传播时减慢，并且这个减慢模式可在FOV 2102中反映为颜色或图案变化。这能够创建对狙击手所在位置的直观了解。例如，始发颜色可以是指示高速度的红色，并且它可对轨迹过程改变成指示减慢轨迹的黄色。这个图案变化对好友、敌方和未知战斗也可以是不同的。例如，敌方可对好友轨迹由蓝转绿。
图21示出一实施例，其中用户经过FOV看到环境，并且还可看到颜色编码轨迹，其取决于子弹速度和战斗类型，其中轨迹在环境位置中与佩戴者的角度无关地固定。诸如距离、范围、范围环、时间、日期、参与类型(例如保持、停止开火、后退等)之类的其他信息也可在FOV中显示。
本发明的另一方面涉及mD雷达技术，其经过其他对象、例如墙壁(一般称作通壁mD)以及与其相关的可视化技术来跟踪和识别目标。图22示出按照本发明的原理的通壁mD可视化技术。如本文其他部分所述，扫描环境的mD雷达可以是HWC 102的佩戴者本地或远程的。mD雷达可识别可见的目标(例如人)2204，并且然后在他转到墙壁2208后面时跟踪目标。跟踪则可向HWC 102的佩戴者呈现，使得反映目标和目标移动的数字内容甚至在墙壁背后也在 HWC 102的FOV 2202中呈现。在实施例中，目标在离开可见视线时可通过FOV中的化身来表示，以便为佩戴者提供表示目标的影像。
mD目标识别方法能够基于目标的振动和其他小移动来识别目标的识别码。这能够提供目标的个人签名。在人类的情况下，这可引起先前表征的目标的个人识别。心、心率、肺扩张和体内的其他小移动可以是某人独特的，以及如果预先识别那些属性，则它们可实时匹配，以提供FOV 2202中的人的个人识别。此人的mD签名可基于此人的位置来确定。例如，个人mD签名属性的数据库可包括某人站立、坐、躺下、跑、行走、跳动等的mD签名。这在目标经过现场的mD签名技术来跟踪时可改进个人数据匹配的精度。在个人识别某人的情况下，此人识别码的特定指示可在FOV 2202中呈现。标识可以是颜色、形状、阴影、姓名、人的类型的指示(敌方、好友等)，以便为佩戴者提供与被跟踪人有关的直观实时信息。这在被跟踪人的区域中存在多于一人的状况中会是极为有用的。如果只个人识别区域中的一人，则那人或那人的化身能够与区域中的他人相比以不同方式来呈现。
图23示出mD扫描环境2300。mD雷达可扫描环境，以尝试识别环境中的对象。在这个实施例中，mD扫描环境揭示两个车辆2302a和2302b、敌方战斗2309、两个好友战斗2308a和2308b 以及炮弹轨迹2318。可个人识别或类型识别这些对象的每个。例如，车辆2302a和2302b可经过作为坦克和重型卡车的mD签名来识别。敌方战斗2309可识别为类型(例如敌方战斗)或者更个人(例如根据姓名)。好友战斗可识别为类型(例如好友战斗)或者更个人(例如根据姓名)。例如，炮弹轨迹2318可根据抛射体的类型或者抛射体的武器类型来表征。
图23a示出按照本发明的原理的两个独立HWC 102 FOV显示技术。FOV 2312示出地图视图2310，其中呈现mD扫描环境。在这里，佩戴者具有对映射区域的透视，因此他能够了解区域中的所有被跟踪目标。这允许佩戴者以对目标的了解穿过该区域。FOV 2312示出头朝上视图，以便为佩戴者提供佩戴者附近的环境的增强现实风格视图。
本发明的一个方面涉及抑制外来或杂散光。如本文其他部分所述，眼睛眩光和面部眩光是从这种光产生的两种这样的伪影。眼睛眩光和面部眩光能够由从光学器件模块逸出的图像光所引起。当用户采用HWC来查看亮显示图像时，逸出光则是可见的，特别是在暗环境中。经过HWC前面逸出的光是作为眼睛眩光可见，因为其是在用户眼睛的区域中可见的光。眼睛眩光能够采取用户查看的所显示图像的小版本形式出现。从HWC底部逸出的光照射到用户面部、脸颊和胸部，使得用户的这些部分看起来发光。眼睛眩光和面部眩光均能够增加用户的可见性，并且突出HWC的使用，其可被用户不利地查看。因此，降低眼睛眩光和脸部眩光是有利的。在战斗状况(例如本文所述的mD轨迹呈现情形)和某些游戏状况中，外来或杂散光的抑制极为重要。
与图6相关的本公开示出一示例，其中图像光的一部分经过组合器602，使得光照射到用户面部，由此照射用户面部的一部分，在本文中一般称作面部眩光。面部眩光通过来自HWC、照射用户脸部的光的任何部分所引起。
面部眩光的来源的一示例能够来自与入射到组合器602 上的图像光关联的宽锥角光。其中，组合器能够包括全息镜或陷波镜，其中高反射率的窄带匹配光源的光的波长。与图像光关联的宽锥角与 HWC所提供的视场对应。通常，全息镜和陷波镜的反射率在入射光的锥角增加到高于8度时降低。因此，对于30度的视场，充分图像光能够经过组合器并且引起面部眩光。
图24示出面部眩光的光阱2410的图示。在这个实施例中，HWC的外屏蔽透镜的延伸部分在其中是造成面部眩光的原因的会聚光在光阱2410中被吸收所在的区域中涂敷有光吸收材料。光吸收材料能够为黑色，或者它能够是设计成仅吸收HWC中的(一个或多个)光源所提供的光的特定波长的过滤器。另外，光阱2410的表面可以是织纹或纤维的，以便进一步改进吸收。
图25示出HWC的光学系统，其包括外吸收偏振器 2520，以阻止面部眩光。在这个实施例中，图像光被偏振，并且因此是造成面部眩光的原因的光类似地偏振。吸收偏振器以传送轴来定向，使得面部眩光被吸收而没有被传送。在这种情况下，HWC中的成像系统的其余部分可以不要求偏振图像光，以及图像光可在组合器之前的任何点被偏振。在实施例中，吸收偏振器2520的传输轴垂直定向，使得来自水的眩光(S偏振光)被吸收，并且对应地，图像光的偏振选择为水平(S偏振)。因此，吸收经过组合器602并且然后入射到吸收偏振器2520的图像光。图25中，吸收偏振器2520示为在屏蔽透镜外部，备选地，吸收偏振器2520能够位于屏蔽透镜内部。
图26示出HWC的光学系统，其包括具有吸收陷波过滤器2620的膜。在这种情况下，吸收陷波过滤器吸收光的窄带，其选择成匹配光学系统的光源所提供的光。因此，吸收陷波过滤器相对面部眩光是不透明的，而对可见光谱中包含的波长的其余部分是透明的，使得用户具有周围环境的清晰视图。适合于这种方式的三陷波过滤器从Iridian SpectralTechnologies(Ottawa)可得到：在http://www.ilphotonics.com/cdv2/Iridian-Interference％20Filters/New％20filters/Triple％20Notch％20Filter.pdf上。
在实施例中，组合器602可包括陷波镜涂层以反射图像光中的光的波长，以及陷波过滤器2620能够与光源所提供的光的波长以及陷波镜所提供的高反射率的窄带对应地选择。这样，没有被陷波镜所反射的图像光被陷波过滤器2620吸收。在本发明的实施例中，光源能够提供单色成像的光的一个窄带以及全色成像的光的三个窄带。陷波镜及关联陷波过滤器则各分别提供高反射率和吸收的一个窄带或三个窄带。
图27包括阻止面部眩光的微百叶窗膜2750。微百叶窗膜例如作为ALCF-P由3M销售，并且通常用作计算机的保密过滤器。参见http://multimedia.3m.com/mws/mediawebserver？mwsId＝SSSS SuH8gc7nZxtUoY_xlY_eevUqel7zHvTSevTSeSSSSSS--&fn＝ALCF-P_ ABR2_Control_Film_DS.pdf。微百叶窗膜在略窄角之内传送光(例如法线的30度并且吸收超出法线的30度的光)。图27中，微百叶窗膜2750 定位成使得面部眩光2758超出与法线的30度入射，而透视光2755 在法线的30度之内入射到微百叶窗膜2750。因此，面部眩光2758 被微百叶窗膜吸收，而透视光2755被传送，使得用户具有周围环境的亮透视视图。
现在回到眼睛成像技术的描述。本发明的方面涉及对佩戴HWC 102的人的眼睛进行成像的各种方法。在实施例中，描述用于使用具有“off”态和“无电”状态的光路(其在下文详细描述)对眼睛进行成像的技术。在实施例中，描述用于采用光学配置(其没有涉及从DLP镜反射眼睛图像)对眼睛进行成像的技术。在实施例中，非结构化光、结构化光或可控照明条件用来基于从佩戴者眼睛前面所反射的光来预测眼睛的位置。在实施例中，所呈现数字内容图像的反射在从佩戴者眼睛反射时被捕获，以及反射图像可经处理以确定所呈现图像的质量(例如锐度)。在实施例中，然后可调整(例如以不同方式聚焦) 图像，以便基于图像反射来增加所呈现图像的质量。
图28a、图28b和图28c示出DLP镜的各种位置的图示。图28a示出处于“on”态2815的DLP镜。通过处于“on”态2815的反射镜，照射光2810沿光轴2820(其延伸到下光学模块204中)来反射。图28b示出处于“off”态2825的DLP镜。通过处于“off”态2825的反射镜，照射光2810沿光轴2830(其基本上在光轴2820的侧面)来反射，使得“off”态光如本文其他部分所述被定向到暗光阱。图28c示出处于第三位置的DLP镜，其在没有电力施加到DLP时发生。这个“无电”状态与“on”态和“off”态的不同之处在于，反射镜边缘没有与衬底相接触，并且因此不太准确地定位。图28c示出“无电”状态2835的全部 DLP镜。“无电”状态通过同时对DLP镜的“on”接触和“off”接触将电压设置为零，因此，反射镜返回到无应力位置，其中DLP镜如图28c 所示处于DLP平台的平面中。虽然通常不进行，但是还有可能将“无电”状态施加到单独DLP镜。当DLP镜处于“无电”状态时，它们没有促成图像内容。而是如图28c所示，当DLP镜处于“无电”状态时，照射光2810沿光轴2840(其处于分别与“on”态和“off”态关联的光轴2820与2830之间)来反射，并且因此这个光没有促成作为亮或暗像素的所显示图像。但是，光能够促成散射光进入下光学模块204，并且因此所显示图像对比度能够降低或者伪影能够在图像中创建，这减损图像内容。因此，在实施例中，一般期望将与“无电”状态关联的时间限制到没有显示图像的时间或者减少与具有“无电”状态的DLP镜关联的时间，使得散射光的影响降低。
图29示出本发明的一实施例，其能够用于向HWC 102 的佩戴者显示数字内容图像，并且捕获佩戴者眼睛的图像。在这个实施例中，来自眼睛2971的光又经过下模块204中的光学器件、固体校正楔形体2966，光的至少一部分经过部分反射层2960、固体照射楔形体2964，并且通过处于“无电”状态的DLP 2955上的多个DLP 镜来反射。反射光然后又经过照射楔形体2964，以及光的至少一部分通过部分反射层2960来反射，并且光由照相装置2980来捕获。
为了比较，来自光源2958的照射光线2973还示为被部分反射层2960反射。在照射光2973的角度是使得DLP镜在处于“on”态时反射照射光2973，以形成图像光2969，其基本上共享与来自佩戴者眼睛2971的光相同的光轴。这样，佩戴者眼睛的图像在与所显示图像内容的视场相重叠的视场中被捕获。相比之下，通过“off”态的 DLP镜所反射的光形成暗光2975，其基本上定向到图像光2969和来自眼睛2971的光的所述侧。暗光2975定向到光阱2962，其吸收暗光，以改进所显示图像的对比度，如以上在本说明书中所述。
在一实施例中，部分反射层2960是反射偏振器。从眼睛2971所反射的光则能够在进入校正楔形体2966之前来偏振(例如采用上模块202与下模块204之间的吸收偏振器)，其中具有相对于反射偏振器的偏振取向，其使从眼睛2971所反射的光能够基本上被反射偏振器传送。然后包含与DLP 2955(如先前在图3b中公开)相邻的四分之一波延迟器层2957，使得从眼睛2971所反射的光在被“无电”状态的多个DLP镜所反射之前经过四分之一波延迟器层2957一次，并且然后在被反射之后第二次经过。通过两次经过四分之一波延迟器层2957，来自眼睛2971的光的偏振态被反转，使得当它入射到反射偏振器时，来自眼睛2971的光则基本上反射到照相装置2980。通过使用部分反射层2960(其作为反射偏振器)并且在来自眼睛2971 的光进入校正楔形体2964之前对其进行偏振，归因于部分反射层 2960的损失降低。
图28c示出DLP镜同时处于“无电”状态的情况，这种操作模式在HWC首次放置到佩戴者头部时能够是特别有用的。当HWC 102首次放置到佩戴者头部时，还不需要显示图像。因此，DLP能够对于全部DLP镜都处于“无电”状态，并且能够捕获佩戴者眼睛的图像。佩戴者眼睛的所捕获图像然后能够使用虹膜识别技术或者其他眼睛图案识别技术与数据库进行比较，以确定例如佩戴者的身份。
在图29所示的另一实施例中，全部DLP镜对帧时间的一部分(例如所显示数字内容图像的帧时间的50％)都进入“无电”状态，并且眼睛图像的捕获同步成在同时并且对相同时长进行。通过减少DLP镜处于“无电”状态的时间，光通过处于“无电”状态的DLP镜来散射光的时间减少，使得佩戴者没有感知所显示图像质量的变化。这是可能的，因为DLP镜具有大约数微秒的响应时间，而所显示图像的典型帧时间为大约0.016秒。捕获佩戴者眼睛的图像的这种方法能够周期地用来捕获佩戴者眼睛的重复图像。例如，眼睛图像可对向佩戴者所显示的每一个第10帧的帧时间的50％来捕获。在另一个示例中，眼睛图像可对向佩戴者所显示的每一帧的帧时间的10％来捕获。
备选地，“无电”状态能够应用于DLP镜的子集(例如 DLP镜的10％)，而另一个子集忙于生成待显示内容的图像光。这实现在向佩戴者显示数字内容期间的(一个或多个)眼睛图像的捕获。用于眼睛成像的DLP镜例如能够随机分布于DLP的面积，以便使对向佩戴者显示的数字内容质量的影响为最小。要改进佩戴者所感知的所显示图像，单独DLP镜进入“无电”状态以用于捕获各眼睛图像，能够按照例如随机图案随时间而改变。在又一实施例中，进入“无电”状态以用于眼睛成像的DLP镜可与数字内容进行协调，其方式是使得“无电”反射镜从要求较低分辨率的图像的一部分来获取。
在如图9和图29所示的本发明的实施例中，在两种情况下，由DLP镜所提供的反射表面没有保存来自佩戴者眼睛的光的波前，使得稍微限制眼睛的所捕获图像的图像质量。它可在某些实施例中仍然是有用的，但是稍微受到限制。这归因于DLP镜不是限制到同一平面上。在图9所示的实施例中，DLP镜倾斜，使得它们形成共享公共平面的DLP镜行。在图29所示的实施例中，单独DLP镜不是准确地定位成处于同一平面，因为它们没有与衬底相接触。与图 29关联的实施例的优点的示例是：首先，照相装置2980能够位于 DLP 2955与照射光源2958之间，以提供更紧凑上模块202。其次，从眼睛2971所反射的光的偏振态能够与图像光2969相同，使得从眼睛所反射的光和图像光的光路在下模块204中能够相同。
图30示出用于向佩戴者显示并且同时捕获佩戴者眼睛的图像的一实施例的图示，其中来自眼睛2971的光由部分反射层 2960来反射到照相装置3080。部分反射层2960能够是光学平坦层，使得保存来自眼睛2971的光的波前，并且因此，能够捕获佩戴者眼睛的更高质量图像。另外，由于DLP 2955没有包含在来自眼睛2971 的光的光路中，以及图30所示的眼睛成像过程没有干扰所显示图像，佩戴者眼睛的图像能够从所显示图像单独(例如与图像光中使用的定时、对分辨率的影响或像素计数无关地)捕获。
