可佩戴裝置的主要趨勢(shì)是不僅向用戶提供數(shù)據(jù)，而且感測來自用戶的重要信息。用戶的眼睛可提供關(guān)鍵信息，以幫助用戶在畫面中進(jìn)行導(dǎo)航，監(jiān)測用戶的健康和警覺性，并提供用戶對(duì)不同信息源的反應(yīng)的反饋。眼睛監(jiān)測常常需要照明源，通常為紅外線，其定位在眼睛前方。這種前方照明將裝置和電連接件添加到眼鏡的高度可見部件中，常常限制設(shè)計(jì)美學(xué)。此外，電連接件通常可穿過眼鏡的鉸鏈，并且可導(dǎo)致鉸鏈變硬，降低電連接件的可靠性，或兩者。需要將眼睛監(jiān)測照明系統(tǒng)定位在眼鏡上的其他地方。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開提供了在對(duì)眼睛的瞳孔進(jìn)行照明的光學(xué)裝置中可用的光學(xué)元件，具體地講，與可包括眼睛跟蹤功能的頭戴式顯示器一起使用的光學(xué)元件。該光學(xué)裝置包括光源和透射光的光學(xué)元件，其中從光源發(fā)射的光由光學(xué)元件被朝向眼睛的瞳孔導(dǎo)向，并且然后可由光學(xué)傳感器諸如相機(jī)檢測眼睛的屬性。該光源可發(fā)射人眼不可見的紅外線，使得頭戴式顯示器的外界景物圖像和/或組合數(shù)字圖像不受影響。

在一個(gè)方面，本公開提供包括透鏡的光學(xué)元件，該透鏡具有凹形第一主表面、相對(duì)的第二主表面和設(shè)置于兩者間的嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；以及位于反射偏振片和嵌入式反射器之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸。

在另一方面，本公開提供頭戴式顯示器，該頭戴式顯示器包括透鏡，該透鏡具有凹形第一主表面、相對(duì)的第二主表面和設(shè)置于兩者間的嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；以及位于凹形第一主表面和反射偏振片之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸。該頭戴式顯示器還包括被定位成將圖像光束朝向凹形第一主表面投射的圖像成形裝置，該圖像光束包括在第一偏振方向上偏振的光，其中圖像光束的至少一部分能夠被朝向鄰近圖像成形裝置設(shè)置的眼睛導(dǎo)向。

在又一方面，本公開提供包括透鏡的頭戴式跟蹤裝置，該透鏡具有凹形第一主表面和相對(duì)的第二主表面；鄰近凹形第一主表面設(shè)置的半透反射鏡；被定位成將光束朝向半透反射鏡投射的照明器，光束的一部分由半透反射鏡進(jìn)行反射，并且能夠?qū)︵徑彰髌鞫ㄎ坏难劬M(jìn)行照明；以及被定位成與照明器相鄰并能夠接受從半透反射鏡反射的被照明眼睛的圖像的圖像接收裝置。

在又一方面，本公開提供跟蹤型頭戴式顯示器，其包括透鏡，該透鏡具有凹形第一主表面、相對(duì)的第二主表面和嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；以及位于凹形第一主表面和反射偏振片之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸。該跟蹤型頭戴式顯示器還包括被定位成將圖像光束朝向凹形第一主表面投射的圖像成形裝置，該圖像光束包括在第一偏振方向上偏振的光，其中圖像光束的至少一部分能夠被朝向鄰近圖像成形裝置設(shè)置的眼睛導(dǎo)向；鄰近圖像成形裝置定位的照明器，該照明器能夠朝向反射偏振片投射照明器光束；以及鄰近照明器設(shè)置的圖像接收裝置；其中反射偏振片、延遲器和嵌入式反射器一起能夠?qū)︵徑彰髌鞫ㄎ坏难劬M(jìn)行照明，圖像接收裝置能夠接收被照明眼睛的圖像。

上述發(fā)明內(nèi)容并非旨在描述本公開的每個(gè)所公開的實(shí)施方案或每種實(shí)施方式。以下附圖和具體實(shí)施方式更具體地說明例示性實(shí)施方案。

