眼睛投影系统和方法与流程

本发明属于眼睛投影领域，更具体地涉及用于将纯/增强的虚拟现实图像投影到用户眼睛的技术。

背景技术：

0、背景

1、用于将虚拟和/或增强的虚拟现实投影到用户眼睛(双眼)的头戴式或以其他方式可穿戴的图像投影系统正变得越来越流行。这种系统在很多情况下被配置为可戴在用户头部上的眼镜，并且可操作用于将图像投影到用户的眼睛以向用户提供虚拟现实图像/视频投影。为此，某些已知的系统旨在向用户眼睛提供纯虚拟现实图像投影，其中来自外部场景的光被阻挡而不能到达眼睛(双眼)，同时其他系统被指导以提供增强的虚拟现实感知，其中来自外部场景的光被允许传到眼睛，同时还通过由图像投影系统投影到眼睛的图像/视频帧增强/叠加。

2、例如，第2013044042号美国专利申请公开了包括被配置成戴在用户的头部上的框架的电子设备。该框架可以包括鼻梁架以及额头部分，该鼻梁架被配置成被支承在用户的鼻子上，该额头部分接合到鼻梁架并离开鼻梁架延伸，并且额头部分被配置成布置在用户的额头的一侧上。框架还可以包括接合到额头部分并且延伸至自由端的臂。第一臂可以布置在用户的太阳穴上，其中自由端被布置成靠近用户的耳朵。该设备还可以包括透明显示器和输入端，透明显示器以与额头部分相邻的方式被固定至框架，并且输入端固定至框架并被配置成从用户接收与功能相关联的输入。与功能相关的信息可以在显示器上呈现。

3、第7,936,519号美国专利公开了一种头戴式显示器，包括：戴在观察者的头部上的眼镜框架型框架；以及两个图像显示设备，这两个图像显示设备中的每个图像显示设备包括图像生成设备和光引导装置，该光引导装置安装至图像生成设备，其作为整体被定位在观察者的脸的相对于图像生成设备的中心侧，从图像生成设备发射的光束入射在光引导装置上，光束通过光引导装置被引导，且光束从光引导装置朝着观察者的瞳孔被发射。

4、第8,289,231号美国专利公开了一种头戴式虚拟图像显示单元，该头戴式虚拟图像显示单元在尺寸和重量上是紧凑的，并且结合了提供清楚的穿透能力的高性能光学系统。当穿透能力不理想的时候，可以针对这些实例结合滑动遮光罩。可以结合焦点调节，以允许图像在例如大约18英寸的距离处到无穷远的聚焦。可以结合可调节头带，该可调节头带适于适应用户的头部。可以结合柔性臂架结构，以有助于对光学组件进行精细位置调节。还可以结合滑动器和球窝接合机构，以有助于光学组件的位置调节。可以结合内置麦克风，以使得能够由用户进行语音输入。头戴式虚拟图像显示单元可以结合眼镜或安全镜舒适地使用，并且在不阻挡用户对周围环境的观察的情况下向用户提供有用的图像。该单元被设计成具有满意的外观以便极大地增强用户接受度。

5、第8,384,999号美国专利公开了一种用于头戴式显示器和其他应用的光学模块。该光学模块包括具有相互啮合的脊形表面的光学衬底和光学覆盖物。在表面中的至少一个上形成反射层。在表面之间可以定位折射率匹配材料。从投影仪接收投影图像的区域把从投影仪发射的光线定向在脊形表面上，使得在使用时，观察者感知到增强的图像。增强的图像包括来自投影仪的反射光线以及来自位于模块的与观察者相反的侧上的对象的透射光线。

6、在某些技术中，对眼睛位置和运动进行跟踪，以确定用户的焦点区域。例如在hewitt d.crane和carroll m.steele于1985年2月15日在applied optics第24卷第4期第527-537页发表的“generation-vdual-purkinje-image eyetracker”中，公开了一种眼睛跟踪技术。在美国专利6,943,754中公开了用于跟踪目光的技术的另一个示例。

