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申请/专利权人：奇跃公司

摘要：公开了用于头戴式显示器HMD的成像系统的示例。成像系统可以包括面向前的成像相机，并且HMD的显示器的表面可以包括被配置为将光反射到成像照相机的离轴衍射光学元件DOE或热镜。DOE或热镜可以分段。该成像系统可用于眼睛跟踪、生物识别、眼睛三维形状的多范围重建等。

主权项：1.一种头戴式显示器，其被配置为佩戴在用户的头部上，所述头戴式显示器包括：配置为关于所述用户的所述头部横向定位的包括一对耳柄的框架；一对光学元件，其由所述框架支撑，以使得所述一对光学元件中的每一个光学元件能够设置在所述用户的眼睛的前方；沿前向方向的面向前的成像器；以及反射元件，其设置在所述一对光学元件中的一个光学元件中或其上，所述反射元件被配置为朝向所述面向前的成像器反射来自所述眼睛的红外光，所述面向前的成像器被配置为接收由所述反射元件反射的所述红外光，其中，所述反射元件包括多个区段，每个区段具有与所述多个区段中的至少一个其它区段的光学特性不同的光学特性，其中，所述区段中的不同的区段从相应不同的角度位置处产生所述眼睛的图像，其中，所述区段中的每个被配置为反射红外光，其中，每个所述区段充当在不同角度位置处对所述眼睛成像的相应虚拟照相机，或在不同角度位置处对所述眼睛成像的无穷远处的相应虚拟照相机。

全文数据：采用离轴成像器的眼睛成像[_1]相关申请的交叉引用[0002]本申请根据35U.S.C.§119e要求于2015年9月23日提交的标题为“EYE頂AGINGWITHANOFF-AISIMAGER”（采用离轴成像器进行眼睛成像）的美国临时申请No.62222，671的优先权，其在此通过引用整体并入。技术领域[0003]本公开涉及虚拟现实和增强现实成像以及可视化系统，并且特别涉及用于获取眼睛图像的成像系统。背景技术[0004]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，而不透明于其它实际的真实世界的视觉输入;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”，与将真实世界和虚拟世界合并有关，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VR、AR或MR技术具有挑战性，这些技术有助于在其它虚拟或现实世界的图像元素中舒适、自然、丰富地呈现虚拟图像元素。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[0005]公开了被配置为佩戴在用户的头上的头戴式显示器HMD的实施例。HMD包括:包括一对耳柄的框架;一对光学元件，其由框架支撑，使得一对光学元件中的每一个能够设置在用户的眼睛的前方;面向前的成像器，其安装到一对耳柄中的一个耳柄；以及反射元件，其设置在一对光学元件中的一个光学元件中或其上，该反射元件被配置为朝向面向前的成像器反射红外光，该面向前的成像器被配置为接收由反射元件反射的红外光。该一对光学元件中的每一个对可见光都可以是透明的。反射元件可以包括具有相同或不同光学特性的多个区段。成像器可以被配置为获取HMD的佩戴者的眼睛的图像。HMD可以包括处理器，该处理器分析由成像器获取的图像，用于眼睛跟踪、生物识别、眼睛形状的多范围重建，估计眼睛的适应状态，或者对眼睛的视网膜成像。[0006]在本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。从描述、附图和权利要求中，其它特征、方面和优点将变得显而易见。本概述和以下详细描述都不旨在限定或限制本发明主题的范围。附图说明[0007]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不。[0008]图2示意性地示出了可穿戴显示系统的示例。[0009]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各方面。[0010]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。[0011]图5不出了可以由波导输出的不例出射光束。[0012]图6是示出了包括波导装置、将光光耦合到波导装置或从波导装置光耦合光的光親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。[0013]图7A至图7F示意性地示出了包括使用反射离轴衍射光学元件D0E对佩戴者的眼睛进行成像的面向前的照相机的成像系统的示例。[0014]图7G和图7H示意性地示出了具有多个区段的D0E的示例，其中每个区段可以具有不同的光学特性例如，反射角、光焦度等）。[0015]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[0016]挺塗[0017]头戴式显示器HMD的佩戴者的眼睛可以使用反射离轴衍射光学元件D0E来成像。在一些实施方式中，D0E可以是全息光学元件H0E、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件0AVD0E。所得到的图像可用于跟踪一只眼睛或两只眼睛，对视网膜成像，在三维中重建眼睛形状，从眼睛提取生物信息例如，虹膜识别等。[0018]头戴式显示器HMD可能使用关于佩戴者眼睛状态的信息用于各种目的。例如，该信息可用于估计佩戴者的注视方向或用于生物识别。然而，X寸HMD佩戴者的眼睛进行成像可能具有挑战性。HMD和佩戴者眼睛之间的距离很短。此外，注视跟踪需要更大的视场，而生物识别需要虹膜上的目标target上相对较多数量的像素。对于试图完成这两个目标的成像系统而言，这两项任务的要求在很大程度上是不一致的。此外，由于眼睑和睫毛阻塞，这两个问题可能会变得更加复杂。[0019]在此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，成像系统可以包括被配置为观察佩戴者的眼睛的成像器。成像系统可以安装在佩戴者的太阳穴附近例如，在可穿戴显示系统的框架上，例如耳柄上）。在一些实施例中，第二成像器可以用于佩戴者的另一只眼睛，使得每只眼睛分开成像。成像器可以包括对红外辐射敏感的红外数字照相机。成像器可以安装成在佩戴者的视线方向上面向前，而不是面向后并指向眼睛。通过将成像器设置更靠近佩戴者的耳朵，成像器的重量同样可以更接近耳朵，并且与其中成像器面向后并且设置更接近HMD的前部相比，HMD可以更容易佩戴。另外，通过将面向前的成像器放置在佩戴者的太阳穴附近，与设置在HMD前部附近的面向后的成像器相比，从佩戴者的眼睛到成像器的距离大约是两倍远。由于图像的景深与该距离大致成比例，所以与面向后的成像器相比，面向前的成像器的景深大约是两倍远。成像器的较大景深对于具有较大或突出的鼻子、眉骨等的佩戴者的眼睛区域进行成像可能是有利的。[002°]成像器可以被定位成观察另外透明的光学元件的内表面。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）。光学元件可以包括反射第一波长范围同时基本上透射第二波长范围（其不同于第一波长范围）的表面。第一波长范围可以在红外线中，并且第二波长范围可以在可见光中。