附圖說明

整個(gè)說明書參考附圖，在附圖中，類似的附圖標(biāo)號(hào)表示類似的元件，并且其中：

圖1A示出了頭戴式顯示系統(tǒng)的示意性剖視圖；

圖1B示出了圖1A的光學(xué)元件的示意性剖視圖；

圖2示出了頭戴式跟蹤裝置的示意性剖視圖；

圖3示出了頭戴式跟蹤裝置的示意性剖視圖；

圖4示出了頭戴式跟蹤裝置的示意性剖視圖；

圖5示出了頭戴式跟蹤裝置的示意性剖視圖；并且

圖6示出了頭戴式跟蹤顯示系統(tǒng)的透視圖。

附圖未必按比例繪制。附圖中使用的類似標(biāo)號(hào)指示類似的部件。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在給定附圖中使用標(biāo)號(hào)指示部件并非意圖限制另一附圖中用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)記的部件。

具體實(shí)施方式

本公開提供了在對(duì)眼睛的瞳孔進(jìn)行照明的光學(xué)裝置中可用的光學(xué)元件，具體地講，與可包括眼睛跟蹤功能的頭戴式顯示器一起使用的光學(xué)元件。該光學(xué)裝置包括光源和透射光的光學(xué)元件，其中從光源發(fā)射的光由光學(xué)元件被朝向眼睛的瞳孔導(dǎo)向，并且然后可由光學(xué)傳感器諸如相機(jī)檢測眼睛的屬性。該光源可發(fā)射人眼不可見的紅外線，使得頭戴式顯示器的外界景物圖像和/或組合數(shù)字圖像不受影響。

在以下說明中參考附圖，這些附圖構(gòu)成本文的一部分，并且其中通過舉例說明的方式示出。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本公開的范圍或?qū)嵸|(zhì)的情況下，可設(shè)想并形成其他實(shí)施方案。因此，不應(yīng)認(rèn)為以下詳細(xì)說明具有限制性意義。

除非另外指明，否則本發(fā)明中使用的所有的科學(xué)和技術(shù)術(shù)語具有在本領(lǐng)域中所普遍使用的含義。本文給出的定義旨在有利于理解本文頻繁使用的一些術(shù)語，并無限制本公開范圍之意。

除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求書中所使用的所有表達(dá)特征尺寸、量和物理特性的數(shù)值在所有情況下均應(yīng)理解成由術(shù)語“約”修飾。因此，除非有相反的說明，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的期望特性而變化。

除非內(nèi)容另外明確指定，否則本說明書和所附權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“所述”涵蓋了具有多個(gè)指代對(duì)象的實(shí)施方案。除非上下文另外清楚指明，否則如本說明和所附權(quán)利要求中使用的，術(shù)語“或”一般以包括“和/或”的意義使用。

若在本文中使用空間相關(guān)的術(shù)語，包括但不限于“下部”、“上部”、“下面”、“下方”、“上方”、和“在頂部上”，則用于方便描述一個(gè)或多個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的空間關(guān)系。除了圖中示出的或本文所述的具體取向之外，此類空間相關(guān)術(shù)語還涵蓋裝置在使用或操作時(shí)的不同取向。例如，如果附圖中所描繪的對(duì)象翻轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)，則先前描述為在其他元件下方或下面的部分應(yīng)當(dāng)在那些其他元件上方。

如本文所用，例如當(dāng)元件、部件或?qū)用枋鰹榕c另一元件、組件或?qū)有纬伞耙恢陆缑妗保蛟诹硪辉?、部件或?qū)印吧稀薄ⅰ斑B接到”、“耦合到”或“接觸”另一元件、部件或?qū)?，其意為直接?..上，直接連接到，直接耦合到或直接接觸，或例如居間的元件、部件或?qū)涌赡茉谔囟ㄔ?、部件或?qū)由希蜻B接到、耦合到或接觸特定元件、部件或?qū)?。例如?dāng)元件、部件或?qū)颖环Q為“直接在另一元件上”、“直接連接到另一元件”、“直接與另一元件耦合”或“直接與另一元件接觸”時(shí)，則沒有居間的元件、部件或?qū)印?/p>

