一种眼球追踪装置和头戴式显示设备论文和设计-黄通兵

全文摘要

本实用新型公开了一种眼球追踪装置和头戴式显示设备。所述眼球追踪装置包括：本体、用于置于用户视线前方的变焦透镜、调焦装置和屈光度获取装置；所述本体内设置容置腔，所述变焦透镜安装在所述容置腔内，所述调焦装置置于所述本体内，所述屈光度获取装置置于所述本体表面；所述屈光度获取装置的输出端与所述调焦装置的输入端相连，所述调焦装置用于输出不同幅值电压的输出端与所述变焦透镜的控制端相连；所述变焦透镜根据所述不同幅值电压改变焦距。利用该眼球追踪装置，能够使眼球追踪装置适用于各类屈光不正的用户，增强了眼球追踪装置的适用性。

主设计要求

1.一种眼球追踪装置，其特征在于，包括：本体、用于置于用户视线前方的变焦透镜、调焦装置和屈光度获取装置；所述本体内设置容置腔，所述变焦透镜安装在所述容置腔内，所述调焦装置置于所述本体内，所述屈光度获取装置置于所述本体表面；所述屈光度获取装置的输出端与所述调焦装置的输入端相连，所述调焦装置用于输出不同幅值电压的输出端与所述变焦透镜的控制端相连；所述变焦透镜根据所述不同幅值电压改变焦距。

设计方案

2.根据权利要求1所述的眼球追踪装置，其特征在于，还包括：调节键和与所述调节键相连的电压调节电路；所述调节键置于所述本体表面，所述电压调节电路置于所述本体内；所述电压调节电路的输出端与所述变焦透镜的控制端相连；所述电压调节电路根据所述调节键不同的位置信息输出不同幅值的电压。

3.根据权利要求2所述的眼球追踪装置，其特征在于，所述调节键为滑动变阻器。

4.根据权利要求2所述的眼球追踪装置，其特征在于，还包括单刀双掷开关；所述单刀双掷开关包括：第一输入端、第二输入端、带控制端的开关片和输出端；所述第一输入端与所述调焦装置用于输出不同幅值电压的输出端相连，所述第二输入端与所述电压调节电路的输出端相连，所述单刀双掷开关的输出端与所述变焦透镜的控制端相连；根据用户对所述开关片的选择，所述单刀双掷开关的输出端与所述第一输入端连通或者与所述第二输入端连通。

5.根据权利要求1所述的眼球追踪装置，其特征在于，所述本体包括红外光源和图像传感器；所述红外光源用于向眼球发射红外光；所述图像传感器用于采集眼球图像。

6.根据权利要求5所述的眼球追踪装置，其特征在于，所述红外光源的个数为至少两个，各所述红外光源均匀设置于所述本体上。

7.根据权利要求5所述的眼球追踪装置，其特征在于，所述本体上设置有导光槽，所述红外光源置于所述导光槽内，所述导光槽用于将所述红外光源发出的光线导向特定方向。

8.根据权利要求5所述的眼球追踪装置，其特征在于，还包括：红外滤光部件；所述红外滤光部件设置在所述图像传感器到眼球的传输光路上。

9.根据权利要求1-8任一所述的眼球追踪装置，其特征在于，所述变焦透镜为液体透镜。

10.一种头戴式显示设备，包括本体，其特征在于，还包括：如权利要求1-9任一所述的眼球追踪装置。

设计说明书

技术领域

本实用新型实施例涉及眼球追踪技术领域，尤其涉及一种眼球追踪装置和头戴式显示设备。

背景技术

随着计算机视觉、人工智能技术和数字化技术的迅速发展，眼球追踪技术已成为当前热点研究领域，在人机交互领域有着广泛的应用。眼球追踪，也称为视线追踪，是通过测量眼睛运动情况来估计眼睛的视线和\/或注视点的技术。

