Система и способ проецирования на глаз - RU2018109532A
Код документа: RU2018109532A
Формула
1. Устройство для проецирования на глаз, содержащее проекционную систему, сконфигурированную для проецирования пучка излучения вдоль траектории распространения пучка к глазу и содержащую:
оптический блок, задающий оптический путь для оптического излучения в указанном блоке и содержащий дефлекторную конструкцию, состоящую из одного или более регулируемых оптических дефлекторов, установленных на указанном оптическом пути и сконфигурированных для задания настраиваемого пути распространения пучка излучения между оптическим блоком и глазом, при этом:
один или более оптических дефлекторов сконфигурированы по меньшей мере с тремя настраиваемыми параметрами отклонения, влияющими на траекторию указанного пути распространения пучка, обеспечивая по меньшей мере три степени свободы при настройке пути распространения указанного пучка излучения к глазу;
две из указанных по меньшей мере трех степеней свободы ассоциированы с двумя угловыми параметрами ориентации пути распространения пучка к глазу для компенсации изменений направления взгляда, а по меньшей мере одна из указанных по меньшей мере трех степеней свободы ассоциирована с поперечным смещением пути распространения пучка для компенсации вариаций поперечного положения проекционной системы относительно глаза.
2. Устройство по п. 1, в котором дефлекторная конструкция содержит по меньшей мере два регулируемых дефлектора, установленных с возможностью последовательно взаимодействовать со световым пучком, входящим в оптический блок и задающим указанный оптический путь.
3. Устройство по п. 1 или 2, в котором один или более регулируемых оптических дефлекторов характеризуются по меньшей мере одним дополнительным параметром отклонения, соответствующим по меньшей мере четвертому параметру отклонения с возможностью обеспечения по меньшей мере четырех степеней свободы для указанного пути распространения пучка, включая: указанные две степени свободы, предусмотренные для компенсации изменений направления взгляда, и две степени свободы, предусмотренные для компенсации вариаций поперечного положения проекционной системы относительно глаза по меньшей мере по двум поперечным осям.
4. Устройство по п. 1 или 2, которое дополнительно содержит контроллер, сконфигурированный для приема данных, характеризующих изменения направления взгляда и вариации поперечного положения проекционной системы относительно глаза, и для настройки параметров отклонения одного или более регулируемых оптических дефлекторов в соответствии с указанными данными с целью обеспечения падения пучка излучения на определенный участок сетчатки глаза независимо от изменений направления взгляда и вариаций положения проекционной системы.
5. Устройство по п. 1 или 2, которое сконфигурировано для проецирования изображения непосредственно на сетчатку глаза и проекционная система которого содержит модуль проецирования изображения на сетчатку глаза, содержащий излучательный модуль, сконфигурированный для генерирования светового пучка, подлежащего проецированию на сетчатку, и модулятор светового пучка, установленный на оптическом пути светового пучка и сконфигурированный для приема данных об изображении, соответствующих одному или более пикселям изображения, и для модулирования светового пучка, чтобы наложить код, соответствующий указанным данным об изображении, на световой пучок для формирования указанного изображения на сетчатке.
6. Устройство по п. 5, в котором указанный модулятор светового пучка содержит по меньшей мере один модулятор света по интенсивности, сконфигурированный для временной модуляции интенсивности и хроматического состава светового пучка в соответствии с данными об изображении, и дефлектор для сканирования изображения, сконфигурированный для проведения двухкоординатного пространственного сканирования световым пучком, при этом указанная временная модуляция синхронизирована с двухкоординатным пространственным сканированием световым пучком, так что указанные данные об изображении накладываются в закодированной форме на световой пучок для проецирования указанного изображения.
7. Устройство по п. 6, в котором дефлектор для сканирования изображения является растровым сканером.
8. Устройство по п. 5, в котором указанный модулятор светового пучка содержит модуль зонального проецирования, содержащий по меньшей мере один пространственный модулятор света, сконфигурированный для генерирования изображения, проецируемого на сетчатку путем пространственной модуляции интенсивности и хроматического состава светового пучка, при этом оптический блок сконфигурирован для оптического сопряжения плоскости, связанной с проецируемым изображением, и сетчатки глаза.
9. Устройство по п. 8, в котором модуль зонального проецирования содержит один или более из следующих пространственных модуляторов света: электронно-лучевую трубку, жидкокристаллический дисплей, проектор по технологии "жидкие кристаллы на кремнии", цифровое микрозеркальное устройство, органический светодиод, виртуальный ретинальный монитор и резонансное сканирующее волокно.
10. Устройство по п. 5, содержащее контроллер проецирования изображения, подключаемый к указанному модулятору светового пучка, сконфигурированный для приема данных об изображении, характеризующих указанное изображение, и приводящий в действие указанный модулятор для настройки интенсивности и хроматического состава светового пучка, чтобы сформировать указанное изображение на сетчатке.
11. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один регулируемый дефлектор дефлекторной конструкции сконфигурирован, как дефлектор для согласования пучка с положением зрачка путем изменения указанного поперечного смещения пути распространения пучка излучения к глазу.
12. Устройство по п. 11, в котором дефлектор для согласования пучка с положением зрачка сконфигурирован для изменения указанного поперечного смещения вдоль одной поперечной оси, перпендикулярной указанному пути распространения.
13. Устройство по п. 11, в котором дефлектор для согласования пучка с положением зрачка сконфигурирован для изменения указанного поперечного смещения вдоль двух поперечных осей, перпендикулярных указанному пути распространения.
14. Устройство по п. 11, в котором поперечные смещения указанного пути распространения пучка обеспечиваются изменением угла отклонения дефлектора для согласования пучка с положением зрачка.
15. Устройство по п. 14, в котором оптический блок содержит согласующий компонент, а дефлектор для согласования пучка с положением зрачка установлен внутри согласующего компонента, так что настройка угла отклонения дефлектора для согласования пучка с положением зрачка изменяет ориентацию оптического пути внутри согласующего компонента, тем самым изменяя поперечное положение пути распространения пучка излучения к глазу.
16. Устройство по п. 15, в котором дефлектор для согласования пучка с положением зрачка расположен таким образом, что настройка угла отклонения указанного дефлектора изменяет поперечное положение пути распространения пучка излучения к глазу, не влияя на угловую ориентацию указанного пути распространения.
17. Устройство по п. 11, в котором указанное поперечное смещение обеспечивается поступательным перемещением дефлектора для согласования пучка с положением зрачка вдоль оптического пути в оптическом блоке, приводящим к изменению места пересечения отклоняющей поверхности с пучком излучения, т.е. места отклонения пучка в результате контакта с дефлектором, причем указанная настройка поперечного положения пути распространения пучка к глазу не влияет на угловую ориентацию пути распространения пучка к глазу.
18. Устройство по п. 17, в котором оптический блок содержит согласующий компонент, а дефлектор для согласования пучка с положением зрачка установлен на оптическом пути пучка излучения вне согласующего компонента.
19. Устройство по п. 18, в котором дефлектор для согласования пучка с положением зрачка расположен по направлению распространения указанного пучка излучения через оптический блок перед согласующим компонентом, а поперечные размеры отклоняющих поверхностей дефлекторной конструкции не превышают 7 мм.
20. Устройство по п. 17, в котором дефлектор для согласования пучка с положением зрачка содержит два регулируемых оптических дефлектора, при этом:
- оба указанных дефлектора установлены с возможностью одновременного поступательного перемещения вдоль первой поперечной оси для изменения поперечного смещения пути распространения пучка к глазу относительно первой поперечной оси;
- один из указанных дефлекторов установлен с возможностью независимого поступательного перемещения вдоль второй поперечной оси для изменения поперечного смещения пути распространения пучка к глазу относительно второй поперечной оси.
21. Устройство по п. 1 или 2, в котором по меньшей мере один регулируемый оптический дефлектор в составе дефлекторной конструкции сконфигурирован, как дефлектор для согласования пучка с направлением взгляда с целью настройки ориентации пути распространения пучка излучения к глазу.
22. Устройство по п. 21, в котором дефлектор для согласования пучка с направлением взгляда одновременно сконфигурирован, как дефлектор для согласования пучка с положением зрачка, и установлен с возможностью изменять поперечное смещение пути распространения пучка излучения к глазу посредством своего поступательного перемещения вдоль оптического пути внутри оптического блока.
23. Устройство по п. 21, выполненное с возможностью изменения ориентации пути распространения пучка к глазу посредством изменения угла отклонения дефлектора для согласования пучка с направлением взгляда.
24. Устройство по п. 23, в котором оптический блок содержит согласующий компонент, а дефлектор для согласования пучка с направлением взгляда установлен на оптическом пути внутри оптического блока вне согласующего компонента, при этом указанное изменение угла отклонения дефлектора для согласования пучка с направлением взгляда не влияет на поперечное смещение пути распространения пучка к глазу.
25. Устройство по п. 1 или 2, которое содержит согласующий компонент, содержащий по меньшей мере два оптических элемента с заданными оптическими силами, установленные на оптическом пути внутри оптического блока таким образом, что оптическое расстояние между ними соответствует сумме их фокусных расстояний.
26. Устройство по п. 1 или 2, которое содержит айтрекинговый модуль, сконфигурированный для получения и обработки данных о позиционировании глаза, характеризующих направление взгляда и поперечное положение глаза и предназначенных для использования при настройке пути распространения пучка к глазу.
