CN110596889A - 眼睛跟踪装置和制造眼睛跟踪装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种眼睛跟踪装置，该眼睛跟踪装置包括：一个或多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体；成像模块，其连接到第二电路载体，其中成像模块包括光学装置。多个照明器、成像模块和电路载体无间隙地嵌入第一材料中。本发明还涉及用包覆成型部件制造眼睛跟踪装置的方法。

Description

眼睛跟踪装置和制造眼睛跟踪装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于眼睛跟踪的装置和一种用于制造眼睛跟踪装置的方法。更具体地，本公开涉及根据权利要求1和19的前序部分的具有一个或多个照明器的装置和方法。
背景技术
眼睛跟踪装置中的照明解决方案处于早期开发阶段。许多解决方案或多或少都是非常简单的开发套件。对于眼镜中的器件，通常提供机械托架环和具有多个发光二极管(LED)的柔性PCB。该机械托架环将LED保持在正确的位置，并使它们成角度以朝向用户的眼睛。柔性PCB用胶水粘附在机械托架环上。
更高级的器件类型使用几个机械塑料部件和一个柔性PCB。可用于安装柔性PCB的一个部件被称为托架。另一NIR透明部件用于覆盖和保护柔性PCB上的LED，被称为LED盖。优选地，该部件对可见光不透明，以使其在美学上更有吸引力。
LED盖需要具有良好的光学性能，并且存在一些设计难点。重要的是，它不能像光导一样工作，也不能使光通过不同的光路照射眼睛。机械零件和组件存在严格的公差，以确保良好的光学性能和良好的美学配合。由于偏移可能产生杂散光或者显著降低照明水平和闪烁损失，因而LED布置具有非常严格的公差。
在这两种情况下，LED柔性件可以成角度，以提高效率并减少杂散光，但是这使得组装过程更加困难，可能需要人工组装，这增加了成本并降低了产量。
因此，需要一种解决方案，该解决方案使得大体积装配更容易，从而提供精确的公差。由于眼睛跟踪装置集成在诸如眼镜镜框等小型结构内，因此在工业上也希望能够实现更小和更先进的形状因数。另一个问题是，先前的解决方案在塑料部件之间存在间隙，导致杂散光和不精确的光学特性的问题。组件中的间隙在美学上也没有吸引力。因为胶合或机械连接的部件容易断裂，因此以前的解决方案也更脆弱。
发明内容
一个目的是单独或以任何组合的方式缓解、减轻或消除现有技术的一个或多个上述缺陷和缺点，并且至少解决上述问题。根据第一方面，提供了一种眼睛跟踪装置，该眼睛跟踪装置包括一个或多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体。成像模块连接到第二电路载体，该成像模块包括光学装置。多个照明器、成像模块和电路载体无间隙地嵌入第一材料中。由于组装更容易自动化，该解决方案提供了更小的装置。装配也更精确，由此在制造中提供更小的变差。该解决方案还提供了一种眼睛跟踪装置，该装置没有间隙，由此增强了光学性能，并且提供了更好的外观和更强韧的装置。如果第一材料对于来自照明器的辐射是透明的，则照明器以及可选的成像模块可以嵌入第一材料中。
根据一些实施例，第一材料包括开口，使得照明器的发光侧和成像模块的光学装置的观察部分中的至少一者不被第一材料覆盖。如果第一材料对于来自照明器的辐射不透明，则照明器和/或成像模块必须存在开口。
根据一些实施例，第一材料的至少一个开口被填充有对于照明器的光透明的第二材料。这样，可以为照明器光源和/或成像模块形成集成式窗口。
根据一些实施例，第一材料对于照明器的光是不透明的，以阻止来自照明器的光在某些角度上传播。不透明的第一材料还为电路载体提供框架，该框架使电路对装置的用户在视觉上不可见，从而提供更吸引人的设计。
根据一些实施例，至少第一材料被成形为一副眼镜的其中一个镜框的形状，以便提供可用于增强现实(AR)应用或虚拟现实(VR)应用的装置。
根据一些实施例，所有照明器连接到单个第一电路载体，以便将组件的数量减至最小。
根据一些实施例，第一电路载体和/或第二电路载体是印刷电路板或3D模制的互连装置。根据一些实施例，成像模块是照相机或无镜头照相机或任何其它成像装置。
根据一些实施例，第二电路载体是第一电路载体的组成整体的部分，以便进一步最小化装置的组件数量。
