Výroba desek plošných spojů pro headsety se sledováním očí, pro systémy sledování pohledu, foveated rendering a výzkum

Deska plošných spojů pro sledování očí (Eye Tracking headset) přidává kolem očí uživatele těsně synchronizovaný optický senzor. Typické video eye trackery využívají blízké infračervené osvětlení, jednu nebo více kamer směřujících do očí a zpracování, které identifikuje odrazy zornic a rohovky pro odhad směru pohledu. V headsetu pro VR, AR nebo výzkum se tyto komponenty musí vejít do oblasti čočky, aniž by vytvářely nadměrné teplo, optické překážky nebo zvětšovaly objem kabelů.

Společnost Highleap Electronics vyrábí zákaznicky navržené desky pro oční kamery, desky pro osvětlení v blízkém infračerveném spektru, základní desky pro headsety a flexibilní propojovací kabely. Výroba se zaměřuje na časování kamery, řízení proudu LED diod, geometrii ohybu, optickou čistotu, tepelné umístění a sledovatelnost kalibrace. Algoritmy pro odhad pohledu, limity bezpečnosti pro oči, výkon foveated renderingu a klinické/výzkumné závěry zůstávají podrobeny kompletní validaci systému výrobcem originálního vybavení (OEM).

Typy produktů a hardwarové konfigurace headsetů se sledováním očí

Sledování očí lze integrovat do několika kategorií headsetů a hardware by měl být definován podle případu použití a optického uspořádání.

• VR headset s integrovaným sledováním očí: Používá oční kamery a NIR zářiče uvnitř neprůhledné náhlavní soupravy pro vstup pohledem, foveated rendering, analýzu uživatelů nebo sociální přítomnost.
• Sledování očí v AR/MR headsetu: Musí koexistovat s průhlednou optikou, vnějšími kamerami a přísnějšími hmotnostními/tepelnými limity kolem rámu.
• Výzkum sluchátek s funkcí sledování očí: Může upřednostnit stabilní snímkovou frekvenci, synchronizační výstupy a přístup k nezpracovaným obrazům/datům před minimální velikostí.
• Sluchátka s ovládáním pohledu pro přístupnost: Zaměřuje se na spolehlivý bod pohledu a kalibraci uživatele, někdy se samostatným displejem nebo externím hostitelem.
• Doplňkový modul pro sledování očí: Používá malé desky s kamerou/osvětlením a USB nebo vysokorychlostní připojení k existující platformě HMD.
• Sluchátka s multisenzorovým sledováním obličeje/očí: Přidává kamery směřující dovnitř pro ověřování očních víček, výrazu obličeje nebo duhovky, čímž zvyšuje počet kamer a šířku pásma dat.

Proč by se mělo se sledováním očí zacházet jako se samostatným subsystémem PCBA?

Oční kamery a zářiče NIR se nacházejí v blízkosti optiky a mají jedinečná mechanická, tepelná a kalibrační omezení. Jejich ponechání jako řízených podsestav může zjednodušit rozvržení základní desky headsetu a zachovat optické zarovnání napříč revizemi produktu.

NIR osvětlení, oční kamery a optická geometrie

Sledovače očí založené na videu běžně osvětlují oko blízkým infračerveným světlem a zachycují odrazy pomocí kamer směřujících do oka. Deska plošných spojů (PCB) musí tyto optické prvky uchovávat v opakovatelné geometrii.

• Umístění NIR LED: Zářiče by měly být umístěny tak, aby vytvářely zamýšlený odrazový vzor rohovky, aniž by blokovaly výhled uživatele nebo vytvářely nekontrolované horké skvrny.
• Moduly oční kamery: Malé fotoaparáty mohou používat výroba plošných spojů pro kamery nebo specializované dceřiné desky s řízenou orientací čoček a senzorů.
• Flexibilita fotoaparátu: FPC kamery umožňuje umístit senzory blízko objektivu, zatímco procesor zůstává jinde v headsetu.
• Optická čistota: Tavidlo, lepidlo, prach nebo otisky prstů v okolí oka kamery/objektivu mohou zhoršit kontrast obrazu a měly by být před finální montáží kontrolovány.
• Mechanický vztažný bod: Desky kamery a NIR by měly odkazovat na stejný optický rám používaný pro objektivy a nastavení IPD.

Mohou být zářiče NIR během výrobního inženýrství přesouvány?

Ne bez kontroly optiky od výrobce. Malé změny polohy nebo úhlu mohou změnit geometrii záblesku, rovnoměrnost osvětlení a výpočty bezpečnosti pro oči, a to i v případě, že elektrický obvod zůstane nezměněn.

Synchronizace kamery, rozhraní procesoru a vysokorychlostní datové cesty

Přesnost sledování očí závisí na deterministickém snímání obrazu a časovém razítkování. Deska plošných spojů by měla zachovat cesty hodin, synchronizace a dat z očních kamer do procesoru.

