本实用新型专利技术提供了一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其能够解决眼眶小带来的看不到图像或图像重影的问题。该眼动追踪显示装置包括：激光扫描投影组件，用于根据编码的输入图像源，投影出图像位置可变的图像光；全息光学元件，用于重定向地反射图像光以成像于视网膜，并逆向反射经由该视网膜反射回的图像光；以及眼动追踪组件，该眼动追踪组件包括感光元件和被设置于该感光元件的感光侧的分光元件，该分光元件被设置于该激光扫描投影组件和该全息光学元件之间的光路中，用于反射投影的图像光以传播至该全息光学元件，并透射逆向反射回的图像光以传播至该感光元件；该感光元件用于捕获透过该分光元件的图像光以追踪眼瞳姿态。态。态。
【技术实现步骤摘要】
眼动追踪显示装置和近眼显示设备
[0001]本技术涉及近眼显示
，特别是涉及一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备。
技术介绍
[0002]近年来，近眼显示设备(如AR或VR眼镜等)的相关市场日趋活跃，其中视网膜投影成像方案因只需要简单的投影光路就可以实现近眼镜形态的近眼显示而受到广泛关注。例如，现有的视网膜投影成像方案通常是先通过激光二极管(laser diode，LD)和微机电振镜(MEMS mirror)共同配合以实现图像的投影，即通过激光扫描投影(Laser beam scanning，LBS)，再经过全息光学元件(Holographic optical element，HOE)的重定向功能，使得图像重新会聚在人眼瞳孔处而直接投影至视网膜上。然而，现有的视网膜投影成像方案却只能在特定的出瞳位置才能够看到图像，即眼眶非常小，故需要制定切实可行的解决方案来解决眼眶小的问题。
[0003]目前，针对视网膜投影成像眼眶小的缺点，主流的解决方法通常分为两种：一种是光瞳复制法，即通过HOE实现光瞳阵列，进而实现眼眶扩展；另一种是光瞳偏转法，即通过引入眼动追踪模块，由附加的红外光源(IR LED)和位置探测器(PSD)组成，通过一对快反射镜组合扫描的方式获取实时的眼瞳姿态信息，同时配合HOE实现光瞳偏转，也可解决眼眶小存在的问题。
[0004]然而，上述光瞳复制法因需要获取光瞳阵列而对HOE的制作提出了较高的要求，且当眼瞳大小因环境亮度变化而发生变化时，会出现位于两个光瞳之间或横跨两个光瞳的现象，导致看不到图像或出现图像重影的问题；上述光瞳偏转法虽然可以实时显示单点图像，不会存在上述问题，但是眼动追踪模块会引入扫描机构和附加光源，增加了近眼显示光路的复杂度，造成近眼显示设备体积较大、重量较重、低成较高，不利于近眼显示设备的推广和普及。
技术实现思路
[0005]本技术的一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其能够解决眼眶小带来的看不到图像或图像重影的问题，极大地提升近眼显示的体验感。
[0006]本技术的另一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述眼动追踪显示装置能够在实现眼瞳姿态实时跟踪的同时，完成与眼瞳注视点方向一致的光瞳偏转。
[0007]本技术的另一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述眼动追踪显示装置能够采用单一光瞳的HOE，极大地降低了制作难度，有助于提升能量利用率。
[0008]本技术的另一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述眼动追踪显示装置不仅无需额外引入扫描机构，而
且无需附加红外光源，就能够实现眼瞳姿态的实时跟踪，有助于降低眼动追踪光路的复杂度，降低成本。
[0009]本技术的另一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其中，在本技术的一个实施例中，所述眼动追踪显示装置能够基于图像局部特征匹配或光斑质心探测方式进行眼动追踪，算法实现简单且精度高，无需对眼瞳成像。
[0010]本技术的另一个优势在于提供一种眼动追踪显示装置和近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本技术中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本技术成功和有效地提供一种解决方案，不只提供一种简单的眼动追踪显示装置和近眼显示设备，同时还增加了所述眼动追踪显示装置和近眼显示设备的实用性和可靠性。
[0011]为了实现本技术的上述至少一个优势或其他优点和目的，本技术提供了一种眼动追踪显示装置，用于追踪眼瞳姿态以进行近眼显示，包括：
[0012]激光扫描投影组件，用于根据编码的输入图像源，投影出图像位置可变的图像光；
[0013]全息光学元件，用于重定向地反射图像光以成像于视网膜，并逆向反射经由该视网膜反射回的图像光；以及