如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”、“含有”等等均以其開放性意義使用，并且一般是指“包括但不限于”。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“由...組成”和“基本上由...組成”包含在術(shù)語“包括”等之中。

組合或“組合器”近眼顯示器通常依賴于使用光學(xué)器件既將真實(shí)外界景物透射給用戶、又將副像(例如，數(shù)字圖像)投射至眼睛。一種類型的組合器顯示器可使用半透鏡面，諸如50％可見光透射率(VLT)鏡面，該鏡面可透射外界景物的一部分，并且還反射副像的一部分。另一種類型的組合器顯示器可使用發(fā)射或弱反射偏振片，所述偏振片可幾乎完全向用戶透射外界景物的一個(gè)偏振態(tài)，并且還幾乎完全(或至少部分地)向用戶反射偏振的副像。另一種類型的組合器顯示器可使用二向色、“凹口”，或“梳”型反射器，該反射器可將一定波長譜帶的光(例如，第一波長范圍的光)反射至某種程度，但是也透射其他波長譜帶(例如，第二波長范圍的光或更多波長范圍的光)，或者部分地透射波長的反射譜帶。

如本文所提供的頭戴式顯示器能夠向用戶的眼睛透射真實(shí)外界的景物，同時(shí)還反射或透射副像，諸如通過數(shù)字顯示器產(chǎn)生的副像。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，光學(xué)元件諸如透鏡包括具有二向色、“凹口”或“梳”型透射和反射型材的涂層或膜。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，光學(xué)元件包括反射偏振片，該偏振片反射一個(gè)偏振態(tài)(例如，第一偏振方向)并將另一個(gè)偏振態(tài)(例如，與第一偏振方向正交的第二偏振方向)傳遞到不同程度。在一些情況下，光學(xué)元件還可以包括延遲層，諸如四分之一波長延遲器。在一些情況下，光學(xué)元件的形狀可對(duì)副像、真實(shí)外界景物圖像或這兩者進(jìn)行放大。

光學(xué)元件的這種透射/反射分布(無論是取決于偏振、取決于波長，還是獨(dú)立的)能夠使用戶同時(shí)看見基于真實(shí)外界的波長和/或偏振態(tài)與副像“組合”的真實(shí)外界的景物與副像。光學(xué)元件本身或與另一個(gè)反射元件和/或膜和/或涂層相結(jié)合可基于通過彎曲表面的反射和/或從彎曲表面的反射來提供放大的圖像。

用于照明眼睛的瞳孔的光學(xué)裝置以及用于采集眼睛屬性的圖像傳感器(例如，相機(jī))可用作獨(dú)立的眼睛監(jiān)視裝置，或者其可與頭戴式顯示器一起使用。用于本發(fā)明的頭戴式顯示器的更多描述包括例如：提交于2014年3月18日、名稱為“Low Profile Image Combiner for Near-Eye Displays”(“用于近眼顯示器的薄型圖像組合器”)的共同待審美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/954,690，以及提交于2014年4月9日、名稱為“Near Eye Display System”(“近眼顯示系統(tǒng)”)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/977,166。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，用于對(duì)瞳孔進(jìn)行照明的光學(xué)裝置可鄰近數(shù)字顯示器定位，以便在頭戴式顯示器中產(chǎn)生組合了真實(shí)外界和副像的副像。在一些情況下，數(shù)字顯示器和圖像傳感器可被定位在相同的成像裝置中，從而進(jìn)一步減少與可包括眼睛跟蹤功能的頭戴式顯示器一起使用的電子器件。應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的任何眼睛照明和感測裝置均可與頭戴式顯示器一同使用，該顯示器能夠提供組合的外界景物和數(shù)字圖像。

