特表 2024-522339 眼球移動の決定

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-18

(54)【発明の名称】眼球移動の決定

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/02 20060101AFI20240611BHJP

   A61B 3/113 20060101ALI20240611BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20240611BHJP

   G09G 5/37 20060101ALI20240611BHJP

   G09G 5/391 20060101ALI20240611BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20240611BHJP

   G01S 17/58 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

G02B27/02 Z

A61B3/113

G06F3/01 510

G09G5/37 320

G09G5/391

G09G5/00 550C

G01S17/58

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023571730

(86)(22)【出願日】2022-05-03

(85)【翻訳文提出日】2024-01-16

(86)【国際出願番号】 EP2022061864

(87)【国際公開番号】W WO2022243027

(87)【国際公開日】2022-11-24

(31)【優先権主張番号】2107238.4

(32)【優先日】2021-05-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521548733

【氏名又は名称】アーエムエス インターナショナル アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＡＭＳ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｅｉｃｈｗｉｅｓｓｔｒａｓｓｅ １８ｂ， Ｊｏｎａ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ナイエル ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】ガイガー イェンス

(72)【発明者】

【氏名】スアレス フェラン

(72)【発明者】

【氏名】ヌヴー ローラン

(72)【発明者】

【氏名】マウテ スヴェンヤ

【テーマコード（参考）】

2H199

4C316

5C182

5E555

5J084

【Ｆターム（参考）】

2H199CA45

2H199CA47

2H199CA68

2H199CA96

4C316AA21

4C316AB01

4C316FC04

4C316FC28

4C316FZ03

5C182AB33

5C182BA14

5C182BA56

5C182CB12

5C182CB44

5C182DA66

5E555AA66

5E555BA90

5E555BB40

5E555BC04

5E555BE17

5E555CA42

5E555CB65

5E555CC01

5E555DA08

5E555DB53

5E555DC43

5E555FA00

5J084AA07

5J084AB07

5J084AD04

5J084BA51

(57)【要約】

仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）のディスプレイを操作するための方法であって、本方法は、ユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、決定された移動方向から将来の視線方向を推定することと、ディスプレイ上に、推定された視線方向を含む領域におけるより高い解像度の画像データと、決定された視線方向を含む領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングすることと、を含む方法。ユーザの眼（６）の移動方向を決定することは、第１のレーザ（４）によって放出された光ビーム（１１）を用いてユーザの眼を照明することと、第１のレーザ（４）において、ユーザの眼（６）から方向転換された光（１２）を受け取って、レーザキャビティ内で、第１のレーザによって生成された光とユーザの眼（１２）から方向転換された光との間で自己混合干渉（１４）が生じるようにすることと、自己混合干渉（１４）を測定することと、測定された自己混合干渉（１４）からユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、を含む、方法。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）のディスプレイを操作するための方法であって、前記方法は、
ユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、
前記決定された移動方向から将来の視線方向を推定することと、
前記ディスプレイ上に、前記推定された視線方向を含む領域におけるより高い解像度の画像データと、前記決定された視線方向を含む前記領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングすることと、を含み、
前記ユーザの眼（６）の移動方向を決定することは、
第１のレーザ（４）によって放出された光ビーム（１１）を用いて前記ユーザの眼を照明することと、
前記第１のレーザ（４）において、前記ユーザの眼（６）から方向転換された光（１２）を受け取って、レーザキャビティ内で、前記第１のレーザによって生成された光と前記ユーザの眼（１２）から方向転換された前記光との間で自己混合干渉（１４）が生じるようにすることと、
前記自己混合干渉（１４）を測定することと、
前記測定された自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、を含む前記方法。

【請求項2】

前記ユーザの眼（６）を照明することは、前記ユーザの眼（６）の強膜のみを照明することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法はさらに、前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の移動速度を決定することを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することは、前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することは、前記測定された自己混合干渉に対してフーリエ変換を行うことを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記方法は、
前記第１のレーザ（４ａ）によって第１の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することと、
第２のレーザ（４ｂ）によって第２の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することであって、前記第２の方向は前記第１の方向とは非平行である、前記照明することと、
前記第１のレーザ（４ａ）において、前記ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、前記第１のレーザのレーザキャビティ内で、前記第１のレーザ（４ａ）によって生成された光と前記ユーザの眼から方向転換された光（６）との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、
前記第２のレーザ（４ｂ）において、前記ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、前記第２のレーザのレーザキャビティ内で、前記第２のレーザ（４ｂ）によって生成された光と前記ユーザの眼から方向転換された光（６）との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、
前記第１のレーザ（４ａ）の前記レーザキャビティ内の前記自己混合干渉を測定し、前記第２のレーザ（４ｂ）の前記レーザキャビティ内の前記自己混合干渉を測定することと、
前記第１のレーザ（４ａ）の前記レーザキャビティ内の前記測定された自己混合干渉から、前記第１の方向における前記ユーザの眼（６）の移動を決定し、前記第２のレーザ（４ｂ）の前記レーザキャビティ内の前記測定された自己混合干渉から、前記第２の方向における前記ユーザの眼（６）の移動を決定することと、を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記自己混合干渉を測定することは、前記レーザ（４）の電圧または電流を測定することを含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）であって、
ユーザの頭部に取り付けるためのフレームと、
前記フレーム内に組み込まれるかまたは前記フレーム上に配置された眼球移動を決定するためのデバイスであって、前記デバイスは、
使用中にユーザの眼（６）を照明するための光ビーム（１１）を放出し、前記ユーザの眼（６）から方向転換された光（１２）を受け取るように構成された第１のレーザ（４）であって、レーザキャビティ内で、前記第１のレーザ（４）によって生成された光と前記ユーザの眼（６）から方向転換された前記光（１２）との間で自己混合干渉（１４）が生じるように構成されている、前記第１のレーザ（４）と、
前記自己混合干渉を測定するように構成された測定装置と、
前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（８）の移動方向を決定するように構成された処理ユニット（８）であって、前記処理ユニット（８）はさらに、前記決定された前記ユーザの眼（６）の移動方向から将来の視線方向を推定するように構成されている、前記処理ユニット（８）と、を含む前記デバイスと、
ディスプレイ上に、前記決定された将来の視線方向での表示領域におけるより高い解像度の画像データと、前記決定された将来の視線方向での前記表示領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングするように構成されたディスプレイと、を含む、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）。

【請求項9】

前記第１のレーザ（４）は、前記ユーザの眼（６の強膜）に向けてのみ光を放出するように構成されている、請求項８に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項10】

前記処理ユニット（８）はさらに、前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の移動速度を決定するように構成されている、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項11】

前記処理ユニット（８）は、前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定するように構成されている、請求項８～１０のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項12】

前記第１のレーザ（４）は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含む、請求項８～１１のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項13】

前記測定装置は光検出器（１７）を含む、請求項８～１２のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項14】

前記処理ユニット（８）は、前記光検出器（１７）に入射する光の周波数変調を決定するように構成されている、請求項１３に記載のＶＲまたはＡＲ（１）ヘッドセット。

【請求項15】

前記第１のレーザ（４）は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含み、前記光検出器（１７）は前記ＶＣＳＥＬと単一の半導体デバイスとして一体化されている、請求項１３または１４に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項16】

前記光検出器（１７）は前記第１のレーザ（４）から空間的に分離されており、前記デバイスはさらに、前記自己混合干渉の少なくとも一部を前記光検出器（１７）に向けて方向転換するように構成された光学素子（１８、１９）を含む、請求項１３または１４に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項17】

前記測定装置は、前記レーザ（４）の電圧入力または電流入力を測定するように構成されたセンサを含む、請求項８～１２のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項18】

前記第１のレーザ（４）は、前記放出された光ビーム（１１）の光軸が前記ユーザの眼（６）の表面に対して鋭角を形成するように前記光ビーム（１１）を放出するように構成されている、請求項８～１７のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項19】

