眼球追踪配件和近眼显示设备的制作方法

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1.本实用新型涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种眼球追踪配件和近眼显示设备。

背景技术：

2.诸如增强现实(augmented reality,ar)或虚拟显示(virtual reality，vr)等近眼显示设备作为一种近眼显示的可穿戴设备，有望获得广泛的市场应用。目前，现有的近眼显示设备在进行人机交互的过程中，通常是通过转动头部以在虚拟景象中观察或选取不同的目标。然而，面对较为复杂的场景或需要多次更换选择场景时，用户就需要多次转动头部，容易增加用户的疲劳感，降低了人机交互的体验感。
3.为了解决上述问题，目前眼球追踪技术已经开始应用在近眼显示设备中，其利用人眼的生理特征(即视网膜及角膜会反射红外线)，通过红外发射器投射红外线到人眼上，并通过红外接收器收集经视网膜及角膜反射的红外线来提取眼部特征，进而分析人眼的特征变化以实现眼球追踪。例如，申请号为202120017033.2的中国实用新型专利提供了一种眼球追踪模组，其通过反射角度可调的第一红外反射单元先将经由红外发射组件发射的红外光反射至人眼中，再通过第二红外反射单元和反射角度可调的第二红外反射单元将经由人眼反射的红外光反射至红外摄像模组以成像，从而实现眼球追踪的目的。然而，现有的眼球追踪模组不仅需要多个反射单元进行光路调制，导致模组的整体结构复杂，而且第二红外反射单元还处于视窗范围内，影响近眼显示的视觉体验。

技术实现要素：

4.本实用新型的一个优势在于提供一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其能够提高近眼显示设备的人机交互效率，减少操作强度。
5.本实用新型的另一个优势在于提供一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述眼球追踪配件能够节省和优化近眼显示设备在人机交互场景中的局部渲染资源，提升了近眼显示设备的产品体验。
6.本实用新型的另一个优势在于提供一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述眼球追踪配件能够在避免红外光穿过矫正镜片，防止光斑发散的同时，避免红外图像失真，有效地提高光效，提升眼球追踪效率。
7.本实用新型的另一个优势在于提供一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其中，在本实用新型的一个实施例中，所述眼球追踪配件能够快速拆装于近眼显示主体，并通过标准接口进行整机匹配，便于达到商业化落地的效果。
8.本实用新型的另一个优势在于提供一种近眼显示设备，其中为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的近眼显示设备，同时还增加了所述近眼显示设备的实用性和可靠性。
9.为了实现本实用新型的上述至少一优势或其他优点和目的，本实用新型提供了一种眼球追踪配件，包括：
10.框架，所述框架包括一对镜圈和与所述镜圈连接的横梁；
11.发射模组，所述发射模组包括固设于所述框架的发射线路板和与所述发射线路板电连接的一对红外灯组，所述红外灯组包括环形排布于所述镜圈的多个红外灯珠；
12.透镜组件，所述透镜组件包括与所述红外灯珠对应的多个透镜，所述透镜位于对应的所述红外灯珠的发光侧，用于汇聚经由所述红外灯珠发射的红外光以直接照射眼球；以及
13.接收模组，所述接收模组被设置于所述框架，用于接收经由该眼球反射的红外光以成像。
14.根据本技术的一个实施例，所述框架具有自所述镜圈的后表面向前凹陷的环形槽；所述发射线路板包括安装在所述环形槽内的一对环形板体，多个所述红外灯珠被轴对称地固装于所述环形板体。
15.根据本技术的一个实施例，所述框架进一步具有自所述横梁的后表面向前凹陷的连通槽，所述连通槽连通两个所述环形槽；所述发射线路板进一步包括安装在所述连通槽内的连接板体，所述连接板体电连接于两个所述环形板体。
16.根据本技术的一个实施例，所述透镜组件进一步包括被可拆卸地安装于所述镜圈的环形盖体，多个所述透镜被轴对称地排布于所述环形盖体，以一一对应地覆盖所述红外灯珠。