圖1A示出了頭戴式顯示系統(tǒng)100的示意性剖視圖，并且圖1B示出了圖1A中根據(jù)本公開的一個(gè)方面的光學(xué)元件的示意性剖視圖。頭戴式顯示器100包括框架140，該框架可用于將頭戴式顯示系統(tǒng)定位在用戶頭部上(未示出)?？蚣?40支撐圖像源101，該圖像源使用主光線103生成圖像。圖像源101可包括圖像發(fā)生器101a和圖像傳感器101b諸如相機(jī)這兩者。圖像發(fā)生器101a可用于創(chuàng)建能夠與真實(shí)外界景物150組合的副像，如別處所述。頭戴式顯示器還可包括附連到框架140的光源102，如別處所述。主光線103被導(dǎo)向至光學(xué)元件105，該光學(xué)元件包括基座透鏡113，該透鏡具有粘結(jié)到四分之一波長延遲器109的第一表面114，該延遲器繼而被粘結(jié)到線性反射偏振片107。光學(xué)元件105還被附連到框架140。

主光線的第一偏振方向光由線性反射偏振片107進(jìn)行透射，并且線性偏振光被轉(zhuǎn)換為圓形偏振光線115，該圓形偏振光線由置于基座透鏡113內(nèi)的位于第一表面114和相對(duì)的第二表面之間的嵌入式反射器111進(jìn)行反射。反射光線119具有圓形偏振光線115的相反的圓偏振。反射光線119透射通過四分之一波長延遲器109，變成在與第一偏振方向正交的第二偏振方向上的線性偏振，由線性反射偏振片107進(jìn)行反射，并再次透射通過四分之一波長延遲器109，從而變成在與反射光線119相反的方向上的圓形偏振。所得的光線121由反射器111進(jìn)行反射，從而變成光線125，再次切換圓偏振的方向。光線125透射通過四分之一波長延遲器109，并且穿過反射偏振片107，從而變成具有第一偏振方向的數(shù)字圖像光線127。然后，數(shù)字圖像光線127對(duì)于眼睛129可見。反射器111可以是半透反射鏡，并且形成部分透射的光線117和123。半透反射鏡允許用戶看見與顯示圖像組合的外界景物，如別處所述。

四分之一波長延遲器109是熟知的光學(xué)裝置，它將線性偏振光轉(zhuǎn)換為圓形偏振光，并且將圓形偏振光轉(zhuǎn)換為線性偏振光。合適的材料的示例包括可購自日本Zeon株式會(huì)社(Zeon Corp,Japan)的ZM16-138。膜優(yōu)選地取向成使得膜的拉伸軸與線性反射偏振片的阻光偏振軸成45度角。在一些情況下，延遲器可以緊鄰反射偏振片107設(shè)置；然而，在一些情況下，延遲器可相反地緊鄰反射器111設(shè)置。

半透反射鏡可以是二向色反射器，該二向色反射器能夠反射至少第一波長范圍的光，并且透射其他波長范圍的光，或者該半透反射鏡可以是寬帶半透鏡面。在一些情況下，嵌入式反射器111可以是曲面反射器或平面反射器。

圖2示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的頭戴式跟蹤裝置200的示意性剖視圖。圖2所示的元件201-250中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1所示的先前已描述的類似編號(hào)的元件101-150。例如，圖2所示的框架240對(duì)應(yīng)于圖1所示的框架140，等等。在圖2中，頭戴式跟蹤裝置200示出了使用光對(duì)眼睛229的虹膜的照明，其中光源202(也稱作照明器202)發(fā)射光從而形成光線束204，然后對(duì)具有半透反射鏡207表面的光學(xué)元件205進(jìn)行照明。光線束203的至少一部分由半透反射鏡207進(jìn)行反射，從而形成光線束206，光線束206對(duì)眼睛229的虹膜進(jìn)行照明。相機(jī)201b形成虹膜的圖像，并且該圖像可以經(jīng)過處理以測定眼睛229的一種或多種屬性。

眼睛229的這些能夠被檢測的屬性可包括以下項(xiàng)中的一者或多者：眼睛的視角方向、瞳孔的直徑和直徑變化、眼瞼的眨動(dòng)、眼睛的跟蹤對(duì)象和眼睛掃視運(yùn)動(dòng)。眼睛跟蹤參數(shù)可包括眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，以及介于對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與眼睛的運(yùn)動(dòng)之間的延遲或相。眼睛掃視運(yùn)動(dòng)可包括持續(xù)時(shí)間、速度和運(yùn)動(dòng)圖案。

