微软专利为HoloLens 2研发低成本无源追踪控制器
追踪控制器
（映维网Nweon 2023年05月09日）微软认为，当前用于用户控制器的方法和系统相当昂贵，因为用户控制器必须包含与混合现实系统实时通信的有缘追踪系统。所以在名为“Rf retroreflector based controller tracking for vr headsets”的专利申请中，这家公司介绍了一种成本较低的无源控制器，并通过射频回射器和有源传感器系统（头显）来追踪无源控制器。
微软指出，所述无源系统提供了优于现有系统的诸多技术优势。例如，无源控制器系统在操作范围、尺寸和传输信号的频率方面相对便宜并且高度可定制。
另外，在混合现实系统中，无源控制器系统可设计为手持式遥控器，其可在用户的有源传感器系统（头显）的一臂长内进行追踪，使得有源传感器系统能够以亚毫米和亚弧度的精度追踪无源控制器系统的位置和方位（姿态）。
图1示出了有源传感器系统100和无源控制器系统120。在图1中描绘为头戴式设备的有源传感器系统100包括多个发射器104和多个接收器106。
图1同时示出了描绘为遥控器121的无源控制器系统120，其包括一个或多个无源回射器122。无源控制器系统120可选地包括一个或多个惯性测量单元（例如IMU 124）、用户输入控件126（例如设置在遥控器121的用户控制按钮）和其他I/O 128。其他I/O包括触觉反馈、麦克风、扬声器、光学传感器、发光组件或其他输入/输出。
要注意的是，无源控制器系统120不需要包括任何IMU或其他动力追踪单元来追踪控制器相对于有源传感器系统100的定向和/或位置。事实上，在大多数优选配置中，无源控制器系统120不包括和/或不使用IMU 124来相对于有源传感器系统100定位无源控制器系统。
相反，如果和/或当确定存在大量无线电干扰时，所述组件（例如，IMU 124）仅仅是可选的和/或可以选择性地用于供电和/或补充追踪，否则可能干扰用于无源控制器追踪的信号传输。
在这样的替代实施例中，系统可以基于分析在接收的传感器数据和/或基于用户输入或第三方输入来动态地检测干扰，并且可以响应地激活和/或使用来自IMU 124的IMU传感器数据来执行有源追踪。
现在将注意力转向图2A-2B，其示出了用于检测无源控制器系统220相对于有源传感器系统200的定向和位置。所述有源传感器系统定位在距无源控制器系统预定距离内。
在实施例中，有源传感器系统200将一个或多个信号（例如在信号传输区域210A和信号传输区域210 B内）传输到无源控制器系统220，并且以这样的方式，使得一个或更多个信号作为一个或更多个反射信号214从无源控制器系统反射回有源传感器系统。
有源传感器系统200配置为接收和检测从附接到无源控制器系统220的多个回射器（例如无源回射器122）反射回来的一个或多个反射信号214。多个回射器配置在无源控制器系统220，以当无源控制器系统被定位在有源传感器系统的预定距离内时，将一个或多个信号反射回有源传感器系统200传输区域。
有源传感器系统200的一个或多个接收器（例如接收器206A、接收器206B和/或接收器206C）接收和检测一个或更多个反射信号214。有源传感器系统100然后能够基于一个或更多个始发信号来计算/确定无源控制器系统220相对于有源传感器系统的方位和位置在信号传输区域内，以及一个或多个反射信号214。
如图2A所示，由发射器202A和/或发射器202B发射的一个或多个信号在信号发射区域210A和/或者信号发射区域210内发射。如图2A所示，信号传输区域210A和信号传输区域210是分离和离散的信号传输区域。
如图2B所示，有源传感器系统200包括多个发射器（例如发射器204A和发射器204B），发射器配置为在连续信号传输区域212内传输一个或多个信号，而当无源控制器系统220位于相对于有源传感器系统200的特定距离内时连续信号传输区域212覆盖用于向无源控制器系统220传输信号的球面范围的至少半球。
无源控制器系统220的多个回射器222配置为将信号传输区域212内的一个或多个信号作为一个或更多个反射信号216反射回有源传感器系统200的多个接收器。
在其他实施例中，信号传输区域围绕有源传感器系统200超过一个半球，并且在通过围绕有源传感系统200的全球面覆盖，例如通过将更多的发射器定位在头显200的不同部分和/或与头显200通信的辅助设备周围。
现在将注意力转向图3，图3示出了使用有源传感器系统304来追踪有源传感器系统302的预定距离308内的无源控制器系统306。
无源控制器系统306包括主体312A，主体312A配置为被握在用户302的手中并且配置为在六个自由度中与用户的手一起移动。在这方面，无源控制器系统306可以视为六自由度控制器。
无源控制器系统306同时包括多个附接到主体312的回射器310，所述回射器的配置提供至少180度的反射表面，以用于当无源控制器系统定位在与具有定向的雷达信号源相距预定距离308内时，在至少180度球面范围内反射雷达信号。
无源控制器系统被定位在距雷达信号源预定距离308内，其方位在相对于雷达信号源（例如有源传感器系统304）的360度球面范围内。
有源传感器系统304和无源控制器系统306之间的预定距离308在约0.01米至约4米的范围内（或具有半径）。在替代实施例中，预定距离308的范围可以延伸超过4米和/或在小于0.01米的范围内。
应当理解，由如图2A-2B所示的有源系统产生和传输的信号是可调谐的，这取决于无源控制器系统的尺寸和/或无源控制器系统与有源传感器系统之间的预定距离。例如，信号的范围从大约60GHz到大约100GHz，或者更广泛地，在24GHz到大约110GHz之间。
特别地，60GHz是合适的射频，因为它在短范围内保持信号功率，例如用户的一臂长（例如，在0.1到1.1米之间）。60 GHz可用于更长的范围，最高可达约4米。增加射频（例如110GHz）允许回射器更小。这些频率和相应的后向反射器尺寸允许有源传感器系统获得无源控制器系统的亚毫米和亚弧度追踪精度。
现在将注意力转向图4，图4示出了可在六个移动自由度内追踪的无源控制器系统400。如图4所示，无源控制器系统400包括控制器主体402，控制器主体402包括手柄基座406和设置在控制器主体的外部上的多个用户输入控件408。