[發明專利]在可穿戴式平視顯示器中集成眼睛追蹤和掃描激光投射的系統、設備和方法

在審

• 申請號: 201680028103.6
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN107710048A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·亞歷山大;杰克·查佩斯可;勞埃德·弗雷德里克·霍蘭德;托馬斯·馬洪
• 申請（專利權）人: 賽爾米克實驗室公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司11270
• 代理人: 胡春光,姚開麗

技術領域

本系統、設備和方法總體上涉及基于掃描激光的眼睛追蹤技術，并且具體地涉及將眼睛追蹤功能集成到基于掃描激光投射器的可穿戴式平視顯示器中。

背景技術

相關技術說明

可穿戴式平視顯示器

頭戴式顯示器是以下電子設備：被穿戴在用戶的頭部上，并且當如此被穿戴時，將至少一個電子顯示器固定在用戶的至少一只眼睛的可視場內，而不管用戶的頭部的位置或取向如何。可穿戴式平視顯示器是以下頭戴式顯示器：使用戶能夠看到顯示內容，但是也不會阻礙用戶看到其外部環境的能力。可穿戴式平視顯示器的“顯示器”組件是透明的抑或在用戶的視場的外圍，從而使得它并不完全妨礙用戶看到其外部環境的能力。可穿戴式平視顯示器的示例包括：僅列舉幾個而言，Google Optinvent Epson以及Sony

可穿戴式平視顯示器的光學性能是其設計中的重要因素。然而，當涉及到面戴式設備時，用戶還非常關心美觀。龐大的眼鏡(包括太陽眼鏡)框行業明顯地突顯了這一點。獨立于可穿戴式平視顯示器的性能限制，可穿戴式平視顯示器的許多前述示例至少部分地因為它們缺乏時尚吸引力而努力尋找其在消費者市場中的魅力。迄今為止所呈現的大多數可穿戴式平視顯示器采用了大顯示器組件，并且因此，與常規眼鏡框相比，迄今為止所呈現的大多數可穿戴式平視顯示器要龐大很多且較不時髦。

可穿戴式平視顯示器的設計上的挑戰是：在仍提供具有足夠的視覺質量的顯示內容的同時使面戴式裝置的體積最小化。本領域需要有著在美觀上更具吸引力的設計的可穿戴式平視顯示器，所述可穿戴式平視顯示器能夠向用戶提供高質量圖像而不限制用戶看到其外部環境的能力。

眼睛追蹤

眼睛追蹤是可以測量、檢測、感測、確定(統稱為“測量”)、和/或監測眼睛的位置、取向和/或運動的過程。可以通過各種不同方式測量眼睛的位置、取向和/或運動，所述方式中最沒有侵害性的是一般采用一個或多個光學傳感器(例如，照相機)來光學地追蹤眼睛。常見的技術涉及用紅外光一下子照亮或淹沒整個眼睛并用被調諧為對所述紅外光敏感的至少一個光學傳感器測量反射。對關于如何從眼睛反射紅外光的信息進行分析從而確定一個或多個眼睛特征比如角膜、瞳孔、虹膜和/或視網膜血管的(多個)位置、(多個)取向和/或(多個)運動。

眼睛追蹤功能在可穿戴式平視顯示器應用中特別有利。可穿戴式平視顯示器中眼睛追蹤的效用的一些示例包括：影響在用戶的視野中顯示的內容的位置，通過不顯示在用戶的視野外的內容來節約電力，影響向用戶顯示的內容，判斷用戶正在看哪里，判斷用戶在其外部環境下正在看顯示器上的還是透過顯示器的顯示內容，以及提供用戶可以通過其對顯示內容進行控制/與所述顯示內容進行交互的手段。然而，將眼睛追蹤功能并入可穿戴式平視顯示器常規地給系統增加了不想要的體積。現在可用的眼睛追蹤系統一般實施具有非常嚴格定位要求的多個專用部件，所述部件在被并入可穿戴式平視顯示器中時不期望地增大了系統的總體尺寸和形狀因子。在本領域中需要可集成到可穿戴式平視顯示器中而對系統的尺寸和形狀因子具有最小影響的眼睛追蹤系統、設備和方法。

發明內容

一種具有集成眼睛追蹤器的激光投射器可以被概括為包括：激光模塊，包括用于輸出紅外光的紅外激光二極管以及用于輸出可見光的至少一個可見光激光二極管；掃描鏡，與所述激光模塊的輸出端對準，從而接收所述紅外光和所述可見光兩者并且用于可控制地反射所述紅外光和所述可見光兩者；波長復用全息光學元件，被對準以接收從所述掃描鏡反射的所述紅外光和所述可見光兩者并將所述紅外光和所述可見光兩者朝向用戶的眼睛重定向，其中，所述波長復用全息光學元件包括響應于所述可見光而不響應于所述紅外光的第一全息圖以及響應于所述紅外光而不響應于所述可見光的第二全息圖；以及紅外探測器，被對準以接收從所述用戶的所述眼睛反射的紅外光的至少一部分。所述波長復用全息光學元件可以包括至少兩個不同的全息材料層：包括所述第一全息圖的第一全息材料層以及包括所述第二全息圖的第二全息材料層。可替代地，所述波長復用全息光學元件可以包括單個全息材料體，所述單個全息材料體包括所述第一全息圖和所述第二全息圖兩者。所述激光模塊中的所述至少一個可見光激光二極管可以包括從由以下各項組成的組中選擇的至少一個可見光激光二極管：紅色激光二極管、綠色激光二極管、藍色激光二極管、以及紅色激光二極管、綠色激光二極管和/或藍色激光二極管的任意組合。