[发明专利]用于眼睛跟踪系统中的光重定向的菲涅耳组件

说明书

本发明涉及用于眼睛跟踪系统中的光重定向的菲涅耳组件。一种头戴式设备(HMD)，包括显示元件、菲涅耳组件、照射源和相机组件。显示元件穿过显示面输出光的第一波段内的图像光。光学块将来自显示元件的光引导到目标区域(例如，包括用户的面部的一部分、眼睛等)。菲涅耳组件透射第一波段内的光，并且将与第一波段不同的第二波段内的光引导到第一位置。光源用第二波段内的光照射目标区域。相机位于第一位置，并且捕获与从目标区域反射的然后被菲涅耳组件反射向相机的光相对应的第二波段内的光。控制器可以使用捕获的光来确定用户面部区域(例如，眼睛)的跟踪信息。

技术领域

本披露总体上涉及光重定向，并且具体地涉及用于眼睛跟踪系统中的光重定向的菲涅耳组件。

背景技术

眼睛跟踪是指检测用户注视方向的过程，其可以包括检测三维(3D)空间中的眼睛的定向。在例如虚拟现实和/或增强现实应用中使用的头戴式耳机的上下文中的眼睛跟踪可以是重要特征。传统的系统通常使用例如多个红外光源来照射眼睛光(目光)，并且相机用于对来自眼睛的光源的反射进行成像。传统上，眼睛跟踪系统使用分束器来将从眼睛反射的红外光重定向到相机。然而，分束器常常是大型的、笨重的并且不适合于在增强现实(AR)、混合现实(MR)和虚拟现实(VR)系统中使用的HMD。

发明内容

菲涅耳组件将第一波段内的光(例如，可见光)透射(例如，部分地或完全地透射)并将第二波段内的一些或所有光(例如，红外光)重定向到一个或多个位置。菲涅耳组件包括用于重定向第二波段内的光的多个表面。该多个表面可以涂覆有二向色材料，该二向色材料在该第一波段中是透射的并且在该第二波段中是反射的。在一些实施方式中，浸没层被包覆模制到菲涅耳组件上以形成浸没的菲涅耳组件。浸没层的折射率可以与菲涅耳组件的折射率匹配。另外，在一些实施方式中，浸没的菲涅耳组件的一个或多个表面可被成形(例如，凹的、凸的、非球面的、自由的形式等)以调整浸没的菲涅耳组件的光功率。菲涅耳组件可以集成到头戴式显示器(HMD)中。

在一些实施方式中，HMD包括显示元件、光学块、菲涅耳组件、照射源和相机组件。显示元件穿过显示元件的显示面输出光的第一波段(例如，可见光)内的图像光。光学块将来自显示元件的光引导到窥视窗(用户眼睛占据的空间内的区域)。菲涅耳组件透射在第一波段内的光，并且将与第一波段不同的第二波段(例如，红外光)内的光引导到第一位置。照射源(例如，跟踪系统的部件)用第二波段内的光照射目标区域(眼睛和/或脸部的部分)。相机(例如，眼睛和/或脸部跟踪系统的一部分)位于第一位置，并且被配置为捕获与从用户的目标区域反射的并且被菲涅耳组件反射的光对应的第二波段内的光。

在一些实施方式中，菲涅耳组件可以是非波长敏感的(例如，它可以是非浸没的、未涂覆的表面或者它可以具有部分反射的涂层并且被浸没)。它透射来自显示器的一部分光并且将其引导到窥视窗。其还将显示器的光的部分引导到窥视窗之外。该相机被定位成使得来自眼睛的光被反射离开菲涅尔组件并且被该相机捕获。另外，在一些实施方式中，HMD包括生成跟踪信息(例如，凝视位置和/或面部表情)的控制器(例如，跟踪系统的一部分)。

附图说明

图1是根据实施方式的HMD(未示出)的显示块的一部分的横截面图。

图2是根据实施方式的具有倾斜的菲涅耳组件的HMD(未示出)的显示块的一部分的横截面图。

图3是根据实施方式的具有浸没的菲涅耳组件的HMD(未示出)的显示块的一部分的横截面图。

图4是根据实施方式的浸没的菲涅耳组件410的一部分的横截面图。

图5是根据实施方式的捕获多个视角的浸没的菲涅耳组件的一部分的横截面图。

图6是根据实施方式的被配置为与多个位置交互的浸没的菲涅耳组件的一部分的横截面图。

图7A是一个实施方式中的HMD的示图。

图7B是在一个实施方式中的HMD的横截面图。