7、第2012154277号美国专利申请公开了一种方法和系统，其在使用近眼显示设备(诸如，设置透视显示设备或头戴式显示设备)时增强了用户的体验。创建显示器的相对于用户在场景中的视场的优化图像。对用户的头部和眼睛的位置和运动进行跟踪以确定对于用户的焦点区域。优化图像的一部分耦合到用户在眼睛的当前位置上的焦点区域，预测的头部和眼睛的下一个位置，并且优化图像的一部分耦合至用户在下一个位置上的焦点区域。

8、第7,542,210号美国专利公开了一种头戴式显示设备，该头戴式显示设备具有将设备附接到用户的头部的架子、使用移动设备附接到架子的分束器、将图像投影到分束器上的图像投影仪、跟踪用户的眼睛的目光的眼睛跟踪器以及一个或更多个处理器。该设备使用眼睛跟踪器和移动设备连同可选的头部跟踪器，以使分束器绕眼睛转动的中心移动，使分束器保持在眼睛的直接的视线中。用户同时观察图像以及图像后面的环境。可以在用户的另一只眼睛上使用第二分束器、眼睛跟踪器和投影仪，以创建立体虚拟的环境。显示器可以对应于人眼的分辩能力。本发明在用户观看的任何地方预设高分辨率图像。

9、第wo 2013/117999号国际专利申请公开了用于目光跟踪的系统、方法和计算机程序产品。示例性方法包括使用投影仪将光定向至眼睛中；使用图像捕获模块来检测来自与眼睛相关联的表面的反射；以及基于所检测到的反射来确定与眼睛相关联的视线。在一些实施例中，光包括红外光。在一些实施例中，投影仪包括激光器。在一些实施例中，投影仪包括硅基液晶(lcos)芯片。在一些实施例中，与反射相关联的表面是在角膜、虹膜或视网膜中的至少一个。

10、总体描述

11、用于向用户提供虚拟或增强现实的常规投影系统通常基于向用户眼睛投影图像(例如，视频图像)，使得当图像定位/聚焦在位于眼睛前方一定距离处(例如，通常与眼睛相距约4米至若干米的距离)的中间图像平面时，由用户眼睛感知到图像。图像聚焦于其上的中间图像平面的短距离(例如，在4米处的焦点)差不多/几乎与无穷远处的焦点不可区分，并且通常等同于焦点，特别是在其中出射光瞳相对较大(例如，在大约15mm左右)的眼睛投影系统的情况下以及在典型的眼睛投影系统的情况下。因此，这种眼睛投影系统的焦深也非常大，并且难以测量和精确调节焦距(到中间平面的距离)。然而，具有较小的入射光瞳和相应焦深的眼睛仍然对眼睛投影系统的焦距的不准确性敏感。这导致显著的眼睛疲劳，并且当用双眼观看图像时特别成问题，因为可能在眼睛看到的相应焦距之间有差异。在其上投影了图像的中间图像平面可以是眼睛前方的实像平面(即，形成图像的投影光束实际聚焦到的位置)或虚像平面(即，由用户眼睛感知到的形成图像的投影光束所聚焦到的位置)。在任何情况下，在这种常规的图像投影系统中，中间图像平面必须在光学上被传递到用户的眼睛。换句话说，由于中间图像平面(无论是虚像平面还是实像平面)通常被放置在眼睛前方的某个有限距离处，因此仅当目镜聚焦到该特定距离时才聚焦到眼睛视网膜上。

12、存在有将图像投影到眼睛的两种通用方法：一种方法由系统的出射光瞳来限定，并且另一个方法由系统的眼盒(eye box)来限定。这两种方法之间的主要区别在于出射光瞳方法在投影区域上提供具有非常锐利的过渡边缘的均匀光强度，而眼盒方法可以产生平滑的过渡边缘，但投影区域上的图像强度不均匀。

13、投影图像在与用户眼睛相距某个有限距离处感知到的常规虚拟/增强现实成像技术的一个主要缺陷涉及眼疲劳的发展，并且在许多情况下，头疼与这样的事实相关联：虽然投影图像中的对象可以在与眼睛相距各种距离处被感知到，但是由眼睛捕获的图像实际上定位/聚焦在与眼睛相距固定距离处。这通常混淆/困扰大脑中的视觉感觉机制，产生眼疲劳和头疼。

