TW201834607A - 具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置。瞳孔位置追蹤裝置包括一光源模組、一微鏡模組、一光學模組、一感測模組以及一控制模組。控制模組電性連接於微鏡模組與感測模組，且光源模組、微鏡模組、光學模組以及感測模組沿著一預定光學路徑佈置。光源模組所提供的一點光源通過微鏡模組的反射以形成一面光源。面光源通過光學模組的反射以形成投向眼球表面的一偵測光源，且眼球表面具有瞳孔表面以及圍繞瞳孔表面的非瞳孔表面。藉此，偵測光源能通過瞳孔表面的反射以形成投向感測模組的一反射光源，且感測模組能依據反射光源以傳送瞳孔位置訊號至控制模組。

Description

具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置

本發明涉及一種影像投影裝置及其位置追蹤裝置，特別是涉及一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置。

將虛擬實境及/或擴增虛擬實境應用於使用者的頭戴式或穿戴式影像投影系統的技術是目前的大勢所趨。當使用者使用頭戴式或穿戴式影像投影系統(通常是眼鏡)時，虛擬實境影像或視訊會透過投影裝置投射至使用者的眼睛以呈像。同時，為了達到較佳的虛擬實境體驗感受，會在投影系統中另增設追蹤裝置以追蹤使用者的頭部與眼睛的位置以及移動。

現有技術中的虛擬實境裝置中，是透過偵測目前眼睛位置並預測頭部和眼睛的下一個位置來分析並結合影像至下一個位置的使用者聚焦區域，以達成凝視追蹤的效果。然而，使用者各眼所感知的實像(於視網膜的成像)實際上是聚焦在離眼睛固定距離(焦距)的實像或虛像平面。一般來說，人腦的視神經會自主地根據所感知的實像而欲調整眼睛對焦在所感知的元件/物件上，但是在虛擬實境裝置中，眼睛的焦距調整會跟已經固定距離的實像的焦距距離抵觸。如此一來，會使大腦無法成功協調視覺感知系統以及本體感覺，容易產生疲勞以及頭暈。

故，現有技術虛擬實境裝置中的凝視追蹤系統與虛擬影像投 射仍具有改善空間。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種可具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置以及可即時反饋瞳孔位置資訊的瞳孔位置追蹤裝置。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其包括：一光源模組、一微鏡模組、一光學模組、一感測模組以及一控制模組，所述控制模組電性連接於所述微鏡模組與所述感測模組，且所述光源模組、所述微鏡模組、所述光學模組以及所述感測模組沿著一預定光學路徑佈置。其中，所述光源模組所提供的一第一點光源通過所述微鏡模組的反射以形成一第一面光源，所述第一面光源通過所述光學模組的反射以形成一投向一眼球表面的偵測光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一圍繞所述瞳孔表面的非瞳孔表面。其中，所述偵測光源通過所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第一反射光源，且所述感測模組依據所述第一反射光源以傳送一瞳孔位置訊號至所述控制模組。其中，所述控制模組依據所述瞳孔位置訊號以調整所述微鏡模組，所述光源模組所提供的一第二點光源通過調整後的所述微鏡模組的反射以形成一第二面光源，且所述第二面光源通過所述光學模組的反射以形成一準確地投向所述瞳孔表面的影像光源。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種瞳孔位置追蹤裝置，其包括：一光源模組、一微鏡模組、一光學模組、一感測模組以及一控制模組，所述控制模組電性連接於所述微鏡模組與所述感測模組，且所述光源模組、所述微鏡模組、所述光學模組以及所述感測模組沿著一預定光學路徑佈置。其中，所述光源模組所提供的一點光源通過所述微鏡模組的反射以形成一面光源，所述面光源通過所述光學模組的反射 以形成一投向一眼球表面的偵測光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一圍繞所述瞳孔表面的非瞳孔表面。其中，所述偵測光源通過所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第一反射光源，且所述感測模組依據所述第一反射光源以傳送一瞳孔位置訊號至所述控制模組。