例如，光学元件可以包括反射红外光同时透射可见光的热镜。来自外部世界的可见光可以通过光学元件透射并且可以被佩戴者感知。实际上，成像系统作用为好像存在被引导回朝向佩戴者的眼睛的虚拟成像器。虚拟成像器可以对通过光学元件从佩戴者的眼睛传播的虚拟红外光进行成像。热镜或在此所述的其它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H0E。[0021]红外辐射可以包括具有从7〇〇nm至1〇圓范围中的波长的辐射。红外辐射可以包括具有从7〇〇nm至1.5_范围中的波长的近红外辐射。在许多实施方式中，从700nm至900nm的波长处的近红外线中执行眼睛成像。[0022]3D显示器[0023]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、背景中的建筑物为特征的真实世界公园状设置110,以及混凝土平台120。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,以及看起来像飞行的蜜蜂的化身的卡通式的头像角色140,尽管这些元素不存在于真实世界中。[0024]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产生与其虚拟深度对应的适应响应。如果对显示点的适应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），则人眼可能经历适应冲突，导致成像不稳定、有害的眼部紧张、头痛，并且在没有适应信息的情况下，几乎完全缺乏表面深度。[0025]VR、AR和MR体验可以通过具有显示器的显示系统来提供，其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，从而有助于基于眼睛所需的适应向用户提供深度线索，为位于不同深度平面上的场景和或基于观察不同深度平面上的不同图像特征失焦而聚焦不同图像特征。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。[0026]图2示出可用于向显示系统佩戴者或观看者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、佩戴者或观看者204佩戴，并且被配置为将显示器208定位在佩戴者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可成形的声音控制）。显示器208诸如通过有线导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）。[0027]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）的非暂态数字存储器，二者都可用于辅助数据的处理、缓冲以及存储。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，例如图像捕获设备诸如照相机）、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可以相互可操作地李禹合。[0028]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。[0029]人类视觉系统复杂，并且提供深度的现实感知是具挑战性的。不受理论的限制，相信对象的观看者可能由于聚散度和适应性的组合而将该对象感知为“三维”。两只眼睛彼此相对的聚散运动（即，光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“适应性”）密切相关。在正常情况下，改变眼睛晶状体的焦点或适应眼睛，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“适应性聚散度反射accommodation-vergencereflex”的关系下自动地导致在聚散度上的匹配改变达到相同的距离。同样，在正常情况下，聚散度的改变将引发适应性的匹配改变。提供适应性和聚散度之间的更好匹配的显示系统可以形成更逼真或舒适的三维图像模拟。[0030]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适应，以使得那些对象在焦点中。眼睛302和眼睛304呈现特定的适应状态，以使沿着z轴的不同距离处的对象进入焦点。因此，可以说特定的适应状态与深度平面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，以使得当眼睛处于该深度平面的适应状态时，特定深度平面中的对象或对象的部分被聚焦。在一些实施例中，可以通过为眼睛3〇2和3〇4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适应状态下与眼睛对焦。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。[0031]波导堆叠组件[0032]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。[0033]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）。[0034]波导42〇、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。图像注入装置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。光从图像注入装置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视场。[0035]在一些实施例中，图像注入装置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，图像注入装置440、4似、4妨、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）向图像注入装置440、442、444、446、448中的每一个图像注入装置输送图像信息。[0036]控制器450控制堆叠波导组件405和图像注入装置440、442、444、446、448的操作。在一些实施例中，控制器45〇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可以是单个整体装置，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，数字照相机），面向外的成像系统454例如，数字照相机和或用户输入设备4册通信。面向内的成像系统4M例如，数字照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。[0037]波导420、422、424、426、428可以被配置为通过全内反射〇'11?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），具有主要的顶表面和底表面以及在这些主要的顶表面和底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外耦合的光，并且光提取光学元件也可以被称为外耦合光学元件。