Silmänseurantalaitteiden piirilevyjen valmistus katseenseurantaan, foveoituun renderöintiin ja tutkimusjärjestelmiin

Silmänseurantalaitteiden piirilevy lisää käyttäjän silmien ympärille tiiviisti synkronoidun optisen tunnistusjärjestelmän. Tyypilliset videopohjaiset silmänseurantalaitteet käyttävät lähi-infrapunavalaistusta, yhtä tai useampaa silmiin päin olevaa kameraa ja prosessointia, joka tunnistaa pupillin ja sarveiskalvon heijastukset katseen suunnan arvioimiseksi. VR-, AR- tai tutkimuslaseissa näiden komponenttien on sovittava linssialueelle aiheuttamatta liiallista lämpöä, optisia esteitä tai kaapelin irtoamista.

Highleap Electronics valmistaa asiakaskohtaisesti suunnittelemia silmäkamerakortteja, NIR-valaistuskortteja, kuulokkeiden emolevyjä ja joustavia liitäntälaitteita. Tuotannon painopisteinä ovat kameroiden ajoitus, LED-virran säätö, taipuisa geometria, optinen puhtaus, lämpösijoittelu ja kalibroinnin jäljitettävyys. Katseen arviointialgoritmit, silmien turvallisuusrajat, foveaatiorenderöinnin suorituskyky ja kliiniset/tutkimuspäätelmät kuuluvat edelleen alkuperäislaitevalmistajan (OEM) täydellisen järjestelmävalidoinnin piiriin.

Silmänseurantalaitteiden tuotetyypit ja laitteistokokoonpanot

Silmänseuranta voidaan integroida useisiin virtuaalilasien luokkiin, ja laitteisto tulisi määritellä käyttötapauksen ja optisen järjestelyn mukaan.

• VR-lasit integroidulla silmänseurantajärjestelmällä: Käyttää silmäkameroita ja NIR-säteilijöitä läpinäkymättömien kuulokkeiden sisällä katseentunnistukseen, foveoituun renderöintiin, käyttäjäanalytiikkaan tai sosiaaliseen läsnäoloon.
• AR/MR-lasien katseenseuranta: Täytyy toimia rinnakkain läpinäkyvän optiikan, ulospäin suuntautuvien kameroiden ja tiukempien paino-/lämpörajoitusten kanssa kehyksen ympärillä.
• Research-silmänseurantakuulokkeet: Saattaa priorisoida vakaan kuvataajuuden, synkronointilähdöt ja raakakuvien/datan käytön vähimmäiskoon sijaan.
• Esteettömyyskatseen hallintalaitteet: Keskittyy luotettavaan katselupisteeseen ja käyttäjän kalibrointiin, joskus erillisen näytön tai ulkoisen isännän avulla.
• Silmänseurantamoduulin lisäosa: Käyttää pieniä kamera-/valaistuskortteja ja USB- tai nopeaa yhteyttä olemassa olevaan HMD-alustaan.
• Monianturiset kasvojen/silmän seurantalaitteet: Lisää sisäänpäin suunnatut kamerat silmäluomien, kasvojen ilmeiden tai iiriksen todennukseen, mikä lisää kameroiden määrää ja datan kaistanleveyttä.

Miksi katseenseurantaa pitäisi käsitellä omana PCBA-alijärjestelmänään?

Silmäkamerat ja NIR-säteilijät sijaitsevat lähellä optiikkaa ja niillä on ainutlaatuiset mekaaniset, lämpöön liittyvät ja kalibrointiin liittyvät rajoitukset. Niiden pitäminen hallittuina osakokoonpanoina voi yksinkertaistaa kuulokkeiden emolevyn asettelua ja säilyttää optisen kohdistuksen eri tuoteversioissa.

Lähi-infrapunavalaistus, silmäkamerat ja optinen geometria

Videopohjaiset silmänseurantalaitteet valaisevat silmää yleensä lähi-infrapunavalolla ja tallentavat heijastuksia silmiin päin olevilla kameroilla. Piirilevyn on pidettävä nämä optiset elementit toistettavissa olevassa geometriassa.