17.根据本技术的一个实施例，所述框架进一步包括设置于所述镜圈的定位件；所述透镜组件进一步包括设置于所述环形盖体的配合件，所述配合件与所述定位件相匹配，以将所述环形盖体定位安装于所述镜圈。
18.根据本技术的一个实施例，所述眼球追踪配件进一步包括矫正镜片，所述矫正镜片被可拆卸地安装于所述框架的视窗内。
19.根据本技术的一个实施例，所述框架进一步包括与所述镜圈一体地连接的安装支架；所述接收模组包括被设置于所述框架的接收线路板和与所述接收线路板电连接的红外摄像头，所述红外摄像头被支撑地设置于所述安装支架。
20.根据本技术的一个实施例，所述安装支架包括自所述镜圈的底部向后倾斜地延伸的第一支撑臂和自所述镜圈的侧部向后倾斜地延伸的第二支撑臂；所述接收模组的所述红外摄像头为经由所述第一支撑臂支撑的第一红外摄像头和经由所述第二支撑臂支撑的第二红外摄像头；所述发射线路板和所述接收线路板均为柔性线路板。
21.根据本技术的另一方面，本技术的一个实施例进一步提供了一种近眼显示设备，包括：
22.近眼显示主体；和
23.上述任一所述的眼球追踪配件，所述眼球追踪配件被安装于所述近眼显示主体。
24.根据本技术的一个实施例，所述眼球追踪配件进一步包括可通电地插接于所述近眼显示主体的连接接头，所述连接接头与所述眼球追踪配件中的发射线路板和接收线路板可通电地连接；所述连接接头具有并排布置的通信结构和通电接口。
附图说明
25.图1为根据本实用新型的一个实施例的近眼显示设备的结构示意图；
26.图2示出了根据本实用新型的上述实施例的近眼显示设备中眼球追踪配件的立体示意图；
27.图3示出了根据本实用新型的上述实施例的眼球追踪配件的爆炸示意图；
28.图4示出了根据本实用新型的上述实施例的眼球追踪配件的前视示意图；
29.图5示出了根据本实用新型的上述实施例的眼球追踪配件的后视示意图；
30.图6示出了图5所示的眼球追踪配件中的a-a剖视示意图；
31.图7示出了根据本实用新型的上述实施例的眼球追踪配件的发射光路示意图；
32.图8示出了根据本实用新型的上述实施例的眼球追踪配件的接收光路示意图。
33.主要元件符号说明：1、眼球追踪配件；10、框架；101、环形槽；102、连通槽；11、镜圈；110、视窗；12、横梁；13、定位件；130、定位孔；14、安装支架；141、第一支撑臂；142、第二支撑臂；20、发射模组；21、发射线路板；211、环形板体；212、连接板体；22、红外灯组；220、红外灯珠；30、透镜组件；31、透镜；310、凸透镜；32、环形盖体；33、配合件；330、定位柱；34、卡扣件；35、限位槽；40、接收模组；41、接收线路板；42、红外摄像头；421、第一红外摄像头；422、第二红外摄像头；50、矫正镜片；60、连接接头；61、通信接口；62、通电接口；2、近眼显示主体。
34.以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
38.考虑到现有的眼球追踪模组不仅需要多个反射单元进行光路调制，导致模组的整体结构复杂，而且第二红外反射单元还处于视窗范围内，影响近眼显示的视觉体验。为了解决这一问题，本技术提供了一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其能够提高近眼显示设备的人机交互效率，减少操作强度。
39.具体地，参考附图1至图8所示，本实用新型的一个实施例提供了一种眼球追踪配件1，其被安装于近眼显示主体2，以形成具有眼动追踪功能的近眼显示设备，使得佩戴该近
眼显示设备的用户只需要移动眼球就能够进行人机交互，而无需通过转头进行人机交互，有助于降低用户疲劳感，改善人机交互的体验感。可以理解的是，本技术的该近眼显示主体2可以但不限于被实施为ar设备或vr设备。
40.更具体地，如图2、图3以及图7所示，该眼球追踪配件1可以包括框架10、发射模组20、透镜组件30以及接收模组40。该框架10包括一对镜圈11和与该镜圈11连接的横梁12。该发射模组20包括固设于该框架10的发射线路板21和与该发射线路板21电连接的一对红外灯组22，该红外灯组22包括环形排布于该镜圈11的多个红外灯珠220。该透镜组件30包括与该红外灯珠220对应的多个透镜31，该透镜31位于对应的该红外灯珠220的发光侧，用于汇聚经由该红外灯珠220发射的红外光以直接照射眼球w。该接收模组40被设置于该框架10，用于接收经由该眼球w反射的红外光以成像。可以理解的是，本技术所提及的眼球w指的是佩戴该近眼显示设备的用户的眼球；本技术所提及的镜圈11具有视窗110，当用户佩戴该近眼显示设备时，该镜圈11的视窗110位于眼球w的正前方，以便用户通过该视窗110观看前方景物和/或图像。
