用于眼动追踪的波长多路复用式波导系统的制作方法

本公开总体上涉及光学，特别是涉及眼动追踪技术。

背景技术：

1、眼动追踪技术使头戴式显示器(head mounted display，hmd)能够基于用户的眼睛移动或眼睛取向与用户交互。现有的眼动追踪系统可能在技术上受到天然障碍物的限制。例如，睫毛和眼睑可能妨碍对眼睛的图像的获取，这可能降低眼动追踪操作的质量。

技术实现思路

1、本发明涉及根据权利要求1的透镜组件、根据权利要求10的眼动追踪系统以及根据权利要求13的头戴式设备。有利的实施例可以包括从属权利要求的特征。

2、因此，根据本发明的透镜组件包括：波导；第一衍射光栅，该第一衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第一光从适眼框(eyebox)区域耦入到该波导中，该第一光具有第一波长；以及第二衍射光栅，该第二衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第二光从该适眼框区域耦入到该波导中，该第二光具有第二波长。

3、在一些实施例中，该透镜组件还可以包括第三衍射光栅，该第三衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将该第一光和该第二光从该波导耦出到图像传感器，其中，该第一衍射光栅具有第一焦距以将该第一光聚焦到该第三衍射光栅，并且其中，该第二衍射光栅具有第二焦距以将该第二光聚焦到该第三衍射光栅，该第一焦距长于该第二焦距。可选地，该第三衍射光栅的二维占用面积(two-dimensional footprint)可以小于该第一衍射光栅和该第二衍射光栅。此外，可选地，该第一光聚焦到该第三衍射光栅的第一光路可以依赖于该波导的全内反射(total internal reflection，tir)以传播到该第三衍射光栅，并且该第二光聚焦到该第三衍射光栅的第二光路可以依赖于该波导的tir以传播到该第三衍射光栅。

4、在一些实施例中，该第一衍射光栅可以被定位成在该波导中与该第二衍射光栅相邻，其中，该第一衍射光栅被配置成耦入来自该适眼框区域的第一部分的该第一光，并且其中，该第二衍射光栅被配置成耦入来自该适眼框区域的第二部分的该第二光。

5、在一些实施例中，该第一波长可以为约1300nm，并且该第二波长可以为约940nm。

6、在一些实施例中，可以利用被配置成发射约1300nm的光的第一光源和被配置成发射约940nm的光的第二光源来照射该适眼框区域。

7、在一些实施例中，该第一衍射光栅可以是第一全息光学元件，并且该第二衍射光栅可以是第二全息光学元件，其中，该第一全息光学元件包括第一多个倾斜光栅平面，该第一多个倾斜光栅平面被配置成使可见光通过并将该第一光朝向该波导中的第三衍射光栅衍射，并且其中，该第二全息光学元件包括第二多个倾斜光栅平面，该第二多个倾斜光栅平面被配置成使可见光通过并将该第二光朝向该波导中的该第三衍射光栅衍射。可选地，该第一多个倾斜光栅平面可以被配置成以第一焦距衍射该第一光，其中，该第二多个倾斜光栅平面可以被配置成以第二焦距衍射该第二光。

8、在一些实施例中，该第一衍射光栅可以被配置成针对该第二光是不可操作的，其中，该第二衍射光栅可以被配置成针对该第一光是不可操作的。

9、在一些实施例中，该第一衍射光栅和该第二衍射光栅中的至少一者可以以反射方式衍射地操作。

10、在一些实施例中，该第一衍射光栅和该第二衍射光栅可以是体布拉格光栅。

11、根据本发明的眼动追踪系统包括控制器、波导系统和图像传感器。该控制器被配置成基于图像数据来确定眼睛取向。该波导系统包括：波导；第一衍射光栅，该第一衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第一光从适眼框区域耦入到该波导中，该第一光具有第一波长；以及第二衍射光栅，该第二衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第二光从该适眼框区域耦入到该波导中，该第二光具有第二波长。该图像传感器光学耦合到该波导系统，以接收来自该波导的该第一光和该第二光，其中，该图像传感器被配置成生成该图像数据。

12、在一些实施例中，该眼动追踪系统还可以包括第三衍射光栅，该第三衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将该第一光和该第二光从该波导耦出到该图像传感器，其中，该第一衍射光栅具有第一焦距以将该第一光聚焦到该第三衍射光栅，并且其中，该第二衍射光栅具有第二焦距以将该第二光聚焦到该第三衍射光栅，该第一焦距长于该第二焦距。可选地，该第三衍射光栅的二维占用面积小于该第一衍射光栅和该第二衍射光栅。

