TWI769481B - 眼動追蹤裝置及應用其的電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種眼動追蹤裝置，其包括：基材，其包括相交的第一基材部和第二基材部；紅外發光元件，其設置在所述第一基材部且用以向眼球發射紅外光；以及圖像採集元件，其設置在所述第二基材部。所述圖像採集元件與所述紅外發光元件為非共平面設置。所述圖像採集元件用以接收所述眼球反射回來的紅外光進行紅外成像。本發明還提供應用上述眼動追蹤裝置的電子裝置。通過將圖像採集元件與紅外發光元件非共平面設置以增加紅外發光元件之照射品質，使影像處理將更行清晰，從而有效提升眼動追蹤的精確度。

Description

眼動追蹤裝置及應用其的電子裝置
本發明涉及一種眼動追蹤裝置及應用該眼動追蹤裝置的電子裝置。
眼睛是人類從周圍世界中獲取資訊的重要器官，通過準確測量一個人的注視點，可以作為研究人類心理活動並提取心理意識提供重要依據，可以用注視點代替滑鼠或者觸摸操作，實現利用注視點進行人機交互。眼動追蹤是一項科學應用技術，當人的眼睛看向不同方向時，眼部會有細微的變化，這些變化會產生可以提取的特徵，可以通過圖像捕捉或掃描提取眼部的這些變化特徵，從而即時追蹤眼睛的變化，預測使用者的狀態和需求，並進行回應達到用眼睛控制設備的目的，例如使用者通過眼球運動而無需觸控式螢幕即可翻動頁面；或通過眼球運動控制視頻播放，只要使用者轉移視線，視頻播放機會自動暫停，直至視線重回螢幕等等。
鑒於此，有必要提供一種眼動追蹤裝置，包括：基材，其包括相交的第一基材部和第二基材部；紅外發光元件，其設置在所述第一基材部且用以向眼球發射紅外光；以及 圖像採集元件，其設置在所述第二基材部，所述圖像採集元件與所述紅外發光元件為非共平面設置且用以接收所述眼球反射回來的紅外光進行紅外成像。
本發明還提供應用上述眼動追蹤裝置的電子裝置。
本發明實施例通過將圖像採集元件與紅外發光元件非共平面設置以增加紅外發光元件之照射品質，使影像處理將更行清晰，從而有效提升眼動追蹤的精確度。
100:眼動追蹤裝置
10:基材
11:第一基材部
13:第二基材部
30:紅外發光元件
50:圖像採集元件
20:眼球
31:微型LED
40、60:光導層
41:微棱鏡
43:光吸收材料
45:表面
411:第一端面
413:第二端面
47:凹槽
51:遮罩
53:圖像感測器
511:通孔
531:感光面
55:電路板
圖1為本發明實施例的眼動追蹤裝置的示意圖。
圖2為紅外發光元件和光導層的剖面示意圖。
圖3為圖2中光導層中的局部的微棱鏡的立體示意圖。
圖4為另一實施例的光導層的示意圖。
圖5為再一實施例的光導層的示意圖。
圖6為圖像採集元件的剖面示意圖。
圖7為光導層的變更實施例的剖面示意圖。
附圖中示出了本發明的實施例，本發明可以藉由多種不同形式實現，而並不應解釋為僅局限於這裡所闡述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本發明更為全面和完整的公開，並使本領域的技術人員更充分地瞭解本發明的範圍。
請參閱圖1，本發明較佳實施例的眼動追蹤裝置100，其包括基材10以及設置在基材10上的紅外發光元件30和圖像採集元件50。所述基材 10包括相交的第一基材部11和第二基材部13。第一基材部11和第二基材部13均大致呈板狀。本實施例中，第一基材部11和第二基材部13連接為一體。
如圖1所示，紅外發光元件30設置在所述第一基材部11上，其用以向用戶的眼球20發射紅外光。紅外發光元件30發射的紅外光為近紅外光，波長為780~1100nm。人類的眼睛通常不能輕易看到近紅外光，因此向用戶的眼睛發射紅外光不會分散用戶的注意力。
