[发明专利]眼睛跟踪成像中的杂散光抑制

说明书

本公开包括被配置成抑制杂散红外光的光学系统和近眼光学元件(110)。红外照明器(126、237)用窄带红外照明光照明视窗区域，以用于眼睛跟踪。组合器层(240)接收从用户眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光引导到被配置成捕获用户眼睛的眼睛跟踪图像的相机(108)。抗反射(AR)涂层(723)可以设置在基曲面上，以减少产生杂散光的菲涅耳反射。鬼影抑制部件(533)可以与红外照明器配对，以减少杂散光入射到相机(108)上。

背景

一些光学系统可以受益于捕获用户眼睛的图像。例如，头戴式显示器(HMD)可以执行眼睛跟踪功能，这可以增强用户的观看体验。在某些情况下，通过照亮用户的眼睛，并且然后捕获被照亮的眼睛的图像，可以帮助眼睛跟踪。然而，各种背景可能对捕获包括足以用于分析图像的对比度的眼睛图像产生挑战。特别地，杂散光可以通过光学系统传播并被相机接收，从而增加了沿着期望的成像光路传播的光的背景噪声。

概述

根据本发明的第一方面，提供了一种光学系统，该光学系统包括：红外照明器，其被配置成将窄带红外照明光引导到视窗(eyebox)区域以进行眼睛跟踪；相机，其被配置成捕获用户眼睛的眼睛跟踪图像；组合器层，其被配置成接收窄带红外照明光的从用户眼睛反射的反射红外光，并将反射红外光引导到相机以产生眼睛跟踪图像；以及抗反射AR涂层，其被设置在基曲面(base curvature)上，其中AR涂层的透射光谱被调谐为在第一入射角AOI范围内对可见光具有非常高的透射率和在第二AOI范围内对红外光的窄带(narrow-band of infrared light)具有非常高的透射率，该红外光的窄带对应于窄带红外照明光。

可见光的第一AOI范围可以大于正负40度(plus-or-minus 40degrees)。窄带红外照明光的第二AOI范围可以大于正负40度。

AR涂层的透射光谱可以在第一AOI上透射大于90％的可见光。AR涂层的透射光谱可以在第二AOI上透射大于95％的红外光的窄带。

第二AR涂层可以设置在组合器层的背面。

窄带红外照明光可以是800nm以上。

该光学系统还可以包括显示层，该显示层被配置成提供显示光，该显示光传播通过组合器层且然后通过基曲面。

基曲面可以被配置成为光学系统的用户聚焦被包括在显示光中的虚拟图像。

AR涂层可以包括多个二氧化钛子层。附加地或替代地，AR涂层可以包括多个二氧化硅子层。

AR涂层可以包括多个二氧化铪子层。附加地或替代地，AR涂层可以包括多个氟化镁子层。

根据本发明的第二方面，提供了一种近眼光学元件，该近眼光学元件包括：红外光源，其被配置成从红外光源的输出孔发射红外照明光；光束成形光学器件，其被设置在红外光源的输出孔上，其中光束成形光学器件被配置成将红外照明光引导到视窗区域；透明材料；以及鬼影(ghost)抑制部件，其被配置成抑制红外照明光成为入射到眼睛跟踪相机上的杂散红外照明光，该眼睛跟踪相机被配置成对红外照明光成像。

光束成形光学器件可以包括由具有高折射率的高折射率材料形成的透镜弯曲部(lens curvature)。

高折射率可以大于3。

鬼影抑制部件可以包括设置在透镜弯曲部和透明材料之间的抗反射AR涂层。

鬼影抑制部件可以包括设置在AR涂层上的微百叶窗阵列膜(micro-Louver arrayfilm)。微百叶窗阵列膜可以被配置成吸收入射到微百叶窗阵列膜上在设计的入射角之外的红外照明光。

鬼影抑制元件可以包括设置在透镜弯曲部上的微百叶窗阵列。

光束成形光学器件可以包括衍射光学元件，该衍射光学元件被配置成将红外照明光引导到视窗区域。