一种眼球追踪光学系统及头戴式设备的制作方法

1.本发明实施例涉及眼球追踪技术领域，尤其涉及一种眼球追踪光学系统及头戴式设备。


背景技术：

2.眼球追踪技术是时下在人机交互等领域中应用十分广泛的一种对人眼视线定位的技术，眼球追踪模组融合了机械、电子、光学等学科领域知识。随着人工智能、机器视觉等领域的快速发展，眼球追踪技术有着良好的应用前景，例如，疲劳监测、虚拟现实、沟通辅助工具等。
3.现有的眼球追踪光学系统主要包含两个部分：照明部分与成像部分。照明部分通常使用近红外波段的光源，成像部分采用的是对近红外波段具有良好响应的相机和镜头等组件。目前vr产品的眼球追踪光学系统大多采用单次反射方案，这种光学系统需要足够的空间放置二向色镜等分光器件，因此占用体积较大，人们在佩戴的时候也比较笨重，不方便使用。


技术实现要素：

4.本发明提供一种眼球追踪光学系统及头戴式设备，以减小产品体积。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种眼球追踪光学系统，包括：
6.光源模块、目镜模块、第一光路控制模块、第二光路控制模块和图像采集模块；
7.所述光源模块置于所述目镜模块边缘，所述光源模块用于发射预设波长的光线至用户眼球；所述预设波长的光线经所述用户眼球反射后形成反射光线；
8.沿所述反射光线的传播方向，所述第一光路控制模块和所述第二光路控制模块依次设置在所述目镜模块远离所述用户眼球的一侧，且所述第一光路控制模块和所述第二光路控制模块与所述目镜模块的光轴成预设夹角；
9.所述反射光线在所述第一光路控制模块和所述第二光路控制模块之间至少反射两次后入射至所述图像采集模块。
10.可选的，所述第一光路控制模块所在平面与所述目镜模块的光轴之间的夹角为α1，所述第二光路控制模块所在平面与所述目镜模块的光轴之间的夹角为α2，其中，60
°
＜α1≤90
°
，60
°
＜α2≤90
°
。
11.可选的，所述第一光路控制模块所在平面与所述第二光路控制模块所在平面之间的夹角为α3，其中，0
°
＜α3＜30
°
。
12.可选的，所述第一光路控制模块包括半反半透单元，所述第二光路控制模块包括半反半透单元。
13.可选的，所述第一光路控制模块包括至少一个第一偏振反射单元，所述第一偏振反射单元用于透射偏振方向与其偏振方向相同的光线，以及用于反射偏振方向与其偏振方向垂直的光线；
14.所述第二光路控制模块包括至少一个第二偏振反射单元；所述第二偏振反射单元用于透射偏振方向与其偏振方向相同的光线，以及用于反射偏振方向与其偏振方向垂直的光线。
15.可选的，所述第一光路控制模块还包括第一偏振转换单元，所述第一偏振转换单元位于所述第一偏振反射单元靠近所述第二光路控制模块的一侧；所述第一偏振转换单元用于将光线的偏振方向沿第一方向旋转，其中，沿光线传播方向，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向；和/或，所述第二光路控制模块还包括第二偏振转换单元，所述第二偏振转换单元位于所述第二偏振反射单元靠近所述第一光路控制模块的一侧；所述第二偏振转换单元用于将光线的偏振方向沿第二方向旋转，其中，沿光线传播方向，所述第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
16.可选的，所述第一偏振转换单元用于将所述光线的偏振方向沿所述第一方向旋转45
°
；
17.或者，所述第二偏振转换单元用于将所述光线的偏振方向沿所述第二方向旋转45
°
其中，所述第二方向与所述第一方向相同。
18.可选的，所述第一偏振反射单元包括第一甲偏振反射单元；所述第二偏振反射单元包括第二甲偏振反射单元；沿所述第一方向，所述第二甲偏振反射单元的的偏振方向与所述第一甲偏振反射单元的偏振方向之间的夹角为135
°
。
19.可选的，所述第二偏振反射单元还包括第二乙偏振反射单元，所述第二乙偏振反射单元的偏振方向与所述第二甲偏振反射单元的偏振方向垂直；
20.所述反射光线依次经过所述第一甲偏振反射单元、所述第二甲偏振反射单元、所述第一甲偏振反射单元以及所述第二乙偏振反射单元。
21.可选的，所述第一偏振反射单元还包括第一乙偏振反射单元，所述第一乙偏振反射单元的偏振方向与所述第一甲偏振反射单元的偏振方向垂直；
22.所述反射光线依次经过所述第一甲偏振反射单元、所述第二甲偏振反射单元、所述第一甲偏振反射单元、所述第二乙偏振反射单元以及所述第一乙偏振反射单元。
23.可选的，所述第一偏振转换单元为旋光层，所述第二偏振转换单元为旋光层。
24.可选的，所述图像采集模块位于所述第二光路控制模块远离所述第一光路控制模块的一侧；
