Fabricação de PCBs para headsets de rastreamento ocular, sistemas de rastreamento de olhar, renderização foveada e pesquisa.

A placa de circuito impresso (PCB) de um headset de rastreamento ocular adiciona um sistema de sensoriamento óptico altamente sincronizado ao redor dos olhos do usuário. Os rastreadores oculares típicos baseados em vídeo utilizam iluminação infravermelha próxima, uma ou mais câmeras voltadas para os olhos e processamento que identifica os reflexos da pupila e da córnea para estimar a direção do olhar. Em um headset de realidade virtual (RV), realidade aumentada (RA) ou para pesquisa, esses componentes devem caber dentro da área das lentes sem gerar calor excessivo, obstrução óptica ou volume de cabos.

A Highleap Electronics fabrica placas de câmeras oculares, placas de iluminação NIR, placas-mãe para headsets e interconexões flexíveis projetadas sob encomenda. O foco da produção está no sincronismo da câmera, controle da corrente do LED, geometria flexível, limpeza óptica, posicionamento térmico e rastreabilidade da calibração. Os algoritmos de estimativa do olhar, os limites de segurança ocular, o desempenho da renderização foveal e as conclusões clínicas/de pesquisa permanecem sob a validação completa do sistema pelo fabricante original (OEM).

Tipos de headsets de rastreamento ocular e configurações de hardware

O rastreamento ocular pode ser integrado em diversas categorias de headsets, e o hardware deve ser definido de acordo com o caso de uso e o arranjo óptico.

• Óculos de realidade virtual com rastreamento ocular integrado: Utiliza câmeras oculares e emissores NIR dentro de um headset opaco para entrada de olhar, renderização foveada, análise de usuários ou presença social.
• Rastreamento ocular com headset de RA/RM: Deve coexistir com ótica transparente, câmeras externas e limites de peso/térmicos mais rigorosos em torno da estrutura.
• Fone de ouvido para rastreamento ocular para pesquisa: Pode priorizar taxas de quadros estáveis, saídas de sincronização e acesso a imagens/dados brutos em detrimento do tamanho mínimo.
• Fone de ouvido com controle ocular para acessibilidade: Concentra-se na precisão do ponto de fixação do olhar e na calibração do usuário, por vezes com um monitor separado ou um host externo.
• Módulo adicional de rastreamento ocular: Utiliza pequenas placas de câmera/iluminação e uma conexão USB ou de alta velocidade com uma plataforma HMD existente.
• Fone de ouvido com rastreamento facial/ocular multissensor: Adiciona câmeras voltadas para dentro para autenticação por pálpebras, expressão facial ou íris, aumentando o número de câmeras e a largura de banda de dados.

Por que o rastreamento ocular deve ser tratado como um subsistema PCBA independente?

As câmeras oculares e os emissores NIR ficam próximos ao sistema óptico e possuem restrições mecânicas, térmicas e de calibração específicas. Mantê-los como subconjuntos controlados pode simplificar o layout da placa principal do headset e preservar o alinhamento óptico entre as revisões do produto.

Iluminação NIR, câmeras oculares e geometria óptica

Os rastreadores oculares baseados em vídeo geralmente iluminam o olho com luz infravermelha próxima e capturam os reflexos com câmeras voltadas para o olho. A placa de circuito impresso (PCB) deve acomodar esses elementos ópticos em uma geometria repetível.

• Posicionamento dos LEDs NIR: Os emissores devem ser posicionados de forma a criar o padrão de reflexão corneana desejado, sem bloquear a visão do usuário ou produzir pontos quentes descontrolados.
• Módulos de câmera ocular: Câmeras pequenas podem usar fabricação de PCBs para câmeras ou placas filhas dedicadas com orientação controlada da lente e do sensor.
• Flexibilidade da câmera: FPC da câmera Permite que os sensores fiquem próximos à lente, enquanto o processador permanece em outra parte do headset.
• Limpeza óptica: Fluxo de solda, adesivo, poeira ou impressões digitais ao redor da câmera/lente podem degradar o contraste da imagem e devem ser verificados antes da montagem final.
• Dado mecânico: As placas da câmera e do infravermelho próximo devem usar a mesma estrutura óptica utilizada para as lentes e o ajuste da distância interpupilar (DIP).

Os emissores NIR podem ser movidos durante a engenharia de produção?

Não sem a revisão óptica do fabricante original. Pequenas alterações de posição ou ângulo podem alterar a geometria do brilho, a uniformidade da iluminação e os cálculos de segurança ocular, mesmo que o circuito elétrico permaneça inalterado.

Sincronização de câmeras, interface de processador e caminhos de dados de alta velocidade

A precisão do rastreamento ocular depende da captura determinística de imagens e da marcação de tempo. A placa de circuito impresso deve preservar os caminhos de clock, sincronização e dados das câmeras oculares até o processador.