前記デバイスは、
使用中に前記ユーザの眼（６）を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第１のレーザ対（４ａ、４ｂ）を含み、
前記第１のレーザ対は、前記第１のレーザ（４ａ）と第２のレーザ（４ｂ）とを含み、前記第１のレーザ（４ａ）は第１の方向に光を放出するように構成され、前記第２のレーザ（４ｂ）は第２の方向に光を放出するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向とは非平行である、請求項８～１８のいずれか１項に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項20】

使用中に前記ユーザの眼を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第２のレーザ対（４ｃ、４ｄ）を含み、前記第２のレーザ対は、第３のレーザ（４ｃ）と第４のレーザ（４ｄ）とを含む、請求項１９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項21】

前記第３のレーザ（４ｃ）は、前記第１の方向と平行な方向に光を放出するように構成され、前記第４のレーザ（４ｄ）は、前記第２の方向と平行な方向に光を放出するように構成されている、請求項２０に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項22】

前記デバイスは、前記第１のレーザ（４ａ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する第１の平面に対するオフセットが、前記第３のレーザ（４ｃ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する前記第１の平面に対するオフセットに等しくなるように構成され、
前記デバイスは、前記第２のレーザ（４ｂ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する第２の平面に対するオフセットが、前記第４のレーザ（４ｄ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する前記第２の平面に対するオフセットに等しくなるように構成されている、請求項２１に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項23】

前記第３のレーザ（４ｃ）は第３の方向に光を放出するように構成され、前記第３の方向は前記第１の方向とは異なり、
前記第４のレーザ（４ｄ）は、前記第２の方向とは異なり前記第３の方向とは非平行である第４の方向に光を放出するように構成されている、請求項２０に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット、及びＶＲまたはＡＲヘッドセットを操作するための方法に関し、詳細には、共振光源の自己混合干渉から眼球移動の方向を決定し、ディスプレイ上に画像を、ユーザの視線方向においてより高い解像度でレンダリングするように構成されたデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）、または複合現実（ＭＲ）ヘッドセットにおいて使用されるようなスマートガラスディスプレイでは、フォービエイテッドレンダリングを使用することが知られている。フォービエイテッドレンダリングは、眼が現在見ている方向（視線方向として知られている）を中心とした狭い立体角においてのみ高解像度画像を計算することによって、計算能力を節約することができる（したがって、電力消費を低減し、それに応じてバッテリ寿命を延ばすことができる）。狭い立体角の外側では、ディスプレイによって生成された画像は、はるかに少ない処理能力を必要とするぼやけた低解像度画像である。視線方向の外側領域の低解像度は、ユーザには認識されない。

【0003】

従来技術の追跡装置では、ユーザの眼を画像化するためのカメラを、照明用の複数のＬＥＤとともに利用している。これらのカメラベースのシステムでは、大量のイメージ処理とともにＬＥＤを動作させることを含むため、大量のパワーを使用し、バッテリ寿命を低下させる。

【0004】

いくつかの従来技術のシステムでは、眼を、異なる半径及び屈折率を有する２つの球体（角膜及び眼球）としてモデル化する。半径または屈折率の変化を利用して、角膜の周囲、従ってユーザの視線方向を決定することができる。

【0005】

Ｓａｒｋａｒ ｅｔ ａｌ．，「Ａ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｅｙｅ－ｔｒａｃｋｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｃｃａｄｅｓ ａｎｄ ｆｏｖｅａｔｅｄ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ」，ＩＥＥＥ ３０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ），３０４（２０１７）は、所与の時間において眼の位置を決定するためにスキャニングレーザ、ミラー、及びフォトダイオードを使用するスマートガラスに関する。これにより、眼の位置データから眼の移動速度を間接的に測定することができる。しかし、このデバイスは可動部品を含み、眼鏡がユーザに対して動くときに時間のかかる較正が必要である。また、角膜の境界を特定するスキャニングレーザに依拠しており、ユーザの眼の安全性にとって有害である可能性がある。

【0006】

Ｓａｎｇｕ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＰＩＥ １１３１０，１１３１０１Ｆ（２０２０）は、ＶＣＳＥＬアレイ、凹面鏡、及び２Ｄ感光検出器を使用する視線追跡に関する。これは、角膜の照明にも依拠し（ユーザの眼の安全性にとって有害である可能性がある）、大きなフォームファクタを有し、ユーザの眼の速度を直接には測定しない。

【0007】

Ｍｅｙｅｒ ｅｔ ａｌ．（Ｂｏｓｃｈ）－「Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｓｃａｎｎｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｙｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ｆｏｒ Ｒｅｔｉｎａｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ＡＲ Ｇｌａｓｓｅｓ」は、視線追跡用のＩＲ－ＶＣＳＥＬ－スキャニングを有するレーザビームスキャニング（ＬＢＳ）ディスプレイに関する。これは、角膜の照明にも依拠し（ユーザの眼の安全性にとって有害である可能性がある）、ユーザの眼の速度を直接には測定しない。

【0008】

Ｍｅｙｅｒ（Ｔｒｕｍｐｆ，Ｂｏｓｃｈ）ｅｔ ａｌ．，「Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｅｙｅ－Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ＡＲ Ｇｌａｓｓｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｓｅｌｆ－Ｍｉｘｉｎｇ Ｓｈｏｗｉｎｇ Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌ Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ Ａｇａｉｎｓｔ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ」は、自己混合干渉を利用してユーザの眼の位置を決定するための遠隔反射体として、眼の網膜を使用する視線追跡に関する。これは、網膜の照明に依拠し（ユーザの眼の安全性にとって有害である可能性がある）、ユーザの眼の速度を直接には測定しない。

【0009】

低消費電力で、較正を必要せず、ユーザの眼の安全性が改善され、可動部品がない眼球移動方向測定装置を有するＶＲまたはＡＲヘッドセットを提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0010】

全般的に、本開示は、ユーザの眼の移動方向を直接に決定するために、共振光源（レーザなど）から放出された光とユーザの眼から方向転換された光との間の自己混合干渉法を使用するデバイスを提供することによって、前述の問題のうちの少なくとも一部を打開することを提案する。

【0011】

態様及び好ましい特徴は、添付の特許請求の範囲に述べられている。

【0012】

提案する方法及びデバイスによって、以下の利点が得られる。
－ デバイスは、移動方向を直接測定し、移動方向を測定するより正確で電力消費が少ない方法を提供する。
－ デバイスは、従来技術のデバイスと比較して応答時間が非常に短い。
－ デバイスは機械的な可動部品を含まない。
－ 光検出器または光学素子を位置合わせする必要がなく、機械的な可動部品もないので、大幅な再較正がデバイスのユーザに必要とされることはない。
－ 本開示の実施形態は、別個の光検出器を必要としないため電力消費がさらに低減されるか、または共振光源に組み込まれた光検出器を利用する。
－ デバイスは、従来技術のデバイスと比較してフォームファクタが小さい。
－ デバイスは、周囲光からの外乱に対する感度がない（本方法及びデバイスが干渉を測定するため）。
－ デバイスは、電力消費が低減され、したがってバッテリ寿命が長くなる。
－ デバイスの操作は、角膜または網膜の照明を必要としないため、眼の安全性が向上する。

【0013】

提案する方法及びデバイスを使用して、ＶＲまたはＡＲヘッドセットにおける視線方向を推定し、フォービエイテッドレンダリングを向上させ得る。提案する方法及びデバイスは、疲労検出にも使用し得る。

【0014】

本開示の第１の態様によれば、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセットのディスプレイを操作するための方法であって、方法は、ユーザの眼の移動方向を決定することと、決定された移動方向から将来の視線方向を推定することと、ディスプレイ上に、推定された視線方向を含む領域におけるより高い解像度の画像データと、決定された視線方向を含む領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングすることと、を含み、ユーザの眼の移動方向を決定することは、第１のレーザによって放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することと、第１のレーザにおいて、ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、レーザキャビティ内で、第１のレーザによって生成された光とユーザの眼から方向転換された光との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、自己混合干渉を測定することと、測定された自己混合干渉から、ユーザの眼の移動方向を決定することと、を含む方法が提供される。