本發明的有益效果在於，本發明技術方案所提供的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置，其能通過“所述光源模組所提供的第一點光源通過所述微鏡模組的反射以形成第一面光源，所述第一面光源通過所述光學模組的反射以形成投向一眼球表面的偵測光源”以及“所述偵測光源通過所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的第一反射光源”的技術特徵，以使感測模組依據第一反射光源傳送瞳孔位置訊號至控制模組，並使控制模組依據瞳孔位置訊號以調整微鏡模組，使得第二點光源形成準確地投向所述瞳孔表面的一影像光源。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所提供的附圖僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

D‧‧‧影像投影裝置

1‧‧‧光源模組

2‧‧‧微鏡模組

3‧‧‧光學模組

4‧‧‧眼球表面

41‧‧‧瞳孔表面

42‧‧‧非瞳孔表面

5‧‧‧感測模組

6‧‧‧控制模組

L‧‧‧預定光學路徑

L1‧‧‧第一點光源

L11‧‧‧第一面光源

L12‧‧‧偵測光源

L2‧‧‧第二點光源

L21‧‧‧第二面光源

L22‧‧‧影像光源

R1‧‧‧第一反射光源

R2‧‧‧第二反射光源

圖1為本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置沿預定光學路徑佈置的示意圖。

圖2為本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置的其中一影像投影光學路徑示意圖。

圖3為本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置的瞳孔位置追蹤光學路徑的示意圖。

圖4為本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置的另外一影像投影光學路徑示意圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“具 有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

請參閱圖1，其為本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置的佈置示意圖。本發明提供一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D，其包括一光源模組1、一微鏡模組2、一光學模組3、一感測模組5以及一控制模組6。控制模組6電性連接於微鏡模組2與感測模組5。同時，光源模組1、微鏡模組2、光學模組3以及感測模組5沿著一預定光學路徑L佈置。

本發明的預定光學路徑L是藉由光入射及反射的原理來行進的可預測路徑，因此預定光學路徑的佈置可依照基本光學原理進行配置。

再者，如圖1所示，本發明的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D，其光源模組1可提供至少一點光源。至少一點光源可通過微鏡模組2的反射以形成至少一面光源。至少一面光源再通過光學模組3的反射以形成偵測光源以及/或是影像光源。

舉例來說，在本發明的實施例中，具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D的光源模組1可同時提供第一點光源以及第二點光源，且第一點光源與第二點光源之光波波長不同。此外，第一點光源是用以形成偵測光源；第二點光源是用以形成影像光源。進一步，第一點光源可以是非可見光光束；而第二點光源是可形成影像的影像光束。

其中，光源模組1可具有兩個光源投射單元，其分別提供光 波波長不同的第一點光源與第二點光源。例如，光源模組1可包括可見光投射單元以及非可見光投射單元，其分別提供非可見光光束的第一點光源以及影像光束的第二點光源。

承上所述，在本發明實施例中，光源模組1所提供的第一點光源可通過微鏡模組2的反射以形成第一面光源，第一面光源可通過光學模組3的反射以形成偵測光源。偵測光源是投向眼球表面，而眼球表面具有瞳孔表面以及圍繞瞳孔表面的非瞳孔表面。因為光源會經瞳孔進入眼球中，所以通過瞳孔表面反射的反射光源的強度會小於通過非瞳孔表面反射的光源的強度。

接著，在本發明的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置中，還包括僅特定波長的光源所偵測的感測模組5。在本發明中，感測模組5僅接受非可見光波長的光，因此感測模組5感測第一面光源形成的偵測光源，而不受到第二面光源反射形成的影像光源的影響。其中，偵測光源通過瞳孔表面的反射以形成投向感測模組5的第一反射光源，偵測光源通過非瞳孔表面的反射以形成投向感測模組5的第二反射光源。第一反射光源的強度小於第二反射光源的強度，如此一來，感測模組5可依據第一反射光源以傳送瞳孔位置訊號至控制模組6。