• Dados da câmera: Devem ser seguidos links MIPI CSI ou outros links de câmeras de alta velocidade. projeto de PCB de alta velocidade princípios.
• Sincronização: As câmeras para os olhos esquerdo e direito e os flashes NIR podem precisar de disparadores compartilhados ou de uma temporização precisa vinculada aos quadros de exibição.
• Processador/ISP: Alguns headsets processam as imagens dos olhos no SoC XR principal; outros usam um processador dedicado ou FPGA próximo às câmeras.
• Largura de banda da memória: Imagens de olhos em formato RAW ou com alta taxa de quadros podem sobrecarregar substancialmente o processador principal, especialmente quando utilizadas com câmeras de rastreamento externo.
• Módulos adicionais USB: Pesquisas independentes ou rastreadores oculares acessórios podem usar Conectores USB-C Para dados e energia, se a interface for projetada para a largura de banda necessária.

Interação mecânica entre tela, distância interpupilar (DIP) e rastreamento ocular

As câmeras oculares são montadas na mesma região óptica que o visor e as lentes. O ajuste da distância interpupilar (DIP) ou o movimento das lentes podem, portanto, alterar a geometria da câmera se o sistema mecânico não for projetado como uma unidade.

• Interface de exibição: O fone de ouvido ao redor pode usar exibir PCB Controles para os painéis esquerdo/direito e seus respectivos FPCs.
• Mecanismo IPD: Se as lentes ou os visores se moverem, as câmeras oculares podem precisar se mover junto com eles, ou o modelo de calibração deve levar em conta a mudança na geometria.
• Alívio de olho: O campo de visão da câmera deve tolerar a gama pretendida de formatos de rosto e posições dos olhos sem exigir que a placa de circuito impresso (PCB) se flexione sob carga mecânica.
• Sensor de proximidade: A detecção de presença pode desativar a iluminação NIR quando o fone de ouvido for removido.
• Separação térmica: LEDs e processadores NIR próximos aos olhos devem utilizar limites de corrente e temperatura definidos, vinculados ao projeto de segurança óptica.

Design rígido-flexível, PCB em miniatura e projeto térmico próximo à óptica

As placas de rastreamento ocular costumam ser estreitas, curvas e distribuídas ao redor do compartimento da lente. Interconexões flexíveis podem reduzir o volume, mantendo as câmeras e emissores sensíveis em locais fixos.

• PCB flexível: PCB flexível Pode transportar emissores NIR, câmeras ou sinais de sincronização ao redor do perímetro da lente.
• Rígido-flexível: PCB rígido-flex É possível combinar ilhas de câmeras rígidas com interconexões curvas e finas.
• IDH: Placas compactas de processamento ou de câmera podem usar PCB HDI quando os encapsulamentos de passo fino exigem microvias.
• Trajetória térmica: O calor do LED e do processador deve ser afastado da superfície voltada para os olhos usando a estrutura do fone de ouvido. técnicas de gerenciamento térmico de PCB.
• Controle de tensão: As dobras flexíveis e o ajuste da lente não devem exercer carga mecânica nas juntas de solda da câmera.

Montagem de PCBA, rastreabilidade de módulos e inspeção óptica

O hardware de rastreamento ocular pode passar no teste elétrico, mas falhar na calibração do olhar devido a um defeito mecânico na câmera ou no emissor. Portanto, a produção do primeiro protótipo deve incluir verificações ópticas/mecânicas.

• Montagem: A Highleap pode fornecer Montagem PCB Para sensores de câmera, drivers de LED, processadores e conectores FPC.
• Fornecimento controlado: Os sensores de câmera, lentes, LEDs NIR e processadores devem seguir as especificações aprovadas pelo cliente. abastecimento de componentes regras.
• AOI: AOI em PCBA É possível verificar a orientação dos componentes e as juntas visíveis antes da instalação das lentes.
• Raio X: Os dispositivos de processamento BGA/LGA podem ser inspecionados com Inspeção de raio x onde necessário.
• Rastreabilidade: Os dados de revisão e calibração do módulo da câmera devem permanecer vinculados ao número de série do headset ou do módulo de rastreamento ocular.

Teste funcional e pacote de solicitação de cotação para produção de PCB de headset de rastreamento ocular

O teste de compatibilidade de produção (FCT) deve verificar a iluminação, a captura da câmera e o sincronismo antes da calibração final do modelo de olhar. O fabricante original (OEM) deve definir um dispositivo de fixação objetivo, em vez de depender de um operador humano para avaliar a qualidade do rastreamento.

• Emissores NIR: Verifique a corrente do canal e o tempo de ativação/desativação com o dispositivo óptico/elétrico aprovado.
• Câmeras oculares: Verificar captura de imagem esquerda/direita, taxa de quadros e sincronização.
• Interface do processador: Confirme a transferência de dados e o estado do firmware/configuração.
• Dado mecânico: Inspecione a posição da câmera/LED em relação à estrutura óptica.
• Corrente/térmica: Teste o estado de rastreamento ocular contínuo definido.
• FCT: A Highleap pode implementar soluções definidas pelo cliente. teste funcional com registros seriais.