41.值得注意的是，由于多个红外灯珠220环布于该镜圈11，且每个红外灯珠220发射的红外光束在经由对应的透镜31汇聚后直接照射眼球w，使得该眼球w上会形成多个光斑，因此当眼球w转动至不同的位置时，该接收模组40将会采集到不同光斑的图像，以完成对眼球w的捕捉，从而实现较高的眼动追踪效率，进而提高人机交互效率。
42.示例性地，如图2和图3所示，该框架10具有自该镜圈11的后表面向前凹陷的环形槽101；该发射模组20的该发射线路板21包括安装在该环形槽101内的一对环形板体211，该红外灯组22的多个红外灯珠220被轴对称地固装于该环形板体211，使得多个该红外灯珠220均匀地环形分布于该镜圈11，以实现对眼球w的均匀照亮。可以理解的是，在本技术的其他示例中，多个该红外灯珠220也可以非均匀排布于该镜圈11，只要能够照亮该眼球w即可，本技术对此不再赘述。
43.可选地，如图3和图7所示，每个该红外灯组22可以但不限于包括八个红外灯珠220，其中八个红外灯珠220分别位于该眼球w的八个方位，以便均匀照亮该眼球w，有助于精准地追踪该眼球w的动作。
44.可选地，如图2和图3所示，该框架10进一步具有自该横梁12的后表面向前凹陷的连通槽102，该连通槽102连通两个该环形槽101；该发射线路板21进一步包括安装在该连通槽102内的连接板体212，该连接板体212电连接两个该环形板体211，以便仅通过一个电源接口同时为所有的红外灯珠220提供电能。
45.可选地，本技术的该发射线路板21可以但不限于被实施为柔性线路板，以便更好地贴合该框架10的形状。
46.可选地，本技术的该框架10的该镜圈11可以但不限于被实施为圆环形镜圈，以提供圆形视窗。可以理解的是，在本技术的其他示例中，该镜圈11也可以被实施为回形镜圈，以提供矩形视窗；当然，该镜圈11还可以具有其他形状，本技术对此不再赘述。
47.根据本技术的上述实施例，如图2、图3以及图5所示，该透镜组件30进一步包括遮盖该环形槽101的环形盖体32；多个该透镜31被轴对称地排布于该环形盖体32，以一一对应地覆盖该红外灯珠220，使得经由该红外灯珠220发射的红外光能够透过对应的该透镜31以被汇聚调制，从而直接照射该眼球w。
48.可选地，如图2、图7以及图8所示，该透镜31可以但不限于被实施为凸透镜310，用于会聚经由该红外灯珠220发射的红外光，保证红外光线不发散而近距离地直射眼球w，以在该眼球w的表面形成较小的光斑，实际上提高了红外灯珠220的光效，便于该接收模组40更易获取经由该眼球w反射的红外光，提升了对眼睛的眼动追踪效率。
49.优选地，如图7和图8所示，该透镜31被实施为自该环形盖体32向前凸出地延伸的凸透镜310，以具有光路偏转结构，用于朝向该视窗110的中心轴线偏转经由该红外灯珠220发射的红外光束，使得经由该红外灯组22中所有的该红外灯珠220发射的红外光束均偏向该视窗110的中心轴线聚拢，以便直射眼球w。
50.可选地，该环形盖体32被可拆卸地安装于该框架10的该镜圈11，以便维修或更换该发射模组20。
51.示例性地，该环形盖体32可以但不限于通过磁吸方式吸合固定于该镜圈11。当然，在本技术的其他示例中，该环形盖体32还可以通过卡扣的方式安装于该镜圈11，本技术对此不再赘述。
52.可选地，如图3和图6所示，该框架10进一步包括设置于该镜圈11的定位件13；该透镜组件30进一步包括设置于该环形盖体32的配合件33，该配合件33与该定位件13相匹配，以将该环形盖体32定位安装于该镜圈11，使得该环形盖体32上的该透镜31一一对应于该红外灯珠220，降低了该环形盖体32的安装难度，提高了该透镜31与该红外灯珠220之间的对准精度。
53.例如，如图3和图6所示，该定位件13可以被实施为开设于该镜圈11的定位孔130；该配合件33被实施为自该环形盖体32向前延伸的定位柱330；当该环形盖体32与该镜圈11进行吸合固定或卡扣配合时，该定位柱330插入该定位孔130，以保证该环形盖体32上的该透镜31一一对准于该红外灯珠220。可以理解的是，在本技术的其他示例中，该定位件13也可以被实施为自该镜圈11向后延伸的定位柱，则该配合件33被对应地实施为定位孔，只要能够实现定位功能即可，本技术对此不再赘述。