半透反射鏡207可由二向色涂層制成，該涂層由一層或多層光學(xué)透明的材料構(gòu)成，利用層與相鄰層之間的折射率差異來形成反射。半透反射鏡還可由薄型金屬涂層諸如鋁或銀制成。在一些情況下，半透反射鏡可由反射偏振片制成。半透反射鏡可以在一個(gè)或多個(gè)方向彎曲，或者可以是平坦的。合適的光學(xué)透明材料包括一氧化硅、二氧化硅、氟化鎂、氧化鋁、二氧化鉿、氧化鋅、氮化硅、二氧化鈦、聚合物層、其他有機(jī)或無機(jī)材料以及它們的組合。

光源202可發(fā)射未偏振光、偏振光、可見光、紫外線、紅外線或它們的組合。所有或部分光可以是線性或圓形偏振的。使用偏振光可改變?cè)谘劬ι系恼彰鲌D案(例如，允許圖2所示的照明路徑或下圖3所示的照明路徑，或這兩者的組合)。

圖3示出了根據(jù)本公開明的一個(gè)方面的頭戴式跟蹤裝置300的示意性剖視圖。圖3所示的元件301-350中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1所示的先前已描述的類似編號(hào)的元件101-150。例如，圖3所示的框架340對(duì)應(yīng)于圖1所示的框架140，等等。在圖3中，不同的光路以與圖1所示的光路的類似方式形成，并包括來自半透反射鏡311的圓形偏振光的反射。光源302發(fā)射光，從而形成光線束304a，并且至少一部分光線束304a由反射偏振片307進(jìn)行透射。透射的光線穿過四分之一波長延遲器309至半透反射鏡311。由半透反射鏡311反射的光線再次穿過四分之一波長延遲器309，從反射偏振片307中反射，再次穿過四分之一波長延遲器309，從半透反射鏡311中反射，最后穿過四分之一波長延遲器309，并且穿過反射偏振片307，從而形成光線束306a，光線束306a對(duì)眼睛329的虹膜進(jìn)行照明。

圖4示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的頭戴式跟蹤裝置400的示意性剖視圖。圖4所示的元件401-450中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1所示的先前已描述的類似編號(hào)的元件101-150。例如，圖4所示的框架440對(duì)應(yīng)于圖1所示的框架140，等等。圖4示出了光源402的放置的變化。光源402可鄰近相機(jī)401b放置，并且可通過使用分束器(未示出)與相機(jī)視圖的中心軸線共線，如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員已知的。光源402發(fā)射光，從而形成光線束404a，并且至少一部分光線束404a由反射偏振片407進(jìn)行透射。透射的光線穿過四分之一波長延遲器409至半透反射鏡411。由半透反射鏡411反射的光線再次穿過四分之一波長延遲器409，從反射偏振片407中反射，再次穿過四分之一波長延遲器409，從半透反射鏡411中反射，最后一次穿過四分之一波長延遲器409，并且穿過反射偏振片407，從而形成光線束406a，光線束406a對(duì)眼睛429的虹膜進(jìn)行照明。可以使用多光源402以及未偏振光，從而允許例如組合光線束206、306a或406a中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行的照明。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的頭戴式跟蹤裝置500的示意性剖視圖。圖5所示的元件501-550中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1所示的先前已描述的類似編號(hào)的元件101-150。例如，圖5所示的框架540對(duì)應(yīng)于圖1所示的框架140，等等。圖5示出了另一個(gè)變化，其中光源502發(fā)射光，從而形成光線束504b，該光線束由光學(xué)元件505反射，該光學(xué)元件由浸入透鏡513中的反射表面511b制成。反射光形成光線束506b，其對(duì)眼睛529的虹膜進(jìn)行照明。由眼睛反射的光形成光線，此光線大約沿著主光線503照至相機(jī)501b。反射表面511b可以是反射偏振片。反射偏振片可由雙折射的聚合物光學(xué)疊堆制成，諸如可購自3M公司(3M Company)的Advanced Polarizing Film(高級(jí)偏振膜)、線柵偏振片、膽甾型反射偏振片，或任何其他合適的反射偏振片。