14、常规技术的另一个主要缺陷涉及在眼睛相对于投影系统的相对位置和取向之间的变化(例如，与投影设备相对于眼睛的移动相关联的变化)。这种变化实际上改变了用户眼睛所感知到的投影图像所在的定位，这导致了使用常规虚拟/增强现实眼镜的人的显著的不适。

15、本发明提供了一种新颖的眼睛投影技术，其能够解决现有技术中已知的上述缺陷。更具体地，本发明提供了用于将图像直接投影到眼视网膜上的新颖系统和方法(而不具有眼睛外部的中间实际/虚拟光学图像投影平面)。

16、在共同转让给本技术的受让人的pct/il2014/050210号共同未决的国际专利申请中例如更详细地描述了在眼视网膜上直接投影图像的技术的原理，并且其通过引用并入本文。图像直接到眼睛的视网膜上的这种直接投影允许在视网膜上生成具有改善的景深的图像，从而避免或至少显著减少作为眼睛试图聚焦到错误距离的结果的眼睛不适和疲劳。

17、本发明另外提供了用于监测和/或跟踪眼睛的位置和眼睛/瞳孔的视线/目光两者的新颖系统和方法。本发明还提供了新颖的眼睛投影设备/系统，其能够在补偿眼睛相对于投影设备的位置/定位的变化并且还补偿目光方向上的变化的同时将投影图像(多个投影图像)引导到用户眼睛(用户的双眼)上。有利的是，本发明的技术允许以非常高的速率(例如，10-3秒的量级乃至以下)执行这种补偿，这足够快，例如在用户感知到与目光/眼睛位置的变化相关联的视网膜上的图像投影的定位的任何变化/闪烁之前执行这种补偿。因此，图像可以在不受目光变化和/或在眼睛与投影系统之间的相对位置变化的影响的同时被投影在视网膜上的固定定位处。

18、这是通过基于眼睛光轴方向(也可以互换地称为眼睛的视线(los)或目光方向)的光学测量的新颖技术来实现的。与依赖普尔钦斑(purkinje image)(例如，及其组合)用于参考静态光源评估瞳孔位置的普通眼睛跟踪系统相比，这种新颖方法是有利的。这是因为普尔钦斑分析有两个显著的缺点：一个缺点在于以下事实：图像必须实际分析，这需要花费时间并对图像本身提出很多要求，诸如寄生照明、对比度和噪声；第二个缺点在于眼睛不是完全刚性体，并且眼睛的各个部分某种程度上独立地运动，从而导致在目光方向(眼睛光轴)和普尔钦斑之间高达+/-0.3度的偏差。另外，微扫视和眼睛震颤的时间尺度完全在普通相机曝光时间域之外，这使得在没有随后的超过对于眼睛的最大允许曝光(mpe)值并因此导致永久或临时眼损伤的情况下，不可能获得足够的曝光帧。

19、在这一点而言，应该指出的是，视网膜上的图像的小扫视运动(震颤)(其通过眼睛的扫视运动来实现)对于眼睛对图像的感知是必需的/需要的。随着在视网膜上的图像的震颤相关的运动，图像被感知为稳定的并且相对于眼睛/视网膜定位在固定的取向处(位置/角度/方向)。没有震颤运动的状态将导致通常称为视网膜疲劳的状况。这种状况表现在投影图像的静态部分逐渐感知消失(视网膜上的投影不会通过震动相关的运动来移动)。

20、为了解决这个问题并避免视网膜疲劳的状况，本发明还提供了一种用于过滤/避免对眼睛的震颤运动的补偿的技术。为此，短语视网膜上的固定/特定定位应该被理解为视网膜上的定位，其被固定在扫视眼运动所允许的范围内，但是其在一些情况下可能不是绝对固定的，并且可能由于扫视眼运动而稍微移动。因此，应该注意的是，以下更详细描述的本发明的技术提供了补偿大的眼运动(例如，其与目光方向的变化和/或与脸上的眼镜的位置的变化相关联)，而小的眼运动(诸如，扫视运动(震颤))可能不被补偿，同时仍然允许图像在视网膜上的固定定位上完全稳定地显现。