27. Устройство по п. 26, которое содержит один или более контроллеров, сконфигурированных с возможностью использования указанных данных о позиционировании глаза для генерирования операционных команд по управлению одним или более регулируемыми оптическими дефлекторами при настройке ориентации и поперечного положения пути распространения пучка для компенсации указанных отклонений.
28. Устройство по п. 26, в котором указанный айтрекинговый модуль содержит:
- порт излучения, сконфигурированный для обеспечения трекинг-пучка, способного распространяться вдоль указанного оптического пути, заданного оптическим блоком, с взаимодействием с одним или более регулируемыми оптическими дефлекторами и с образованием при падении трекинг-пучка на глаз, в результате его отражения от сетчатки, отраженного пучка излучения, способного распространяться в обратном направлении через оптический блок;
- один или более датчиков, оптически сопряженных с оптическим путем на двух или более его различных отрезках и сконфигурированных для приема указанного пучка излучения и измерения одного или более параметров распространения указанного пучка излучения на указанных двух или более отрезках, и
- айтрекинговый контроллер, подключаемый к указанным одному или более датчикам и к одному или более указанным дефлекторам и сконфигурированный для приема от одного или более датчиков считанных данных, характеризующих по меньшей мере один параметр распространения указанного пучка излучения на указанных двух или более отрезках, а также для обработки считанных данных с определением данных о позиционировании глаза.
29. Устройство по п. 28, в котором данные о позиционировании глаза характеризуют расхождение между направлением взгляда и ориентацией пути распространения пучка излучения к глазу и расхождение между поперечными положениями зрачка глаза и указанного пути.
30. Устройство по п. 29, которое содержит по меньшей мере два указанных дефлектора, установленных последовательно на указанном оптическом пути с заданием двух отрезков оптического пути, ассоциированных с отклонением оптического пути указанными дефлекторами; при этом:
- два или более отрезков, на которых указанные один или более датчиков оптически сопряжены с оптическим путем, соответствуют указанным отрезкам, задаваемым указанными дефлекторами, а
- указанный контроллер сконфигурирован для генерирования операционных команд для каждого из указанных двух дефлекторов с учетом значения параметра распространения пучка, измеренного на соответствующем отрезке оптического пути и ассоциированного с соответствующим дефлектором.
31. Устройство по п. 30, в котором указанный параметр распространения отраженного пучка излучения представляет собой поперечное смещение оси отраженного пучка излучения от заданного номинального положения.
32. Устройство по п. 30, в котором каждый из указанных одного или более датчиков содержит массив светочувствительных пикселей; а указанный контроллер сконфигурирован для обработки данных, полученных от датчика, с определением положения зоны падения отраженного пучка излучения на датчик и с определением расхождения между указанным положением зоны падения и заданным номинальным положением на датчике, задающим значение указанного параметра распространения отраженного пучка излучения.
33. Устройство по п. 30, в котором указанный контроллер содержит по меньшей мере один сервоконтур, сконфигурированный для связывания одного из указанных двух дефлекторов с соответствующим указанным датчиком для генерирования операционных команд, обеспечивающих управление соответствующим дефлектором с учетом данных, полученных от соответствующего датчика.
34. Устройство по п. 28, в котором единственный или один из датчиков представляет собой датчик направления взгляда, содержащий массив оптических детекторов и выполненный с возможностью принимать указанный отраженный пучок излучения вне оптического пути на отрезке, расположенном за местом взаимодействия пучка излучения с дефлектором для согласования пучка с направлением взгляда, являющимся тем из указанных дефлекторов, который ассоциирован с настройкой ориентации пути распространения пучка, так что информация, получаемая от датчика направления взгляда, характеризует угловое расхождение между направлением взгляда и путем распространения пучка к глазу; при этом
айтрекинговый контроллер содержит контроллер направления взгляда, подключаемый к датчику направления взгляда и к дефлектору для согласования пучка с направлением взгляда и сконфигурированный для обработки информации, полученной от датчика направления взгляда, и для управления дефлектором для согласования пучка с направлением взгляда так, чтобы по меньшей мере частично компенсировать угловое расхождение между направлением взгляда и путем распространения пучка излучения к глазу.
35. Устройство по п. 34, в котором датчик направления взгляда является по меньшей мере одним из следующих датчиков: квадратурным датчиком, содержащим четыре фотодетектора в конфигурации 2×2; позиционно-чувствительным детектором и/или прибором с зарядовой связью, реализующим режим временной задержки, и/или КМОП-детектором с функцией "область интереса", причем контроллер направления взгляда способен подключаться к датчику направления взгляда и сконфигурирован для управления указанным дефлектором для согласования пучка с направлением взгляда так, чтобы уменьшать отклонение зоны падения отраженного пучка от центра датчика до уровней ниже заданного порога.
36. Устройство по п. 34, в котором контроллер направления взгляда содержит модуль отфильтровывания тремора, сконфигурированный для обработки считанных данных и для отфильтровывания изменений направления взгляда, ассоциированных с треморными движениями глаза.