在图30所示的实施例中，部分反射层2960是反射偏振器，偏振照明光2973，偏振来自眼睛2971的光，并且照相装置3080 位于偏振器3085后面。照射光2973的偏振轴和来自眼睛的光的偏振轴与反射偏振器的传输轴垂直地定向，使得它们均基本上由反射偏振器来反射。照射光2973在由DLP 2955中的DLP镜所反射之前经过四分之一波层2957。反射光又经过四分之一波层2957，使得图像光 2969和暗光的偏振态与照射光2973相比被反转。因此，图像光2969 和暗光2975基本上由反射偏振器来传送。其中处于“on”态的DLP镜沿光轴(其延伸到下光学模块204)来提供图像光2969，以便向佩戴者显示图像。同时，处于“off”态的DLP镜沿光轴(其延伸到上光学器件模块202的所述侧)来提供暗光2975。在暗光2975入射到上光学器件模块202的所述侧的校正楔形体2966的区域中，定位吸收偏振器 3085，其中其传输轴与暗光的偏振轴垂直而与来自眼睛的光的偏振轴平行，使得吸收暗光2975，并且来自眼睛2971的光传送到照相装置 3080。
图31示出与图30所示相似、用于显示图像并且同时捕获佩戴者眼睛的图像的系统的另一个实施例的图示。图31所示系统的差异在于，来自眼睛2971的光在由照相装置3180所捕获之前经受多个反射。为了实现多个反射，反射镜3187设置在吸收偏振器3185 后面。因此，来自眼睛2971的光在进入校正楔形体2966之前采用偏振轴(其与反射偏振器(其包括部分反射层2960)的传输轴垂直)来偏振。这样，来自眼睛2971的光在由照相装置3180来捕获之前首先由反射偏振器来反射，其次由反射镜3187来反射，并且第三由反射偏振器来反射。虽然来自眼睛2971的光两次经过吸收偏振器3185，但是因为来自眼睛2971的光的偏振轴与来自眼睛2971的光的偏振轴平行地定向，所以它基本上由吸收偏振器3185来传送。如同结合图30 所述的系统那样，图31所示的系统包括光学平坦部分反射层2960，其保存来自眼睛2971的光的波前，使得能够捕获佩戴者眼睛的更高质量图像。另外，由于DLP 2955没有包含在从眼睛2971所反射的光的光路中，并且图31所示的眼睛成像过程没有干扰所显示图像，所以佩戴者眼睛的图像能够与所显示图像无关地捕获。
图32示出用于显示图像并且同时捕获佩戴者眼睛的图像的系统的图示，其包括由反射偏振器所组成的分束器板3212，其保持在光源2958、DLP 2955和照相装置3280之间的空气中。照射光 2973和来自眼睛2971的光均采用偏振轴(其与反射偏振器的传输轴垂直)来偏振。因此，照射光2973和来自眼睛2971的光基本上由反射偏振器来反射。照射光2873由反射偏振器来反射到DLP 2955，并且根据单独DLP镜是否分别处于“on”态或“off”态来划分为图像光 2969和暗光3275。通过两次经过四分之一波层2957，照射光2973 的偏振态与图像光2969和暗光3275的偏振态相比被反转。因此，图像光2969和暗光3275则基本上由反射偏振器来传送。在分束器板 3212的所述侧的吸收偏振器3285具有传输轴，其与暗光3275的偏振轴垂直而与来自眼睛2971的偏振轴平行，使得吸收暗光3275，并且来自眼睛2971的光传送到照相装置3280。如同图30所示的系统中一样，图31所示的系统包括光学平坦分束器板3212，其保存来自眼睛2971的光的波前，使得能够捕获佩戴者眼睛的更高质量图像。另外，由于DLP 2955没有包含在来自眼睛2971的光的光路中，并且图31所示的眼睛成像过程没有干扰所显示图像，所以佩戴者眼睛的图像能够与所显示图像无关地捕获。
来自眼睛2971的光的偏振态需要与图像光2969相反的眼睛成像系统(如图30、图31和图32所示)需要与下模块204(其包括将反射两种偏振态的组合器)配合使用。因此，这些上模块202最好地适合与下模块204(其包括不管偏振态而是反射的组合器)配合使用，这些下模块的示例在图6、图8a、图8b、图8c和图24-27中示出。
在图33所示的另一实施例中，部分反射层3360由面向照射光2973的所述侧的反射偏振器以及面向来自眼睛3371的光和照相装置3080的所述侧的短通分色镜来组成。其中短通分色镜是介电镜涂层，其传送可见光而反射红外光。部分反射层3360能够由接合到照射楔形体2964的内表面的反射偏振器以及校正楔形体2966的相对内表面上的短通介电镜涂层来组成，其中照射楔形体2964和校正楔形体2966则在光学上接合在一起。备选地，部分反射层3360能够由薄衬底(其具有接合到一侧的反射偏振器以及另一侧的短通分色镜涂层)来组成，其中部分反射层3360则接合在照射楔形体2964与校正楔形体2966之间。在这个实施例中，包括红外光以照射眼睛，使得来自眼睛的光以及对眼睛所捕获的图像基本上由红外光组成。红外光的波长则与短通分色镜的反射波长匹配，并且能够使用照相装置能够捕获图像的波长、例如800nm波长。这样，短通分色镜传送图像光，而反射来自眼睛的光。照相装置3080定位在吸收光阱3382的区域中的校正楔形体2966的所述侧，其被提供以吸收暗光2975。通过将照相装置3080，定位在吸收光阱3382的凹陷中，由照相装置3080 对暗光2975的散射能够降低，使得能够向佩戴者显示更高对比度图像。这个实施例的优点在于，来自眼睛的光无需被偏振，这能够简化光学系统并且增加眼睛成像系统的效率。
在图32a所示的另一个实施例中，分束器板3222由面向照射光2973的所述侧的反射偏振器以及面向来自眼睛3271的光和照相装置3280的所述侧的短通分色镜来组成。提供吸收表面3295以俘获暗光3275，以及照相装置3280定位在吸收表面3295的开口中。这样，能够使图32的系统与来自眼睛3271的未偏振光起作用。
在针对捕获佩戴者眼睛的图像的实施例中，照射佩戴者眼睛的光能够由若干不同源提供，包括：来自所显示图像的光(即，图像光)；来自环境的光，其经过组合器或其他光学器件；由专用眼睛光所提供的光；等等。图34和图34a示出专用眼睛照射光3420的图示。图34示出来自侧视图的图示，其中专用照射眼睛光3420定位在组合器3410的一角，使得它不干扰图像光3415。指向专用眼睛照射光3420，使得眼睛照射光3425在佩戴者查看图像光3415所提供的所显示图像时照射眼睛3430所在的眼眶3427。图34a示出从佩戴者的眼睛的角度的图示，以示出专用眼睛照射光3420如何定位在组合器3410的所述角。虽然专用眼睛照射光3420在组合器3410的左上角示出，但是沿组合器3410或者其他光学或机械组件的边缘其中之一的其他位置也是可能的。在其他实施例中，能够使用具有不同位置的一个以上专用眼睛光3420。在一实施例中，专用眼睛光3420是佩戴者不可见的红外光(例如800nm)，使得眼睛照射光3425不干扰佩戴者所感知的所显示图像。
图35示出所捕获眼睛图像的一系列图示，其示出通过专用眼睛光所产生的眼睛闪烁(即，从眼睛前面反射的光)。在本发明的这个实施例中，分析佩戴者眼睛的所捕获图像，以确定虹膜3550、瞳孔或者眼睛的另一部分以及眼睛闪烁3560的相对位置。眼睛闪烁是在使用专用光时的专用眼睛光3420的反射图像。图35示出虹膜 3550的相对位置以及多种眼睛位置的眼睛闪烁3560。通过在固定位置提供专用眼睛光3420，与人眼基本上是球形或者至少是可靠可重复形状的事实相结合，眼睛闪烁提供固定参考点，相对其，能够比较虹膜的所确定位置，以确定佩戴者在所显示图像中或者在周围环境的透视视图中注视的位置。通过将专用眼睛光3420定位在组合器3410 的一角，眼睛闪烁3560在所捕获图像中远离虹膜3550来形成。因此，虹膜和眼睛闪烁的位置能够在所捕获图像的分析期间更简易和更准确地确定，因为它们不相互干扰。在另一实施例中，组合器包括关联截止过滤器，其防止来自环境的红外光进入HWC，并且照相装置是红外照相装置，使得眼睛闪烁仅通过来自专用眼睛光的光来提供。例如，组合器能够包括低通过滤器，其使可见光通过，同时吸收红外光，以及照相装置能够包括高通过滤器，其吸收可见光，同时使红外光通过。
在眼睛成像系统的一实施例中，照相装置的透镜设计成考虑与上模块202和下模块204关联的光学器件。这通过将照相装置设计成包括上模块202中的光学器件以及下模块204中的光学器件以使得在照相装置的图像传感器产生佩戴者眼睛的高MTF图像来实现。在又一实施例中，照相装置透镜提供有大景深，以消除对聚焦照相装置以便使眼睛的锐图像能够被捕获的需要。其中大景深通常通过高f/#透镜(例如f/#>5)来提供。在这种情况下，与高f/#透镜关联的降低光采集通过包含专用眼睛光以便使眼睛的亮图像能够被捕获来补偿。此外，专用眼睛光的亮度能够被调制并且与眼睛图像的捕获同步，使得专用眼睛光具有降低的占空比，以及佩戴者眼睛上的红外光的亮度降低。
在另一实施例中，图36a示出用来识别HWC的佩戴者的眼睛图像的图示。在这种情况下，佩戴者眼睛3611的图像被捕获和分析，以用于可识别特征3612的图案。图案然后与眼睛图像的数据库进行比较，以确定佩戴者的身份。在已经检验佩戴者的身份之后， HWC的操作模式以及要显示的图像、应用和信息的类型能够与佩戴者的所确定身份对应地调整和控制。取决于确定佩戴者是或者不是谁对操作模式的调整的示例包括：使不同操作模式或特征集合成为可用、关闭或者向外部网络发送消息、允许客户特征和应用运行等。
图36b是使用眼睛成像的另一个实施例的图示，其中所显示图像的锐度基于通过来自佩戴者眼睛表面的所显示图像的反射所产生的眼睛闪烁来确定。通过捕获佩戴者眼睛3611的图像，能够捕获和分析眼睛闪烁3622(其是所显示图像的小版本)的锐度。如果确定所显示图像不尖锐，则能够执行对HWC光学器件的聚焦的自动化调整，以改进锐度。在佩戴者眼睛的表面执行所显示图像的锐度的测量的这个能力能够提供图像质量的很准确测量。具有测量和自动调整所显示图像的聚焦的能力在增强现实成像(其中所显示图像的焦距能够响应环境的变化或者佩戴者的使用方法的变化而改变)中能够极为有用。
本发明的一个方面涉及经过眼睛影像的解释来控制 HWC 102。在实施例中，例如本文所述的眼睛成像技术用来捕获眼睛图像或者一系列眼睛图像供处理。可处理(一个或多个)图像，以确定用户预计动作、HWC预定反应或者另一动作。例如，影像可解释为 HWC102上的应用的确认用户控制动作。或者影像可例如使HWC 102按照预定方式起反应，使得HWC 102安全、直观等地操作。
图37示出眼睛影像过程，其涉及对HWC 102佩戴者眼睛进行成像，并且处理图像(例如经过本文所述的眼睛成像技术)，以确定在哪一个位置3702，眼睛相对于其中性或前视位置和/或FOV 3708。该过程可涉及校准步骤，其中经过HWC 102的FOV中提供的指导来指示用户注视某些方向，使得能够进行相对于FOV的区域的眼睛位置的更准确预测。在确定佩戴者眼睛朝FOV 3708的右侧注视 (如图37所示，眼睛离开页面注视)的情况下，可建立虚拟目标线，以投射环境中佩戴者可注视的内容。虚拟目标线可与HWC 102上的照相装置(其对佩戴者前面的周围环境进行成像)所捕获的图像结合使用。在实施例中，捕获周围环境的照相装置的视场与FOV 3708匹配或者能够匹配(例如以数字方式)，使得更清楚地进行比较。例如，通过照相装置按照匹配FOV 3708的角度来捕获周围环境的图像，能够通过投射哪些周围环境对象与虚拟目标线对齐来处理虚拟线(例如在2d或3d中，取决于照相装置图像能力和/或图像的处理)。在存在沿虚拟目标线的多个对象的情况下，可建立与对象的每个对应的焦平面，使得数字内容可放置在FOV 3708的区域中，其与虚拟目标线对齐，并且落在相交对象的焦平面。用户则可在聚焦于环境中的对象(其处于同一焦平面)时看到数字内容。在实施例中，与虚拟目标线成一直线的对象可通过与周围环境的所映射信息的比较来建立。
在实施例中，与虚拟目标线成一直线的数字内容可以不在FOV中显示，直到眼睛位置处于正确位置。这可以是预定过程。例如，系统可设置成使得特定数字内容段(例如广告、指导信息、对象信息等)将在佩戴者注视环境中的某个(某些)对象的情况下出现。可形成(一个或多个)虚拟目标线，其将佩戴者眼睛与环境中的(一个或多个)对象(例如大楼、大楼的部分、大楼上的标记、gps位置等)虚拟地连接，以及虚拟目标线可根据佩戴者的位置和查看方向(例如，如经过GPS、电子罗盘、IMU等所确定)和对象的位置持续更新。当虚拟目标线表明佩戴者的瞳孔与与虚拟目标线基本上对齐或者将要与虚拟目标线对齐时，数字内容可在FOV 3704中显示。
在实施例中，沿虚拟目标线和/或FOV 3708的特定部分注视所花费的时间可指示佩戴者对环境中的对象和/或所显示的数字内容感兴趣。在花费预定时间段注视某个方向的时间没有显示数字内容的情况下，数字内容可在FOV 3708的区域中呈现。注视对象所花费的时间可解释为显示与对象有关的信息的命令。在其他实施例中，内容可以不涉及对象，并且可因关于此人相对不活动的指示而呈现。在实施例中，数字内容可定位成接近虚拟目标线，但是没有与其成一直线，使得周围环境的佩戴者视图没有被阻碍，但是信息能够增强周围环境的佩戴者视图。在实施例中，沿所显示数字内容的方向的目标线注视所花费的时间可以是数字内容中的兴趣的指示。这可用作广告中的转换事件。例如，如果HWC 102的佩戴者注视所显示广告某个时间段，则广告商可对广告放置支付更多费用。因此，在实施例中，如将眼睛位置与内容放置、目标线或另一适当位置进行比较所评估的注视广告所花费的时间可用来确定呈现应有的转换速率或另一补偿量。
本发明的一个方面涉及当HWC 102的佩戴者明显想要清楚地查看周围环境时从HWC 102的FOV去除内容。图38示出一种状况，其中眼睛影像表明，眼睛具有或快速移动，因此从FOV 3808 中去除FOV 3808中的数字内容3804。在这个示例中，佩戴者可快速注视所述侧，指示环境中的所述侧存在某物引起佩戴者关注。这个眼睛移动3802可经过眼睛成像技术(例如，如本文所述)来捕获，以及如果移动匹配预定移动(例如速度、速率、模式等)，则可从视图中去除内容。在实施例中，眼睛移动用作一个输入，以及其他传感器(例如HWC中的IMU)所指示的HWC移动可用作另一个指示。这些各种传感器移动可共同用来投射引起FOV中显示的内容的变化的事件。
本发明的另一方面涉及基于佩戴者眼睛收敛来确定焦平面。眼睛一般略微收敛，并且在此人很密切聚焦到某物时更为收敛。这一般称作收敛。在实施例中，为佩戴者校准收敛。也就是说，佩戴者可经过某些焦平面实践来引导，以确定佩戴者眼睛在各种焦平面以及在各种查看角收敛的程度。收敛信息则可存储在数据库中供以后参考。在实施例中，通用表可用于不存在校准步骤或者此人略过校准步骤的事件中。两个眼睛则可周期地成像，以确定收敛，以尝试了解佩戴者聚焦到哪一个焦平面。在实施例中，可对眼睛成像，以确定虚拟目标线，并且然后可确定眼睛收敛，以建立佩戴者的焦点，并且数字内容可基于其来显示或改变。
