[发明专利]眼睛追踪器照明

说明书

技术领域

本发明涉及照明对象，通过眼睛追踪器配准所述对象的至少一只眼睛的移动，用于生成结果数据（即，关于眼睛和/或凝视位置的信息）。依次地，该数据可以被用于控制计算机装置，或者（例如，与心理学相结合或者在诊断多种医学状况时）被专门配准用于分析目的。观察者每只眼睛位置上的精准信息对于自动立体显示是必要的，用于确保正确的图像被呈现并被投射向每只眼睛，以便生成身临其境的三维效果。更详细来说，本发明涉及根据权利要求1前序部分的装置。

背景技术

现有技术包括用于眼睛追踪器的方向性光学照明器。这种照明器相对于静态复制是有益的，因为在每个时间点上，他们仅仅照明在对象移动的空间内的内表面的一小部分。因此，对应于那些没有被照明的表面的尺寸，如果相反地，这些表面被照明的情况下，这种照明器节省了功率。US2012/0066975描述了一种方案，使用具有成像镜片或者准直光束的基于矩阵的照明器，以及可倾斜的镜子引导照明朝向眼睛追踪器的用户。

此外，已知衍射光学元件（Diffractive Optical Element，DOE），用于将相干光束转换成任意亮度的图案。可以通过URL http://www.rpcphotonics.com/optical.asp获得简要的DOE描述。

US2004/0213463公开了一种用于成像和范围探测的方案，其中，基于DOE的技术被用于光的空间编码。这里，通过将不同的DOE插入光束中，可以即刻改变光图案的位置和形状。

有时，DOE被称作为全息光学元件。在这种情况下，DOE经常包括模拟或数字的相位掩膜，其被用于将相干光束转换为想要的空间图案。该相位振幅典型地小于一个波长。DOE还可以包括振幅掩膜。

现有技术中存在的问题

尽管在US2010/0066975中公开的技术方案具有很多重要的特性，但是仍有改善的空间。例如，该设计是基于经典镜片的，例如成像透镜和镜子。这反过来显现出该设计相对笨重、复杂以及对机械损坏是易受影响的。

通常来说，基于LED和经典光学技术的传统的眼睛追踪器照明器也具有以下缺点。

在将电能转化成光能方面，LED的效率是相对低的。光学上的效率同样相对低。此外，由于宽的带宽，即便LED照明器的峰值波长在NIR频谱中，LED照明器也可能无意间生成可见光。当然，这可能分散所照明的对象。由于使用了宽的带宽，外界光线也可能到达成像传感器，并因此造成干扰。

当以明亮的瞳孔眼睛追踪为目标时，希望将照明器放置得尽可能靠近图像配准装置的光轴。因此，尽可能最小的照明器是具有吸引力的。当今眼睛追踪器中通常使用的LED照明器包括多个LED的矩阵。因此，LED照明器变得相对大。此外，根据所需芯片的数量来测量产品成本。由于多个LED对应于多个芯片，所以LED照明器的成本趋向于相当高。

LED的另一个特点是其代表所谓的朗伯（Lambertian）光源。这意味着，其辐射是与方向独立的。换句话说，辐射角度延伸±90度，典型的为±60度半高全宽。因此，为了高效地耦合，需要大数值孔径镜片，即高透过率（high transmission），这反过来显示出镜片的笨重和昂贵。

发明内容

本发明的目的是减轻上述问题并实现简单的、紧凑的、鲁棒的而且是节能的照明方案，用于眼睛追踪器的实现。

根据本发明，通过最初描述的装置实现目的，其中，光生成装置包括相干光源和衍射光学元件。该相干光源被用于产生良好限定的光束的相干光。优选地，该相干光源包括多模激光二极管，其显示一定程度的相干并具有少于10nm的带宽。然而，显示至少一定程度相关的任何其他形式的照明器也可以被用作相干光源。该衍射光学器件被用于引导光束朝向第一指定区域，估计该第一指定区域覆盖对象的至少一只眼睛，配准所述对象的眼睛的移动。优选地，该装置被用于适应性地控制第一指定区域的位置，使得第一指定区域在每个时间点上覆盖估计的对象的眼睛区域。

该装置是有益的，因为其可以对眼睛追踪最相关的区域进行精确的照明。

根据本发明一个优选实施例，第一指定区域代表照明图案，并且所照明的区域位于图像配准装置的视野内。这样，消耗最小数量的光，即，非常少的光被引导朝向不需要图像配准的区域。