根据一些实施例，开口形成为孔，以限制照明器发光角度。这在VR应用中是有利的，使得照明器不会由于进入透镜并产生杂散光的光而干扰眼睛图像，该杂散光会使成像模块捕获的图像中的眼睛变得模糊。
根据一些实施例，照明器为正面发射以用于最大化照明器的正面方向上的光发射，或者为侧面发射以用于避免来自照明器的在某些方向上的光发射。
根据一些实施例，第一电路载体和/或第二电路载体是柔性的，以使得自动化组装更容易或者能够实现眼睛跟踪装置的柔性设计。
根据一些实施例，照明器是包括在以下组中的辐射源：LED、激光器、白炽灯和荧光材料。优选使用最小、最强韧、最节能和最便宜的解决方案。因此，在当前的工业中，LED是优选的，但是光源的发展可能需要另一种辐射源。根据一些实施例，照明器是近红外(NIR)照明器。这是有利的，因为NIR辐射对人眼是不可见的。
据一些实施例，第二材料对IR光透明，但对可见光不透明。以这种方式，照明器和/或成像模块的模制窗口可以被制成对用户不透明，这在设计上提供了额外的自由度，可能使装置更有吸引力。
根据一些实施例，第二材料是光学装置，以便以某种方式增强光学特性。它可以是例如形成正透镜或负透镜的透镜形状。它也可以是形成菲涅耳透镜的图案或给予某种透镜效果的任何其它类似形状。
根据一些实施例，第一材料是PMMA、PC、Zeonex或ABS，其中添加或不添加对NIR透明的颜料，和/或第二材料是PMMA、PC、Zeonex或ABS，其中添加了对NIR不透明的颜料。
根据第二方面，提供了一种用于制造眼睛跟踪装置的方法，该方法包括以下步骤：提供多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体；提供连接到第二电路载体的成像模块，该成像模块包括用于捕获眼睛图像的透镜；在第一材料中无间隙地嵌入多个照明器、成像模块和电路载体，其中第一材料包括开口，使得照明器的发光侧和成像模块透镜不被第一材料覆盖。与通常手动组装机械部件的现有技术制造过程相比，由于步骤更少且更简单，因此可以提高产量。该制造方法还允许简单地使用相同的PCB和成像模块来改变眼睛跟踪装置的设计。
根据一些实施例，该方法还包括步骤：用对照明器的光透明的第二材料填充第一材料的至少一个开口。
根据一些实施例，嵌入步骤包括：提供第一模具，将第一电路载体和第二电路载体放置在第一模具中，用第一材料填充第一模具的空白空间。这是一个适合自动化装配的过程。
根据一些实施例，模具包括用于防止第一材料覆盖照明器的发光侧的第一结构和用于防止第一材料覆盖成像模块的第二结构。这样，可以模制第一材料而不覆盖照明器和成像模块。由于照明器和成像模块预先被第一结构和第二结构覆盖，因此第二材料可以随后被模制到第一材料中的空白开口中。
根据一些实施例，模具包括对准特征，用于将第一结构和第二结构分别与照明器和成像模块对准。通过将第一电路载体和第二电路载体精确地固定在第一模具中，总是能够实现精确的配合，使得对于每个制造的装置，组件总是以相同的精确方式就位。
根据一些实施例，该方法还包括步骤：用对照明器的光透明的第二材料填充至少一个开口。
根据一些实施例，嵌入步骤包括：提供第二模具，所述第二模具具有与照明器的发光侧和成像模块的观察部分对齐的空白空间；将第一电路载体和第二电路载体放置到第二模具中；用第二材料填充第二模具，使得至少照明器的发光侧和成像模块的观察部分嵌入到第二材料中；提供第一模具；将第一电路载体和第二电路载体放置到第一模具中，用第一材料填充第一模具的空白空间。以这种方式，旨在形成对照明器透明的窗口的第二材料首先被涂覆，从而覆盖/包覆照明器和/或成像模块。以这种方式，不存在错误地用第一材料覆盖照明器和/或成像模块的风险，其中第一材料对于来自照明器的辐射是不透明的。
根据第三方面，提供了一种用于制造根据上述装置的眼睛跟踪装置的方法，其中使用3D打印机放置第一材料。
根据第四方面，提供了一种用于制造根据上述装置的眼睛跟踪装置的方法，其中使用3D打印机放置第一材料和/或第二材料。
根据一些实施例，该方法还包括步骤：抛光照明器和/或成像模块的表面，以便从照明器表面去除不透明材料和/或实现抛光的光学相等表面。
第二、第三和第四方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合第一方面描述的效果和特征。关于第一方面提到的实施例在很大程度上与第二方面、第三和第四方面兼容。还应注意，除非另有明确说明，否则本发明的概念涉及所有可能的特征组合。