圖6示出了根據(jù)本公開的一個(gè)方面的頭戴式跟蹤顯示系統(tǒng)600的透視圖。圖6所示的元件601-640和601’-640’中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)于圖1所示的先前已描述的類似編號(hào)的元件101-140。例如，圖6所示的框架640對(duì)應(yīng)于圖1所示的框架640，等等。頭戴式跟蹤顯示系統(tǒng)600包括被定位成將圖像光束朝向第一光學(xué)元件605投射的第一圖像源601，以及被定位成將第二圖像光朝向任選的第二光學(xué)元件605’投射的任選的第二圖像源601’，如別處所述。頭戴式跟蹤顯示系統(tǒng)600還包括被設(shè)置成分別將光朝向第一光學(xué)元件605和第二光學(xué)元件605’投射的第一光源602和任選的第二光源602’，如別處所述。第一光學(xué)元件605和任選光學(xué)元件605’中的每一個(gè)；第一圖像源601和任選第二圖像源601’；以及第一光源602和任選第二光源602’可被附接到第一框架640和第二框架640’，與一副眼鏡類似，該框架可被定位在用戶的頭部上(未示出)。頭戴式跟蹤顯示系統(tǒng)600還包括將第一光學(xué)元件605和第二光學(xué)元件605’連接在一起的跨接件645。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所述的任一眼睛監(jiān)視系統(tǒng)可以與近眼顯示系統(tǒng)結(jié)合，該近眼顯示系統(tǒng)具有薄膜反射元件，諸如與本申請(qǐng)同一天提交、名稱為“Near-Eye Display”(“近眼顯示器”)的代理人案卷號(hào)為74975US002的共同待審美國專利申請(qǐng)中所述的那些。這些能夠被檢測的眼睛監(jiān)視屬性可包括以下項(xiàng)中的一者或多者：眼睛的視角方向、瞳孔的直徑和直徑變化、眼瞼的眨動(dòng)、眼睛的跟蹤對(duì)象和眼睛掃視運(yùn)動(dòng)。眼睛跟蹤參數(shù)可包括眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，以及介于對(duì)象的運(yùn)動(dòng)與眼睛的運(yùn)動(dòng)之間的延遲或相。眼睛掃視運(yùn)動(dòng)可包括持續(xù)時(shí)間、速度和運(yùn)動(dòng)圖案。所描述的薄膜可用于為瞳孔照明器和圖像接收光學(xué)器件提供反射表面，以及用于為近眼顯示器提供反射表面，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易理解的那樣。

以下為本公開的實(shí)施方案的列表。

項(xiàng)1是一種光學(xué)元件，包括：透鏡，其具有凹形第一主表面，相對(duì)的第二主表面和設(shè)置于兩者間的嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；以及位于反射偏振片和嵌入式反射器之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸。

項(xiàng)2是根據(jù)項(xiàng)1所述的光學(xué)元件，其中延遲器緊鄰反射偏振片設(shè)置。

項(xiàng)3是根據(jù)項(xiàng)1或項(xiàng)2所述的光學(xué)元件，其中延遲器緊鄰嵌入式反射器設(shè)置。

項(xiàng)4是根據(jù)項(xiàng)1至項(xiàng)3所述的光學(xué)元件，其中延遲器為四分之一波長延遲器，并且延遲器角度為約45度。

項(xiàng)5是根據(jù)項(xiàng)1至項(xiàng)4所述的光學(xué)元件，其中嵌入式反射器包括半透反射鏡。

項(xiàng)6是根據(jù)項(xiàng)5所述的光學(xué)元件，其中半透反射鏡包括二向色反射器，該二向色反射器能夠反射至少第一波長范圍的光，并透射其他波長范圍的光。

