[实用新型]眼动追踪光学装置及头戴显示设备

说明书

本实用新型涉及头戴显示设备领域，尤其涉及一种眼动追踪光学装置以及应用该装置的头戴显示设备。所述眼动追踪光学装置包括光学组件、显示屏、相机和红外发射器；所述光学组件包括反射镜片和波导镜片，显示屏位于波导镜片上方，相机位于波导镜片下方；所述反射镜片设有第一部分反射器，用于将显示屏的光线反射放大进入人眼；所述波导镜片内设有第二部分反射器，用于将显示屏光线反射出波导镜片以及将红外发射器光线反射进入人眼；相机用于拍摄眼部的图像。本实用新型利用波导棱镜、弧形透镜和部分反射器组成光学组件，实现显示屏光线和红外发射器光线平行射入人眼，从而实现了相机对眼睛图像的同轴追踪拍摄，提高了眼部追踪的准确性。

技术领域

本实用新型涉及头戴显示设备领域，尤其涉及一种眼动追踪光学装置以及应用该装置的头戴显示设备。

背景技术

在虚拟现实(VR)、混合现实(AR)领域，人机交互设计一直是该领域研究的重中之重。目前常见的人机交互方式既有手柄、遥控器、触摸板等有实物接触式交互，也有手势识别、眼球追踪、动作捕捉等无实物接触式交互。眼球追踪技术是通过对人眼瞳孔位置的检测，判断人眼的真实注视点，从而控制头显设备的图像展示效果。相比其他交互方式，眼球追踪交互方式更加贴合自然交互，而且被认为是解决虚拟现实头显设备眩晕病问题的突破之处。

现有的眼球追踪交互方式多采用的是相机与眼球离轴式的追踪，会存在离轴角相反方向的追踪失真，容易导致对眼球的追踪不准确甚至丢失，影响眼动交互的准确性。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种眼动追踪光学装置，实现对眼睛图像的同轴追踪拍摄，反馈给系统，实现更加准确的眼部追踪。

本实用新型的技术方案如下：

一种眼动追踪光学装置，包括一光学组件，还包括显示屏、相机和红外发射器；所述光学组件包括反射镜片和波导镜片，显示屏位于波导镜片上方，相机位于波导镜片下方；所述反射镜片设有第一部分反射器，用于将显示屏的光线反射放大进入人眼；所述波导镜片内设有第二部分反射器，用于将显示屏光线反射出波导镜片以及将红外发射器光线反射进入人眼；相机用于拍摄眼部的图像。

进一步，所述波导镜片为一均厚的波导棱镜，波导棱镜内倾斜设置第二部分反射器，用于实现红外发射器发出的光线经部分反射器反射后，射入人眼。

波导棱镜由两个波导棱镜拼合而成，即所述波导棱镜包括上方的第一波导棱镜和下方的第二波导棱镜，两个波导棱镜沿斜面贴合，在贴合位置设置第二部分反射器。

显示屏的图像光线进入波导棱镜后，在波导棱镜内经过一次或多次全反射，射到第二部分反射器上，一部分光线反射出波导棱镜，射到反射镜片，经反射镜片上的第一部分反射器反射放大后，又进入波导棱镜，从波导棱镜穿出射入人眼。

进一步，所述波导棱镜内第二部分反射器位置平行设有红外反射膜，用于提高红外光线的反射效率，能够将红外发射器的红外光线反射入人眼的效率提升90％以上，从而使相机拍摄的眼部图像更加清晰。

优选的，所述反射镜片为一均厚的弧形透镜，包括凸面和凹面，并且凹面靠近波导镜片。由于反射镜片还要透射外部环境光线，便于人眼看见外部图像，反射镜片厚度相同，可以防止外部光线射入时发生畸变。反射镜片的凹面靠近波导镜片，用于接收右侧射来的显示屏图像光线，进行放大成像。

为了避免外部环境光线中的红外光干扰，本实用新型在反射镜片的前侧设有红外截止玻片，或者在反射镜片的后侧设有红外截止玻片，用于过滤前侧射入的外部环境光线中的红外光线，防止相机过曝，影响拍摄画质。

在反射镜片和波导镜片处设置部分反射器，目的是既能实现对某个方向来光的反射，也能实现对其他方向来光的透射，优选的，所述第一部分反射器和第二部分反射器为半透半反膜或反射偏振膜。