Microsoft patenterar vågledarbaserad eyetracking-teknik för huvudmonterade skärmar

För att möjliggöra hands-free användarinteraktion kan ett genomskinligt, mixed reality-displaysystem utrustas med ett eyetracking-system. Ett enkelt sätt att implementera ögonspårning är att använda en kamera monterad på ramen på en head mounted display (HMD), där kameran är direkt fokuserad på användarens öga. Men en sådan inställning kommer att orsaka åtminstone en del av blockeringen av genomskinlighetsegenskaperna hos visningsanordningssystemet för blandad verklighet. Alternativt kan en partiell reflektor användas för att vika kamerans synfält till användarens tinning. Men denna inställning är problematisk om eyetracking behöver fungera med receptbelagda glasögon. Microsofts senaste patent försöker lösa detta ögonspårningsproblem med hjälp av en transparent vågledare upplyst av infrarött ljus.

Patentsammanfattning:

Vissa utföringsformer som beskrivs häri hänför sig till en vågledare som är avsedd för användning vid spårning av ett öga som är upplyst av infrarött ljus. En sådan vågledare, som kan användas i en huvudmonterad display (HMD), men inte är begränsad för användning med denna, är transparent och inkluderar en ingångskoppling och en utgångskoppling. Ingångskopplaren innefattar en gitterarea, bildad av ett flertal krökta gitterlinjer, som diffrakterar ljusstrålar som infaller på ingångskopplaren in i vågledaren och mot ett gemensamt område där utgångskopplaren är belägen. Ingångskopplarens krökta gitterlinjer har en radiellt varierande stigning. I enlighet med en utföringsform minskar den radiellt varierande stigningen för ingångskopplarens krökta gitterlinjer med ökande avstånd från utgångskopplaren. Företrädesvis är ingångskopplingen och utgångskopplingen placerade i förhållande till varandra för att väsentligen uppnå telecentricitet. Utgångskopplingen kan innefatta ett linjärt gitter, ett holografiskt gitter eller ett prisma, men är inte begränsad till detta.

När ingångskopplaren är placerad framför ett öga som är upplyst med infrarött ljus, kommer infraröda ljusstrålar som reflekteras från ögat och faller in på ingångskopplaren in i vågledaren vid ingångskopplaren, fortplantas genom vågledaren från ingången- koppling till utgångskopplaren genom totala interna reflektioner, och lämna vågledaren nära utgångskopplaren. Den radiellt varierande stigningen för ingångskopplarens krökta gitterlinjer gör att olika strålar av infrarött ljus som infaller på respektive olika horisontella och vertikala positioner av ingångskopplaren fortplantar sig genom vågledaren vid respektive olika reflektionsvinklar och lämnar vågledaren vid respektive olika infallsvinklar i förhållande till en yta på vågledaren genom vilken ljusstrålarna kommer ut.

Mångfalden av krökta gitterlinjer hos ingångskopplaren har var och en en konvergenspunkt som är belägen inom området för vågledaren där utgångskopplaren är belägen. I en specifik utföringsform är flertalet krökta gitterlinjer i ingångskopplaren väsentligen koncentriska, var och en har väsentligen samma krökningscentrum och var och en har väsentligen samma konvergenspunkt. I en alternativ utföringsform är en optisk överföringsfunktion hos ingångskopplaren väsentligen ekvivalent med en optisk överföringsfunktion hos en holografisk lins på axeln kombinerad med en optisk överföringsfunktion hos ett linjärt diffraktionsgitter. I denna alternativa utföringsform, medan flertalet krökta gitterlinjer i ingångskopplaren inte är väsentligen koncentriska, inte delar väsentligen samma krökningscentrum och inte delar väsentligen samma konvergenspunkt, är flertalet krökta gitterlinjer av ingångskopplaren har fortfarande var och en en konvergenspunkt som är belägen inom det område av vågledaren där utgångskopplaren är belägen.

I enlighet med en utföringsform kan ett system som inkluderar en utföringsform av den ovan sammanfattade vågledaren också innefatta en infraröd belysningskälla som producerar infrarött ljus som används för att belysa ett öga. Ett sådant system kan också innefatta en linsmodul som omvandlar de infraröda ljusstrålarna som lämnar vågledaren från vinkelkodade infraröda ljusstrålar till tvådimensionella rumsligt kodade infraröda ljusstrålar. Dessutom kan ett sådant system inkludera en sensor som producerar ögonspårningsdata i beroende av de tvådimensionella rumsligt kodade infraröda ljusstrålarna som produceras med hjälp av linsmodulen.

Den nuvarande versionen av HoloLens stöder inte eyetracking, men vi förutspår att nästa version av HoloLens kommer att inkludera det. SensoMotoric Instruments är ledande inom eyetracking-teknik för HMD-enheter. De kommer att demonstrera sin senaste teknik på CES nästa månad. Från deras demo kan vi få en glimt av hur ögonspårning kommer att fungera på HoloLens i framtiden.