54.根据本技术的上述实施例，如图2、图3以及图6所示，该框架10进一步包括与该镜圈11一体地连接的安装支架14；该接收模组40可以包括被设置于该框架10的接收线路板41和与该接收线路板41电连接的红外摄像头42，该红外摄像头42被支撑地设置于该安装支架14，以使该红外摄像头42朝向该眼球w布置，便于直接接收经由该眼球w反射的红外光而成像。
55.可选地，如图2和图3所示，该接收线路板41被布设于该框架10的该环形槽101，以电连接于多个红外摄像头42，并且该接收线路板41处于该发射线路板21和该框架10之间，以防该接收线路板41遮盖位于该发射线路板21上的红外灯珠220。
56.例如，如图3和图6所示，该安装支架14可以包括自该镜圈11的底部向后倾斜地延伸的第一支撑臂141和自该镜圈11的侧部向后倾斜地延伸的第二支撑臂142；该接收模组40的红外摄像头42被实施为经由该第一支撑臂141支撑的第一红外摄像头421和经由该第二支撑臂142支撑的第二红外摄像头422。该接收线路板41自该第一支撑臂141沿着该环形槽101延伸至该第二支撑臂142，该第一红外摄像头421和该第二红外摄像头422均被可通电地贴装于该接收线路板41，使得该第一红外摄像头421和该第二红外摄像头422从不同角度拍摄该眼球w，便于使拍摄视场更好地覆盖整个眼球w。
57.可选地，如图3至图5所示，该第二支撑臂142位于该镜圈11的内侧，以充分利用两个镜圈11之间的空间；与此同时，该接收线路板41进一步自位于一个该镜圈11的第二支撑臂142沿着该连通槽102延伸至位于另一个该镜圈11的第二支撑臂142，以便通过同一个接收线路板41同时与位于不同镜圈11上的红外摄像头42电连接。
58.可选地，本技术的该接收线路板41可以但不限于被实施为柔性线路板，以便更好地叠置于该框架10和该发射线路板21之间。
59.值得注意的是，针对视觉正常的用户，用户能够通过该框架10中的视窗110直接观看图像和/或景象；而针对存在视觉障碍(如近视或远视等)的用户，如图2和图3所示，本技术的该眼球追踪配件1可以进一步包括被设置于该视窗110内的矫正镜片50，使得用户透过该矫正镜片50来观看图像和/或景象，以进行视力适配。可以理解的是，本技术的该矫正镜片50处于该视窗110内，不仅能够避免经由该红外灯珠220发射的红外光因穿过该矫正镜片50而发生折射、造成光斑发散，而且还能够避免红外摄像头42拍摄的图像失真，有效地提高红外灯珠220的光效，提升眼动追踪效率。
60.可选地，该矫正镜片50被可拆卸地安装于该框架10的该视窗110内，以便根据需要拆装矫正镜片50或更换不同的矫正镜片50。
61.示例性地，如图3和图6所示，该透镜组件30进一步包括设置于该环形盖体32的卡扣件34和开设于该环形盖体32的限位槽35，该限位槽35位于该镜圈11的内周缘，用于限位地容纳该矫正镜片50的外周缘，以通过该卡扣件34将该矫正镜片50卡扣固定于该限位槽35。可以理解的是，在本技术的其他示例中，该矫正镜片50还可以通过其他方式进行固定，本技术对此不再赘述。
62.根据本技术的上述实施例，该眼球追踪配件1被可拆卸地安装于该近眼显示主体2，以便与现有的近眼显示主体2装配，而使现有的近眼显示主体2具有眼动追踪功能。
63.示例性地，如图2和图3所示，该眼球追踪配件1进一步包括用于可通电地插接于该近眼显示主体2的连接接头60，该连接接头60与该发射线路板21和该接收线路板41可通电地连接，以便实现快装快拆结构，达到商业化落地。
64.可选地，该连接接头60向前凸设于该框架10，以便插接于该近眼显示主体2。
65.可选地，如图4所示，该连接接头60可以具有并排布置的通信接口61和通电接口62；该通信接口61可通信地连接该发射线路板21和该接收线路板41，用于与该近眼显示主体2进行通信连接，以在该眼球追踪配件1和该近眼显示主体2之间传输信号或数据；该通电接口62电连接于该发射线路板21和该接收线路板41，用于与该近眼显示主体2进行电连接，以通过该近眼显示主体2为该眼球追踪配件1提供电能。
66.可选地，该通信接口61可以但不限于被实施为诸如标准串口、type-c接口或usb接口等通用接口；该通电接口62可以但不限于被实施为电源接口。