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46〇、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。[0038]继续参考图4,如在此所讨论的，每一个波导42〇、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可以被配置为将如注入到这种波导420中的准直光传送到眼睛410。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一个上行波导422可以被配置为将穿过第一透镜430例如，负透镜）的准直光在其可以到达眼睛410之前发出。第一透镜4加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4f54。第一透镜43〇和第二透镜432的组合光焦度opticalpower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。[0039]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，不是动态的或电激活的）。在一些替代实施例中，两者之一或者两者都可以是使用电激活特征而动态的。[0040]继续参考图4，光提取光学元件妨0、妨2、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，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.20150178939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在此。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）。[0041]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“D0E”）的衍射特征。优选地，D0E具有相对较低的衍射效率，以使得仅光束的一部分通过D0E的每一个交点偏转向眼睛410,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。[0042]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指数不匹配的指数在这种情况下，该图案主动地衍射入射光）。[0043]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，数字照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。[0044]在一些实施例中，面向内的成像系统452例如，数字照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。[0045]在一些实施例中，可以为每只眼睛利用一个照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照相机，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照相机被确定并被假定对于观看者204的双眼是类似的。[0046]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适应性的情况下，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适应性的情况下，对于处于另一瞳孔大小的用户同时充分地聚焦。[0047]在一些实施例中，显示系统可以改变接收图像信息的波导的数量，基于瞳孔大小和或方位的确定或者基于接收特定瞳孔大小和或方位的电信号指示。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。在其中波导的D0E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，D0E可切换到关闭状态。[0048]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。[0049]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，数字照相机）。世界456的这部分可以被称为视场F0V，并且成像系统454有时被称为F0V照相机。可供观看者204观看或成像的整个区域可被称为能视场fieldofregardFORJ0R可以包括围绕显示系统400的立体角的你球面度。在显示系统400的一些实施方式中，因为用户204可以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。[0050]显不系统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D0F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。[0051]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撞击在D0E460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，其中光提取光学元件将光外耦合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适应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。[0052]图6示出了显示系统400的另一示例，其包括波导装置、将光光耦合到波导装置或从波导装置光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DOE608。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DOEeie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6〇4相似或相同，但具有与其不同的方位。类似地，至少一个doe616在至少一些方面可以与D0E608相似或相同。例如，分布平面波导612和或DOE616可以分别由与主平面波导604和或D0E60S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。[0053]中继的和出射光瞳扩展的光从分布波导装置被光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。[0054]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。芯电极未不出）也位于管628的芯、中心、内周或内径中。[0055]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。