【0015】

本明細書では、方向転換された光を用いて、ユーザの眼から反射または散乱された光を指す場合がある。

【0016】

本方法はさらに、自己混合干渉法（ＳＭＩ）を介してユーザの眼の移動速度を決定することを含んでいてもよい。ＳＭＩによって、反射光を受け取るためのさらなるフォトダイオードを必要とすることなく、正確な移動方向または速度の測定が可能になる。ＳＭＩを使用して、放出光の一部がユーザの眼の表面から方向転換され、各レーザに戻る。レーザキャビティ内に再び結合された反射光は、元のレーザ光線と干渉して、レーザ放射特性を変調させる。レーザ放射特性（たとえばレーザパワー出力、接合電圧など）の変化を測定すれば、ユーザの眼の移動についての情報を得ることができる。ディスプレイ上に、推定された視線方向を含む領域におけるより高い解像度の画像データと、決定された視線方向を含む領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングすることによって、処理及び電力消費を低減しながら、ユーザはその視野において高解像度画像を見ることができる。

【0017】

本方法によって、ユーザの眼の移動速度または方向を直接測定し得る。ユーザの眼の位置を測定することなく、速度及び／または方向を直接測定することによって、方向または速度を測定するために使用される処理能力が減り、移動の方向及び速度の測定を非常に速く（高頻度で）かつより高精度で得ることができる。ユーザの眼の移動速度及び／または方向を測定することで、ユーザの視線方向を予測することができる。さらに、機械的な可動部品が使用されていないため、デバイスの重量、及びユーザの眼の移動速度または方向を測定するために使用される消費電力がさらに低減される。

【0018】

ユーザの眼を照明することは、ユーザの眼の強膜のみを照明することを含んでいてもよい。ユーザの眼を照明することは、角膜を照明することを含んでいなくてもよい。本明細書では、ユーザの眼の強膜を用いて、角膜の領域から離れているが依然として瞼の間にあるユーザの眼球の領域を指す。これによって、角膜（直径がより小さく、曲率がより大きい）と、直径がより大きいユーザの眼の他の領域との間の形状差に起因して生じる誤った速度測定の影響が減る。このような誤った速度測定は、レーザが角膜領域を第１の時点で照明し、角膜外側を２回目に照明した場合に生じる可能性がある。さらに、これによって、ユーザの眼に損傷を与える可能性がある角膜及び網膜への照明が減る。

【0019】

自己混合干渉からユーザの眼の移動方向を決定することは、ユーザの眼の移動に起因する方向転換された光のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉から、ユーザの眼の移動方向を決定することを含んでいてもよい。

【0020】

ユーザの眼の移動に起因する方向転換された光のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉からユーザの眼の移動方向を決定することは、測定された自己混合干渉に対してフーリエ変換を行うことを含んでいてもよい。

【0021】

本方法は、第１のレーザによって第１の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することと、第２のレーザによって第２の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することであって、第２の方向は第１の方向とは非平行である、照明することと、第１のレーザにおいて、ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、第１のレーザのレーザキャビティ内で、第１のレーザによって生成された光とユーザの眼から方向転換された光との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、第２のレーザにおいて、ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、第２のレーザのレーザキャビティ内で、第２のレーザによって生成された光とユーザの眼から方向転換された光との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、第１のレーザのレーザキャビティ内の自己混合干渉を測定し、第２のレーザのレーザキャビティ内の自己混合干渉を測定することと、第１のレーザのレーザキャビティ内の測定された自己混合干渉から、第１の方向におけるユーザの眼の移動を決定し、第２のレーザのレーザキャビティ内の測定された自己混合干渉から、第２の方向におけるユーザの眼の移動を決定することと、を含んでいてもよい。これによって、２つの方向での移動速度を測定するための方法が可能になる。

【0022】

自己混合干渉を測定することは、レーザの電圧または電流を測定することを含んでいてもよい。ユーザの眼の移動は、各レーザに入力される電流または電圧から決定してもよい。ＳＭＩはレーザ出力に影響するので、レーザへの電力供給にも影響する。これは、ユーザの眼の移動方向または速度を決定するために測定することができる。これによって、別個の光検出器を必要とすることなく、ユーザの眼の移動方向及び／または速度を測定することができ、これによって消費電力が低減される。

【0023】

代替的に、ＳＭＩは光学的検出を使用してもよく、ユーザの眼の移動が各レーザ源の光出力から決定される。たとえば、フォトダイオードをレーザの近くに配置して、レーザの出力強度を測定してもよい。フォトダイオードは、レーザエピタキシ内に一体化してもよいし、またはレーザの背後に配置してもよく、光がユーザの眼に進むときに通るミラーとは反対側のレーザミラーから出力されるパワーをモニタリングするように配置してもよい。

【0024】

本開示のさらなる態様によれば、仮想現実または拡張現実ヘッドセットであって、ユーザの頭部に取り付けるためのフレームと、フレーム内に組み込まれるかまたはフレーム上に配置された眼球移動を決定するためのデバイスであって、デバイスは、使用中にユーザの眼を照明するための光ビームを放出し、ユーザの眼から方向転換された光を受け取るように構成された第１のレーザであって、レーザキャビティ内で、第１のレーザによって生成された光とユーザの眼から方向転換された光との間で自己混合干渉が生じるように構成されている第１のレーザと、自己混合干渉を測定するように構成された測定装置と、測定された自己混合干渉からユーザの眼の移動方向を決定するように構成された処理ユニットであって、処理ユニットはさらに、決定されたユーザの眼の移動方向から将来の視線方向を推定するように構成されている、処理ユニットと、ディスプレイ上に、決定された将来の視線方向での表示領域におけるより高い解像度の画像データと、決定された将来の視線方向での表示領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングするように構成されたディスプレイと、を含むデバイスが提供される。

【0025】

第１のレーザは、（たとえば、ユーザの眼の通常の移動範囲に対して）ユーザの眼の強膜に向けてのみ光を放出するように構成してもよい。本明細書では、ユーザの眼の強膜を用いて、角膜の領域から離れているが、依然として瞼の間にあるユーザの眼球の領域を指す。

【0026】

本明細書では、方向転換された光を用いて、ユーザの眼から反射または散乱された光を指す場合がある。光を用いて、可視光線を指す場合があるが、可視スペクトル外の電磁放射（たとえば、赤外線放射）を指す場合がある。

【0027】

処理ユニットはさらに、測定された自己混合干渉からユーザの眼の移動速度を決定するように構成してもよい。

【0028】

処理ユニットは、ユーザの眼の移動に起因する方向転換された光のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉から、ユーザの眼の移動方向を決定するように構成してもよい。本明細書では、ドップラーシフトを用いて、第１のレーザから放出された光と、ユーザの眼の移動に起因するユーザの眼から方向転換された光との間の周波数差を指す場合がある。

【0029】

第１のレーザは単色（狭帯域）であってもよい。第１のレーザは、正確な方向または速度測定のために高コヒーレンスを有していてもよい（たとえば、コヒーレンス長が２ｃｍを超える、より好ましくはコヒーレンスが２ｍまたは２００ｍを超える）。

【0030】

第１のレーザは、赤外線または近赤外線スペクトルにおける波長において動作するように構成してもよい。たとえば、第１のレーザは、波長が８５０ｎｍ～１５００ｎｍ、たとえば９４０ｎｍの光を放出するように構成してもよい。波長が長いほど、通常は、眼の安全性の観点からより優れており、したがって比較的より高い出力パワーで使用することができ、より優れた信号対雑音比をもたらし得る。