为了满足屈光不正用户使用眼球追踪装置进行眼球追踪的需求，现有眼球追踪装置均设有透镜以辅助调节焦距。然而现有眼球追踪装置上所设置的透镜无法满足各类屈光不正用户的需求。

实用新型内容

本实用新型提供的一种眼球追踪装置和头戴式显示设备，能够适用于各类屈光不正用户。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种眼球追踪装置，包括：

本体、用于置于用户视线前方的变焦透镜、调焦装置和屈光度获取装置；所述本体内设置容置腔，所述变焦透镜安装在所述容置腔内，所述调焦装置置于所述本体内，所述屈光度获取装置置于所述本体表面；所述屈光度获取装置的输出端与所述调焦装置的输入端相连，所述调焦装置用于输出不同幅值电压的输出端与所述变焦透镜的控制端相连；所述变焦透镜根据所述不同幅值电压改变焦距。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种头戴式显示设备，包括：本体，还包括本实用新型实施例提供的眼球追踪装置。

本实用新型实施例提供了一种眼球追踪装置和头戴式显示设备，该眼球追踪装置包括了本体、设置于用户视线前方的变焦透镜、调焦装置和屈光度获取装置。眼球追踪装置的本体上设置有容置腔用于固定变焦透镜。其中变焦透镜根据调焦装置输出端输出的不同幅值的电压改变焦距以适用于不同屈光度的用户。此外，眼动追踪装置可以通过设置于其表面的屈光度获取装置获取用户的屈光不正值，然后基于该屈光不正值控制调焦装置输出不同幅值电压，从而改变变焦透镜的焦距，使得眼球追踪装置能够适用于不同屈光度的用户，提高了眼球追踪装置的适用性。

附图说明

图1a为本实用新型实施例一提供的一种眼球追踪装置的结构示意图；

图1b为本实用新型实施例一提供的变焦透镜的原理示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的又一种眼球追踪装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的另一种眼球追踪装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例一提供的再一种眼球追踪装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二提供的头戴式显示设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，当元件被称为“设置”另一元件时，其可以直接设置在另一元件上或间接设置在该另一元件上。当一个元件被称为与另一元件“相连”时，其可以直接连接到另一元件，也可以间接连接到该另一元件。如，可以是固定连接、可拆卸连接、机械连接或电连接等。此外，本实用新型中所指示的位置关系为基于附图所示的位置关系，本实用新型中并不对此进行限定。

实施例一

图1a为本实用新型实施例一提供的一种眼球追踪装置的结构示意图，该眼球追踪装置可适用于对屈光不正用户眼球进行追踪的情况，该眼球追踪装置可以单独使用；也可以集成在头戴式显示设备中，如虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备和增强现实(Augmented Reality，AR)设备。

此外，该眼球追踪装置可以根据实际需求设置为单眼眼球追踪装置或双眼眼球追踪装置。其中，双眼眼球追踪装置可以理解为将两个单眼眼球追踪装置整合在一起的装置，其与单眼眼球追踪装置的实现原理基本相同。

如图1a所示，本实用新型实施例一提供的一种眼球追踪装置，包括：

本体11、用于置于用户视线前方的变焦透镜12、调焦装置(图中未示出)和屈光度获取装置13；本体11内设置容置腔(图中未示出)，变焦透镜12安装在容置腔内，调焦装置置于本体11内，屈光度获取装置13置于本体11表面；屈光度获取装置13的输出端与调焦装置的输入端相连，调焦装置用于输出不同幅值电压的输出端与变焦透镜12的控制端相连；变焦透镜12根据所述不同幅值电压改变焦距。

在本实施例中，该眼球追踪组装置的工作原理是：眼球追踪装置本体11表面设置的屈光度获取装置13获取用户的屈光不正值，然后通过屈光度获取装置13的输出端将获取的屈光不正值发送至调焦装置的输入端。调焦装置根据获取的屈光不正值输出对应幅值的电压至变焦透镜12。变焦透镜12加压后改变焦距以将变焦透镜12调节为对应于该屈光不正值的透镜，从而使对应于该屈光不正值的用户能够基于该眼球追踪装置进行视线追踪。