[0056]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.20140003762中提供了这样的设置的描述，其通过引用全部并入在此。[0057]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D0E616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D0E616重复相交。D0E616优选具有低衍射效率。这导致一部分光例如，10%在与DOE616的每个交点处被衍射朝向较大的主平面波导604的边缘，并且一部分光通过TIR在其原始轨迹上向下分布平面波导612的长度而继续。[0058]在与D0E616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DOE616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。[0059]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D0E608相交。D0E608可以有利地被设计或构造成具有相位轮廓，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。D0E608可以有利地具有低衍射效率例如，10%，使得D0E608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。[0060]在传播光和D0E608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，D0E608的径向对称衍射图案另外向衍射光赋予聚焦水平，既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。[0061]因此，这些不同的路径可以通过多个DOE608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耦合到主平面波导604外。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。_2]用于采用离轴成像器进行眼睛成像的示例光学系统[0063]头戴式显示器HMD的佩戴者的眼睛（例如，图2中所示的可穿戴显示系统200可以使用反射离轴衍射光学元件DOE成像，在一些实现中其可以是全息光学元件HOE。所得到的图像可用于跟踪一只眼睛或多只眼睛，对视网膜成像，在三维中重建眼睛形状，从眼睛提取生物信息例如，虹膜识别等。[0064]头戴式显示器HMD可能使用关于佩戴者眼睛状态的信息的原因有多种。例如，该信息可用于估计佩戴者的注视方向或用于生物识别。然而，由于HMD和佩戴者眼睛之间的距离很短，所以该问题具有挑战性。由于注视跟踪需要更大的视场，而生物识别需要虹膜上的目标上的相对较多数量的像素，因此更加复杂。对于试图完成这两个目标的成像系统而言，这两项任务的要求在很大程度上是不一致的。最后，由于眼睑和睫毛的阻塞，这两个问题都变得更加复杂。在此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。在此参考图7A-7H描述的成像系统700的各种实施例可以与包括在此描述的显示设备例如，图2中所示的可穿戴显示系统200,图4和图6中所示的显示系统400的HMD—起使用，。[0065]图7A示意性地示出包括成像器7〇2b的成像系统700的示例，该成像器702b用于观看眼睛304,并被安装在佩戴者的太阳穴附近例如，在可穿戴显示系统200的框架212上，例如耳柄）。在其它实施例中，第二成像器用于佩戴者的另一只眼睛302,使得每只眼睛分别成像。成像器702b可以包括对红外辐射敏感的红外数字照相机。成像器702b被安装成其是面向前的（沿着佩戴者的视线的方向），而不是面向后并且指向眼睛304如同图4中所示的照相机452—样）。通过将成像器702b设置更靠近佩戴者的耳朵，成像器702b的重量同样更靠近耳朵，并且与成像器面向后并且设置更接近HMD的前部（例如，靠近显示器208的HMD相比，HMD可以更容易佩戴。另外，通过将面向前的成像器702b放置在佩戴者的太阳穴附近，与设置在HMD前部附近的面向后的成像器相比（例如，与图4中所示的照相机452相比），从佩戴者的眼睛304到成像器的距离大约是两倍大。由于图像的景深与该距离大致成比例，所以与面向后的成像器相比，面向前的成像器702b的景深大约是两倍远。成像器702b的较大景深对于具有较大或突出的鼻子、眉骨等的佩戴者的眼睛区域进行成像可能是有利的。[0066]成像器702b被定位成观看另外透明的光学元件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）。光学元件可以透射至入射到光学元件上的可见光的至少10%、20%、30%、40%、50%或更多。在其它实施例中，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可以包括反射元件708。反射元件708可以是反射第一波长范围同时基本上透射第二波长范围（其不同于第一波长范围）的表面。第一波长范围可以在红外线中，并且第二波长范围可以在可见光中。例如，反射元件708可以包括反射红外光同时透射可见光的热镜。在这种实施例中，来自佩戴者的红外光710a、712a、714a传播到光学元件706并且从光学元件706反射，产生可由成像器702b成像的反射红外光7101、7121、7141。在一些实施例中，成像器70213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小于全部的子集敏感或能够捕获它。例如，反射元件708可以反射700nm至1•5wn范围中的红外光，并且成像器702b可以对来自700nm至900nm的波长的近红外光敏感或能够捕获它。作为另一个示例，反射元件708可以反射700nm至1.5M1范围中的红外光，并且成像器702b可以包括过滤掉900nm至1•5wii范围中的红外光的过滤器，使得成像器702b可以捕获来自700nm至900nm波长的近红外光。[0067]来自外部世界456的可见光透射过光学元件706并可被佩戴者感知。实际上，图7A中所示的成像系统700可以作用为好像存在被引导回朝向佩戴者的眼睛304的虚拟成像器702c。虚拟成像器702c可以对通过光学元件706从佩戴者的眼睛304传播的虚拟红外光710c、712c、714c示为虚线成像。虽然热镜或在此所述的其它D0E可以设置在光学元件706的内表面704上，但这不是限制^在其它实施例中，热镜或D0E可以设置在光学元件706的外表面上或在光学元件706内（例如体积H0E。[0068]图7B示意性地示出成像系统700的另一个示例。在该实施例中，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可以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的法线与包括DOE或H0E或热镜的表面704的区域的法线基本上平行。实际上，图7B中所示的成像系统700可以作用为好像存在具有引导回朝向佩戴者的眼睛304的虚拟透视控制透镜组件716c的虚拟成像器702c。