图39示出一种状况，其中数字内容在FOV 3908和3910 其中之一或两者中移动3902，以便与眼睛的收敛对齐，如瞳孔移动 3904所确定。通过移动数字内容以保持对齐，在实施例中，保持内容的重叠性质，因此对象向佩戴者正确显现。这在显示3D内容的状况中能够是重要的。
本发明的一个方面涉及基于经过眼睛成像所检测的事件来控制HWC 102。佩戴者按照某种模式眨眼、眨眼、移动眼睛等可例如控制HWC 102的应用。眼睛成像(例如，如本文所述)可用来监测佩戴者的眼睛，以及一旦检测预定模式，则可发起应用控制命令。
本发明的一个方面涉及通过监测佩戴者的眼睛来监测佩戴HWC 102的人的健康。可进行校准，使得可证明在佩戴者眼睛的各种条件(例如照明条件、图像光条件等)下的正常性能。然后可经过眼睛成像(例如，如本文所述)对佩戴者的眼睛监测其性能的变化。性能的变化可指示健康问题(例如震荡、脑损伤、中风、血液损失等)。如果被检测，则指示变化或事件的数据可从HWC 102来传递。
本发明的方面涉及如经过眼睛图像检验所确定的计算机资产(例如HWC本身及相关计算机系统)的安全和访问。如本文其他部分所述，眼睛影像可与已知人眼影像进行比较，以确定人的身份。眼睛影像还可用来在允许佩戴HWC 102的人链接在一起或者共享文件、流、信息等之前确认他们的身份。
眼睛成像的多种使用情况基于本文所述技术是可能的。本发明的一个方面涉及眼睛图像捕获的定时。眼睛图像的捕获的定时和眼睛的多个图像的捕获的频率能够根据从眼睛图像所采集的信息的使用情况而改变。例如，仅当HWC已经接通或者HWC确定HWC 已经放置到佩戴者头部时，才可要求捕获眼睛图像以识别HWC的用户，以控制HWC的安全性以及向用户显示的关联信息。其中，HWC 的耳机(或者HWC的其他部分)的取向、移动模式、应力或位置能够用来确定某人将HWC放置到其头部，意在使用HWC。可监测那些相同参数，以努力了解HWC从用户头部拆卸的时间。这可实现一种状况，其中仅当识别佩戴状态的变化时才可完成用于识别佩戴者的眼睛图像的捕获。在对比示例中，捕获眼睛图像以监测佩戴者的健康可要求图像周期地被捕获(例如每隔数秒、分钟、小时、天等)。例如，当图像在所检测移动指示佩戴者正锻炼时用来监测佩戴者的健康时，眼睛图像可在分钟间隔来获取。在另一对比示例中，捕获眼睛图像以监测佩戴者的健康的长期效果可以仅要求每月捕获眼睛图像。本发明的实施例涉及将眼睛图像的捕获的定时和速率选择成与关联眼睛图像的所选使用情形对应。这些选择可自动进行，如同上述锻炼示例一样，其中移动指示锻炼，或者这些选择可手动设置。在另一实施例中，眼睛图像捕获的定时和速率的选择根据HWC的操作模式自动调整。眼睛图像捕获的定时和速率的选择还能够与关联佩戴者的输入特性 (包括年龄和健康状态)或者佩戴者的所感测物理条件(包括心率、血液的化学组成和眨眼速率)对应地选择。
图40示出一实施例，其中在透视FOV中呈现的数字内容基于佩戴者移动的速度来定位。当此人没有移动(如通过HWC 102 中的(一个或多个)传感器(例如IMU、基于GPS的跟踪等)所测量)时，数字内容可在静止人内容位置4004来呈现。内容位置4004示为处于透视FOV 4002的中间；但是，这表示示出，知道佩戴者没有移动并且因此佩戴者周围透视视图能够略微阻碍，数字内容定位在透视FOV 中一般期望的位置。因此，静止人内容位置或中性位置可以不在透视 FOV中居中；它可定位在透视FOV中被认为期望的某个位置，以及传感器反馈可将数字内容从中性位置偏移。用于快速移动人的数字内容的移动也在图40中示出，其中当此人将头转向侧面时，数字内容从透视FOV移动到内容位置4008，并且然后当此人将头转回时移回。对于慢速移动人，头部移动能够更为复杂，并且因此进、出透视FOV 的数字内容的移动能够沿用如内容位置4010所示的路径。
在实施例中，评估佩戴者移动的传感器可以是GPS传感器、IMU、加速计等。内容位置可随着前向运动增加而从中性位置偏移到朝视场的侧边缘的位置。内容位置可随着前向运动增加而从中性位置偏移到朝视场的顶部或底部边缘的位置。内容位置可基于所评估运动的阈值速度来偏移。内容位置可基于前向运动的速度线性偏移。内容位置可基于前向运动的速度非线性偏移。内容位置可在视场外部偏移。在实施例中，内容在移动速度超过预定阈值时不再显示，并且在前向运动减慢时将再次显示。
在实施例中，内容位置可一般称作偏移；应当理解，术语“偏移”包含一个过程，其中在透视FOV中或者离开FOV从一个位置到另一个位置的移动是佩戴者可见的(例如，内容看起来缓慢或快速移动，并且用户感知移动本身)，或者从一个位置到另一个位置的移动可以不是佩戴者可见的(例如，内容看起来不连续地跳跃，或者内容消失并且然后在新位置重新出现)。
本发明的另一方面涉及当传感器使告警命令被发出时，从视场中去除内容或者使它偏移到视场中增加佩戴者对周围环境的视图的位置。在实施例中，告警可归因于感测高于阈值的条件的传感器或者传感器组合。例如，如果音频传感器检测某个音调的高声音，则视场中的内容可被去除或偏移，以便为佩戴者提供周围环境的清楚视图。除了内容的偏移之外，在实施例中，偏移内容的原因的指示还可在视场中呈现或者经过音频反馈来提供给佩戴者。例如，如果一氧化碳传感器检测区域中的高浓度，则视场中的内容可偏移到视场的所述侧或者从视场中去除，以及可向佩戴者提供关于区域中存在高浓度的一氧化碳的指示。这个新信息在视场中呈现时可类似地根据佩戴者的移动速度在视场之内或外部来偏移。
图41示出内容可如何从中性位置4104偏移到告警位置 4108。在这个实施例中，内容在透视FOV 4102外部偏移。在其他实施例中，内容可如本文所述来偏移。
本发明的另一方面涉及识别与HWC 102相关的各种向量或航向的识别，连同传感器输入一起，以确定如何定位视场中的内容。在实施例中，佩戴者的移动速度被检测并且用作内容的位置的输入，以及取决于速度，内容可相对移动向量或航向(即，移动方向)或者视线航向或标题(即，佩戴者视线方向的方向)来定位。例如，如果佩戴者很快地移动，则内容可相对移动向量来定位在视场中，因为佩戴者仅将周期地并且在短时间段朝其侧面注视。作为另一个示例，如果佩戴者缓慢地移动，则内容可相对视线航向来定位，因为用户可更自由的从一侧到一侧偏移其视图。
图42示出移动向量可实行内容定位的两个示例。移动向量A 4202比移动向量B4210要短，指示与移动向量A 4202关联的人的移动的前向速度和/或加速度比与移动向量B4210关联的人要低。每个人还示为具有视线向量或航向4208和4212。视线向量A 4208 和B4210从相对角度来看是相同的。每个人前面的黑色三角内部的白色区域指示每个人注视与移动向量不成一直线的方向可能花费多少时间。从角度A 4204注视所花费的时间示为比从角度B 4214注视所花费的时间要多。这可因为移动向量速度A低于移动向量速度B。此人向前移动越快，则此人通常倾向于沿前向方向注视。FOV A 4218 和B 4222示出内容可如何根据移动向量4204、4210和视线向量4208、 4212来对齐。FOV A 4218示为呈现与视线向量4220成一直线的内容。这可归因于移动向量A 4202的较低速度。这还可归因于从角度 A4204注视所花费的较大时间量的预测。FOV B 4222示为呈现与移动向量4224成一直线的内容。这可归因于移动向量B 4210的较高速度。这还可归因于从角度B 4214注视所花费的较短时间量的预测。
本发明的另一方面涉及对视场中的内容位置变化速率进行衰减。如图43所示，视线向量可经受快速变化4304。这个快速变化可以是隔离事件，或者它可在或接近其他视线向量变化正发生的时间进行。佩戴者的头部可由于某种原因而前后转动。在实施例中，视线向量的快速接连变化可引起FOV 4302中的内容位置变化4308 的衰减速率。例如，内容可如本文所述相对视线向量来定位，以及视线向量的快速变化通常可引起快速内容位置变化；但是，由于视线向量接连变化，所以相对视线向量的位置变化的速率可被衰减、减慢或停止。位置速率变化可基于视线向量的变化速率、视线向量变化的平均数来改变或者以其他方式改变。
本发明的另一方面涉及同时呈现HWC 102的透视光学系统的视场中的一个以上内容，并且定位具有视线航向的一个内容以及具有移动航向的一个内容。图44示出两个FOV A4414和B 4420，其分别对应于两个所识别视线向量A 4402和B 4404。图44还示出环境4408中在相对于视线向量A 4402和B 4404的位置的对象。当此人沿视线向量A 4402注视时，环境对象4408能够经过在位置4412 的视场A 4414来看到。如所示，视线航向对齐内容作为与环境对象 4412接近的TEXT来呈现。同时，另一内容4418在与移动向量对应地对齐的位置在视场A 4414中呈现。随着移动速度增加，内容4418 可如本文所述进行偏移。当此人的视线向量是视线向量B 4404时，环境对象4408在视场B 4420中没有看到。因此，视线对齐内容4410 在视场B 4420中没有呈现；但是，移动对齐内容4418被呈现，并且仍然与运动速度相关。
在另一实施例中，在例如当用户在环境中移动时的操作模式中，数字内容在用户透视FOV的所述侧来呈现，使得用户只能够通过转动头部来查看数字内容。在这种情况下，当用户一直向前注视时，例如当移动航向匹配视线航向时，透视视图FOV没有包括数字内容。用户则通过将头部转向其上数字内容横向移入用户透视FOV 的所述侧来访问数字内容。在另一个实施例中，数字内容准备好呈现，并且将在接收其呈现的指示时呈现。例如，信息可准备好呈现，以及如果取得HWC 102的视线航向或预定位置，则可呈现内容。佩戴者可向所述侧注视，并且可呈现内容。在另一个实施例中，用户可通过沿某个方向注视预定时间段、眨眼、瞇眼或显示能够经过眼睛成像技术(例如，如本文其他部分所述)所捕获的另外某个图案，来使内容移入的视场的区域中。
在又一个实施例中，提供一种操作模式，其中用户能够定义视线航向，其中关联透视FOV包括数字内容或者没有包括数字内容。在一示例中，这种操作模式能够用于办公环境中，其中当用户注视墙壁时，数字内容在FOV中提供，而当用户朝走廊注视时，FOV 不受数字内容所阻碍。在另一个示例中，当用户水平注视时，数字内容在FOV中提供，但是当用户向下注视(例如注视桌面或蜂窝电话) 时，数字内容从FOV中去除。
本发明的另一方面涉及收集和使用眼睛位置和视线航向信息。具有运动航向、视线航向和/或眼睛位置预测(本文中有时又称作“眼睛航向”)的头戴式计算可用来识别HWC102的佩戴者明显感兴趣的内容，以及可捕获和使用该信息。在实施例中，信息可表征为查看信息，因为信息明显涉及佩戴者正注视的内容。查看信息可用来形成佩戴者的个人简档，其可指示佩戴者倾向于注视的内容。可捕获来自若干或许多HWC 102的查看信息，使得可建立编组或群体查看趋势。例如，如果移动航向和视线航向为已知，则佩戴者正注视的内容的预测可被进行并且用来生成个人简档或者群体简档的一部分。在另一个实施例中，如果眼睛航向和位置、视线航向和/或移动航向为已知，则可预测正被注视的内容。预测可涉及了解哪一个处于佩戴者附近，并且这可通过建立佩戴者的位置(例如经过GPS或另一定位技术)并且建立哪些映射对象在该区域中为已知来了解。预测可涉及解释与HWC 102关联的照相装置或者其他传感器所捕获的图像。例如，如果照相装置捕获标志的图像并且照相装置与视线航向成一直线，则预测可涉及评估佩戴者正查看该标志的可能性。预测可涉及捕获图像或者其他感官信息，并且然后执行对象识别分析，以确定正被查看的内容。例如，佩戴者可沿街道行走并且HWC 102中的照相装置可捕获图像，以及HWC 102上或者远离HWC 102的处理器可识别面部、对象、标记、图像等，并且可确定佩戴者可注视它或者朝它注视。
图50示出HWC的佩戴者的眼球的截面，其中具有能够与本发明的眼睛成像系统关联的焦点。眼球5010包括虹膜5012和视网膜5014。因为本发明的眼睛成像系统提供与显示系统的同轴眼睛成像，所以眼睛的图像能够从直接在眼睛前面并且与佩戴者正注视的位置成一直线的角度来捕获。在本发明的实施例中，眼睛成像系统能够聚焦在佩戴者的虹膜5012和/或视网膜5014，以捕获虹膜5012 的外部表面或者眼睛(其包括视网膜5014)的内部部分的图像。图50 示出光线5020和5025，其分别与捕获虹膜5012或视网膜5014的图像关联，其中与眼睛成像系统关联的光学器件分别聚焦在虹膜5012 或视网膜5014。照射光还能够在眼睛成像系统中提供，以照射虹膜 5012或视网膜5014。图51示出包括虹膜5130和巩膜5125的眼睛的图示。在实施例中，眼睛成像系统能够用来捕获包括虹膜5130和巩膜5125的部分的图像。然后能够分析图像，以确定与用户关联的颜色、形状和图案。在其他实施例中，调整眼睛成像系统的焦点，以便使虹膜5012或视网膜5014的图像能够被捕获。还能够调整照射光，以照射虹膜5012或者经过眼睛的瞳孔，以照射视网膜5014。照射光能够是可见光，以实现虹膜5012或视网膜5014的颜色的捕获，或者照射光能够是紫外(例如340nm)、近红外(例如850nm)或中波红外(例如5000nm)光，以便实现眼睛的超光谱特性的捕获。
图53示出包括眼睛成像系统的显示系统。显示系统包括偏振光源2958、DLP 2955、四分之一波膜2957和分束器板5345。眼睛成像系统包括照相装置3280、照射光5355和分束器板5345。其中分束器板5345能够是面向偏振光源2958的所述侧的反射偏振器以及面向照相装置3280的所述侧的热镜。其中热镜反射红外光(例如波长700至2000nm)而传送可见光(例如波长400至670nm)。分束器板 5345能够由多个分层膜、具有涂层的衬底膜或者具有任一侧的膜的刚性透明衬底来组成。通过在一侧提供反射偏振器，把来自偏振光源 2958的光反射到DLP 2955，其中它经过四分之一波膜2957一次，由 DLP镜与DLP 2955所显示的图像内容对应地反射，并且然后又经过四分之一波膜2957。在这样做时，改变来自偏振光源的光的偏振态，使得它由分束器板5345上的反射偏振器来传送，以及图像光2971传递到下光学器件模块204，在这里图像向用户显示。同时，来自照射光5355的红外光5357由热镜来反射，使得它传递到下光学器件模块 204中，其中它照射用户的眼睛。红外光2969的部分由用户的眼睛来反射，并且这个光又经过下光学器件模块204，由分束器板5345 上的热镜来反射，并且由照相装置3280来捕获。在这个实施例中，图像光2971被偏振，而红外光5357和2969能够未偏振。在一实施例中，照射光5355提供两个不同红外波长，以及眼睛图像成对地捕获，其中共同分析眼睛图像对，以便基于虹膜分析来改进用户的识别精度。