25.或者，所述图像采集模块位于所述第二光路控制模块靠近所述第一光路控制模块的一侧。
26.第二方面，本发明实施例还提供了一种头戴式设备，包括第一方面提供的任一种眼球追踪光学系统，还包括显示屏；
27.所述显示屏位于所述眼球追踪光学系统远离所述用户眼球的一侧。
28.本发明实施例提供的眼球追踪光学系统，通过设置第一光路控制模块和第二光路控制模块，使得由用户眼球反射后形成的反射光线经目镜模块和第一光路控制模块透射后，在第一光路控制模块和第二光路控制模块之间至少反射两次，进而使得第一光路控制模块和第二光路控制模块的倾斜角度无需过大，占用的空间较小，从而解决现有技术中分光器件占用较大空间而导致的产品尺寸较大的问题。
附图说明
29.图1为现有的一种眼球追踪光学系统的结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的一种眼球追踪光学系统的结构示意图；
31.图3为本发明实施例提供的另一种眼球追踪光学系统的结构示意图；
32.图4为图2在a处的放大结构示意图；
33.图5为本发明实施例提供的一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图；
34.图6为本发明实施例提供的另一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图；
35.图7为本发明实施例提供的又一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图；
36.图8为本发明实施例提供的一种头戴式设备的结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
38.图1为现有的一种眼球追踪光学系统的结构示意图。参见图1，该系统包括：光源10、目镜11、分光器件12和图像采集器13，现有的眼球追踪光学系统采用一次反射的方案实现视线追踪的图像采集，具体的，在目镜11远离眼球s1的一侧放置分光器件12，光源10发射的近红外光线照射眼球s1，近红外光经过眼球s1反射后形成反射光线，反射光线透过目镜11后在分光器件12表面发生反射后被图像采集器13采集，对图像采集器13采集的图像进行分析，从而实现眼球追踪功能。由于要使反射光线反射至下方的图像采集器13，分光器件12的倾斜角度通常要大于30
°
，需要占用较大的空间，因此，无法在较小的空间里采用单次反射方案建立合适的眼球追踪光学系统，使得产品的体积和厚度较大，人们在佩戴的时候也比较笨重，不方便使用。
39.针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种眼球追踪光学系统及头戴式设备，该眼球追踪光学系统包括光源模块、目镜模块、第一光路控制模块、第二光路控制模块和图像采集模块，其中，光源模块置于目镜模块边缘，光源模块用于发射预设波长的光线至用户眼球，预设波长的光线经用户眼球反射后形成反射光线，沿反射光线的传播方向，第一光路控制模块和第二光路控制模块依次设置在目镜模块远离用户眼球的一侧，且第一光路控制模块和第二光路控制模块与目镜模块的光轴成预设夹角，反射光线在第一光路控制模块和第二光路控制模块之间至少反射两次后入射至所述图像采集模块。通过设置两个光路控制模块，使得用户眼球反射后形成的反射光线在两个光路控制模块之间至少反射两次，光路控制模块的倾斜角度无需过大，使得光路控制模块占用较小的空间，从而解决现有技术中分光器件占用较大空间，使得产品尺寸较大的问题。
40.以上是本发明的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.图2为本发明实施例提供的一种眼球追踪光学系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的眼球追踪光学系统包括光源模块20、目镜模块21、第一光路控制模块22、第二光路控制模块23和图像采集模块24。光源模块20置于目镜模块21边缘，光源模块20用
于发射预设波长的光线至用户眼球s2，预设波长的光线经用户眼球s2反射后形成反射光线，沿反射光线的传播方向，第一光路控制模块22和第二光路控制模块23依次设置在目镜模块21远离用户眼球s2的一侧，且第一光路控制模块22和第二光路控制模块23与目镜模块21的光轴211成预设夹角，反射光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次后入射至图像采集模块24。
