微软为头戴式显示器申请了基于波导的眼动追踪技术

为了实现免提用户交互，可以为透视混合现实显示设备系统配备眼动追踪系统。 实现眼动追踪的一种简单方法是使用安装在头戴式显示器 (HMD) 设备框架上的摄像头，其中摄像头直接聚焦在用户的眼睛上。 但是这样的设置将导致混合现实显示设备系统的透视特性至少部分受到阻碍。 或者，可以使用部分反射器将相机视图路径折叠到用户的太阳穴。 但是，如果眼动追踪需要与处方眼镜配合使用，这种设置就会出现问题。 微软的最新专利试图使用红外光照射的透明波导解决这一眼球追踪问题。

专利摘要：

本文描述的某些实施例涉及用于跟踪被红外光照射的眼睛的波导。 这种可用于头戴式显示器(HMD)但不限于与其一起使用的波导是透明的并且包括输入耦合器和输出耦合器。 输入耦合器包括由多条弯曲光栅线形成的光栅区域，该光栅区域将入射在输入耦合器上的光束衍射到波导中并朝向设置有输出耦合器的公共区域。 输入耦合器的弯曲光栅线具有径向变化的节距。 根据一个实施例，输入耦合器的弯曲光栅线的径向变化的节距随着与输出耦合器的距离增加而减小。 优选地，输入耦合器和输出耦合器相对于彼此定位以基本上实现远心。 输出耦合器可包括线性光栅、全息光栅或棱镜，但不限于此。

当输入耦合器位于被红外光照射的眼睛前方时，从眼睛反射并入射到输入耦合器上的红外光束在输入耦合器处进入波导，从输入端通过波导传播。通过全内反射将耦合器连接到输出耦合器，并在输出耦合器附近离开波导。 输入耦合器的弯曲光栅线的径向变化节距导致入射在输入耦合器的各个不同水平和垂直位置上的不同红外光束以各自不同的反射角传播通过波导并离开波导在相对于光束离开的波导表面的相应不同入射角处。

输入耦合器的多个弯曲光栅线各自具有位于波导区域内的会聚点，输出耦合器位于该区域内。 在特定实施例中，输入耦合器的多条曲线光栅线基本同心，每条具有基本相同的曲率中心，并且每条具有基本相同的会聚点。 在替代实施例中，输入耦合器的光学传递函数基本上等同于轴上全息透镜的光学传递函数与线性衍射光栅的光学传递函数的组合。 在该替代实施例中，虽然输入耦合器的多条曲线光栅线不是基本同心的，不共享基本相同的曲率中心，并且不共享基本相同的会聚点，但多条曲线光栅线为输入耦合器仍将具有位于输出耦合器所在的波导区域内的会聚点。

根据一个实施例，包括上述波导的实施例的系统还可以包括产生用于照亮眼睛的红外光的红外照明源。 这样的系统还可以包括将离开波导的红外光束从角度编码的红外光束转换为二维空间编码的红外光束的透镜模块。 此外，这样的系统可以包括传感器，该传感器根据使用透镜模块产生的二维空间编码红外光束产生眼睛跟踪数据。

当前版本的 HoloLens 不支持眼动追踪，但我们预计下一个版本的 HoloLens 将包含它。 SensoMotoric Instruments 是 HMD 设备眼动追踪技术的领导者。 他们将在下个月的 CES 上展示他们的最新技术。 从他们的演示中，我们可以一窥未来眼动追踪将如何在 HoloLens 上发挥作用。