• Údaje o fotoaparátu: Měly by následovat odkazy na MIPI CSI nebo jiné vysokorychlostní kamery vysokorychlostní návrh desek plošných spojů zásadami.
• Synchronizace: Kamery pro levé/pravé oko a zábleskové blesky v blízkosti infračerveného záblesku mohou vyžadovat sdílené spouštěče nebo přesné načasování vázané na snímky displeje.
• Procesor/Poskytovatel internetových služeb: Některé headsety zpracovávají obrazy očí na hlavním XR SoC; jiné používají specializovaný procesor nebo FPGA poblíž kamer.
• Šířka pásma paměti: Snímky očí v surovém stavu nebo s vysokou snímkovou frekvencí mohou značnou zátěží pro hlavní procesor, zejména u kamer s vnějším sledováním.
• Přídavné moduly USB: Samostatné výzkumné nebo doplňkové sledovače očí lze použít USB-C konektory pro data a napájení, pokud je rozhraní navrženo pro požadovanou šířku pásma.

Mechanická interakce displeje, IPD a sledování očí

Oční kamery jsou umístěny kolem stejné optické oblasti jako displej a čočky. Nastavení IPD nebo pohyb čočky proto může změnit geometrii kamery, pokud mechanický systém není navržen jako jeden celek.

• Rozhraní displeje: Okolní sluchátka lze použít PCB displeje ovládací prvky pro levé/pravé panely a jejich FPC.
• Mechanismus IPD: Pokud se čočky nebo displeje pohybují, oční kamery se s nimi možná budou muset pohybovat, nebo kalibrační model musí zohlednit změnu geometrie.
• Oční úleva: Zorné pole kamery by mělo tolerovat zamýšlený rozsah tvarů obličejů a poloh očí, aniž by se deska plošných spojů musela ohýbat při mechanickém zatížení.
• Senzor přiblížení: Detekce přítomnosti může deaktivovat osvětlení v blízkém infračerveném spektru (NIR), když je náhlavní souprava sejmuta.
• Tepelná separace: NIR LED diody a procesory v blízkosti očí by měly používat definované proudové a teplotní limity vázané na optickou bezpečnostní konstrukci.

Pevný a flexibilní, miniaturní PCB a tepelný design v blízkosti optiky

Desky pro sledování očí jsou často úzké, zakřivené a rozmístěné po celém krytu objektivu. Flexibilní propojení mohou snížit objem a zároveň udržet citlivé kamery a zářiče na pevných místech.

• Flexibilní PCB: Flexibilní deska plošných spojů může nést zářiče NIR, kamery nebo synchronizační signály po obvodu objektivu.
• Tuhý-flexibilní: Pevná ohebná deska plošných spojů lze kombinovat pevné kamerové ostrůvky s tenkými zakřivenými propojovacími vodiči.
• HDI: Kompaktní procesorové nebo kamerové desky lze použít HDI PCB když pouzdra s jemnou roztečí vyžadují mikrootvory.
• Tepelná cesta: Teplo z LED diod a procesoru by mělo být odváděno od povrchu směřujícího k očím pomocí rámu headsetu a Techniky tepelného řízení PCB.
• Regulace napětí: Ohebné záhyby a nastavení objektivu by neměly mechanicky zatěžovat pájené spoje kamery.

Osazování desek plošných spojů, sledovatelnost modulů a optická kontrola

Hardware pro sledování očí může projít elektrickým testem, ale selhat v kalibraci pohledu, protože kamera nebo vysílač jsou mechanicky vadné. Výroba prvního kusu by proto měla zahrnovat optické/mechanické kontrolní body.

• Shromáždění: Highleap může poskytnout Sestava DPS pro kamerové senzory, ovladače LED, procesory a FPC konektory.
• Kontrolované získávání: Snímače kamery, objektivy, NIR LED a procesory by měly splňovat požadavky schválené zákazníkem. získávání komponent pravidla.
• AOI: AOI v deskách plošných spojů (PCBA) může ověřit orientaci součástí a viditelné spoje před instalací optiky.
• Rentgen: Zařízení pro zpracování BGA/LGA lze kontrolovat pomocí Rentgenová kontrola kde je to požadováno.
• Sledovatelnost: Data o revizi a kalibraci modulu kamery by měla zůstat propojena se sériovým číslem náhlavní soupravy nebo modulu pro sledování očí.

Funkční test a balíček RFQ pro výrobu desek plošných spojů pro headsety se sledováním očí

Produkční FCT by měl před finální kalibrací modelu pohledu ověřit osvětlení, snímání z kamery a načasování. Výrobce originálního vybavení (OEM) by měl definovat objektivní upínací prvek, spíše než se spoléhat na lidského operátora při posuzování kvality sledování.

• Zářiče v blízkém infračerveném záření: Zkontrolujte proud kanálu a časování zapnutí/vypnutí pomocí schváleného optického/elektrického zařízení.
• Oční kamery: Ověřte snímání obrazu zleva/zprava, snímkovou frekvenci a synchronizaci.
• Rozhraní procesoru: Potvrďte přenos dat a stav firmwaru/konfigurace.
• Mechanický vztažný bod: Zkontrolujte polohu kamery/LED diody vzhledem k optickému rámu.
• Proud/tepelný: Otestujte definovaný stav nepřetržitého sledování očí.
• FCT: Highleap může implementovat zákaznicky definované funkční testování se sériovými protokoly.