如圖1所示，圖像採集元件50設置在所述第二基材部13上，且所述圖像採集元件50與所述紅外發光元件30設置在所述基材10的同一側，因此所述圖像採集元件50與所述紅外發光元件30為非共平面設置。所述圖像採集元件50用以接收並感測所述眼球20反射回來的紅外光從而成像。可依據反射的變化提取眼睛的注視方向或瞳孔的位置的變化。紅外發光元件30和圖像採集元件50為非共平面設置，以增加紅外發光元件30之照射品質，使影像處理更加清晰，從而有效提升眼動追蹤的精確度。
請參閱圖2，紅外發光元件30包括用以發近紅外光的複數微型發光二極體(LED)31。複數微型LED31位於同一水平面。複數微型LED31可為矩陣排列或其他形狀的排列。在所述複數微型LED31出光側設置有光導層40。所述光導層40可以對微型LED31發出紅外光的發散均勻度和亮度進行調整，使紅外光的發散均勻，亮度恰當。
一實施例中，如圖2所示，所述光導層40包括間隔設置的複數微棱鏡41。所述微棱鏡41用以供微型LED31發出的紅外光穿過。每一個微棱鏡41為柱狀。所述光導層40還包括填充在微棱鏡41之間的光吸收材料43。所述光導層40遠離所述複數微型LED31的表面45形成為朝所述微型LED31的方向凹陷的凹球面。由所述光導層40的中心指向所述光導層40 的邊緣方向，所述複數微棱鏡41的高度為逐漸增大的。結合參閱圖3，每一個微棱鏡41具有遠離微型LED31的第一端面411和靠近微型LED31的第二端面413。第一端面411和第二端面413為相對設置。第二端面413為平面，所述第二端面413為與第一端面411交叉的弧面。
光吸收材料43是本領域常規使用的光吸收材料，例如可吸附光至少在整個可見光區域波長約400至約700nm的光，包括通常用於化學發光的區域(波長約460nm)。
另一實施例中，如圖4和圖5所示，所述光導層40遠離所述複數微型LED31的表面形成為朝所述複數微型LED31方向凹陷的複數微型的凹槽47，每一個凹槽47為凹球狀。本實施例中，複數凹槽47為一個挨著一個鄰接排佈。圖3和圖4只是示意出所述光導層40遠離所述複數微型LED31的表面的形狀，實際所述光導層40也是包括間隔設置的複數微棱鏡41以及填充在微棱鏡41之間的光吸收材料43。如圖3所示，每一個凹槽47的開口大致為四邊形；如圖4所示，每一個凹槽47的開口大致為六邊形。可以理解的，所述凹槽47的開口形狀不限於上述四邊形和六邊形，還可根據需要進行調整。凹槽47的開口尺寸和凹陷深度也可以根據需要進行調整。
請參閱圖6，所述圖像採集元件50包括相對且間隔設置的遮罩51和圖像感測器53。一實施例中，遮罩51和圖像感測器53的間距為0.2毫米。所述遮罩51開設有貫穿遮罩51且間隔設置的複數通孔511。遮罩51為不透光的，複數通孔511用以讓從眼球反射回來的紅外光線穿過。遮罩51的材質可為不透光的材料，或是遮罩51包括透明的基材10(圖未示)上以及附著在基材10上的一層不透光的光阻層(圖未示)。圖像感測器53用以接收複數通孔511透過的紅外光並進行成像。被眼球20反射的光穿過複數通 孔511進行針孔成像並被圖像感測器53接收。一實施例中，遮罩51的複數通孔511相互間隔排佈且為多行多列的矩陣排佈。
圖像感測器53可採用本領域習知的CMOS圖像感測器。圖像感測器53是利用光電器件的光電轉換功能。圖像感測器53具有一感光面531，感光面531接收反射回來的光線，感光面531分成複數成像單元(或稱為畫素)，並將成像單元的光信號轉換成與光信號成相應比例關係且可用的電信號。本實施例中，感光面531朝向遮罩51。
如圖6所示，所述圖像感測器53遠離所述遮罩51的一側還設置有電路板55，所述電路板55與所述圖像感測器53電性連接。所述圖像感測器53用以將生成的圖像資料傳輸給電路板55進行接下來的資料處理。一實施例中，所述電路板55即為所述基材10，即圖像感測器53和紅外發光元件30直接設置在電路板55上且與電路板55電性連接；所述電路板55包括相交的兩個部分分別對應為第一基材部11和第二基材部13。例如電路板55上可設置或電性連接圖像資料處理模組(圖未示)，圖像資料處理模組負責整個眼動追蹤裝置演算法的處理。