21、因此，根据本发明的广泛方面，提供了一种眼睛投影设备，其包括眼睛投影系统，该眼睛投影系统被配置用于投影光束以沿着到达眼睛的传播路径传播。眼睛投影系统包括光学组件，该光学组件限定在光学组件中的光的总体光学路径。光学组件包括偏转器装置，该偏转器装置包括一个或更多个可调光学偏转器，该可调光学偏转器沿着总体光学路径布置并且被配置以限定光束从光学组件到眼睛的可调传播路径。根据本发明，一个或更多个光学偏转器配置有至少三个(并且通常是四个)可调偏转参数，并且被布置以实现到达眼睛的传播路径的偏转的至少三个(并且通常是四个)自由度，由此能够调节光束朝向眼睛的传播路径。在至少三个自由度中的两个自由度通常与到达眼睛的传播路径的两个角度取向相关联，用于补偿眼睛的目光方向上的角度变化，并且在三个或四个自由度中的至少一个自由度且通常为两个自由度与传播路径的横向偏转相关联，用于补偿投影系统相对于眼睛的相对横向位置上的变化。

22、在一些实施例中，眼睛投影设备还包括控制器，该控制器适于接收指示眼睛的目光方向的变化以及眼睛投影系统相对于眼睛的相对横向位置上的变化的数据，并且根据该数据调节一个或更多个可调光学偏转器的偏转参数，用于不管眼睛的目光方向的变化和眼睛投影系统的位置的变化如何都将引导光束以入射到眼睛的视网膜上的特定定位上。

23、在一些实施例中，眼睛投影系统适于将图像直接投影到眼睛的视网膜上。眼睛投影系统可以包括：图像投影模块，该图像投影模块用于将图像(多个图像)投影到眼睛的视网膜上，包括适于输出待投影到视网膜上的光束的光模块以及沿着光束的总体光学路径布置的图像光调制器。图像光调制器被配置并且可操作以接收指示图像的一个或更多个像素的图像数据，并且调制光束以在光束上编码图像数据，使得在视网膜上形成图像。更具体地，眼睛投影设备可以包括图像投影控制器，该图像投影控制器可连接于图像光调制器，并且适于接收指示图像的图像数据并且操作图像光调制器以调节光束的强度和色度成分，以在视网膜上形成图像。

24、在一些实施例中，偏转器装置的至少一个可调偏转器被配置并且可操作为瞳孔位置光束偏转器，以用于影响(相对于与到达眼睛的光束的传播路径垂直的一个或两个横轴)光束朝向眼睛的传播路径的横向偏转。在各种实施例中，通过改变瞳孔位置光束偏转器的偏转角和/或通过瞳孔位置光束偏转器的有效偏转表面的位置的线性平移，实现了传播路径的横向偏转。在通过改变瞳孔位置光束偏转器的偏转角来实现传播路径的横向偏转的情况下，瞳孔位置光束偏转器可以位于系统的光学转发器内。在通过平移瞳孔位置光束偏转器的偏转表面来实现传播路径的横向偏转的情况下，瞳孔位置光束偏转器可以相对于光束的传播方向定位在光学转发器的上游或下游。

25、在一些实施例中，至少一个可调光学偏转器被配置并且可操作为目光方向光束偏转器，以用于可调地影响光束朝向眼睛的传播路径的角度取向。在各种实施例中，通过目光方向光束偏转器的有效偏转表面的位置的线性平移和/或通过改变目光方向光束偏转器的偏转角，实现了传播路径的角度偏转。在通过目光方向光束偏转器的有效偏转表面的位置的线性平移实现传播路径的角度偏转的情况下，目光方向光束偏转器可以位于系统的光学转发器内。在通过改变目光方向光束偏转器的偏转角来实现传播路径的横向偏转的情况下，目光方向光束偏转器可以相对于光束的传播方向定位在光学转发器的上游或下游。

