CN108663806A - 具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置。瞳孔位置追踪装置包括一光源模块、一微镜模块、一光学模块、一感测模块以及一控制模块。控制模块电性连接于微镜模块与感测模块，且光源模块、微镜模块、光学模块以及感测模块沿着一预定光学路径布置。光源模块所提供的一点光源通过微镜模块的反射以形成一面光源。面光源通过光学模块的反射以形成投向眼球表面的一检测光源，且眼球表面具有瞳孔表面以及围绕瞳孔表面的非瞳孔表面。借此，检测光源能通过瞳孔表面的反射以形成投向感测模块的一反射光源，且感测模块能依据反射光源以传送瞳孔位置信号至控制模块。本公开的影像投影装置可以具有瞳孔追踪功能。

Description

具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置

技术领域

本公开涉及虚拟现实技术领域，具体而言，涉及一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置。

背景技术

将虚拟现实及/或扩增虚拟现实应用于使用者的头戴式或穿戴式影像投影系统的技术是目前的大势所趋。当用户使用头戴式或穿戴式影像投影系统(通常是眼镜)时，虚拟现实影像或视频会通过投影装置投射至用户的眼睛以呈像。同时，为了达到较佳的虚拟现实体验感受，会在投影系统中另增设追踪装置以追踪用户的头部与眼睛的位置以及移动。

现有技术中的虚拟现实装置中，是通过检测目前眼睛位置并预测头部和眼睛的下一个位置来分析并结合影像至下一个位置的用户聚焦区域，以实现凝视追踪的效果。然而，使用者各眼所感知的实像(于视网膜的成像)实际上是聚焦在离眼睛固定距离(焦距)的实像或虚像平面。一般来说，人脑的视神经会自主地根据所感知的实像而欲调整眼睛对焦在所感知的组件/对象上，但是在虚拟现实装置中，眼睛的焦距调整会跟已经固定距离的实像的焦距距离抵触。如此一来，会使大脑无法成功协调视觉感知系统以及本体感觉，容易产生疲劳以及头晕。

故，现有技术虚拟现实装置中的凝视追踪系统与虚拟图像投射仍具有改善空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种可具有瞳孔追踪功能的影像投影装置以及可实时反馈瞳孔位置信息的瞳孔位置追踪装置。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其包括：一光源模块、一微镜模块、一光学模块、一感测模块以及一控制模块，所述控制模块电性连接于所述微镜模块与所述感测模块，且所述光源模块、所述微镜模块、所述光学模块以及所述感测模块沿着一预定光学路径布置。其中，所述光源模块所提供的一第一点光源通过所述微镜模块的反射以形成一第一面光源，所述第一面光源通过所述光学模块的反射以形成一投向一眼球表面的检测光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一围绕所述瞳孔表面的非瞳孔表面。其中，所述检测光源通过所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第一反射光源，且所述感测模块依据所述第一反射光源以传送一瞳孔位置信号至所述控制模块。其中，所述控制模块依据所述瞳孔位置信号以调整所述微镜模块，所述光源模块所提供的一第二点光源通过调整后的所述微镜模块的反射以形成一第二面光源，且所述第二面光源通过所述光学模块的反射以形成一准确地投向所述瞳孔表面的影像光源。

更进一步地，所述第一点光源为一非可见光光束，且所述第二点光源为一影像光束。

更进一步地，投向所述眼球表面的所述检测光源的面积大于或者等于所述眼球表面的面积。

更进一步地，所述微镜模块包括多个微镜片，且所述控制模块通过所述瞳孔位置信号，以调整每一个所述微镜片的一反射角度。

更进一步地，所述检测光源通过所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大于所述非瞳孔表面的透光性，以使得所述第一反射光源的强度小于所述第二反射光源的强度。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种瞳孔位置追踪装置，其包括：一光源模块、一微镜模块、一光学模块、一感测模块以及一控制模块，所述控制模块电性连接于所述微镜模块与所述感测模块，且所述光源模块、所述微镜模块、所述光学模块以及所述感测模块沿着一预定光学路径布置。其中，所述光源模块所提供的一点光源通过所述微镜模块的反射以形成一面光源，所述面光源通过所述光学模块的反射以形成一投向一眼球表面的检测光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一围绕所述瞳孔表面的非瞳孔表面。其中，所述检测光源通过所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第一反射光源，且所述感测模块依据所述第一反射光源以传送一瞳孔位置信号至所述控制模块。