图54示出具有眼睛成像系统的显示系统的另一实施例的图示。除了图53的特征之外，这个系统还包括第二照相装置5460。其中提供第二照相装置5460，以捕获可见波长中的眼睛图像。眼睛的照射能够由所显示图像或者由来自环境的透视光来提供。例如通过增加所显示图像的亮度或者增加所显示图像中的白色区域，能够修改所显示图像的部分，以便在要捕获眼睛的图像时提供用户眼睛的改进照射。此外，经修改的所显示图像能够为了便于捕获眼睛图像而简短地呈现，并且经修改的图像的显示能够与眼睛图像的捕获同步。如图 54所示，可见光5467在被第二照相装置5460来捕获时被偏振，因为它经过分束器5445，以及分束器5445是面向第二照相装置5460 的所述侧的反射偏振器。在这个眼睛成像系统中，可见眼睛图像能够由第二照相装置5460在由照相装置3280捕获红外眼睛图像的同时来捕获。其中，照相装置3280和第二照相装置5460以及所捕获的关联相应图像的特性在分辨率和捕获速率方面能够是不同的。
图52a和图52b示出眼睛的所捕获图像，其中眼睛采用结构化光图案来照射。图52a中，眼睛5220采用所投射的结构化光图案5230示出，其中光图案是线条的网格。通过如本领域的技术人员已知的包括衍射或折射装置以修改光5357，例如5230等的光图案能够由图53所示的光源5355来提供。还能够为图54所示的第二照相装置5460来包含可见光源，第二照相装置5460能够包括衍射或折射以修改光5467，以便提供光图案。图52b示出当用户的眼睛5225 注视所述侧时，5230的结构化光图案如何被失真。这个失真来自如下事实：人眼的形状不是球形，而是虹膜从眼球稍微突出，以形成虹膜区域中的凸起。因此，当眼睛的图像从固定位置来捕获时，眼睛的形状和所反射的结构化光图案的关联形状根据眼睛指向哪一个方向而是不同的。结构化光图案的变化随后能够在所捕获眼睛图像中分析，以确定眼睛正注视的方向。
眼睛成像系统还能够用于评估用户健康的方面。在这种情况下，从分析虹膜5012的所捕获图像所获得的信息不同于从分析视网膜5014的所捕获图像所获得的信息。其中视网膜5014的图像使用光5357(其照射包括视网膜5014的眼睛的内部部分)来捕获。光 5357能够是可见光，但是在一实施例中，光5357是红外光(例如波长 1至5微米)，以及照相装置3280是红外光传感器(例如InGaAs传感器)或者低分辨率红外图像传感器，其用来确定由眼睛的内部部分所吸收、反射或散射的光5357的相对量。其中，所吸收、反射或散射的光的大多数能够归因于包括视网膜的眼睛的内部部分中的材料，其中存在具有薄壁的密集排列血管，使得吸收、反射和散射通过血液的材料组成所引起。这些测量能够在用户佩戴HWC时以常规间隔、在所识别事件之后或者通过外部通信所提示时自动进行。在优选实施例中，照射光是近红外或中红外(例如0.7至5微米波长)，以降低对佩戴者眼睛的热损坏的机会。在另一个实施例中，偏振器3285是抗反射，其经涂敷以降低从这个表面来自光5357、光2969或者光3275 的任何反射，并且由此增加照相装置3280的灵敏度。在另一实施例中，光源5355和照相装置3280共同包括分光计，其中对于光源5355 所提供的波长范围之内的一系列窄波长来分析通过眼睛所反射的光的相对强度，以确定通过眼睛所吸收、反射或散射的光的特性谱。例如，光源5355能够提供大范围的红外光，以照射眼睛，以及照相装置3280能够包括：光栅，把来自眼睛的反射光横向扩散到一系列窄频带中，其由线性光电检测器来捕获，使得能够测量波长的相对强度，并且能够对大范围的红外来确定眼睛的特性吸收谱。在另一示例中，光源5355能够提供光(紫外、可见或红外)的一系列窄波长，以便依次照射眼睛，以及照相装置3280包括光电检测器，其选择成在一系列依次测量中测量窄波长系列的相对强度，其能够共同用来确定眼睛的特性谱。所确定特性谱然后与不同材料的已知特性谱进行比较，以确定眼睛的材料组成。在又一个实施例中，照射光5357聚焦到视网膜5014，以及确定视网膜5014的特性谱，并且将谱与可存在于用户血液中的材料的已知谱进行比较。例如，在可见波长中，540nm对检测血色素是有用的，以及660nm对区分氧络血红蛋白是有用的。在另一示例中，在红外中，大量材料能够识别为是本领域的技术人员已知的，包括：葡萄糖、尿素、酒精和可控物质。图55示出如使用一种形式的红外分光学(ThermoScientificApplication Note 51242,由C. Petty,B.Garland and the Mesa Police DepartmentForensic Laboratory作出，通过引用将其结合到本文中)所测量的多种可控物质的一系列示例谱。图56示出葡萄糖的红外吸收谱(Hewlett Packard Company 1999, G.Hopkins,G.Mauze；“In-vivo NIR Diffuse-reflectance Tissue Spectroscopy of HumanSubjects”，通过引用将其结合到本文中)。美国专利6675030提供一种包括人体部位、例如脚的红外扫描的近红外血糖监测系统，通过引用将其结合到本文中。美国专利发表 2006/0183986提供一种包括视网膜的光测量的血糖监测系统，通过引用将其结合到本文中。本发明的实施例提供用于通过下列步骤自动测量用户血液中的特定材料的方法：将一个或多个窄波长照射到佩戴者眼睛的虹膜中，并且测量眼睛所反射的光的相对强度，以识别相对吸收谱，以及将所测量吸收谱与特定材料的已知吸收谱进行比较，例如以540和660nm照射以确定用户血液中存在的血色素水平。
本发明的另一方面涉及收集和使用眼睛位置和视线航向信息。具有运动航向、视线航向和/或眼睛位置预测(本文中有时又称作“眼睛航向”)的头戴式计算可用来识别HWC102的佩戴者明显感兴趣的内容，以及可捕获和使用该信息。在实施例中，信息可表征为查看信息，因为信息明显涉及佩戴者正注视的内容。查看信息可用来形成佩戴者的个人简档，其可指示佩戴者倾向于注视的内容。可捕获来自若干或许多HWC 102的查看信息，使得可建立编组或群体查看趋势。例如，如果移动航向和视线航向为已知，则佩戴者正注视的内容的预测可被进行并且用来生成个人简档或者群体简档的一部分。在另一个实施例中，如果眼睛航向和位置、视线航向和/或移动航向为已知，则可预测正被注视的内容。预测可涉及了解哪一个处于佩戴者附近，并且这可通过建立佩戴者的位置(例如经过GPS或另一定位技术)并且建立哪些映射对象在该区域中为已知来了解。预测可涉及解释与HWC 102关联的照相装置或者其他传感器所捕获的图像。例如，如果照相装置捕获标志的图像并且照相装置与视线航向成一直线，则预测可涉及评估佩戴者正查看该标志的可能性。预测可涉及捕获图像或者其他感官信息，并且然后执行对象识别分析，以确定正被查看的内容。例如，佩戴者可沿街道行走并且HWC 102中的照相装置可捕获图像，以及HWC 102上或者远离HWC 102的处理器可识别面部、对象、标记、图像等，并且可确定佩戴者可注视它或者朝它注视。
图57示出某人随着安装于其头部的HWC 102而行走的场景。在这个场景中，此人的地理空间位置5704经过GPS传感器(其可能是另一个位置系统)是已知的，并且其移动航向、视线航向5714 和眼睛航向5702为已知并且能够被记录(例如经过本文所述系统)。该场景中存在对象和人。人5712可通过佩戴者的HWC 102系统来识别，此人可被映射(例如，此人的GPS位置可以是已知的或者被识别) 或者以其他方式为已知。此人可佩戴可识别的外衣或装置。例如，外衣可具有某种款式，以及HWC可识别款式并且记录其视图。该场景还包括映射对象5718和识别对象5720。当佩戴者穿过该场景时，视线和/或眼睛航向可被记录并且从HWC 102来传递。在实施例中，可记录视线和/或眼睛航向保持特定位置的时间。例如，如果某人看来像是注视对象或人预定时间段(例如2秒或以上)，则信息可作为关于此人可对该对象感兴趣的指示的凝视持久信息来传递。
在实施例中，视线航向可与眼睛航向结合使用，或者眼睛和/或视线航向可单独使用。视线航向能够做好预测佩戴者正注视哪一个方向的工作，因为眼睛许多次沿与视线航向相同的一般方向向前看。在其他状况中，眼睛航向可以是更合乎需要的度量，因为眼睛和视线航向不一定始终对齐。在本文的实施例中，示例可提供有术语“眼睛/视线”航向，其指示眼睛航向和视线航向的任一个或两者可用于该示例中。
图58示出一种用于接收、开发和使用移动航向、视觉航向、眼睛航向和/或来自(一个或多个)HWC 102的永久信息的系统。服务器5804可接收航向或凝视持久信息(其称作持久信息5802)供处理和/或使用。航向和/或凝视持久信息可用来生成个人简档5808和/ 或编组简档5810。个人简档5718可反映佩戴者的一般查看趋势和兴趣。编组简档5810可以是不同佩戴者的航向和持久信息的集合，以创建一般编组查看趋势和兴趣的印象。编组简档5810可基于其他信息(例如性别、爱好、厌恶、传记信息等)来分解为不同编组，使得某些编组能够与其他编组加以区分。这在广告中可以是有用的，因为广告商可对成年男性运动狂人与年轻女性相反一般注视的内容感兴趣。简档5808、5810以及原始航向和持久信息可由零售商5814、广告商 5818、教练员等使用。例如，广告商可使广告在环境中发布，并且可对了解多少人注视该广告、他们注视的时长以及它们在注视之后所去的位置感兴趣。这个信息可用作转换信息，以评估广告价值并且因而评估对该广告要接收的付费。
在实施例中，该过程涉及从多个头戴式计算机(其进入与环境中的对象的近程)来收集眼睛和/或视线航向信息。例如，多个人可经过区域行走，并且每个人可佩戴具有跟踪佩戴者眼睛的位置以及可能佩戴者视线和移动航向的能力的头戴式计算机。各种HWC佩戴个体则可行走、骑行或者以其他方式进入环境中的某个对象(例如商店、标志、人、车辆、盒、包等)的近程。当每个人经过或者以其他方式走近对象时，眼睛成像系统可确定此人是否朝对象注视。所有眼睛/视线航向信息可被收集并且用来形成群体对该对象如何反应的印象。商店可进行促销，并且因此商店可打出指示这种情况的标志。店主和经理可能很感兴趣了解任何人是否注视其标志。标志可作为区域中的感兴趣对象来设置，以及当人们在标志附近导航(可能通过其 GPS位置所确定)时，眼睛/视线航向确定系统可记录相对于环境和标志的信息。一旦或者当收集眼睛/视线航向信息并且确定眼睛航向与标志之间的关联时，反馈可作为关于其标志吸引人的良好程度的指示来回送给店主、经理、广告商等。在实施例中，标志吸引人们的注意的效能(如经过眼睛/视线航向所示)可被认为是转换度量，并且影响标志和/或标志放置的经济价值。
在实施例中，具有对象的环境的地图可通过映射群体中的人们在通过对象(例如标志)导航时的位置和移动路径来生成。这个地图上的分层可以是各种眼睛/视线航向的指示。这在指示佩戴人在查看对象时他们与对象有关中是有用的。地图还可具有人们从环境中的各种位置注视对象的时长以及它们在看到对象之后要去的位置的指示。
在实施例中，该过程涉及从头戴式计算机来收集多个眼睛/视线航向，其中多个眼睛/视线航向的每个与环境中的不同预定对象关联。这种技术可用来确定不同对象的哪一个吸引人的更多关注。例如，如果有三个对象放置在环境中并且某人进入环境导航经过它，则他可注视对象的一个或多个，并且其眼睛/视线航向可在一个或多个对象上比其他对象持续更长时间。这可用于制作或细化此人的个人关注简档，和/或它可与关于相同或相似对象的其他这种人们的数据相结合，以确定这种印象，即群体如何对这些对象起反应。按照这种方式测试广告可提供其效能的良好反馈。
在实施例中，该过程可涉及一旦存在眼睛/视线航向与感兴趣对象之间的充分对齐则捕获眼睛/视线航向。例如，具有HWC 的人可导航经过环境，以及一旦HWC检测到充分对齐或者眼睛/视线航向与感兴趣对象之间的即将到来的充分对齐的所规划发生，则可记录发生和/或持久性以供使用。
在实施例中，该过程可涉及从头戴式计算机来收集眼睛 /视线航向信息，并且从头戴式计算机收集所捕获图像(其在与捕获眼睛/视线航向信息基本上相同的时间来获取)。这两段信息可结合用来获得对佩戴者正注视并且可能感兴趣的内容的了解。该过程还可涉及将眼睛/视线航向信息与对象、人或者所捕获图像中存在的其他事物关联。这可涉及处理所捕获图像以查找对象或图案。在实施例中，凝视时间或持久性可被测量并且结合图像处理来使用。该过程仍然可涉及对象和/或模式识别，但是它还可涉及尝试通过更具体与图像处理结合识别图像的一部分来识别此人凝视时间段的内容。
在实施例中，该过程可涉及从预定几何空间位置来设置预定眼睛/视线航向并且使用它们作为触发。在头戴式计算机进入地理空间位置并且与头戴式计算机关联的眼睛/视线航向与预定眼睛/视线航向对齐的情况下，系统可收集存在明显对齐的事实，和/或系统可记录识别眼睛/视线航向保持为与预定眼睛/视线航向基本上对齐的时长的信息，以形成持久统计。这可消除或降低对图像处理的需要，因为触发能够在无需对区域进行成像的情况下使用。在其他实施例中，图像捕获和处理结合触发来执行。在实施例中，触发可以是具有对应眼睛/视线航向的一系列地理空间位置，使得许多地点能够用作触发，其指示人进入接近感兴趣对象的区域的时间以及人实际上看来像是注视对象的时间。
在实施例中，眼睛成像可用来捕获佩戴者的两个眼睛的图像，以便确定眼睛的收敛量(例如经过本文其他部分所述的技术)，以获得对佩戴者专心于哪一个焦平面的了解。例如，如果收敛测量表明焦平面处于佩戴者15英尺之内，则即使眼睛/视线航向可与超过15英尺之外的对象对齐，也可确定佩戴者没有注视对象。如果对象处于 15英尺建议焦平面之内，则可确定佩戴者正注视对象。图59示出指示人的位置5902的环境位置锁定数字内容5912。在本公开中，术语“BlueForce”一般用来指示队员或者其地理空间位置为已知并且能够使用的成员。在实施例中，“BlueForce”是指示触觉武装小队(例如警察人员、特工人员、保安人员、部队、国家安全人员、情报人员等) 的成员的术语。在本文的许多实施例中，一个成员可称作主或第一 BlueForce成员，并且在许多所述实施例中正是这个成员佩戴HWC。应当理解，这个术语帮助读者并且有利于各种状况的清楚呈现，以及Blueforce的其他成员或者其他人可具有HWC 102并且具有相似能力。在这个实施例中，第一人佩戴头戴式计算机102，其具有透视视场(“FOV”)5914。第一人能够透视FOV，以便经过FOV来查看周围环境，以及数字内容也能够在FOV中呈现，使得第一人能够经过FOV 在数字增强视图中查看实际周围环境。其他BlueForce人的位置为已知，并且在大楼内部的点5902的位置来指示。这个位置在三维、经度、纬度和海拔高度(其可通过GPS连同与其他Blueforce人关联的高度计一起来确定)方面为已知。类似地，佩戴HWC 102的第一人的位置也为已知，如图59中示为点5908。在这个实施例中，第一人的罗盘航向5910也为已知。通过罗盘航向5910为已知，能够确定第一人查看周围环境的角度。第一人5908的位置与另一人的位置5902之间的虚拟目标线能够在三维空间中建立，并且从接近FOV 5914的HWC 102发出。三维定向虚拟目标线则能够用来呈现FOV 5914中的环境位置锁定数字内容，其指示另一人的位置5902。环境位置锁定数字内容5902能够定位在FOV 5914中，使得第一人(其佩戴HWC 102) 将内容5902感知为在环境中锁定到位并且标记另一人5902的位置。
