利用MEMS扫描和反射光的眼睛跟踪制造技术

提供了一种眼睛跟踪系统。该系统包括具有被配置为发射可见光以撞击用户的眼睛的可见光显示区域的至少部分透明可见光波导。光源被配置为至少发射沿着红外(IR)光路行进以撞击眼睛的IR光。被定位在IR光路中的微机电系统(MEMS)扫描镜被配置为沿着IR光路引导IR光。被定位在IR光路中在MEMS扫描镜下游的中继器包括被配置为沿着IR光路反射IR光的至少一个镜。至少一个传感器被配置为接收被眼睛反射之后的IR光。

Eye tracking using MEMS scanning and reflected light

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用MEMS扫描和反射光的眼睛跟踪
技术介绍
在诸如头戴式显示器(HMD)设备等可穿戴设备中，跟踪用户眼睛的位置可以允许HMD设备估计用户的注视方向。注视方向可用作控制图像在HMD上的显示的程序的输入。为了确定用户眼睛的位置和视线，可以将眼睛跟踪系统添加到HMD设备。但是，在开发用于HMD设备的眼睛跟踪系统时会遇到挑战，因为它们会增加重量，需要额外的处理能力，对用户的视场造成障碍，在用户的眼睛附近发射过多的光，并且导致用户的其他的光学并发症。
技术实现思路
提供了一种眼睛跟踪系统。该系统可以包括具有被配置为发射可见光以撞击(impingeupon)用户的眼睛的可见光显示区域的至少部分透明可见光波导。该系统可以包括被配置为至少发射沿着红外(IR)光路行进以撞击用户的眼睛的IR光的光源。IR光路的一部分可以横穿可见光波导的一部分。该系统可以包括被定位在IR光路中的微机电系统(MEMS)扫描镜；MEMS扫描镜可以被配置为沿着IR光路引导IR光。该系统可以包括被定位在IR光路中在MEMS扫描镜下游的中继器，并且可以包括被配置为反射由MEMS扫描镜沿着IR光路引导的IR光的至少一个镜。该系统可以包括被配置为接收被眼睛反射之后的IR光的至少一个传感器。提供本
技术实现思路
以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于能够解决在本公开的任何部分中指出的任何或所有缺点的实现。r>附图说明图1示出了具有眼睛跟踪系统的头戴式显示器(HMD)设备的侧面透视图。图2A是包括热镜的图1的眼睛跟踪系统的第一实现的简化图示的侧视图，其中IR光路横穿波导。图2B是图2A所示的第一实现的备选实现的侧视图，其中IR光路不横穿波导。图3是包括折叠镜的图1的眼睛跟踪系统的第二实现的侧视图。图4是包括两个热镜的图1的眼睛跟踪系统的第三实现的侧视图。图5是包括两个折叠镜的图1的眼睛跟踪系统的第四实现的侧视图。图6是包括IR波导的图1的眼睛跟踪系统的第五实现的侧视图。图7是包括HMD设备遮阳板和热镜的图1的眼睛跟踪系统的第六实现的侧视图。图8是包括HMD设备遮阳板和折叠镜的图1的眼睛跟踪系统的第七实现的侧视图。图9是被定位在显示区域16周围的传感器28的一种实现的正视图。图10是利用图2A-2B的眼睛跟踪系统照射眼睛的方法的流程图。图11是根据本说明书的实施例的示例计算系统。具体实施方式专利技术人已经认识到，传统的眼睛跟踪系统可能会为其被设计用于的设备增加多余的体积、重量和设计复杂性。来自眼睛跟踪系统光源的杂散光可能会出现问题。在诸如头戴式显示器(HMD)设备等显示设备中安装视线跟踪可能会影响设备的成本，特别是在涉及需要很多组件的光中继器的情况下。一个重要的目标是，符合人体工程学的可接受设计还可以优化用户的观看体验。响应于这些问题，已经开发了本文中描述的系统和方法以提供用于在利用眼睛跟踪的应用中使用的简化且有效的设计。图1示出了具有眼睛跟踪系统的HMD设备1的侧面透视图。在图1的示例中，HMD设备1包括显示设备3和框架5，当向用户提供虚拟现实或混合现实体验时，框架5环绕用户的头部以将显示设备3定位为靠近用户的眼睛。可以使用任何合适的显示技术和配置来经由显示设备3显示图像。为了获取虚拟现实体验，显示设备3可以是非透视发光二极管(LED)显示器、液晶显示器(LCD)或任何其他合适类型的不透明显示器。在一些情况下，可以提供捕获周围环境的图像的面向外的相机7，并且这些捕获图像可以与计算机生成的图像一起显示在显示器上，这些计算机生成的图像增强了真实环境的捕获图像。对于混合或增强现实体验，显示设备3可以至少部分透明，以便HMD设备1的用户可以通过显示虚拟对象表示的一个或多个部分透明像素查看物理环境中的物理的真实世界对象。