用于眼睛跟踪的成角度分段热镜的制作方法

用于眼睛跟踪的成角度分段热镜
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年7月30日提交的标题为“angularly segmented hot mirror for eye tracking(用于眼睛跟踪的成角度分段热镜)”的美国临时申请号62/880,499在35u.s.c.
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119(e)下的优先权的权益，其以整体内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及虚拟现实和增强现实成像和可视化系统、用于捕获眼睛图像的成像系统以及用于制造用于这些成像系统的光学元件的方法。


背景技术：

4.现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现的图像或其部分以它们看起来是或者感觉是真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“vr”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对其它实际的真实世界的视觉输入不透明；增强现实或“ar”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的现实世界的可视化的增强；或混合现实“mr”涉及将真实世界和虚拟世界合并以产生物理和虚拟对象共存并实时交互的新环境。事实证明，人类视觉感知系统非常复杂，并且产生便于在其它虚拟或现实世界的图像元素中舒适、感觉自然、丰富地呈现虚拟图像元素的vr、ar或mr技术具有挑战性。在此公开的系统和方法解决了与vr、ar和mr技术有关的各种挑战。


技术实现要素：

5.公开了被配置为穿戴在用户的头部上的头戴式显示器(hmd)的实施例。该hmd包括：包括一对耳柄的框架；由所述框架支撑的一对光学元件，使得所述一对光学元件中的每一个能够设置在所述用户眼睛的前方；安装到所述一对耳柄中的一个的前向成像器；以及设置在所述一对光学元件中的一个中或上的反射元件，所述反射元件被配置为将红外光朝向所述前向成像器反射，所述前向成像器被配置为接收由所述反射元件反射的红外光。所述一对光学元件中的每一个可以对可见光透明。该反射元件可以包括具有相同或不同光学特性的多个段。该成像器可以被配置为捕获所述hmd的穿戴者的眼睛的图像。该hmd可包括处理器，该处理器分析由成像器获取的图像，以用于眼睛跟踪、生物特征识别、眼睛形状的多视角重建、估计眼睛的调节状态或对眼睛的视网膜进行成像。该反射元件可以被分段，其中不同的段具有不同的角度或不同的光焦度(optical power)。
6.公开了用于与头戴式显示器(hmd)一起使用的成像系统的示例。该成像系统可包括前向成像相机，并且所述hmd的显示器的表面可包括被配置为将光反射到所述成像相机的离轴衍射光学元件(doe)或热镜。该doe或热镜可以被分段，例如，其中不同的段具有不同的角度或不同的光焦度。该成像系统可用于眼睛跟踪、生物特征识别、眼睛三维形状的多视角重建等。还提供了用于制造成角度分段光学元件的方法。该方法可包括注入成型。下面提供几个示例：
7.示例1：一种制造分段热镜的方法，所述方法包括：提供具有第一腔的第一模具，所述第一腔包括第一表面，所述第一表面具有相对于第二部分成非零角度的第一部分；至少邻近所述第一腔的所述第一表面的所述第一部分和所述第二部分设置热镜膜；将第一聚合物材料注入到所述第一模具的所述第一腔中以形成第一模制组件；从所述第一模具移除所述第一模制组件，其中，所述第一模制组件包括所述热镜膜的至少一部分；将所述第一模制组件设置在具有第二腔的第二模具中；将第二聚合物材料注入到所述第二腔中以形成第二模制组件，所述第二聚合物材料覆盖所述热镜膜中的至少一些；以及从所述第二模具移除所述第二模制组件。
8.示例2：根据示例1所述的方法，其中，所述非零角度在2度到25度的范围内。
9.示例3：根据示例1所述的方法，其中，所述非零角度在5度到20度的范围内。
10.示例4：根据示例1至3中的任一项所述的方法，其中，所述热镜膜对可见光基本上是透射的并且对红外光基本上是反射的。
11.示例5：根据示例1至4中的任一项所述的方法，其中，所述热镜膜对从400nm到700nm的第一波长范围内的光基本上是透射的，并且对从约800nm到900nm的第二波长范围内的光基本上是反射的。
12.示例6：根据示例1至5中的任一项所述的方法，其中，所述第一聚合物与所述第二聚合物相同。
13.示例7：根据示例1至6中的任一项所述的方法，其中，所述第一聚合物或所述第二聚合物对可见光和红外光基本上是透射的。
14.示例8：根据示例1至7中的任一项所述的方法，其中，所述第一聚合物或所述第二聚合物包括热塑性聚合物。
15.示例9：根据示例1至8中的任一项所述的方法，其中，所述第一聚合物或所述第二聚合物包括聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
16.示例10：根据示例1至9中的任一项所述的方法，还包括：移除所述热膜的延伸到所述第一模制组件或所述第二模制组件外部的一部分。
17.示例11：根据示例1至10中的任一项所述的方法，其中，将所述第一模制组件设置在具有第二腔的第二模具中包括对所述第一模制组件进行取向，使得所述热镜膜朝向所述第二腔的中心区域设置。
18.示例12：根据示例1至11中的任一项所述的方法，其中，所述第一模具包括所述第一部分与所述第二部分之间的通风口。
19.示例13：根据示例1至12中的任一项所述的方法，还包括：将至少一个红外光源设置在所述第二模具的所述第二腔中。
20.示例14：根据示例13所述的方法，其中，所述至少一个红外光源设置在聚合物膜上，所述方法包括将所述聚合物膜设置在所述第二模具的所述第二腔中。
21.示例15：根据示例14所述的方法，其中，所述聚合物膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
22.示例16：根据示例1至15中的任一项所述的方法，其中，所述第一模具的所述第一表面包括邻近所述第二部分的第三部分，所述第三部分相对于所述第二部分成第二非零角度。
23.示例17：根据示例1至16中的任一项所述的方法，其中，所述第一表面的所述第一部分或所述第二部分包括弯曲区域。
24.示例18：根据示例1至17中的任一项所述的方法，还包括：将所述第二模制组件附接到用于增强、混合或虚拟现实设备的显示器。
25.示例19：一种形成光学元件的方法，所述方法包括：邻近第一模具的分段表面设置光学膜，所述分段表面包括第一部分和与所述第一部分成非零角度的第二部分，所述光学膜在第一波长范围内基本上透明并且在不同于所述第一波长范围的第二波长范围内基本上反射；将第一聚合物注入到所述第一模具的所述第一腔中以形成第一光学元件，所述第一聚合物在所述第一波长范围和所述第二波长范围内基本上透明，所述第一光学元件包括所述光学膜的至少一部分；将所述第一光学元件设置在第二模具中；将第二聚合物注入到所述第二模具中以形成第二光学元件，其中，所述第二聚合物覆盖所述第一光学元件的所述光学膜中的至少一些；以及从所述第二模具移除所述第二光学元件。
26.示例20：根据示例19所述的方法，其中，所述第一波长范围包括所述可见波长范围的至少一部分，以及所述第二波长范围包括所述红外波长范围的至少一部分。
27.示例21：根据示例19或示例20所述的方法，其中，所述第一模具包括所述第一部分与所述第二部分之间的通风口。
28.示例22：根据示例19至21中的任一项所述的方法，其中，所述分段表面的所述第一部分或所述第二部分基本上是平坦的。
29.示例23：根据示例19至22中的任一项所述的方法，还包括：在所述第一光学元件的第一边缘或所述第二光学元件的第二边缘处终止所述光学膜。
30.示例24：根据示例19至23中的任一项所述的方法，还包括：在所述第二模具中设置光源。
31.示例25：根据示例19至24中的任一项所述的方法，其中，所述非零角度在2度到25度的范围内。
32.示例26：根据示例19至25中的任一项所述的方法，其中，所述光学膜包括衍射元件或全息元件。
33.示例27：一种用于形成光学元件的方法，所述方法包括：将光学膜施加到第一光学元件的第一表面，所述第一表面包括第一部分和第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分成非零角度；将第二光学元件施加到所述第一光学元件以形成所述光学元件，使得所述光学膜设置在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间。
34.示例28：根据示例27所述的方法，其中，所述第一光学元件、所述第二光学元件和所述光学膜在可见光中是光学透射的。
35.示例29：根据示例28所述的方法，其中，所述光学膜在红外光中是光学反射的，并且所述第一光学元件和所述第二光学元件在红外光中是光学透射的。
36.示例30：根据示例27至29中的任一项所述的方法，其中，施加所述光学膜包括将所述光学膜粘附在所述第一表面上。
37.示例31：根据示例27至29中的任一项所述的方法，其中，施加所述光学膜包括将所述光学膜沉积在所述第一表面上。
38.示例32：根据示例27至31中的任一项所述的方法，还包括：注入成型所述第一光学
元件。
39.示例33：根据示例27至32中的任一项所述的方法，其中，施加所述第二光学元件包括注入成型。
40.示例34：一种分段热镜，其根据示例1至33中的任一项所述的方法形成。
41.示例35：一种光学元件，其根据示例1至34中的任一项所述的方法形成。
42.示例36：一种显示器，包括根据示例34所述的分段热镜或根据示例35所述的光学元件。
43.示例37：一种增强、虚拟或混合现实显示设备，包括根据示例36所述的显示器。
44.示例38：一种制造被配置用于与显示元件耦合的热镜的方法，所述方法包括：沿着第一模具的第一表面和第二表面设置热镜层，所述第一表面与所述第二表面的平面形成上升角，其中，所述第一模具的所述第一表面和所述第二表面与所述反射材料层的第一表面交界，其中，所述热镜层被配置为使可见光透射通过并反射红外光；通过将第一透明材料注入到所述模具的内部以与所述反射材料层的所述第一表面交界来形成中间结构；以及通过将第二透明材料注入到第二模具的内部以与所述反射材料层的第二表面交界来形成光学元件，所述第二模具容纳所述中间结构，其中，所述反射材料层的所述第一表面与所述反射材料层的所述第二表面相对。
45.示例39：根据示例38所述的方法，还包括：将所述光学元件耦合到显示元件，所述显示元件被配置用于插入被配置为由用户穿戴的框架中。
46.示例40：根据示例38至39中的任一项所述的方法，其中，所述第一模具具有与所述第二模具的形状不同的形状。
47.示例41：根据示例38至40中的任一项所述的方法，其中，所述第一模具具有与所述第二模具的形状不同的形状。
48.示例42：根据示例38至41中的任一项所述的方法，其中，所述第一透明材料和所述第二透明材料相同。
49.示例43：根据示例38至42中的任一项所述的方法，其中，所述第一透明材料和所述第二透明材料中的至少一种包括玻璃或塑料。
50.示例44：根据示例38至43中的任一项所述的方法，其中，所述上升角在3
°
与35
°
之间。
51.示例45：根据示例38至44中的任一项所述的方法，其中，所述中间结构的外部表面包括所述反射材料层的所述第二表面。
52.示例46：根据示例38至45中的任一项所述的方法，其中，将第二透明材料注入到第二模具的内部包括在所述反射材料的所述第二表面上形成所述第二透明材料的层。
53.示例47：根据示例38至46中的任一项所述的方法，还包括：将所述光学元件插入被配置为穿戴在用户的头部上的框架中。
54.示例48：根据示例47所述的方法，还包括：将相机附接到所述框架，所述相机被配置为对所述用户的眼睛进行成像。
55.示例49：一种热镜，其根据示例38至48中的任一项所述的方法制造。
56.示例50：一种头戴式显示系统，包括：被配置为支撑在用户的头部上的框架；被配置为向用户显示图像的光学元件，所述光学元件被配置为将来自环境的光透射到所述用户
的眼睛，以向所述用户提供所述环境的一部分的视图；被配置为接收来自所述光学元件的光的前向成像器；以及至少部分地设置在所述光学元件中的反射元件，所述反射元件包括第一段和第二段，所述第一段相对于所述第二段成非零角度，所述第一段被配置为产生被配置为由所述前向成像器捕获的所述眼睛的第一图像，并且所述第二段被配置为产生被配置为由所述前向成像器捕获的所述眼睛的第二图像。
57.示例51：根据示例50所述的头戴式显示系统，其中，所述反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件(doe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
58.示例52：根据示例50至51中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述第一段具有与所述第二段不同的光焦度。
59.示例53：根据示例50至52中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述非零角度在2度到25度的范围内。
60.示例54：根据示例50至53中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述反射元件包括热镜膜，所述热镜膜对可见光基本上是透射的并且对红外光基本上是反射的。
61.示例55：根据示例54所述的头戴式显示系统，其中，所述热镜膜对从400nm到700nm的第一波长范围内的光基本上是透射的，并且对从约800nm到900nm的第二波长范围内的光基本上是反射的。
62.示例56：根据示例50至55中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述光学元件包括至少一个红外光源，所述红外光源设置在所述光学元件或至少部分地设置在所述光学元件中。