三维定位虚拟目标线能够周期地重新计算(例如每一毫秒、秒、分钟等)，以便重新定位环境位置锁定内容5912，以保持与虚拟目标线成一直线。这能够创建内容5912保持定位在环境中与另一人的位置5902关联的点的幻觉，而与佩戴HWC 102的第一人5908 的位置无关并且与HWC 102的罗盘航向无关。
在实施例中，环境锁定数字内容5912可随对象5904(其处于第一人的位置5908与另一人的位置5902之间)而定位。虚拟目标线可在与另一人的位置5902相交之前相交对象5904。在实施例中，环境锁定数字内容5912可与对象相交点5904关联。在实施例中，相交对象5904可通过将两个人的位置5902、5908与地图上识别的障碍物进行比较来识别。在实施例中，相交对象5904可通过处理从与HWC 102关联的照相装置或另一传感器所捕获的图像来识别。在实施例中，数字内容5912具有指示处于另一人5902的位置、相交对象 5904的位置的外观，以提供FOV 5914中的另一人的位置5902的位置的更清楚指示。
图60示出数字内容可基于第一人5908(其佩戴HWC 102)与另一人5902的位置之间的虚拟目标线来定位在FOV 6008中的方式和位置。除了将内容定位在与虚拟目标线成一直线的FOV 6008 的位置中之外，还可呈现数字内容，使得它在第一人聚焦在环境中的某个平面或距离时进入第一人的焦点。所呈现对象A 6018是数字生成内容，其作为图像在内容位置A 6012来呈现。位置6012基于虚拟目标线。所呈现对象A 6018不仅沿虚拟目标线、而且还在焦平面B 6014来呈现，使得在FOV 6008中的位置A 6012的内容在第一人的眼睛6002聚焦在周围环境中的焦平面B 6014距离的某物时进入第一人的焦点。设置所呈现内容的焦平面提供在眼睛6002聚焦在所设置焦平面之前没有进入焦点的内容。在实施例中，这允许位置A的内容被呈现，而没有在HWC的罗盘指示第一人沿另一人5902的方向注视时，但是它将仅在第一人沿另一人5902的方向聚焦在另一人 5902的焦平面时才进入焦点。
所呈现对象B 6020与所呈现对象A 6018相比与不同虚拟目标线对齐。所呈现对象B 6020也在与内容位置A 6012相比的不同焦平面的内容位置B 6004来呈现。所呈现内容B6020在另一焦平面来呈现，其指示另一人5902在物理上位于另一距离。如果焦平面充分不同，则在位置A的内容将在与位置B的内容不同的时间进入焦点，因为两个焦平面要求来自眼睛6002的不同焦点。
图61示出从第一人的角度来看在具有各种观点的位置的若干BlueForce成员。在实施例中，相对位置、距离和障碍可使指示另一人的位置的数字内容被改变。例如，如果另一人能够被第一人经过第一人的FOV来看到，则数字内容可在另一人的位置来锁定，并且数字内容可具有指示另一人的位置被主动标记和跟踪的类型。如果另一人处于相对邻近，但是无法被第一人看到，则数字内容可锁定到相交对象或区域，并且数字内容可指示另一人的实际位置无法被看到，但是标记一般跟踪其他人的一般位置。如果另一人不在预定近程之内或者以其他方式更显著地从第一人的视图遮掩，则数字内容可一般指示另一人所在的方向或区域，以及数字内容可指示另一人的位置没有通过数字内容精密地识别或跟踪，但是另一人处于一般区域中。
继续参照图61，若干BlueForce成员在第一人所在的区域中的各种位置来呈现。主BlueForce成员6102(又一般称作第一人或者其中HWC具有用于示例用途的FOV的人)能够直接看到旷野中的BlueForce。在实施例中，在主BlueForce成员的FOV中提供的数字内容可基于虚拟目标线并且在指示BlueForce成员6104的旷野位置的环境位置中虚拟地锁定。数字内容还可指示旷野BlueForce成员的位置被标记并且跟踪。如果BlueForce成员从主BlueForce成员的视觉被遮掩或者以其他方式不可用于直接查看，则数字内容可改变形式。
BlueForce成员6108通过邻近被遮掩成员6108的障碍从主BlueForce成员6102的视图被遮掩。如所示，被遮掩成员6108 处于大楼中但是靠近前壁之一。在这种状况中，在主成员6102的FOV 中提供的数字内容可指示被遮掩成员6108的一般位置，以及数字内容可指示虽然另一人的位置相当充分地标记，但是它被遮掩，因此不是与此人处于直接视图中时同样准确。另外，数字内容可虚拟位置锁定到被遮掩成员所在的大楼外部的某个特征。这可使环境锁定更为稳定，并且还提供此人的位置算是未知的指示。
BlueForce成员6110被多个障碍遮掩。成员6110处于大楼中，并且在主成员6102与被遮掩成员6110之间存在另一个大楼6112。在这种状况中，主成员的FOV中的数字内容将在空间上完全达不到实际被遮掩成员，并且因此数字内容可需要按照指示被遮掩成员6110处于一般方向但是数字标记不是被遮掩成员6110的特定位置的可靠信息源的方式来呈现。
图62示出用于将数字内容定位在HWC的FOV中的又一种方法，其中数字内容预计指示另一个人的位置。这个实施例与本文结合图62所述的实施例相似。这个实施例中的主要附加元素是检验第一人5908、佩戴具有位置的FOV数字内容呈现的HWC的人以及在位置5902的另一人之间的距离的附加步骤。在这里，测距仪可包含在HWC中，并且以通过虚拟目标线所表示的角度来测量距离。在测距仪找到阻碍虚拟目标线的路径的对象的情况下，FOV中的数字内容呈现可指示这种情况(例如，如本文其他部分所述)。在测距仪确认在虚拟目标线所定义的所规定距离和角度结束时存在人或对象的情况下，数字内容可表示已经标记正确位置，如本文其他部分所述。
本发明的另一方面涉及预测BlueForce成员的移动，以保持BlueForce成员位置的正确虚拟标记。图63示出一种状况，其中主BlueForce成员6302使用HWC 102经过增强环境来跟踪其他 BlueForce成员的位置，如本文其他部分所述(例如，如结合以上附图所述)。主BlueForce成员6302可具有触觉移动计划6308的知识。触觉移动计划可本地(例如，在具有BlueForce成员之间的计划的共享的 HWC 102上)或远程(例如，在服务器上并且传递给HWC102或者传递给HWC 102共享的HWC 102的子集)保持。在这种情况下，触觉计划涉及一般沿箭头6308的方向移动的BlueForce编组。触觉计划可影响主BlueForce成员的HWC 102的FOV中的数字内容的呈现。例如，触觉计划可帮助预测另一BlueForce成员的位置，并且可相应地调整虚拟目标线。在实施例中，触觉移动计划的区域可采用FOV中的数字内容来加阴影或着色或者以其他方式标记，使得主BlueForce 成员能够相对触觉计划来管理其活动。例如，他可知道一个或多个 BlueForce成员朝触觉路径6308移动。他还可知道没有与BlueForce成员关联地出现的触觉路径中的移动。
图63还示出BlueForce成员所佩戴的HWC中的内部 IMU传感器可提供关于成员6304的移动的指导。这在识别GPS位置应当被更新的时间并且因此更新FOV中的虚拟标记的位置方面可以是有帮助的。这在评估GPS位置的真实性方面也可以是有帮助的。例如，如果GPS位置尚未更新但是存在显著IMU传感器活动，则系统可怀疑所识别位置的精度。IMU信息还可以可用于在GPS信息不可用的情况下帮助跟踪成员的位置。例如，如果GPS信号丢失并且 FOV中的虚拟标记可指示队员的所指示移动并且指示位置识别不理想，则可使用航位推测。当前触觉计划6308可周期地更新，并且已更新计划还可细分HWC 102的FOV中呈现的内容。
图64示出按照本发明的原理的BlueForce跟踪系统。在实施例中，BlueForce HWC102可具有定向天线，其发射较低功率定向RF信号，使得较低功率信号的范围之内的其他BlueForce成员能够基于信号的强度和变化强度来接收和评估其方向和/或距离。在实施例中，这类RF信号的跟踪能够用来改变HWC 102的FOV中的人员位置的虚拟标记的呈现。
本发明的另一方面涉及监测BlueForce成员的健康。可自动监测每个BlueForce成员的健康和应力事件。例如，成员可具有如本文其他部分所述的表带或者其他可佩戴生物监测装置，以及该装置可持续监测生物信息，并且预测健康问题或应力事件。作为另一个示例，如与本文其他部分所述的眼睛成像系统可用来监测如与正常条件相比的瞳孔扩张，以预测头部创伤。可对各眼睛进行成像，以检查瞳孔扩张的差以获得头部创伤的指示。作为另一个示例，HWC 102 中的IMU可监测某人的走门(walking gate)，从而查找图案的变化，其可以是头部或其他创伤的指示。来自成员的指示健康或应力问题的生物反馈可上传到服务器以供与其他成员进行共享，或者信息例如可与本地成员共享。一旦被共享，FOF中指示具有健康或应力事件的人的位置的数字内容可包括健康事件的指示。
图65示出一种状况，其中主BlueForce成员6502监测 BlueForce成员6504(其具有健康事件)的位置，并且使健康告警从 HWC 102来传送。如本文其他部分所述，主BlueForce成员的HWC 102的FOV可包括具有健康问题6504的BlueForce成员的位置的指示。FOV中的数字内容还可包括与位置指示关联的健康条件的指示。在实施例中，非生物传感器(例如IMU、照相装置、测距仪、加速计、高度计等)可用来将健康和/或状况条件提供给对信息感兴趣的BlueForce小队或者其他本地或远程人员。例如，如果BlueForce成员之一被检测为从站立位置快速碰撞地面，则可发送告警,作为跌落、此人处于困境以及必须放下、被枪击的指示。
本发明的另一方面涉及虚拟标记各种先前动作和事件。例如，如图66所示，本文其他部分所述的技术可用来构成BlueForce 成员的虚拟先前移动路径6604。虚拟路径可使用本文其他部分所述的方法来显示为主BlueForce成员6602的FOV中的数字内容。当BlueForce成员沿路径6604移动时，他可虚拟地放置事件标记6608，使得当另一个成员查看位置时，标记能够显示为数字内容。例如， BlueForce成员可检查和清除区域，并且然后使用外部用户界面或手势来指示已经清除该区域，并且然后该位置虚拟地标记并且与BlueForce成员来共享。然后，当某个人想要了解是否检查位置时，他能够查看位置的信息。如本文其他部分所述，如果位置是成员可见的，则数字内容可按照指示特定位置的方式来显示，以及如果位置不是从此人的角度可见的，则数字内容可稍微不同，因为它可能没有具体标记该位置。
回到光学配置，本发明的另一方面涉及一种光学配置，其将数字显示内容提供给佩戴头戴式显示器(例如，如HWC 102中使用)的人的眼睛，并且允许此人透视显示器，使得数字内容被此人感知为增强周围环境的透视视图。光学配置可具有可变传输光学元件，其与此人的透视视图成一直线，使得透视视图的传输能够增加和减少。这在某人想要或者采用高传输透视视图更好地被服务以及在相同 HWC 102中此人想要或者采用较少透视传输时的状况中可以是有帮助的。较低透视传输可用于亮条件中和/或数字呈现内容的更高对比度是合乎需要的条件中。光学系统还可具有一种照相装置，其通过从光学元件(其与周围环境的人的透视视图成一直线)接收来自周围环境的反射光来对周围环境进行成像。在实施例中，照相装置还可在暗光阱中对齐，使得沿照相装置的方向所反射和/或传送的光(其没有被照相装置所捕获)被俘获以降低杂散光。
在实施例中，提供HWC 102，其包括与用户注视的方向同轴对齐的照相装置。图67示出包括吸收偏振器6737和照相装置 6739的光学系统6715的图示。图像源6710能够包括光源、显示器和反射表面以及一个或多个透镜6720。图像光6750由图像源6710 来提供，其中图像光6750的一部分由部分反射组合器6735来反射到用户的眼睛6730。同时，图像光6750的一部分可由组合器6735来传送，使得它入射到吸收偏振器6737上。在这个实施例中，图像光 6750是偏振光，其中图像光6750的偏振态相对于吸收偏振器6737 来定向，使得入射图像光6750由吸收偏振器6737来吸收。这样，通过逸出图像光6750所产生的面部眩光降低。在实施例中，吸收偏振器6737包括抗反射涂层，以降低来自吸收偏振器6737的表面的反射。
图67还示出用于沿用户注视的方向来捕获环境的图像的照相装置6739。照相装置6739定位在吸收偏振器6737后面和组合器6735下面，使得来自环境6770的光的一部分由组合器6735反射到照相装置6739。来自环境6770的光能够未偏振，使得来自环境 6770、由组合器6735所反射的光的一部分经过吸收偏振器6737，并且正是这个光由照相装置6739来捕获。因此，由照相装置所捕获的光将具有与图像光6750相反的偏振态。另外，照相装置6739相对于组合器6735来对齐，使得与照相装置6739关联的视场与图像光6750 所提供的显示视场是同轴的。同时，来自环境的场景光6760的一部分由组合器传送，以便向用户眼睛6730提供环境的透视视图。其中关联图像光6750的显示视场通常与关联场景光6760的透视视场重合，并且由此透视视场和照相装置6739的视场至少部分同轴。通过将照相装置6739附连到光学系统6715的下部，如通过来自环境6770 的光所示的照相装置6739的视场随着用户移动头部而移动，使得照相装置6739所捕获的图像对应于用户注视的环境的区域。通过将照相装置视场与所显示图像和用户的场景视图同轴对齐，能够提供具有与场景中的对象的改进对齐的增强现实图像。这是因为来自照相装置 6739的所捕获图像提供场景的用户透视图的准确表示。作为示例，当用户看到场景中的对象位于HWC的透视视图的中间时，对象将位于照相装置所捕获的图像的中间，以及要与对象关联的任何增强现实影像能够位于所显示图像的中间。当用户移动头部时，如在场景的透视视图中所看到的对象的相对位置将发生变化，以及增强现实影像的位置能够在所显示图像中按照对应方式来改变。在为用户眼睛的每个提供照相装置6739时，也能够提供场景的3D视图的准确表示。这是通过本发明所提供的重要优点，因为位于HWC的框架中(例如在眼睛之间或者在角上)的照相装置所捕获的图像捕获从场景的用户角度横向偏移的图像，并且因此难以如从用户角度所看到将增强现实图像与场景中的对象对齐。
在图67所示的光学系统6715中，吸收偏振器6737同时用作用于逸出图像光6750的光阱、用于照相装置6739的图像光6750的光阻断器以及从环境6770到照相装置6739的光的窗口。这是可能的，因为图像光6750的偏振态与吸收偏振器6737的传输轴垂直，而来自环境6770的光未偏振，使得来自环境6770、与图像光的相反偏振态的光的一部分由吸收偏振器6737来传送。组合器6735能够是包括简单部分反射镜、陷波反射镜和全息镜的任何部分反射表面。组合器6735的反射率能够选择为大于50％(例如对可见波长谱带的55％反射率和45％透射)，由此图像光6750的大多数将反射到用户的眼睛6730，以及来自环境6770的光的大多数将反射到照相装置 6739，这个系统将采用环境的更暗透视视图来提供更亮的所显示图像、更亮的所捕获图像。备选地，组合器6735的反射率能够选择为小于50％(例如对可见波长谱带的20％反射率和80％透射)，由此图像光6750的大多数将由组合器6735来传送，以及来自环境6770的光的大多数将传送到用户的眼睛6730，这个系统将提供环境的更亮透视视图，同时提供更暗的所显示图像和更暗的所捕获图像。因此，系统能够设计成有利于用户的预计使用。
