Leiterplattenfertigung für Eye-Tracking-Headsets für Blickverfolgung, Foveated Rendering und Forschungssysteme

Eine Leiterplatte für ein Eye-Tracking-Headset ergänzt dieses um ein präzise synchronisiertes optisches Sensorsystem im Bereich der Augen des Nutzers. Typische videobasierte Eye-Tracker nutzen Nahinfrarotbeleuchtung, eine oder mehrere nach vorne gerichtete Kameras und eine Signalverarbeitung, die Pupillen- und Hornhautreflexionen erkennt, um die Blickrichtung zu bestimmen. In einem VR-, AR- oder Forschungs-Headset müssen diese Komponenten innerhalb des Linsenbereichs Platz finden, ohne übermäßige Wärmeentwicklung, optische Beeinträchtigung oder unnötiges Kabelvolumen zu verursachen.

Highleap Electronics fertigt kundenspezifische Augenkamera-Platinen, NIR-Beleuchtungsplatinen, Headset-Hauptplatinen und flexible Verbindungen. Der Fokus der Produktion liegt auf Kamera-Timing, LED-Stromsteuerung, flexibler Geometrie, optischer Reinheit, thermischer Platzierung und Kalibrierungsrückverfolgbarkeit. Blickerkennungsalgorithmen, Augensicherheitsgrenzen, Foveated-Rendering-Leistung und klinische/Forschungsergebnisse unterliegen der vollständigen Systemvalidierung durch den OEM.

Produktarten und Hardwarekonfigurationen von Headsets mit Blickverfolgung

Die Blickverfolgung kann in verschiedene Headset-Kategorien integriert werden, und die Hardware sollte sich nach dem Anwendungsfall und der optischen Anordnung richten.

• VR-Headset mit integrierter Blickverfolgung: Verwendet Augenkameras und NIR-Emitter in einem undurchsichtigen Headset für Blicksteuerung, foveiertes Rendering, Benutzeranalysen oder soziale Präsenz.
• Blickverfolgung für AR/MR-Headsets: Muss mit transparenter Optik, nach außen gerichteten Kameras und engeren Gewichts-/Wärmegrenzwerten im Bereich des Gehäuses vereinbar sein.
• Forschungs-Headset mit Blickverfolgung: Kann der stabilen Bildrate, den Synchronisationsausgaben und dem Zugriff auf Rohbilder/-daten Vorrang vor der minimalen Größe einräumen.
• Barrierefreies Headset mit Blicksteuerung: Der Fokus liegt auf zuverlässiger Blickpunkt- und Benutzerkalibrierung, manchmal mit einem separaten Display oder externen Host.
• Zusatzmodul für Blickverfolgung: Verwendet kleine Kamera-/Beleuchtungsplatinen und eine USB- oder Hochgeschwindigkeitsverbindung zu einer bestehenden HMD-Plattform.
• Headset mit Multisensor-Gesichts-/Augenverfolgung: Fügt nach innen gerichtete Kameras zur Authentifizierung von Augenlidern, Gesichtsausdrücken oder Iris hinzu, wodurch die Anzahl der Kameras und die Datenbandbreite erhöht werden.

Warum sollte Eye-Tracking als eigenes PCBA-Subsystem behandelt werden?

Die Augenkameras und NIR-Emitter befinden sich in der Nähe der Optik und unterliegen besonderen mechanischen, thermischen und Kalibrierungsanforderungen. Durch die Verwendung separater Baugruppen lässt sich das Layout der Headset-Hauptplatine vereinfachen und die optische Ausrichtung über verschiedene Produktversionen hinweg beibehalten.

NIR-Beleuchtung, Augenkameras und optische Geometrie

Videobasierte Eye-Tracker beleuchten das Auge üblicherweise mit Nahinfrarotlicht und erfassen Reflexionen mit nach vorne gerichteten Kameras. Die Leiterplatte muss diese optischen Elemente in einer reproduzierbaren Geometrie aufnehmen.