[0014]眼动追踪组件，所述眼动追踪组件包括感光元件和被设置于所述感光元件的感光侧的分光元件，所述分光元件被设置于所述激光扫描投影组件和所述全息光学元件之间的光路中，用于反射经由所述激光扫描投影组件投影的图像光以传播至所述全息光学元件，并透射经由所述全息光学元件逆向反射回的图像光以传播至所述感光元件；所述感光元件用于捕获透过所述分光元件的图像光以追踪眼瞳姿态。
[0015]根据本申请的一个实施例，所述激光扫描投影组件包括激光发射器、被设置于所述激光发射器的发射侧的微机电振镜以及被设置于所述微机电振镜的反射侧的准直透镜，所述激光发射器用于发射与图像像素对应的激光光束，所述微机电振镜用于扫描经由所述激光发射器发射的激光光束，以形成传播至所述准直透镜的图像光；所述准直透镜被设置于所述微机电振镜和所述分光元件之间的光路中，用于准直来自所述微机电振镜的图像光以传播至所述分光元件。
[0016]根据本申请的一个实施例，所述感光元件为感光芯片，用于捕获透过所述分光元件的逆向返回的图像光，以进行图像中心特征信息匹配而判断凝视方向与图像中心出射光线是否一致。
[0017]根据本申请的一个实施例，所述感光芯片为电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体传感器。
[0018]根据本申请的一个实施例，所述感光元件包括光电二极管和会聚透镜，所述会聚透镜被设置于所述光电二极管和所述分光元件之间的光路中，所述会聚透镜用于会聚透过所述分光元件的逆向返回的图像光，以形成会聚光斑于所述光电二极管；所述光电二极管用于捕获该会聚光斑，以进行光斑能量质心探测而判断凝视方向与图像中心出射光线是否一致。
[0019]根据本申请的一个实施例，所述光电二极管选自PN结型光电二极管、PIN结型光电二极管、光电倍增管以及雪崩光电二极管中的一种。
[0020]根据本申请的一个实施例，所述分光元件为分束镜，用于反射一部分光束，并透射另一部分光束。
[0021]根据本申请的一个实施例，所述全息光学元件在制作时的参考光有效直径大于再现光的有效直径。
[0022]根据本申请的一个实施例，所述全息光学元件采用物光离焦设计，且所述全息光学元件的有效尺寸D＝＝2*F*tan(u/2)，其中所述全息光学元件的信号光的会聚焦距F＝RD+r，所述全息光学元件的信号光的孔径角u＝2*(θ+FoV/2)，式中RD为出瞳距离，r为眼球半径，θ为眼球转动角度，FoV为物光的孔径角。
[0023]根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种近眼显示设备，包括：
[0024]设备主体；和
[0025]上述任一所述的眼动追踪显示装置，所述眼动追踪显示装置被装载于所述设备主体，用于追踪眼瞳姿态以进行近眼显示。
附图说明
[0026]图1是根据本申请的一个实施例的眼动追踪显示装置的框图示意图；
[0027]图2示出了根据本申请的上述实施例的眼动追踪显示装置的第一示例；
[0028]图3示出了根据本申请的上述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.眼动追踪显示装置，用于追踪眼瞳姿态以进行近眼显示，其特征在于，包括：激光扫描投影组件，用于根据编码的输入图像源，投影出图像位置可变的图像光；全息光学元件，用于重定向地反射图像光以成像于视网膜，并逆向反射经由该视网膜反射回的图像光；以及眼动追踪组件，所述眼动追踪组件包括感光元件和被设置于所述感光元件的感光侧的分光元件，所述分光元件被设置于所述激光扫描投影组件和所述全息光学元件之间的光路中，用于反射经由所述激光扫描投影组件投影的图像光以传播至所述全息光学元件，并透射经由所述全息光学元件逆向反射回的图像光以传播至所述感光元件；所述感光元件用于捕获透过所述分光元件的图像光以追踪眼瞳姿态。2.根据权利要求1所述的眼动追踪显示装置，其特征在于，所述激光扫描投影组件包括激光发射器、被设置于所述激光发射器的发射侧的微机电振镜以及被设置于所述微机电振镜的反射侧的准直透镜，所述激光发射器用于发射与图像像素对应的激光光束，所述微机电振镜用于扫描经由所述激光发射器发射的激光光束，以形成传播至所述准直透镜的图像光；所述准直透镜被设置于所述微机电振镜和所述分光元件之间的光路中，用于准直来自所述微机电振镜的图像光以传播至所述分光元件。3.根据权利要求1所述的眼动追踪显示装置，其特征在于，所述感光元件为感光芯片，用于捕获透过所述分光元件的逆向返回的图像光，以进行图像中心特征信息匹配而判断凝视方向与图像中心出射光线是否一致。4.根据权利要求3所述的眼动追踪显示装置，其特征在于，所述感光芯片为电荷耦合器...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈远，郝希应，张本好，
申请(专利权)人：舜宇光学浙江研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：
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