42.具体的，目镜模块21相对于用户眼部设置，光源模块20置于目镜模块21边缘，光源模块20用于发射预设波长光线，该光线能够照射用户眼球s2，并在用户眼球s2处发生反射，形成反射光线，反射光线穿过目镜模块21，第一光路控制模块22和第二光路控制模块23依次设置在穿过目镜模块21的反射光线的光路上，反射光线继续穿过第一光路控制模块22，然后在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次后入射至图像采集模块24，通过令用户眼球s2反射的光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间多次反射，第一光路控制模块22和第二光路控制模块23的倾斜角度无需过大，使得第一光路控制模块22和第二光路控制模块23占用较小的空间，从而减小系统体积，解决现有技术中分光器件占用较大空间，而导致的系统尺寸较大的问题。
43.其中，光源模块20可以是近红外光源，此时，预设波长的光线可为近红外光，从而可避免光源模块20发出的光线和用于显示的光线之间相互干扰。
44.在其他实施方式中，光源模块20也可采用发射其他预设波长光线的光源，本领域技术人员可根据实际需求对此进行设置。
45.其中，光源模块20的数量可以为1个、2个或者多个，采用较少的光源模块20有利于降低成本，采用较多的光源模块20有利于提高眼球追踪的准确度，当光源模块20的数量为多个时，可以将其均匀的设置于目镜模块21的边缘，从而使得图像采集模块24采集的图像对比度均匀，提高眼球成像的质量。
46.其中，目镜模块21可以为头戴式虚拟现实目镜模块。示例性的，目镜模块21可以是虚拟现实(virtual reality，vr)目镜或增强现实技术(augmented reality，ar)目镜。
47.本发明实施例提供的眼球追踪光学系统，通过设置第一光路控制模块22和第二光路控制模块23，使得由用户眼球s2反射后形成的反射光线经目镜模块21和第一光路控制模块22透射后，在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次，进而使得第一光路控制模块22和第二光路控制模块23的倾斜角度无需过大，占用的空间较小，从而解决现有技术中分光器件占用较大空间，而导致的产品尺寸较大的问题。
48.继续参考图2，可选的，第一光路控制模块22所在平面与目镜模块21的光轴211之间的夹角为α1，第二光路控制模块23所在平面与目镜模块21的光轴211之间的夹角为α2，其中，60
°
＜α1≤90
°
，60
°
＜α2≤90
°
。
49.其中，通过设置第一光路控制模块22与目镜模块21的光轴211之间的夹角α1大于60
°
且小于或等于90
°
，设置第二光路控制模块23所在平面与目镜模块21的光轴211之间的夹角α2大于60
°
且小于或等于90
°
，可使第一光路控制模块22和第二光路控制模块23在目镜模块21的光轴211的方向上占用较小的空间，有助于减小眼球追踪光学系统的厚度。
50.需要注意的是，在其他实施例中，α1和α2可以是0-90度之间的任意值，夹角的度数可以根据系统的实际设置进行选择，本发明实施例对此不作限定。
51.继续参考图2，可选的，第一光路控制模块22所在平面与第二光路控制模块23所在
平面之间的夹角为α3，其中，0
°
＜α3＜30
°
。
52.其中，第一光路控制模块22所在平面与第二光路控制模块23所在平面之间的夹角α3大于0
°
且小于30
°
，可使用户眼球s2的反射光线经第一光路控制模块22和第二光路控制模块23多次反射后能够传播至图像采集模块24，且第一光路控制模块22和第二光路控制模块23在目镜模块21的光轴211方向上占用较小的空间，有利于进一步减小眼球追踪光学系统的厚度。需要注意的是，在其他实施例中，α3也可以是0-90度之间的任意值，其中，夹角α3的大小可决定图像采集模块24的位置，夹角α3越小，图像采集模块24的位置越靠上，夹角α3越大，则图像采集模块24的位置越靠下，也可根据图像采集模块24的位置设置夹角α3，从而设计出最有利于减小系统空间的方案，本发明实施例对此不作限定。
53.可选的，第一光路控制模块22包括半反半透单元，第二光路控制模块23包括半反半透单元。
54.其中，半反半透单元用于透射部分光线，反射另一部分光线。
55.示例性的，半反半透单元可用于透射50％的光线，反射50％的光线。
56.图3为本发明实施例提供的另一种眼球追踪光学系统的结构示意图。如图3所示，光源模块20发出的光线经用户眼球s2反射形成反射光线，反射光线透过目镜模块21后，到达第一光路控制模块22，50％的反射光线透过第一光路控制模块22，50％的反射光线被第一光路控制模块22反射，透过第一光路控制模块22的光线到达第二光路控制模块23，同理，第二光路控制模块23再将其中50％的光线反射至第一光路控制模块22，第一光路控制模块22再将其中50％的光线反射至第二光路控制模块23，然后其中有50％的光线透过第二光路控制模块23到达图像采集模块24，完成对用户眼球s2的图像采集功能。本发明实施例提供的眼球追踪光学系统结构简单，较为容易实现。