[0069]另外或可替代地，如图7C中示意性所示，光学元件706的反射元件708可在其表面704上具有的离轴全息镜0AHM，离轴全息镜0AHM用于反射光710、712、714，以便于通过捕获反射光710b、712b、714b的照相机成像器7〇2b对眼睛304的观看。0AHM708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0AVD0E，如图7D中示意性示出的。在图7D中所示的示例中，虚拟照相机702c的有效位置处于无穷远处并且在图7D中未示出。[0070]在一些实施例中，H0E例如，0AHM或0AVD0E可以被分成多个区段。这些区段中的每一个可以具有不同的光学特性或特征，包括例如区段反射入射红外光的反射角或光焦度。该区段可以被配置为使得光从每个区段朝向成像器7〇2b反射。结果，由成像器702b获取的图像同样将被分成相应数量的区段，每个区段有效地从不同角度观看眼睛。图7E示意性地示出了具有带有三个区段7181、7182、7183的^1^的显示系统700的示例，其中每个区段充当在不同角度位置处对眼睛304成像的相应虚拟照相机702cl、702c2、702c3。[0071]图7F示意性地示出了具有带有三个区段7181、71如2、71833的^服的显示系统700的另一个示例，其中每个区段具有光焦度例如，分段的0AVD0E，每个区段在不同角度位置处生成对眼睛3〇4成像的无穷远处的虚拟照相机。尽管三个区段在图7E和图7F中示意性地示出，但是这是用于说明而不是限制。在其它实施例中，可以使用两个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或更多区段。H0E中没有、一些或全部这些区段都可以具有光焦度。[0072]三个区段718al、718a2、718a3被示出为横跨图7E和图7F中的光学元件706水平间隔开。在其它实施例中，区段可以在光学元件706上垂直地间隔开。例如，图7G示意性地示出了具有两个垂直间隔开的区段718al和718a2的DOE718,区段718al被配置为将光反射回朝向成像器702b其可以与区段718al处于相同的大致水平面中），并且区段718a2被配置为朝向成像器702b向上反射光。类似于双焦透镜，图7G中所示的布置可有利地允许成像系统700:当佩戴者通过HMD的上部部分经由实心箭头线示意性地示出）向前观看时使用来自上段718al的由成像器702b获取的反射图像，并且当佩戴者通过HMD的下部部分经由虚线箭头线示意性地示出）向下观看时使用来自下段718a2的反射图像。[0073]在其它实施例中可以使用水平间隔和垂直间隔区段的混合。例如，图7H示出具有3X3的区段阵列的HOE718的另一个示例。成像器702b可以从这9个区段中的每个区段获取反射数据，这些区段表示来自眼睛区域的不同区域和角度方向的光线。从眼睛区域传播到HOE71S并反射回成像器702b的两个示例光线以实线和虚线示出。成像系统700或处理模块224或228可以分析来自多个区段的反射数据以多范围地计算眼睛的三维形状或眼睛的注视方向（例如，眼睛姿态）。[0074]利用区段的光学系统700的实施例可具有多个益处。例如，通过选择最适合特定任务的特定区段，可以单独使用区段，或者它们可以共同用于多范围地估计眼睛的三维形状或姿态。在前一种情况下，该选择性可用于例如选择眼睑或睫毛阻塞最少的佩戴者的虹膜的图像。在后一种情况下，眼睛的三维重建可用于估计取向（通过估计例如角膜隆起的位置或适应状态通过估计例如在瞳孔的明显位置上的透镜引起的变形）。[0075]其它方面[0076]在第一方面，公开了一种佩戴在用户头部上的头戴式显示器HMDoHMD包括:包括一对耳柄的框架；由框架支撑的一对光学元件，使得一对光学元件中的每一个能够设置在用户的眼睛的前方;安装到一对耳柄中的一个耳柄的面向前的成像器；以及设置在一对光学元件中的一个光学元件中或其上的反射元件，反射元件被配置为朝向面向前的成像器反射红外光，该面向前的成像器被配置为接收由反射元件反射的红外光。[0077]在第二方面，如方面一的HMD，其中一对光学元件中的每一个对可见光是透明的。[0078]在第三方面，如方面一或方面二的HMD，其中一对光学元件中的每一个被配置为向用户显示图像。[0079]在第四方面，如方面三的HMD，其中一对光学元件中的每一个包括光场显示器。[0080]在第五方面，如方面四的勵，其中光场显示器包括被配置为将图像输出给用户的波导堆叠。[0081^在第六=面，如方面一至五中任一方面的HMD，其中反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件DOE、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件0AVD0E。[0082]在第七方面，如一方面至六方面中任一方面的HMD，其中反射元件对可见光是透射的。[0083]在第八方面，如一方面至七方面中任一方面的腦，其中反射元件包括多个区段，并且其中多个区段中的每个区段具有与多个区段中的至少一个其它区段的光学特性不同的光学特性。[0084]在第九方面，如方面八的HMD，其中光学特性包括反射角或光焦度。[0085]在第十方面，如方面八或方面九的HMD，其中多个区段包括2、3、4、5、6、7、8或9个区段。[0086]在第十一方面，如方面一至方面十中任一方面的HMD，其中面向前的成像器安装到一对斗柄中的一个耳柄的太阳穴部分。[0087]在第十二方面，如方面一至方面十一中任一方面的HMD，其中成像器包括透视控制透镜组件。[0088]在第十三方面，如方面十二的HMD，其中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。[0089]—在第十四方面，公开了一种显示系统。该显示系统包括:被配置为向用户显示图像的光学元件，该光学元件被配置为位于用户眼睛的前方;面向前的成像器；以及设置在光学元件中或其上的反射元件，反射元件被配置为朝向面向前的成像器反射从用户的眼睛接收的红外光。[0090]在第十五方面，如方面十四的显示系统，其中光学元件包括光场显示器。[0091^在第十六方面，如方面十四或十五的显示系统，其中反射元件包括热镜、离轴衍射光学元件DOE、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件OAVDOE。[0092]在第十七方面，如方面十四至十六中任一方面的显示系统，其中反射元件包括具有不同光焦度或不同反射角的多个区段。[0093]在第十八方面，如方面十四至十七中任一方面的显示系统，进一步包括:非暂态存储器，其被配置为存储由面向前的成像器获得的用户的眼睛的图像；以及与非暂态存储器通信的硬件处理器，硬件处理器被编程为:访问眼睛的图像;并执行以下中一个或多个的操作：跟踪用户的眼睛；提取与用户的眼睛相关联的生物信息；重建用户眼睛的一部分的形状;估计用户眼睛的适应状态;或者对用户的眼睛的视网膜、虹膜或其它元素进行成像。[0094]在第十九方面，公开了一种头戴式显示系统。HDM包括:框架，其被配置为支撑根据方面十四至方面十八中任一方面的显示系统，使得光学元件位于用户的第一只眼睛的前方。[0095]在第二十方面，如方面十九的头戴式显示系统，其中框架支撑根据方面十四至方面十八中任一方面的第二显示系统，使得第二显示系统的光学元件位于用户的第二只眼睛的前方。