例如，显示设备3可以包括图像产生元件，诸如例如透明有机发光二极管(OLED)显示器。框架5还可以支撑HMD设备1的其他组件，包括处理器8、惯性测量单元(IMU)9和眼睛跟踪系统10。处理器8可以包括被配置为从IMU9和其他传感器接收感觉信号，向显示设备3提供显示信号，从收集到的数据中获取信息，并且实施本文中描述的各种控制过程的逻辑和相关联的计算机存储器。图2A呈现了眼睛跟踪系统10的一种实现。如上所述，眼睛跟踪系统10可以被包括在HMD设备中。眼睛跟踪系统10可以包括具有被配置为发射可见光以撞击用户的眼睛18的可见光显示区域16的至少部分透明可见光(VL)波导14。可见光波导14可以包括第一VL波导42和第二VL波导44。在一种实现中，第一VL波导42可以被配置为引导红光和绿光，而第二VL波导44可以被配置为引导绿光和蓝光。每个波长的光耦合到被配置为将相应波长引导到VL显示区域16的波导。在VL显示区域16，来自VL波导14的光可以发射到用户的眼睛18以给用户产生增强或完全虚拟的现实显示。系统10可以包括被定位在显示区域16的与用户的眼睛18相对的一侧的光源20，光源20被配置为至少发射沿着红外(IR)光路22行进以撞击用户的眼睛18的IR光。在替代配置中，光源20可以被定位在显示区域16的与用户的眼睛相同的一侧。光源20可以是激光器模块，该激光器模块包括多个单独的激光器，诸如IR激光器、红色激光器、蓝色激光器和绿色激光器，每个激光器分别被配置为发射相应频率的光。在图2A的实现中，IR光和可见光的发射点被类似地定位(在光源20内指向下方)；然而，应当理解，IR光和可见光可以具有或可以不具有来自其相应源的相似的发射点。图2A还概述了系统10的安装结构，该结构可以是被配置为将系统10的组件相互安装并且安装到HMD设备1的至少部分透明的塑料或其他合适的材料。为简单起见，安装结构未被包括在所有图中。可以使用安装结构来将眼睛跟踪系统10集成在例如HMD设备1或其他增强现实镜头系统中。如图2A所示，可以将用作可见光和IR光发射源的激光器封装在一起并且在光源20中定向以至少在最初沿着重合的光路发射光。在这种实现中，初始重合的光路仅继续进行一小段距离，直到使用特殊配置的镜21仅将可见光反射到波导14中并且允许红外光通过。可见光通过入射光栅42A进入波导14，该入射光栅42A被配置为使来自光源20的红色激光和绿色激光的红光和一部分绿光入耦合，并且使来自蓝色激光和绿色激光的蓝光和一部分绿光通过。红光和一部分绿光继续跟随波导42，直到其与出射光栅42B接触，此时它沿着可见光路轴线朝向眼睛18发射。蓝光和一部分绿光通过入射光栅42A而不进入波导42，然后遇到被配置为将蓝光和一部分绿光入耦合到波导44中的波导44的入射光栅44A。一部分绿光和蓝光沿着波导44穿过，直到遇到出射光栅44B，此时光沿着可见光轴线通过显示区域16朝向眼睛18发射。应当理解，波导和光栅可以经由光学透明粘合剂(OCA)或使用其他光学允许的粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种眼睛跟踪系统，包括：/n至少部分透明可见光波导，具有被配置为发射可见光以撞击用户的眼睛的可见光显示区域；/n光源，被配置为至少发射沿着红外(IR)光路行进以撞击所述用户的所述眼睛的IR光；/n微机电系统(MEMS)扫描镜，被定位在所述IR光路中并且被配置为沿着所述IR光路引导所述IR光；/n中继器，被定位在所述IR光路中在所述MEMS扫描镜下游并且包括被配置为反射由所述MEMS扫描镜沿着所述IR光路引导的所述IR光的至少一个镜；以及/n至少一个传感器，被配置为接收被所述眼睛反射之后的所述IR光。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170811 US 15/675,3491.一种眼睛跟踪系统，包括：
至少部分透明可见光波导，具有被配置为发射可见光以撞击用户的眼睛的可见光显示区域；
光源，被配置为至少发射沿着红外(IR)光路行进以撞击所述用户的所述眼睛的IR光；
微机电系统(MEMS)扫描镜，被定位在所述IR光路中并且被配置为沿着所述IR光路引导所述IR光；
中继器，被定位在所述IR光路中在所述MEMS扫描镜下游并且包括被配置为反射由所述MEMS扫描镜沿着所述IR光路引导的所述IR光的至少一个镜；以及
至少一个传感器，被配置为接收被所述眼睛反射之后的所述IR光。