【0031】

第１のレーザは、端面発光レーザ、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ、または分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザなどのレーザダイオードを含んでいてもよい。

【0032】

第１のレーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含んでいてもよい。ＶＣＳＥＬＳは、比較的安価であり、低消費電力であるため、デバイスのバッテリ寿命が延びる。さらに、ＶＣＳＥＬＳはフォームファクタが小さいため、より省スペースのデバイスが得られる。

【0033】

測定装置は、光検出器を含んでいてもよい。

【0034】

処理ユニットは、光検出器に入射する光の周波数変調を決定するように構成してもよい。レーザにおける光の周波数変調は、レーザキャビティに再び入る反射光によって誘導されてもよい。

【0035】

第１のレーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含んでいてもよく、光検出器は、ＶＣＳＥＬと単一の半導体デバイスとして一体化されていてもよい。これにより、再較正または光検出器の位置合わせへの要件が取り除かれる。

【0036】

光検出器は、第１のレーザから空間的に分離されていてもよく、デバイスはさらに、自己混合干渉の少なくとも一部を光検出器に向けて方向転換するように構成された光学素子を含んでいてもよい。光学素子は、ビームスプリッタであってもよいし、またはデバイスに組み込むことができるかまたはデバイスを含むＶＲもしくはＡＲヘッドセットまたはスマートグラスに組み込むことができる他の光学素子（カバーガラスなど）であってもよい。

【0037】

測定装置は、レーザの電圧入力または電流入力を測定するように構成されたセンサを含んでいてもよい。これにより、別個の光検出器を必要とすることなく、ユーザの眼の移動方向及び速度を測定することができる。これにより、電力消費が低減され、フォームファクタがより小さくなり、デバイスの設計配置における柔軟性が増加したデバイスが可能になる。別個の光検出器は必要ではないので、デバイスは、より高い生産収率及びより大きな設計自由度で実施及び製造するために、より単純でより費用対効果が高い。

【0038】

第１のレーザは、放出された光ビームの光軸がユーザの眼の表面に対して鋭角を形成するように光ビームを放出するように構成してもよい。この角度は、第１のレーザの入射角と言ってもよい。光ビームは鋭角であってもよく、ユーザの眼の表面に垂直でなくてもよいので、ビームは、ユーザの眼の回転中にユーザの眼の移動方向に成分を有して、ユーザの眼の回転に起因するドップラーシフトを経てもよい。

【0039】

デバイスは、使用中にユーザの眼を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第１のレーザ対を含んでいてもよく、第１のレーザ対は、第１のレーザと第２のレーザとを含んでいてもよい。第１のレーザは、第１の方向に光を放出するように構成してもよく、第２のレーザは、第２の方向に光を放出するように構成してもよく、第２の方向は第１の方向とは非平行である。

【0040】

第２のレーザは、第１のレーザと同様の方法で動作してもよい。しかし、第２のレーザは、異なる方向に光を放出するように構成してもよい。また第２のレーザは、使用中にユーザの眼を照明するための光ビームを放出し、ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、第２のレーザのレーザキャビティ内で、第２のレーザによって生成された光とユーザの眼から方向転換された光との間で自己混合干渉が生じるように構成してもよい。デバイスはさらに、第２のレーザの自己混合干渉を測定するように構成された第２の測定装置を含んでいてもよい。処理ユニットはさらに、第２のレーザからの測定された自己混合干渉からユーザの眼の移動方向を決定するように構成してもよい。

【0041】

デバイスは、使用中にユーザの眼を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第２のレーザ対を含んでいてもよく、第２のレーザ対は、第３のレーザと第４のレーザとを含んでいてもよい。第３のレーザは、第１の方向と平行な方向に光を放出するように構成してもよく、第４のレーザは、第２の方向と平行な方向に光を放出するように構成してもよい。

【0042】

デバイスは、第１のレーザからの放出された光ビームの、ユーザの眼の中心を二分する第１の平面に対するオフセットが、第３のレーザからの放出された光ビームの、ユーザの眼の中心を二分する第１の平面に対するオフセットに等しくなるように構成してもよく、またデバイスは、第２のレーザからの放出された光ビームの、ユーザの眼を二分する第２の平面に対するオフセットが、第４のレーザからの放出された光ビームの、ユーザの眼を二分する第２の平面に対するオフセットに等しくなるように構成してもよい。第１及び第３のレーザは、第１の平面と平行な方向に光を放出するように構成してもよく、第２及び第４のレーザは、第２の平面と平行な方向に光を放出するように構成してもよい。

【0043】

第３のレーザからのビームと第１のレーザからのビームとが、平行であり、またユーザの眼の中心を二分する平面に対して等しいオフセットを有するということは、第１のレーザからの放出された光ビームの入射角を、第３のレーザからの放出された光ビームの入射角と等しくなるように構成できることを意味する。同様に、第２のレーザからのビームと第４のレーザからのビームとが、平行であり、またユーザの眼の中心を二分する平面に対して等しいオフセットを有するということは、第２のレーザからの放出された光ビームの入射角を、第４のレーザからの放出された光ビームの入射角と等しくなるように構成できることを意味する。この構成によれば、第１のレーザと第３のレーザとを使用して、眼の速度ベクトルの互いに同じ成分を測定することができ、第２のレーザと第４のレーザとを使用して、互いに同じ速度ベクトルを測定することができる。そして、これらを互いにクロスチェックすることができる。

【0044】

第３のレーザは、第３の方向に光を放出するように構成してもよく、第３の方向は第１の方向とは異なっており、第４のレーザは、第２の方向とは異なり第３の方向とは非平行である第４の方向に光を放出するように構成してもよい。この構成によれば、レーザの第１及び第２の対は、眼の速度ベクトルの同じ絶対値を測定する。

【0045】

第１のレーザ対は、ユーザの眼の第１の領域を照明するように構成してもよく、第２のレーザ対は、ユーザの眼の第２の領域を照明するように構成してもよく、第２の領域は第１の領域から離れている。

【0046】

次に、本開示のいくつかの実施形態を、添付図面を参照しながら単に一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】眼球移動を決定するためのデバイスを含むＶＲまたはＡＲヘッドセットの概略平面図である。

【図2】２つのレーザ対を含む眼球移動を決定するためのデバイスの概略断面図である。

【図3】ユーザの眼を照明する２つのレーザの概略図である。

【図4】ユーザの眼を照明する２つのレーザ対の概略図である。

【図5】眼球移動を決定するためのデバイスを含む代替的なＶＲまたはＡＲヘッドセットの概略平面図である。

【図6】図５のＶＲまたはＡＲヘッドセットで使用するホログラフィック楕円ミラーを例示する図である。

【図7】眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるレーザの概略図である。

【図8】図６のレーザのレーザキャビティ内での光の自己混合干渉を示す図である。

【図9a】光の自己混合干渉を測定する眼の変位を示す図である。

【図9b】光の自己混合干渉を測定する電圧信号を示す図である。

【図9c】光の自己混合干渉を測定する光電流信号を示す図である。

【図9d】光の自己混合干渉を測定する光電流信号を示す図である。

【図10】図９ｂに示した電圧信号または図９ｃに示した光電流信号の時間微分を示す図である。

【図11】自己混合干渉を測定する電圧信号の高速フーリエ変換を示す図である。

【図12a】眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードの代替的な構成を例示する図である。

【図12b】眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードの代替的な構成を例示する図である。

【図12c】眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードの代替的な構成を例示する図である。

【図12d】眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードの代替的な構成を例示する図である。

【図13】レーザ接合部における電圧読み出しを例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0048】

全般的に言って、本開示によって、ＶＲまたはＡＲヘッドセットのディスプレイを操作するための方法であって、共振光源及び対応するＶＲまたはＡＲヘッドセットの自己混合干渉から眼球移動を決定することを含む方法が提供される。