在实施例中，组合器6735是平面的，其中具有光学平坦性，其足以实现锐显示图像和锐捕获图像，例如少于可见波长之内的光的20个波的平坦性。但是，在实施例中，组合器6735可弯曲，在这种情况下，所显示图像和所捕获图像均将失真，并且这个失真将必须由关联图像处理系统以数字方式校正。在所显示图像的情况下，图像由图像处理系统沿与弯曲组合器所引起的失真相反的方向以数字方式失真，因此两个失真相互抵消，并且因此用户看到未失真显示图像。在所捕获图像的情况下，所捕获图像在捕获之后以数字方式失真，以抵销弯曲组合器所引起的失真，使得图像在图像处理之后看起来未失真。
在实施例中，组合器6735是可调部分反射镜，其中反射率能够由用户或自动改变，以便在不同环境条件或不同使用情况中更好地起作用。可调部分反射镜能够是电可控反射镜，例如能够从 Kent Optronics(http://www.kentoptronics.com/mirror.html)得到的e-Transflector，其中反射率能够基于所施加电压来调整。可调部分反射镜还能够是快速切换反射镜(例如少于0.03秒的切换时间)，其中所感知透明度从在反射状态与传送状态之间快速切换的反射镜的占空比来得出。在实施例中，能够同步照相装置6739所捕获的图像，以在快速切换反射镜处于反射状态时发生，以便在图像捕获期间向照相装置6739提供增加的光量。因此，可调部分反射镜允许部分反射镜的透射率与环境条件对应地改变，例如，透射率在环境较亮时能够较低，而透射率在环境较暗时能够较高。
在另一实施例中，组合器6735包括面向照相装置6739 的那侧的热镜涂层，其中充分传送可见波长光，而充分反射红外光的光谱波长带，并且照相装置6739捕获包括红外波长光的至少一部分的图像。在这些实施例中，图像光6750包括可见波长光，以及可见波长光的一部分由组合器6735来传送，其中它然后被吸收偏振器 6737吸收。场景光6760的一部分由可见波长光来组成，并且这也被组合器6735传送，以便为用户提供环境的透视视图。来自环境6770 的光由可见波长光和红外波长光来组成。可见波长光的一部分连同与热镜关联的谱波带之内的基本上全部红外波长光由组合器6735反射到照相装置6739，由此经过吸收偏振器6737。在实施例中，照相装置6739选择成包括图像传感器，其对光的红外波长敏感，以及吸收偏振器6737选择成充分传送两种偏振态的光的红外波长(例如ITOS XP44偏振器，其传送波长高于750nm的两种偏振态的光：参见 http://www.itos.de/english/polarisatoren/linear/linear.php)，使得红外光的所增加百分比由照相装置6739来捕获。在这些实施例中，吸收偏振器6737用作逸出图像光6750的光阱，并且由此阻止来自照相装置 6739的图像光6750(其处于可见波长中)，同时充当来自照相装置6739 的环境6770的红外波长光的窗口。
通过将照相装置视场与所显示图像和用户的场景视图同轴对齐，能够提供具有与场景中的对象的改进对齐的增强现实图像。这是因为来自照相装置的所捕获图像提供场景的用户透视图的准确表示。在实施例中，与用户的视图同轴对齐的照相装置捕获场景的图像，处理器则识别所捕获图像中的对象，并且识别对象的视场位置，其能够与所显示视场相互关连位置进行比较，因此数字内容则相对于对象的位置来显示。
本发明的另一方面涉及一种光学组合件，其使用反射显示器，其中反射显示器采用前照灯(其设置成以与反射显示器的活动反射表面大约90度的角来引导照射)来照射。在实施例中，光学配置是轻量、小型的，并且在头戴式透视显示器中产生高质量图像。
图68提供按照本发明的原理的HWC 102的紧凑光学显示组合件的截面图示连同说明性光线，以示出光如何经过组合件。显示组合件由上光学器件和下光学器件来组成。上光学器件包括反射图像源6810、四分之一波膜6815、物镜6820、反射偏振器6830和偏振光源6850。上光学器件将照射光6837转换为图像光6835。下光学器件包括分束器板6870和旋转弯曲的部分反射镜6860。下光学器件将图像光传递给佩戴HWC 102的用户。紧凑光学显示组合件为用户提供图像光6835(其传送所显示图像)连同场景光6865(其提供环境的透视视图)，使得用户看到覆盖到环境视图上的所显示图像。
在上光学器件中，线性偏振光由偏振光源6850来提供。其中偏振光源6850能够包括一个或多个灯，例如LED、QLED、激光二极管、荧光灯等。偏振光源6850还能够包括具有光散射表面或扩散器的背光组合件，以便跨偏振光源的输出区域均匀地传播光。也能够包括光控制膜或者光控制结构，以便控制偏振光源6850所提供的光的分布(又称作锥角)。光控制膜能够包括例如扩散器、椭圆扩散器、棱镜膜和双凸透镜阵列。光控制结构能够包括棱镜阵列、双凸透镜、柱面透镜、菲涅耳透镜、折射透镜、衍射透镜或其他结构，其控制照射光6837的角分布。偏振光源6850的输出表面是偏振器膜，以确保提供给上光学器件的照射光6837被线性偏振。
由偏振光源6850所提供的照射光6837被反射偏振器6830反射。其中偏振光源6850的输出表面的偏振器和反射偏振器 6830定向成使得其相应传输轴相互垂直。因此，由偏振光源6850所提供的照射光6837的大多数被反射偏振器6830反射。另外，反射偏振器6830成角度，使得照射光6837反射到反射图像源6810，由此照射反射图像源6810，如图68所示。
照射光6837经过物镜6820，并且然后入射到反射图像源6810。照射光6837然后被反射图像源(在本文中的其他部分称作反射显示器)6810反射。其中反射图像源6810能够包括硅上液晶(LCOS) 显示器、硅上铁电液晶(FLCSO)显示器、反射液晶显示器、胆甾相液晶显示器、双稳态向列相液晶显示器、或其他这种反射显示器。显示器能够是单色反射显示器(其与相继的红/绿/蓝照射光6837配合使用) 或者全色显示器(其与白照射光6837配合使用)。反射图像源6810在本地将与像素相一致的照射光6837的偏振态改变像素图像内容(其通过反射图像源6810来显示)，由此形成图像光6835。其中，如果反射图像源6810是正常白色显示器，则与图像内容的亮区域对应的图像光6835的区域结束于与照射光的偏振态相反的偏振态，以及图像光 6835的暗区域结束于与照射光6837相同的偏振态(应当注意，本发明能够与常黑显示器配合使用，其提供对图像光的偏振的相反效果)。因此，如反射图像源6810最初反射的图像光6835具有逐个像素的混合偏振态。图像光6835然后经过物镜6820，其修改图像光6835的分布，同时保存波前，以匹配下光学器件的要求(例如放大和焦点)。当图像光6835经过反射偏振器6830时，图像光6835的亮区域(其具有与照射光6837相反的偏振态)经过反射偏振器6830传送，以及图像光6835的暗区域(其具有与照射光6837相同的偏振态)反射到偏振光源6850，因此在经过反射偏振器6830之后的图像光6835在图像的所有像素中采用单个偏振态线性偏振，但是这时采用逐个像素不同的强度。因此，反射偏振器6830首先充当照射光6837的反射器，并且然后其次充当图像光6835的分析偏振器。
因此，照射光6837的光轴与反射偏振器6830与反射图像源6810之间的图像光6835的光轴重合。
照射光6837和图像光6835均经过物镜6820，但是沿相反方向。其中物镜起作用以扩大照射光6837，因此它照射反射图像源6810的整个活动区域，以及还扩大图像光6835，因此它在经过紧凑光学显示系统的其余部分之后填充眼眶6882。通过将关联照射光6837的紧凑光学显示组合件的部分与关联图像光6835的紧凑光学显示组合件的部分重叠，紧凑光学显示组合件的总体尺寸减少。给定与物镜6820关联的焦距要求紧凑光学显示组合件中的某个空间，反射偏振器6830和偏振光源6850位于原本未使用的空间中，因此显示组合件的总体尺寸更为紧凑。
反射偏振器6830能够是较薄膜(例如80微米)或薄板(例如0.2mm)，如图68所示。反射偏振器6830能够是例如从Asahi Kasei 可得到的名称为WGF的线栅偏振器或者例如从3M可得到的名称为 DBEF的多层介电膜偏振器。如先前所述，反射偏振器6830具有两个功能。首先，反射偏振器6830反射偏振光源6850所提供的照射光 6837，并且将照射光6837重定向到反射图像源6810。其次，反射偏振器6830充当图像光6835的分析偏振器，由此采用反射偏振器6830 下方的单个偏振态将反射偏振器6830上方的图像光6835的混合偏振态转换成线性偏振光。虽然入射到反射偏振器6830上的照射光6837 入射到反射偏振器6830的较小部分，但是图像光6835入射到反射偏振器6830的区域的大多数。因此，反射偏振器6830至少延伸于物镜 6820的整个区域，并且可延伸于物镜6820与分束器6870之间的整个区域，如图68所示。另外，反射偏振器6830至少在照射光6837 入射以便将照射光6837重定向到反射图像源6810的部分中成角度。但是，由于反射偏振器(例如线栅偏振器)对入射角能够比较不敏感，所以在优选实施例中，反射偏振器6830是平坦表面，其成角度以便将照射光6837重定向到反射图像源6810，其中平坦表面基本上在一个连续平坦表面中延伸于物镜6820与分束器6870之间的整个区域，以使制造更为简易。反射偏振器6870的薄膜或薄板能够保持在边缘，以便将它定位在期望角度，并且使表面平坦。
本文针对图68至图71所述的系统和方法具有多个优点。通过在紧凑光学显示组合件中的所有表面避免照射光6837和图像光6835的凝视角，组合件中的光的散射降低，并且因此向用户眼睛6880所呈现的图像的对比度对更深的黑色更高。另外，反射图像源6810能够包括如本领域的技术人员已知的补偿延迟器膜6815，以便使反射图像源6810能够对所显示图像的区域提供具有更均匀对比度的更高对比度图像。此外，通过提供主要由空气所组成的光学显示组合件，紧凑光学显示组合件的重量充分降低。通过将重合光轴用于照射光6837和图像光6835并且对光学显示组合件的相当大部分重叠照射光6837和图像光6835，紧凑光学显示组合件的总体尺寸减少。其中通过使照射光6837和图像光6835沿相反方向经过物镜6820，来提供重合光轴。要保持照射光6837的均匀偏振态，物镜6820由低双折射材料(例如玻璃或塑料，例如从Osaka Gas Chemicals可得到的 OKP4)来制成。通过将偏振光源6850和关联照射光6837定位在物镜 6820下面，并且通过折叠反射偏振器6830处的照射光6837和分束器6870处的图像光6835的光路，紧凑光学显示组合件的总体高度极大地减少。例如，对于采用6×10mm眼眶来提供30度对角线视场的显示器，紧凑光学显示组合件的总体高度能够小于24mm(如从反射图像源6810到旋转弯曲部分反射镜6860的底部边缘所测量)。
在优选情况下，偏振光源6850中的光控制结构包括正透镜，例如正菲涅耳透镜、正衍射透镜或者正折射透镜。其中正菲涅耳透镜或者正衍射透镜是优选的，因为它们能够是非常薄的。由此聚焦照射光6837，以形成反射偏振器6830处的较小区域或光瞳，其与在光学器件的另一端的眼眶6882的区域具有直接关系，其中将图像光6835提供给用户眼睛6880，如图68所示。其中正透镜根据强度和角分布来集中来自偏振光源6850的照射光6837，以匹配光学系统的集光量，并且由此采用图像光6835来填充眼眶。通过使用正透镜会聚来自偏振光源6850、如提供给反射偏振器6830的光，并且然后使用物镜6820来扩大照射光6837以照射反射图像源6810的活动区域，来改进效率，因为照射光6837仅在需要的情况下才充分传递，以形成图像光6835。此外，瞳孔外部的照射光6837能够由正透镜来控制并且由正透镜的掩蔽边缘来削减。通过聚焦照射光6837并且削减瞳孔外部的光，防止照射光6837在紧凑光学显示组合件中以凝视角来照射相邻表面，以降低光的散射，并且由此通过提供更深的黑色来增加提供给用户眼睛6880的图像的对比度。
应当注意，虽然图68、69和70示出照射光6837从旋转弯曲部分反射镜6860后面来提供的光学布局，但是其他光学布局在本发明之内是可能的。偏振光源6850的位置能够例如改变成处于旋转弯曲部分反射镜6860的所述侧，其中反射偏振器6830定向成接收来自所述侧的照射光6837。以及将它反射到反射图像源6810(未示出)。
在另一实施例中，又反射到偏振光源6850的图像光 6835的部分在偏振光源6850中再循环，以增加偏振光源6850的效率。在这种情况下，扩散器和反射表面设置在偏振光源6850后面，因此光的偏振被加扰并且又反射到反射偏振器6830。
在又一实施例中，另一个反射偏振器设置在偏振光源 6850中以及先前所公开的线性偏振器后面。其中反射偏振器和线性偏振器的相应传输轴相互平行。另一反射偏振器则又将光反射到背光中，其具有原本没有被线性偏振器传送的偏振态。又反射到背光中的光经过与偏振光源6850关联的扩散器，其中偏振态被加扰和重新发射，由此使光再循环并且增加效率。
在另一个实施例中，按照本发明的原理的系统包括眼睛成像系统。图69是紧凑光学显示组合件的图示，其包括眼睛成像照相装置6992，其捕获与提供给用户的所显示图像同轴的用户眼睛 6880的图像，使得用户虹膜的全图像能够可靠地捕获。眼睛成像照相装置6992由反射偏振器6930反射到下光学器件中，其包括陷波镜涂层，面向眼睛成像照相装置6992，反射眼睛成像照相装置6992所捕获的光的波长(例如近红外波长)，而传送与图像光6835关联的波长(例如可见波长)。图69所示的每个光线6995示出与眼睛成像照相装置6992关联的视场如何是较窄视场，因为它经过下光学器件多次反射，以捕获用户眼睛6880的图像。但是，要使眼睛成像照相装置 6992聚焦到用户眼睛6880上，眼睛成像照相装置6992需要具有很近的焦距(例如35mm)。另外，眼睛成像照相装置的视场和焦距必须考虑旋转弯曲部分反射镜6860所提供的光功率的降低作用。要增加捕获从用户眼睛6880所反射的光的效率并且由此实现眼睛的更亮图像，旋转弯曲部分反射镜6860能够涂敷有部分反射镜涂层，其充当眼睛成像照相装置6992所捕获的波长中的全反射镜，例如涂层能够反射与图像光关联的可见光的50％以及与眼睛光6995关联的近红外光的90％。其中反射和偏振态的关联变化与关联图像光6835的那些相似，但是按照相反顺序，因为眼睛光线6995来自用户眼睛6880。 LED或其他微型灯设置成与用户眼睛6880相邻，以照射用户眼睛6880，其中与LED或其他微型灯关联的波长不同于与图像光6835关联的波长、例如近红外波长(例如850nm、940nm或1050nm)。备选地，图像光6835用来照射用户眼睛6880，以及使用具有反射的低消光比(例如反射消光比<15)的反射偏振器6930，使得眼睛光线的一部分被反射到眼睛成像照相装置6992。
