眼睛跟踪成像中的杂散光抑制制造技术

本公开包括被配置成抑制杂散红外光的光学系统和近眼光学元件(110)。红外照明器(126、237)用窄带红外照明光照明视窗区域，以用于眼睛跟踪。组合器层(240)接收从用户眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光引导到被配置成捕获用户眼睛的眼睛跟踪图像的相机(108)。抗反射(AR)涂层(723)可以设置在基曲面上，以减少产生杂散光的菲涅耳反射。鬼影抑制部件(533)可以与红外照明器配对，以减少杂散光入射到相机(108)上。机(108)上。机(108)上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】眼睛跟踪成像中的杂散光抑制
[0001]背景
[0002]一些光学系统可以受益于捕获用户眼睛的图像。例如，头戴式显示器(HMD)可以执行眼睛跟踪功能，这可以增强用户的观看体验。在某些情况下，通过照亮用户的眼睛，并且然后捕获被照亮的眼睛的图像，可以帮助眼睛跟踪。然而，各种背景可能对捕获包括足以用于分析图像的对比度的眼睛图像产生挑战。特别地，杂散光可以通过光学系统传播并被相机接收，从而增加了沿着期望的成像光路传播的光的背景噪声。
[0003]概述
[0004]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光学系统，该光学系统包括：红外照明器，其被配置成将窄带红外照明光引导到视窗(eyebox)区域以进行眼睛跟踪；相机，其被配置成捕获用户眼睛的眼睛跟踪图像；组合器层，其被配置成接收窄带红外照明光的从用户眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光引导到相机以产生眼睛跟踪图像；以及抗反射AR涂层，其被设置在基曲面(base curvature)上，其中AR涂层的透射光谱被调谐为在第一入射角AOI范围内对可见光具有非常高的透射率和在第二AOI范围内对红外光的窄带(narrow
‑
band of infrared light)具有非常高的透射率，该红外光的窄带对应于窄带红外照明光。
[0005]可见光的第一AOI范围可以大于正负40度(plus
‑
or
‑
minus 40degrees)。窄带红外照明光的第二AOI范围可以大于正负40度。
[0006]AR涂层的透射光谱可以在第一AOI上透射大于90％的可见光。AR涂层的透射光谱可以在第二AOI上透射大于95％的红外光的窄带。
[0007]第二AR涂层可以设置在组合器层的背面。
[0008]窄带红外照明光可以是800nm以上。
[0009]该光学系统还可以包括显示层，该显示层被配置成提供显示光，该显示光传播通过组合器层且然后通过基曲面。
[0010]基曲面可以被配置成为光学系统的用户聚焦被包括在显示光中的虚拟图像。
[0011]AR涂层可以包括多个二氧化钛子层。附加地或替代地，AR涂层可以包括多个二氧化硅子层。
[0012]AR涂层可以包括多个二氧化铪子层。附加地或替代地，AR涂层可以包括多个氟化镁子层。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供了一种近眼光学元件，该近眼光学元件包括：红外光源，其被配置成从红外光源的输出孔发射红外照明光；光束成形光学器件，其被设置在红外光源的输出孔上，其中光束成形光学器件被配置成将红外照明光引导到视窗区域；透明材料；以及鬼影(ghost)抑制部件，其被配置成抑制红外照明光成为入射到眼睛跟踪相机上的杂散红外照明光，该眼睛跟踪相机被配置成对红外照明光成像。
[0014]光束成形光学器件可以包括由具有高折射率的高折射率材料形成的透镜弯曲部(lens curvature)。
[0015]高折射率可以大于3。
[0016]鬼影抑制部件可以包括设置在透镜弯曲部和透明材料之间的抗反射AR涂层。
[0017]鬼影抑制部件可以包括设置在AR涂层上的微百叶窗阵列膜(micro
‑
Louver array film)。微百叶窗阵列膜可以被配置成吸收入射到微百叶窗阵列膜上在设计的入射角之外的红外照明光。
[0018]鬼影抑制元件可以包括设置在透镜弯曲部上的微百叶窗阵列。
[0019]光束成形光学器件可以包括衍射光学元件，该衍射光学元件被配置成将红外照明光引导到视窗区域。
[0020]鬼影抑制部件可以包括邻近红外光源的遮蔽元件。遮蔽元件可以设置在红外光源的输出孔和眼睛跟踪相机之间。
[0021]根据本专利技术的第三方面，提供了一种近眼光学元件，该近眼光学元件包括：照明层，其包括多个红外照明器，该多个红外照明器被配置成将窄带红外照明光引导到视窗区域以进行眼睛跟踪，其中红外照明器包括红外光源、光束成形光学器件和设置在光束成形光学器件上的第一抗反射AR涂层；组合器层，其被配置成接收窄带红外照明光的从用户眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光引导到相机以产生眼睛跟踪图像；和透明层，透明层具有基曲面，其中第二AR涂层设置在基曲面上。
[0022]照明层可以设置在透明层和组合器层之间。
[0023]第一AR涂层可以被调谐以在正负40度的入射角AOI内对于可见光具有大于90％的透射率。附加地或替代地，第一AR涂层可以被调谐以在正负40度的AOI内对于红外光的窄带具有大于95％的透射率，红外光的窄带对应于窄带红外照明光。