項(xiàng)7是根據(jù)項(xiàng)5所述的光學(xué)元件，其中半透反射鏡包括寬帶半透鏡面。

項(xiàng)8是根據(jù)項(xiàng)1至項(xiàng)7所述的光學(xué)元件，其中嵌入式反射器為平面反射器。

項(xiàng)9是根據(jù)項(xiàng)1至項(xiàng)8所述的光學(xué)元件，其中嵌入式反射器是能夠準(zhǔn)直入射光束的曲面反射器。

項(xiàng)10是一種頭戴式顯示器，包括：透鏡，其具有凹形第一主表面、相對(duì)的第二主表面和設(shè)置于兩者間的嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；位于凹形第一主表面和反射偏振片之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸；以及被定位成將圖像光束朝向凹形第一主表面投射的圖像成形裝置，該圖像光束包括在第一偏振方向上偏振的光，其中圖像光束的至少一部分能夠被朝向鄰近圖像成形裝置設(shè)置的眼睛導(dǎo)向。

項(xiàng)11是根據(jù)項(xiàng)10所述的頭戴式顯示器，其中延遲器緊鄰反射偏振片設(shè)置。

項(xiàng)12是根據(jù)項(xiàng)10或項(xiàng)11所述的頭戴式顯示器，其中延遲器緊鄰嵌入式反射器設(shè)置。

項(xiàng)13是根據(jù)項(xiàng)10至項(xiàng)12所述的頭戴式顯示器，其中延遲器為四分之一波長延遲器，并且延遲器角度為約45度。

項(xiàng)14是根據(jù)項(xiàng)10至項(xiàng)13所述的頭戴式顯示器，其中嵌入式反射器包括半透反射鏡。

項(xiàng)15是根據(jù)項(xiàng)14所述的頭戴式顯示器，其中半透反射鏡包括二向色反射器，該二向色反射器能夠反射至少第一波長范圍的光，并透射其他波長范圍的光。

項(xiàng)16是根據(jù)項(xiàng)14所述的頭戴式顯示器，其中半透反射鏡包括寬帶半透鏡面。

項(xiàng)17是根據(jù)項(xiàng)10至項(xiàng)16所述的頭戴式顯示器，其中嵌入式反射器為平面反射器。

項(xiàng)18是根據(jù)項(xiàng)10至項(xiàng)17所述的頭戴式顯示器，其中嵌入式反射器是能夠準(zhǔn)直入射光束的曲面反射器。

項(xiàng)19是根據(jù)項(xiàng)10至項(xiàng)18所述的頭戴式顯示器，還包括跟蹤裝置，該跟蹤裝置被設(shè)置成檢測眼睛的視角方向、眼睛瞳孔的直徑、眼睛瞳孔的直徑變化、眼瞼的眨動(dòng)、眼睛的跟蹤對(duì)象、眼睛掃視運(yùn)動(dòng)或它們的組合。

項(xiàng)20是根據(jù)項(xiàng)19所述的頭戴式顯示器，其中跟蹤裝置包括：被定位成將光束朝向嵌入式反射器投射的照明器，光束的一部分被反射以對(duì)鄰近照明器的眼睛進(jìn)行照明；圖像接收裝置，其鄰近照明器定位并且能夠接收被照明眼睛的圖像。

項(xiàng)21是一種頭戴式跟蹤裝置，包括：透鏡，其具有凹形第一主表面和相對(duì)第二主表面；鄰近凹形第一主表面設(shè)置的半透反射鏡；被定位成將光束朝向半透反射鏡投射的照明器，光束的一部分由半透反射鏡反射，并且能夠?qū)︵徑彰髌鞫ㄎ坏难劬M(jìn)行照明；以及鄰近照明器定位并能夠接收從半透反射鏡反射的被照明眼睛的圖像的圖像接收裝置。

項(xiàng)22是根據(jù)項(xiàng)21所述的頭戴式跟蹤裝置，其中半透反射鏡包括二向色反射器，該二向色反射器能夠反射至少第一波長范圍的光，并透射其他波長范圍的光。