【0049】

解決策のいくつかの例を、添付図に示す。

【0050】

図１に、ステム３を有するフレーム２を含む１対のスマートガラス１（たとえば、仮想現実（ＶＲ）、拡張現実（ＡＲ）または複合現実（ＭＲ）ヘッドセット）内に組み込まれた眼球移動を決定するためのデバイスの概略平面図を例示する。

【0051】

デバイスは、ユーザの眼６を照明するためにレーザビーム５を放出するように構成されたレーザ４（たとえば、ＶＣＳＥＬレーザ）を含む。レーザビーム５の一部は、ユーザの眼６から方向転換（反射または散乱）されて、レーザ４内に戻る。したがって、レーザ４は、方向転換された光を受け取るためのレシーバーユニットでもある。方向転換された光は、レーザ４の出力を変化させる自己混合干渉（ＳＭＩ）を通してレーザ４のレーザキャビティ内で、放出された光ビームと干渉する。レーザ４の出力強度（またはレーザ４への入力電圧または入力電流）をモニタリングすることによって、ユーザの眼６の移動方向及び速度を決定することができる。デバイスはまた、ＳＭＩに基づいてユーザの眼６の移動方向及び速度を決定するための処理ユニット８を含む。

【0052】

処理ユニット８は、図７に関連して説明するように、ユーザの眼の移動に起因する方向転換された光のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉から、ユーザの眼の移動方向及び速度を決定するように構成されている。これにより、直接的な速度測定が可能になる。

【0053】

レーザビームは、眼鏡のユーザ／着用者の眼６の強膜（角膜７の外側の領域）を照明してもよい。これにより、角膜領域７（直径がより小さく、曲率がより大きい）と、直径がより大きいユーザの眼６の他の領域との間の形状差に起因して生じる誤った速度測定の影響が減る。このような誤った速度測定は、レーザが角膜領域７を第１の時点で照明し、角膜外側７を２回目に照明した場合に生じる可能性がある。さらに、これによって、ユーザの眼６に損傷を与える可能性がある角膜７及び網膜への照明が減る。

【0054】

図１に示す例では、レーザ４は、眼鏡のフレーム２の角部（またはテンプル）に配置されているが、レーザ４は、フレーム２のブリッジ上を含む他の場所に配置してもよい。図示した例では、処理ユニット８は、ステム３上に配置されているが、眼鏡上の他の場所に配置してもよい。

【0055】

ディスプレイは、スマートガラスのフレーム２内に配置してもよい。処理ユニットを使用してユーザの将来の視線方向を決定してもよく、ディスプレイを、フォービエイテッドレンダリングを使用して、眼が見ている方向（視線方向）を中心とした狭い立体角のみにおいて高解像度画像を表示するように構成してもよい。狭い立体角の外側では、ディスプレイによって生成された画像は、はるかに少ない処理能力を必要とするぼやけた低解像度画像である。

【0056】

図２に、２つのレーザ対を含む眼球移動を決定するためのデバイスの概略正面図を例示する。デバイスは、第１のレーザ対４ａ、４ｂと、第２のレーザ対４ｃ、４ｄと、を含む。

【0057】

各レーザ４は、ユーザの眼６を照明するためにレーザビーム５を放出するように構成されている。レーザビーム５の一部は、ユーザの眼６から方向転換されて、レーザ４内に戻る。したがって、レーザ４は、方向転換された光を受け取るためのレシーバーユニットでもある。方向転換された光は、レーザ４の出力を変化させる自己混合干渉（ＳＭＩ）を通して、レーザ４のレーザキャビティ内で、放出された光ビームと干渉する。レーザ４の出力強度、またはレーザ４への入力電圧または入力電流をモニタリングすることによって、ユーザの眼６の移動方向及び速度を決定することができる。デバイスは、測定されたＳＭＩに基づいてユーザの眼６の移動方向及び速度を決定するための処理ユニット（図示せず）も含んでいる。

【0058】

第１のレーザ対の第１のレーザ４ａは、第１の方向に光を放出して、第１の方向におけるユーザの眼の移動速度の成分を測定するように構成されている。第１のレーザ対の第２のレーザ４ｂは、第２の方向に光を放出するように構成されている。第１の方向とは異なる方向におけるユーザの眼の移動速度の成分を測定するために、第２の方向は第１の方向とは非平行である。第１のレーザ対の第２のレーザ４ｂは、第１のレーザ４ａと直交する方向に光を放出して、第１の方向と垂直な方向における移動の成分を測定するように構成してもよい。

【0059】

レーザビームは、ユーザの眼６の強膜９（開いた瞼１０間で角膜７の外側の領域）を照明してもよい。これにより、（前述したように）角膜領域７間の形状差に起因して生じる誤った速度測定の影響が減る。ユーザの眼６に損傷を与える可能性がある角膜及び網膜に対する照明も減る。

【0060】

第１のレーザ対４ａ、４ｂは、ユーザの眼の上の第１の領域または点を照明するように構成されており、第２のレーザ対４ｃ、４ｄは、ユーザの眼の上の第２の領域または点を照明するように構成されている。第２の点は、第１の領域から離間に配置されている。この例では、第１の点は、第１の方向において角膜から離間に配置され、第２の点は、第２の方向において角膜から離間に配置されている。言い換えれば、第１及び第２の領域（または点）は、角膜領域７の反対側にある。

【0061】

一実施形態では、第２のレーザ対の第１のレーザ４ｃは、第１のレーザ対の第１のレーザ４ａによって放出される光の方向と平行な方向に光を放出するように構成することができる。第２のレーザ対の第２のレーザ４ｄは、第１のレーザ対の第２のレーザ４ｂによって放出される光の方向と平行な方向に光を放出するように構成することができる。この構成を図３に示す。

【0062】

この構成を使用する場合、第１のレーザ４ａ、４ｃは（レーザ４ａ、４ｃが、ほぼ球状の眼球の角膜領域７の外側の眼球を照明する場合）、同じ速度成分ｖ_{１，｜｜，}ｖ_３，｜｜だが、反対の符号を決定するはずである。図３に示したように、第１のレーザ４ａからの放出された光ビームの、ユーザの眼６を二分する第１の平面に対するオフセットΔｘ_１は、第３のレーザ４ｃからの放出された光ビームの、ユーザの眼６を二分する第１の平面に対するオフセットΔｘ_３と等しい。これによって、第１のレーザ４ａ、４ｃの入射角の入射角が同一であることが保証される。これにより、第１のレーザ４ａ、４ｃは、眼球の接線速度ベクトルｖの、レーザビームと平行な同じ絶対速度成分ｖ_｜｜を測定することができる。決定された速度成分は、符号を除いて同一である。これは、ユーザの眼６の測定された移動方向または速度をクロスチェックすることができ、レーザビームが眼球ではなく角膜に誤って当たった場合に測定されるわずかな不正確な速度も、特定できることを意味する。これは、第２のレーザ４ｂ、４ｄ（図示せず）にも適用される。

【0063】

代替的に、第２のレーザ対の第１のレーザ４ｃは、第１のレーザ対の第１のレーザ４ａによって放出される光の第１の方向ｋ_１とは異なる方向ｋ_３に光を放出するように構成することができる。同様に、第２のレーザ対の第２のレーザ４ｄは、第２のレーザ対の第２のレーザ４ｂによって放出される光の第２の方向ｋ_２とは異なる方向ｋ_４に光を放出するように構成することができる。これを図４に示す。この実施形態では、いずれのレーザも互いと平行な方向に光を放出する必要はなく、４つのレーザはそれぞれ、互いに異なる方向に光を放出してもよい。各レーザ対を使用して、眼の速度ベクトルの絶対値｜ｖ_１｜，｜ｖ_３｜を、レーザビームと平行な測定された速度成分ｖ_｜｜を使用して測定することができる。そして、眼の速度ベクトルの絶対値｜ｖ_１｜，｜ｖ_３｜を、両レーザ対を使用してクロスチェックすることができる。