根据下面给出的详细描述，本发明的进一步应用范围将变得显而易见。然而，应该理解的是，详细描述和具体示例虽然示出了本发明的优选实施例，但是仅仅是通过说明的方式给出的，因为本领域技术人员将会从该详细描述中清楚本发明范围内的各种变化和修改。
因此，应当理解，本发明不限于所描述装置的特定组成部分或者所描述方法的步骤，因为该装置或者方法可以变化。还应理解，本文所用的术语只是为了描述特定的实施例，而非限制本发明。必须注意，如说明书和所附权利要求中所使用的，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个这样的要素，除非上下文另有明确指示。因此，例如，对“一个单元”或“该单元”的引用可以包括几个装置等。此外，词语“包括”、“包含”、“含有”和类似词语不排除其它要素或步骤。
附图说明
当结合附图时，通过参考本发明优选实施例的以下说明性和非限制性详细描述，将更全面地理解本发明的上述目的以及附加目的、特征和优点，其中：
图1a是集成在一副眼镜的镜框中的眼睛跟踪装置的立体图，其中第一材料是透明的。
图1b是集成在一副眼镜的镜框中的眼睛跟踪装置的立体图，其中第一材料是不透明的。
图2是采用第一材料和第二材料包覆成型的照明器LED的示意图。
图3是仅采用第一材料包覆成型的照明器LED的示意图。
图4是示出用于制造眼睛跟踪装置的第一方法的框图。
图5是示出用于制造眼睛跟踪装置的第二方法的框图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于这里阐述的实施例；相反，这些实施例是作为示例提供的，以向技术人员传达本发明的范围。
图1a示出了集成到一副眼镜的镜框11中的眼睛跟踪装置1。只示出了用于右眼的一个镜框。眼睛跟踪装置包括一个或多个照明器2，每个照明器2包括发光侧3，并且每个照明器连接到第一电路载体4。成像模块5连接到第二电路载体9，并且成像模块5包括光学装置10。多个照明器2、成像模块5和电路载体4、9无间隙地嵌入第一材料6中。第一材料包括开口7，使得照明器的发光侧和成像模块5的光学装置的观察部分10中的至少一者不被第一材料6覆盖。在图1a中，第一材料6是透明的。在该实施例中，所有照明器2都是侧面发射的并连接到单个第一电路载体4。第一电路载体4和/或第二电路载体9可以是印刷电路板PCB或3D模制互连装置3D-MID。
图1b示出了与图1a相同的集成到一副眼镜的镜框11中的眼睛跟踪装置1，其中第一材料6是不透明的，至少对于可见光是不透明的。然而，对于来自照明器的以NIR辐射的光，第一材料6可以是透明的。在眼镜镜框没有开口的情况下，第一材料6对于来自照明器的以NIR辐射的光可以是透明的，但是对于可见光是不透明的。如果开口7填充有第二材料，则第二材料对于来自照明器的光必须是透明的。在这种情况下，第一材料的透明特性只有在开口也应该作为照明光的孔时才是重要的。
图1a和1b的实施例中的成像模块5为照相机，但是它可以是无镜头照相机或者能够捕获用户眼中的反射照明器2的图像的任何其它成像模块。
图1a中的第二电路载体9在另一个实施例中(未示出)可以是第一电路载体4的组成整体的部分。
图2是如何用第二材料8填充第一材料6的开口的示意图，第二材料8对于照明器的光是透明的。在该实施例中，第一材料对照明器的光不透明，以遮挡和限定照明器2的可能照明角度。开口7因此形成孔以限制照明器发光角度。这对VR应用尤其重要。
在图1a、图1b、图2和图3中，照明器为LED。然而，照明器可以是激光器、白炽灯、荧光材料或任何其它适合安装到该装置中的光源。照明器为近红外(NIR)照明器，用户看不见，因此成像模块必须能够捕获NIR图像中的图像。
在图2中，第二材料8是用作LED窗口的光学装置。根据不同的实施例，由第二材料8制成的光学装置可以是透镜形状或形成为菲涅耳透镜。
图3示出了没有光学装置或第二材料的实施例。照明器为LED，其照明侧3朝向环境未被覆盖。LED顶部材料最好像例如PMMA一样耐用。如果较软的LED顶部材料被用作硅或环氧树脂，则图2的实施例是优选的，其中LED被第二材料8覆盖。