圖2中的光導層40還可替換為圖7所示的光導層60。如圖7所示，光導層60包括透光的基體61以及局部覆蓋透光的基體61的一表面上的遮光層63。所述遮光層63的材質為光無法穿過的材料。如此，透光的基體61的表面未被所述遮光層63遮蓋的區域可供微型LED31發出的紅外光穿過。
可以理解的，所述光導層60的透光的基體61還可替換為紅外光穿透材料，例如冷鏡，用以讓紅外光穿過。冷鏡可反射可見光，讓紅外光或熱源穿透。
一種應用上述眼動追蹤裝置100的電子裝置。所述電子裝置可為穿戴式電子裝置，例如穿戴式眼鏡，眼動追蹤裝置100可設置在電子裝置的主體上，例如穿戴式眼鏡的鼻墊或眼鏡框上等不影響視區。所述電子裝置可通過眼動追蹤裝置100實現非接觸控制。
相較於習知技術，本發明實施例通過將圖像採集元件50與紅外發光元件30非共平面設置以增加紅外發光元件30之照射品質，使影像處理將更行清晰，從而有效提升眼動追蹤的精確度；此外紅外發光元件30還搭配有光導層40，以使對微型LED31發出紅外光的發散均勻度和亮度進行調整，使紅外光的發散均勻，亮度恰當。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，圖示中出現的上、下、左及右方向僅為了方便理解，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。
100:眼動追蹤裝置
10:基材
11:第一基材部
13:第二基材部
30:紅外發光元件
50:圖像採集元件
20:眼球

Claims (9)

  1. 一種眼動追蹤裝置，其改良在於：其包括：基材，其包括相交的第一基材部和第二基材部；紅外發光元件，其設置在所述第一基材部且用以向眼球發射紅外光；以及圖像採集元件，其設置在所述第二基材部，所述圖像採集元件與所述紅外發光元件為非共平面設置且用以接收眼球反射回來的紅外光進行紅外成像；所述紅外發光元件包括複數微型LED用以發射所述紅外光；在所述複數微型LED的出光側設置有光導層；所述光導層包括間隔設置的複數微棱鏡；每一個微棱鏡為柱狀。
  2. 如請求項1所述的眼動追蹤裝置，其中，所述光導層還包括填充在所述複數微棱鏡之間的光吸收材料。
  3. 如請求項2所述的眼動追蹤裝置，其中，所述光導層遠離所述複數微型LED的表面形成為凹球面；由所述光導層的中心指向所述光導層的邊緣方向，所述複數微棱鏡的高度逐漸變大。
  4. 如請求項2所述的眼動追蹤裝置，其中，所述光導層遠離所述複數微型LED的表面形成為朝所述複數微型LED方向凹陷的複數凹槽，每一個凹槽為凹球狀。
  5. 如請求項1所述的眼動追蹤裝置，其中，所述光導層遠離所述複數微型LED的表面形成為凹球面；所述光導層包括基體以及局部覆蓋所述基體的一表面上的遮光層；所述基體為透光材料或紅外光穿透材料。
  6. 如請求項1所述的眼動追蹤裝置，其中，所述圖像採集元件包括相互正對且間隔的遮罩和圖像感測器，所述遮罩開設有間隔設置的複數通孔以供光線穿過達到所述圖像感測器。
  7. 如請求項6所述的眼動追蹤裝置，其中，所述圖像感測器遠離所述遮罩的一側還設置有電路板，所述電路板與所述圖像感測器電性連接。
  8. 如請求項6所述的眼動追蹤裝置，其中，所述基材為一電路板，所述圖像感測器和所述紅外發光元件設置在所述電路板上且與所述電路板電性連接。
  9. 一種應用請求項1-8中任意一項所述眼動追蹤裝置的電子裝置，其包括主體以及安裝於所述主體上的所述眼動追蹤裝置。
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