2025年1月華為公開眼動追蹤相關(guān)專利，字節(jié)跳動也在年初公布多項眼動追蹤光學(xué)系統(tǒng)及顯示裝置專利
蘋果已于2024年6月在iPad OS18系統(tǒng)中加入眼動追蹤功能，蘋果的Vision Pro也通過眼球追蹤僅激活注視區(qū)域的傳感器。
華為專利信息顯示，用戶在佩戴VR眼鏡時，VR眼鏡通過眼動追蹤模組獲取用戶雙眼的眼動追蹤數(shù)據(jù)，并據(jù)此提供注視點(diǎn)渲染，基于虹膜識別的身份認(rèn)證、支付、個人信息定制化等功能。
為降低功耗，專利對眼動追蹤模組的工作機(jī)制和/或渲染處理機(jī)制進(jìn)行調(diào)整，減少對不敏感的輔視眼的無效工作，眼動追蹤模組包括LED燈組和IR相機(jī)，關(guān)閉非主視眼對應(yīng)的眼動追蹤模組。
眼動追蹤是指通過測量眼睛的注視點(diǎn)的位置或者眼球相對頭部的運(yùn)動而實(shí)現(xiàn)對眼球運(yùn)動的追蹤。在眼動追蹤系統(tǒng)中，通常利用光學(xué)開關(guān)和鏡面來改變來自光源的光束的方向，完成對人眼的掃描。眼動追蹤可以應(yīng)用于包括AR、VR以及MR等在內(nèi)的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)XR領(lǐng)域中。
智能眼鏡設(shè)備采用眼動追蹤交互方式與用戶交互，設(shè)備獲取眼睛注視點(diǎn)坐標(biāo)、注視方向等注視參數(shù)，根據(jù)注視參數(shù)控制擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)空間中的交互射線(例如手勢射線或者手柄射線)移動，射線的起點(diǎn)跟隨用戶的注視點(diǎn)移動，實(shí)現(xiàn)用戶眼睛看向哪里射線就指向哪里。
一些眼動追蹤系統(tǒng)采用微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)，通過掃描鏡的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)光束方向的偏轉(zhuǎn)掃描。但是，MEMS掃描鏡的掃描范圍、掃描速度和掃描模式都受到限制，特別是在開環(huán)系統(tǒng)中，不能對輸出偏差和擾動作出反饋和校正，使得光束導(dǎo)向的準(zhǔn)確性降低。并且，掃描鏡的物理尺寸、運(yùn)動部件的可靠性或工藝一致性都可能成為其應(yīng)用在近眼顯示設(shè)備中的制約因素。
利用超構(gòu)表面全固態(tài)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光束導(dǎo)向
字節(jié)跳動眼動追蹤系統(tǒng)包括：光源、超構(gòu)表面、檢測器以及控制器?？刂破骺刂瞥瑯?gòu)表面對來自至少一個光源照射的光的反射方向，使得經(jīng)反射的光能夠經(jīng)由用戶的眼睛的再次反射而到達(dá)檢測器。檢測器接收經(jīng)用戶的眼睛反射的來自至少一個超構(gòu)表面的光，并將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號。
由此，利用超構(gòu)表面全固態(tài)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光束導(dǎo)向，具有更好的準(zhǔn)確性和更高的可靠性。此外，可以在任何時間在視場的任何方向上形成光束，不受掃描模式的限制，也不需要在共振中操作，具有快速掃描和寬角度掃描的特點(diǎn)，使得光束導(dǎo)向具有更好的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)的一致性和可靠性更高，物理尺寸更小。
Meta也已經(jīng)研發(fā)集成超構(gòu)表面AR眼鏡原型，支持動態(tài)光束掃描。
2025年3月4日，字節(jié)跳動公布一項虛擬場景交互方法裝置設(shè)備和存儲介質(zhì)的專利。
2024年11月，華為、字節(jié)跳動均更新了虛擬鍵盤交互的專利，其中，華為新專利為一種用于增強(qiáng)可穿戴XR顯示器能力的容器，所述容器包括用于使用所述可穿戴XR顯示器進(jìn)行XR交互的一個或多個附加用戶輸入設(shè)備，如物理鍵盤、虛擬鍵盤攝像頭、觸覺輸入攝像頭、觸覺輸入表面和/或用于面部捕捉的攝像頭，還可以提供附加計算資源，以補(bǔ)充所述可穿戴XR顯示器的計算資源。
視覺鍵盤攝像頭通過計算機(jī)視覺算法追蹤手指位置，采用高幀率攝像頭捕捉快速手指運(yùn)動，識別敲擊動作并映射到虛擬鍵盤，需要低延遲算法，即懸浮觸控，隔空打字。