57.图4为图2在a处的放大结构示意图。如图4所示，在一实施例中，可选的，第一光路控制模块22包括至少一个第一偏振反射单元221，第一偏振反射单元221用于透射偏振方向与其偏振方向相同的光线，以及用于反射偏振方向与其偏振方向垂直的光线，第二光路控制模块23包括至少一个第二偏振反射单元231，第二偏振反射单元231用于透射偏振方向与其偏振方向相同的光线，以及用于反射偏振方向与其偏振方向垂直的光线。
58.具体的，光源模块20发出的光线经用户眼球s2反射形成反射光线，反射光线透过目镜模块21后，到达第一光路控制模块22，偏振方向与第一偏振反射单元221偏振方向相同的反射光线透过第一光路控制模块22，从而实现将反射光线转换为第一偏振态线偏光，且第一偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振反射单元221偏振方向相同，第一偏振态线偏光透过第一光路控制模块22传播至第二光路控制模块23，若第一偏振态线偏光的偏振方向与第二偏振反射单元231的偏振方向相同，则第一偏振态线偏光透过第二光路控制模块23，若第一偏振态线偏光的偏振方向与第二偏振反射单元231的偏振方向垂直，则第一偏振态线偏光被第二光路控制模块23反射，基于此原理，设置第二偏振反射单元231的偏振方向与第一偏振反射单元221的偏振方向垂直，即可使第一偏振态线偏光被第二偏振反射单元231反射至第一光路控制模块22，同理，设置第一偏振反射单元221在第一偏振态线偏光的入射区域处的偏振方向与第一偏振态线偏光的偏振方向垂直，即可实现第一偏振态线偏光被第一光路控制模块22反射至第二光路控制模块23，设置第二偏振反射单元231在第一偏振态线偏光第二次入射的区域处的偏振方向与第一偏振态线偏光的偏振方向相同，即可实现第一
偏振态线偏光透过第二光路控制模块23入射至图像采集模块24。因此，通过设计第一偏振反射单元221和第二偏振反射单元231上各区域的偏振方向，可实现经用户眼球s2反射形成的反射光线透过第一光路控制模块22，并在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次后入射至图像采集模块24，完成对用户眼球s2的图像采集功能。其中，第一偏振反射单元221和第二偏振反射单元231可采用偏振反射膜，将偏振反射膜分别贴附在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23的表面，工艺较为简单。本发明实施例提供的眼球追踪光学系统设计灵活，且对用户眼球s2反射的光线损耗较小，有助于提高眼球成像的质量，从而提高对眼球追踪的准确性。
59.继续参考图4，可选的，第一光路控制模块22还包括第一偏振转换单元222，第一偏振转换单元222位于第一偏振反射单元221靠近第二光路控制模块23的一侧，第一偏振转换单元222用于将光线的偏振方向沿第一方向旋转，其中，沿光线传播方向，所述第一方向为顺时针方向或逆时针方向；和/或，第二光路控制模块23还包括第二偏振转换单元232，第二偏振转换单元232位于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，第二偏振转换单元231用于将光线的偏振方向沿第二方向旋转，其中，沿光线传播方向，第二方向为顺时针方向或逆时针方向。
60.示例性的，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，光源模块20发出的光线经用户眼球s2反射形成反射光线，反射光线透过目镜模块21后，到达第一光路控制模块22，第一偏振反射单元221将反射光线转换为偏振方向与第一偏振反射单元221偏振方向相同的第一偏振态线偏光，第一偏振态线偏光经过第一光路控制模块22到达第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向旋转预设角度，实现第二偏振转换单元232将第一偏振态线偏光转换为第二偏振态线偏光，若第二偏振态线偏光的偏振方向与第二偏振反射单元231的偏振方向相同，则第二偏振态线偏光透过第二光路控制模块23，若第二偏振态线偏光的偏振方向与第二偏振反射单元231的偏振方向垂直，则第二偏振态线偏光被第二光路控制模块23反射，基于此原理，设置第二偏振反射单元231的偏振方向与第二偏振态线偏光的偏振方向垂直，即可使第二偏振态线偏光被第二偏振反射单元231反射。