[發明專利]基于經由光導光學元件的視網膜成像的眼動追蹤器

有效

• 申請號: 201780011686.6
• 申請日: 2017-12-31
• 公開（公告）號: CN108882845B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 尤查·丹齊格;埃坦·羅南
• 申請（專利權）人: 魯姆斯有限公司
• 主分類號: A61B3/113
• 分類號: A61B3/113;G02B6/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

一種用于導出人眼睛(150)的注視方向的設備(100)包括光導光學元件(LOE)(120)，所述LOE具有面向所述眼睛(150)部署的一對平行面(104a)(104b)。耦入配置，諸如，一組部分反射表面(145)，與LOE(120)相關聯并且配置用于耦入入射在面(104a)上的光的一部分以在所述LOE內傳播。與LOE(120)相關聯的聚焦光學器件(106)將在所述LOE內傳播的多組平行光線轉換為由光學感測器(125)感測的捕獲到的光的會聚束。處理系統(108)處理來自所述光學感測器(125)的信號以導出所述眼睛的當前注視方向。不管所述LOE的孔徑組合效應如何，都可以有效地將視網膜圖像恢復為集中在所述光學感測器上的唯一圖像信息。

【技術領域】

本發明涉及眼動追蹤，并且具體地，本發明涉及一種用于基于經由光導光學元件的視網膜成像來追蹤人眼的注視方向的眼動追蹤器和對應的方法，其尤其適用于整合為近眼顯示器的一部分。

【背景技術】

用于近眼顯示器或者抬頭顯示器的光學布置需要大孔徑以覆蓋觀察者的眼睛所在的區域(眼睛運動盒)。為了實現緊湊的裝置，通過具有倍增以生成大孔徑的小孔徑的小型光學圖像生成器(投影儀)來生成圖像。

已經基于平行貼面的透明材料平板開發了在一個維度上實現孔徑倍增的方法，在所述透明材料平板內，圖像通過內反射進行傳播。通過使用傾斜帶角度的部分反射器或者通過在平板的一個表面上使用衍射光學元件來，將圖像波前的一部分耦出平板。本文將這種平板稱為“光導光學元件”、“透光基板”或者“波導”。在圖1至圖4中示意性地圖示了這種孔徑倍增的原理。

圖1示出了具有用于通過內反射來導光的一對平行面 26、26A的光導光學元件20。投影的圖像18(此處由照明束 18示意性地表示，所述照明束18包括橫跨此束的樣本光線18A、18B和18C)耦合到光導光學元件(此處由第一反射表面16示意性地圖示)中以生成在基板內通過內反射捕獲的反射光線28，還生成光線30。圖像通過重復的內反射沿著基板傳播，按照與平行面26、26A傾斜的角度照射在一系列部分反射表面22上，其中，對圖像強度的一部分進行反射，以便作為光線48A、48B耦出基板。為了使可能產生重像的不希望的反射減到最少，優選地對部分反射表面22進行覆膜以使其對于第一入射角范圍具有低反射比，而對于第二入射角范圍具有期望的部分反射率，例如，如在圖2A和圖2B中圖示的，在這些圖中，使相對于部分反射表面34的法線具有小傾角的光線32分離以生成用于耦出的反射光線(圖2A)，而利用可以忽略的反射來透射高傾角(相對于法線)光線36(圖 2B)。

圖3圖示了通過使用用于耦出圖像的衍射光學元件23 以及(在此處示出的示例中)用于耦入圖像18的另一衍射光學元件17來實施的對應配置。如本領域已知的，衍射光學元件可以部署在基板的上表面或者下表面。

在這兩種情況下，投影的圖像18是準直圖像，即，每個畫素由對應角度的平行光束表示，等效于來自與觀察者相隔較遠的場景的光。此處簡單地用與圖像中的單個點(通常是圖像的質心)對應的光線來表示圖像，但是實際上包括所述中心光束的每一側的一系列角度，這些光線以對應的角度范圍耦入基板，并且以對應的角度類似地耦出，從而生成與在不同方向上到達觀察者的眼睛24的圖像的部分對應的視場。

圖1和圖3的孔徑倍增沿著一個維度發生，與附圖的從右到左的方向對應。在一些情況下，在兩個維度上采用類似的方法，諸如，在圖4中圖示的。在這種情況下，第一波導20a具有耦入反射器16a和部分反射耦出表面22a，所述耦入反射器16a和部分反射耦出表面22a利用耦入反射器16b和部分反射耦出表面22b向第二波導20b提供光學輸出。按照這種方式，由輸入光線90表示的圖像在兩個維度中相繼倍增以提供在兩個維度中擴展的輸出孔徑。雖然此處圖示的是使用用于耦出的部分反射表面，但是可以通過使用衍射光學元件來執行所述擴展中的一種或者兩種。

要注意，通過孔徑倍增實現的較大輸出孔徑使每條輸入圖像光線被分成多條間隔隔開的輸出光線。在圖1和圖3中，這由通過分離輸入光線18A導出的多條耦出光線48A和通過分離輸入光線18B導出的多條耦出光線48B表示。對于圖4 的二維擴展也是如此。