再者，控制模組6依據瞳孔位置訊號以調整微鏡模組2，同時，光源模組1所提供的第二點光源通過調整後的微鏡模組2的反射以形成第二面光源，且第二面光源亦通過光學模組3的反射以形成準確地投向瞳孔表面的影像光源。

以下將根據實際操作之態樣依序詳細說明本發明具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D的各元件的操作以達成瞳孔追蹤的功能。

請參閱圖1以及圖2，圖具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D的其中一影像投影光學路徑示意圖。如圖2所示，本發明實施例提供一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D，其包括光源模組 1、微鏡模組2、光學模組3、感測模組5以及控制模組6。控制模組6電性連接於微鏡模組2以及感測模組5。此外，如前所述，光源模組1、微鏡模組2、光學模組3以及感測模組5是沿著一預定光學路徑L佈置。在影像投影的模式(圖2)下，光源模組1根據一預定光學路徑提供第二點光源L2。光源模組1可透過可見光投射單元提供第二點光源L2。

首先，光源模組1提供第二點光源L2至微鏡模組2，經微鏡模組2反射後形成第二面光源L21。第二面光源L21通過光學模組3的反射以形成影像光源L22。

詳細說明之，第二點光源L2是可傳送影像的可見光光束。換句話說，第二點光源L2是可形成影像的影像光束。在本發明實施例中，第二點光源L2可為RGB雷射發光模組，其包括一個紅色雷射光源、一藍色雷射光源以及一綠色雷射光源(在此以RGB表示)。光源模組1將RGB雷射光源在短時間內瞬時投射在微鏡模組2的每個微鏡單元(可為微鏡片)上。接著，RGB雷射光源經微鏡模組2反射後形成一幀第二面光源L21，投射至光學模組3。第二面光源L21再經光學模組3的反射以形成影像光源L22。

值得一提的是，除了前述單一RGB雷射光源之外，本發明的第二點光源L2也可以是RGGB雷射光源。也就是說，第二點光源L2可以是一個紅色雷射光源、兩個綠色雷射光源以及一個藍色雷射光源。同理可證，第二點光源L2還可以是RRGGB雷射光源，其具有兩個紅色雷射光源、兩個綠色雷射光源以及一個藍色雷射光源。

需注意的是，光學模組3可以為，舉例來說但不限於：凹面反射鏡、平面反射鏡、凸透鏡。在本發明實施例，光學模組3為凹面反射鏡，但本發明不限於此。此外，光學模組3可為固定式或可調式。在本發明實施例中，光學模組3為固定式。

承上所述，如圖2所示，影像光源L22經光學模組3反射並 準確地投向使用者的眼球表面4的瞳孔表面41。根據本實施例，經微鏡模組2反射的第二面光源L21經過是凹面反射鏡的光學模組3反射之後，形成影像光源L22，該影像光源L22通過瞳孔表面41之後，聚焦在使用者的眼球，最終以在視網膜成像。是故，從光源模組1發射出的第二點光源L2最終可形成在使用者眼球中成像的影像光源L22。

接著，請參閱圖1及圖3，其為具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D的瞳孔位置追蹤光學路徑的示意圖。如同圖3所示，本發明實施例的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D包括沿著預定光學路徑L佈置的光源模組1、微鏡模組2、光學模組3、感測模組5以及控制模組6。根據圖3顯示，光源模組1根據預定光學路徑提供第一點光源L1，此時具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D具有瞳孔位置追蹤光學路徑的模式。

與前述影像投影模式相似，首先，光源模組1透過其非可見光投射單元提供第一點光源L1至微鏡模組2，經微鏡模組2反射後形成第一面光源L11，第一面光源L11經光學模組3的反射形成投向瞳孔表面的偵測光源L12。

詳細說明之，第一點光源L1是非可見光光束。舉例來說，本發明實施例的第一點光源L1可以是光波長為760nm至1000nm之間的紅外光。

承上所述，第一點光源L1可以以單一光束射出，亦可以複數個光束以形成一發射範圍射出。在本發明實施例中，第一點光源L1是以單一光束射出。光源模組1提供紅外光在短時間內瞬時投射在微鏡模組2的每個微鏡單元(可為微鏡片)上。接著，紅外光經微鏡模組2反射後形成一幀第一面光源L11，投射至光學模組3。第一面光源L11再經光學模組3的反射以形成具有一投射範圍的偵測光源L12。