• NIR-LEDien sijoittelu: Säteilijät tulee sijoittaa siten, että ne luovat halutun sarveiskalvon heijastuskuvion estämättä käyttäjän näkymää tai aiheuttamatta hallitsemattomia kuumia kohtia.
• Silmäkameramoduulit: Pienet kamerat voivat käyttää kameran piirilevyjen valmistus tai erilliset tytärkortit, joissa on kontrolloitu linssin ja anturin suuntaus.
• Kameran jousto: Kameran FPC mahdollistaa anturien sijoittamisen lähellä linssiä, kun taas prosessori pysyy muualla kuulokkeissa.
• Optinen puhtaus: Silmäkameran/linssin ympärillä oleva juoksute, liima, pöly tai sormenjäljet ​​voivat heikentää kuvan kontrastia, ja ne on tarkistettava ennen lopullista kokoonpanoa.
• Mekaaninen datuspiste: Kameran ja NIR-korttien tulisi viitata samaan optiseen kehykseen, jota käytetään linsseissä ja IPD-säädössä.

Voidaanko NIR-säteilijöitä siirtää tuotantosuunnittelun aikana?

Ei ilman OEM-valmistajan optista tarkistusta. Pienet sijainnin tai kulman muutokset voivat muuttaa kimalluksen geometriaa, valaistuksen tasaisuutta ja silmien turvallisuuslaskelmia, vaikka sähköpiiriä ei muuteta.

Kameran synkronointi, prosessorin käyttöliittymä ja nopeat tiedonsiirtoreitit

Silmänseurantatarkkuus riippuu deterministisestä kuvan ottamisesta ja aikaleimauksesta. Piirilevyn tulisi säilyttää kello, synkronointi ja datareitit silmäkameroista prosessorille.

• Kameran tiedot: MIPI CSI:n tai muiden nopeiden kameralinkkien tulisi seurata nopea piirilevysuunnittelu periaatteita.
• synkronointi: Vasemman/oikean silmän kamerat ja NIR-salamalaitteet saattavat vaatia yhteisiä liipaisimia tai tarkkaa ajoitusta näyttöruutuihin sidottuna.
• Suoritin/internet-palveluntarjoaja: Jotkut virtuaalilasit käsittelevät silmäkuvia XR-pääpiirillä; toiset käyttävät erillistä prosessoria tai FPGA:ta kameroiden lähellä.
• Muistin kaistanleveys: Raakakuvat tai suuren kuvataajuuden silmäkuvat voivat lisätä huomattavasti pääprosessorin liikennettä, erityisesti ulospäin suuntautuvien seurantakameroiden kanssa.
• USB-lisämoduulit: Erillinen tutkimus tai lisävarusteena saatava silmänseurantalaite voi käyttää USB-C liittimet datalle ja virralle, jos liitäntä on suunniteltu vaaditulle kaistanleveydelle.

Näyttö, IPD ja silmänseurantaa hyödyntävä mekaaninen vuorovaikutus

Silmäkamerat on asennettu samalle optiselle alueelle kuin näyttö ja linssit. IPD-säätö tai linssin liike voi siksi muuttaa kameran geometriaa, jos mekaanista järjestelmää ei ole suunniteltu yhdeksi yksiköksi.

• Näyttöliittymä: Ympäröivät kuulokkeet voivat käyttää näyttö PCB vasemman/oikean paneelin ja niiden FPC-levyjen säätimet.
• IPD-mekanismi: Jos linssit tai näytöt liikkuvat, silmäkameroiden on ehkä liikuttava niiden mukana tai kalibrointimallin on otettava huomioon geometrian muutos.
• Silmien helpotus: Kameran näkökentän tulisi sietää aiotut kasvojen muodot ja silmien asennot ilman, että piirilevyn tarvitsee taipua mekaanisen kuormituksen alla.
• Läheisyysanturi: Läsnäolotunnistus voi poistaa NIR-valaistuksen käytöstä, kun kuulokkeet irrotetaan.
• Terminen erotus: Silmien lähellä olevien NIR-LEDien ja -prosessoreiden tulisi käyttää optisen turvallisuussuunnittelun mukaisia ​​määriteltyjä virta- ja lämpötilarajoja.