更进一步地，所述点光源为一非可见光光束。

更进一步地，投向所述眼球表面的所述检测光源的面积大于或者等于所述眼球表面的面积。

更进一步地，所述微镜模块包括多个微镜片，且所述控制模块通过所述瞳孔位置信号，以调整每一个所述微镜片的一反射角度。

更进一步地，所述检测光源通过所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大于所述非瞳孔表面的透光性，以使得所述第一反射光源的强度小于所述第二反射光源的强度。

本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置，其能通过“所述光源模块所提供的第一点光源通过所述微镜模块的反射以形成第一面光源，所述第一面光源通过所述光学模块的反射以形成投向一眼球表面的检测光源”以及“所述检测光源通过所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的第一反射光源”的技术特征，以使感测模块依据第一反射光源传送瞳孔位置信号至控制模块，并使控制模块依据瞳孔位置信号以调整微镜模块，使得第二点光源形成准确地投向所述瞳孔表面的一影像光源。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置沿预定光学路径布置的示意图。

图2为本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置的其中一影像投影光学路径示意图。

图3为本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置的瞳孔位置追踪光学路径的示意图。

图4为本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置的另外一影像投影光学路径示意图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

请参阅图1，其为本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置的布置示意图。本发明提供一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D，其包括一光源模块1、一微镜模块2、一光学模块3、一感测模块5以及一控制模块6。控制模块6电性连接于微镜模块2与感测模块5。同时，光源模块1、微镜模块2、光学模块3以及感测模块5沿着一预定光学路径L布置。

本发明的预定光学路径L是通过光入射及反射的原理来行进的可预测路径，因此预定光学路径的布置可依照基本光学原理进行配置。

再者，如图1所示，本发明的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D，其光源模块1可提供至少一点光源。至少一点光源可通过微镜模块2的反射以形成至少一面光源。至少一面光源再通过光学模块3的反射以形成检测光源以及/或是影像光源。

举例来说，在本发明的实施例中，具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D的光源模块1可同时提供第一点光源以及第二点光源，且第一点光源与第二点光源的光波波长不同。此外，第一点光源是用以形成检测光源；第二点光源是用以形成影像光源。进一步，第一点光源可以是非可见光光束；而第二点光源是可形成影像的影像光束。

其中，光源模块1可具有两个光源投射单元，其分别提供光波波长不同的第一点光源与第二点光源。例如，光源模块1可包括可见光投射单元以及非可见光投射单元，其分别提供非可见光光束的第一点光源以及影像光束的第二点光源。

承上所述，在本发明实施例中，光源模块1所提供的第一点光源可通过微镜模块2的反射以形成第一面光源，第一面光源可通过光学模块3的反射以形成检测光源。检测光源是投向眼球表面，而眼球表面具有瞳孔表面以及围绕瞳孔表面的非瞳孔表面。因为光源会经瞳孔进入眼球中，所以通过瞳孔表面反射的反射光源的强度会小于通过非瞳孔表面反射的光源的强度。

接着，在本发明的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置中，还包括仅特定波长的光源所检测的感测模块5。在本发明中，感测模块5仅接受非可见光波长的光，因此感测模块5感测第一面光源形成的检测光源，而不受到第二面光源反射形成的影像光源的影响。其中，检测光源通过瞳孔表面的反射以形成投向感测模块5的第一反射光源，检测光源通过非瞳孔表面的反射以形成投向感测模块5的第二反射光源。第一反射光源的强度小于第二反射光源的强度，如此一来，感测模块5可依据第一反射光源以传送瞳孔位置信号至控制模块6。

