光扫描眼动追踪的制作方法

本公开涉及光扫描眼动追踪以确定眼睛的位置。

背景技术：

1、存在眼动追踪的各种方法，并且将这些方法用在例如ar和vr系统中以确定用户注视的方向。然而，常规的解决方案缺乏准确性、低功率消耗、高速中的至少一个。

技术实现思路

1、本公开提供了一种用于集成在头戴设备(例如智能眼镜或vr护目镜)中以提供准确、低功率并且高速的眼动追踪的光学设备。

2、根据本公开的第一方面，提供了用于眼动追踪的光学设备，所述光学设备包括光扫描仪(典型地是激光扫描仪)、光学元件以及传感器，所述光扫描仪被配置为跨眼睛扫描光束，所述光学元件被配置为将从眼睛反射并且以预定角度入射在所述光学元件上的光收集(例如，聚焦)到所述传感器上，所述传感器被配置为感测由所述光学元件收集的光。

3、由于光学元件可以被配置为仅将以预定角度入射的光收集到传感器上，因此传感器将提供基本上二进制的输出，因为来自光扫描仪的某些扫描角度提供以所述预定角度来自眼睛的反射，而提供以其他角度反射的扫描角度将造成传感器处基本上无信号。随着眼睛旋转，针对给定的扫描角度，角膜上的入射角发生改变，这使得可以确定眼睛的旋转位置。

4、光扫描仪可以被配置为执行不同类型的2d扫描。例如垂直扫描，在所述垂直扫描中光束跨眼睛自上而下(或自下而上)扫描直到覆盖了眼睛的充分区域为止。这可以提供简单并且低复杂度的解决方案。

5、替代地，光扫描仪可以被配置为跟随眼睛的移动。垂直追随在几次水平扫描中推断眼睛的移动方向，然后跟随在移动方向上的下一个扫描线。

6、光学设备还可以被配置为执行正交1d扫描。例如，光学设备可以包括以基本上正交的方式安置的两个光源和1d扫描镜以及两个光学元件和各自的光电二极管。

7、光学元件可以被配置为收集在红外(ir)或近红外(nir)光谱中的光(例如，激光)，例如，具有波长在850nm至1400nm范围中的光。ir光是不可见的并且因此不打扰用户的视场。优选地，光学元件对具有波长在可见范围中的光而言是基本上可穿透的，以便不妨碍正常视力。光学元件可以被配置为收集具有波长在300nm至2000nm范围中的光。

8、光学元件可以包括衍射元件，所述衍射元件被配置为反射以预定角度入射的光。这可以允许传感器位于光学元件后面(在光学元件的与用户眼睛相同的那侧)，其可以允许传感器集成在头戴设备的杆中，在那里不太可能阻碍视力并且可以提供更紧凑的解决方案。

9、传感器典型地包括光电二极管。光电二极管可以测量入射光的强度并且可以提供低复杂度的解决方案。传感器不需要对眼睛成像，而只需要测量作为光扫描仪的扫描角度的函数的入射光强度。传感器只要求一个(即，单个)光电二极管，光学元件被配置为将光收集到该光电二极管上。传感器可以附加地或替代地包括像素阵列和/或象限传感器(4个差分光电二极管)。

10、光扫描仪典型地是微机电系统mems激光扫描仪，例如包括垂直腔面发射激光器(vcsel)源和微镜。vcsel源和微镜可以提供用于激光扫描的低功率解决方案。vcsel源可以被配置为发射波长在850nm至1400nm范围中的光。替代地，光扫描仪可以包括相控阵列扫描仪、有源光学器件、光调制器、非mems扫瞄镜(诸如例如电流计或音圈)、里斯利棱镜扫描仪或六角镜扫描仪。

11、光学设备可以包括两个光学元件，所述两个光学元件被配置为将从眼睛反射并且以各自不同的预定角度入射在光学元件上的光收集到传感器上。也就是，每个可以在使用时位于用户眼睛之一的前方的光学元件被配置有其自己的预定角度。以各自的预定角度入射在光学元件上的光被收集到传感器上(而以其他角度入射的光不会被收集)。例如，第一光学元件可以具有120°的相关联的预定角度，而第二光学元件具有60°的相关联的预定角度。

12、每个光学元件可以被配置为将光收集到传感器的同一个光电二极管上。替代地，传感器可以针对每个光学元件都包括光电二极管，并且每个光学元件可以被配置为将光收集到传感器的各自的光电二极管上。

