基于经由光导光学元件的视网膜成像的眼动追踪器制造技术

一种用于导出人眼睛(150)的注视方向的设备(100)包括光导光学元件(LOE)(120)，所述LOE具有面向所述眼睛(150)部署的一对平行面(104a)(104b)。耦入配置，诸如，一组部分反射表面(145)，与LOE(120)相关联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内传播。与LOE(120)相关联的聚焦光学器件(106)将在所述LOE内传播的多组平行光线转换为由光学感测器(125)感测的捕获到的光的会聚束。处理系统(108)处理来自所述光学感测器(125)的信号以导出所述眼睛的当前注视方向。不管所述LOE的孔径组合效应如何，都可以有效地将视网膜图像恢复为集中在所述光学感测器上的唯一图像信息。

Eye Tracker Based on Retinal Imaging via Photoconductive Optical Elements

A device (100) for deriving the gaze direction of a human eye (150) includes a photoconductive optical element (LOE) (120), which has a pair of parallel planes (104a) (104b) deployed for the eye (150). Coupling configurations, such as a set of partially reflective surfaces (145), are associated with LOE (120) and are configured to couple a portion of light incident on the surface (104a) to propagate within the LOE. The focusing optical device (106) associated with the LOE (120) converts a plurality of groups of parallel rays propagating in the LOE into a focused beam of light captured by an optical sensor (125). The processing system (108) processes signals from the optical sensor (125) to derive the current gaze direction of the eye. Regardless of the aperture combination effect of the LOE, the retinal image can be effectively restored to the unique image information concentrated on the optical sensor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于经由光导光学元件的视网膜成像的眼动追踪器
本专利技术涉及眼动追踪，并且具体地，本专利技术涉及一种用于基于经由光导光学元件的视网膜成像来追踪人眼的注视方向的眼动追踪器和对应的方法，其尤其适用于整合为近眼显示器的一部分。
技术介绍
用于近眼显示器或者抬头显示器的光学布置需要大孔径以覆盖观察者的眼睛所在的区域(眼睛运动盒)。为了实现紧凑的装置，通过具有倍增以生成大孔径的小孔径的小型光学图像生成器(投影仪)来生成图像。已经基于平行贴面的透明材料平板开发了在一个维度上实现孔径倍增的方法，在所述透明材料平板内，图像通过内反射进行传播。通过使用倾斜带角度的部分反射器或者通过在平板的一个表面上使用衍射光学元件来，将图像波前的一部分耦出平板。本文将这种平板称为“光导光学元件”、“透光基板”或者“波导”。在图1至图4中示意性地图示了这种孔径倍增的原理。图1示出了具有用于通过内反射来导光的一对平行面26、26A的光导光学元件20。投影的图像18(此处由照明束18示意性地表示，所述照明束18包括横跨此束的样本光线18A、18B和18C)耦合到光导光学元件(此处由第一反射表面16示意性地图示)中以生成在基板内通过内反射捕获的反射光线28，还生成光线30。图像通过重复的内反射沿着基板传播，按照与平行面26、26A倾斜的角度照射在一系列部分反射表面22上，其中，对图像强度的一部分进行反射，以便作为光线48A、48B耦出基板。为了使可能产生重像的不希望的反射减到最少，优选地对部分反射表面22进行覆膜以使其对于第一入射角范围具有低反射比，而对于第二入射角范围具有期望的部分反射率，例如，如在图2A和图2B中图示的，在这些图中，使相对于部分反射表面34的法线具有小倾角的光线32分离以生成用于耦出的反射光线(图2A)，而利用可以忽略的反射来透射高倾角(相对于法线)光线36(图2B)。