再者，控制模块6依据瞳孔位置信号以调整微镜模块2，同时，光源模块1所提供的第二点光源通过调整后的微镜模块2的反射以形成第二面光源，且第二面光源亦通过光学模块3的反射以形成准确地投向瞳孔表面的影像光源。

以下将根据实际操作的实施方式按序详细说明本发明具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D的各组件的操作以实现瞳孔追踪的功能。

请参阅图1以及图2，图具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D的其中一影像投影光学路径示意图。如图2所示，本发明实施例提供一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D，其包括光源模块1、微镜模块2、光学模块3、感测模块5以及控制模块6。控制模块6电性连接于微镜模块2以及感测模块5。此外，如前所述，光源模块1、微镜模块2、光学模块3以及感测模块5是沿着一预定光学路径L布置。在影像投影的模式(图2)下，光源模块1根据一预定光学路径提供第二点光源L2。光源模块1可通过可见光投射单元提供第二点光源L2。

首先，光源模块1提供第二点光源L2至微镜模块2，经微镜模块2反射后形成第二面光源L21。第二面光源L21通过光学模块3的反射以形成影像光源L22。

详细说明的是，第二点光源L2是可传送影像的可见光光束。换句话说，第二点光源L2是可形成影像的影像光束。在本发明实施例中，第二点光源L2可为RGB激光发光模块，其包括一个红色激光光源、一蓝色激光光源以及一绿色激光光源(在此以RGB表示)。光源模块1将RGB激光光源在短时间内瞬时投射在微镜模块2的每个微镜单元(可为微镜片)上。接着，RGB激光光源经微镜模块2反射后形成一帧第二面光源L21，投射至光学模块3。第二面光源L21再经光学模块3的反射以形成影像光源L22。

值得一提的是，除了前述单一RGB激光光源之外，本发明的第二点光源L2也可以是RGGB激光光源。也就是说，第二点光源L2可以是一个红色激光光源、两个绿色激光光源以及一个蓝色激光光源。同理可证，第二点光源L2还可以是RRGGB激光光源，其具有两个红色激光光源、两个绿色激光光源以及一个蓝色激光光源。

需注意的是，光学模块3可以为，举例来说但不限于：凹面反射镜、平面反射镜、凸透镜。在本发明实施例，光学模块3为凹面反射镜，但本发明不限于此。此外，光学模块3可为固定式或可调式。在本发明实施例中，光学模块3为固定式。

承上所述，如图2所示，影像光源L22经光学模块3反射并准确地投向使用者的眼球表面4的瞳孔表面41。根据本实施例，经微镜模块2反射的第二面光源L21经过是凹面反射镜的光学模块3反射之后，形成影像光源L22，该影像光源L22通过瞳孔表面41之后，聚焦在使用者的眼球，最终以在视网膜成像。是故，从光源模块1发射出的第二点光源L2最终可形成在使用者眼球中成像的影像光源L22。

接着，请参阅图1及图3，其为具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D的瞳孔位置追踪光学路径的示意图。如同图3所示，本发明实施例的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D包括沿着预定光学路径L布置的光源模块1、微镜模块2、光学模块3、感测模块5以及控制模块6。根据图3显示，光源模块1根据预定光学路径提供第一点光源L1，此时具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D具有瞳孔位置追踪光学路径的模式。

与前述影像投影模式相似，首先，光源模块1通过其非可见光投射单元提供第一点光源L1至微镜模块2，经微镜模块2反射后形成第一面光源L11，第一面光源L11经光学模块3的反射形成投向瞳孔表面的检测光源L12。

详细对其进行说明，第一点光源L1是非可见光光束。举例来说，本发明实施例的第一点光源L1可以是光波长为760nm至1000nm之间的红外光。

承上所述，第一点光源L1可以以单一光束射出，亦可以多个个光束以形成一发射范围射出。在本发明实施例中，第一点光源L1是以单一光束射出。光源模块1提供红外光在短时间内瞬时投射在微镜模块2的每个微镜单元(可为微镜片)上。接着，红外光经微镜模块2反射后形成一帧第一面光源L11，投射至光学模块3。第一面光源L11再经光学模块3的反射以形成具有一投射范围的检测光源L12。