一般的，眼球追踪装置包括光源和摄像机以采集用户眼部图像，然后基于用户眼部图像中眼睛的运动情况来估计眼睛的视线和\/或注视点。在本实施中，本体11可以理解为传统眼球追踪装置。如本体11可以包括实现对用户进行视线追踪的基本器件及眼球追踪装置的壳体。

变焦透镜12可以理解为可以改变焦距的透镜。变焦透镜12可以包括力致变形驱动变焦透镜或电致变形驱动柔性变焦透镜。屈光度获取装置13可以理解为能够获取用户屈光不正值的装置。调焦装置可以理解为基于屈光度获取装置13输出端输出的信息输出不同幅值电压的装置。

本实施例并不对眼球追踪装置的本体11的形状进行限定，本领域技术人员可以根据实际需求进行选取。如果眼球追踪装置单独使用，则本体11可以包括有固定件，用于将眼球追踪装置固定在用户眼部。如果眼球追踪装置集成在头戴式显示设备上，则可以将该眼球追踪装置安装在头戴式显示设备上。可以理解的是，将眼球追踪装置安装在头戴式显示设备上时，可以固定安装在头戴式显示设备中；也可以可拆卸连接至头戴式显示设备中。

在本实施例中，本体11上设置有容置腔用于安装变焦透镜12。其中，变焦透镜12可以固定连接至容置腔中；也可以可拆卸连接至容置腔中，此处并不对容置腔和变焦透镜12的安装方式进行限定，只要能够将变焦透镜12固定在容置腔中即可。

屈光不正用户通过安装有变焦透镜12的眼球追踪装置就能更加清晰有效的进行视线追踪。其中，屈光不正可以理解为眼睛在不使用调节时，平行光线通过眼的屈光作用后，不能在视网膜上形成清晰的物象，而是在视网膜前方或后方成像。屈光不正包括近视、远视或散光。

一般的，屈光度获取装置13获取用户屈光不正值可以有多种方式，此处并不对此进行限定。如可以在眼球追踪装置表面设置按键组件，按键组件能够接收用户输入的屈光不正值。可以理解的是，此处可以是用户直接输入对应的屈光不正值，也可以通过不同的按键对应不同的屈光不正值。此外，屈光度获取装置13还可以为验光仪，其直接通过分析用户眼部光斑信息确定用户屈光不正值。

在本实施例中，眼球追踪装置表面设置的调焦装置获取屈光度获取装置13获取的屈光度值后，调焦装置可以根据不同的屈光度值输出不同的电压。此处并不对调焦装置进行限定，本领域技术人员可以根据实际需求选取。如调焦装置可以为处理器，处理器输入不同数值后，输出不同的电压值。为了提高电压的幅值范围，在处理器的输出端可以增加放大电路。再如调焦装置可以为选择器，当输入不同数值后，选择器可以选择接通不同的电压电路。

在本实施例中，调焦装置输出的不同幅值的电压输出至变焦透镜12的控制端后，变焦透镜12可以根据不同幅值电压改变焦距，以适用不同屈光度的用户。

进一步的，变焦透镜12可以为液体透镜。在本实施例中可以通过在液体透镜上施加一定的电压来改变液面的曲率，从而改变透镜的焦距。

示例性的，图1b为本实用新型实施例一提供的变焦透镜的原理示意图。该变焦透镜12为双液体变焦透镜，如图1b所示，在圆柱形容器中放置两种密度相同的透明且互不相溶的液体。一种可以为导电溶液121，另一种可以为绝缘的非极性溶液122。圆柱形容器的内壁上可以依次设置有疏水的绝缘电介质层123和透明电极124。将电压施加在导电溶液121和透明电极124之间后，导电溶液121和绝缘电介质层123间的表面张力改变，从而导电溶液121和绝缘电介质层123的接触角变化。接触角变化引起两种溶液的界面形状变化，从而达到改变液体透镜焦距的目的。在本实施例中，调焦装置的输出端可以将不同幅值的电压施加在变焦透镜12控制端上以改变变焦透镜12的焦距。