在备选实施例中，反射和部分反射表面能够横向延伸到用于向用户显示图像的区域的侧面。在这种情况下，眼睛成像照相装置能够位于与物镜相邻并且在从分束器和旋转弯曲部分反射镜反射之后沿某个方向指向，以便对用户眼睛成像，如图70所示。其中图 70是示出定位到物镜6820和反射偏振器6830的所述侧的眼睛成像照相装置7092的图示。眼睛成像照相装置7092指向成使得眼睛成像照相装置7092所捕获的视场包括用户眼睛6880，如眼睛光线7095 所示。四分之一波膜6890还横向延伸，以按照改变图像光的偏振态的相同方式来改变眼睛光7095的偏振态，使得眼睛光经过分束器 6870和四分之一波6890，由旋转弯曲部分反射镜6860部分反射，以及然后由分束器6870来反射并且然后由眼睛成像照相装置7092来捕获。通过将眼睛成像照相装置7092定位到物镜和反射偏振器6830的所述侧，与向用户显示图像关联的光学器件的复杂度降低。另外，可用于眼睛成像照相装置7092的空间增加，因为对显示光学器件的干扰降低。通过将眼睛成像照相装置7092定位成与显示光学器件相邻，眼睛图像与所显示图像几乎同轴地捕获。
在又一个实施例中，按照本发明的原理的系统包括具有内部反射偏振器的物镜以及具有光功率的一个或多个表面。图71是包括物镜7121(其由上棱镜7122和下棱镜7123所组成)的上光学器件的图示。上棱镜7122和下棱镜7123能够模塑成形或者研磨和抛光。反射偏振器7124在平坦表面上插入上棱镜7122与下棱镜7123之间。反射偏振器7124能够是如先前所述的线栅偏振器膜或多层介电偏振器。反射偏振器7124能够采用透明UV固化粘合剂(其具有与上棱镜 7122或下棱镜7123相同的折射率)来接合到位。通常，上棱镜7122 和下棱镜7123具有相同折射率。其中上棱镜7122包括将要提供以照射反射图像源6810的照射光6837的成角度表面。照射光由光源来提供，光源包括如先前所述的灯，例如LED、背光7151、扩散器7152 和偏振器7153。下棱镜7123包括出口表面的弯曲表面，以用于控制如提供给下光学器件的图像光6835的波前。上棱镜还可包括如图71 所示与反射图像源6810紧邻的上表面的弯曲表面，以用于操纵反射图像源6810的表面的光的主光线角。照射光6837在进入上棱镜7122 之前由偏振器7153来偏振。偏振器7153和反射偏振器7124的传输轴相互垂直，使得照射光6837由反射偏振器7124来反射，以使得照射光重定向到反射图像源6810。照射光6837的偏振态则由反射图像源6810与如先前所述将要显示的图像内容对应地改变，以及所产生图像光6835则经过反射偏振器7124，以形成与向用户眼睛6880所显示的图像关联的亮区和暗区。
在另一个实施例中，图71的物镜7121包括偏振分束器立方体，其包括两个棱镜，即上棱镜7122和下棱镜7123。在这种情况下，反射偏振器7124由偏振敏感的涂层来取代，使得反射一个偏振态的光(例如通常为S偏振光)，而传送另一偏振态的光。照射光6837 则提供有被涂层反射的偏振态，以及图像光提供有被涂层传送的偏振态。如图71所示，分束器立方体包括上棱镜7122或下棱镜7123的一个或多个弯曲表面。分束器立方体还能够包括一个或多个成角度表面，其中提供照射光。成角度表面能够包括光控制结构、例如微透镜阵列以改进照射光6837的均匀性，或者包括双凸阵列以校准照射光 6837。
在又一个实施例中，图71所示的(一个或多个)弯曲表面或者(一个或多个)成角度表面能够通过将UV固化材料(例如UV固化丙烯酸)浇铸到分束器立方体的平坦表面、将具有空腔(其具有期望曲线)的透明模具放置到平坦表面上以迫使UV固化材料进入期望曲线以及施加UV光以固化UV固化材料来模塑到矩形形状分束器立方体。分束器立方体能够由具有与UV固化材料相同或不同的折射率的材料来制成。
在另一实施例中，偏振敏感反射涂层、例如介电部分反射镜涂层能够用来代替如图68所示的反射偏振器或分束器。在这种情况下，包括反射偏振器6830和分束器6870的反射膜和板包括偏振敏感涂层，其基本上反射具有一个偏振态(例如S偏振)的光，而基本上传送具有另一偏振态(例如P偏振)的光。由于照射光源包括偏振器 7153，所以照射光6837是一个偏振态，以及反射偏振器7124对反射的偏振态敏感并不重要，偏振态只需要在反射图像源6810的表面之上均匀地保持和呈现。但是，重要的是，反射偏振器7124对传输的偏振态(例如消光比>200)极为敏感以便成为有效偏振分析器，并且向用户眼睛6880提供高对比度图像(例如对比度率>200)。
在另一实施例中，图71所示的物镜7121能够包括具有弯曲表面(未示出)而不是平坦表面的反射偏振器7124，并且其中反射偏振器7124不是膜，而是偏振敏感涂层、印刷线栅偏振器或者模塑线栅图案(其然后经过金属化)。在这种情况下，上棱镜7122和下棱镜7123制作为匹配对，其中具有配套弯曲表面，其共同形成反射偏振器的表面。其中偏振敏感涂层、印刷线栅或模塑线栅图案应用于与上棱镜7122或者下棱镜7123关联的配套弯曲表面，以及透明粘合剂施加到另一配套表面，以便将上棱镜7122和下棱镜7123接合在一起，以形成具有内部弯曲反射偏振器7121的物镜7121。
电源管理由于多种原因而在头戴式显示器(HMD)中极为重要。例如，通过正确管理功率消耗，系统的总体重量能够通过使用较小电池来降低，能够提供电池充电之间的更长运行时，并且HMD 中生成的热量的降低能够在操作期间实现，等等。在透视HMD中，唯一时机对功率节省存在，因为与HMD关联的电子器件的各个方面能够在不需要时自动关闭或者在特定使用情况中关闭。这是可能的，因为透视HMD的透视特征甚至当HMD关闭时也为用户提供环境的视图，因此用户能够在功能关闭时持续进行某些活动。在许多情况下，在某些活动期间关闭HMD的方面以改进透视视图甚至也能够是有利的。备选地，按照本发明的原理的系统的方面能够用于功率节省模式，其自动接通和关闭功能。
存在能够用来在仍然提供HMD中的某种类型的所显示图像的同时降低功率使用的多种技术。例如，图像能够仅提供给一个眼睛而不是两个眼睛，图像能够仅在视场的一部分显示，所显示图像的帧率能够减小，所显示图像的亮度能够降低，传感器能够周期地接通而不是持续保持接通，与所显示的图像关联的数据速率能够降低、如果没有检测到人则能够关闭HMD等。这些技术能够单独使用或者与HMD中显示的信息的类型以及对用户参与哪一个活动的了解结合使用。在实施例中，用户可手动识别对HMD的操作模式，或者活动或操作模式可由传感器或者HMD中的传感器的组合自动确定。
在某些活动或操作模式中，仅向用户的一个眼睛呈现图像能够就如向两个眼睛呈现图像一样有效或者甚至更为有效。仅向一个眼睛呈现图像能够同样有效的一个示例包括在要求应对障碍的不平坦环境中行走时。在这种情况下，为用户提供一个眼睛中的改进透视视图能够是有利的。其中，关闭与眼睛的显示关联的光源消除与显示关联的所有杂散光，使得用户在那个眼睛中提供有环境的更高对比度透视视图。因此，用户能够更清楚地看到环境中的对象。通过关闭对一个眼睛的显示，与眼睛的显示关联的光源能够关闭以节省功率，以及与准备和发送要显示的图像内容关联的处理器负荷能够降低，以便进一步节省功率。当用户参与的图像内容或活动发生变化时，能够适当地向两个眼睛或者仅向一个眼睛呈现图像。例如，在功率节省模式中，如果向用户显示3D图像，则向两个眼睛显示图像，而如果显示2D图像，则可以仅向一个眼睛显示图像。如果使用3D影像，但是那时用户进行指示对影像的不关注的某件事情、例如快速晃动或移动头部，则一个眼睛图像可关闭以节省功率，因为用户不会注意到这种上下文下的3D缺乏。在实施例中，一个眼睛的照明系统可降低而不是将它完全关闭。按上述示例，这仍然可在处于不关注模式的同时以降低影响或质量为用户提供3D的某种感知。在另一个示例中， HMD中的照相装置可连同图像分析一起用来确定用户正注视的内容。在实施例中，所使用的照相装置可以是外部周围环境视图照相装置和/或眼睛成像照相装置。如果用户注视某物(其中改进透视视图是有用的)，则对一个眼睛的显示可关闭，以改进透视视图。作为示例，可确定用户正注视标志或者另一打印文本，因此对一个眼睛的显示可关闭，以使得用户更易于阅读标志或者环境中的其他位置的文本。
在一些操作模式中，当检测某些条件时，对两个眼睛的显示可关闭某个时间段。使得提供更高对比度透视视图。能够使HMD 关闭对两个眼睛的显示的条件能够包括突然大噪声、快速头部移动、所显示图像内容的中断或者两个眼睛被用户闭合。因此，按照本发明的原理的系统包括一种操作模式，其中HMD(1)检测环境中的条件， (2)检测用户的移动，(3)捕获眼睛图像以检测眼睛位置和/或眼睛条件，(4)分析环境的所捕获图像以便持续确定用户正在做什么并且检测环境中正发生什么事情，和/或(5)收集其他上下文信息，以便在已知应用运行于HMD的时期通知关于用户正在做什么。从这个信息，对用户眼睛的一个或两个的显示能够接通或关闭、减少、速率改变等。
所显示图像的亮度能够与环境的亮度对应地自动调整。在暗环境中，所显示图像的亮度能够充分降低，因此用户能够提供有环境的更高对比度和更清楚透视视图。这个效果来自当所显示图像的亮度降低时产生于来自显示系统的杂散光的降低，并且因此所显示图像的黑色区域将看起来更黑。透视HMD中的黑色区域提供环境的清楚透视视图。所显示图像的亮度控制能够通过减少驱动电流、减少驱动电压减少光源的脉宽调制等进行。用于降低所显示图像的亮度的这些方法的任一种将提供随时间推移的功率节省。能够按照所检测环境亮度、所检测移动速度、确定用户正在做什么或者用户在环境中正注视的内容、HMD处于哪一种操作模式等，来提供亮度控制。
HMD的光源还能够例如图72和图73所示来分段，其中光源的部分能够单独控制，由此仅照射显示视场的一部分。在这种情况下，所显示图像压缩到显示视场的较小部分中，以匹配被照射的区域，例如压缩到底部1/3中，如图74和75所示。图72示出光源 7210的图示，其包括一系列小灯7212(例如LED、激光二极管、QLED 或其他小灯)连同扩散器，以便使光均匀或者扩散反射器以控制光的方向。小灯7212连线在一起，因此它们形成单独控制的分段灯组 7213、7214和7215。其中灯组7213基本上照射显示视场的上部分，灯组7214基本上照射显示视场的中间部分，以及灯组7215基本上照射显示视场的下部分(应当注意，灯组与充分照射的显示视场的部分之间的对应性根据照射系统的设计能够是不同的)。图78示出光源 7884的不同段所提供的光如何通过从分束器立方体7880中的部分反射层7881所反射来充分照射反射图像源7882的不同部分。如图78 所示，灯组7886提供照射光7892，其如图78所示充分照射反射图像源7882的左部分，其能够对应于所显示图像的上部分。类似地，灯组7887提供照射光7891，其充分照射反射显示7882的中间部分，其能够对应于所显示图像的中间部分。灯组7888提供照射光7890，其充分照射反射图像源7882的右侧，其能够对应于所显示图像的下部分。图74示出显示视场7430的图示，其中整个显示视场7430用来显示图像7432。图75示出显示视场7530的图示，其中所显示图像7432已经移动或压缩以便仅填充视场7532的一部分，以及显示视场7535的其余部分填充有黑色图像。在这种情况下，图像源能够将黑色图像提供给没有被照射的图像源的部分，其中黑色图像不要求来自光源的光，以及用户由此提供有环境的更高对比度透视视图。如图 74所示，所有灯组7213、7214和7215接通，以照射整个显示视场 7430。如图75所示，灯组7213和7214关闭，以便使显示视场7535的上和中间部分为黑色，以及只有灯组7215接通，以照射显示视场 7532的下部分。图76示出在显示视场7645中没有显示图像时的HMD 中的透视视场7640的图示。图77示出在显示视场7645中显示图75 的图像7745时的透视视场7740的图示。图像7532在显示视场7645 的下部分中是可见的，而显示视场7535的其余部分对环境的透视视图是透明的。
在一实施例中，具有矩形或椭圆扩散图案的扩散器与分段光源配合用来防止光分布于不同段。例如，能够使用提供沿垂直方向的光的10度锥形以及沿横向方向的光的30度锥形的扩散器。具有多种锥角的椭圆扩散器能够从Fusion Optix来得到。
图像源能够由能够单独操作的多个区域来组成。例如，用来产生图75的图像的图像源能够包括三个独立区域，其中只有下区域被操作以产生所示图像。在这种情况下，需要经过图像处理的像素的数量能够随着显示较小图像所需的功率的对应减少而减少。
图73提供分段光源的一实施例，其中单个小灯耦合到光导7316(光导7316可包括扩散器或扩散反射器，以便使光均匀化，并且控制提供给HMD的光的方向)，其将光分布于显示器7310的关联分段部分。小灯7312能够单独控制成将分段照射提供给如图73所示的显示视场7313、7314和7315的部分。椭圆扩散器能够与小灯 7312配合用来将光保持定域到如本文先前所述的显示器的一部分。
在实施例中，显示器可以是发射显示器，其可如本文所公开按照分段方式或者裁剪方式来调节。
用户参与的活动的检测能够按照各种方式进行。例如， HMD能够包括多种传感器，其能够用来预测用户参与不同类型的活动。各种传感器可收集与用户和环境有关的信息，并且然后处理器单独地或者与远离HMD或者HMD上的其他系统相结合可将从传感器所收集的信息与已知条件和活动进行比较，以预测用户正在做什么。通过进行预测，HMD可自行调节，以保存功率和/或调节用户的基于内容的体验。可用于预测的传感器的示例包括惯性测量单元、倾斜传感器、具有图像分析的照相装置、心跳传感器、血压传感器、温度传感器、湿度传感器等。HMD中的惯性测量单元能够包括GPS传感器、多个陀螺仪传感器、多个加速计、倾斜传感器、磁力计等。用户的移动速度和移动方向能够通过GPS位置的变化、IMU输出、电子罗盘等的变化来检测。用户的方向的快速变化能够由陀螺仪传感器来检测。振荡移动(例如在跑动期间)或振动能够由加速计来检测。凝视方向能够由磁力计来检测。头部倾斜能够采用倾斜传感器来检测。用户所处的环境的类型能够由HMD中的照相装置来检测，其由处理器来分析图像内容。环境也可从外部源来了解，例如从运行于HMD、具有对远程收集天气信息的访问权的天气应用来得到。其他环境指标包括温度、湿度、时间、积日、周日、位置等。用户的眼睛方向能够采用眼睛照相装置来检测，以确定用户在环境的透视视图中注视的方向(例如，如本文其他部分所述)。
作为收集用户活动的推论的上下文信息的一示例：具有上、下振荡移动的缓慢移动能够指示用户正在行走，以及如果用户的头部向下倾斜，则能够确定用户正注视粗糙地面，因此显示器应当提供良好透视透明度。所显示图像然后被压缩或移动到显示视场的底部(或顶部)，其中对应灯组对包含图像内容的显示视场的那些部分接通而对没有包含图像内容的显示视场的那些部分关闭。这使HMD保存功率，同时持续向用户提供适当等级的基于上下文的用户体验。