26、在一些实施例中，相同的可调偏转器被配置并且可操作用于调节与传播路径的角度偏转和横向偏转两者均相关联的传播路径的自由度。例如，可调光束偏转器的偏转表面的平移影响了传播路径的横向偏转，并且改变偏转器的偏转角影响了传播路径的角度取向，反之亦然。

27、在一些实施例中，眼睛投影设备包括眼睛跟踪模块，该眼睛跟踪模块被配置并且可操作以测量眼睛定位数据，该眼睛定位数据指示眼睛的目光方向和横向位置，用于朝向眼睛的传播路径的调节。眼睛跟踪模块可以例如包括：

28、-跟踪光端口，该跟踪光端口被配置并且可操作用于提供跟踪光束，该跟踪光束被引导以沿系统的光学组件的总体光学路径传播，同时与一个或更多个可调光学偏转器相互作用。跟踪光束入射到眼睛上产生了与跟踪光束从眼睛的反射相关联的反射光束，用于通过光学组件反向传播。

29、-一个或更多个传感器，该一个或更多个传感器在沿着总体光学路径的两个或更多个不同定位处光学耦合到总体光学路径，并且适于在两个或更多个不同定位处接收反射光束并且测量反射光束的一个或更多个传播性质；以及

30、-眼睛跟踪控制器，该眼睛跟踪控制器可连接到一个或更多个传感器并且可连接到一个或更多个可调光学偏转器。控制器适于从一个或更多个传感器接收指示反射光束在两个或更多个不同定位处的至少一种传播性质的读出数据，并且处理该读出数据以确定眼睛定位数据。在一些实施例中，眼睛定位数据指示在眼睛的目光方向和光束朝向眼睛的传播路径的取向之间的偏差以及在眼睛的瞳孔的横向位置和传播路径之间的偏差。

31、在一些实施例中，可调光学偏转器包括至少两个这种偏转器，至少两个这种偏转器沿着系统的光学路径连续布置，以限定与通过两个可调光学偏转器使光学路径偏转相关联的光学路径的两个相应的偏转级。两个或更多个传感器位于不同的定位处，并且分别在这两个偏转级处光学耦合到总体光学路径。控制器可以被配置并且可操作用于基于从与这些相应的可调光学偏转器相关联的光学路径的相应偏转级测量出的对应的传播性质，生成对于每个相应可调光学偏转器的操作指令。

32、例如，测量出的传播性质可以是反射光束的传播与预定标称位置的横向离轴偏差，并且控制器可以适于处理来自传感器的读出数据，以确定反射光束在传感器上的入射的定位，并且确定在入射的定位与传感器上的预定标称位置之间的偏差，并由此确定反射光束的传播性质。

33、在一些实施例中，控制器包括一个或更多个伺服回路，由此每个伺服回路被配置并且可操作以将在两个可调光学偏转器中的相应可调光学偏转器连接到在一个或更多个传感器中的对应传感器，用于基于从对应的传感器获得的读出数据(或者基于从对应的传感器测量出的传播性质)来生成操作相应的可调光学偏转器的操作指令。

34、在一些实施例中，一个或更多个传感器包括包含多个光检测器的目光方向传感器。目光方向传感器被布置成在偏转级处从总体光学路径收集反射的光束，该偏转级定位在反射光束与负责调节传播路径的角度取向的目光方向光束偏转器相互作用的定位之后(下游)。因此，来自目光方向传感器的读出数据/信息指示在眼睛的目光方向与朝向眼睛的传播路径之间的角度偏差。

35、在一些实施例中，眼睛跟踪控制器包括目光方向控制器，该目光方向控制器可连接到目光方向传感器并且可连接到目光方向光束偏转器。目光方向控制器被配置并且可操作用于操作目光方向光束偏转器，以使来自目光方向传感器的中心的反射光的偏差最小化到低于预定阈值的水平。