【0064】

２つのレーザ対を使用することによって、測定された速度を、２対間でクロスチェックまたは平均化することができる。さらに、角膜領域７とユーザの眼６の他の領域との間の形状差に起因して生じる誤った速度測定の影響を、角膜を照明するレーザ対によって決定される速度を拒否することによって、なくすことができる。角膜７の場所（どの速度測定値を無視すべきかを決定するために使用される）を、視線方向から決定することができる。

【0065】

したがって、２つのレーザ対を使用することで、ユーザの眼の移動方向及び速度を決定することが簡素化されて精度が増加し、決定がよりロバストで安定する。

【0066】

図２に２つのレーザ対を示すが、デバイスは、単一のレーザ４または１つのレーザ対のみを用いて動作してもよい。各レーザは、個々のレーザ４から放出される光ビーム５と平行な方向におけるユーザの眼の移動速度の成分を検出することができる。

【0067】

２つのレーザ対を用いた実施形態では、第１のレーザ対は、眼鏡のテンプルまたはステム上に配置してもよく、第２のレーザ対は、眼鏡のブリッジ上に配置してもよい。

【0068】

代替的に、デバイスは、図５に示したように、眼鏡のテンプル上のレーザと、レーザビームをユーザの眼に向けて方向転換するために眼鏡のレンズの前方に配置されたホログラフィック反射器と、を含んでいてもよい。

【0069】

図５に、ステム３を有するフレーム２を含む１対の眼鏡１（たとえばＡＲスマートガラス）内に組み込まれた視線追跡デバイスを示す。この実施形態では、デバイスは、ＶＣＳＥＬレーザである２つのレーザ源を含むレーザ出力ユニットを含む。デバイス１はまた、レーザ出力ユニット４からのレーザビーム５を方向転換するためのミラーである第１の光学素子２０を含む。

【0070】

デバイスはさらに、第２の光学素子２１を含む。第２の光学素子２１は、反射及びコリメーティングレンズ（たとえば、ブラッグ反射器）であり、これはユーザの眼６上に平面波照明場を提供する。レーザビーム５の一部は、ユーザの眼６から反射して戻って、レーザ出力ユニット４内に入る。したがって、レーザ出力ユニット４は、反射光を受け取るためのレシーバーユニットでもある。方向転換された光は、レーザ出力ユニット４のレーザ源の出力を変化させる自己混合干渉（ＳＭＩ）を通して、レーザ４のレーザキャビティ内で、放出された光ビームと干渉する。レーザ４の出力強度（またはレーザ４への入力電圧または入力電流）をモニタリングすることによって、ユーザの眼６の移動方向及び速度を決定することができる。デバイスはまた、ＳＭＩに基づいてユーザの眼６の移動方向及び速度を決定するための処理ユニット８も含む。

【0071】

図５では、角膜７を照明するこの例のレーザビーム５を示しているが、レーザビームは、その代わりに、眼鏡のユーザ／着用者の眼６の強膜（角膜７の外側の領域）を照明してもよい。

【0072】

第２の光学素子は、図６に示すように、ホログラフィック楕円ミラーであってもよい。図６では、ホログラフィック楕円ミラー２１から反射されて、ターゲット２３（たとえば、ユーザの眼）上に平面波照明場２２をもたらす発散レーザビーム５の概略図を示す。

【0073】

他の実施形態では、レーザ出力ユニット４を、眼６の前方のフレーム内に配置して、反射要素を必要とすることなく、レーザビーム５をユーザの眼上に直接送信してもよい。また、レーザ出力ユニット４内にレーザ源を有する必要もない。その代わりに、レーザ源をデバイスから離して配置して、レーザビーム５を送信するために導波路に接続してもよい。

【0074】

図７に、眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用するレーザの概略図を例示する。レーザ４は、１対のミラー間のレーザキャビティ１３内にダイオード接合部を有するダイオードレーザであってもよい。ダイオードレーザは、第１の（アウトカップリングとして知られている）ミラー１６と、第２の（高反射率として知られている）ミラー１５とを有する。第１及び第２のミラー１５、１６は、互いに面する反射面を有して、その間にレーザキャビティ１３を形成している。第１のミラー１５は部分的に透過性であり、これにより、生成された光の一部がレーザキャビティ１３から出ることができ、方向転換された光の一部がレーザキャビティ１３に再び入ることができる。

【0075】

駆動電流がターンオンされると、ダイオード接合部において光が放出され、ミラー対１５、１６間で前後に反射される。循環光の一部は、アウトカップリングミラー１６を通ってレーザビーム１１としてレーザキャビティ１３を出る。放出されたレーザビーム１１がユーザの眼６に当たると、光１２の一部は、ユーザの眼から方向転換され、レーザ４に向けて戻るように方向転換される。方向転換された光１２の一部は、レーザキャビティ１３に入り、レーザキャビティ１３内を循環する光と混合して、自己混合干渉１４を生成する。

【0076】

ユーザの眼６が、速度ｖ_ｒで移動している場合、方向転換された光１２の周波数は、ドップラーシフトに起因して以下の等式に従って、量ｆ_Ｄだけ変化する。

【0077】

【数1】

【0078】

ここで、λは、レーザ４によって放出され、レーザキャビティ１３によって与えられる光１１の波長である。周波数変化ｆ_Ｄの符号は、ユーザの眼に入射する光１１の放出方向に対する、ユーザの眼の移動の相対的な方向に依存する。

【0079】

レーザ４からの放出された光１１の周波数はｆであり、したがって、ユーザの眼から方向転換された光のドップラーシフトされた周波数はｆ±ｆ_Ｄである。したがって、図８に示したように、放出されたビーム１１と方向転換されたビーム１２との自己混合干渉１４は、次のビート信号を含む。

【0080】

【数2】

自己混合干渉（ＳＭＩ）によって、レーザ４の出力が変化する。レーザ４の出力強度、またはレーザ４への入力電圧または入力電流をモニタリングすることによって、ユーザの眼６の移動方向及び速度を決定することができる。デバイスはまた、レーザ４の出力強度、またはレーザ４への入力電圧または入力電流に基づいて、ユーザの眼６の移動方向及び速度を決定するための処理ユニット（図示せず）を含む。

【0081】

またドップラーシフトは、定電流で駆動されるときのレーザの電圧、定電圧で駆動されるときのレーザの電流、及び自己混合干渉を検出する光検出器によって生成される電流または電圧にも存在する。

【0082】

レーザからの放出光１１の波長は、ビート周波数を有する三角波形によって変調してもよい。これは、変調された三角形状のランプ電流をレーザに印加することによって行うことができ、その結果、レーザの電界の位相変化が生じる。眼が回転している場合、ユーザの眼から方向転換された光は、ドップラーシフトを受ける。電流の三角波形の各半周期（すなわち、電流を増加させた後に、電流を減少させたとき）に対応するＳＭＩ信号のフーリエ変換（ＦＦＴ）を計算し、そして、２つのＦＦＴ値を減算することによって、（計算の出力符号を用いて）回転速度及び回転方向を得ることができる。

【0083】

図９ａに、レーザと移動するターゲットとの間の距離を、したがって、レーザに対するターゲットの変位を、時間で示す。たとえば、これは、レーザとユーザの眼との間の距離を示してもよい。この図において、レーザが眼の中心を指しており、レーザとユーザの眼との間が最小距離である場合、時間スケールはゼロを中心としている。

