[发明专利]用于眼睛跟踪的场内照明和成像

说明书

本文公开了用于在近眼显示设备中的眼睛跟踪的技术。在一些实施例中，提供了用于眼睛跟踪的照明器。照明器包括：光源，其被配置成位于用户的眼睛的视场内；第一反射器，其被配置成遮蔽光源而避开照相机的视场；以及第二反射器，其被配置成接收由用户的眼睛反射的来自光源的光，并朝着照相机引导该光。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月11日提交的美国专利申请号16/033,099的权益，该专利申请要求2018年5月23日提交的美国临时专利申请号62/675,650的权益，这些申请的内容在此通过引用以其整体并入。

背景

人工现实系统通常包括被配置为呈现描绘在虚拟环境中的对象的人工图像的显示面板。显示面板可以显示虚拟对象或者将真实对象与虚拟对象组合(如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中)。为了与人工现实系统进行交互，用户可能需要提供针对所显示的图像的至少一部分的输入。一些人工现实系统可以包括用于接收用户输入(例如手和/或手指运动)的专用输入/输出接口。然而，传统的输入/输出接口可能需要频繁且主动的用户输入，且因此可能阻碍用户具有在人工现实环境中的完全沉浸式的体验。

眼睛跟踪系统可以跟踪人工现实(例如，VR/AR/MR)系统的凝视，使得人工现实系统知道用户正在看哪里，以及因此可以提供比主要依赖于手持外围输入/输出设备的典型输入/输出接口更沉浸式的接口。眼睛跟踪也可用于中央凹成像(foveated imaging)、图像数据的中央凹传输、警觉性监测(alertness monitoring)等。现有的眼睛跟踪系统可以使用位于用户的视场的周边处的光源(例如，红外光)来照亮眼睛，其中照亮眼睛的光可以被用户的眼睛的角膜镜面地反射，导致在眼睛的所捕获的图像中的“亮斑(glint)”。可以基于例如在所捕获的图像中亮斑相对于眼睛的已知特征(例如，瞳孔的中心)的位置来确定眼睛的位置(例如，凝视方向或旋转位置)。现有的眼睛跟踪系统也可以使用成像系统(例如，照相机)来捕获由眼睛的各种表面反射的光。照相机也可以位于用户的视场的周边处。

可能存在与现有的眼睛跟踪技术相关联的几个问题。问题之一是对于可能不是“点光源”的光源，在所捕获的图像中的亮斑的大小。例如，可以用作光源的LED可以有具有200μm或更大的线性尺寸的发射区域。因此，当整个LED发射区域被捕获时，亮斑不会表现为在所捕获的图像中的点。因此，在图像中的亮斑的中心位置可能无法被精确地确定，并且近似中的误差可能导致眼睛跟踪结果中的误差。此外，由于例如从光源到眼睛的大角度照明光，光源的周边位置可能消极地影响眼睛跟踪的准确度。虽然场内照明(in-fieldillumination)可以提供更高的准确度，但是场内照明可能有几个挑战。例如，位于用户的视场内的光源可能影响透视(see-through)真实世界图像和所显示的图像的质量。此外，位于用户的视场的周边处的照相机可以从大角度观察眼睛，从而降低了眼睛跟踪计算的准确度。此外，从周边位置观察眼睛会增加眼睛的照相机视野可能被面部特征(例如眼睑、睫毛等)阻挡的可能性。

概述

本公开总体上涉及在近眼显示设备中的眼睛跟踪。在一些实施例中，提供了一种用于眼睛跟踪的照明器。该照明器包括：光源，该光源被配置成位于用户的眼睛的视场内；第一反射器，该第一反射器被配置成遮蔽光源而避开照相机的视场；以及第二反射器，该第二反射器被配置成接收由用户的眼睛反射的来自光源的光，并朝着照相机引导该光。

第一反射器可以是在第一棱镜上的第一涂层，以及第二反射器可以是在第二棱镜上的第二涂层。被第一反射器遮蔽的第二棱镜的第一部分可以是无涂层的，以及未被第一反射器遮蔽的第二棱镜的第二部分可以被第一涂层覆盖。光源可以被配置成发射在第一反射器和第二反射器之间传播的光。第一反射器和第二反射器中的每一个可以被配置成反射红外光并透射可见光。