图3图示了通过使用用于耦出图像的衍射光学元件23以及(在此处示出的示例中)用于耦入图像18的另一衍射光学元件17来实施的对应配置。如本领域已知的，衍射光学元件可以部署在基板的上表面或者下表面。在这两种情况下，投影的图像18是准直图像，即，每个画素由对应角度的平行光束表示，等效于来自与观察者相隔较远的场景的光。此处简单地用与图像中的单个点(通常是图像的质心)对应的光线来表示图像，但是实际上包括所述中心光束的每一侧的一系列角度，这些光线以对应的角度范围耦入基板，并且以对应的角度类似地耦出，从而生成与在不同方向上到达观察者的眼睛24的图像的部分对应的视场。图1和图3的孔径倍增沿着一个维度发生，与附图的从右到左的方向对应。在一些情况下，在两个维度上采用类似的方法，诸如，在图4中图示的。在这种情况下，第一波导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向第二波导20b提供光学输出。按照这种方式，由输入光线90表示的图像在两个维度中相继倍增以提供在两个维度中扩展的输出孔径。虽然此处图示的是使用用于耦出的部分反射表面，但是可以通过使用衍射光学元件来执行所述扩展中的一种或者两种。要注意，通过孔径倍增实现的较大输出孔径使每条输入图像光线被分成多条间隔隔开的输出光线。在图1和图3中，这由通过分离输入光线18A导出的多条耦出光线48A和通过分离输入光线18B导出的多条耦出光线48B表示。对于图4的二维扩展也是如此。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供了一种用于基于经由光导光学元件的视网膜成像来追踪人眼的注视方向的眼动追踪器和对应的方法，其尤其适用于集成为近眼显示器的一部分。根据本专利技术的实施例的教导，提供了一种用于导出人眼的注视方向的设备，所述设备包括：(a)光导光学元件(LOE)，所述光导光学元件(LOE)由透明材料形成并且具有用于通过内反射来导光的一对平行面，所述平行面中的一个平行面面向眼睛部署；耦入配置，所述耦入配置与LOE相关联并且配置用于将入射在所述平行面中的一个平行面上的光的一部分耦入到耦入区域内以在LOE内传播；(c)聚焦光学器件，所述聚焦光学器件与LOE相关联并且配置用于将在LOE内传播的多组平行光线转换为捕获到的光的会聚束；(d)光学感测器，所述光学感测器部署用于感测捕获到的光；以及(e)处理系统，所述处理系统包括至少一个处理器，处理系统与光学感测器电关联并且被配置用于处理来自光学感测器的信号以导出眼睛的当前注视方向，其中，耦入配置被配置为生成在LOE内传播的光线，每条光线具有指示对应入射光线的入射方向的方向，以及其中，将多条间隔隔开的平行入射光线组合成在LOE内传播的单条光线。根据本专利技术的实施例的又一特征，耦入配置包括在LOE内倾斜于平行面部署的多个部分反射表面。根据本专利技术的实施例的又一特征，耦入配置包括与所述平行面中的一个平行面相关联的衍射光学元件。根据本专利技术的实施例的又一特征，光学感测器包括四象限感测器。根据本专利技术的实施例的又一特征，光学感测器包括画素感测元件的阵列，以及其中，处理系统处理来自不超过大约104个画素感测元件的输出。根据本专利技术的实施例的又一特征，还提供了一种照明布置，所述照明布置部署为从耦入区域的方向照亮眼睛。根据本专利技术的实施例的又一特征，照明布置配置为将照明引入到LOE中，从而使得照明通过在一对平行表面处反射而在LOE内传播并且通过耦入配置朝着眼睛耦出。根据本专利技术的实施例的又一特征，还提供了一种照明光导元件，所述照明光导元件由透明材料形成并且具有用于通过内反射来导光的一对平行面，照明光导元件与LOE重叠部署，其中，照明布置配置为将照明引入到照明光导元件中，从而使得照明通过在一对平行表面处反射而在照明光导元件内传播并且通过与照明光导元件相关联的耦出配置朝着眼睛耦出。根据本专利技术的实施例的又一特征，照明布置与处理系统相关联，处理系统致动照明布置生成具有脉冲持续时间的照明脉冲，以及其中，处理系统处理从光学感测器导出的、与捕获到的在脉冲持续时间期间入射的光对应的信号。根据本专利技术的实施例的又一特征，还提供了一种通带滤光片，所述通带滤光片部署为阻挡在给定波长范围之外的波长的光到达光学感测器，以及其中，照明布置主要在给定波长范围内产生照明。根据本专利技术的实施例的又一特征，给定波长范围处于电磁辐射光谱的不可见区域中。根据本专利技术的实施例的又一特征，照明布置包括多个单独控制的照明画素，以及其中，处理系统选择性地致动照明画素以选择性地沿着与眼睛的视网膜的选定区域对应的方向照亮。根据本专利技术的实施例的又一特征，在持续追踪眼睛注视方向期间，视网膜的选定区域是包括眼睛的视神经盘的区域。根据本专利技术的实施例的又一特征，处理系统配置为处理来自光学感测器的信号以导出与来自眼睛的视网膜的反射对应的强度分布的中心，从而确定眼睛的当前注视方向。