[发明专利]用于眼睛跟踪系统中的光重定向的菲涅耳组件

权利要求书

1.一种头戴式显示器(HMD)，包括：

显示元件，被配置为穿过显示面来输出光的第一波段内的图像光；

光学块，被配置为将光从所述显示元件引导至窥视窗，并且所述窥视窗是由用户的眼睛所占据的空间中的区域；

浸没层；

菲涅耳组件，所述菲涅耳组件耦接到所述浸没层，所述菲涅耳组件包括形成菲涅耳透镜的多个表面，所述多个表面一起跨越所述菲涅耳组件的直径，所述多个表面被配置为透射所述第一波段内的光并且将与所述第一波段不同的第二波段内的光引导到第一位置，其中，所述第二波段内的光在所述浸没层的外表面处被折射；

眼睛跟踪系统，被配置为生成眼睛跟踪信息，所述眼睛跟踪系统包括：

照射源，被配置为利用所述第二波段内的光照射所述窥视窗的部分，

相机，位于所述第一位置，所述相机被配置为捕获与从所述用户的眼睛反射的、穿过所述光学块并且被所述菲涅耳组件反射的光对应的所述第二波段内的光，以及

控制器，被配置为使用所捕获的所述第二波段内的光确定眼睛跟踪信息，以及

其中，所述头戴式显示器被配置为基于所述眼睛跟踪信息调整所述图像光；

其中，所述菲涅耳组件包含多个反射面，并且在第一角度范围内入射在所述浸没层处的光从所述多个反射面中的多个反射面中经至多两次反射之后被重定向到所述第一位置；

其中，在第二角度范围内入射在所述浸没层处的光在从所述多个反射面中的多个反射面中经至多两次反射并且从浸没层-空气界面经至多单次全内反射之后被重定向到所述第一位置，并且所述第一角度范围不同于所述第二角度范围。

2.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述显示元件被配置为经由多个子像素输出图像光，子像素经由暗空间彼此分开，并且所述菲涅耳组件被配置为在所述图像光中产生遮蔽相邻子像素之间的所述暗空间的模糊斑点，其中每一模糊斑点对应于所述图像光中的子像素的模糊图像。

3.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述第一波段内的光为可见光谱，且所述第二波段内的光为红外光谱。

4.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述第一波段内的光为一种偏振，且所述第二波段内的光为正交偏振。

5.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述浸没层具有的折射率与形成所述菲涅耳组件的材料的折射率相同。

6.根据权利要求5所述的头戴式显示器，其中，所述菲涅耳组件直接耦接到所述显示元件的所述显示面。

7.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述菲涅耳组件包括第一组反射面和第二组反射面，并且所述头戴式显示器进一步包括：

第二相机，位于第二位置，并且入射在所述第一组反射面上的所述第二波段内的光被朝向所述第一位置反射，并且入射在所述第二组反射面上的所述第二波段内的光被朝向所述第二位置反射。

8.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述菲涅耳组件包含第一组反射面和第二组反射面，并且所述照射源定位在第二位置处，使得由所述照射源发射的所述第二波段内的光被所述第二组反射面朝向所述窥视窗反射，并且入射到所述第一组反射面上的所述第二波段内的光朝向所述第一位置反射。

9.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述菲涅耳组件包括多个反射面，所述多个反射面涂覆有二向色膜，所述二向色膜在所述第二波段内是反射的并且在所述第一波段内是透射的。

10.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述菲涅耳组件与所述光学块之间的沿着光轴的距离与从所述光学块到所述显示元件的距离相比，所述菲涅耳组件更靠近所述光学块，并且所述菲涅耳组件以相对于所述光轴的第一角度定位，使得所述菲涅耳组件被倾斜以便将光引导到所述第一位置。