再次说明，在本实施例，光学模块3为固定式凹面反射镜，但本发明不限于此。

承上所述，如图3所示，第一面光源L11经光学模块3反射并投向使用者的眼球表面4。值得一提的是，根据本发明实施例，眼球表面4具有瞳孔表面41以及围绕瞳孔表面41的非瞳孔表面42。投向眼球表面4的检测光源L12的涵盖面积包括瞳孔表面41以及非瞳孔表面42的范围。具体来说，投向眼球表面4的检测光源L12的面积可为大于或等于眼球表面4的面积。在本发明实施例中，检测光源L12的面积是等于眼球表面4的面积。

承上所述，检测光源L12通过瞳孔表面41的反射形成第一反射光源R1；检测光源L12通过非瞳孔表面42的反射形成第二反射光源R2。第一反射光源R1可被感测模块5检测，感测模块5可依据第一反射光源R1传送瞳孔位置信号到控制模块6。由于瞳孔表面41的透光性大于非瞳孔表面42的透光性。投向瞳孔表面41的检测光源L12会有部分穿过瞳孔进入眼球，因此第一反射光源R1的强度会比全反射的第二反射光源R2的强度较小。如此，感测模块5可借此判断瞳孔的位置，并得到一瞳孔位置信号，并将该瞳孔位置信号传送至控制模块6。

从图3可看出，眼球转动使得瞳孔位置从垂直正中间偏移至右侧，瞳孔表面41仍在检测光源L12的面积之内。因此，检测光源L12内的部分红外光光束会通过偏移后的瞳孔表面41反射较小强度的第一反射光源R1，而其余从非瞳孔表面42反射的第二反射光源R2的强度不变。进而感测模块5通过反射至感测模块的第一反射光源R1以及第二反射光源R2的强弱，便可判断出瞳孔位置。如此，当使用者的眼球转动时，感测模块5均可实时追踪该用户的眼球瞳孔位置，并实时输出瞳孔的瞳孔位置信号。

接着请参阅图4，其为具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D的另外一影像投影光学路径示意图。详言之，承前所述，感测模块5输出瞳孔的瞳孔位置信号至控制模块6，控制模块6根据该瞳孔位置信号调整微镜模块2。根据图4，控制模块6依据瞳孔位置信号调整微镜模块2，使得光源模块1所提供的第二点光源L2在经过调整后的微镜模块2的反射形成调整后的第二面光源L21，且调整后的第二面光源L21通过光学模块3的反射形成调整后影像光源L22。调整后的影像光源L22准确地投向(偏移后的)瞳孔表面，以重新在使用者的眼球中成像。具体而言，微镜模块2可包括多个微镜片，而控制模块6可通过瞳孔位置信号来调整每一个微镜片的反射角度。如此一来可改变预定光学路径，使得第二点光源L2按序通过微镜模块2以及光学模块3的反射所形成的影像光源L22可准确实时地投向瞳孔表面。

需注意的是，前述检测光源L12通过眼球表面反射不同强度的第一反射光源R1与第二反射光源R2以使感测模块5判断瞳孔位置的作动，与控制模块6调整微镜模块2以使影像光源L22准确地投向瞳孔表面的作动，是几乎同时发生。如此，具有瞳孔追踪功能的影像投影装置D同时提供第一点光源L1与第二点光源L2，第一点光源L1形成检测光源L12并通过眼球表面4反射出不同强度的反射光源，感测模块5通过反射光源判断瞳孔位置并传送瞳孔位置信号给控制模块6。同时，控制模块6实时地调整微镜模块2以改变第二点光源L2的光学路径以准确地在用户的眼球中成像。如此一来，本发明最终可实现具有瞳孔追踪功能的影像投影装置。