2.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述光源被定位在所述显示区域的与所述用户的所述眼睛相对的一侧，并且所述IR光路的一部分横穿所述可见光波导的一部分。


3.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述光源被定位在所述显示区域的与所述用户的所述眼睛相同的一侧，并且所述IR光路不横穿所述可见光波导。


4.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述至少一个镜是反射IR光并且透射可见光的热镜，所述热镜被定位在所述可见光波导的与所述光源相同的一侧并且被配置为反射由所述MEMS扫描镜引导的所述IR光并且中继来自所述光源的所述IR光，以使所述IR光在撞击所述眼睛时相对于从所述可见光波导发射的所述可见光的轴线同轴地撞击所述眼睛。


5.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述至少一个镜是折叠镜，所述折叠镜被定位在所述可见光波导的与所述眼睛相同的一侧并且被配置为反射所述IR光并且中继来自所述光源的所述IR光，以使所述IR光在撞击所述眼睛时相对于从所述可见光波导发射的所述可见光的轴线离轴地撞击所述眼睛。


6.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述至少一个镜是多个镜之一，并且其中所述多个镜包括均反射IR光并且透射可见光的第一热镜和第二热镜，所述第一热镜和所述第二热镜被定位在所述可见光波导的同一侧并且被配置为沿着所述IR光路中继来自所述光源的所述IR光，所述第一热镜被配置为反射所述IR光并且所述第二热镜被配置为反射来自所述第一热镜的所述IR光，以使所述IR光在撞击所述眼睛时相对于从所述可见光波导发射的所述可见光的轴线同轴地撞击所述眼睛。


7.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中所述至少一个镜是多个镜之一，并且其中所述多个镜包括第一折叠镜和第二折叠镜，所述第一折叠镜和所述第二折叠镜被定位在所述可见光波导的与所述眼睛相同的一侧并且被配置为沿着所述IR光路中继来自所述光源的所述IR光，所述第一折叠镜被配置为反射所述IR光并且所述第二折叠镜被配置为反射来自所述第一折叠镜的所述IR光，以使所述IR光在撞击所述眼睛时相对于从所述可见光波导发射的所述可见光的轴线离轴地撞击所述眼睛。


8.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，还包括：
IR波导，被定位在所述眼睛与所述可见光波导之间，其中
所述至少一个镜是多个镜之一，并且其中所述多个镜包括均反射IR光并且透射可见光的第一热镜和第二热镜，所述第一热镜和所述第二热镜被嵌入在所述IR波导中并且被配置为沿着所述IR光路中继来自所述光源的所述IR光，所述第一热镜被配置为反射所述IR光并且所述第二热镜被配置为反射来自所述第一热镜的所述IR光，以使所述IR光在撞击所述眼睛时相对于从所述可见光波导发射的所述可见光的轴线同轴地撞击所述眼睛。


9.根据权利要求1所述的眼睛跟踪系统，其中
所述可见光波导、所述光源、所述MEMS扫描镜、所述中继器和所述至少一个传感器被安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·M·西鲁西，J·D·洛尼，R·A·沃尔，D·雷希德克，I·A·阮，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US