13、在一些实施例中，该眼动追踪系统还可以包括：第一光源，该第一光源被配置成以该第一波长朝向该适眼框区域发射该第一光；以及第二光源，该第二光源被配置成以该第二波长朝向该适眼框区域发射该第二光。可选地，该第一波长可以为约1300nm，并且该第二波长可以为约940nm。此外，可选地，该控制器被配置成基于该适眼框区域中的该眼睛取向来选择性地操作该第一光源或该第二光源。

14、根据本发明的头戴式设备包括框架、透镜组件、波导系统和图像传感器。该透镜组件耦接到该框架并且被配置成将场景光传输到适眼框区域。该波导系统耦接到该透镜组件并且耦接到该框架，其中，该波导系统包括：波导；第一衍射光栅，该第一衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第一光从适眼框区域耦入到该波导中，该第一光具有第一波长；以及第二衍射光栅，该第二衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将第二光从该适眼框区域耦入到该波导中，该第二光具有第二波长。该图像传感器位于该框架中，以根据接收到的来自该波导的该第一光和该第二光生成图像数据。

15、在一些实施例中，该头戴式设备还可以包括第三衍射光栅，该第三衍射光栅设置在该波导中并且被配置成将该第一光和该第二光从该波导耦出到该图像传感器，其中，该第一衍射光栅具有第一焦距以将该第一光聚焦到该第三衍射光栅，并且其中，该第二衍射光栅具有第二焦距以将该第二光聚焦到该第三衍射光栅，该第一焦距长于该第二焦距。

技术特征：

1.一种透镜组件，所述透镜组件包括：

2.根据权利要求1所述的透镜组件，所述透镜组件还包括：

3.根据权利要求1或2所述的透镜组件，其中，所述第一衍射光栅被定位成在所述波导中与所述第二衍射光栅相邻，其中，所述第一衍射光栅被配置成耦入来自所述适眼框区域的第一部分的所述第一光，其中，所述第二衍射光栅被配置成耦入来自所述适眼框区域的第二部分的所述第二光。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的透镜组件，其中，所述第一波长为约1300nm，并且所述第二波长为约940nm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜组件，其中，利用被配置成发射约1300nm的光的第一光源和被配置成发射约940nm的光的第二光源来照射所述适眼框区域。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的透镜组件，其中，所述第一衍射光栅是第一全息光学元件，其中，所述第二衍射光栅是第二全息光学元件，其中，所述第一全息光学元件包括第一多个倾斜光栅平面，所述第一多个倾斜光栅平面被配置成使可见光通过并将所述第一光朝向所述波导中的第三衍射光栅衍射，其中，所述第二全息光学元件包括第二多个倾斜光栅平面，所述第二多个倾斜光栅平面被配置成使可见光通过并将所述第二光朝向所述波导中的所述第三衍射光栅衍射，

7.根据权利要求1至6中任一项所述的透镜组件，其中，所述第一衍射光栅被配置成针对所述第二光是不可操作的，其中，所述第二衍射光栅被配置成针对所述第一光是不可操作的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的透镜组件，其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅中的至少一者以反射方式衍射地操作。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的透镜组件，其中，所述第一衍射光栅和所述第二衍射光栅是体布拉格光栅。

10.一种眼动追踪系统，所述眼动追踪系统包括：

11.根据权利要求10所述的眼动追踪系统，所述眼动追踪系统还包括：

12.根据权利要求10或11所述的眼动追踪系统，所述眼动追踪系统还包括：

13.一种头戴式设备，所述头戴式设备包括：

14.根据权利要求13所述的头戴式设备，所述头戴式设备还包括：

技术总结一种用于波导系统的装置、系统和方法可以用于支持头戴式显示器(HMD)中的眼动追踪。该波导系统可以定位在用户的视场中并且定位在HMD的透镜组件内，以采集从眼睛反射的光。该波导系统可以包括波导、第一衍射光栅和第二衍射光栅。该第一衍射光栅可以被配置成将第一波长的光耦入到波导中，并且该第二衍射光栅可以被配置成耦入第二波长的光。该第一衍射光栅和该第二衍射光栅一起操作，以检测来自适眼框区域的光反射。技术研发人员：彼得·约翰逊,赵建波,杨阳,萨沙·哈尔斯坦受保护的技术使用者：元平台技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5