• Platzierung der NIR-LEDs: Die Emitter sollten so positioniert werden, dass das gewünschte Hornhautreflexionsmuster erzeugt wird, ohne die Sicht des Benutzers zu behindern oder unkontrollierte Hotspots zu erzeugen.
• Augenkameramodule: Kleine Kameras können verwendet werden Kamera-Leiterplattenfertigung oder spezielle Tochterplatinen mit kontrollierter Linsen- und Sensorausrichtung.
• Kameraflexibilität: Kamera FPC ermöglicht es, die Sensoren nahe an der Linse zu platzieren, während der Prozessor an einer anderen Stelle im Headset verbleibt.
• Optische Reinheit: Flussmittel, Klebstoffe, Staub oder Fingerabdrücke im Bereich der Augenkamera/Linse können den Bildkontrast beeinträchtigen und sollten vor der Endmontage entfernt werden.
• Mechanische Bezugsgröße: Kamera- und NIR-Platinen sollten auf denselben optischen Bezugsrahmen verweisen, der auch für die Objektiv- und IPD-Einstellung verwendet wird.

Können die NIR-Strahler während der Produktionsentwicklung versetzt werden?

Nicht ohne optische Überprüfung durch den Originalhersteller. Geringfügige Positions- oder Winkeländerungen können die Reflexionsgeometrie, die Ausleuchtungsgleichmäßigkeit und die Berechnungen zur Augensicherheit verändern, selbst wenn der elektrische Schaltkreis unverändert bleibt.

Kamerasynchronisation, Prozessorschnittstelle und Hochgeschwindigkeitsdatenwege

Die Genauigkeit des Eye-Trackings hängt von einer deterministischen Bildaufnahme und Zeitstempelung ab. Die Leiterplatte sollte die Takt-, Synchronisations- und Datenpfade von den Augenkameras zum Prozessor gewährleisten.

• Kameradaten: MIPI CSI oder andere Hochgeschwindigkeits-Kameraverbindungen sollten folgen Hochgeschwindigkeits-PCB-Design Prinzipien.
• Synchronisation: Die Kameras für das linke und rechte Auge sowie die NIR-Blitzgeräte benötigen möglicherweise gemeinsame Auslöser oder eine präzise Zeitsteuerung, die mit den Anzeigebildern verknüpft ist.
• Prozessor/ISP: Bei einigen Headsets werden die Augenbilder auf dem Haupt-XR-SoC verarbeitet; andere verwenden einen dedizierten Prozessor oder FPGA in der Nähe der Kameras.
• Speicherbandbreite: Rohbilder oder Bilder mit hoher Bildrate des Auges können die Hauptprozessorleistung erheblich erhöhen, insbesondere in Verbindung mit nach außen gerichteten Tracking-Kameras.
• USB-Zusatzmodule: Eigenständige Forschungs- oder Zubehör-Eye-Tracker können verwendet werden USB-C-Anschlüsse für Daten und Strom, sofern die Schnittstelle für die erforderliche Bandbreite ausgelegt ist.

Mechanische Interaktion zwischen Display, IPD und Eye-Tracking

Die Augenkameras sind im selben optischen Bereich wie Display und Linsen montiert. Eine Anpassung des Augenabstands (IPD) oder eine Linsenbewegung kann daher die Kamerageometrie verändern, wenn das mechanische System nicht als Einheit konzipiert ist.

• Display-Oberfläche: Das umgebende Headset kann verwendet werden Anzeigeplatine Bedienelemente für linke/rechte Bedienfelder und deren FPCs.
• IPD-Mechanismus: Wenn sich Linsen oder Displays bewegen, müssen sich möglicherweise auch die Augenkameras mitbewegen, oder das Kalibrierungsmodell muss die Geometrieänderung berücksichtigen.
• Augenabstand: Das Sichtfeld der Kamera sollte den vorgesehenen Bereich an Gesichtsformen und Augenpositionen tolerieren, ohne dass sich die Leiterplatte unter mechanischer Belastung verbiegen muss.
• Näherungssensor: Die Anwesenheitserkennung kann die NIR-Beleuchtung deaktivieren, wenn das Headset abgenommen wird.
• Thermische Trennung: Bei NIR-LEDs und -Prozessoren in der Nähe der Augen sollten definierte Strom- und Temperaturgrenzen eingehalten werden, die mit dem optischen Sicherheitsdesign verknüpft sind.