本实用新型实施例一提供了一种眼球追踪装置，该眼球追踪装置包括了本体、设置于用户视线前方的变焦透镜、调焦装置和屈光度获取装置。眼球追踪装置的本体上设置有容置腔用于固定变焦透镜。其中变焦透镜根据调焦装置输出端输出的不同幅值的电压改变焦距以适用于不同屈光度的用户。此外，眼动追踪装置可以通过设置于其表面的屈光度获取装置获取用户的屈光不正值，然后基于该屈光不正值控制调焦装置输出不同幅值电压，从而改变变焦透镜的焦距，使得眼球追踪装置能够适用于不同屈光度的用户，提高了眼球追踪装置的适用性。

进一步的，图2为本实用新型实施例一提供的又一种眼球追踪装置的结构示意图。如图2所示，眼球追踪装置还包括了：调节键14和与调节键14相连的电压调节电路15；调节键14置于本体11表面，电压调节电路15置于本体11内；电压调节电路15的输出端与变焦透镜12的控制端相连；电压调节电路15根据调节键14不同的位置信息输出不同幅值的电压。

一般的，眼球追踪装置上还可以包括调节键14和电压调节电路15。电压调节电路15可以设置在眼球追踪装置本体11内，电压调节电路15的输出端可以与变焦透镜12的控制端相连，以直接向变焦透镜12输出不同幅值的电压。可以理解的是，电压调节电路15可以通过调节键14调节输出不同幅值的电压。该调节键14可以设置在本体11表面供用户进行手动调节，用户调节该调节键14时，可以改变电压调节电路15内电阻值，从而使电压调节电路15输出不同幅值电压，实现了用户手动进行变焦透镜12焦距调节的效果。此处并不对电压调节电路15根据调节键14位置信息的不同输出不同电压的具体方式进行限定。

可以理解的是，调节键14可以为滑动按键、旋动按键或多档位开关，用户通过控制调节键14可以控制电压调节电路15中的输出电压。

进一步的，调节键14为滑动变阻器。本实施例可以直接将调节键14设置为滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值，改变电压调节电路15的输出电压。

在上述技术方案的基础上，图3为本实用新型实施例一提供的另一种眼球追踪装置的结构示意图。如图3所示，眼球追踪装置还包括了：单刀双掷开关16；单刀双掷开关16包括：第一输入端、第二输入端、带控制端的开关片和输出端；第一输入端与调焦装置17用于输出不同幅值电压的输出端相连，第二输入端与电压调节电路15的输出端相连，单刀双掷开关16的输出端与变焦透镜12的控制端相连；根据用户对开关片的选择，单刀双掷开关16的输出端与第一输入端连通或者与第二输入端连通。

一般的，眼球追踪装置中可以设置一个用户能够控制的单刀双掷开关16，用于选择变焦透镜12的控制端的控制源。如选择控制源是通过屈光度获取装置13控制，还是通过调节键14控制。

具体的，单刀双掷开关16可以设置有两个输入端：第一输入端和第二输入端。第一输入端和第二输入端分别连接至调焦装置17的输出端和电压调节电路15的输出端。单刀双掷开关16的输出端则可以连接至变焦透镜12的控制端。单刀双掷开关16的输出端连接至哪一个输入端可以通过用户对开关片的选择决定。

需要注意的是，此处并不对单刀双掷开关16进行限定，本领域技术人员可以选取任一器件实现对变焦透镜12控制源的选择。此外，根据用户对开关片的选择，单刀双掷开关16的输出端可以与第一输入端连通、与第二输入端连通或者与第一输入端和第二输入端断开。

进一步的，图4为本实用新型实施例一提供的再一种眼球追踪装置的结构示意图。如图4所示，眼球追踪装置的本体11包括红外光源18和图像传感器19；红外光源18用于向眼球发射红外光；图像传感器19用于采集眼球图像。