項(xiàng)23是根據(jù)項(xiàng)21或項(xiàng)22所述的頭戴式跟蹤裝置，其中半透反射鏡包括寬帶半透鏡面。

項(xiàng)24是根據(jù)項(xiàng)21至項(xiàng)23所述的頭戴式跟蹤裝置，其中半透反射鏡包括與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片。

項(xiàng)25是根據(jù)項(xiàng)21至項(xiàng)24所述的頭戴式跟蹤裝置，其中圖像接收裝置能夠檢測眼睛的視角方向、眼睛瞳孔的直徑、眼睛瞳孔的直徑變化、眼瞼的眨動(dòng)、眼睛的跟蹤對(duì)象、眼睛掃視運(yùn)動(dòng)或它們的組合。

項(xiàng)26是一種頭戴式跟蹤顯示器，包括：透鏡，其具有凹形第一主表面、相對(duì)的第二主表面和嵌入式反射器；與第一偏振方向?qū)?zhǔn)并且鄰近凹形第一主表面設(shè)置的反射偏振片；位于凹形第一主表面和反射偏振片之間的延遲器，該延遲器具有與第一偏振方向成延遲器角度對(duì)準(zhǔn)的快光軸；被定位成將圖像光束朝向凹形第一主表面投射的圖像成形裝置，該圖像光束包括在第一偏振方向上偏振的光，其中圖像光束的至少一部分能夠被朝向鄰近圖像成形裝置設(shè)置的眼睛導(dǎo)向；鄰近圖像成形裝置定位的照明器，該照明器能夠?qū)⒄彰髌鞴馐蚍瓷淦衿渡洌灰约班徑彰髌鞫ㄎ坏膱D像接收裝置；其中反射偏振片、延遲器和嵌入式反射器一起能夠?qū)︵徑彰髌鞫ㄎ坏难劬M(jìn)行照明，圖像接收裝置能夠接收被照明眼睛的圖像。

項(xiàng)27是根據(jù)項(xiàng)26所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中延遲器緊鄰反射偏振片設(shè)置。

項(xiàng)28是根據(jù)項(xiàng)26或項(xiàng)27所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中延遲器緊鄰嵌入式反射器設(shè)置。

項(xiàng)29是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)28所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中延遲器為四分之一波長延遲器，并且延遲器角度為約45度。

項(xiàng)30是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)29所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中嵌入式反射器包括半透反射鏡。

項(xiàng)31是根據(jù)項(xiàng)30所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中半透反射鏡包括二向色反射器，該二向色反射器能夠反射至少第一波長范圍的光，并透射其他波長范圍的光。

項(xiàng)32是根據(jù)項(xiàng)30所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中半透反射鏡包括寬帶半透鏡面。

項(xiàng)33是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)32所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中嵌入式反射器為平面反射器。

項(xiàng)34是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)33所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中嵌入式反射器是能夠準(zhǔn)直入射光束的曲面反射器。

項(xiàng)35是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)34所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中照明器光束包括與第一偏振方向?qū)?zhǔn)的偏振光束。

項(xiàng)36是根據(jù)項(xiàng)26至項(xiàng)35所述的頭戴式跟蹤顯示器，其中被照明眼睛的圖像包括眼睛的視角方向、眼睛瞳孔的直徑、眼睛瞳孔的直徑變化、眼瞼的眨動(dòng)、眼睛的跟蹤對(duì)象、眼睛掃視運(yùn)動(dòng)以及它們的組合。

除非另外指明，否則說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字應(yīng)當(dāng)被理解為由術(shù)語“約”來修飾。因此，除非有相反的說明，否則在上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均為近似值，這些近似值可根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員使用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的期望特性而變化。

本文中所引用的所有參考文獻(xiàn)及出版物全文以引用方式明確地并入本文中，但與本發(fā)明直接沖突的部分除外。雖然本文已經(jīng)舉例說明并描述了具體實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)知道，在不脫離本公開的范圍的情況下，可用多種另選和/或等同形式的具體實(shí)施來代替所示出的和所描述的具體實(shí)施方案。本專利申請(qǐng)旨在涵蓋本文所討論的具體實(shí)施方案的任何調(diào)整或變型。因此，本公開旨在僅受權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容的限制。