实施例的有益效果

本发明的有益效果在于，本发明技术方案所提供的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置及其瞳孔位置追踪装置，其能通过“光源模块1所提供的第一点光源L1通过微镜模块2的反射以形成第一面光源L11，第一面光源L11通过光学模块3的反射以形成投向眼球表面4的检测光源L12”以及“检测光源L12通过瞳孔表面41的反射以形成投向感测模块5的第一反射光源R1”的技术特征，以使感测模块5依据第一反射光源R1传送瞳孔位置信号至控制模块6，并使控制模块6依据瞳孔位置信号以调整微镜模块2，使得第二点光源L2形成准确地投向瞳孔表面41的影像光源L22。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其特征在于，所述具有瞳孔追踪功能的影像投影装置包括：一光源模块、一微镜模块、一光学模块、一感测模块以及一控制模块，所述控制模块电性连接于所述微镜模块与所述感测模块，且所述光源模块、所述微镜模块、所述光学模块以及所述感测模块沿着一预定光学路径布置；

其中，所述光源模块所提供的一第一点光源通过所述微镜模块的反射以形成一第一面光源，所述第一面光源通过所述光学模块的反射以形成一投向一眼球表面的检测光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一围绕所述瞳孔表面的非瞳孔表面；

其中，所述检测光源通过所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第一反射光源，且所述感测模块依据所述第一反射光源以传送一瞳孔位置信号至所述控制模块；

其中，所述控制模块依据所述瞳孔位置信号以调整所述微镜模块，所述光源模块所提供的一第二点光源通过调整后的所述微镜模块的反射以形成一第二面光源，且所述第二面光源通过所述光学模块的反射以形成一准确地投向所述瞳孔表面的影像光源。

2.根据权利要求1所述的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其特征在于，所述第一点光源为一非可见光光束，且所述第二点光源为一影像光束。

3.根据权利要求1所述的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其特征在于，投向所述眼球表面的所述检测光源的面积大于或者等于所述眼球表面的面积。

4.根据权利要求1所述的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其特征在于，所述微镜模块包括多个微镜片，且所述控制模块通过所述瞳孔位置信号，以调整每一个所述微镜片的一反射角度。

5.根据权利要求1所述的具有瞳孔追踪功能的影像投影装置，其特征在于，所述检测光源通过所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大于所述非瞳孔表面的透光性，以使得所述第一反射光源的强度小于所述第二反射光源的强度。

6.一种瞳孔位置追踪装置，其特征在于，所述瞳孔位置追踪装置包括：一光源模块、一微镜模块、一光学模块、一感测模块以及一控制模块，所述控制模块电性连接于所述微镜模块与所述感测模块，且所述光源模块、所述微镜模块、所述光学模块以及所述感测模块沿着一预定光学路径布置；

其中，所述光源模块所提供的一点光源通过所述微镜模块的反射以形成一面光源，所述面光源通过所述光学模块的反射以形成一投向一眼球表面的检测光源，且所述眼球表面具有一瞳孔表面以及一围绕所述瞳孔表面的非瞳孔表面；

其中，所述检测光源通过所述瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第一反射光源，且所述感测模块依据所述第一反射光源以传送一瞳孔位置信号至所述控制模块。

7.根据权利要求6所述的瞳孔位置追踪装置，其特征在于，所述点光源为一非可见光光束。

8.根据权利要求6所述的瞳孔位置追踪装置，其特征在于，投向所述眼球表面的所述检测光源的面积大于或者等于所述眼球表面的面积。

9.根据权利要求6所述的瞳孔位置追踪装置，其特征在于，所述微镜模块包括多个微镜片，且所述控制模块通过所述瞳孔位置信号，以调整每一个所述微镜片的一反射角度。

10.根据权利要求6所述的瞳孔位置追踪装置，其特征在于，所述检测光源通过所述非瞳孔表面的反射以形成投向所述感测模块的一第二反射光源，且所述瞳孔表面的透光性大于所述非瞳孔表面的透光性，以使得所述第一反射光源的强度小于所述第二反射光源的强度。