[0096]在第二十一方面，公开了一种成像系统。成像系统包括:反射第一波长范围中的光的反射元件；以及对小于全部第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中成像器被配置为取向以捕获由反射元件反射的光。[0097]在第二十二方面，如方面二十一的成像系统，其中反射元件包括热镜、全息光学元件H0E、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件OAVDOE。[0098]在第二十三方面，如方面二十一至二十二中任一方面的成像系统，其中第一波长范围包括红外波长范围。[00"]在第二十四方面，如方面二十一至二十三中任一方面的成像系统，其中成像系统包括光学元件，其中光学元件包括反射元件，并且其中光学元件透射至少50%入射在光学元件上的可见光。[0100]在第二十五方面，如方面二十一至二十四中任一方面的成像系统，其中反射元件包括多个区段。[0101]在第二十六方面，如方面二十五的成像系统，其中多个区段中的第一区段具有与多个区段中的第二区段的光学特性不同的光学特性。[0102]在第二十七方面，如方面二十六的成像系统，其中多个区段中的第一区段的光学特性或多个区段中的第二区段的光学特性包括反射角或光焦度。[0103]在第二十八方面，如方面二十五至二十七中任一方面的成像系统，其中多个区段包括至少两个区段。[0104]在第二十九方面，如方面二十五至二十八中任一方面的成像系统，其中多个区段中的两个区段水平地布置。[0105]在第三十方面，如方面二十五至二十九中任一方面的成像系统，其中多个区段中的两个区段垂直地布置。[0106]在第三十一方面，如方面二十五至三十中任一方面的成像系统，其中多个区段中的一些区段布置在网格中。[0107]第三十二方面，如方面二十一至三十一中任一方面的成像系统，其中成像器进一步包括透视控制透镜组件。[0108]第三十三方面，如方面三十二的成像系统，其中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。[0109]在第三十四方面，公开了一种用于间接捕获用户的眼睛的图像的成像系统。成像系统包括:反射兀件，其反射第一波长范围中的光，其中反射元件包括离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件0AVD0E，并且其中反射元件取向成当成像系统被放置在用户的眼睛的前方时反射从用户的眼睛传播的光；以及对小于全部第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中成像器取向为通过捕获由反射元件反射的从用户的眼睛传播的光来对用户的眼睛的图像成像。[0110]在第三十五方面，如方面三十四的成像系统，其中由成像器成像的用户的眼睛的图像和由放置在用户的眼睛前方的照相机成像的用户的眼睛的图像难以区分。[0111]在第三十六方面，如方面三十五的成像系统，其中由成像器成像的用户的眼睛的图像由放置在用户的眼睛前方的照相机有效地成像。[0112]在第三十七方面，如方面三十五至三十六中任一方面的成像系统，其中放置在用户的眼睛前方的照相机的有效位置处于无限远处。[0113]在第三十八方面，如方面三十五至三十七中任一方面的成像系统，其中第一波长范围包括红外波长范围。[0114]在第三十九方面，如方面三十五至三十八中任一方面的成像系统，其中成像系统包括光学元件，其中光学元件包括反射元件，并且其中光学元件透射至少50%入射到光学元件上的可见光。[0115]在第四十方面，如方面三十五至三十九中任一方面的成像系统，其中反射元件包括多个区段。[0116]在第四十一方面，如方面四十的成像系统，其中多个区段中的第一区段具有与多个区段中的第二区段的光学特性不同的光学特性。[0117]在第四十二方面，如方面四十一的成像系统，其中多个区段中的第一区段的光学特性或多个区段中的第二区段的光学特性包括反射角或光焦度。[0118]第四十三方面，如方面四十至四十二中任一方面的成像系统，其中多个区段包括至少两个区段。[0119]在第四十四方面，如方面四十至四十三中任一方面的成像系统，其中多个区段中的两个区段水平地布置。[0120]在第四十五方面，如方面四十至四十四中任一方面的成像系统，其中多个区段中的两个区段垂直地布置。[0121]在第四十六方面，如方面四十至四十五中任一方面的成像系统，其中多个区段中的一些布置在网格中。[0122]在第四十七方面，如方面三十四至四十六中任一方面的成像系统，其中成像器进一步包括透视控制透镜组件。[0123]在第四十八方面，如方面四十七的成像系统，其中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。[0124]在第四十九方面，公开了一种成像系统。该成像系统包括:显示器，其包括反射第一波长范围中的光的反射元件，其中反射元件包括热镜、离轴全息镜OAHM或离轴体积衍射光学元件OAVDOE;以及对第一波长范围中的光敏感的成像器，其中成像器被配置为取向为捕获至少由反射元件反射的光。[0125]在第五十方面，如方面四十九的成像系统，其中第一波长范围包括红外波长范围。[0126]在第五十一方面，如方面四十九或方面五十的成像系统，其中显示器对可见光基本上是透射的。[0127]在第五十二方面，如方面四十九至五十一中任一方面的成像系统，其中反射元件包括多个区段，其中多个区段中的每个区段具有与多个区段中的至少一个其它区段的光学特性不同的光学特性。[0128]在第五十三方面，如方面五十二的成像系统，其中光学特性包括反射角或光焦度。[0129]在第五十四方面，如方面五十二或方面五十三的成像系统，其中多个区段包括2、3、4、5、6、7、8或9个区段。[0130]在第五十五方面，如方面四十九至五十四中任一方面的成像系统，其中成像器进一步包括透视控制透镜组件。[0131]在第五十六方面，如方面五十五的成像系统，其中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。[0132]在第五十七方面，如方面二十一至方面五十六中任一方面的成像系统，进一步包括:非暂态数据存储器，其被配置为存储由成像器获取的图像；以及与非暂态数据存储器通信的硬件处理器，该硬件处理器用可执行指令编程以分析成像器以执行以下一项或多项：眼睛跟踪;生物识别;眼睛形状的多范围重建;估计眼睛的适应状态;或对眼睛的视网膜、虹膜或其它区别图案进行成像。[0133]在第五十八方面，公开了一种头戴式显示器HMDAMD包括方面二十一至五十七中任一方面的成像系统。[0134]在第五十九方面，如方面五十八的HMD，其中HMD包括具有被配置为佩戴在耳朵附近的部分的框架，并且成像器被设置在该部分附近。[0135]在第六十方面，如方面五十八或方面五十九的HMD，其中成像系统被配置为对佩戴者的第一只眼睛进行成像，其中HMD包括方面二十一至五十七中任一方面的第二成像系统，以及其中第二成像系统被配置为对佩戴者的第二只眼睛进行成像。[0136]在第六i^一方面，如方面五十八至六十中任一方面的HMD，其中HMD是增强现实设备_〇[0137]在第六十二方面，公开了一种创建虚拟照相机的方法。