36、在一些实施例中，目光方向控制器包括震颤过滤模块，该震颤过滤模块适于处理来自目光方向传感器的读出数据，并且滤除目光方向的、与眼睛的震颤运动相关联的角度偏差。震颤过滤模块可以与震颤偏差阈值相关联，并且可以被配置并且可操作用于处理读出数据，以连续监测目光方向的角度偏差，并且针对低于震颤偏差阈值的角度偏差在开放伺服回路中操作由此不补偿与震颤运动相关联的偏差，并且针对大于震颤偏差阈值的角度偏差在闭合伺服回路中操作由此补偿与眼睛的震颤运动无关联的偏差。

37、在一些实施例中，跟踪光端口可操作用于输出作为调制光束的跟踪光束。眼睛跟踪控制器包括下列各项中的至少一项：锁相模块，该锁相模块适于采用跟踪光束的调制来锁相来自一个或更多个传感器的读出信息，由此抑制与由传感器感测到的ir光杂波相关联的噪声；以及带通滤波器，该带通滤波器被调谐到跟踪光束的特定波长。

38、在一些实施例中，一个或更多个传感器包括瞳孔位置传感器，该瞳孔位置传感器被布置/光学耦合到光学路径，用于在位于反射光束与负责调节传播路径的横向位置的瞳孔位置光束偏转器之间的相互作用之后定位的偏转级处收集从眼睛反射的光束。因此，来自瞳孔位置传感器的读出信息指示在眼睛的瞳孔的位置与朝向眼睛的光束的传播路径之间的横向偏差。

39、眼睛跟踪控制器可以包括瞳孔位置控制器，该瞳孔位置控制器可连接到瞳孔位置传感器并且可连接到瞳孔位置光束偏转器。瞳孔位置控制器适合于处理来自瞳孔位置传感器的读出数据/信息，并且操作瞳孔位置光束偏转器以至少部分地补偿在眼睛的瞳孔的位置与传播路径之间的横向偏差。

40、在一些实施例中，眼睛投影设备包括如上所述的分别向用户的双眼投影图像的两个眼睛投影系统：用于将图像投影到用户的一只眼睛的第一眼睛投影系统以及用于将图像投影到另一只眼睛的第二眼睛投影系统。在这样的实施例中，瞳孔位置控制器可以连接到第一眼睛投影系统的瞳孔位置传感器并且可以连接到第二眼睛投影系统的第二瞳孔位置传感器，并且适于检测用户双眼的瞳孔位置的“共模”移动，并且适于在与眼睛运动相关联的偏移和与眼睛投影设备相对于眼睛的运动相关联的偏移之间进行区分。

41、根据本发明的另一广泛方面，提供一种眼睛跟踪模块，该眼睛跟踪模块包括：

42、-跟踪光端口，该跟踪光端口被配置用于提供跟踪光束；

43、-光学组件，该光学组件被配置用于引导跟踪光束沿着朝向眼睛的传播路径传播，由此光学组件包括至少两个可调光学偏转器，该至少两个可调光学偏转器被配置并且可操作用于调节朝向眼睛的传播路径的角度取向和横向位置；

44、-至少两个光学传感器，该至少两个光学传感器光学耦合到分别与至少两个可调光学偏转器相关联的光学组件的总体光学路径，用于响应于跟踪光束朝向眼睛的引导而分别感测正在从眼睛反射回的反射光束；以及

45、-眼睛跟踪控制器，该眼睛跟踪控制器可连接到至少两个光学传感器，以从至少两个光学传感器接收读出信息；眼睛跟踪控制器适于处理读出信息，以确定分别指示传播路径与眼睛的瞳孔位置和目光方向的横向和角度偏差的数据。

46、根据本发明的又一方面，提供了一种光学组件，该光学组件用于将光束从眼睛投影设备引导至用户眼睛。光学组件包括沿着总体光学路径布置的至少两个可调光学偏转器。该至少两个可调偏转器被配置为在调节光束朝向眼睛的传播路径时提供至少三个并且通常至少四个的自由度。通常，其中两个自由度与补偿眼睛的目光方向上的角度变化相关联，并且其中的至少一个或两个自由度提供眼睛投影设备相对于眼睛的相对位置上的变化的补偿。