67.综上，本技术的该眼球追踪配件1中左右两侧各有两个红外相机用于追踪眼球，即用户的左右眼球分别被红外光照射，并通过红外摄像头采集数据，以通过算法计算，将结果用在人机交互中。这样，本技术的该近眼显示设备能够通过对眼球的追踪实现通过眼球转动来控制虚拟场景的功能，不仅能够根据不同的转动情况来实现不同的功能，以实现更多交互，而且还能够利用采集的眼球数据实现虚拟场景的局部渲染，减少通过其他交互方式产生的能耗，提升了近眼显示设备的产品体验。
68.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
69.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：

1.眼球追踪配件，其特征在于，包括：框架，所述框架包括一对镜圈和与所述镜圈连接的横梁；发射模组，所述发射模组包括固设于所述框架的发射线路板和与所述发射线路板电连接的一对红外灯组，所述红外灯组包括环形排布于所述镜圈的多个红外灯珠；透镜组件，所述透镜组件包括与所述红外灯珠对应的多个透镜，所述透镜位于对应的所述红外灯珠的发光侧，用于汇聚经由所述红外灯珠发射的红外光以直接照射眼球；以及接收模组，所述接收模组被设置于所述框架，用于接收经由该眼球反射的红外光以成像。2.根据权利要求1所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述框架具有自所述镜圈的后表面向前凹陷的环形槽；所述发射线路板包括安装在所述环形槽内的一对环形板体，多个所述红外灯珠被轴对称地固装于所述环形板体。3.根据权利要求2所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述框架进一步具有自所述横梁的后表面向前凹陷的连通槽，所述连通槽连通两个所述环形槽；所述发射线路板进一步包括安装在所述连通槽内的连接板体，所述连接板体电连接于两个所述环形板体。4.根据权利要求3所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述透镜组件进一步包括被可拆卸地安装于所述镜圈的环形盖体，多个所述透镜被轴对称地排布于所述环形盖体，以一一对应地覆盖所述红外灯珠。5.根据权利要求4所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述框架进一步包括设置于所述镜圈的定位件；所述透镜组件进一步包括设置于所述环形盖体的配合件，所述配合件与所述定位件相匹配，以将所述环形盖体定位安装于所述镜圈。6.根据权利要求5所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述眼球追踪配件进一步包括矫正镜片，所述矫正镜片被可拆卸地安装于所述框架的视窗内。7.根据权利要求1至6中任一所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述框架进一步包括与所述镜圈一体地连接的安装支架；所述接收模组包括被设置于所述框架的接收线路板和与所述接收线路板电连接的红外摄像头，所述红外摄像头被支撑地设置于所述安装支架。8.根据权利要求7所述的眼球追踪配件，其特征在于，所述安装支架包括自所述镜圈的底部向后倾斜地延伸的第一支撑臂和自所述镜圈的侧部向后倾斜地延伸的第二支撑臂；所述接收模组的所述红外摄像头为经由所述第一支撑臂支撑的第一红外摄像头和经由所述第二支撑臂支撑的第二红外摄像头；所述发射线路板和所述接收线路板均为柔性线路板。9.近眼显示设备，其特征在于，包括：近眼显示主体；和如权利要求1至8中任一所述的眼球追踪配件，所述眼球追踪配件被安装于所述近眼显示主体。10.根据权利要求9所述的近眼显示设备，其特征在于，所述眼球追踪配件进一步包括可通电地插接于所述近眼显示主体的连接接头，所述连接接头与所述眼球追踪配件中的发射线路板和接收线路板可通电地连接；所述连接接头具有并排布置的通信结构和通电接口。

技术总结

本实用新型涉及一种眼球追踪配件和近眼显示设备，其能够提高近眼显示设备的人机交互效率，减少操作强度。该眼球追踪配件包括框架、发射模组以及接收模组。该框架包括一对镜圈和与该镜圈连接的横梁。该发射模组包括固设于该框架的发射线路板和与该发射线路板电连接的一对红外灯组，该红外灯组包括环形排布于该镜圈的多个红外灯珠。该透镜组件包括与该红外灯珠对应的多个透镜，该透镜位于对应的该红外灯珠的发光侧，用于汇聚经由该红外灯珠发射的红外光以直接照射眼球。该接收模组被设置于该框架，用于接收经由该眼球反射的红外光以成像。用于接收经由该眼球反射的红外光以成像。用于接收经由该眼球反射的红外光以成像。