13、光学设备可以进一步包括反射器，所述反射器位于扫描路径中用于将光束反射到眼睛上。反射器可以是定制的衍射光学元件，其位于扫描路径中以添加光扫描仪的放置中的灵活性。

14、根据本公开的第二方面，提供了头戴设备，其包括根据第一方面的光学设备。至少光学设备的光扫描仪和传感器可以位于头戴设备的杆中(例如，在位于用户头部旁边的一对眼镜的杆中)。替代地，光扫描仪可以位于框架中。

15、传感器和光扫描仪可以位于所述光学元件或每个光学元件的不同侧，使得从眼睛反射的光穿过所述光学元件或每个光学元件到达传感器。例如，光扫描仪可以位于眼镜后面，而(一个或多个)光学元件可以位于眼镜前方。

16、根据本公开的第三方面，提供了眼动追踪的方法。该方法包括：通过在扫描角度的范围之上扫视光束来跨眼睛扫描光束(典型地是激光束)，以及将从眼睛反射并且以预定角度入射在光学元件上的光收集到传感器上。该方法进一步包括：使用传感器接收所收集的光并且测量所收集的光的强度，以及将强度和相关联的所述光束的扫描角度映射为眼睛的旋转位置。

17、该方法可以使用根据第一方面的光学设备来实施。

技术特征：

1.一种用于眼动追踪的光学设备(1)，包括：

2.根据权利要求1所述的光学设备(1)，其中，所述光学元件(4)被配置为收集具有波长在300nm至2000nm范围中或至少在850nm至1400nm范围中的光(7)。

3.根据权利要求1或2所述的光学设备(1)，其中，所述光学元件(4)对具有波长在可见范围中的光是基本上可穿透的。

4.根据权利要求1、2或3所述的光学设备(1)，其中，所述光学元件(4)被配置为反射以所述预定角度入射的光(7)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，其中，所述传感器(5)包括光电二极管。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，其中，所述传感器(5)包括一个光电二极管，以及所述光学元件(4)被配置为将光收集到所述一个光电二极管上。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，其中，所述传感器(5)包括像素阵列和/或象限传感器。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，其中，所述光扫描仪(2)是微机电系统mems激光扫描仪。

9.根据权利要求8所述的光学设备(1)，其中，所述光扫描仪(2)包括垂直腔面发射激光器vcsel源和微镜。

10.根据权利要求9所述的光学设备(1)，其中，所述vcsel源被配置为发射波长在850nm至1400nm范围中的光。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，其中，所述光学设备(1)包括两个光学元件(4a，4b)，所述光学元件(4a，4b)被配置为收集从所述眼睛(3)反射并且以各自不同的预定角度入射在所述光学元件(4a，4b)上的光。

12.根据权利要求11所述的光学设备(1)，其中，每个光学元件(4a，4b)被配置为将所述光收集到由所述传感器(5)包括的同一光电二极管上。

13.根据权利要求11所述的光学设备(1)，其中，所述传感器(5)针对每个光学元件(4a，4b)都包括光电二极管，以及每个光学元件(4a，4b)被配置为将光收集到由所述传感器(5)包括的各自光电二极管上。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的光学设备(1)，进一步包括反射器(16)，所述反射器(16)位于扫描路径中以用于将所述光束(6)反射到所述眼睛(3)上。

15.一种头戴设备(9)，包括根据权利要求1至14中的任一项所述的光学设备(1)。

16.根据权利要求15所述的头戴设备(9)，其中，至少所述光学设备(1)的所述光扫描仪(2)和所述传感器(5)位于所述头戴设备(9)的杆(10)中。

17.根据权利要求15所述的头戴设备(9)，其中，所述传感器(5)和光扫描仪(2)位于光学元件或每个光学元件(4)的不同侧，使得从所述眼睛(3)反射的光穿过光学元件或每个光学元件(4)到达所述传感器(5)。

18.一种眼动追踪的方法，包括：

技术总结
一种用于眼动追踪的光学设备(1)包括光扫描仪(2)、光学元件(4)和传感器(5)，光扫描仪(2)被配置为跨眼睛(3)扫描光束(6)，光学元件(4)被配置为将从眼睛(3)反射并且以预定角度入射在光学元件(4)上的光(7)收集到传感器(5)上，传感器(5)被配置为感测由光学元件(4)收集的光(8)。

技术研发人员：V·扎戈拉,I·帕帕多普洛斯
受保护的技术使用者：AMS国际股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11