再次說明，在本實施例，光學模組3為固定式凹面反射鏡， 但本發明不限於此。

承上所述，如圖3所示，第一面光源L11經光學模組3反射並投向使用者的眼球表面4。值得一提的是，根據本發明實施例，眼球表面4具有瞳孔表面41以及圍繞瞳孔表面41的非瞳孔表面42。投向眼球表面4的偵測光源L12的涵蓋面積包括瞳孔表面41以及非瞳孔表面42的範圍。具體來說，投向眼球表面4的偵測光源L12的面積可為大於或等於眼球表面4的面積。在本發明實施例中，偵測光源L12的面積是等於眼球表面4的面積。

承上所述，偵測光源L12通過瞳孔表面41的反射形成第一反射光源R1；偵測光源L12通過非瞳孔表面42的反射形成第二反射光源R2。第一反射光源R1可被感測模組5偵測，感測模組5可依據第一反射光源R1傳送瞳孔位置訊號到控制模組6。由於瞳孔表面41的透光性大於非瞳孔表面42的透光性。投向瞳孔表面41的偵測光源L12會有部分穿過瞳孔進入眼球，因此第一反射光源R1的強度會比全反射的第二反射光源R2的強度較小。如此，感測模組5可藉此判斷瞳孔的位置，並得到一瞳孔位置訊號，並將該瞳孔位置訊號傳送至控制模組6。

從圖3可看出，眼球轉動使得瞳孔位置從垂直正中間偏移至右側，瞳孔表面41仍在偵測光源L12的面積之內。因此，偵測光源L12內的部分紅外光光束會通過偏移後的瞳孔表面41反射較小強度的第一反射光源R1，而其餘從非瞳孔表面42反射的第二反射光源R2之強度不變。進而感測模組5通過反射至感測模組的第一反射光源R1以及第二反射光源R2的強弱，便可判斷出瞳孔位置。如此，當使用者的眼球轉動時，感測模組5均可即時追蹤該使用者的眼球瞳孔位置，並即時輸出瞳孔的瞳孔位置訊號。

接著請參閱圖4，其為具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D的另外一影像投影光學路徑示意圖。詳言之，承前所述，感測模組5輸出瞳孔的瞳孔位置訊號至控制模組6，控制模組6根據該瞳 孔位置訊號調整微鏡模組2。根據圖4，控制模組6依據瞳孔位置訊號調整微鏡模組2，使得光源模組1所提供的第二點光源L2在經過調整後的微鏡模組2的反射形成調整後的第二面光源L21，且調整後的第二面光源L21通過光學模組3的反射形成調整後影像光源L22。調整後的影像光源L22準確地投向(偏移後的)瞳孔表面，以重新在使用者的眼球中成像。具體而言，微鏡模組2可包括多個微鏡片，而控制模組6可通過瞳孔位置訊號來調整每一個微鏡片的反射角度。如此一來可改變預定光學路徑，使得第二點光源L2依序通過微鏡模組2以及光學模組3的反射所形成的影像光源L22可準確即時地投向瞳孔表面。

需注意的是，前述偵測光源L12通過眼球表面反射不同強度的第一反射光源R1與第二反射光源R2以使感測模組5判斷瞳孔位置的作動，與控制模組6調整微鏡模組2以使影像光源L22準確地投向瞳孔表面的作動，是幾乎同時發生。如此，具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置D同時提供第一點光源L1與第二點光源L2，第一點光源L1形成偵測光源L12並通過眼球表面4反射出不同強度的反射光源，感測模組5通過反射光源判斷瞳孔位置並傳送瞳孔位置訊號給控制模組6。同時，控制模組6即時地調整微鏡模組2以改變第二點光源L2的光學路徑以準確地在使用者的眼球中成像。如此一來，本發明最終可達成具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置。

