Fabricación de placas de circuito impreso para auriculares de seguimiento ocular para sistemas de seguimiento de la mirada, renderizado foveado e investigación.

Una placa de circuito impreso (PCB) para auriculares de seguimiento ocular incorpora un sistema de detección óptica de alta precisión alrededor de los ojos del usuario. Los sistemas de seguimiento ocular típicos, basados ​​en vídeo, utilizan iluminación infrarroja cercana, una o más cámaras orientadas hacia los ojos y un procesamiento que identifica los reflejos de la pupila y la córnea para estimar la dirección de la mirada. En unos auriculares de realidad virtual, realidad aumentada o para investigación, estos componentes deben caber dentro del área de la lente sin generar calor excesivo, obstrucciones ópticas ni un volumen de cables excesivo.

Highleap Electronics fabrica placas de cámara ocular, placas de iluminación NIR, placas base para auriculares e interconexiones flexibles diseñadas a medida. La producción se centra en la sincronización de la cámara, el control de la corriente LED, la geometría flexible, la limpieza óptica, la colocación térmica y la trazabilidad de la calibración. Los algoritmos de estimación de la mirada, los límites de seguridad ocular, el rendimiento de la representación foveada y las conclusiones clínicas/de investigación quedan sujetos a la validación completa del sistema por parte del fabricante.

Tipos de productos y configuraciones de hardware de los auriculares con seguimiento ocular

El seguimiento ocular se puede integrar en varias categorías de auriculares, y el hardware debe definirse en función del caso de uso y la configuración óptica.

• Auriculares de realidad virtual con seguimiento ocular integrado: Utiliza cámaras oculares y emisores NIR dentro de un casco opaco para la entrada de la mirada, la representación foveada, el análisis de usuarios o la presencia en redes sociales.
• Seguimiento ocular en auriculares de realidad aumentada/mixta: Debe coexistir con ópticas transparentes, cámaras externas y límites de peso/temperatura más estrictos alrededor del marco.
• Auriculares de seguimiento ocular para investigación: Puede que se priorice la velocidad de fotogramas estable, las salidas de sincronización y el acceso a imágenes/datos sin procesar por encima del tamaño mínimo.
• Auriculares con control mediante la mirada para mayor accesibilidad: Se centra en la calibración fiable del punto de mirada y del usuario, a veces con una pantalla independiente o un host externo.
• Módulo adicional de seguimiento ocular: Utiliza pequeñas placas de cámara/iluminación y una conexión USB o de alta velocidad a una plataforma HMD existente.
• Auriculares con seguimiento facial/ocular multisensor: Incorpora cámaras orientadas hacia el interior para la autenticación de párpados, expresiones faciales o iris, lo que aumenta el número de cámaras y el ancho de banda de datos.

¿Por qué debería tratarse el seguimiento ocular como un subsistema PCBA independiente?

Las cámaras oculares y los emisores NIR se ubican cerca de la óptica y presentan limitaciones mecánicas, térmicas y de calibración específicas. Mantenerlos como subconjuntos controlados simplifica el diseño de la placa base de los auriculares y preserva la alineación óptica entre las distintas revisiones del producto.

Iluminación NIR, cámaras oculares y geometría óptica

Los sistemas de seguimiento ocular basados ​​en vídeo suelen iluminar el ojo con luz infrarroja cercana y capturar los reflejos con cámaras orientadas hacia el ojo. La placa de circuito impreso debe contener estos elementos ópticos con una geometría repetible.

• Ubicación de los LED NIR: Los emisores deben colocarse de manera que creen el patrón de reflexión corneal deseado sin obstruir la visión del usuario ni producir puntos brillantes incontrolados.
• Módulos de cámara ocular: Las cámaras pequeñas pueden usar Fabricación de PCB para cámaras o tarjetas hijas dedicadas con orientación controlada de la lente y el sensor.
• Flexibilidad de la cámara: Cámara FPC Esto permite que los sensores se sitúen cerca de la lente, mientras que el procesador permanece en otra parte de los auriculares.
• Limpieza óptica: El fundente, el adhesivo, el polvo o las huellas dactilares alrededor de la cámara/lente ocular pueden degradar el contraste de la imagen y deben controlarse antes del montaje final.
• Referencia mecánica: Las placas de la cámara y del sensor NIR deben hacer referencia al mismo marco óptico utilizado para las lentes y el ajuste de la distancia interpupilar (IPD).

¿Se pueden mover los emisores NIR durante la fase de ingeniería de producción?

No sin la revisión óptica del fabricante. Pequeños cambios de posición o ángulo pueden alterar la geometría del reflejo, la uniformidad de la iluminación y los cálculos de seguridad ocular, incluso si el circuito eléctrico no se modifica.

Sincronización de cámara, interfaz de procesador y rutas de datos de alta velocidad.

La precisión del seguimiento ocular depende de la captura de imágenes y el registro de tiempo de forma determinista. La placa de circuito impreso debe preservar las rutas de reloj, sincronización y datos desde las cámaras oculares hasta el procesador.