【0084】

図９ｂにレーザの電圧信号を示し、図９ｃに、ＳＭＩを測定するフォトダイオードの光電流を示す。光電流は、図９ａに示したような、レーザに対するターゲットの変位に対応する。時間領域では、電圧信号及び光電流信号は通常、丸みを帯びた鋸歯（または歪んだコサイン）であり、図９ｄに示すようなユーザの眼の瞬時の移動速度に比例する周期性を有する。信号フィードバックに応じて、電圧信号または電流信号は、正弦関数または余弦関数から鋸歯関数に、さらには無秩序の多評価関数に変化する可能性がある。丸みを帯びた鋸歯状信号の非対称性によって、各「歯」の一方の側における信号変化が他方の側よりもはるかに急になり、これによって、電圧信号の時間微分にスパイクが生じる。ユーザの眼の移動方向に依存して、ドップラーシフトされた電圧は、より長いまたはより短い波長を有し、これは、鋸歯状の最大値が左にシフトしたかまたは右にシフトしたかを規定する。

【0085】

またレーザの電圧信号と、固定距離において回転する眼に起因するＳＭＩを測定するフォトダイオードの光電流とが、図９ｂ及び図９ｃに示したものと同様になる。

【0086】

鋸歯が左に傾いているか右に傾いているかに応じて、誘導体内のスパイクは、図１０に示したように正または負の極性を有し、したがって、移動方向を決定することができる。鋸歯が左に傾いている場合、これは第１の方向への移動を意味し、鋸歯が右に傾いている場合、これは第１の方向とは反対の方向への移動を意味する。

【0087】

電圧信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、図１１に示したように複数の周波数成分を含んでいる場合があり、これには、周波数０におけるＤＣ成分及び基本ビートが含まれる。干渉信号の最も強い周波数成分は、レーザによって生成された電磁放射とレーザの共振キャビティ内に戻って受け取られた電磁放射との間のドップラーシフトによって生じる周波数成分として解釈することができる。この例では、ドップラーシフトの周波数成分は１０６５Ｈｚである。

【0088】

周波数領域では、非対称性によって、フーリエ変換の位相の符号の変化が生じる。この符号の変化によって、移動方向の検出も可能になる。

【0089】

図７のレーザ４は、眼球移動を決定するためのデバイスとしての処理ユニットとともに使用することができ、このデバイスは以下の利点を有する。

【0090】

－ 直接の速度測定を可能にする
－ 非常に短い応答時間を有する
－ 機械的な可動部品を含まない
－ 大幅な再較正を必要としない
－ 別個の光検出器を必要としない
－ 必要な干渉に起因して、周囲光からの外乱に対して実質的に感度がない
－ 視線の絶対的な方向を検出する他の技術と組み合わせることができる。

【0091】

これにより、眼球移動の方向及び速度を決定するための簡単で、ロバストで、迅速な方法及びデバイスが提供される。

【0092】

このデバイスは低消費電力である（直接の速度測定に必要とされる比較的低い処理能力、光検出器が必要とされないこと、非常に低消費電力であるＶＣＳＥＬを使用することによる）。

【0093】

使用するレーザはＶＣＳＥＬであってもよい。ＶＣＳＥＬは、非常に小さくすることができるため、デバイスを非常に省スペースな方法で実現することができる。さらに、別個の光検出器のためのさらなるスペースが必要でない。

【0094】

図１２ａ～図１２ｄに、眼球移動を決定するためのデバイスにおいて使用されるＶＣＳＥＬ４及びフォトダイオード１７の代替的な構成を例示する。自己混合干渉１４は、放出光１１及び方向転換された光１２のビーム経路に沿った任意の点で検出することができる。フォトダイオード１７は、レーザの光キャビティ内での自己混合干渉に起因して変調するビームの光出力を検出してもよい。これによって、光検出器１７配置の高度の柔軟性が、したがってデバイスのデザインにおける高い柔軟性が可能になる。さらに、フォトダイオード１７の光信号は、レーザ４の得られる電気信号よりもノイズが少ない。加えて、少なくとも図１２ａ、図１２ｂ、及び図１２ｄに示す実施形態では、光検出器は、ＶＣＳＥＬに対して一定の位置であってもよく、したがって、較正の必要性が取り除かれる。

【0095】

図１２ａに、ビーム経路に沿ってビームスプリッタ１８が配置される第１の構成を例示する。（自己混合干渉を受けた）ビームの一部は、ビームスプリッタ１８によって、光検出器１７（レーザ４から横方向に離間に配置されている）に向けて方向転換される。この例では、ビームスプリッタ１８は、ビーム経路に対して４５°の角度で配置されている。ビームスプリッタは、レーザ４のアウトカップリングミラーの近くに位置決めすることができる。ビームスプリッタは、出口ミラーを出る光の大部分をビームスプリッタ１８を通過させ、一部を光検出器１７に反射してもよい。

【0096】

図１２ｂに、カバーガラス１９が、光検出器１７に向けて光を方向転換するビームスプリッタとして作用する第２の構成を例示する。光検出器１７は、レーザ４から横方向に離間に配置されている。この例では、カバーガラス１９は、ビーム経路に垂直に配置されている。

【0097】

図１２ｃに、光検出器１７がユーザの眼６上にまたはユーザの眼６の上方に配置されている第３の構成を例示する。

【0098】

図１２ｄに、光検出器１７がレーザ４の背後に配置されている第４の構成を例示する。バックミラー（図７の高反射率ミラーとして示す）を、部分的に透過性（たとえば、１００％反射性ではなく９９％反射性）に形成することができ、光検出器１７は、そのバックミラーの近くに位置決めされている。この例では、レーザビームの一部が、レーザキャビティを出て高反射率ミラー１５を通って光検出器１７に行ってもよい。これは、レーザ４を光検出器１７上に積層することによって、または光検出器１７をレーザ４に一体することによって達成してもよい。これにより、空間的に分離された光検出器１７を使用する場合よりもコンパクトな解決策が得られる。

【0099】

図１３に、レーザ接合部における電圧読み出しを例示する。これは、電圧読み出しを用いて自己混合干渉を測定する代替的な方法を示している。自己混合干渉のフィードバックによって、レーザ閾値及びレーザの他の動作パラメータの変化が生じる。これを、図１３のグラフ上に見ることができる。結果として、干渉フィードバックは、光検出器へのパワーと同様にレーザ接合電圧を変調する。レーザ電圧における摂動を使用して、ユーザの眼の移動速度及び方向を決定することができる。

【0100】

デバイスの動作中に、レーザに対する入力信号をモニタリングして、自己混合干渉を測定し、ユーザの眼の移動方向及び速度を決定することができる。たとえば、レーザを定電流で駆動してもよく、電圧の変化を測定する。またはレーザを定電圧で駆動してもよく、電流の変化を測定する。自己混合干渉の電気的検出によって、別個の光検出器の必要性が取り除かれる。

【0101】

図７のレーザを、電圧センサなどの電気センサと結合して、レーザの接合電圧を測定してもよい。電圧センサは、レーザと定電流駆動回路との間の接合部に容量結合（たとえば、ＡＣ結合）することができ、接合電圧のＤＣ成分を取り除きながら、接合部の変調された電圧を検知してもよい。処理ユニットが、接合電圧から得られた自己混合干渉信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を計算してもよく、前述したように、ＦＦＴから（たとえば、ドップラ周波数から）ユーザの眼の移動速度及び方向を決定してもよい。

【0102】

実施形態のいくつかの態様を電圧変調に関して説明してきたが、本発明の実施形態は、電流変調またはレーザからの光出力の変調を使用してもよい。

【0103】

特定の実施形態について前述で説明してきたが、特許請求の範囲はこれらの実施形態に限定されない。開示した各特徴を、説明した実施形態のいずれかに、単独でまたは本明細書で開示した他の特徴との適切な組み合わせで、組み込んでもよい。

【符号の説明】

【0104】

１ スマートガラス
２ フレーム
３ ステム
４ レーザ
４ａ 第１のレーザ
４ｂ 第２のレーザ
４ｃ 第３のレーザ
４ｃ 第４のレーザ
５ レーザビーム
６ 眼
７ 角膜
８ 処理ユニット
９ 強膜
１０ 瞼
１１ レーザによって生成された光
１２ 方向転換された光
１３ レーザキャビティ
１４ 自己混合干渉
１５ 高反射率ミラー
１６ アウトカップリングミラー
１７ 光検出器
１８ ビームスプリッタ
１９ カバーガラス
２０ 第１の光学素子
２１ 第２の光学素子
２２ 平面波照明
２３ ターゲット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図9c】