[實施例的有益效果]

本發明的有益效果在於，本發明技術方案所提供的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置及其瞳孔位置追蹤裝置，其能通過“光源模組1所提供的第一點光源L1通過微鏡模組2的反射以形成第一面光源L11，第一面光源L11通過光學模組3的反射以形成投向眼球表面4的偵測光源L12”以及“偵測光源L12通過瞳孔表 面41的反射以形成投向感測模組5的第一反射光源R1”的技術特徵，以使感測模組5依據第一反射光源R1傳送瞳孔位置訊號至控制模組6，並使控制模組6依據瞳孔位置訊號以調整微鏡模組2，使得第二點光源L2形成準確地投向瞳孔表面41的影像光源L22。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及附圖內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims (10)

1. 一種具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其包括：一光源模組、一微鏡模組、一光學模組、一感測模組以及一控制模組，所述控制模組電性連接於所述微鏡模組與所述感測模組，且所述光源模組、所述微鏡模組、所述光學模組以及所述感測模組沿著一預定光學路徑佈置；其中，所述光源模組所提供的一第一點光源通過所述微鏡模組的反射以形成一第一面光源，所述第一面光源通過所述光學模組的反射以形成一投向一眼球表面的偵測光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一圍繞所述瞳孔表面的非瞳孔表面；其中，所述偵測光源通過所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第一反射光源，且所述感測模組依據所述第一反射光源以傳送一瞳孔位置訊號至所述控制模組；其中，所述控制模組依據所述瞳孔位置訊號以調整所述微鏡模組，所述光源模組所提供的一第二點光源通過調整後的所述微鏡模組的反射以形成一第二面光源，且所述第二面光源通過所述光學模組的反射以形成一準確地投向所述瞳孔表面的影像光源。
2. 如請求項1所述的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其中，所述第一點光源為一非可見光光束，且所述第二點光源為一影像光束。
3. 如請求項1所述的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其中，投向所述眼球表面的所述偵測光源的面積大於或者等於所述眼球表面的面積。
4. 如請求項1所述的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其中，所述微鏡模組包括多個微鏡片，且所述控制模組通過所述瞳孔 位置訊號，以調整每一個所述微鏡片的一反射角度。
5. 如請求項1所述的具有瞳孔追蹤功能的影像投影裝置，其中，所述偵測光源通過所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大於所述非瞳孔表面的透光性，以使得所述第一反射光源的強度小於所述第二反射光源的強度。
6. 一種瞳孔位置追蹤裝置，其包括：一光源模組、一微鏡模組、一光學模組、一感測模組以及一控制模組，所述控制模組電性連接於所述微鏡模組與所述感測模組，且所述光源模組、所述微鏡模組、所述光學模組以及所述感測模組沿著一預定光學路徑佈置；其中，所述光源模組所提供的一點光源通過所述微鏡模組的反射以形成一面光源，所述面光源通過所述光學模組的反射以形成一投向一眼球表面的偵測光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一圍繞所述瞳孔表面的非瞳孔表面；其中，所述偵測光源通過所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第一反射光源，且所述感測模組依據所述第一反射光源以傳送一瞳孔位置訊號至所述控制模組。
7. 如請求項6所述的瞳孔位置追蹤裝置，其中，所述點光源為一非可見光光束。
8. 如請求項6所述的瞳孔位置追蹤裝置，其中，投向所述眼球表面的所述偵測光源的面積大於或者等於所述眼球表面的面積。
9. 如請求項6所述的瞳孔位置追蹤裝置，其中，所述微鏡模組包括多個微鏡片，且所述控制模組通過所述瞳孔位置訊號，以調整每一個所述微鏡片的一反射角度。
10. 如請求項6所述的瞳孔位置追蹤裝置，其中，所述偵測光源通過所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感測模組的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大於所述非瞳孔表面的透 光性，以使得所述第一反射光源的強度小於所述第二反射光源的強度。