CN220232107U - 一种眼动追踪系统和眼镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种眼动追踪系统和眼镜，眼动追踪系统包括一个投射器、两个摄像头和控制器。投射器包括基板、光源和衍射光学元件。光源设置于基板，用于投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，衍射光学元件用于衍射光源投射的光以在人眼处形成投射图案。摄像头用于拍摄人眼处的图像，人眼处的图像包括人眼的图像和在人眼处形成的投射图案的图像。控制器电连接至摄像头和投射器，其中，投射器构造为向两只人眼分别投射光，两个摄像头分别与两只人眼对应设置，用于拍摄对应的人眼处的图像。根据本实用新型的眼动追踪系统使用一个投射器向两只人眼投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，结构简单，成本较低。

Description

一种眼动追踪系统和眼镜

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，具体而言涉及一种眼动追踪系统和眼镜。

背景技术

在一些增强现实的显示设备中，具有眼动追踪系统。该眼动追踪系统通常使用红外光源照射眼睛，眼部结构及周围皮肤会反射光线，使用成像装置(如摄像机)采集从角膜和视网膜上反射的红外光线。由于眼球的生理结构和物理性质，在光源和头部相对位置不变的前提下，角膜反射形成的光斑不会移动，而视网膜上反射的光线方向标示了瞳孔的朝向(光源光线从瞳孔射入，视网膜反射光线从瞳孔射出)，因此通过计算可以确定眼动的方向，进而得到注视点位置。

现有眼动追踪系统的结构复杂，功耗高，成本高，因此，有必要对传统的眼动追踪系统进行改进，以至少部分地解决以上问题。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种眼动追踪系统，包括：

一个投射器，所述投射器包括：

基板，

光源，所述光源设置于所述基板，用于投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，和

衍射光学元件，用于衍射所述光源投射的光以在所述人眼处形成投射图案；

两个摄像头，所述摄像头用于拍摄所述人眼处的图像，所述人眼处的图像包括人眼的图像和在所述人眼处形成的所述投射图案的图像；和

控制器，所述控制器电连接至所述摄像头和所述投射器，

其中，所述投射器构造为用于向两只人眼分别投射所述光，两个所述摄像头用于分别与所述两只人眼对应设置，用于拍摄对应的所述人眼处的图像。

根据本实用新型，整个眼动追踪系统使用一个投射器向两只人眼投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，两个摄像头分别与两只人眼对应设置，配合实现信号的发射和接收，结构简单，成本较低。

可选地，所述投射图案包括散斑点、线条和网格中的一个或多个。

根据本实用新型，光源排布方式多样，使得眼部反射的光源图案特征较多，可以降低眼动追踪算法的复杂度，提高算法鲁棒性。

优选地，所述光源投射的光为红外光。

根据本实用新型，使用红外光作为眼部追踪的照明光源，不影响人眼对可见光的识别，且符合人眼安全。

优选地，所述光源配置为包括多个子光源，并使得每个所述子光源可单独被点亮。

根据本实用新型，光源配置为包括多个子光源，通过单独控制每个子光源的点亮，可以根据人眼的情况使仅最需要的部分子光源被点亮，以减少功耗浪费。

可选地，所述光源配置为包括多个激光点光源的激光阵列，并使得每一个所述激光点光源可单独被点亮。

根据本实用新型，激光光源投射的光方向好，亮度高，多个点光源组成阵列可以方便地单独控制点亮。

可选地，所述光源配置为垂直腔面发射激光器阵列或边发射激光器阵列。

根据本实用新型，激光光源的发射孔径小，组成的阵列共同产生的输出功率高。

可选地，所述衍射光学元件配置为发散光衍射光学元件；或者

所述衍射光学元件配置为准直光衍射光学元件，所述投射器还包括准直镜，所述准直镜设置于所述光源和所述衍射光学元件之间。

根据本实用新型，衍射光学元件可以配置为发散光衍射光学元件或准直光衍射光学元件。

可选地，所述光源单独封装，并且/或者所述衍射光学元件单独封装。

根据本实用新型，光源单独进行封装并且/或者衍射光学元件单独封装，均可以实现更高的可靠性。

可选地，眼动追踪系统还包括：

通信器，所述通信器电连接至所述控制器，用于与外部设备通信。

根据本实用新型，通过通信器传输人眼注视点信息以便于根据人眼注视点的位置进行控制，如控制向人眼投影的位置。

可选地，所述基板为PCB印刷电路基板、铜基板、铝基板或BT树脂基板；并且/或者

所述衍射光学元件的材料包括聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、UV紫外光固化材料、玻璃或透明三氧化二铝。