图4示出了一种用于制造眼睛跟踪装置的方法，该方法包括以下步骤：S1提供多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体，S2提供连接到第二电路载体的成像模块，该成像模块包括用于捕获眼睛图像的透镜，S3在第一材料中无间隙地嵌入多个照明器、成像模块和电路载体，其中第一材料包括开口，使得照明器的发光侧和成像模块透镜不被第一材料覆盖。该实施例还包括步骤S4用对照明器的光透明的第二材料填充第一材料的至少一个开口。嵌入的步骤S3包括：S3a提供第一模具，S3b将第一电路载体和第二电路载体放置在第一模具中，S3c用第一材料填充第一模具的空白空间。
图5示出了用于制造眼睛跟踪装置的方法的另一个实施例，该方法包括步骤：S1提供多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体，S2提供连接到第二电路载体的成像模块，该成像模块包括用于捕获眼睛图像的透镜；S3在第一材料中无间隙地嵌入多个照明器、成像模块和电路载体，其中第一材料包括开口，使得照明器的发光侧和成像模块透镜不被第一材料覆盖。嵌入步骤包括S3e提供具有与照明器的发光侧和成像模块的观察部分对齐的空白空间的第二模具，S3f将第一电路载体和第二电路载体放置到模具中，S3g用第二材料填充，使得至少照明器的发光侧和成像模块的观察部分嵌入第二材料中，S3h提供第一模具，S3i将第一电路载体和第二电路载体放置到第一模具中，S3j用第一材料填充第一模具的空白空间。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，即使图中未示出，第二材料也可以成形为透镜、菲涅耳透镜或任何其它光导结构。在制造步骤中，可以抛光表面以增强光学性能或去除多余的材料。
此外，通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变化。

Claims (30)

1.一种眼睛跟踪装置(1)，包括：
一个或多个照明器(2)，每个照明器包括发光侧(3)，并且每个照明器连接到第一电路载体(4)，
成像模块(5)，所述成像模块(5)连接到第二电路载体(9)，所述成像模块包括光学装置，
其中所述多个照明器(2)、所述成像模块和所述电路载体(4)无间隙地嵌入第一材料(6)中。
2.根据权利要求1所述的眼睛跟踪装置(1)，其中所述第一材料(6)包括开口(7)，使得所述照明器(2)的至少一个所述发光侧(3)和所述成像模块(5)的所述光学装置的观察部分(10)不被所述第一材料(6)覆盖。
3.根据权利要求2所述的眼睛跟踪装置(1)，其中，所述第一材料的所述开口中的至少一个被填充有对于所述照明器(2)的光透明的第二材料(8)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述第一材料(6)对于所述照明器的光不透明。
5.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中至少所述第一材料(6)被成形为一副眼镜的其中一个镜框(11)的形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所有照明器(2)连接到单个第一电路载体(4)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述第一电路载体(4)和/或所述第二电路载体(9)是印刷电路板(PCB)或3D模制互连装置(3D-MID)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中，所述成像模块(5)是包括在以下组中的模块：照相机、无镜头照相机。
9.根据权利要求6所述的眼睛跟踪装置，其中所述第二电路载体(9)是所述第一电路载体(4)的组成整体的部分。
10.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述开口(7)形成为孔，以限制照明器发光角度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中，所述照明器为正面发射，用于最大化所述照明器的正面方向上的光发射，或者是侧面发射，用于避免来自所述照明器的在某些方向上的光发射。
12.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述第一电路载体和/或所述第二电路载体是柔性的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述照明器是包括在以下组中的辐射源：LED、激光器、白炽灯和荧光材料。