该方法包括:在要被成像的对象前方提供成像系统以在对象前方创建虚拟照相机，其中成像系统包括:反射第一波长范围中的光的反射元件，其中反射元件包括离轴全息镜OAHM或离轴体积衍射光学元件OAVDOE，并且其中反射元件取向成当成像系统被放置在对象的前方时反射从对象传播的光；以及对小于全部第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中成像器取向成通过捕获由反射元件反射的从对象传播的光来对对象的图像成像，并且其中由成像器成像的对象的图像和由对象前方的照相机成像的对象的图像难以区分。[0138]在第六十三方面，如方面六十二的方法，其中第一波长范围包括红外波长范围。[0139]在第六十四方面，如方面六十二至六十三中任一方面的方法，其中成像系统包括光学元件，其中光学元件包括反射元件，并且其中光学元件透射至少50%的入射在光学元件上的可见光。[0140]在第六十五方面，如方面六十二至六十四中任一方面的方法，其中反射元件包括多个区段。[0141]在第六十六方面，如方面六十五的方法，其中多个区段中的第一区段具有与多个区段中的第二区段的光学特性不同的光学特性。[0142]在第六十七方面，如方面六十六的方法，其中多个区段中的第一区段的光学特性或多个区段中的第二区段的光学特性包括反射角或光焦度。[0143]在第六十八方面，如方面六十五至六十七中任一方面的方法，其中多个区段包括至少两个区段。[0144]在第六十九方面，如方面六十五至六十八中任一方面的方法，其中多个区段中的两个区段水平地布置。[0145]在第七十方面，如方面六十五至六十九中任一方面的方法，其中多个区段中的两个区段垂直地布置。[0146]在第七十一方面，如方面六十五至七十中任一方面的方法，其中多个区段中的一些布置在网格中。[0147]在第七十二方面，如六十二至七十一中任一方面的方法，其中成像器进一步包括透视控制透镜组件。[0148]在第七十三方面，如方面七十二的方法，其中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。[0149]在第七十四方面，公开了一种使用虚拟照相机对对象进行成像的方法。该方法包括:在要被成像的对象前方提供成像系统以在对象前方创建虚拟照相机，其中成像系统包括:反射第一波长范围中的光的反射元件，其中反射元件包括离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件0AVD0E，并且其中反射元件取向成当成像系统被放置在对象的前方时反射从对象传播的光；以及对小于全部第一波长范围的非空子集中的光敏感的成像器，其中成像器取向成通过捕获由反射元件反射的从对象传播的光来对对象的图像成像;并且使用虚拟照相机对对象进行成像，包括:通过捕获由反射元件反射的从对象传播的光来对对象的图像成像，并且其中由成像器成像的对象的图像和由对象前方的照相机成像的对象的图像难以区分。[0150]在第七十五方面，如方面七十四的方法，其中第一波长范围包括红外波长范围。[0151]在第七十六方面，如方面七十四至七十五中任一方面的方法，其中成像系统包括光学元件，其中光学元件包括反射元件，并且其中光学元件透射至少50%的入射在光学元件上的可见光。[0152]在第七十七方面，如方面七十四至七十六中任一方面的方法，其中反射元件包括多个区段。[0153]在第七十八方面，如方面七十七的方法，其中多个区段中的第一区段具有与多个区段中的第二区段的光学特性不同的光学特性。[0154]在第七十九方面，如方面七十八的方法，其中多个区段中的第一区段的光学特性或多个区段中的第二区段的光学特性包括反射角或光焦度。[0155]在第八十方面，如方面七十七至七十九中任一方面的方法，其中多个区段包括至少两个区段。[0156]在第八^一方面，如方面七十七至八十中任一方面的方法，其中多个区段中的两个区段水平地布置。[0157]在第八十二方面，如方面七十七至八^^一中任一方面的方法，其中多个区段中的两个区段垂直地布置。[0158]在第八十三方面，如方面七十七至八十二中任一方面的方法，其中多个区段中的一些区段布置在网格中。[0159]在第八十四方面，如方面七十四至八十三中任一方面的方法，其中成像器进一步包括透视控制透镜组件。[0160]在第八十五方面，如方面八十四的方法，其中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。[0161]在第八士六方面，公开了一种成像组件。该成像组件包括透视元件例如显示器）、放置以便观看显不器的观看照相机，与该照相机相关联的透镜，以及显示器上的反射元件，该反射元件使得显示器反射至显示器敏感的波长的全部或一些。[0162]在第八十七方面，如方面八十六的组件，其中反射元件包括热镜、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件0AVD0E。[0163]在第八十八方面，如方面八十六至八十七中任一方面的组件，其中组件被集成到诸如一副眼镜或头盔的可穿戴结构中。[0164]在第八十九方面，如方面八十六至八十八中任一方面的组件，其中反射元件是分段的。[0165]在第九十方面，如方面八十九的组件，其中组件被配置为使用分段的0AHM来针对特定任务例如，注视跟踪或生物识别选择最优可能的观看角度。[0166]在第九^^一方面，如方面八十九至九十中任一方面的组件，:M：中组件被配置为使用多个分段子图像用于眼睛形状的立体或多重三维重建。〃[0167]在第九十一方面，如方面九十一的组件，其中眼睛形状的三维重建用于估计眼睛的适应状态。[0168]在第九十三方面，如方面九十二的组件，其中估计眼睛的适应状态包括横跨组件的相同佩戴者的多个图像比较眼睛的瞳孔和虹膜的表观位置和形状。[0169]在第九十四方面，如方面九十二至九十三中任一方面的组件，其中估计眼睛的适应状态用于确定透镜的放大状态。'[0170]在第九十五方面，如方面八十六至九十四中任一方面的组件，其中组件被配置为使用图像区段作为信息融合算法的输入。~[0171]在第九十六方面，如方面九十五的组件，信息融合算法被用于改善来自眼睛的信息提取的明显分辨率或质量。[0172]在第九十七方面，如方面九十五至九十六中任一方面的组件，其中信息融合算法包括图像超分辨率技术。[0173]在第九十八方面，如方面九十五至九十七中任一方面的组件，其中信息融合算法用于改善眼睛的虹膜的图像。[0174]在第九十九方面，如方面九十五至九十八中任一方面的组件，其中信息融合算法包括虹膜代码提取例如，JohnDaugman等，2〇〇6以及所得虹膜代码的随后融合以形成佩戴者的虹膜代码的单一估计。[0175]在第一百方面，如方面八十六至九十九中任一方面的组件，其中组件被配置为使用图像区段来改善眼睛姿态估计或跟踪。[0176]在第一百零一方面，如方面一百的组件，其中眼睛、虹膜、瞳孔和角膜或其任何子集的三维重建与图像区段直接一起用于改善姿态估计中眼睛的覆盖度。[0177]在第一百零二方面，如方面八十六至一百零一中任一方面的组件，其中反射元件包括0AVD0E，该0AVD0E包括用于增加或减小光束发散的光焦度。[0178]在第一百零三方面，如方面八十六至一百零二中任一方面的组件，其中反射元件包括任何数量的区段例如，2、3、6或9个区段。[0179]在第一百零四方面，如方面八十六至一百零三中任一方面的组件，其中反射元件被配置为反射红外光并且观看照相机对红外光敏感。