63.示例57：根据示例50至56中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述光学元件包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。
64.示例58：根据示例50至57中的任一项所述的头戴式显示系统，还包括：被配置为存储由所述前向成像器获得的所述用户的眼睛的图像的非暂态存储器；以及与所述非暂态存储器通信的硬件处理器，所述硬件处理器被编程为：访问所述眼睛的图像；以及执行以下各项中的一项或多项：跟踪所述用户的眼睛；提取与所述用户的眼睛相关联的生物特征信息；重建所述用户的眼睛的一部分的形状；估计所述用户的眼睛的调节状态；或对所述用户的眼睛的视网膜、虹膜或其他元素进行成像。
65.示例59：根据示例58所述的头戴式显示系统，其中，所述硬件处理器被编程为利用所述用户的眼睛的所述一部分的形状来估计所述眼睛的取向。
66.示例60：根据示例50至59中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述光学元件定位在所述用户的第一眼睛前方。
67.示例61：根据示例50至60中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述框架支撑具有多个反射段的第二反射元件，所述第二光学元件定位在所述用户的第二眼睛前方。
68.示例62：根据示例50至61中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述第一段或所述第二段中的至少一者被配置为生成在无限远处对所述眼睛进行成像的相应虚拟相机。
69.示例63：根据示例62所述的头戴式显示系统，其中，为了对所述眼睛进行成像，所述成像器在所述用户向上看时使用所述第一段，并且在所述用户向下看时使用所述第二段。
70.示例64：根据示例62至63中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，为了对所述眼
睛进行成像，所述显示系统选择所述第一段或所述第二段中具有所述用户的睫毛或眼睑的较少遮挡的段。
71.示例65：一种头戴式显示系统，包括：被配置为支撑在所述用户的头部上的框架；设置在所述框架上的显示器；目镜，其被配置为接收来自所述显示器的光并将光投射到所述用户的眼睛中以向所述用户的视野显示虚拟图像内容，所述目镜包括透明部分，所述透明部分被设置成将来自所述用户和所述头戴式显示器前面的环境的一部分的光透射到所述用户的眼睛，以提供所述用户和所述头戴式显示器前面的所述环境的所述一部分的视图，所述目镜包括至少一层；以及至少一个光源，其至少部分嵌入在所述至少一层中以将光引导到所述用户的眼睛。
72.示例66：根据示例65所述的头戴式显示系统，还包括：被配置为对所述用户的眼睛进行成像的成像器。
73.示例67：根据示例65所述的头戴式显示系统，还包括：被配置为对所述用户的眼睛进行成像的前向成像器。
74.示例68：根据示例67所述的头戴式显示系统，反射元件包括第一段和第二段，所述第一段相对于所述第二段成非零角度，所述第一段被配置为产生待由所述前向成像器捕获的眼睛的第一图像，并且所述第二段被配置为产生待由所述前向成像器捕获的眼睛的第二图像。
75.示例69：根据示例68所述的头戴式显示系统，其中，所述反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件(doe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
76.示例70：根据示例68至69中的任一项所述的光学目镜，其中，所述第一段具有与所述第二段不同的光焦度。
77.示例71：根据示例68至70中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述非零角度在2度到25度的范围内。
78.示例72：根据示例68至71中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述反射元件包括热镜膜，所述热镜膜对可见光基本上是透射的并且对红外光基本上是反射的。
79.示例73：根据示例72所述的头戴式显示系统，其中，所述热镜膜对从400nm到700nm的第一波长范围内的光基本上是透射的，并且对从约800nm到900nm的第二波长范围内的光基本上是反射的。
80.示例74：根据示例65至73中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜包括至少一个波导。
81.示例75：根据示例65至74中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜包括层堆叠。
82.示例76：根据示例75所述的头戴式显示系统，其中，所述层堆叠包括至少一个波导。
83.示例77：根据示例75所述的头戴式显示系统，其中，所述层堆叠包括多个波导。
84.示例78：根据示例75至77中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，包括第一段和第二段的反射元件被包括在所述层堆叠中，所述第一段相对于所述第二段成非零角度，所述第一段被配置为产生待由所述前向成像器捕获的所述眼睛的第一图像，并且所述第二段被配置为产生被配置为由所述前向成像器捕获的所述眼睛的第二图像。
85.示例79：根据示例78所述的头戴式显示系统，其中，所述反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件(doe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
86.示例80：根据示例65至79中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括红外光源。
87.示例81：根据示例65至80中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被配置为在所述用户的眼睛上形成闪烁。
88.示例82：根据权利要求65至81中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括固态发射器。
89.示例83：根据示例65至82中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，至少部分嵌入在所述至少一层中的所述至少一个光源包括至少一个led。
90.示例84：根据示例65至83中的任一项所述的头戴式显示系统，还包括：向所述至少一个光源提供电力的导电材料，所述导电材料对可见光是透射的。
91.示例85：根据示例84所述的头戴式显示系统，其中，所述导电材料包括氧化铟锡。
92.示例86：根据示例65至85中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一层包括透明层。
93.示例87：根据示例65至86中的任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一层包括聚合物。
94.示例88：一种形成光学元件的方法，所述方法包括：将光学膜施加到第一透明体的第一表面，所述第一表面包括第一部分和第二部分，所述第二部分相对于所述第一部分成非零角度；将第二透明体施加到所述第一透明体，使得所述光学膜设置在所述第一透明体与所述第二透明体之间；以及将包括至少一个光源的层设置在所述第一透明体或所述第二透明体中的至少一个上。
95.示例89：根据示例88所述的方法，其中，所述光学膜在可见光中是光学透射的。
96.示例90：根据示例89所述的方法，其中，所述光学膜在红外光中是光学反射的，并且所述第一光学元件和所述第二光学元件在红外光中是光学透射的。
97.示例91：根据示例88至90中的任一项所述的方法，其中，施加所述光学膜包括将所述光学膜粘附在所述第一表面上。
98.示例92：根据示例88至91中的任一项所述的方法，其中，施加所述光学膜包括将所述光学膜沉积在所述第一表面上。
99.示例93：根据示例88至92中的任一项所述的方法，还包括：注入成型所述第一透明体。
100.示例94：根据示例88至93中的任一项所述的方法，其中，施加所述第二光学元件包括注入成型。
101.示例95：根据示例88至94中的任一项所述的方法，其中，包括所述至少一个光源的所述层设置在所述第一透明体上。
102.示例96：根据示例88至95中的任一项所述的方法，其中，包括所述至少一个光源的所述层设置在所述第二透明体上。
103.示例97：根据示例88至96中的任一项所述的方法，还包括：将所述至少一个光源设置在所述第一透明体内。
104.示例98：根据示例88至97中的任一项所述的方法，还包括：将所述至少一个光源设置在所述第二透明体内。
105.示例99：根据示例88至98中的任一项所述的方法，还包括：至少部分地将所述至少一个光源嵌入所述第一透明体中。
106.示例100：根据示例88至99中的任一项所述的方法，还包括：至少部分地将所述至少一个光源嵌入所述第二透明体中。
107.示例101：根据示例88至100中的任一项所述的方法，其中，包括所述至少一个光源的所述层包括透明层。
108.示例102：根据示例88至101中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个光源包括固态发射器。
109.示例103：根据示例88至102中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个光源包括led。
110.示例104：一种分段热镜，其根据示例88至103中的任一项所述的方法形成。
111.示例105：一种光学元件，其根据示例88至103中的任一项所述的方法形成。
112.示例106：一种显示器，包括根据示例104所述的分段热镜或根据示例105所述的光学元件。
113.示例107：一种增强、虚拟或混合现实显示设备，包括根据示例106所述的显示器。
114.本说明书中描述的主题的一种或多种实施方式的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征、方面和优点将变得显而易见。该概述或以下详细描述均不旨在定义或限制本发明主题的范围。
附图说明
115.图1描绘了具有某些虚拟现实对象以及由人观看的某些实际现实对象的增强现实场景的图示。
116.图2示意性地示出了可穿戴显示系统的示例。
117.图3示意性地示出了使用多个深度平面来模拟三维图像的方法的方面。
118.图4示意性地示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。
119.图5示出了可以由波导输出的示例出射光束。
120.图6是示出了包括波导装置、将光光学耦合到波导装置或从波导装置光学耦合的光耦合器子系统以及控制子系统的显示系统的示意图，该显示系统用于生成多焦点立体显示、图像或光场。
121.图7a至图7f示意性地示出了包括使用反射式离轴衍射光学元件(doe)对穿戴者的眼睛进行成像的前向相机的成像系统的示例。
122.图7g和图7h示意性地示出了具有多个段的doe的示例，每个段可以具有不同的光学特性(例如，反射角、光焦度等)。
123.图8示出了用于眼睛跟踪的光学系统的另一示例。
124.图9示出了一系列图，这些图表示注视灵敏度(以每度像素为单位)相对于水平注视角度(以度为单位)的示例，其针对热镜的与不同的瞳距(ipd)差异和/或沿着轴向(z轴)的不同的眼盒偏移相关的各种配置。
125.图10示出了具有分段反射元件的示例光学系统。
126.图11示出了从成角度分段热镜的实施例反射的示例眼睛图像。
127.图12a至图12e示出了用于光学元件(例如，包括成角度分段热镜)的示例制造过程的各阶段。
128.图13a至图13c示出了用于制造光学元件以包括光源(例如，红外led)的可选阶段。
129.图14示出了用于制造光学元件(诸如成角度分段热镜)的示例方法。
130.在整个附图中，可以重新使用参考数字来指示参考元件之间的对应关系。提供附图以示出在此描述的示例实施例并且不旨在限制本公开的范围。
具体实施方式
131.总览
132.可以使用反射式离轴衍射光学元件(doe)对头戴式显示器(hmd)的穿戴者的眼睛进行成像。在一些实施方式中，doe可以是全息光学元件(hoe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。穿戴者的眼睛可以另外或可替代地使用热镜(例如，其对可见光透射并且在红外光中反射)进行成像。产生的图像可用于跟踪一只或多只眼睛、对视网膜进行成像、对眼睛形状进行三维重建、从眼睛中提取生物特征信息(例如，虹膜识别)等。
133.头戴式显示器(hmd)可能出于各种目的使用关于穿戴者眼睛状态的信息。例如，该信息可用于估计穿戴者的注视方向或用于生物特征识别。然而，对hmd的穿戴者的眼睛进行成像可能具有挑战性。在hmd与穿戴者眼睛之间的距离是短的。此外，注视跟踪要求更大的视场，而生物特征识别要求关于虹膜上目标的相对高的像素数。对于将试图实现这两个目标的成像系统，这两个任务的要求在很大程度上不一致。此外，由于眼睑和睫毛的遮挡，这两个问题可能进一步复杂化。
134.本文所描述的成像系统的实施例解决了这些问题中的一些或全部。例如，成像系统可包括被配置为观察穿戴者的眼睛的成像器。成像系统可以安装在穿戴者太阳穴附近(例如，在可穿戴显示系统的框架上，例如耳柄上)。在一些实施例中，第二成像器可用于穿戴者的另一只眼睛，使得对每只眼睛分别成像。成像器可包括对红外辐射敏感的红外数字相机。可以安装成像器，使得其面向前方(在穿戴者的视线方向上)，而不是面向后方并指向眼睛。通过将成像器设置得更靠近穿戴者的耳朵，成像器的重量也可以更靠近耳朵，并且与成像器面向后并且更靠近hmd前面设置的hmd相比较，hmd可以更容易穿戴。此外，通过将前向成像器放置在穿戴者太阳穴附近，从穿戴者的眼睛到成像器的距离大约是与设置在hmd前面附近的后向成像器相比较的两倍大。由于图像的景深与该距离大约成比例，因此前向成像器的景深大约是与后向成像器相比较的两倍大。成像器的更大景深可能有利于对具有大或突出的鼻子、眉脊等的穿戴者的眼睛区域进行成像。