一般的，眼球追踪装置的本体11上设置有红外光源18和图像传感器19。红外光源18可以位于本体11上且朝向用户眼睛，用于向用户眼球发射红外光，眼球反射红外光，从而形成眼球反射光路。

图像传感器19可以采集用户眼球图像，该眼球图像中可以包含有红外光源18在用户眼部形成的光斑信息。其中光斑也称为普尔钦斑，即红外光源18在角膜上的反射点。图像传感器19采集到该眼部图像后，可以提取眼部图像中的眼部特征进行眼球追踪。

此处并不对红外光源18和图像传感器19在眼球追踪装置的本体11上的具体位置进行限定，只要红外光源18能够向眼球发射红外光，从而在眼球上形成反射点即可。图像传感器19能够采集用于进行眼球追踪的眼部图像即可。

在上述技术方案的基础上，红外光源18的个数为至少两个，各红外光源18均匀设置在本体11上。

一般的，眼球追踪装置本体11上的红外光源18的个数可以为至少两个，以可以更好的对用户眼球进行追踪。可以理解的是，当红外光源18为至少两个时，各红外光源18可以均匀设置在本体11上。

进一步的，本体11上设置有导光槽，红外光源18置于导光槽内，导光槽用于将红外光源18发出的光线导向特定方向。

一般的，为了提高眼球追踪装置的红外光源18光线的利用率，本实施例可以在本体11上设置导光槽，导光槽的各侧面可以为导光面。导光面可以为倾斜面或可以在导光面上设置透镜，以将红外光线导向特定的方向，从而提高红外光的利用率，且通过导光槽控制光线的方向能够使红外光源18发射出的红外光仅入射至用户眼部。

在上述技术方案的基础上，眼球追踪装置还包括了：红外滤光部件；红外滤光部件设置在图像传感器19到眼球的传输光路上。

一般的，在图像传感器19到眼球的传输光路上设置红外滤光部件可以有效过滤干扰光源，仅使红外光源18发出的红外光通过图像传感器19，有效的提高了图像传感器19采集眼部图像的精确度。

实施例二

图5为本实用新型实施例二提供的头戴式显示设备的结构示意图，该头戴式显示设备可适用于屈光不正用户通过头戴式显示设备进行眼球追踪的情况，如图5所示，该头戴式显示设备包括：本体2和本实用新型实施例提供的眼球追踪装置1。其中，本体2可以理解为针对头戴式显示设备本体。可以理解的是，眼球追踪装置1在头戴式显示设备中的具体位置并不进行限定。本领域技术人员可以将该眼球追踪装置设置在用户佩戴头戴式显示设备时眼睛所在位置处，使屈光不正用户能够通过该眼球追踪装置进行眼球追踪，有效的提高了各用户使用头戴式显示设备的体验。

实施例三

本实用新型实施例三在上述实施例的基础上提供了一种眼球追踪装置和头戴式显示设备。眼球追踪装置可以集成在头戴式显示设备上以进行用户视线的追踪；也可以单独使用进行用户视线的追踪。

用户佩戴头戴式显示设备进行视线追踪之前，用户可以通过单刀双掷开关带控制端的开关片选取变焦透镜的焦距调节方式。

当用户选取通过屈光度获取装置调节变焦透镜的焦距时，屈光度获取装置可以将获取的屈光不正值传输至调焦装置。调焦装置根据屈光不正值输出对应的电压值至变焦透镜，以改变变焦透镜的焦距。其中，屈光度获取装置获取用户屈光不正值可以通过验光装置(如验光仪)获取；也可以直接获取用户输入的屈光不正值。

当用户选取通过调节键调节变焦透镜的焦距时，用户可以调节调节键从而改变电压调节电路的输出电压，电压调节电路通过输出端输出电压值至变焦透镜的控制端，以改变变焦透镜的焦距。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

设计图

一种眼球追踪装置和头戴式显示设备论文和设计

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主设计要求

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