最新研究将最有效的眼动追踪实践整合到 AR 眼镜中

美国亚利桑那大学的研究人员设计了一种基于全息光学元件的近红外波导人眼跟踪系统，，其通过在 0.6 mm 厚的玻璃基板上沉积折射率为1.8的光聚合物，进而来校正由于重建波长的变化而导致的主要像差。此外，设计并制造了一个具有五个光栅复用的外耦合波导HOE，以增加视场。

图注，波导全息光学元件眼动追踪系统的几何结构。

近年来，增强现实 (AR) 和混合现实系统的眼球追踪方法受到了越来越多的关注。眼睛跟踪对于AR眼镜非常重要，因为它可以提高整个视场（FOV）的图像保真度和对比度，而不会对投影系统的功率提出过多要求，也就是延长了 AR 系统的电池寿命和更大的效用。正文

虽然研究了不同的眼球跟踪系统，但它们要么体积庞大，要么分辨率低。全息光学元件（HOE）已被证明非常适合AR眼镜。它们可以在可以沉积在平面或曲面上的相对较薄的薄膜中实现复杂的光学功能，例如高效率。HOES/AR眼镜的两种有前途的材料是重铬酸盐明胶（DCG）和干法加工的Covestro光聚合物。然而，AR系统中的传感操作需要750至900 nm范围内的近红外波长。这超过了DCG（350至550 nm）和PP材料（450至650 nm）的正常灵敏度范围。由于当重建波长不同于构造波长时，会产生明显的像差，这使得具有聚焦功率的光学元件的设计变得复杂。

这里，研究人员综述和评价了近红外波导全息成像系统的几种设计方法。他们提出了一种眼动跟踪波导全息图的设计方法，包括使用点源位置优化的波前/衍射效率优化、波前像差分析和非顺序光线跟踪。通过在折射率为1.80的0.6mm厚玻璃衬底上沉积16μm厚的光致聚合物，形成实验全息输入耦合透镜，验证了设计方法。测试结果表明，耦合效率平均为70%。此外，还设计并制作了一种具有五个光栅的外耦合波导HOE，在532nm处的平均DE为40%，在850nm处的平均DE为20%。由输入耦合和输出耦合 HOE 组成的波导眼动跟踪系统使用非顺序光线跟踪进行建模并进行了实验测试。所得图像的分辨率为~3lp/mm，平均效率为 15%。此外，全息透镜的主要像差是像散和彗差，可以通过构造的预像差波前进行部分校正。3-lp/mm 分辨率很好地代表了全息波导眼动追踪系统的潜力，基于在未来的工作中可以进一步追求具有更高图像质量、对比度和效率的改进系统。总的来说，直接波导HOE设计方法具有制造全息波导耦合器和系统的潜力，其工作波长与结构波长不同。

该结果将最有效的眼动追踪实践整合到 AR 眼镜中，显示了全息波导眼动追踪系统的潜力，可以在未来的工作中加以改进。