37. Устройство по п. 36, в котором модулю отфильтровывания тремора задан порог отклонений при треморе, причем указанный модуль сконфигурирован для обработки указанных считанных данных, для непрерывного мониторинга изменений направления взгляда и для функционирования в режиме разомкнутого сервоконтура для угловых отклонений, меньших порога отклонений при треморе, без компенсации отклонений, ассоциированных с треморными движениями, и в режиме замкнутого сервоконтура для угловых отклонений, превышающих порог отклонений при треморе, с компенсаций отклонений, не ассоциированных с треморными движениями глаза.
38. Устройство по п. 28, в котором указанный порт излучения для трекинг-пучка выполнен с возможностью обеспечения трекинг-пучка в виде промодулированного пучка излучения, а айтрекинговый контроллер содержит по меньшей мере один из следующих компонентов: модуль фазовой синхронизации, сконфигурированный для осуществления фазовой синхронизации информации, полученной по меньшей мере от одного датчика, и модуляции трекинг-пучка с подавлением, тем самым, шума, ассоциированного с ИК шумом, воспринятым указанным по меньшей мере одним датчиком, и полосовой фильтр, настроенный на пропускание на длинах волн, соответствующих трекинг-пучку.
39. Устройство по п. 28, в котором единственный или один из датчиков представляет собой датчик положения зрачка, содержащий массив оптических детекторов и выполненный с возможностью принимать указанный отраженный пучок излучения на отрезке, расположенном за местом взаимодействия пучка излучения с дефлектором для согласования пучка с положением зрачка, являющимся тем из указанных дефлекторов, который ассоциирован с настройкой поперечного положения пути распространения пучка, так что информация, получаемая от датчика положения зрачка, характеризует поперечное отклонение положения зрачка глаза от пути распространения пучка излучения к глазу; при этом
айтрекинговый контроллер содержит контроллер положения зрачка, подключаемый к датчику положения зрачка, а также к дефлектору для согласования пучка с положением зрачка и сконфигурированный для обработки информации, полученной от датчика положения зрачка, и для управления дефлектором для согласования пучка с положением зрачка так, чтобы по меньшей мере частично компенсировать поперечное отклонение положения зрачка глаза от пути распространения пучка.
40. Устройство по п. 39, которое содержит указанную проекционную систему для проецирования изображения на один глаз пользователя и вторую проекционную систему для другого глаза пользователя, при этом контроллер положения зрачка выполнен подключаемым к указанному датчику положения зрачка и ко второму датчику положения зрачка в составе второй проекционной системы и сконфигурирован для детектирования "общих характеристик" в изменениях положения зрачков обоих глаз пользователя с целью дифференцирования смещений, ассоциированных с движениями глаз, и смещений, ассоциированных с движением проекционного устройства относительно глаз.
41. Айтрекинговый модуль, содержащий:
- порт излучения, сконфигурированный для обеспечения трекинг-пучка;
- оптический блок, выполненный с возможностью направлять трекинг-пучок вдоль траектории распространения пучка к глазу и содержащий по меньшей мере два регулируемых оптических дефлектора, сконфигурированных для настройки ориентации и поперечного положения указанного пути распространения пучка к глазу;
- по меньшей мере два оптических датчика, оптически сопряженных с оптическим путем внутри оптического блока и соответственно ассоциированных с указанными дефлекторами для восприятия пучка излучения, соответствующего отражению в обратном направлении от глаза трекинг-пучка, направленного на глаз, и
- айтрекинговый контроллер, подключаемый к указанным оптическим датчикам для приема поступающей от них информации и сконфигурированный для обработки поступающей информации с определением данных, характеризующих поперечное и угловое отклонения указанного пути распространения пучка от положения зрачка и направления взгляда.
42. Модуль по п. 41, в котором указанный порт излучения выполнен с возможностью обеспечения трекинг-пучка в виде промодулированного пучка излучения, а айтрекинговый контроллер содержит модуль фазовой синхронизации, сконфигурированный для осуществления фазовой синхронизации информации, полученной от одного или более датчиков, и модуляции трекинг-пучка с подавлением, тем самым, шума, ассоциированного с инфракрасным шумом, воспринятым по меньшей мере одним из оптических датчиков.
43. Оптический блок, выполненный с возможностью направлять световой пучок от проекционного устройства на глаз и содержащий по меньшей мере два регулируемых оптических дефлектора, установленных на оптическом пути к глазу и сконфигурированных для обеспечения по меньшей мере четырех степеней свободы при настройке пути распространения светового пучка к глазу, причем две из указанных степеней свободы ассоциированы с компенсацией изменения направления взгляда, а две другие степени свободы предназначены для компенсации вариаций положения проекционного устройства относительно глаза.
