[發明專利]眼睛追蹤器照明

有效

• 申請號: 201280034006.X
• 申請日: 2012-06-14
• 公開（公告）號: CN104321685B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 理查德·海因茲爾;馬蒂亞斯·庫爾德克普;彼得·布利克斯特;馬滕·斯科茍
• 申請（專利權）人: 托比公司
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;A61B3/10;A61B3/113;G02B26/08;G02B27/00;G06F3/01
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司11270
• 代理人: 歸瑩,張穎玲

技術領域

本發明涉及照明對象，通過眼睛追蹤器配準所述對象的至少一只眼睛的移動，用于生成結果數據（即，關于眼睛和/或凝視位置的信息）。依次地，該數據可以被用于控制計算機裝置，或者（例如，與心理學相結合或者在診斷多種醫學狀況時）被專門配準用于分析目的。觀察者每只眼睛位置上的精準信息對于自動立體顯示是必要的，用于確保正確的圖像被呈現并被投射向每只眼睛，以便生成身臨其境的三維效果。更詳細來說，本發明涉及根據權利要求1前序部分的裝置。

背景技術

現有技術包括用于眼睛追蹤器的方向性光學照明器。這種照明器相對于靜態復制是有益的，因為在每個時間點上，他們僅僅照明在對象移動的空間內的內表面的一小部分。因此，對應于那些沒有被照明的表面的尺寸，如果相反地，這些表面被照明的情況下，這種照明器節省了功率。US2012/0066975描述了一種方案，使用具有成像鏡片或者準直光束的基于矩陣的照明器，以及可傾斜的鏡子引導照明朝向眼睛追蹤器的用戶。

此外，已知衍射光學元件（Diffractive Optical Element，DOE），用于將相干光束轉換成任意亮度的圖案。可以通過URL http://www.rpcphotonics.com/optical.asp獲得簡要的DOE描述。

US2004/0213463公開了一種用于成像和范圍探測的方案，其中，基于DOE的技術被用于光的空間編碼。這里，通過將不同的DOE插入光束中，可以即刻改變光圖案的位置和形狀。

有時，DOE被稱作為全息光學元件。在這種情況下，DOE經常包括模擬或數字的相位掩膜，其被用于將相干光束轉換為想要的空間圖案。該相位振幅典型地小于一個波長。DOE還可以包括振幅掩膜。

現有技術中存在的問題

盡管在US2010/0066975中公開的技術方案具有很多重要的特性，但是仍有改善的空間。例如，該設計是基于經典鏡片的，例如成像透鏡和鏡子。這反過來顯現出該設計相對笨重、復雜以及對機械損壞是易受影響的。

通常來說，基于LED和經典光學技術的傳統的眼睛追蹤器照明器也具有以下缺點。

在將電能轉化成光能方面，LED的效率是相對低的。光學上的效率同樣相對低。此外，由于寬的帶寬，即便LED照明器的峰值波長在NIR頻譜中，LED照明器也可能無意間生成可見光。當然，這可能分散所照明的對象。由于使用了寬的帶寬，外界光線也可能到達成像傳感器，并因此造成干擾。

當以明亮的瞳孔眼睛追蹤為目標時，希望將照明器放置得盡可能靠近圖像配準裝置的光軸。因此，盡可能最小的照明器是具有吸引力的。當今眼睛追蹤器中通常使用的LED照明器包括多個LED的矩陣。因此，LED照明器變得相對大。此外，根據所需芯片的數量來測量產品成本。由于多個LED對應于多個芯片，所以LED照明器的成本趨向于相當高。

LED的另一個特點是其代表所謂的朗伯（Lambertian）光源。這意味著，其輻射是與方向獨立的。換句話說，輻射角度延伸±90度，典型的為±60度半高全寬。因此，為了高效地耦合，需要大數值孔徑鏡片，即高透過率（high transmission），這反過來顯示出鏡片的笨重和昂貴。

發明內容

本發明的目的是減輕上述問題并實現簡單的、緊湊的、魯棒的而且是節能的照明方案，用于眼睛追蹤器的實現。

根據本發明，通過最初描述的裝置實現目的，其中，光生成裝置包括相干光源和衍射光學元件。該相干光源被用于產生良好限定的光束的相干光。優選地，該相干光源包括多模激光二極管，其顯示一定程度的相干并具有少于10nm的帶寬。然而，顯示至少一定程度相關的任何其他形式的照明器也可以被用作相干光源。該衍射光學器件被用于引導光束朝向第一指定區域，估計該第一指定區域覆蓋對象的至少一只眼睛，配準所述對象的眼睛的移動。優選地，該裝置被用于適應性地控制第一指定區域的位置，使得第一指定區域在每個時間點上覆蓋估計的對象的眼睛區域。

該裝置是有益的，因為其可以對眼睛追蹤最相關的區域進行精確的照明。

根據本發明一個優選實施例，第一指定區域代表照明圖案，并且所照明的區域位于圖像配準裝置的視野內。這樣，消耗最小數量的光，即，非常少的光被引導朝向不需要圖像配準的區域。