型、和/或任何其他合适的微显示器。分束器310可包括偏振分束器，且照明光源312可被配置成发出照明光h进入照明棱镜308 (例如，从光学楔314到偏振分束器)。照明光源312可包括一个或多个光源，如RGB LED阵列、一个或多个白LED(例如，具有滤色器装置)、和/或任何合适的照明光源结构。在偏振分束器将照明光分成不同偏振的各个束时，偏振分束器可被配置成将经偏振的照明光的一部分朝LCoS显示器反射以照亮显示器。显示器可反射照明光以生成图3中所示的显示光Ld，并且偏振分束器可被配置成将显示光的一部分朝用户304的眼睛302传送。
[0023]透视显示器300包括用于将光从照明棱镜308定向到用户304的眼睛302的自由曲面棱镜316。自由曲面棱镜316可具有正光功率且包括至少三个表面，每一表面是非平面且非球面的。例如，自由曲面棱镜316可包括具有全内反射涂层以将光定向到用户的眼睛302的面向用户的表面318。自由曲面棱镜316还可包括与面向用户的全内反射表面相对的面向外的表面320，面向外的表面320具有对红外光高度反射且对可见光部分反射的涂层。例如，与可见光相比，面向外的表面320可以对红外光更具反射性。在一些实施例中，面向外的表面320可被配置成基本上反射全部红外光以及可见光的一部分。
[0024]透视显示器300可包括位于自由曲面棱镜316周围的一个或多个补偿棱镜。如图3所示，透视显示器300包括位于自由曲面棱镜的眼睛一侧的面向用户的补偿棱镜322以及位于自由曲面棱镜的环境一侧的面向外的补偿棱镜324。因此，自由曲面棱镜316被定位在面向用户的补偿棱镜322和面向外的补偿棱镜324之间，使得来自环境的光在到达眼睛302之前穿过面向外的补偿棱镜324，接着穿过自由曲面棱镜316，并随后穿过面向用户的补偿棱镜322。面向用户的补偿棱镜322的眼睛一侧表面326 (例如，面向用户的补偿棱镜322的最接近眼睛302的表面)可与面向外的补偿棱镜324的环境一侧表面328 (例如，面向外的补偿棱镜324的最远离眼睛302的表面)基本上平行。补偿棱镜322和324被配置成具有与自由曲面棱镜基本上相似的折射率，并被配置成补偿来自用户304的现实世界环境的光的、由自由曲面棱镜316的光功率所造成的失真。补偿棱镜322和324所提供的失真补偿可受用来将补偿棱镜耦合到自由曲面棱镜316的粘合剂的折射率的影响。因此，与具有不同折射率的粘合剂相比，具有与自由曲面棱镜316和/或补偿棱镜322和324的折射率更接近的折射率的粘合剂可以允许更大量的失真补偿。类似的，较薄粘合剂层可以提供较少失真。
[0025]透视显示器300还包括包含成像设备的眼睛跟踪系统，如眼睛跟踪相机330和配置成产生光以供从用户的眼睛反射的一个或多个闪光源332 (例如，一个或多个红外光源)。从闪光源332发出的注视检测光LJE)可沿注视检测光路(由在闪光源332之一处始发的光线指示)行进穿过用于显示光路的光学装置的至少一部分。简要转向图4，从闪光源332发出的注视检测光LJE)可以从用户的眼睛302反射，使得反射的注视检测光LjR)经由反向注视检测光路(例如，反向地沿注视检测光路的至少一部分)被返回到眼睛跟踪相机330。在所示示例中，来自用户的眼睛的图像由沿反向显示光路定位在紧接相机之前的分束器310从显示子系统306转移离开并朝向眼睛跟踪相机330。