Starrflexible, miniaturisierte Leiterplatten und thermisches Design in der Nähe der Optik

Eye-Tracking-Platinen sind oft schmal, gebogen und um das Objektivgehäuse herum angeordnet. Flexible Verbindungen können die Größe reduzieren und gleichzeitig empfindliche Kameras und Sender an festen Positionen halten.

• Flexible Leiterplatte: Flexible Leiterplatte kann NIR-Emitter, Kameras oder Synchronisationssignale entlang des Objektivumfangs mitführen.
• Starr-flexibel: Rigid-Flex-Leiterplatte kann starre Kamerainseln mit dünnen, gebogenen Verbindungsleitungen kombinieren.
• HDI: Kompakte Prozessor- oder Kameraplatinen können verwendet werden HDI PCB wenn Gehäuse mit feiner Rasterteilung Mikro-Vias erfordern.
• Thermischer Pfad: Die Wärme von LED und Prozessor sollte mithilfe des Headset-Rahmens von der dem Auge zugewandten Fläche weggeführt werden. Techniken zum Wärmemanagement von Leiterplatten.
• Dehnungskontrolle: Durch das Falten von Flexgläsern und die Justierung des Objektivs dürfen die Lötstellen der Kamera nicht mechanisch belastet werden.

PCBA-Bestückung, Modulrückverfolgbarkeit und optische Inspektion

Hardware zur Blickverfolgung kann den elektrischen Test bestehen, jedoch die Blickkalibrierung nicht bestehen, weil eine Kamera oder ein Sender einen mechanischen Defekt aufweist. Die Erstmusterfertigung sollte daher optische und mechanische Prüfpunkte umfassen.

• Montage: Highleap kann Folgendes bieten Leiterplattenmontage für Kamerasensoren, LED-Treiber, Prozessoren und FPC-Steckverbinder.
• Kontrollierte Beschaffung: Kamerasensoren, Objektive, NIR-LEDs und Prozessoren sollten den vom Kunden genehmigten Standards entsprechen. Komponentenbeschaffung Regeln.
• AOI: AOI in PCBA kann die Ausrichtung der Komponenten und sichtbare Verbindungen überprüfen, bevor die Optiken installiert werden.
• Röntgenstrahl: BGA/LGA-Verarbeitungsgeräte können geprüft werden mit Röntgeninspektion wo erforderlich.
• Rückverfolgbarkeit: Die Revisions- und Kalibrierungsdaten des Kameramoduls sollten mit der Seriennummer des Headsets oder des Eye-Tracking-Moduls verknüpft bleiben.

Funktionstest und Angebotsanfragepaket für die Leiterplattenfertigung von Eye-Tracking-Headsets

Die Produktions-FCT sollte Beleuchtung, Kameraerfassung und Timing vor der endgültigen Blickmodellkalibrierung überprüfen. Der OEM sollte eine objektive Vorrichtung definieren, anstatt sich auf die Beurteilung der Trackingqualität durch einen menschlichen Bediener zu verlassen.

• NIR-Strahler: Überprüfen Sie den Kanalstrom und die Ein-/Ausschaltzeiten mit der zugelassenen optischen/elektrischen Vorrichtung.
• Augenkameras: Überprüfen Sie die Bildaufnahme (links/rechts), die Bildrate und die Synchronisation.
• Prozessorschnittstelle: Datenübertragung und Firmware-/Konfigurationsstatus prüfen.
• Mechanische Bezugsgröße: Überprüfen Sie die Position der Kamera/LED relativ zum optischen Rahmen.
• Strom/thermisch: Testen Sie den definierten kontinuierlichen Blickverfolgungszustand.
• FKT: Highleap kann kundenspezifische Anforderungen implementieren Funktionsprüfung mit seriellen Protokollen.