[0180]在第一百零五方面，如方面一百零四的组件，其中反射元件包括被配置为反射红外但对可见光透明的热镜。[0181]在第一百零六方面，如方面八十六至一百零五中任一方面的组件，进一步包括位移透镜例如，如在倾斜移位摄影中），其中观看照相机的法线与包括反射元件的表面的法线平行。[0182]在第一百零七方面，公开了一种头戴式显示器HMDoHMD包括一对显示器，其中每个显示器包括方面八十六至一百零六中任一方面的成像组件，并且其中一对组件中的一个组件被配置用于佩戴者的每只眼睛。[0183]结论[0184]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。[0185]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。[0186]代码模块或任何类型的数据可以存储在任何类型的非暂态计算机可读介质上，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态、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。[0187]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。[0188]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。[0189]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。上述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。[0190]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。[0191]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“能can”、“能够could”、“可能might”、“可以may”、“例如e•g•，，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g通常不旨在暗不特征、要素和或步骤以任何方式对于一"t'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（comprising”，包括including”、“具有having”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。另夕卜，除非另有说明，否则本申请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”。[0192]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在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。[0193]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。

权利要求：1.一种头戴式显示器HMD，其被配置为佩戴在用户的头部上，所述HMD包括：包括一对耳柄的框架；一对光学元件，其由所述框架支撑，以使得所述一对光学元件中的每一个光学元件能够设置在所述用户的眼睛的前方；面向前的成像器，其安装到所述一对耳柄中的一个耳柄；以及反射兀件，其设置在所述一对光学元件中的一个光学元件中或其上，所述反射元件被配置为朝向所述面向前的成像器反射红外光，所述面向前的成像器被配置为接收由所述反射元件反射的所述红外光。2.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述一对光学元件中的每一个光学元件对于可见光是透明的。3.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述一对光学元件中的每一个光学元件被配置为向所述用户显示图像。4.根据权利要求3所述的HMD，其中，所述一对光学元件中的每一个光学元件包括光场显示器。5.根据权利要求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。6.根据权利要求1至5中任一项所述的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。7.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述反射元件对可见光是透射的。8.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述反射元件包括多个区段，并且其中所述多个区段中的每个区段具有与所述多个区段中的至少一个其它区段的光学特性不同的光学特性。9.根据权利要求8所述的HMD，其中，所述光学特性包括反射角或光焦度。10.根据权利要求8所述的HMD，其中，所述多个区段包括2、3、4、5、6、7、8或9个区段。11.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述面向前的成像器安装到所述一对耳柄中的一个耳柄的太阳穴部分。12.根据权利要求1所述的HMD，其中，所述成像器包括透视控制透镜组件。13.根据权利要求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。14.一种显示系统，包括：光学元件，其被配置为向用户显示图像，所述光学元件被配置为位于所述用户的眼睛的前方；面向前的成像器；以及反射元件，其设置在所述光学元件中或其上，所述反射元件被配置为朝向所述面向前的成像器反射从所述用户的所述眼睛接收的红外光。15.根据权利要求14所述的显示系统，其中，所述光学元件包括光场显示器。16.根据权利要求14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D0E、离轴全息镜0AHM或离轴体积衍射光学元件OAVDOE。17.根据权利要求14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区段。18.根据权利要求14至17中任一项所述的显示系统，还包括：非暂态存储器，其被配置为存储由所述面向前的成像器获得的所述用户的所述眼睛的图像；以及硬件处理器，其与所述非暂态存储器通信，所述硬件处理器被编程为：访问所述眼睛的所述图像;以及执行以下中的一个或多个：跟踪所述用户的所述眼睛；提取与所述用户的所述眼睛相关联的生物信息；重建所述用户的所述眼睛的一部分的形状；估计所述用户的所述眼睛的适应状态;或对所述用户的所述眼睛的视网膜、虹膜或其它元素成像。19.一种头戴式显示系统，包括：框架，其被配置为支撑根据权利要求14所述的显示系统，以使得光学元件位于用户的第一只眼睛的前方。20.根据权利要求19所述的头戴式显示系统，其中，所述框架支撑根据权利要求14的第二显示系统，以使得所述第二显示系统的所述光学元件位于所述用户的第二只眼睛的前方。

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