135.成像器可以被定位以观察另外透明光学元件的内表面。光学元件可以是hmd的显示器的一部分(或一副眼镜中的镜片)。光学元件可包括反射第一波长范围同时对第二波长范围(其不同于第一波长范围)基本上透射的表面。第一波长范围可以在红外光中，而第二波长范围可以在可见光中。例如，光学元件可包括热镜，其反射红外光同时透射可见光。来自外部世界的可见光可以透射通过光学元件，并且可以被穿戴者感知。实际上，成像系统的作用就好像存在向后指向穿戴者的眼睛的虚拟成像器。虚拟成像器可以对从穿戴者的眼睛
传播通过光学元件的虚拟红外光进行成像。热镜(或本文所描述的其他doe)可以设置在光学元件的内表面上、光学元件的外表面上或光学元件内(例如，体积hoe)。
136.在一些实施例中，光学元件包括具有不同光学特性(例如角度或光焦度)的多个段。当穿戴者朝不同方向看时，光学元件的不同段可以有利地将光反射到成像器。
137.提供了用于制造分段光学元件的制造过程的示例。制造过程可包括注入成型。注入模具可包括分段表面，其中不同的段具有不同的角度(或光焦度)。
138.红外辐射可包括具有从700nm到10μm的范围内的波长的辐射。红外辐射可包括具有从700nm到1.5μm的范围内的波长的近红外辐射。在许多实施方式中，眼睛成像是在从700nm到900nm的波长的近红外中执行的。
139.3d显示器
140.图1描绘了具有某些虚拟现实对象以及由人观看的某些实际现实对象的增强现实场景的图示。图1描绘了增强现实场景100，其中ar技术的用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台120为特征的真实世界公园状设置110。除了这些项目之外，ar技术的用户同样感知他“看到”站在真实世界平台120上的机器人雕像130，以及似乎是大黄蜂的化身的正飞过的卡通式的化身角色140，尽管这些元素不存在于现实世界中。
141.为了使三维(3d)显示器产生真实的深度感觉，并且更具体地，模拟的表面深度感觉，期望显示器的视场中的每个点生成与其虚拟深度对应的调节响应。如果对显示点的调节响应不对应于该点的虚拟深度(由汇聚和立体视觉的双眼深度线索确定)，则人眼可能经历调节冲突，导致成像不稳定、有害的眼部紧张、头痛，并且在没有调节信息的情况下，几乎完全缺乏表面深度。
142.vr、ar和mr体验可以通过具有显示器的显示系统来提供，在该显示器中与多个深度平面对应的图像被提供给观看者。对于每个深度平面，图像可以是不同的(例如，提供场景或对象的略微不同的呈现)，并且可以由观看者的眼睛单独聚焦，由此有助于基于对于位于不同深度平面上的场景聚焦不同图像特征所需的眼睛调节和/或基于观察到不同深度平面上的不同图像特征失焦而向用户提供深度线索。如在此其它地方所讨论的，这样的深度线索提供了可靠的深度感知。
143.图2示出可用于向显示系统穿戴者或观看者204呈现vr、ar或mr体验的可穿戴显示系统200的示例。显示系统200包括显示器208，以及支持显示器208的功能的各种机械和电子模块以及系统。显示器208可以耦合到框架212，该框架212可由显示系统用户、穿戴者或观看者204穿戴，并且被配置为将显示器208定位在穿戴者204的眼睛的前方。显示器208可以是光场显示器。在一些实施例中，扬声器216耦合到框架212并且被定位在用户的耳道附近(在一些实施例中，未示出的另一扬声器定位在用户的另一个耳道附近以提供立体声/可塑形的声音控制)。显示器208诸如通过有线引线或无线连接可操作地耦合220到本地数据处理模块224，该本地数据处理模块224可以以各种配置安装，诸如固定地附接到框架212，固定地附接到用户佩戴的头盔或帽子，嵌入在耳机中，或以其它方式可移除地附接到用户204(例如，在背包式配置中，在皮带耦合式配置中)。
144.本地处理和数据模块224可以包括硬件处理器以及诸如非易失性存储器(例如，闪速存储器)的非暂时性数字存储器，两者都可以用于帮助数据的处理、缓存和存储。数据可以包括如下数据：a)从传感器(其可以例如可操作地耦合到框架212或以其它方式附接到用
户204)捕获的数据，例如图像捕获装置(诸如相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、罗盘、gps单元、无线电设备和/或陀螺仪；和/或b)使用远程处理模块228和/或远程数据储存库232获取和/或处理的数据，可能用于在这样的处理或检索之后传递给显示器208。本地处理和数据模块224可以通过通信链路236和/或240(诸如经由有线或无线通信链路)可操作地耦合到远程处理模块228和远程数据储存库232，使得这些远程模块228、232作为资源可用于本地处理和数据模块224。另外，远程处理模块228和远程数据储存库232可以可操作地彼此耦合。
145.在一些实施例中，远程处理模块228可以包括一个或多个处理器，其被配置为分析和处理数据和/或图像信息，诸如由图像捕获设备捕获的视频信息。视频数据可以本地存储在本地处理和数据模块224中和/或远程数据储存库232中。在一些实施例中，远程数据储存库232可以包括数字数据存储设施，其可以通过互联网或其它网络配置以“云”资源配置而可用。在一些实施例中，在本地处理和数据模块224中存储全部数据，并且执行全部计算，允许从远程模块完全自主使用。
146.人的视觉系统是复杂的，并且提供对深度的逼真感知是具有挑战性的。不受理论的限制，相信对象的观看者可以由于辐辏和调节的组合而将对象感知为三维的。两只眼睛彼此相对的辐辏运动(即，瞳孔彼此相向或远离的滚动运动，以会聚眼睛的视线来注视对象)与眼睛晶状体的聚焦(或“调节”)密切相关。在正常情况下，改变眼睛晶状体的焦点或调节眼睛，以将焦点从在不同距离处的一个对象改变到另一个对象，将会在称为“调节-辐辏反射(accommodation-vergence reflex)”的关系下自动地导致在辐辏上的匹配改变达到相同的距离。同样，在正常情况下，辐辏的改变将引发调节的匹配改变。提供调节和辐辏之间的更好匹配的显示系统可以形成更逼真或更舒适的三维图像模拟。
147.图3示出了使用多个深度平面来模拟三维图像的方法的方面。参考图3，在z轴上距眼睛302和眼睛304的不同距离处的对象由眼睛302和眼睛304调节，以使得那些对象合焦中。眼睛302和眼睛304呈现特定的调节状态，以使沿着z轴的不同距离处的对象合焦。因此，可以说特定的调节状态与深度平面306中的特定一个深度平面相关联，该特定深度平面具有相关联的焦距，以使得当眼睛处于针对该深度平面的调节状态时，特定深度平面中的对象或对象的部分合焦。在一些实施例中，可以通过为眼睛302和304中的每一只眼睛提供图像的不同呈现来模拟三维图像，并且还通过提供与深度平面中每一个深度平面对应的图像的不同呈现来模拟三维图像。尽管为了清楚说明而示出为分离的，但应理解的是，例如，随着沿着z轴的距离增加，眼睛302和眼睛304的视场可能重叠。另外，虽然为了便于说明而示出为平坦的，但应理解的是，深度平面的轮廓可以在物理空间中是弯曲的，使得深度平面中的所有特征在特定的调节状态下与眼睛合焦。不受理论的限制，可以相信的是，人类眼睛通常可以解释有限数量的深度平面以提供深度感知。因此，通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一个深度平面对应的图像的不同呈现，可以实现感知深度的高度可信的模拟。
148.波导堆叠组件
149.图4示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。显示系统400包括可以用于采用多个波导420、422、424、426、428向眼睛410或大脑提供三维感知的波导堆叠或堆叠波导组件405。在一些实施例中，显示系统400对应于图2的系统200，图4更详细地示意性地
示出了该系统200的一些部分。例如，在一些实施例中，波导组件406可以被集成到图2的显示器208中。
150.继续参考图4，波导组件405还可以包括在波导之间的多个特征430、432、434、436。在一些实施例中，特征430、432、434、436可以是透镜。在一些实施例中，特征430、432、434、436可以不是透镜。而是它们可以是间隔物(例如，用于形成空气间隙的包层和/或结构)。
151.波导420、422、424、426、428和/或多个透镜430、432、434、436可以被配置为以各种级别的波前曲率或光线发散向眼睛发送图像信息。每个波导级别可以与特定的深度平面相关联，并且可以被配置为输出与该深度平面对应的图像信息。图像注入设备440、442、444、446、448可用于将图像信息注入到波导420、422、424、426、428中，其中的每一个波导可以被配置为分配入射光穿过每一个相应的波导，用于向眼睛410输出。光从图像注入设备440、442、444、446、448的输出表面出射并被注入到波导420、422、424、426、428的相应输入边缘。在一些实施例中，可以将单个光束(例如，准直光束)注入到每一个波导中，以便与特定波导相关联的深度平面对应的特定角度(和发散量)输出朝向眼睛410定向的克隆准直光束的整个场。
152.在一些实施例中，图像注入设备440、442、444、446、442是分立显示器，每个显示器产生用于分别注入到相应波导420、422、424、426、428中的图像信息。在一些其它实施例中，图像注入设备440、442、446、446、448是单个复用显示器的输出端，其可以例如经由一个或多个光导管(诸如，光纤线缆)向图像注入设备440、442、444、446、448中的每一个图像注入设备输送图像信息。
153.控制器450控制堆叠波导组件405和图像注入设备440、442、444、446、448的操作。在一些实施例中，控制器450包括调节图像信息到波导420、422、424、426、428的定时和提供的编程(例如，在非暂时性计算机可读介质中的指令)。在一些实施例中，控制器450可以是单个整体设备，或通过有线或无线通信通道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器450可以是处理模块224或228(图2所示)的部分。在一些实施例中，控制器可以与面向内的成像系统452(例如，数字相机)，面向外的成像系统454(例如，数字相机)和/或用户输入设备466通信。面向内的成像系统452(例如，数字相机)可以用于捕获眼睛410的图像，以例如确定眼睛410的瞳孔的大小和/或取向。面向外的成像系统454可用于对世界456的一部分成像。用户可经由用户输入设备466将命令输入到控制器450以与显示系统400交互。
154.波导420、422、424、426、428可以被配置为通过全内反射(tir)在每一个相应的波导内传播光。波导420、422、424、426、428可以各自是平面的或具有其它形状(例如，弯曲的)，具有顶部主表面和底部主表面以及在这些顶部主表面和底部主表面之间延伸的边缘。在所示的配置中，波导420、422、424、426、428可以各自包括光提取光学元件460、462、464、466、468，这些光提取光学元件被配置为通过将每一个相应波导内传播的光重定向而将光提取到波导外，以向眼睛410输出图像信息。提取的光也可以被称为耦出的光，并且光提取光学元件也可以被称为耦出光学元件。提取的光束在波导中传播的光照射光重定向元件的位置处被波导输出。光提取光学元件(460、462、464、466、468)可以例如是反射和/或衍射光学特征。虽然为了便于描述和清晰绘图起见而将其图示设置在波导420、422、424、426、428的底部主表面处，但是在一些实施例中，光提取光学元件460、462、464、466、468可以设置在顶部和/或底部主表面处，和/或可以直接设置在波导420、422、424、426、428的体积中。在一
些实施例中，光提取光学元件460、462、464、466、468可以形成在附接到透明基板的材料层中以形成波导420、422、424、426、428。在一些其它实施例中，波导420、422、424、426、428可以是单片材料，并且光提取光学元件460、462、464、466、468可以形成在那片材料的表面上和/或那片材料的内部中。
155.继续参考图4，如在此所讨论的，每一个波导420、422、424、426、428被配置为输出光以形成与特定深度平面对应的图像。例如，最接近眼睛的波导420可以被配置为将注入到这种波导420中的准直光递送到眼睛410。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一个上行波导422可以被配置为将在其可以到达眼睛410之前穿过第一透镜430(例如，负透镜)的准直光发出。第一透镜430可以被配置为产生轻微凸面的波前曲率，使得眼睛/大脑将来自下一个上行波导422的光解释为来自第一焦平面，该第一焦平面从光学无限远处更靠近向内朝向眼睛410。类似地，第三上行波导424将输出光在到达眼睛410之前穿过第一透镜452和第二透镜454。第一透镜430和第二透镜432的组合光焦度可被配置为产生另一增量的波前曲率，以使得眼睛/大脑将来自第三波导424的光解释为来自第二焦平面，该第二焦平面从光学无穷远比来自下一个上行波导422的光更靠近向内朝向人。
156.其它波导层(例如，波导426、428)和透镜(例如，透镜434、436)被类似地配置，其中堆叠中的最高波导428通过它与眼睛之间的全部透镜发送其输出，用于代表最靠近人的焦平面的聚合(aggregate)焦度。当在堆叠波导组件405的另一侧上观看/解释来自世界456的光时，为了补偿透镜430、432、434、436的堆叠，补偿透镜层438可以设置在堆叠的顶部处以补偿下面的透镜堆叠430、432、434、436的聚合焦度。这种配置提供了与可用波导/透镜配对一样多的感知焦平面。波导420、422、424、426、428的光提取光学元件460、462、464、466、468和透镜430、432、434、436的聚焦方面可以是静态的(例如，不是动态的或电活性的)。在一些替代实施例中，两者之一或者两者都可以是使用电活性特征而动态的。