[0026]如图3和4所示，眼睛跟踪相机330透过照明棱镜308的第一侧对反射的注视检测光LS(R)进行成像或接收，且显示子系统306透过照明棱镜308的第二、不同侧发出显示光Ld。例如，眼睛跟踪相机330可被定位成使得相机的光轴402形成与用户304和/或透视显示器300的视轴406的锐角404 (例如，小于90度的角)。视轴406可以表示由眼睛302检测到的所有光的中心轴或平面。因此，眼睛跟踪相机330和显示子系统306与彼此相邻和/或基本上垂直的各侧交互。在一些实施例中，闪光源332可以透过照明棱镜308的第一侧发出注视检测光LJE)。因而，闪光源可被定位在与成像设备基本上相似的照明棱镜一侧。在附加或替换实施例中，闪光源332可以透过照明棱镜308的第二侧和/或从任何其他合适的位置发出注视检测光LS(E)。虽然到用户眼睛302和到眼睛跟踪相机330的示例性光路在图3和4中描绘，但光路可以采取任何其他合适的形式。
[0027]眼睛跟踪系统(例如，眼睛跟踪相机330和/或闪光源332)可以检测眼睛和/或其解剖结构(例如，眼睛302的瞳孔)的位置。眼睛跟踪系统还可检测来自经由眼睛跟踪相机330获取的图像数据中的闪光源332的反射的位置，以及根据这一信息来确定眼睛注视的方向。如图4所示，反射的注视检测光的主要光线彼此平行，且眼睛跟踪相机330可具有位于自由曲面棱镜316的后聚焦面处的入射瞳孔。因此，眼睛跟踪相机330可以是对象空间远心的，从而创建甚至在眼睛与透视显示器300、眼睛跟踪相机330和/或闪光源332之间的距离变化时也保持相同大小的眼睛正视图。上述远心结构减少了透视误差和失真，从而确保在眼睛位置调整期间的准确的边缘和特征检测。
[0028]图5示出用透视头戴式显示设备(如图1的透视头戴式显示设备100)执行注视检测的方法500的流程图。方法500包括在502发出显示光透过自由曲面棱镜到达用户的眼睛。图3的自由曲面棱镜316是可透过它来发出方法500的显示光的自由曲面棱镜的一个非限制性示例。方法500可包括如在504所指示的透过照明棱镜发出显示光。例如，显示光可以在进入自由曲面棱镜之前透过照明棱镜发出。在506，方法500包括发出注视检测光透过自由曲面棱镜到达用户的眼睛。注视检测光也可透过照明棱镜发出，如在508所示。因此，注视检测光可透过与显示光相同的光学组件来被发出。如在510所示，注视检测光可任选地经由一个或多个红外光源发出。
[0029]在512，方法500包括接收从眼睛反射并被定向透过自由曲面棱镜到达相机的注视检测光。例如，如图4所示，眼睛跟踪相机330可以透过与显示光和所发出的注视检测光相同的光学组件沿所发出的注视检测光的反向光路来接收反射的注视检测光。如在514所示，注视检测光可任选地在自由曲面棱镜的后聚焦面处被接收，使得成像系统是对象空间远心的。方法500包括在516根据从眼睛反射的注视检测光来确定注视方向。例如，可通过在瞳孔移动时跟踪闪光(例如，来自注视检测光的闪光)在用户瞳孔上的位置并确定闪光与瞳孔之间的相对位置来确定注视方向。如在518所示，该方法可包括使注视方向的确定基于所存储的注视方向和来自先前注视方向确定的相关信息。例如，先前收集的与注视检测光同所确定的注视方向之间的关联性有关的数据可被用来调整和/或校准当前注视方向确定。在一些实施例中，这可以使用机器学习来实现。在确定注视方向时，方法500包括存储注视方向和与注视检测光相关联的信息，如在520所示。所存储的注视方向和与注视检测光相关联的信息因而可被用在将来注视方向确定中。
[0030]在某些实施例中，本文所述的方法和过程可以与一个或多个计算设备的计算系统绑定。尤其地，这样的方法和过程可被实现为计算机应用程序或服务、应用编程接口(API)、库和/或其他计算机程序广品。
[0031]图6示意性地示出计算系统600的非限制性实施例，该计算系统可以进行上述方法和过程中的一个或多个。计算系统600以简化形式示出。计算系统600可采取以下形式:一个或多个透视头戴式显示器、个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)和/或其他计算设备。
[0032]计算系统600包括逻辑机602和存储机604。计算系统600可任选地包括显示子系统606、输入子