14.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述照明器是近红外(NIR)照明器。
15.根据权利要求1所述的眼睛跟踪装置，其中，所述第一材料对IR光透明，但对可见光不透明。
16.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述第二材料是光学装置。
17.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述光学装置是菲涅耳透镜。
18.根据前述权利要求中任一项所述的眼睛跟踪装置，其中所述第一材料是PMMA、PC、Zeonex或ABS，其中添加或不添加对NIR透明的颜料，和/或所述第二材料是PMMA、PC、Zeonex或ABS，其中添加了对NIR不透明的颜料。
19.一种用于制造眼睛跟踪装置的方法，所述方法包括以下步骤：
提供多个照明器，每个照明器包括发光侧，并且每个照明器连接到第一电路载体，
提供成像模块，所述成像模块连接到第二电路载体，所述成像模块包括用于捕获眼睛图像的透镜，
在第一材料中无间隙地嵌入所述多个照明器、所述成像模块和所述电路载体，其中所述第一材料包括开口，使得所述照明器的所述发光侧和所述成像模块的透镜不被第一材料覆盖。
20.根据权利要求19所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，还包括步骤：用对所述照明器的光透明的第二材料填充所述第一材料的所述开口中的至少一个。
21.根据权利要求19所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，其中所述嵌入步骤包括：
提供第一模具，
将所述第一电路载体和所述第二电路载体放置在所述第一模具中，
用所述第一材料填充所述第一模具的空白空间。
22.根据权利要求19所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，其中，所述模具包括用于防止所述第一材料覆盖所述照明器的所述发光侧的第一结构和用于防止所述第一材料覆盖所述成像模块的第二结构。
23.根据权利要求22所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，其中所述模具包括对准特征，所述对准特征用于将所述第一结构和所述第二结构分别与所述照明器和所述成像模块对准。
24.根据权利要求19-23中任一项所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，还包括步骤：用对所述照明器的光透明的第二材料填充所述开口中的至少一个。
25.根据权利要求19所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，其中所述嵌入步骤包括[两步——其它方式]：
提供第二模具，所述第二模具具有与所述照明器的所述发光侧和所述成像模块的所述观察部分对齐的空白空间，
将所述第一电路载体和所述第二电路载体放置到所述第二模具，
用所述第二材料填充所述第二模具，使得至少所述照明器的所述发光侧和所述成像模块的所述观察部分嵌入所述第二材料中，
提供第一模具，
将所述第一电路载体和所述第二电路载体放置在所述第一模具中，用所述第一材料填充所述第一模具的所述空白空间。
26.一种用于制造根据权利要求1所述的眼睛跟踪装置的方法，其中使用3D打印机放置所述第一材料。
27.一种用于制造根据权利要求3所述的眼睛跟踪装置的方法，其中使用3D打印机放置所述第一材料和/或所述第二材料。
28.根据权利要求19-27中任一项所述的用于制造眼睛跟踪装置的方法，还包括步骤：抛光所述照明器和/或成像模块的表面，以便从照明器表面去除不透明材料和/或实现抛光的光学相等表面。
29.一种眼睛跟踪装置，包括权利要求1-18中的任意一项技术特征或技术特征的任意组合。
30.一种用于制造眼睛跟踪装置的方法，包括权利要求19-28中的任意一项技术特征或技术特征的任意组合。
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