157.继续参考图4，光提取光学元件460、462、464、466、468可以被配置为将光重定向到它们相应的波导之外并且针对与波导相关联的特定深度平面输出具有适当的发散量或准直量的该光。结果，具有不同相关联深度平面的波导可具有不同配置的光提取光学元件，其取决于相关联的深度平面输出具有不同发散量的光。在一些实施例中，如在此所讨论的，光提取光学元件460、462、464、466、468可以是体积或表面特征的，其可以被配置为以特定角度输出光。例如，光提取光学元件460、462、464、466、468可以是体积全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在2015年6月25日公开的美国专利公开no.2015/0178939中描述了诸如衍射光栅的光提取光学元件，其通过引用全部并入本文中。在一些实施例中，特征430、432、434、436可以不是透镜。相反，它们可以简单地是间隔物(例如，用于形成空气间隙的包层和/或结构)。
158.在一些实施例中，光提取光学元件460、462、464、466、468是形成衍射图案或“衍射光学元件”(在此也称为“doe”)的衍射特征。优选地，doe具有相对较低的衍射效率，以使得仅光束的一部分通过doe的每一个交点朝向眼睛410偏转离开，而其余部分经由全内反射继续移动通过波导。携带图像信息的光因此被分成多个相关的出射光束，该出射光束在多个位置处离开波导，并且该结果对于在波导内反弹的该特定准直光束是朝向眼睛410的相当均匀图案的出射发射。
159.在一些实施例中，一个或多个doe可以在它们主动地衍射的“开”状态和它们不显
著衍射的“关”状态之间可切换。例如，可切换的doe可以包括聚合物分散液晶层，其中微滴在主体介质中包含衍射图案，并且微滴的折射率可以切换为基本上匹配主体材料的折射率(在这种情况下，图案不明显地衍射入射光)，或者微滴可以切换为与主体介质的折射率不匹配的折射率(在这种情况下，该图案主动地衍射入射光)。
160.在一些实施例中，深度平面的数量和分布和/或景深可以基于观看者的眼睛的瞳孔大小和/或取向而动态地改变。在一些实施例中，面向内的成像系统452(例如，数字相机)可用于捕获眼睛410的图像以确定眼睛410的瞳孔的大小和/或取向。在一些实施例中，面向内的成像系统452可以附接到框架212(如图2中所示)并且可以与处理模块224和/或228电通信，该处理模块224和/或228可以处理来自面向内的成像系统452的图像信息以确定例如用户204的眼睛的瞳孔直径和/或取向。
161.在一些实施例中，面向内的成像系统452(例如，数字相机)可以观察用户的运动，诸如眼睛运动和面部运动。面向内的成像系统452可以用于捕获眼睛410的图像以确定眼睛410的瞳孔的大小和/或取向。面向内的成像系统452可以用于获得图像，用于确定用户正在观看的方向(例如，眼睛姿态)或用于用户的生物识别(例如，经由虹膜识别)。可以分析由面向内的成像系统452获得的图像以确定用户的眼睛姿态和/或情绪，其可以由显示系统400用来决定应该向用户呈现哪些音频或视觉内容。显示系统400同样可以使用诸如惯性测量单元(imu)、加速度计、陀螺仪等的传感器来确定头部姿态(例如，头部位置或头部取向)。头部姿态可以单独使用或与眼睛姿态组合使用以与干音轨交互和/或呈现音频内容。
162.在一些实施例中，可以针对每只眼睛利用一个相机来分别确定每只眼睛的瞳孔大小和/或取向，由此允许向每只眼睛呈现图像信息以动态地适合于该眼睛。在一些实施例中，可以为每只眼睛利用至少一个相机，以独立地分别确定每只眼睛的瞳孔大小和/或眼睛姿态，由此允许向每只眼睛呈现图像信息以动态地适合于该眼睛。在一些其它实施例中，仅单个眼睛410的瞳孔直径和/或取向(例如，每双眼睛仅使用单个相机)被确定并被假定对于观看者204的双眼是类似的。
163.例如，景深可与观看者的瞳孔大小成反比地改变。因此，随着观看者眼睛瞳孔的大小减小，景深增加，使得由于平面的位置超出了眼睛的聚焦深度而不可辨别的该平面可能变得可辨别，并且随着瞳孔大小的减小和景深的相应增加表现为更聚焦。类似地，用于向观看者呈现不同图像的间隔开的深度平面的数量可随着瞳孔大小减小而减小。例如，观看者在不调整眼睛远离一个深度平面和到另一个深度平面的调节的情况下，可能不能清楚地感知处于一个瞳孔大小的第一深度平面和第二深度平面的细节。然而，这两个深度平面可以在不改变调节的情况下，对于处于另一瞳孔大小的用户同时充分地聚焦。
164.在一些实施例中，基于瞳孔大小和/或方位的确定或者基于接收指示特定瞳孔大小和/或方位的电信号，显示系统可以改变接收图像信息的波导的数量。例如，如果用户的眼睛不能区分与两个波导相关联的两个深度平面，则控制器450可以被配置或编程为停止向这些波导中的一个提供图像信息。有利地，这可以减轻系统的处理负担，从而增加系统的响应性。在波导的doe可在开启和关闭状态之间切换的实施例中，当波导确实接收图像信息时，doe可切换到关闭状态。
165.在一些实施例中，可能期望的是出射光束符合直径小于观看者眼睛的直径的条件。然而，考虑到观看者的瞳孔大小的可变性，满足这种条件可能是具有挑战性的。在一些
实施例中，通过响应于观看者的瞳孔大小的确定而改变出射光束的大小，该条件在宽范围的瞳孔大小上满足。例如，随着瞳孔大小减小，出射光束的大小也可以减小。在一些实施例中，可以使用可变光圈来改变出射光束大小。
166.显示系统400可以包括对世界456的一部分成像的面向外的成像系统454(例如，数字相机)。世界456的这部分可以被称为视场(fov)，并且成像系统454有时被称为fov相机。可供观看者204观看或成像的整个区域可被称为能视域(field of regard(for))。for可以包括围绕显示系统400的立体角的4π球面度。在显示系统400的一些实施方式中，因为用户204可能移动他们的头部和眼睛以观看用户204周围的对象(位于用户的前面、后面、上面、下面或者旁边)，所以for可以包括显示系统400的用户周围的基本上全部立体角。从面向外的成像系统454获得的图像可以用于跟踪用户做出的姿势(例如，手或手指姿势)，检测用户前方的世界456中的对象等等。
167.显示系统400可以包括用户输入设备466，用户可以通过该用户输入设备466向控制器450输入命令以与显示系统400交互。例如，用户输入设备466可以包括触控板、触摸屏、操纵杆、多自由度(dof)控制器、电容感测设备、游戏控制器、键盘、鼠标、方向板(d-pad)、棒、触觉设备、图腾(例如，用作虚拟用户输入设备)等等。在一些情况下，用户可以使用手指(例如，拇指)在触敏输入设备上按压或滑动以向显示系统400提供输入(例如，向由显示系统400提供的用户界面提供用户输入)。用户输入设备466可在使用显示系统400期间由用户的手握持。用户输入设备466可以与显示系统400进行有线或无线通信。
168.图5示出了由波导输出的出射光束的示例。示出了一个波导，但是应该理解的是，波导组件405中的其它波导可以类似地起作用，其中波导组件405包括多个波导。光505在波导420的输入边缘510处被注入到波导420中，并且通过tir在波导420内传播。在光505入射在doe460上的点处，一部分光如出射光束515离开波导。出射光束515被示出为基本上平行，但是取决于与波导420相关联的深度平面，该出射光束515也可以以一定角度(例如，形成发散的出射光束)被重定向以传播到眼睛410。应该理解的是，基本上平行的出射光束可以指示具有光提取光学元件的波导，光提取光学元件将光耦出以形成看起来被设置在距眼睛410较大距离(例如，光学无穷远)处的深度平面上的图像。其它波导或者其它光提取光学元件组可以输出更加发散的出射光束图案，这将需要眼睛410调节到更近距离以将其聚焦在视网膜上并且将被大脑解释为光来自比光学无穷远更接近眼睛410的距离。
169.图6示出了显示系统400的另一示例，显示系统400包括波导装置、将光光学耦合到波导装置或从波导装置光学耦合光的光耦合器子系统，以及控制子系统。显示系统400可以用于生成多焦点立体、图像或光场。显示系统400可以包括一个或多个主平面波导604(在图6中仅示出一个)以及与至少一些主波导604中的每一个主波导相关联的一个或多个doe 608。平面波导604可以类似于参考图4讨论的波导420、422、424、426、428。光学系统可以使用分布波导装置沿着第一轴(图6所示的垂直轴或y轴)中继光，并且沿着第一轴(例如，y轴)扩展光的有效出射光瞳。分布波导装置可以例如包括分布平面波导612和与分布平面波导612相关联的至少一个doe 616(由双点划线示出)。分布平面波导612在至少一些方面可以与主平面波导604相似或相同，但具有与其不同的方位。类似地，至少一个doe 616在至少一些方面可以与doe 608相似或相同。例如，分布平面波导612和/或doe 616可以分别由与主平面波导604和/或doe 608相同的材料构成。图6中所示的光学系统可以集成到图2中所示
的可穿戴显示系统200中。
170.中继的和出射光瞳扩展的光从分布波导装置被光学耦合到一个或多个主平面波导604中。主平面波导662沿着优选地与第一轴正交的第二轴(例如，图6的视图中的水平轴或x轴)中继光。值得注意的是，第二轴可以是与第一轴非正交的轴。主平面波导604沿着该第二轴(例如，x轴)扩展光的有效出射路径。例如，分布平面波导612可以沿着垂直轴或y轴中继和扩展光，并且将该光传递到沿着水平轴或x轴中继和扩展光的主平面波导604。
171.显示系统400可以包括一个或多个彩色光源(例如，红色、绿色和蓝色激光)620，这些彩色光源可以光耦合到单模光纤624的近端中。可以穿过压电材料的中空管628来通过或接收光纤624的远端。远端作为非固定柔性悬臂632从管628突出。压电管628可以与四个象限电极(未示出)相关联。例如，电极可以镀在管628的外侧、外表面或外周或直径上。芯电极(未示出)也位于管628的芯、中心、内周或内径中。
172.例如经由导线640电耦合的驱动电子器件636驱动相对的电极对，以独立地在两个轴上弯曲压电管628。光纤624的突出远端顶端具有机械谐振模式。谐振的频率可以取决于光纤624的直径、长度和材料特性。通过在光纤悬臂632的第一机械谐振模式附近振动压电管628，使得光纤悬臂632振动，并且可以扫过大的偏转。
173.通过激发两个轴上的谐振，光纤悬臂632的顶端在遍及二维(2-d)扫描的区域中双轴扫描。通过与光纤悬臂632的扫描同步地调制一个或多个光源620的强度，从光纤悬臂632出射的光形成图像。美国专利公开no.2014/0003762中提供了这样的设置的描述，其通过引用全部并入本文中。
174.光学耦合器子系统的部件644准直从扫描光纤悬臂632出射的光。准直光由镜面648反射到包含至少一个衍射光学元件(doe)616的窄分布平面波导612中。准直光通过全内反射沿分布平面波导612垂直地(相对于图6的视图)传播，并且与doe 616重复相交。doe616优选具有低衍射效率。这导致一部分光(例如，10％)在与doe 616的每个交点处被衍射朝向较大的主平面波导604的边缘，并且一部分光经由tir在其原始轨迹上沿着分布平面波导612的长度向下继续。
175.在与doe 616的每个交点处，附加光被衍射向主波导612的入口。通过将入射光分成多个外耦合组，光的出射光瞳在分布平面波导612中由doe 616垂直地扩展。从分布平面波导612外耦合的该垂直扩展的光进入主平面波导604的边缘。
176.进入主波导604的光经由tir沿着主波导604水平传播(相对于图6的视图)。由于光通过tir沿着主波导604的至少一部分长度水平传播，因此光在多个点处与doe 608相交。doe 608可以有利地被设计或配置成具有相位轮廓，该相位轮廓是线性衍射图案和径向对称衍射图案的总和，以产生光的偏转和聚焦。doe 608可以有利地具有低衍射效率(例如，10％)，使得doe 608的每个交点只有一部分光束的光朝着视图的眼睛偏转，而其余的光经由tir通过波导604继续传播。
177.在传播光和doe 608之间的每个交点处，一部分光朝着主波导604的相邻面衍射，从而允许光脱离tir，并且从主波导604的面出射。在一些实施例中，doe 608的径向对称衍射图案另外向衍射光赋予聚焦水平，从而整形单个光束的光波前(例如，赋予曲率)以及以与设计的聚焦水平相匹配的角度将光束转向。
178.因此，这些不同的路径可以通过多个doe 608以不同的角度、聚焦水平和/或在出
射光瞳处产生不同的填充图案来使光从主平面波导604耦出。出射光瞳处的不同填充图案可以有利地用于创建具有多个深度平面的光场显示。波导组件中的每一层或堆叠中的一组层(例如3层)可用于产生相应的颜色(例如，红色、蓝色、绿色)。因此，例如，可以采用第一组的三个相邻层在第一焦深处分别产生红光、蓝光和绿光。可以采用第二组的三个相邻层在第二焦深处分别产生红光、蓝光和绿光。可以采用多组来产生具有各种焦深的全3d或4d彩色图像光场。
179.用于利用离轴成像器进行眼睛成像的示例光学系统
180.头戴式显示器(hmd)(例如，图2中所示的可穿戴显示系统200)的穿戴者的眼睛可以使用反射式离轴衍射光学元件(doe)成像，在一些实施方式中，doe可以是全息光学元件(hoe)。产生的图像可用于跟踪一只或多只眼睛、对视网膜进行成像、对眼睛形状进行三维重建、从眼睛中提取生物特征信息(例如，虹膜识别)等。
181.头戴式显示器(hmd)可能使用关于穿戴者眼睛状态的信息存在各种原因。例如，该信息可用于估计穿戴者的注视方向或用于生物特征识别。然而，由于hmd与穿戴者眼睛之间的短距离，因此该问题具有挑战性。通过以下事实进一步复杂化的是，注视跟踪要求更大的视场，而生物特征识别要求关于虹膜上的目标的相对高的像素数。对于将试图实现这两个目标的成像系统，这两个任务的要求在很大程度上不一致。最后，由于眼睑和睫毛的遮挡，这两个问题进一步复杂化。本文所描述的成像系统的实施例解决了这些问题中的一些或全部。本文参考图7a至图7h所描述的成像系统700的各种实施例可以与包括本文所描述的显示设备(例如，图2所示的可穿戴显示系统200、图4和图6所示的显示系统400)的hmd一起使用。