• Datos de la cámara: Se deben seguir los enlaces de MIPI CSI u otros enlaces de cámaras de alta velocidad. diseño de PCB de alta velocidad .
• Sincronización: Las cámaras para el ojo izquierdo/derecho y los flashes NIR pueden necesitar disparadores compartidos o una sincronización precisa vinculada a los fotogramas de la pantalla.
• Procesador/ISP: Algunos auriculares procesan las imágenes oculares en el SoC XR principal; otros utilizan un procesador dedicado o un FPGA cerca de las cámaras.
• Ancho de banda de memoria: Las imágenes oculares en formato RAW o con alta velocidad de fotogramas pueden generar una carga de trabajo considerable en el procesador principal, especialmente si se utilizan junto con cámaras de seguimiento externo.
• Módulos USB adicionales: Los rastreadores oculares independientes o accesorios pueden utilizarse Conectores USB-C para datos y energía si la interfaz está diseñada para el ancho de banda requerido.

Interacción mecánica mediante pantalla, IPD y seguimiento ocular

Las cámaras oculares están montadas en la misma región óptica que la pantalla y las lentes. Por lo tanto, el ajuste de la distancia interpupilar o el movimiento de la lente pueden modificar la geometría de la cámara si el sistema mecánico no está diseñado como una sola unidad.

• Interfaz de pantalla: Los auriculares circundantes pueden utilizar PCB de pantalla controles para los paneles izquierdo/derecho y sus FPC.
• Mecanismo IPD: Si las lentes o las pantallas se mueven, es posible que las cámaras oculares deban moverse con ellas o el modelo de calibración debe tener en cuenta el cambio de geometría.
• Alivio del ojo: El campo de visión de la cámara debe tolerar la gama prevista de formas faciales y posiciones de los ojos sin que la placa de circuito impreso tenga que flexionarse bajo carga mecánica.
• Sensor de proximidad: La detección de presencia puede desactivar la iluminación NIR cuando se retiran los auriculares.
• Separación térmica: Los LED y procesadores NIR que se encuentren cerca de los ojos deben utilizar límites de corriente y temperatura definidos, vinculados al diseño de seguridad óptica.

Diseño rígido-flexible, PCB en miniatura y diseño térmico cerca de la óptica

Las placas de seguimiento ocular suelen ser estrechas, curvas y estar distribuidas alrededor de la carcasa del objetivo. Las interconexiones flexibles pueden reducir el tamaño sin comprometer la estabilidad de las cámaras y los emisores sensibles, manteniéndolos en ubicaciones fijas.

• PCB flexible: PCB flexible Pueden transportar emisores NIR, cámaras o señales de sincronización alrededor del perímetro de la lente.
• Rígido-flexible: PCB rígido-flexible Se pueden combinar módulos de cámara rígidos con interconexiones curvas y delgadas.
• IDH: Las tarjetas de procesamiento o de cámara compactas pueden utilizar HDI PCB cuando los encapsulados de paso fino requieren microvías.
• Trayectoria térmica: El calor del LED y del procesador debe alejarse de la superficie que mira a los ojos utilizando el marco del visor y Técnicas de gestión térmica de PCB.
• Control de la tensión: Los pliegues flexibles y el ajuste de la lente no deben ejercer carga mecánica sobre las uniones soldadas de la cámara.

Ensamblaje de PCBA, trazabilidad de módulos e inspección óptica

Los dispositivos de seguimiento ocular pueden superar las pruebas eléctricas pero fallar en la calibración de la mirada debido a un fallo mecánico en la cámara o el emisor. Por lo tanto, la producción del primer prototipo debe incluir controles ópticos y mecánicos.

• Asamblea: Highleap puede proporcionar Montaje de PCB para sensores de cámara, controladores LED, procesadores y conectores FPC.
• Abastecimiento controlado: Los sensores de la cámara, las lentes, los LED NIR y los procesadores deben cumplir con las especificaciones aprobadas por el cliente. abastecimiento de componentes reglas.
• AIO: AOI en PCBA Se puede verificar la orientación de los componentes y las uniones visibles antes de instalar la óptica.
• Radiografía: Los dispositivos de procesamiento BGA/LGA se pueden inspeccionar con Inspección de rayos X donde sea requerido.
• Trazabilidad: Los datos de revisión y calibración del módulo de la cámara deben permanecer vinculados al número de serie de los auriculares o del módulo de seguimiento ocular.

Paquete de pruebas funcionales y solicitud de cotización para la producción de PCB de auriculares con seguimiento ocular.

La prueba de control de la cámara (FCT) de producción debe verificar la iluminación, la captura de la cámara y la sincronización antes de la calibración final del modelo de mirada. El fabricante de equipos originales (OEM) debe definir un dispositivo objetivo en lugar de depender de un operador humano para evaluar la calidad del seguimiento.

• Emisores NIR: Compruebe la corriente del canal y la temporización de encendido/apagado con el dispositivo óptico/eléctrico homologado.
• Cámaras oculares: Verifique la captura de imagen izquierda/derecha, la velocidad de fotogramas y la sincronización.
• Interfaz del procesador: Confirme la transferencia de datos y el estado del firmware/configuración.
• Referencia mecánica: Inspeccione la posición de la cámara/LED en relación con el marco óptico.
• Corriente/térmica: Pruebe el estado de seguimiento ocular continuo definido.
• FCT: Highleap puede implementar soluciones definidas por el cliente. prueba funcional con registros seriales.