[0024]附图简述
[0025]参考以下附图描述了非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则相似的参考标记在各个视图中指代相似的部件。
[0026]图1示出了根据本公开的方面的示例HMD。
[0027]图2是包括透明层、照明层、组合器层和显示层的示例近眼光学元件的俯视图。
[0028]图3示出了根据本公开的方面的透过示例照明层的眼睛的正视图。
[0029]图4示出了红外光源。
[0030]图5示出了根据本公开的方面的示例红外照明器。
[0031]图6示出了根据本公开的方面的示例微百叶窗阵列。
[0032]图7示出了根据本公开的方面的示例光学系统，其包括设置在基曲面上的AR涂层以及可选的四分之一波片(QWP)和线性偏振器。
[0033]图8根据本公开的方面示出了示例光学系统，其示出了成像光路。
[0034]详细描述
[0035]本文描述了用于眼睛跟踪的光学系统的实施例。在以下描述中，阐述了许多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可以在没有一个或更多个特定细节的情况下实施，或者用其他方法、部件、材料等来实施。在其他情况下，没有详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊某些方面。
[0036]在整个这个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的提及意指结合实施例所描述的特定的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在整个这个说明书的各个地方中的出现不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构、或特性可以在一个或更多个实施例中以任何适当的方式被组合。
[0037]本公开中描述的用于抑制眼睛跟踪图像中的杂散光的系统和设备包括将鬼影抑制部件并入到红外照明器中，并且在光学系统的关键表面(strategic surface)上包括抗反射涂层。眼睛跟踪模块可以包括用红外光照射眼睛的红外照明器和对眼睛成像的眼睛跟踪相机。在一些眼睛跟踪模块中，红外光的成像路径在入射到相机上之前遇到各种光学组件和表面。因此，当红外成像光的一部分在遇到不同表面时被反射时，可能会产生杂散光。这种杂散光然后可以在光学系统内传播，并最终入射到眼睛跟踪相机上并产生鬼影图像。
[0038]在某些情况下，当红外照明光遇到光学界面时，15％的红外照明光由于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学系统，其包括：红外照明器，其被配置成将窄带红外照明光引导至视窗区域以进行眼睛跟踪；相机，其被配置成捕获用户的眼睛的眼睛跟踪图像；组合器层，其被配置成接收所述窄带红外照明光的从所述用户的眼睛反射的反射红外光，并将所述反射红外光引导到所述相机以产生所述眼睛跟踪图像；和抗反射AR涂层，其被设置在基曲面上，其中，所述AR涂层的透射光谱被调谐为在第一入射角AOI范围内对于可见光具有非常高的透射率并在第二AOI范围内对于红外光的窄带具有非常高的透射率，所述红外光的窄带对应于所述窄带红外照明光。2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述可见光的第一AOI范围大于正负40度，并且所述窄带红外照明光的第二AOI范围大于正负40度；并且优选地，其中：所述AR涂层的透射光谱在第一AOI上透射大于90％的可见光，并且所述AR涂层的透射光谱在第二AOI上透射大于95％的所述红外光的窄带。3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学系统，其中，第二AR涂层被设置在所述组合器层的背侧上；并且优选地，其中，所述窄带红外照明光在800nm以上。4.根据任一前述权利要求所述的光学系统，还包括：显示层，所述显示层被配置成提供显示光，所述显示光传播通过所述组合器层并且然后通过所述基曲面；并且优选地，其中，所述基曲面被配置成为所述光学系统的用户聚焦被包括在显示光中的虚拟图像。5.根据任一前述权利要求所述的光学系统，其中，所述AR涂层包括：多个二氧化钛子层；和多个二氧化硅子层。6.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，其中，所述AR涂层包括：多个二氧化铪子层；和多个氟化镁子层。7.一种近眼光学元件，其包括：红外光源，其被配置成从所述红外光源的输出孔发射红外照明光；光束成形光学器件，其被设置在所述红外光源的输出孔上，其中，所述光束成形光学器件被配置成将所述红外照明光引导到视窗区域；透明材料；和鬼影抑制部件，其被配置成抑制所述红外照明光成为入射到眼睛跟踪相机上的杂散红外照明光，所述眼睛跟踪相机被配置成对所述红外照明光...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗尔，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：