182.图7a示意性地示出了包括成像器702b的成像系统700的示例，该成像器702b用于观察眼睛304，并且安装在穿戴者太阳穴附近(例如，在可穿戴显示系统200的框架212上，例如，耳柄上)。在其他实施例中，第二成像器用于穿戴者的另一只眼睛302，使得对每只眼睛分别成像。成像器702b可包括对红外辐射敏感的红外数字相机。安装成像器702b，使得其面向前方(在穿戴者的视线方向上)，而不是面向后方并指向眼睛304(与图4所示的相机452一样)。通过将成像器702b设置得更靠近穿戴者的耳朵，成像器702b的重量也更靠近耳朵，并且与成像器面向后并且更靠近hmd前面(例如，接近于显示器208)设置的hmd相比较，hmd可以更容易穿戴。此外，通过将前向成像器702b放置在穿戴者太阳穴附近，从穿戴者的眼睛到成像器的距离大约是与设置在hmd前面附近的后向成像器相比较(例如，与图4所示的相机452相比较)的两倍大。由于图像的景深与该距离大约成比例，因此前向成像器的景深大约是与后向成像器相比较的两倍大。成像器702b的更大景深可能有利于对具有大或突出的鼻子、眉脊等的穿戴者的眼睛区域进行成像。
183.成像器702b被定位以观察另外透明光学元件706的内表面704。光学元件706可以是hmd的显示器208的一部分(或一副眼镜中的镜片)。光学元件可以对入射在光学元件上的可见光的至少10％、20％、30％、40％、50％或更多是透射的。在其他实施例中，光学元件706不需要是透明的(例如，在虚拟现实显示器中)。光学元件706可包括反射元件708。反射元件708可以是反射第一波长范围同时对第二波长范围(其不同于第一波长范围)基本上透射的表面。第一波长范围可以在红外光中，而第二波长范围可以在可见光中。例如，反射元件可包括热镜，其反射红外光同时透射可见光。在这样的实施例中，来自穿戴者的红外光710a、
712a、714a传播到光学元件706并从光学元件706反射，从而产生可由成像器702b成像的反射红外光710b、712b、714b。在一些实施例中，成像器702b可以对由反射元件708反射的第一波长范围的至少一个子集(诸如非空子集和/或少于全部的子集)敏感或能够捕获。例如，反射元件708可以反射700nm到1.5μm范围内的红外光，并且成像器702b可以对从700nm到900nm的波长处的近红外光敏感或能够捕获。作为另一示例，反射元件708可以反射700nm到1.5μm范围内的红外光，并且成像器702b可以包括滤除900nm到1.5μm范围内的红外光的滤光器，使得成像器702b可以捕获从700nm到900nm的波长处的近红外光。
184.来自外部世界456的可见光透射通过光学元件706并且可以被穿戴者感知。实际上，图7a所示的成像系统700的作用就好像存在向后指向穿戴者的眼睛304的虚拟成像器702c。虚拟成像器702c可以对从穿戴者的眼睛304传播通过光学元件706的虚拟红外光710c、712c、714c进行成像。尽管热镜(或本文所描述的其他doe)可以设置在光学元件706的内表面704上，但这不是限制。在其他实施例中，热镜或doe可以设置在光学元件706的外表面上或设置在光学元件706内(例如，体积hoe)。
185.图7b示意性地示出了成像系统700的另一示例。在该实施例中，可以通过使用具有成像器702b的透视控制透镜组件716b(例如，移位透镜组件、倾斜透镜组件或倾斜移位透镜组件)来减少或消除透视失真。在一些实施例中，透视控制透镜组件716b可以是成像器702b的透镜的一部分。透视控制透镜716b可以被配置为使得成像器702b的法线基本上平行于包括doe(或hoe)或热镜的表面704的区域的法线。实际上，图7b所示的成像系统700的作用就好像存在具有向后指向穿戴者的眼睛304的虚拟透视控制透镜组件716c的虚拟成像器702c。
186.附加地或可替代地，如图7c示意性所示，光学元件706的反射元件708可以在其表面704上具有离轴全息镜(oahm)，其用于反射光710a、712a、714a以利于通过捕获反射光710b、712b、714b的相机成像器702b观察眼睛304。oahm 708也可以具有光焦度，在这种情况下，它可以是离轴体积衍射光学元件(oavdoe)，如图7d示意性所示。在图7d所示的示例中，虚拟相机702c的有效位置在无限远处(并且在图7d中未示出)。
187.在一些实施例中，hoe(例如，oahm或oavdoe)或热镜可以被分成多个段。这些段中的每一个可以具有不同的光学特性或特征，包括例如这些段反射入射(红外)光的反射角或光焦度。这些段可以被配置为使得光从每个段向成像器702b反射。因此，由成像器702b捕获的图像也将被分成对应数量的段，每个段有效地从不同的角度观察眼睛。图7e示意性地示出了具有oahm或热镜的显示系统700的示例，该oahm或热镜具有三个段718a1、718a2、718a3，每个段充当在不同角度位置处对眼睛304进行成像的相应虚拟相机702c1、702c2、702c3。参考图8和图10描述了具有分段光学元件的显示系统的附加示例。
188.图7f示意性地示出了具有oahm或热镜的显示系统700的另一示例，该oahm或热镜具有三个段718a1、718a2、718a3，每个段具有光焦度(例如，分段的oavdoe)或不同的反射角，其中每个段在无限远处生成虚拟相机，该虚拟相机在不同的角度位置对眼睛304进行成像。尽管图7e和图7f示意性地示出了三个段，但是这是为了说明而非限制。在其他实施例中，可以使用两个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或更多个段。hoe或热镜的这些段中没有一个、一些或全部可以具有光焦度。
189.三个段718a1、718a2、718a3在图7e和图7f中被示出为跨光学元件706水平间隔。在
其他实施例中，段可以在光学元件706上垂直间隔。例如，图7g示意性地示出了具有两个垂直间隔的段718a1和718a2的doe或热镜718，其中段718a1被配置为将光反射回朝向成像器702b(其可以在与段718a1相同的大体水平平面中)，并且段718a2被配置为向上朝向成像器702b反射光。类似于双焦透镜，图7g所示的布置可以在以下情况中是有利的，即，允许成像系统700在穿戴者通过hmd的上部向前看时使用由成像器702b从上段718a1捕获的反射图像(经由实箭头线示意性地示出)和在穿戴者通过hmd的下部向下看时使用来自下段718a2的反射图像(经由虚箭头线示意性地示出)。
190.如参考图8至图10所描述的，另一布置可以允许成像系统700在穿戴者向前看或远离鼻子时使用由成像器702b从外部段获取的反射图像，并且在穿戴者朝向鼻子方向看时使用来自内部段的反射图像。
191.在其他实施例中可以使用水平间隔和垂直间隔的段的混合。例如，图7h示出了具有3x3段阵列的hoe或热镜718的另一示例。成像器702b可以从这九个段中的每一个捕获反射数据，这些段表示来自不同区域的光线和来自眼睛区域的角度方向的光线。从眼睛区域传播到hoe或热镜718并反射回成像器702b的两个示例光线被示出为实线和虚线。成像系统700(或处理模块224或228)可以分析来自多个段的反射数据以多视角地计算眼睛的三维形状或眼睛的注视方向(例如，眼睛姿势)。
192.利用段的光学系统700的实施例可以具有多个益处。例如，可以通过选择最适合特定任务的特定段来单独使用段，或者可以将它们共同用于多视角估计眼睛的三维形状或姿势。在前者情况下，这种选择性可用于例如选择具有通过眼睑或睫毛的最少遮挡的穿戴者的虹膜的图像。在后者情况下，眼睛的三维重建可用于估计取向(例如，通过估计角膜隆起的位置)或调节状态(例如，通过估计瞳孔的表观位置的晶状体引起的畸变)。
193.成角度的分段
194.在某些实施方式中，提供更大的角度范围可能是有利的，在该角度范围内可以使用本文所描述的实施例来跟踪用户的眼睛。例如，沿着眼睛的注视方向的至少一部分增加任何眼睛跟踪成像设备(例如，相机)的注视灵敏度可能是有利的。
195.图8示出了可执行眼睛跟踪的光学系统700的另一示例。图8的光学系统与图7a所示的光学系统700的特征共享许多共同特征。图8示出了被配置为对用户的眼睛304进行成像的成像设备702b。当光从用户的眼睛304或其一部分(例如，角膜、视网膜、虹膜、巩膜等)反射时，光可以从至少部分反射的元件708的反射表面反射。反射元件708可以设置在衬底804上，这可以向反射表面提供稳定性(例如，其可包括薄膜或涂层的一部分)。衬底804可包括聚合物材料，诸如塑料。与衬底804相对(相对于用户的眼睛304)设置的可以是光学元件706。光学元件706可以是可变焦元件(vfe)或光场显示器或被配置为将虚拟内容投射到用户眼睛的其他显示元件。例如，光学元件706可包括图4的波导组件405或参考图4至图6所描述的波导装置。在一些实施例中，衬底804和光学元件706可以是单个元件。
196.反射元件708可以被配置为基本上反射特定波长范围的光和/或基本上透射第二波长范围的光。第一波长范围和第二波长范围可以彼此不同。第一波长范围可包括基本上红外波长或其中的特定子范围(例如，近红外)。例如，第一范围可包括约700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、其之间的任何值的波长或落入其中具有任何端点的范围内的波长。第二波长范围可包括基本上可见的波长或其中的特定子范围。例如，第二范围
可包括约390nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、其之间的任何值的波长或落入其中具有任何端点的范围内的波长。反射元件708可包括热镜。反射元件708可包括反射材料、涂层、衍射光学元件(doe)和/或全息光学元件(例如，上文所描述的hoe 718、oahm)。在一些实施例中，第一波长范围和第二波长范围可以彼此至少部分重叠。
197.如参考图7a至图7g所描述的，来自眼睛的光反射离开反射元件708并由物理相机702b成像(例如，在用户的太阳穴附近)。该光学布置的作用就好像位于用户眼睛前面的虚拟相机702c对就好像直接来自眼睛的光709c进行成像。
198.可以在光轴810与用户眼睛304的注视方向之间定义用户眼睛304的注视角度812。光轴810可以在眼睛自然静止姿势的方向上(例如，指向前方)。当用户的注视在光轴810的方向上时，注视角度812为零，当用户的注视朝向用户的鼻子705(在鼻方向上)时，注视角度812为负，并且当用户的注视朝向用户的最近的太阳穴(例如，在太阳穴方向上，远离鼻子705，并且朝向对应的成像设备702b)时，注视角度812为正。如图所示，由物理成像器702b成像的眼盒由棱镜710b表示，并且虚拟成像器702c的眼盒由棱镜710c表示。
199.图9示出了一系列图904a-904e，这些图表示注视灵敏度(以每度像素为单位)相对于水平注视角度(以度为单位)的示例，其针对热镜的与不同的瞳孔间距(ipd)差异或沿着轴向(z轴)的不同的眼盒偏移相关的各种配置。在这些示例中，热镜没有被分段并且通常类似于图8所示的布置。眼盒可以定义包括水平和垂直维度的感兴趣区域，该水平和垂直维度可能受眼睛到光学元件706的距离的限制。例如，眼盒可以具有约30mm
×
30mm
×
13mm的尺寸。瞳孔间距(ipd)可以在双眼之间高达约9.5mm的范围内。注视角度812可以在约
±
22度(水平)和
±
55度(垂直)的范围内。其他尺寸是可能的。
200.注视灵敏度可以定义为由成像器成像的眼睛特征(例如闪烁或瞳孔)的测量运动(以像素为单位)与眼睛特征的运动(以度为单位)之间的比率。从图9中的示例可以看出，注视灵敏度在负角度(例如，朝向鼻子的注视)处可能低于在正角度(例如，远离鼻子朝向太阳穴的注视)处。对于鼻注视方向(负注视角度)的这种较低灵敏度可能是由于注视方向与虚拟相机702c之间的较大角度(其当用户直接看向鼻子时可以接近90度)。相反，当用户的注视更朝向太阳穴(正注视角度)时，用户更直接地注视虚拟相机702c的虚拟位置。
201.因此，增加成像设备相对于负注视角度(例如，面向鼻的注视)的注视灵敏度可能是有益的。如本文所描述的，提高鼻注视灵敏度可以通过将反射元件708的第一段以相对于第二段的非零角度取向来实现，使得虚拟成像器702c可以在进行鼻侧观察时更好地对用户的眼睛进行成像。
202.图10示出了具有成角度分段反射元件708的示例光学系统700。反射元件708可包括第一段708a和第二段708b。第二段708b可以相对于第一段708a成角度。可以在第二段708b与包括第一段708a的平面或表面之间定义上升角728。如图所示，角度728可以是锐角。例如，角度728可以在从约2
°
到约35
°
的范围内，在从约5
°
到约20
°
的范围内，或一些其他范围内。角度728可以是约3
°
、5
°
、7
°
、10
°
、12
°
、15
°
、18
°
、20
°
、25
°
、30
°
、33
°
、35
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、其之间的任何值、或落入其中具有任何端点的范围内。尽管图10示出了两个段708a、708b，但是这是为了说明而非限制。例如，如参考图7e至图7h所描述的，在其他实施例中可以使用任何适合数量或布置的段。进一步地，第一段708a可以以0
°
的上升角布置(例如，如图10所示，基本上平行于衬底804的主面)。然而，在一些实施例中，第一段708a可以相
对于衬底804和/或光学元件706的主面倾斜。
203.如图10所示，反射元件708的两个段708a、708b的成角度性质分别导致对应的虚拟成像设备702c1、702c2。第一虚拟成像设备702c1表示来自第一段708a的成像，而第二虚拟成像设备702c2表示来自第二段708b的成像。当用户的眼睛注视更多鼻部(例如，朝向图10所示的鼻子705)时，眼睛跟踪成像系统的注视灵敏度提高，因为虚拟相机702c2位于更朝向鼻部区域(与第一虚拟相机702c1的位置相比较)。例如，当与图8中所示的光学系统700的对应角度相比较时，鼻注视方向与虚拟成像器702c2之间的角度减小。因此，成角度分段反射元件708的使用允许眼睛跟踪系统为鼻部(例如，利用虚拟成像器702c2)和太阳穴(例如，利用虚拟成像器702c1)的注视角度提供改进的注视灵敏度。
204.更大的上升角上升角728可能要求更大厚度的衬底804。因此，可以使用在实现相对薄的衬底804与在鼻角度处提供相对高的注视灵敏度之间取得有效平衡的各种实施例。在一些这样的实施例中，角度728是约15