47、根据本发明的又一广泛方面，提供了一种眼睛投影设备，该眼睛投影设备包括眼睛投影系统，该眼睛投影系统被配置用于将图像直接投影到视网膜上，该眼睛投影系统包括：

48、(i)图像投影模块，该图像投影模块用于将图像投影到眼睛的视网膜上，包括光模块以及图像光调制器，该光模块适于输出将要投影到视网膜上的光束，该图像光调制器沿着光束的总体光学路径布置并且适于调制光束以在视网膜上形成图像；以及

49、(ii)光学组件，该光学组件用于将光束引导到眼睛，该光学组件包括沿着总体光学路径布置的至少两个角度可调偏转器；在角度可调偏转器中的至少两个角度可调偏转器被配置为在调节光束朝向眼睛的传播路径时提供至少四个自由度；其中在自由度中的两个自由度与补偿眼睛的目光方向上的角度变化相关联；并且在自由度中的两个自由度提供补偿眼睛投影设备相对于眼睛的相对位置的变化。

50、根据本发明的又一广泛方面，提供一种眼睛跟踪模块，该眼睛跟踪模块包括：

51、(i)光学模块，该光学模块限定光朝向眼睛传播的总体光学路径。该光模块包括：

52、a.目光方向光束偏转器，该目光方向光束偏转器被配置并且可操作以在两个角度维度上可调地偏转总体光学路径，以补偿在眼睛的目光方向上的变化。

53、b.光学转发器，该光学转发器包括至少两个间隔开的光学元件，该至少两个间隔开的光学元件在它们之间限定主焦平面；以及

54、c.瞳孔位置光束偏转器，该瞳孔位置光束偏转器位于主平面处，并且被配置并且可操作以在两个横向维度上可调地偏转总体光学路径，由此补偿在眼睛的瞳孔的横向位置上的变化；

55、(ii)ir光源，该ir光源被配置并且可操作用于输出ir束，该ir束被引导以沿着总体光学路径传播，同时与目光方向光束和瞳孔位置光束偏转器相互作用。

56、(iii)至少两个光学传感器。每个光学传感器包括多个ir光检测器(例如，四象限传感器)。至少两个光学传感器被布置成收集与正在从眼睛的视网膜反射回来的ir束相关联的反射ir光。至少两个光学传感器包括：

57、a.瞳孔位置传感器，该瞳孔位置传感器被布置成检测反射的ir光与瞳孔位置光束偏转器相互作用之后的反射的ir光；以及

58、b.目光方向传感器，该目光方向传感器被布置成收集反射的ir光与目光方向光束偏转器相互作用之后的反射的ir光；以及

59、(iv)眼睛跟踪控制器，该眼睛跟踪控制器可连接到至少两个光学传感器，以从这至少两个光学传感器接收读出信息。眼睛跟踪控制器适用于处理读出信息，以确定指示眼睛的瞳孔位置与总体传播路径的横向偏差的数据，并确定指示眼睛的目光方向与总体传播路径的角度偏差的数据。

60、在本发明的一些实施例中，眼睛跟踪模块的ir源可操作用于输出作为调制光束的ir光束。进而，眼睛方向控制器包括锁相模块，该锁相模块适于采用对ir光束进行调制来锁相来自在光学传感器中的至少一个光学传感器的读出信息，并且由此抑制与由光学传感器中的至少一个感测到的ir光杂波相关联的噪声。

61、应该注意的是，在下面的描述中，术语纵轴方向/横轴方向用于表示在沿光学/传播路径传播的光的局部坐标系中的轴或方向。横坐标涉及两个正交于光的传播方向的垂直轴，并且纵坐标与传播方向对齐。

62、在本文中使用的短语偏转或偏转器表示通过包括但不限于折射、反射和衍射的任何物理机制来影响/改变光的方向的任何光学模块。为此目的，术语可调光学偏转器也被称为可调偏转器或可调光束偏转器，并且这些术语在本文中用于表示某种类型的偏转器，诸如，其光偏转性质可以受控的电光偏转器或声光偏转器和/或可调反射镜(例如，通过向其施加适当的电、声或任何其他类型的控制信号来控制)。

技术实现思路