[发明专利]用于眼睛跟踪的成角度分段热镜

说明书

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HMD的显示器的表面可包括被配置为将光反射到成像相机的离轴衍射光学元件(DOE)或热镜。该DOE或热镜可以分段，例如，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。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月30日提交的标题为“ANGULARLY SEGMENTED HOT MIRRORFOR 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.§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

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

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。

发明内容

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)。

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：

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。

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。

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。