°
，并且衬底804的厚度是约2mm。
205.虽然出于说明的目的已经描述了离散的直角段，但是反射元件708的成角度部分可以至少部分地弯曲，诸如，例如，二次曲面(例如，球体、椭圆体、抛物面或双曲面)的表面的一部分。段中的一个或多个可以具有光焦度。附加地或可替代地，多个段可以水平地(例如，如图10所示)或垂直地(例如，在图10的平面内或外)成角度。许多替代方案是可能的。
206.图11示出了来自成角度分段反射元件的眼睛的示例图像1100。在该实验中，反射元件是热镜(hm)，它包括平面段和15
°
处的成角度段。图像1100包括由边界1112分离的第一图像部分1108a和第二图像部分1108b。边界1112的图像可以是反射元件708(例如，图10所示)如何形成用于该实验的伪影。图像1100示出了眼睛和从眼睛角膜反射的光源的闪烁1116a、1116b。注意，可以分别在图像部分1108a、1108b中看到闪烁1116a和1116b。
207.用于制造成角度分段反射元件的示例方法
208.图12a至图12e示出了用于光学元件1224(例如，成角度分段热镜)的示例制造过程的各阶段。制造过程可包括注入成型并且可包括两个注入成型阶段(例如，下面参考图12a所描述的第一注入成型阶段和下面参考图12d所描述的第二注入成型阶段)。
209.图12a示出了第一注入成型阶段，其中第一透明材料1208被注入到第一模具1212中。第一模具1212可包括多个部分，诸如如图所示的第一部分1212a和第二部分1212b，它们接合在一起以形成腔1270，第一透明材料1208被注入到腔1270中。为了形成光学元件1224的成角度的段，第二表面1214b可以相对于第一表面1214a以上升角1228成家督。可以选择上升角1228以提供参考图10所描述的第二段708b的上升角728。可以在第二表面1214b与包括第一表面1214a的至少一部分的平面或表面之间定义上升角1228。如图所示，角度可以是锐角。上升角1228可以在从约2
°
到约35
°
的范围内，在从约5
°
到约20
°
的范围内，或一些其他范围内。例如，角度1228可以是约3
°
、5
°
、7
°
、10
°
、12
°
、15
°
、18
°
、20
°
、25
°
、30
°
、33
°
、35
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、其之间的任何值、或落入其中具有任何端点的范围内。
210.反射材料1204可以设置在第一部分1212a的第一表面1214a和第二部分1212b的第二表面1214b上或附近。反射材料1204可包括热镜膜。例如，反射材料1204可以在电磁光谱的可见部分中基本上是透射的并且在电磁光谱的红外部分中基本上是反射的。例如，反射材料1204可以对入射在其上的可见光的至少50％、60％、70％、80％、90％或更多是透射的。反射材料1204可以对入射在其上的红外光的至少30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％
或更多是反射的。作为示例，热镜膜可包括可从3m公司购得的3m hm-825nm膜。
211.反射材料1204可以被配置为基本上反射特定波长范围的光或基本上透射第二波长范围的光。第一波长范围和第二波长范围可以彼此不同。第一波长范围可包括红外波长或红外波长的特定子范围。例如，第一范围可包括约700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、其之间的任何值或落入其中具有任何端点的范围内的波长。第二波长范围可包括基本上可见的波长或可见波长的特定子范围。例如，第二范围可包括约390nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、其之间的任何值或落入其中具有任何端点的范围内的波长。反射材料1204可包括反射材料、涂层、和/或全息或衍射光学元件(例如，上文所描述的hoe 718、oahm)。在一些实施例中，第一波长范围和第二波长范围可以彼此具有一些重叠。反射材料1204可以具有小于2mm的厚度。例如，厚度可以是约0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.7mm、其之间的任何值或落入其中具有任何端点的范围内。
212.一个或多个流体(例如，空气或气体)通风口可以沿着第一表面1214a、第二表面1214b或在表面1214a、1214b之间的接合处1222设置。当透明材料1208被注入到第一模具1212中时，使用这样的(一个或多个)通风口可以有利于允许反射材料1204通过材料1208的压力被推靠在表面1214a、1214b上。例如，当材料1208被注入到腔1270中时，允许最初在腔1270中的气体(例如，空气)排出可允许反射材料1204(其可以以薄膜的形式)在两个段之间的接合处1222形成尖角。
213.第一透明材料1208在可见光和红外光谱区域中可以是透明的，以便允许可见光和红外光穿过材料1208到达反射元件1204。如上文所描述的，反射元件1204然后可以反射入射光的红外分量。第一透明材料1208可包括聚合物或塑料。例如，第一透明材料1208可包括弹性体、热塑性塑料、热固性塑料或其他聚合物。示例材料包括聚酰胺、聚丙烯、高密度聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或这些的任何组合。
214.参考图12a所描述的注入成型阶段导致可以从第一模具1212移除的中间结构1216a的形成。中间结构1216a可称为第一模制组件，因为它将用于参考图12d所描述的第二注入成型阶段。图12b示出了第一模具1212外部的中间结构1216a。在一些方法中，反射材料1204的片可以延伸超出中间结构1216a的主体1217，并且这些片可以在一个或多个终止点1218a、1218b处被移除(例如，通过切割、修整、抛光等)以形成中间结构1216。
215.虽然可以如上文所描述的形成中间结构1216，其中反射材料1208包括在第一模具1212内，但是在其他实施例中，可以首先形成中间结构1216的主体1217(例如，通过注入成型)，并且然后反射材料1204可以粘附或附接到或涂覆或沉积在主体1217上。
216.制造方法可以可选地包括第二注入成型阶段，其中第二主体1219形成在中间结构上以提供光学元件1224。图12d示出了该第二注入成型阶段的示例。中间结构1216可以设置在第二模具1220中。第二模具1220可包括两个或两个以上部分，诸如第一部分1220a和第二部分1220b，如图所示，在它们之间形成腔1280。第二模具1220的第一和第二部分1220a、1220b可以成形为形成两个基本上平坦的主表面。两个主表面可以基本上彼此平行，使得完成的光学元件具有基本上平坦的外表面。其他关系是可能的，例如，第一或第二部分1220a、1220b的内表面可以是弯曲的，这向光学元件提供光焦度或在附接到显示元件706时更好地配合。
217.可以将第二透明材料1230注入到第二模具1220的第二腔1280中。可以注入第二透明材料1230，使得反射材料1208设置在第一主体1217与腔1280之间。第二透明材料1230可以与第一透明材料1208基本上相同。其他材料是可能的，例如，第一和第二材料可以具有不同的折射率或不同的可见光或红外透射率。
218.注入成型的第二阶段形成从第二模具1220移除的光学元件1224，如图12e所示。可以看出，反射元件1208设置在第一主体1217(在第一注入成型阶段期间形成)与第二主体1219(在第二注入成型阶段期间形成)之间。两个透明主体1217、1219从而保护反射元件1204免于暴露于环境条件(例如灰尘、湿气等)或免于被可穿戴系统200的用户触摸。光学元件1224可用作参考图10所描述的成角度分段反射元件(例如，反射元件708和衬底804)。例如，光学元件1224可以粘附或附接到光学显示元件706。
219.虽然可以如上文所描述的形成光学元件1224，但是在其他实施例中，第二主体1219可以单独形成(例如，经由注入成型)，并且然后可以粘附或附接到中间结构1216。
220.用于光学元件的制造过程可包括附加的、可选的或不同的阶段。例如，图13a至图13b示出了光学元件1224被形成为包括一个或多个光源的示例。
221.图13a示出了包括两个光源1236a和1236b的聚合物层1232的示例。电子电路可以包括在聚合物层1232上或内，以向光源1236a、1236b提供电力。电路可以由对可见光透射的导电材料形成，诸如，例如，氧化铟锡(ito)。光源1236a、1236b中的一者或两者可以被配置为发射红外光，诸如在约700nm、750nm、800nm、850nm、900nm、950nm、1000nm、其之间的任何值或落入其中具有任何端点的范围内的波长处。在一些实施例中，光源1236a、1236b包括sfh4055红外发光二极管(led)(可从osram opto semiconductors购得)。尽管图13a示出了两个光源，但是在其他实施例中可以使用1、3、4、5、6或更多个光源。
222.聚合物层1232可包括任何聚合物，诸如塑料。例如，聚合物层1232可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。聚合物层1232可以是刚性材料。聚合物层1232可以具有小于1mm的厚度。例如，厚度可以是0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、其之间的任何值或落入其中具有任何端点的范围内。
223.图13b示出了用于在参考图12d所描述的第二注入成型阶段期间包括聚合物层1232的示例过程。如图所示，聚合物层1232可以在注入第二透明材料1230之前设置在第二模具1220内。光源1236a、1236b可以被取向为面向反射材料1204，使得光源1236a、1236b变为设置在第二主体1219内部。可以移除延伸到主体1217、1219外部的聚合物层1232的(一个或多个)部分。图13c示出了在脱模之后的光学元件1224。光源1236a、1236b可以布置成使得发射的光穿过光学元件1224而不首先入射在反射材料1204上(其可以反射由光源发射的光的波长)。来自光源1236a、1236b的光可用于提供用于眼睛跟踪的角膜闪烁。
224.示例制造方法
225.图14是用于制造诸如成角度分段热镜的光学元件的示例方法1400的流程图。分段热镜可以是注入成型的，如上文参考图12a至图13c所描述的。
226.在框1404处，可以提供具有第一腔的第一模具。第一腔可包括具有第一部分的第一表面，该第一部分相对于第二部分成非零角度。该角度可以是上文所描述的任何角度，例如，上升角728或1228。例如，该角度可以在从2到25度或从5到20度的范围内。
227.在框1408处，方法1400可包括至少邻近第一腔的第一表面的第一部分和第二部分
设置热镜膜。热镜膜可以对可见光基本上是透射的并且对红外光基本上是反射的，诸如上文所描述的。第一模具可包括在第一部分与第二部分之间的通风口，这可以允许空气从模具中排出，使得热镜膜可以形成尖角1232。
228.在框1412处，可以将第一聚合物材料注入到第一模具的第一腔中以形成第一模制组件(例如，参考图12b和图12c所描述的中间结构1216a或1216)。在框1416处，可以从第一模具移除第一模制组件。第一模制组件可包括热镜膜的至少一部分，例如，如图12b和图12c所示。
229.在框1420处，方法1400可包括将第一模制组件设置在具有第二腔的第二模具中。可以将第一模制组件取向，使得热镜膜朝向第二腔的中心区域设置(参见例如图12d)。在框1424处，方法1400可包括将第二聚合物材料注入到第二腔中以形成第二模制组件，使得第二聚合物材料覆盖热镜膜中的至少一些(参见例如图12d)。第一聚合物材料可以与第二聚合物材料相同。聚合物中的一者或两者可以对可见光和红外光基本上是透射的。第一聚合物或第二聚合物中的一者或两者可包括热塑性聚合物。示例聚合物可包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和/或本文所描述的与可注入材料相关的任何其他材料。在框1428处，可以从第二模具移除第二模制组件。
230.方法1400可以可选地包括移除延伸到第一模制组件或第二模制组件外部的热膜的部分(参见例如图12b、12c)。附加地或可替代地，方法1400可包括将至少一个红外光源设置在第二模具的第二腔中(参见例如图13a、13b)。例如，至少一个红外光源可以设置在聚合物膜上。聚合物膜可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和/或任何其他聚合物。方法1400可包括将聚合物膜设置在第二模具的第二腔中。
231.尽管反射元件可包括相对于彼此成角度的两个部分，但是在其他实施例中，可以形成另外的成角度部分。例如，第一模具的第一表面可包括邻近第二部分的第三部分，例如，使得第三部分相对于第二部分成第二非零角度。第一表面的第一部分和/或第二部分可包括曲率，诸如一个或多个弯曲区域。在某些实施例中，一个或多个弯曲区域可包括相对于彼此不同的曲率和/或取向。如本文所描述的，方法1400可包括将第二模制组件附接到用于增强、混合或虚拟现实设备的显示器。
232.在某些实施例中，用于制造光学元件的方法可包括将光学膜施加于第一光学元件的第一表面，其中第一表面包括第一部分和第二部分。第二部分可以相对于第一部分以非零角度设置。该方法还可包括：将第二光学元件施加于第一光学元件以形成光学元件使得光学膜设置在第一光学元件与第二光学元件之间。光学膜可包括本文所描述的热镜膜、反射元件708和/或反射材料1204的一个或多个特征。
233.附加方面
234.在第1方面中，公开了一种被配置为穿戴在用户的头部上的头戴式显示器(hmd)。所述hmd包括：包括一对耳柄的框架；由所述框架支撑的一对光学元件，使得所述一对光学元件中的每一个能够设置在所述用户眼睛的前方；安装到所述一对耳柄中的一个的前向成像器；以及设置在所述一对光学元件中的一个中或上的反射元件，所述反射元件被配置为将红外光朝向所述前向成像器反射，所述前向成像器被配置为接收由所述反射元件反射的红外光。
235.在第2方面中，根据方面1所述的hmd，其中，所述一对光学元件中的每一个对可见
光透明。
236.在第3方面中，根据方面1或方面2所述的hmd，其中，所述一对光学元件中的每一个被配置为向所述用户显示图像。
237.在第4方面中，根据方面3所述的hmd，其中，所述一对光学元件中的每一个包括光场显示器。
238.在第5方面中，根据方面4所述的hmd，其中，所述光场显示器包括被配置为向所述用户输出所述图像的波导堆叠。
239.在第6方面中，根据方面1至5中的任一项所述的hmd，其中，所述反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件(doe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
240.在第7方面中，根据方面1至6中的任一项所述的hmd，其中，所述反射元件对可见光是透射的。
241.在第8方面中，根据方面1至7中的任一项所述的hmd，其中，所述反射元件包括多个段，以及其中，所述多个段中的每个段具有不同于所述多个段中的至少一个其他段的光学特性的光学特性。
242.在第9方面中，根据方面8所述的hmd，其中，所述光学特性包括反射角或光焦度。
243.在第10方面中，根据方面8或方面9所述的hmd，其中，所述多个段包括2、3、4、5、6、7、8或9个段。
244.在第11方面中，根据方面1至10中的任一项所述的hmd，其中，所述前向成像器安装到所述一对耳柄中的一个的太阳穴部分。
245.在第12方面中，根据方面1至11中的任一项所述的hmd，其中，所述成像器包括透视控制透镜组件。
246.在第13方面中，根据方面12所述的hmd，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
247.在第14方面中，公开了一种显示系统。所述显示系统包括：被配置为向用户显示图像的光学元件，所述光学元件被配置为定位在所述用户的眼睛前方；前向成像器；以及设置在所述光学元件中或上的反射元件，所述反射元件被配置为朝向所述前向成像器反射从所述用户的眼睛接收的红外光。
248.在第15方面中，根据方面14所述的显示系统，其中，所述光学元件包括光场显示器。
249.在第16方面中，根据方面14或15所述的显示系统，其中，所述反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件(doe)、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
250.在第17方面中，根据方面14至16中的任一项所述的显示系统，其中，所述反射元件包括具有不同光焦度或不同反射角的多个段。
251.在第18方面中，根据方面14至17中的任一项所述的显示系统，还包括：被配置为存储由所述前向成像器获得的所述用户的眼睛的图像的非暂态存储器；以及与所述非暂态存储器通信的硬件处理器，所述硬件处理器被编程为：访问所述眼睛的图像；以及执行以下各项中的一项或多项：跟踪所述用户的眼睛；提取与所述用户的眼睛相关联的生物特征信息；重建所述用户的眼睛的一部分的形状；估计所述用户的眼睛的调节状态；或对所述用户的眼睛的视网膜、虹膜或其他元素进行成像。
252.在第19方面中，公开了一种头戴式显示系统。所述hdm包括框架，其被配置为支撑根据方面14至18中的任一项所述的显示系统，使得所述光学元件定位在所述用户的第一眼睛前方。
253.在第20方面中，根据方面19所述的头戴式显示系统，其中，所述框架支撑根据方面14至18中的任一项所述的第二显示系统，使得所述第二显示系统的光学元件定位在所述用户的第二眼睛前方。
254.在第21方面中，公开了一种成像系统。所述成像系统包括：反射第一波长范围内的光的反射元件；以及对小于所有第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中，所述成像器被配置为被取向为捕获由所述反射元件反射的光。
255.在第22方面中，根据方面21所述的成像系统，其中，所述反射元件包括热镜、全息光学元件(hoe)、离轴全息镜(oahm)、或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
256.在第23方面中，根据方面21至22中的任一项所述的成像系统，其中，所述第一波长范围包括红外波长范围。
257.在第24方面中，根据方面21至23中的任一项所述的成像系统，其中，所述成像系统包括光学元件，其中，所述光学元件包括所述反射元件，以及其中，所述光学元件对入射在所述光学元件上的可见光的至少50％是透射的。
258.在第25方面中，根据方面21至24中的任一项所述的成像系统，其中，所述反射元件包括多个段。
259.在第26方面中，根据方面25所述的成像系统，其中，所述多个段中的第一段具有不同于所述多个段中的第二段的光学特性的光学特性。
260.在第27方面中，根据方面26所述的成像系统，其中，所述多个段中的第一段的光学特性或所述多个段中的第二段的光学特性包括反射角或光焦度。
261.在第28方面中，根据方面25至27中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段包括至少两个段。
262.在第29方面中，根据方面25至28中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的两个段水平布置。
263.在第30方面中，根据方面25至29中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的两个段垂直布置。
264.在第31方面中，根据方面25至30中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的一些段以网格布置。
265.在第32方面中，根据方面21至31中的任一项所述的成像系统，其中，所述成像器还包括透视控制透镜组件。
266.在第33方面中，根据方面32所述的成像系统，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
267.在第34方面中，公开了一种用于间接捕获用户眼睛的图像的成像系统。所述成像系统包括：反射第一波长范围内的光的反射元件，其中，所述反射元件包括离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)，以及其中，当所述成像系统被放置在所述用户眼睛前面时，所述反射元件被取向为反射从用户的眼睛传播的光；对小于所有第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中，所述成像器被取向为通过捕获由所述反射元件
反射的从所述用户眼睛传播的光来对所述用户的眼睛的图像进行成像。
268.在第35方面中，根据方面34所述的成像系统，其中，由所述成像器成像的所述用户眼睛的图像和由放置在所述用户眼睛前面的相机成像的用户眼睛的图像是无法区分的。
269.在第36方面中，根据方面35所述的成像系统，其中，由所述成像器成像的所述用户眼睛的图像被放置在所述用户眼睛前面的相机有效地成像。
270.在第37方面中，根据方面35至36中的任一项所述的成像系统，其中，放置在所述用户眼睛前面的相机的有效位置在无限远处。
271.在第38方面中，根据方面35至37中的任一项所述的成像系统，其中，所述第一波长范围包括红外波长范围。
272.在第39方面中，根据方面35至38中的任一项所述的成像系统，其中，所述成像系统包括光学元件，其中，所述光学元件包括所述反射元件，以及其中，所述光学元件对入射在所述光学元件上的可见光的至少50％是透射的。
273.在第40方面中，根据方面35至39中的任一项所述的成像系统，其中，所述反射元件包括多个段。
274.在第41方面中，根据方面40所述的成像系统，其中，所述多个段中的第一段具有不同于所述多个段中的第二段的光学特性的光学特性。
275.在第42方面中，根据方面41所述的成像系统，其中，所述多个段中的第一段的光学特性或所述多个段中的第二段的光学特性包括反射角或光焦度。
276.在第43方面中，根据方面40至42中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段包括至少两个段。
277.在第44方面中，根据方面40至43中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的两个段水平布置。
278.在第45方面中，根据方面40至44中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的两个段垂直布置。
279.在第46方面中，根据方面40至45中的任一项所述的成像系统，其中，所述多个段中的一些段以网格布置。
280.在第47方面中，根据方面34至46中的任一项所述的成像系统，其中，所述成像器还包括透视控制透镜组件。
281.在第48方面中，根据方面47所述的成像系统，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
282.在第49方面中，公开了一种成像系统。所述成像系统包括：显示器，其包括反射第一波长范围内的光的反射元件，其中，所述反射元件包括热镜、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)；以及对所述第一波长范围内的光敏感的成像器，其中，所述成像器被配置为被取向为至少捕获由所述反射元件反射的光。
283.在第50方面中，根据方面49所述的成像系统，其中，所述第一波长范围包括红外波长范围。
284.在第51方面中，根据方面49或方面50所述的成像系统，其中，所述显示器对可见光基本上是透射的。
285.在第52方面中，根据方面49至51中的任一项所述的成像系统，其中，所述反射元件
包括多个段，其中，所述多个段中的每个段具有不同于所述多个段中的至少一个其他段的光学特性的光学特性。
286.在第53方面中，根据方面52所述的成像系统，其中，所述光学特性包括反射角或光焦度。
287.在第54方面中，根据方面52或方面53所述的成像系统，其中，所述多个段包括2、3、4、5、6、7、8或9个段。
288.在第55方面中，根据方面49至54中的任一项所述的成像系统，其中，所述成像器还包括透视控制透镜组件。
289.在第56方面中，根据方面55所述的成像系统，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
290.在第57方面中，根据方面21至56中的任一项所述的成像系统，还包括：被配置为存储由所述成像器获取的图像的非暂态数据存储装置；与所述非暂态数据存储装置通信的硬件处理器，所述硬件处理器用可执行指令编程以分析所述成像器以执行以下各项中的一项或多项：眼睛跟踪；生物特征识别；眼睛形状的多视角重建；估计眼睛的调节状态；或对视网膜、虹膜或眼睛的其他区分图案进行成像。
291.在第58方面中，公开了一种头戴式显示器(hmd)。所述hmd包括根据方面21至57中的任一项所述的成像系统。
292.在第59方面中，根据方面58所述的hmd，其中，所述hmd包括具有被配置为穿戴在耳朵附近的部分的框架，并且所述成像器设置在所述部分附近。
293.在第60方面中，根据方面58或方面59所述的hmd，其中，所述成像系统被配置为对穿戴者的第一眼睛进行成像，其中，所述hmd包括根据方面21至57中的任一项所述的第二成像系统，以及其中，所述第二成像系统被配置为对所述穿戴者的第二眼睛进行成像。
294.在第61方面中，根据方面58至60中的任一项所述的hmd，其中，所述hmd是增强现实设备(ard)。
295.在第62方面中，公开了一种创建虚拟相机的方法。所述方法包括：在待成像的对象前面提供成像系统，以在所述对象前面创建虚拟相机，其中，所述成像系统包括：反射第一波长范围内的光的反射元件，其中，所述反射元件包括离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)，以及其中，所述反射元件被取向为当所述成像系统被放置在所述对象前面时反射从所述对象传播的光；以及对小于所有第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中，所述成像器被取向为通过捕获由所述反射元件反射的从所述对象传播的光来对所述对象的图像进行成像，以及其中，由所述成像器成像的所述对象的图像和由所述对象前面的相机成像的所述对象的图像是不可区分的。
296.在第63方面中，根据方面62所述的方法，其中，所述第一波长范围包括红外波长范围。
297.在第64方面中，根据方面62至63中的任一项所述的方法，其中，所述成像系统包括光学元件，其中，所述光学元件包括所述反射元件，以及其中，所述光学元件对入射在所述光学元件上的可见光的至少50％是透射的。
298.在第65方面中，根据方面62至64中的任一项所述的方法，其中，所述反射元件包括多个段。
299.在第66方面中，根据方面65所述的方法，其中，所述多个段中的第一段具有不同于所述多个段中的第二段的光学特性的光学特性。
300.在第67方面中，根据方面66所述的方法，其中，所述多个段中的第一段的光学特性或所述多个段中的第二段的光学特性包括反射角或光焦度。
301.在第68方面中，根据方面65至67中的任一项所述的方法，其中，所述多个段包括至少两个段。
302.在第69方面中，根据方面65至68中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的两个段水平布置。
303.在第70方面中，根据方面65至69中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的两个段垂直布置。
304.在第71方面中，根据方面65至70中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的一些段以网格布置。
305.在第72方面中，根据方面62至71中的任一项所述的方法，其中，所述成像器还包括透视控制透镜组件。
306.在第73方面中，根据方面72所述的方法，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
307.在第74方面中，公开了一种使用虚拟相机对对象进行成像的方法。所述方法包括：在待成像的对象前面提供成像系统，以在所述对象前面创建虚拟相机，其中，所述成像系统包括：反射第一波长范围内的光的反射元件，其中，所述反射元件包括离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)，以及其中，所述反射元件被取向为当所述成像系统被放置在所述对象前面时反射从所述对象传播的光；以及对小于所有第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中，所述成像器被取向为通过捕获由所述反射元件反射的从所述对象传播的光来对所述对象的图像进行成像；以及使用所述虚拟相机对所述对象进行成像，包括：通过捕获由所述反射元件反射的从所述对象传播的光来对所述对象的图像进行成像，以及其中，由所述成像器成像的所述对象的图像和由所述对象前面的相机成像的所述对象的图像是不可区分的。
308.在第75方面中，根据方面74所述的方法，其中，所述第一波长范围包括红外波长范围。
309.在第76方面中，根据方面74至75中的任一项所述的方法，其中，所述成像系统包括光学元件，其中，所述光学元件包括所述反射元件，以及其中，所述光学元件对入射在所述光学元件上的可见光的至少50％是透射的。
310.在第77方面中，根据方面74至76中的任一项所述的方法，其中，所述反射元件包括多个段。
311.在第78方面中，根据方面77所述的方法，其中，所述多个段中的第一段具有不同于所述多个段中的第二段的光学特性的光学特性。
312.在第79方面中，根据方面78所述的方法，其中，所述多个段中的第一段的光学特性或所述多个段中的第二段的光学特性包括反射角或光焦度。
313.在第80方面中，根据方面77至79中的任一项所述的方法，其中，所述多个段包括至少两个段。
314.在第81方面中，根据方面77至80中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的两个段水平布置。
315.在第82方面中，根据方面77至81中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的两个段垂直布置。
316.在第83方面中，根据方面77至82中的任一项所述的方法，其中，所述多个段中的一些段以网格布置。
317.在第84方面中，根据方面74至83中的任一项所述的方法，其中，所述成像器还包括透视控制透镜组件。
318.在第85方面中，根据方面84所述的方法，其中，所述透视控制透镜组件包括移位透镜、倾斜透镜或移位倾斜透镜。
319.在第86方面中，公开了一种成像组件。所述成像组件包括透视元件(例如，显示器)、被放置以观察所述显示器的观察相机、与该相机相关联的透镜、以及所述显示器上的反射元件，该反射元件致使所述显示器对所述显示器敏感的波长中的全部或一些反射。
320.在第87方面中，根据方面86所述的组件，其中，所述反射元件包括热镜、离轴全息镜(oahm)或离轴体积衍射光学元件(oavdoe)。
321.在第88方面中，根据方面86至87中的任一项所述的组件，其中，所述组件被集成到可穿戴结构中，诸如一副眼镜或头盔。
322.在第89方面中，根据方面86至88中的任一项所述的组件，其中，所述反射元件是分段的。
323.在第90方面中，根据方面89所述的组件，其中，所述组件被配置用于使用分段oahm来为特定任务(例如，注视跟踪或生物特征识别)选择最佳可能视角。
324.在第91方面中，根据方面89至90中的任一项所述的组件，其中，所述组件被配置用于使用多个分段子图像用于眼睛形状的立体或多视角三维重建。
325.在第92方面中，根据方面91所述的组件，其中，所述眼睛形状的所述三维重建用于估计所述眼睛的所述调节状态。
326.在第93方面中，根据方面92所述的组件，其中，估计所述眼睛的所述调节状态包括跨所述组件的同一穿戴者的多个图像比较所述眼睛的瞳孔和虹膜的表观位置和形状。
327.在第94方面中，根据方面92至93中的任一项所述的组件，其中，估计所述眼睛的所述调节状态用于确定所述晶状体的放大状态。
328.在第95方面中，根据方面86至94中的任一项所述的组件，其中，所述组件被配置为使用所述图像段作为信息融合算法的输入。
329.在第96方面中，根据方面95所述的组件，所述信息融合算法用于改进所述眼睛的表观分辨率或来自所述眼睛的信息提取质量。
330.在第97方面中，根据方面95至96中的任一项所述的组件，其中，所述信息融合算法包括图像超分辨率技术。
331.在第98方面中，根据方面95至97中的任一项所述的组件，其中，所述信息融合算法用于改进所述眼睛的虹膜的图像。
332.在第99方面中，根据方面95至98中的任一项所述的组件，其中，所述信息融合算法包括虹膜代码提取(例如，john daugman等人，2006年)和产生的虹膜代码的随后融合以形
成所述穿戴者的虹膜代码的单一估计。
333.在第100方面中，根据方面86至99中的任一项所述的组件，其中，所述组件被配置用于使用所述图像段来改进眼睛姿势估计或跟踪。
334.在第101方面中，根据方面100所述的组件，其中，所述眼睛、虹膜、瞳孔和角膜(或这些的任何子集)的三维重建与所述图像段一起使用，直接用于改进姿势估计中所述眼睛的覆盖范围。
335.在第102方面中，根据方面86至101中的任一项所述的组件，其中，所述反射元件包括oavdoe，oavdoe包括添加或减少光束发散的光焦度。
336.在第103方面中，根据方面86至102中的任一项所述的组件，其中，所述反射元件包括任意数量的段(例如，两个、三个、六个或九个段)。
337.在第104方面中，根据方面86至103中的任一项所述的组件，其中，所述反射元件被配置为反射红外光，并且所述观察相机对红外光敏感。
338.在第105方面中，根据方面104所述的组件，其中，所述反射元件包括热镜，所述热镜被配置为在红外光中反射但另外对可见光透明。
339.在第106方面中，根据方面86至105中的任一项所述的组件，进一步包括偏移透镜(例如，如在移轴摄影中)，其中所述观察相机的法线平行于包括所述反射元件的表面的法线。
340.在第107方面中，公开了一种头戴式显示器(hmd)。所述hmd包括一对显示器，其中，每个显示器包括根据方面86至106中的任一项所述的成像组件，以及其中，该对中的一个组件被配置用于所述穿戴者的每只眼睛。
341.结论
342.在此描述的和/或在附图中描绘的过程、方法和算法中的每一个可以体现在由一个或多个物理计算系统、硬件计算机处理器、专用电路和/或被配置为执行具体和特定计算机指令的电子硬件所执行的代码模块中，并且由以上完全或部分自动化。例如，计算系统可以包括编程有特定计算机指令的通用计算机(例如，服务器)或专用计算机、专用电路等等。代码模块可以被编译并链接到可执行程序中，安装在动态链接库中，或者可以用解释的编程语言写入。在一些实施方式中，特定操作和方法可以由给定功能特定的电路来执行。
343.此外，本公开的功能的某些实施方式在数学上、计算上或技术上是足够复杂的，以致于可能需要专用硬件或一个或多个物理计算设备(利用适当的专用可执行指令)来执行功能，例如由于所涉及的计算的数量或复杂性或为了基本实时地提供结果。例如，视频可以包括许多帧，每帧具有数百万个像素，并且特别编程计算机硬件需要处理视频数据，从而在商业上合理的时间量内提供期望的图像处理任务或应用。
344.代码模块或任何类型的数据可以存储在任何类型的非暂时性计算机可读介质上，诸如物理计算机存储器，其包括硬盘驱动器、固态存储器、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、光盘、易失性或非易失性存储器、相同的组合和/或类似物。方法和模块(或数据)也可以在各种计算机可读传输介质上作为生成的数据信号(例如，作为载波或其它模拟或数字传播信号的一部分)传输，所述传输介质包括基于无线的和基于有线/线缆的介质，并且可以采取多种形式(例如，作为单个或多路复用模拟信号的一部分，或者作为多个离散数字分组或帧)。所公开的过程或过程步骤的结果可以持久地或以其它方式存储在任何类型
的非暂时性、有形计算机存储器中，或者可以经由计算机可读传输介质来传送。
345.在此所描述和/或附图中描绘的流程图中的任何过程、框、状态、步骤或功能应当被理解为潜在地表示代码模块、代码段或代码部分，这些代码模块、代码段或代码部分包括用于实现特定功能(例如，逻辑或算术)或步骤的一个或多个可执行指令。过程、框、状态、步骤或功能可以与在此提供的说明性示例相组合、重新排列、添加、删除、修改或以其它方式改变。在一些实施例中，附加的或不同的计算系统或代码模块可以执行在此描述的功能中的一些或全部。在此描述的方法和过程也不限于任何特定的顺序，并且与其相关的块、步骤或状态可以以适当的其它顺序来执行，例如串行、并行或以某种其它方式。任务或事件可以添加到所公开的示例实施例或者从中去除。此外，在此描述的实施方式中的各种系统部件的分离是出于说明的目的，并且不应该被理解为在所有实施方式中都需要这种分离。应该理解，所描述的程序组件、方法和系统通常可以一起集成在单个计算机产品中或者封装到多个计算机产品中。许多实施方式变化是可能的。
346.过程、方法和系统可以实现在网络(或分布式)计算环境中。网络环境包括企业范围的计算机网络、内联网、局域网(lan)、广域网(wan)、个人局域网(pan)、云计算网络、众包(crowd-sourced)计算网络、互联网和万维网。网络可以是有线或无线网络或任何其它类型的通信网络。
347.本公开的系统和方法各自具有若干创新性方面，其中没有单独一个对在此公开的期望属性完全负责或需要。以上描述的各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。对于本公开中所描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说可以是容易清楚的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可将在此定义的一般原理应用于其它实施方式。因此，权利要求不旨在限于在此示出的实施方式，而是应被给予与本公开、在此公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
348.本说明书中在分开的实现方式中描述的某些特征也可以在单个实现方式中组合地实现。相反地，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施方式中分开地或以任何合适的子组合方式来实现。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求，但是来自所要求的组合的一个或多个特征可以在一些情况下从组合中删除，并且所要求的组合可以针对子组合或子组合的变体。没有单个特征或特征组是每个实施例必需或不可缺少。
349.除非另有特别说明，或者在所使用的上下文中进行理解，在此使用的条件语言，诸如“可以”、“可”、“可能”、“会”、“例如”等等，一般意在表达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、要素和/或步骤。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、要素和/或步骤以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必然包括用于在有或者没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、要素和/或步骤是否包括在或执行在任何特定实施例中。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放式的方式包含性地使用，并且不排除附加的要素、特征、动作、操作等等。此外，术语“或”以其包含性含义(而不是其排他含义)使用，因此当用于例如连接要素列表时，术语“或”表示列表中的一个、一些或全部要素。另外，除非另有说明，否则本技术和所附权利要求书中使用的冠词“一”、“一个”和“所述”应被解释为表示“一个或多个”或“至少一个”。
350.如在此所使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为例子，“a，b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、a和b、a和c、b和c，以及a、b和c。除非另有特别说明，否则诸如短语“x、y和z中的至少一个”的连接语言如所使用的利用上下文进行理解，通常用于表达项目、术语等可以是x、y或z中的至少一个。因此，这样的连接语言通常不旨在暗示某些实施例需要x中的至少一个、y中的至少一个和z中的至少一个都存在。
351.类似地，虽然可以在附图中以特定顺序示出操作，但是应该认为，不需要以所示出的特定顺序或按顺次顺序执行这样的操作，或者不需要执行所有示出的操作以实现期望的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性地描绘一个或多个示例过程。然而，未示出的其它操作可以并入示意性说明的示例性方法和过程中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示操作之前、之后、同时或之间执行。另外，在其它实施方式中，操作可以重新安排或重新排序。在特定情况下，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上述实施方式中的各种系统组件的分离不应当被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应该理解的是，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品。另外，其它的实施方式在以下权利要求的范围中。在一些情况下，权利要求中列举的动作能够以不同的顺序执行并且仍然实现期望的结果。