現(xiàn)有的產(chǎn)品包括索尼Xperia Touch投影儀，投影虛擬鍵盤并通過攝像頭追蹤交互，還有Meta Quest3搭配的手勢鍵盤。
觸覺輸入攝像頭現(xiàn)有的產(chǎn)品包括Meta的觸覺手套結(jié)合攝像頭追蹤手部動作，通過氣囊提供觸覺反饋、工業(yè)機(jī)器人ABB或KUKA部分型號有集成視覺和力控傳感器等，未來將應(yīng)用于觸摸虛擬物體并實(shí)時交互。
為提升續(xù)航，布置相對更多電池。
相對于一側(cè)鏡腿內(nèi)具有電池的智能眼鏡相比，本申請的智能眼鏡中可布置相對更多的電池，以擴(kuò)大智能眼鏡的電池容量，從而提升續(xù)航時間。
為縮小眼鏡體積，減少環(huán)境光影響。發(fā)光層一面設(shè)置多個納米顆粒，加速光子發(fā)射，提升亮度。
折疊光路設(shè)計的光學(xué)模組，一種顯示屏、顯示裝置和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)眼鏡，顯示屏包括陽極、陰極和發(fā)光層，在發(fā)光層的一面（面向陰極的一面或面向陽極的一面）上設(shè)置有多個納米顆粒，多個納米顆?？梢杂糜诩铀侔l(fā)光層內(nèi)光子的發(fā)射，多個納米顆粒也可以用于對顯示屏出射光線的偏振方向進(jìn)行選擇，該顯示屏、顯示裝置和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)眼鏡的亮度高、顯示效果不易受環(huán)境光的影響，能量的利用效率高。
為提高AR眼鏡等擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)XR眼鏡用戶身份認(rèn)證性能，光學(xué)模組里增加光波導(dǎo)，使結(jié)構(gòu)光光源的傳播光程滿足進(jìn)行用戶生物特征識別的要求。
來源：字節(jié)跳動“二維光柵、光波導(dǎo)及AR眼鏡”專利圖稿
字節(jié)跳動近期公開專利為二維光柵、光波導(dǎo)及AR眼鏡，該二維光柵包括多個子單元，多個子單元沿著第一方向間隔排布，且多個子單元沿著第二方向間隔排布，第一方向和第二方向之間具有設(shè)定夾角，設(shè)定夾角的角平分線方向與二維光柵需要抑制的衍射級次方向重合；第一方向和第二方向中任意一個方向上的相鄰兩個子單元，在垂直于級衍射級次方向上的投影相連接且不重疊。在光波導(dǎo)的顯示過程中，二維光柵需要抑制的衍射級次能夠被抑制，從而可以有效地抑制光波導(dǎo)顯示出現(xiàn)中心亮條紋，進(jìn)而可以提高光波導(dǎo)的顯示均勻性。
近期另一項技術(shù)結(jié)合成像光源、結(jié)構(gòu)光光源、光波導(dǎo)、合束鏡和紅外相機(jī)等元件，光波導(dǎo)使得結(jié)構(gòu)光光源的傳播光程滿足進(jìn)行用戶生物特征識別的要求，提升增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡進(jìn)行用戶身份識別、解鎖的效率。成像光源和結(jié)構(gòu)光光源可以共用光波導(dǎo)等元件。
目前AR眼鏡主流方案之一，即表面浮雕光柵光波導(dǎo)的原理為將納米光柵結(jié)構(gòu)制作在透明光學(xué)鏡片表面，利用光柵對光的衍射作用實(shí)現(xiàn)光束偏折，再利用全反射原理使光在光學(xué)鏡片內(nèi)部沿指定方向傳導(dǎo)。
光波導(dǎo)鏡片能決定視場角、光效率等參數(shù)，表面浮雕光柵鏡片加工成型需要經(jīng)過“電子束曝光加工硬母板-干法刻蝕-轉(zhuǎn)印軟母板-翻印原型鏡片”等步驟，成本巨大。Meta的Orion也采用了碳化硅光波導(dǎo)方案。
2024年9月，一款超薄碳化硅AR鏡片突然走進(jìn)全世界的視線，西湖大學(xué)孵化企業(yè)慕德微納團(tuán)隊研發(fā)出0.55毫米的AR眼鏡鏡片。用激光加工技術(shù)“以光擊石”讓碳化硅晶錠層層剝離，提升碳化硅加工效率和材料利用率，微納光學(xué)衍射光波導(dǎo)技術(shù)把復(fù)雜光學(xué)元件塞進(jìn)平面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“高光效+低能耗”。據(jù)悉，短期應(yīng)用或仍受制于價格巨大而難大規(guī)模落地，3-5年后，隨著規(guī)?；瘧?yīng)用的鋪開，價格將降到幾百元的價格區(qū)間。
風(fēng)險提示：行業(yè)發(fā)展慢于預(yù)期，市場波動加大風(fēng)險等。
本文作者｜張慧雯
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