根据本实用新型，基板和衍射光学元件的材料选择多样，易于制作，成本低。

可选地，所述投射器为SMD表面贴装器件，或者所述投射器构造为包括FPC柔性印刷电路。

根据本实用新型，投射器设置为SMD表面贴装器件，在应用时可以进行SMT贴片安装，投射器构造为包括FPC柔性印刷电路，在应用时可以通过连接器直接电气连接。投射器设计简单，安装方便。

本实用新型第二方面还提供一种眼镜，包括：

镜片；

框架，用于将所述镜片保持在靠近人眼的位置；和

根据前述的技术方案所述的眼动追踪系统，其中，所述投射器和所述摄像头设置在所述框架。

根据本实用新型的眼镜，使用一个投射器向两只人眼投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，两个摄像头分别与两只人眼对应设置，配合实现信号的发射和接收，结构简单，成本较低。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型的具体实施方式提供的眼动追踪系统的结构框图；

图2为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统的投射器的剖面图；

图3为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统向两只人眼投射的投射图案的示意图；

图4为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统的局部外观示意图；

图5为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统的拍摄的人眼处的图像的示意图，其中(a)为人眼处的图像的示意图，(b)为人眼处的图像中所包含的眼动追踪系统的投射器的投射图案的图像的示意图，(c)为人眼处的图像中所包含的人眼的图像；

图6A为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统向两只人眼投射的投射图案的示意图，其中投射图案为散斑点；

图6B为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统向两只人眼投射的投射图案的示意图，其中投射图案为线条；

图6C为根据本实用新型具体实施方式的眼动追踪系统向两只人眼投射的投射图案的示意图，其中投射图案为网格；

图7为根据本实用新型具体实施方式的眼镜的立体示意图。

附图标记说明：

10：投射器

11：基板

12：光源

13：衍射光学元件

14：准直镜

20：摄像头

30：控制器

40：通信器

100：眼动追踪系统

200：眼镜

210：镜片

220：框架

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

本实用新型首先提供一种眼动追踪系统。

现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。

如图1所示，在具体的实施方式中，眼动追踪系统100包括一个投射器10、两个摄像头20和控制器30。其中，投射器10用于投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，摄像头20用于拍摄人眼处的图像，控制器30电连接至摄像头20和投射器10。

如图2所示，投射器10包括基板11、光源12和衍射光学元件13。光源12设置于基板11，衍射光学元件13用于衍射光源12投射的光以在人眼处形成投射图案，衍射光学元件13位于光源12和人眼之间。投射器10构造为向两只人眼分别投射光，投射器10向两只人眼投射光的投射图案如图3所示，图3中投射图案左右两部分图案分别对应一只人眼。

如图4所示，眼动追踪系统100包括一个投射器10、两个摄像头20，其中，两个摄像头20分别与两只人眼对应设置，用于拍摄对应的人眼处的图像。

需要说明的是，如图5中的(a)所示，摄像头20拍摄的人眼处的图像包括人眼的图像(图5中的(c)和在人眼处形成的投射图案的图像(图5中的(b))。人眼的图像包括眼球和眼部周围皮肤，也即可从人眼的图像中分析出瞳孔(如图5中的圆斑T或圆x)的位置和睑裂(如图5中的闭合曲线y)的位置。通俗地说，闭合曲线y的内部区域可以认为是眼球，闭合曲线y的外部区域则为眼部周围皮肤。在人眼处形成的投射图案的图像为投射器10向人眼处投射的光斑被人眼及皮肤反射形成的图像。其中，人眼的图像用于确定瞳孔的位置，在人眼处形成的投射图案作为参考位置的光，眼动追踪系统100基于光源12提供的参考位置分析计算人眼注视点的位置，从而了解眼动方向和幅度，并实现眼动追踪。

优选地，投射器10设置为在使用眼动追踪系统100时便于向两只人眼投射同样的投射图案的位置，例如图4所示的投射器10所在的位置。

下面将介绍投射器10的具体结构。

可选地，投射器10的光源12配置为包括多个子光源，并使得每个子光源可单独被点亮。

可以理解的，光源12的被点亮的子光源在人眼处形成光斑(例如图3中所示的圆点状光斑)，被点亮的子光源的数量越多则组成投射图案的光斑的数量就越多。当不同的子光源被点亮时，所形成的投射图案不同。在光源12向人眼处投射光时，可以根据瞳孔的位置控制点亮多个子光源中的一部分，只需根据这一部分子光源提供的参考位置分析人眼注视点的位置，从而减少运算量和功耗。例如，可以使投射图案与瞳孔的位置匹配。例如，当瞳孔的位置转向左侧时，则点亮靠近左侧的子光源。此外，还可以根据精度要求或睑裂形状点亮部分子光源。如此，可以实现仅使最需要的那部分子光源被点亮，减少功耗浪费。