根据本专利技术的实施例的又一特征，处理系统配置为处理来自光学感测器的信号以检测眼睛的视网膜的至少一个突出特征的位置，从而确定眼睛的当前注视方向。根据本专利技术的实施例的又一特征，处理系统配置为处理来自光学感测器的信号以追踪眼睛的视网膜中的血管的图案，从而确定眼睛的当前注视方向。根据本专利技术的实施例的又一特征，还提供了一种图像投影仪，所述图像投影仪耦合至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于导出人的眼睛的注视方向的设备，所述设备包含：(a)一光导光学元件，所述光导光学元件由透明材料形成并且具有用于通过内反射来导光的一对平行面，所述平行面中的一个平行面面向所述眼睛部署；(b)一耦入配置，所述耦入配置与所述光导光学元件相关联并且配置用于将入射在所述平行面中的一个平行面上的光的一部分耦入到一耦入区域内以在所述光导光学元件内传播；(c)聚焦光学器件，所述聚焦光学器件与所述光导光学元件相关联并且配置用于将在所述光导光学元件内传播的多组平行光线转换为捕获到的光的会聚束；(d)一光学感测器，所述光学感测器部署用于感测所述捕获到的光；以及(e)一处理系统，所述处理系统包括至少一个处理器，所述处理系统与所述光学感测器电关联并且被配置用于处理来自所述光学感测器的信号以导出所述眼睛的当前注视方向；其中，所述耦入配置被配置为生成在所述光导光学元件内传播的光线，每条光线具有指示对应入射光线的入射方向的方向，以及其中，多条间隔隔开的平行入射光线被组合成在所述光导光学元件内传播的单条光线。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.31 US 62/441,2051.一种用于导出人的眼睛的注视方向的设备，所述设备包含：(a)一光导光学元件，所述光导光学元件由透明材料形成并且具有用于通过内反射来导光的一对平行面，所述平行面中的一个平行面面向所述眼睛部署；(b)一耦入配置，所述耦入配置与所述光导光学元件相关联并且配置用于将入射在所述平行面中的一个平行面上的光的一部分耦入到一耦入区域内以在所述光导光学元件内传播；(c)聚焦光学器件，所述聚焦光学器件与所述光导光学元件相关联并且配置用于将在所述光导光学元件内传播的多组平行光线转换为捕获到的光的会聚束；(d)一光学感测器，所述光学感测器部署用于感测所述捕获到的光；以及(e)一处理系统，所述处理系统包括至少一个处理器，所述处理系统与所述光学感测器电关联并且被配置用于处理来自所述光学感测器的信号以导出所述眼睛的当前注视方向；其中，所述耦入配置被配置为生成在所述光导光学元件内传播的光线，每条光线具有指示对应入射光线的入射方向的方向，以及其中，多条间隔隔开的平行入射光线被组合成在所述光导光学元件内传播的单条光线。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述耦入配置包括在所述光导光学元件内倾斜于所述平行面部署的多个部分反射表面。3.如权利要求1所述的设备，其中，所述耦入配置包括与所述平行面中的一个平行面相关联的衍射光学元件。4.如权利要求1所述的设备，其中，所述光学感测器包括四象限感测器。5.如权利要求1所述的设备，其中，所述光学感测器包括画素感测元件的阵列，以及其中，所述处理系统处理来自不超过大约104个画素感测元件的输出。6.如权利要求1所述的设备，进一步包括照明布置，所述照明布置部署为从所述耦入区域的方向照亮所述眼睛。7.如权利要求6所述的设备，其中，所述照明布置配置为将照明引入到所述光导光学元件中，从而使得所述照明通过在所述对平行表面处反射而在所述光导光学元件内传播并且通过所述耦入配置朝着所述眼睛耦出。8.如权利要求6所述的设备，进一步包括照明光导元件，所述照明光导元件由透明材料形成并且具有用于通过内反射来导光的一对平行面，所述照明光导元件与所述光导光学元件重叠部署，其中，所述照明布置配置为将照明引入到所述照明光导元件中，从而使得所述照明通过在所述对平行表面处反射而在所述照明光导元件内传播并且通过与所述照明光导元件相关联的耦出配置朝着所述眼睛耦出。9.如权利要求6所述的设备，其中，所述照明布置与所述处理系统相关联，所述处理系统致动所述照明布置生成具有一脉冲持续时间的照明脉冲，以及其中，所述处理系统处理从所述光学感测器导出的、与捕获到的在所述脉冲持续时间期间入射的光对应的信号。10.如权利要求6所述的设备，进一步包括通带滤光片，所述通带滤光片部署为阻挡在给定波长范围之外的波长的光到达所述光学感测器，以及其中，所述照明布置主要在所述给定波长范围内产生照明。11.如权利要求10所述的设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤查·丹齐格，埃坦·罗南，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL