[发明专利]全息场内照明器

说明书

一种眼睛跟踪系统包括全息照明器和检测器。全息照明器包括被配置成提供光的光源和与光源光学耦合的全息介质。全息介质被配置成接收从光源提供的光，并向眼睛同时投射多个分离的光图案。检测器被配置为检测从眼睛反射的多个分离的光图案的至少一个子集的反射，以确定眼睛瞳孔的定位。还公开了一种利用包括全息照明器的眼睛跟踪系统来确定眼睛瞳孔定位的方法。

技术领域

本申请大体上涉及显示设备，且更具体地说，涉及头戴式显示设备。

背景

头戴式显示设备(本文也称为头戴式显示器或头戴式装置(headset))作为向用户提供视觉信息的手段越来越受欢迎。例如，头戴式显示设备用于虚拟现实和增强现实操作。

然而，传统头戴式显示器的尺寸和重量限制了头戴式显示器的应用。

概述

因此，需要紧凑且轻的头戴式显示器，从而增强用户的虚拟现实和/或增强现实体验。

特别地，传统头戴式显示设备(例如，被配置用于增强现实操作的传统头戴式显示设备)在用户的眼睛周围的大区域上投射图像，以便在所有注视方向上提供宽视场(例如，以便处理瞳孔转向(pupil steering))。然而，在大区域上投射图像会导致所投射图像的亮度降低。补偿降低的亮度通常需要高强度光源，高强度光源通常又大又重，并且具有高功耗。需要用于确定眼睛瞳孔位置的眼睛跟踪系统，以便将图像投射到朝向眼睛瞳孔缩小的区域上。这种系统继而实现紧凑的、轻的和低功耗的头戴式显示器。另外，在一些情况下，由头戴式显示器显示的内容需要基于用户的凝视方向来更新，这也需要眼睛跟踪系统确定眼睛瞳孔位置。

一种跟踪眼睛移动的方法是照亮眼睛的表面，并检测被照亮的图案从眼睛表面的反射(例如，闪光(glint))。为了避免遮挡用户的视场，用于照亮眼睛表面的光源通常定位成远离视场。然而，利用这种照明进行眼睛跟踪具有挑战性，诸如必须考虑不同用户的各种适眼距、眼睑遮挡、虹膜尺寸和瞳孔间距。因此，需要具有场内(in-field)(例如，视场内(in-field-of-view))照明而不遮挡视场的眼睛跟踪系统。

与传统眼睛跟踪系统相关联的上述缺陷和其他问题通过所公开的具有对眼睛的场内照明的系统得以减少或消除。

根据本发明，提供了一种眼睛跟踪系统，该眼睛跟踪系统包括：全息照明器，其包括：被配置为提供光的光源；以及与光源光学耦合的全息介质，该全息介质被配置为：接收从光源提供的光；并向眼睛同时投射多个分离的光图案；该眼睛跟踪系统还包括检测器，该检测器被配置为检测从眼睛反射的多个分离的光图案的至少一个子集的反射，以用于确定眼睛瞳孔的定位(location)。

可选地，光源是单点光源。可选地，光源定位为远离全息介质的光轴。

可选地，全息介质是反射全息介质，其被配置为在全息介质的第一表面上接收来自光源的光，并且通过全息介质的第一表面同时投射多个分离的光图案。可选地，全息介质是透射全息介质，其被配置为在全息介质的第一表面上接收来自光源的光，并且通过全息介质的与全息介质的第一表面相对的第二表面同时投射多个分离的光图案。

可选地，多个分离的光图案包括第一光图案和不同于第一光图案并与其分离的第二光图案；并且多个分离的光图案中的第一光图案以第一角度投射到眼睛，并且多个分离的光图案中的第二光图案以不同于第一角度的第二角度投射到眼睛。

可选地，多个分离的光图案以圆形配置排列。可选地，以圆形配置排列的多个分离的光图案被配置为照亮眼睛表面上直径至少为10mm的区域。

可选地，多个分离的光图案以扭曲的配置排列，该配置与眼睛的轮廓表面反向(counter)，使得从眼睛的轮廓表面反射的多个分离的光图案的至少一个子集以非扭曲的配置排列。