通过传感器所收集以通知和控制HMD的上下文信息的另一个示例，眼睛照相装置能够用来确定用户的眼睛是开启还是闭合。如果用户的眼睛闭合，则整个光源能够关闭。在某些状况中，光源的关闭甚至能够与用户的所检测眨眼来同步，使得光源关闭短时间段。只要处理器在光源关闭时保持运行，则瞬时又接通灯向用户提供所显示图像。另外，如果眼睛或眼睑没有被眼睛照相装置检测到，由此指示用户从头部移开HMD，则HMD能够自动关闭。
作为传感器所收集以通知和控制HMD的上下文信息的另一个示例，如果检测用户快速移动而没有凝视方向的快速变化，则能够确定用户在汽车中行驶。在这种情况下，全图像能够在整个显示视场之上显示。但是，如果检测到凝视方向的突然变化，则能够确定用户转动头部。在这种情况下，图像帧率能够降低，以匹配用户将对环境具有的模糊视图。如果HMD使用依次彩色成像，则图像帧率在用户移动头部时能够降低，而显示子帧率能够增加(与图像帧率的变化相反)，以降低色乱的机会，其中图像帧率是呈现新图像内容的帧率，以及显示子帧率是可包括具有相同图像内容的颜色的重复帧的不同颜色的帧率(例如，图像帧率可以是30帧/秒，而显示子帧率是120 帧/秒，使得相同图像内容对各颜色重复4次)。伴随子帧率的对应增加的帧率的这个降低能够提供功率节省，因为显示图像所需的许多图像处理来自与每帧关联的新图像内容，而子帧的每个由与相应帧关联的单色图像内容来组成。同时，所显示图像的亮度能够在用户移动头部的同时降低，以提供环境的改进透视视图。其中降低图像帧率降低处理器所使用的功率，以及降低亮度降低光源所使用的功率。这些内容呈现过程细化的每个使用户体验被保持或者甚至增强，同时使 HMD保存功率。
通过传感器所收集以通知和控制HMD的上下文信息的另一个示例，如果用户没有移动头部并且用户没有穿过环境，则能够确定用户为静止并且观看所显示图像。在这种情况下，帧率能够降低到闪烁无法被人眼观察的最小帧率，例如在略暗环境时的24帧/秒以及亮环境中的60帧/秒。环境的所检测亮度或者透视视图的所检测亮度能够用来选择向用户显示图像的帧率，使得提供所显示图像的无闪烁视图的最慢帧率被提供给用户。
在另一实施例中，照相装置用来捕获环境的增强图像、例如用于夜视的红外图像。在这种情况下，增强图像向用户持续显示，以及照相装置的帧率和所显示图像帧率通常匹配为相同。如果用户没有移动头部或者用户没有移动，则帧率能够较慢，由此降低照相装置和处理器的功率使用。在更低帧率，更长曝光时间能够由照相装置使用，由此改进所捕获图像的信噪比。如果确定用户正移动头部或者确定用户穿过环境，则帧率能够增加，以便向用户提供与环境有关的更多信息，并且更好地稳定作为透视视图的覆盖向用户所显示的增强图像。
在又一个实施例中，与所显示图像关联的数据速率能够在功率节省模式降低。所显示图像的数据速率是图像的位深度、显示图像的帧率和处理器的时钟速度的函数。要得到最高质量图像，更好的是使用大位深度来提供大范围的颜色、饱和和强度。但是，在许多应用中，例如对于理论上能够采用一(黑色或白色)的位深度来呈现的文本的呈现，不要求大位深度。甚至对彩色图像，位深度也能够从 12减少到8或者8减少到6或者甚至4，而没有损失信息内容，特别是当用户快速移动头部、因此透视视图模糊时。例如通常为夜视(其中采用红外成像)所捕获的单色图像能够以降低位深度来显示，因为不存在颜色信息，使得图像例如能够采用4位向用户显示。位深度降低充分降低显示图像所要求的图像处理，因为数据速率与所显示图像中的位的数量成比例，并且因此所需功率充分降低。另外，当工作在较低位深度或较慢帧率时，处理器的时钟速度能够降低。能够使用具有慢帧率和降低时钟速度的低位深度的示例是显示简单图形(例如电池寿命指示符、环境温度或定向箭头)时。在这些情况下，信息能够例如按照白色上的1或2位黑色或者采用2或4位颜色来显示。
在一实施例中，提供功率节省模式，其中HMD所提供的功能基于用户所执行的推断活动来优先化。HMD中的传感器可用来推断用户正执行的活动(如本文先前所述)，以及更高优先级功能由 HMD按照活动来提供。当所确定活动发生变化时，HMD基于优先化自动改变HMD向用户提供的功能。较低优先级功能可以没有由HMD 来提供，或者它们可按照使用较少功率的方式来提供。高优先级功能可按照最佳方式与所消耗功率无关地提供，或者它们还可根据用户需要(如以下所述)和/或根据HMD功率保留来调节到较低状态以保存功率。不同功能的优先级能够例如由用户来选择、由推断引擎基于所收集传感器信息或者外部收集信息来确定或者作为缺省来提供。功能能够包括：对一个或两个眼睛的音频、视频显示，IMU信息，温度评估，健康监测、例如心跳评估、血压、眼睛成像健康指示，GPS，wifi，蓝牙，照相装置，眼睛照相装置，微型多普勒雷达，测距，深度成像等。功能能够基于所确定或预设优先化来关闭或接通。优先级功能分配的示例是基于快速上、下移振荡移动、升高心率和慢速度(和/或其他传感器反馈)来确定用户跑动时。在这种情况下，定向信息、心跳信息和音频(例如音乐)能够确定为具有高优先级，但是GPS位置和彩色图像的测量能够具有低优先级，使得HMD改变成仅向一个眼睛提供图像的模式(或者仅在所显示视场的底部来提供图像)，图像采用较低位深度以较低帧率来显示，并且传感器的轮询以较慢速率进行。在另一个示例中，例如基于快速度、极少振动和慢心率来确定用户在飞机中行驶。在这种情况下，高分辨率成像和音频能够确定为具有高优先级，以便实现电影观看，而眼睛成像和传感器轮询能够具有低优先级，使得图像采用高位深度、中等帧率(因暗环境)、采用处理器上的中等时钟速率和传感器上的慢轮询速率来提供。在另一示例中，例如基于上、下慢振荡移动、暗环境和慢速度来确定用户在夜间行走。在这种情况下，照相装置可工作在较低分辨率红外/低光成像模式以提供增加灵敏度，图像采用较低位深度和中等帧率来显示，而处理器采用快速时钟速度来操作，因此所捕获图像能够增强并且以极少等待时间立即向用户显示。在又一个示例中，例如基于不能得到GPS读数以及缓慢上和下振荡移动来确定用户在大楼内部行走。在这种情况下，GPS暂时关闭，照相装置工作在快速帧率以实现所遇到的人的面部识别，以及显示器采用降低显示视场工作在低帧率。
在又一实施例中，HMD中的电源管理基于功能的优先化和用户想要电池持续的时间来实现。功能的优先化能够例如由用户来选择、由推断引擎基于所收集传感器信息或者外部收集信息来确定或者作为缺省优先化来列示。用户选择期望电池寿命(电池在需要再充电之前应当持续的时间)，以及HMD改变功能和操作条件，以便将功率使用降低到能够得到期望电池寿命的点。在这种情况下，用户可选择电池例如应当持续一定小时数。HMD则基于优先化自动确定将提供给用户的功能，以及与功能关联的操作条件由HMD自动调整，以便将功率使用降低到能够提供所选电池寿命的点。在一示例中，用户可徒步旅行，并且将HMD用于定向导航和健康监测。用户可选择 3天的电池寿命。HMD则将导航信息和健康信息(例如心率和血压) 压缩到显示区域的上部分，使得对显示区域的下部分的照明能够关闭。图像可采用降低位深度以慢帧率来显示。图像还可裁剪，以便进一步减少必须处理的像素数量。处理器的时钟速率也可降低。光源的亮度可降低，由此提供更暗图像。GPS感测和健康传感器可以以中等速率来轮询，以便能够跟踪用户，同时识别用户缓慢移动。音频、照相装置和眼睛照相装置可关闭。因此，图像可提供有匹配使用情况的特性，其他功能可通过降低容量来呈现或关闭，以及使得取得传递所选电池寿命的操作条件的调整。在用户选择很长电池寿命的情况下， HMD可周期地自动接通短时间段，并且然后完全或者主要对其他时间段关闭。这样，电池寿命能够由用户主动选择，以匹配用户的活动，以及电源管理系统基于优先化来实现功能，并且调整如所选传递电池寿命的操作条件。另外，HMD能够使用传感器来确定用户活动，并且响应活动的所确定变化来改变功能或者改变操作条件。
在又一个实施例中，用户提供有描述HMD将相对于用户所选的电池寿命提供的功能或操作条件的信息。这样，用户能够通过选择电池寿命的不同时间来评估对HMD所提供的体验的影响。用户还可以能够选择和取消选择功能和功能操作和条件，并且看到对所计划电池寿命的影响。关系信息能够作为文本、电子表或示范图像(其能够由用户查看)来提供。其中，示范图像可采用功能和操作条件(其将由HMD当工作在功率节省模式时基于所选电池寿命来提供)来呈现。
说明性实施例
在一些实现中，用于头戴式显示系统中的电源管理的方法可通过以下条款来描述或者以其他方式在本文中描述并且在至少图78中示出。
1.一种用于头戴式显示系统中的电源管理的方法，头戴式显示系统包括传感器和集成处理器，该方法包括：选择头戴式显示系统的期望电池寿命；确定头戴式显示器所提供的操作功能的相对优先化，其中相对优先化基于所选电池寿命；以及使头戴式显示器提供具有关联操作条件的功能，其中功能和关联操作条件基于优先化。
2.如条款1所述的方法，还包括：基于传感器读数来确定用户正执行的活动；以及基于优先化来提供功能和关联操作条件。
3.如条款2所述的方法，还包括：基于传感器读数的变化来确定用户活动的变化；以及基于活动的所确定变化来改变功能或关联操作条件。
4.如条款1所述的方法，其中，头戴式显示器周期地自动关闭，以便进一步延长电池寿命。
5.如条款1所述的方法，还包括为用户提供与功能和操作条件有关的信息，其中功能和操作条件将与优先化和期望电池寿命相一致地提供。
6.如条款5所述的方法，还包括提供用户界面，其适配成获取用户输入以改变优先化功能、期望电池寿命设定和功能条件的次序中的至少一个。
在一些实现中，用于降低头戴式显示成像系统中的功率使用的方法可通过以下条款来描述或者以其他方式在本文中描述并且在至少图78中示出。
1.一种用于降低头戴式显示成像系统中的功率使用的方法，头戴式显示系统包括传感器和集成处理器，该方法包括：输入头戴式显示器的模式设定；采用头戴式显示器中的传感器来检测与接近头戴式显示器的用户和环境关联的条件；采用头戴式显示器中的处理器来分析所检测条件，以识别用户活动；以及基于模式设定和所识别活动自动改变头戴式显示器所提供的功能。
2.如条款1所述的方法，其中自动改变的步骤涉及改变传感器的轮询速率。
3.如条款1所述的方法，其中，自动改变的步骤涉及改变音频关闭或接通。
4.如条款1所述的方法，其中，自动改变的步骤涉及改变wifi关闭或接通。
5.如条款1所述的方法，其中自动改变的步骤涉及改变处理器的时钟速率降低。
在一些实现中，具有降低功率使用的显示系统(其在透视显示区域之上显示图像)可通过以下条款来描述或者以其他方式在本文中描述并且在至少图78中示出。
1.一种在透视显示区域之上显示图像的具有降低功率使用的显示系统，包括：具有能够单独操作的多个部分的光源；光分布系统，从光源的各部分提供光，以照射显示的对应区域；以及控制系统，关闭与显示区域的部分关联的光源的部分，其中在透视显示的对应段中不存在图像内容。
2.如条款1所述的显示系统，其中，光源包括多个 LED。
3.如条款1所述的显示系统，其中，光源包括多个背光。
4.如条款1所述的显示系统，其中，光源包括具有椭圆照明图案的扩散器。
5.如条款1所述的显示系统，其中，压缩所显示图像，以提供不存在图像内容的显示区域的部分。
虽然通过特征、系统、计算机过程和/或方法特定的语言描述了HWC的实施例，但是所附权利要求不一定局限于所述的特定特征、系统、计算机过程和/或方法。相反，特定特征、系统、计算机过程和/或方法是作为HWC的非限制性示例实现来公开。通过引用将本文所引用的所有文献结合于此。

Claims (20)

1.一种用于降低头戴式显示器成像系统中功率使用的方法，所述头戴式显示器成像系统包括传感器和集成处理器，所述方法包括：
输入用于所述头戴式显示器的模式设定；
采用所述头戴式显示器中的所述传感器来检测与所述头戴式显示器的用户和接近所述用户的环境相关联的条件；
采用所述头戴式显示器中的所述处理器来分析所检测条件，以识别与所述条件和所述环境相关联的活动；以及
修改所述头戴式显示器中显示的图像的呈现，其中所修改呈现是基于所述模式设定和所识别活动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及修改所述图像的亮度。
3.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及修改所述图像的帧率。
4.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及将所述图像修改成单色图像。
5.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及修改所述图像的位深度。
6.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及裁剪所述图像。
7.如权利要求1所述的方法，其中，修改步骤涉及修改顺序彩色显示图像帧。
8.如权利要求7所述的方法，其中，修改所述图像帧率，以及与所述图像帧率修改相反地修改子帧率。
9.如权利要求1所述的方法，其中，如果在预定时间段没有检测到用户运动，则修改步骤涉及关闭所述头戴式显示器。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述头戴式显示器还包括眼睛照相装置，以及如果没有检测到眼睛，则所述头戴式显示器关闭。
11.一种用于降低头戴式显示器成像系统中功率使用的方法，所述头戴式显示器成像系统包括传感器和集成处理器，所述方法包括：
输入用于所述头戴式显示器的模式设定；
采用所述头戴式显示器中的所述传感器来检测与用户和接近所述头戴式显示器的环境相关联的条件；
采用所述头戴式显示器中的所述处理器来分析所检测条件，以识别用户活动；以及
基于所述模式设定和所识别活动来自动改变所述头戴式显示器所提供的功能。
12.如权利要求11所述的方法，其中自动改变步骤涉及改变所述传感器的轮询速率。
13.如权利要求11所述的方法，其中自动改变步骤涉及改变音频关闭或接通。
14.如权利要求11所述的方法，其中自动改变步骤涉及改变wifi关闭或接通。
15.如权利要求11所述的方法，其中自动改变步骤涉及改变所述处理器的时钟速率降低。
16.一种具有降低的功率使用的显示系统，所述显示系统在透视显示区域上显示图像，所述显示系统包括：
具有多个部分的光源，其中所述部分能够单独操作；
光分布系统，其从所述光源的各部分提供光，以照射所述显示的对应区域；以及
控制系统，其关闭与所述显示区域的部分关联的所述光源的部分，其中在透视显示的对应段中不存在图像内容。
17.如权利要求16所述的显示系统，其中所述光源包括多个LED。
18.如权利要求16所述的显示系统，其中所述光源包括多个背光。
19.如权利要求16所述的显示系统，其中所述光源包括具有椭圆照明图案的扩散器。
20.如权利要求16所述的显示系统，其中压缩所显示图像以提供其中不存在图像内容的所述显示区域的部分。
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