可选地，投射器10的光源12的投射图案包括散斑点、线条和网格中的一个或多个。如图6A所示，投射图案(全部子光源被点亮时的全投射图案)为散斑点，散斑点的排布可以为其他形式，例如图5中的(b)所示的形式。散斑点的形状可以为圆形、三角形、矩形、不规则图形等，本实用新型不作具体限定。通过控制不同的子光源被点亮，全部散斑点中不同的部分被点亮。如图6B所示，投射图案(全投射图案)为线条，线条的数量、长度、排布密度、粗细、角度都可以进行设置。通过控制不同的子光源被点亮，全部线条中不同的部分被点亮。如图6C所示，投射图案(全投射图案)为网格，网格还可以设置为圆环形、椭圆环形、棋盘格形等其他形状。通过控制不同的子光源被点亮，全部网格中不同的部分被点亮。

优选地，光源12配置为包括多个激光点光源的激光阵列，并使得每一个激光点光源可单独被点亮。

优选地，光源12配置为垂直腔面发射激光器阵列或边发射激光器阵列。

优选地，光源12投射的光为红外光，不影响人眼对可见光的识别，同时符合人眼安全。

可选地，投射器10的衍射光学元件13配置为发散光衍射光学元件。

可选地，衍射光学元件13配置为准直光衍射光学元件，如图2所示，投射器10还包括准直镜14，准直镜14设置于光源12和衍射光学元件13之间。

优选地，光源12单独封装，并且/或者衍射光学元件13单独封装，以增加可靠性。

可选地，投射器10的基板11为PCB印刷电路基板、铜基板、铝基板或BT树脂基板；并且/或者衍射光学元件13的材料包括聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、UV紫外光固化材料、玻璃或透明三氧化二铝。

可选地，投射器10为SMD表面贴装器件，在应用时可以进行SMT贴片安装，或者投射器10构造为包括FPC柔性印刷电路，在应用时可以通过连接器直接电气连接。

可选地，如图1所示，眼动追踪系统100还包括通信器40，通信器40电连接至控制器30，用于与外部设备通信。

本实用新型第二方面还提供一种眼镜。如图7所示，在具体的实施方式中，眼镜200包括镜片210、框架220和第一方面所述的眼动追踪系统100。框架220用于将镜片210保持在靠近人眼的位置，其中，一个投射器10和两个摄像头20设置在框架220，投射器10用于向两只人眼分别投射光。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

Claims (12)

1.一种眼动追踪系统，其特征在于，包括：

一个投射器，所述投射器包括：

基板，

光源，所述光源设置于所述基板，用于投射用于照射到人眼处的作为参考位置的光，和

衍射光学元件，用于衍射所述光源投射的光以在所述人眼处形成投射图案；

两个摄像头，所述摄像头用于拍摄所述人眼处的图像，所述人眼处的图像包括人眼的图像和在所述人眼处形成的所述投射图案的图像；和

控制器，所述控制器电连接至所述摄像头和所述投射器，

其中，所述投射器构造为用于向两只人眼分别投射所述光，两个所述摄像头用于分别与所述两只人眼对应设置，用于拍摄对应的所述人眼处的图像。

2.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述投射图案包括散斑点、线条和网格中的一个或多个。

3.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述光源投射的光为红外光。

4.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述光源配置为包括多个子光源，并使得每个所述子光源可单独被点亮。

5.根据权利要求4所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述光源配置为包括多个激光点光源的激光阵列，并使得每一个所述激光点光源可单独被点亮。

6.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述光源配置为垂直腔面发射激光器阵列或边发射激光器阵列。

7.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，

所述衍射光学元件配置为发散光衍射光学元件；或者

所述衍射光学元件配置为准直光衍射光学元件，所述投射器还包括准直镜，所述准直镜设置于所述光源和所述衍射光学元件之间。

8.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述光源单独封装，并且/或者所述衍射光学元件单独封装。

9.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，还包括：

通信器，所述通信器电连接至所述控制器，用于与外部设备通信。

10.根据权利要求1所述的眼动追踪系统，其特征在于，

所述基板为PCB印刷电路基板、铜基板、铝基板或BT树脂基板；并且/或者

所述衍射光学元件的材料包括聚碳酸酯PC、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、UV紫外光固化材料、玻璃或透明三氧化二铝。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的眼动追踪系统，其特征在于，所述投射器为SMD表面贴装器件，或者所述投射器构造为包括FPC柔性印刷电路。

12.一种眼镜，其特征在于，包括：

镜片；

框架，用于将所述镜片保持在靠近人眼的位置；和

根据权利要求1至11中任一项所述的眼动追踪系统，其中，所述投射器和所述摄像头设置在所述框架。