【図9d】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図12d】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-16

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）のディスプレイを操作するための方法であって、前記方法は、
ユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、
前記決定された移動方向から将来の視線方向を推定することと、
前記ディスプレイ上に、前記推定された視線方向を含む領域におけるより高い解像度の画像データと、前記決定された視線方向を含む前記領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングすることと、を含み、
前記ユーザの眼（６）の移動方向を決定することは、
第１のレーザ（４）によって放出された光ビーム（１１）を用いて前記ユーザの眼を照明することと、
前記第１のレーザ（４）において、前記ユーザの眼（６）から方向転換された光（１２）を受け取って、レーザキャビティ内で、前記第１のレーザによって生成された光と前記ユーザの眼（１２）から方向転換された前記光との間で自己混合干渉（１４）が生じるようにすることと、
前記自己混合干渉（１４）を測定することと、
前記測定された自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の移動方向を決定することと、を含む前記方法。

【請求項2】

前記ユーザの眼（６）を照明することは、前記ユーザの眼（６）の強膜のみを照明することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法はさらに、前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の移動速度を決定することを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することは、前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定することは、前記測定された自己混合干渉に対してフーリエ変換を行うことを含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記方法は、
前記第１のレーザ（４ａ）によって第１の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することと、
第２のレーザ（４ｂ）によって第２の方向に放出された光ビームを用いてユーザの眼を照明することであって、前記第２の方向は前記第１の方向とは非平行である、前記照明することと、
前記第１のレーザ（４ａ）において、前記ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、前記第１のレーザのレーザキャビティ内で、前記第１のレーザ（４ａ）によって生成された光と前記ユーザの眼から方向転換された光（６）との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、
前記第２のレーザ（４ｂ）において、前記ユーザの眼から方向転換された光を受け取って、前記第２のレーザのレーザキャビティ内で、前記第２のレーザ（４ｂ）によって生成された光と前記ユーザの眼から方向転換された光（６）との間で自己混合干渉が生じるようにすることと、
前記第１のレーザ（４ａ）の前記レーザキャビティ内の前記自己混合干渉を測定し、前記第２のレーザ（４ｂ）の前記レーザキャビティ内の前記自己混合干渉を測定することと、
前記第１のレーザ（４ａ）の前記レーザキャビティ内の前記測定された自己混合干渉から、前記第１の方向における前記ユーザの眼（６）の移動を決定し、前記第２のレーザ（４ｂ）の前記レーザキャビティ内の前記測定された自己混合干渉から、前記第２の方向における前記ユーザの眼（６）の移動を決定することと、を含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記自己混合干渉を測定することは、前記レーザ（４）の電圧または電流を測定することを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項8】

仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）であって、
ユーザの頭部に取り付けるためのフレームと、
前記フレーム内に組み込まれるかまたは前記フレーム上に配置された眼球移動を決定するためのデバイスであって、前記デバイスは、
使用中にユーザの眼（６）を照明するための光ビーム（１１）を放出し、前記ユーザの眼（６）から方向転換された光（１２）を受け取るように構成された第１のレーザ（４）であって、レーザキャビティ内で、前記第１のレーザ（４）によって生成された光と前記ユーザの眼（６）から方向転換された前記光（１２）との間で自己混合干渉（１４）が生じるように構成されている、前記第１のレーザ（４）と、
前記自己混合干渉を測定するように構成された測定装置と、
前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（８）の移動方向を決定するように構成された処理ユニット（８）であって、前記処理ユニット（８）はさらに、前記決定された前記ユーザの眼（６）の移動方向から将来の視線方向を推定するように構成されている、前記処理ユニット（８）と、を含む前記デバイスと、
ディスプレイ上に、前記決定された将来の視線方向での表示領域におけるより高い解像度の画像データと、前記決定された将来の視線方向での前記表示領域の外側のより低い解像度の画像データとを含む画像をレンダリングするように構成されたディスプレイと、を含む、仮想現実（ＶＲ）または拡張現実（ＡＲ）ヘッドセット（１）。

【請求項9】

前記第１のレーザ（４）は、前記ユーザの眼（６の強膜）に向けてのみ光を放出するように構成されている、請求項８に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項10】

前記処理ユニット（８）はさらに、前記測定された自己混合干渉（１４）から前記ユーザの眼（６）の移動速度を決定するように構成されている、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項11】

前記処理ユニット（８）は、前記ユーザの眼（６）の移動に起因する前記方向転換された光（１２）のドップラーシフトによって生じる自己混合干渉（１４）から、前記ユーザの眼（６）の前記移動方向を決定するように構成されている、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項12】

前記第１のレーザ（４）は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含む、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項13】

前記測定装置は光検出器（１７）を含む、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項14】

前記処理ユニット（８）は、前記光検出器（１７）に入射する光の周波数変調を決定するように構成されている、請求項１３に記載のＶＲまたはＡＲ（１）ヘッドセット。

【請求項15】

前記第１のレーザ（４）は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含み、前記光検出器（１７）は前記ＶＣＳＥＬと単一の半導体デバイスとして一体化されている、請求項１３に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項16】

前記光検出器（１７）は前記第１のレーザ（４）から空間的に分離されており、前記デバイスはさらに、前記自己混合干渉の少なくとも一部を前記光検出器（１７）に向けて方向転換するように構成された光学素子（１８、１９）を含む、請求項１３に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項17】

前記測定装置は、前記レーザ（４）の電圧入力または電流入力を測定するように構成されたセンサを含む、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項18】

前記第１のレーザ（４）は、前記放出された光ビーム（１１）の光軸が前記ユーザの眼（６）の表面に対して鋭角を形成するように前記光ビーム（１１）を放出するように構成されている、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項19】

前記デバイスは、
使用中に前記ユーザの眼（６）を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第１のレーザ対（４ａ、４ｂ）を含み、
前記第１のレーザ対は、前記第１のレーザ（４ａ）と第２のレーザ（４ｂ）とを含み、前記第１のレーザ（４ａ）は第１の方向に光を放出するように構成され、前記第２のレーザ（４ｂ）は第２の方向に光を放出するように構成され、前記第２の方向は前記第１の方向とは非平行である、請求項８または９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項20】

使用中に前記ユーザの眼を照明するための光ビームを放出するようにそれぞれ構成された第２のレーザ対（４ｃ、４ｄ）を含み、前記第２のレーザ対は、第３のレーザ（４ｃ）と第４のレーザ（４ｄ）とを含む、請求項１９に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項21】

前記第３のレーザ（４ｃ）は、前記第１の方向と平行な方向に光を放出するように構成され、前記第４のレーザ（４ｄ）は、前記第２の方向と平行な方向に光を放出するように構成されている、請求項２０に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項22】

前記デバイスは、前記第１のレーザ（４ａ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する第１の平面に対するオフセットが、前記第３のレーザ（４ｃ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する前記第１の平面に対するオフセットに等しくなるように構成され、
前記デバイスは、前記第２のレーザ（４ｂ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する第２の平面に対するオフセットが、前記第４のレーザ（４ｄ）からの前記放出された光ビームの、前記ユーザの眼（６）の中心を二分する前記第２の平面に対するオフセットに等しくなるように構成されている、請求項２１に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【請求項23】

前記第３のレーザ（４ｃ）は第３の方向に光を放出するように構成され、前記第３の方向は前記第１の方向とは異なり、
前記第４のレーザ（４ｄ）は、前記第２の方向とは異なり前記第３の方向とは非平行である第４の方向に光を放出するように構成されている、請求項２０に記載のＶＲまたはＡＲヘッドセット（１）。

【国際調査報告】