Jäykkä-joustava, miniatyyripiirilevy ja lämpösuunnittelu lähellä optiikkaa

Katseenseurantalevyt ovat usein kapeita, kaarevia ja jakautuneet linssikotelon ympärille. Joustavat liitokset voivat vähentää kokoa ja pitää samalla herkät kamerat ja lähettimet kiinteissä paikoissa.

• Joustava piirilevy: Joustava piirilevy voi kuljettaa NIR-säteilijöitä, kameroita tai synkronointisignaaleja linssin ympärillä.
• Jäykkä-joustava: Jäykkä-flex PCB voi yhdistää jäykät kamerasaarekkeet ohuisiin kaareviin yhteenliitäntöihin.
• HDI: Kompaktit prosessointi- tai kamerakortit voivat käyttää HDI-piirilevy kun hienojakoiset paketit vaativat mikroreikiä.
• Lämpöreitti: LEDin ja prosessorin lämpö tulee siirtää pois silmiin päin olevasta pinnasta kuulokkeiden rungon ja Piirilevyjen lämmönhallintatekniikat.
• Vedon hallinta: Joustavat taitokset ja objektiivin säätö eivät saisi kuormittaa mekaanisesti kameran juotosliitoksia.

PCBA-kokoonpano, moduulien jäljitettävyys ja optinen tarkastus

Silmänseurantalaitteisto voi läpäistä sähköisen testin, mutta epäonnistua katseen kalibroinnissa, koska kamera tai lähetin on mekaanisesti viallinen. Siksi ensimmäisen artikkelin tuotannossa tulisi olla optisia/mekaanisia tarkastuspisteitä.

• Assembly: Highleap voi tarjota PCB -kokoonpano kamerasensoreille, LED-ajureille, prosessoreille ja FPC-liittimille.
• Kontrolloitu hankinta: Kamerasensorien, linssien, NIR-LEDien ja prosessorien tulee noudattaa asiakkaan hyväksymiä menetelmiä. komponenttien hankinta sääntöjä.
• AOI: AOI PCBA:ssa voi tarkistaa komponenttien suunnan ja näkyvät liitokset ennen optiikan asentamista.
• X-ray: BGA/LGA-käsittelylaitteita voidaan tarkastaa Röntgentarkastus missä vaaditaan.
• jäljitettävyys: Kameramoduulin versio- ja kalibrointitietojen tulee pysyä linkitettyinä virtuaalilasien tai silmänseurantamoduulin sarjanumeroon.

Silmänseurantakuulokkeiden piirilevyjen tuotannon toiminnallinen testi- ja tarjouspyyntöpaketti

Tuotannon toiminnallisen kalibroinnin (FCT) tulisi varmistaa valaistus, kameran kuvaus ja ajoitus ennen lopullista katsemallin kalibrointia. Laitevalmistajan tulisi määritellä objektiivinen kiinnityslaite sen sijaan, että hän luottaisi ihmisoperaattoriin seurannan laadun arvioinnissa.

• Lähi-infrapunasäteilijät: Tarkista kanavan virta ja päälle/pois-ajoitus hyväksytyllä optisella/sähköisellä kiinnittimellä.
• Silmäkamerat: Tarkista vasen/oikea kuvan ottaminen, kuvataajuus ja synkronointi.
• Prosessorin käyttöliittymä: Vahvista tiedonsiirto ja laiteohjelmiston/kokoonpanon tila.
• Mekaaninen datuspiste: Tarkista kameran/LEDin sijainti suhteessa optiseen kehykseen.
• Virta/lämpö: Testaa määriteltyä jatkuvaa katseenseurantatilaa.
• FCT: Highleap voi toteuttaa asiakkaan määrittelemiä toiminnallinen testaus sarjallisten lokien kanssa.