第二偏振态线偏光被第二偏振反射单元231反射后再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转预设角度，形成第三偏振态线偏光并传播至第一光路控制模块22，同理，若第三偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振反射单元221的偏振方向相同，则第三偏振态线偏光透过第一偏振反射单元221，若第三偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振反射单元221的偏振方向垂直，则第三偏振态线偏光被第一偏振反射单元221反射，因此，通过设置第二偏振转换单元232将光线的偏振方向沿第一方向旋转的角度，可使第三偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振反射单元221的偏振方向垂直，进而使得第三偏振态线偏光被第一偏振反射单元221反射至第二光路控制模块23，从而无需在第一偏振反射单元221上设置偏振方向不同的区域，有助于简化制作工艺。同理，将第一偏振转换单元222设置于第一偏振反射单元221靠近第二光路控制模块23的一侧，或者同时将第一偏振转换单元222设置于第一偏振反射单元221靠近第二光路控制模块23的一侧，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，均可实现改变反射光线的偏振方向，进而实现经用户眼球s2反射形成的反射光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次后入射至图像采集模块24，以减小系统体积。
61.可选的，第一偏振转换单元222用于将光线的偏振方向沿第一方向旋转45
°
；或者，第二偏振转换单元232用于将光线的偏振方向沿第二方向旋转45
°
，其中，第二方向与第一方向相同。
62.示例性的，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，第一偏振反射单元221将反射光线转换为偏振方向与第一偏振反射单元221偏振方向相同的第一偏振态线偏光，第一偏振态线偏光到达第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第二方向旋转45
°
，成为第二偏振态线偏光，设置第二偏振反射单元231的偏振方向与第二偏振态线偏光的偏振方向垂直，则第二偏振态线偏光被第二偏振反射单元231反射，第二偏振态线偏光被第二偏振反射单元231反射后再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第二方向再次旋转45
°
，形成第三偏振态线偏光并传播至第一光路控制模块22，此时，偏振方向经过两次旋转后，第三偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振态线偏光的偏振方向相差90
°
，因此，第三偏振态线偏光被第一偏振反射单元221反射至第二光路控制模块23，从而实现反射光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间反射两次，并且无需在第一偏振反射单元221上设置偏振方向不同的区域，设计灵活，且制作工艺简单。同理，将第一偏振转换单元222设置于第一偏振反射单元221靠近第二光路控制模块23的一侧，第一偏振转换单元222用于将光线的偏振方向沿第一方向旋转45
°
，同样能够实现反射光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间反射两次，此处不再赘述。
63.图5为本发明实施例提供的一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图。如图5所示，可选的，第一偏振反射单元221包括第一甲偏振反射单元2211，第二偏振反射单元231包括第二甲偏振反射单元2311，沿第一方向，第二甲偏振反射单元2311的偏振方向与第一甲偏振反射单元2211的偏振方向之间的夹角为135
°
。
64.示例性的，如图5所示，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，光源模块20发出的光线经用户眼球s2反射形成反射光线，反射光线透过目镜模块21后，到达第一甲偏振反射单元2211，第一甲偏振反射单元2211将反射光线转换为偏振方向与第一甲偏振反射单元2211偏振方向相同的第一偏振态线偏光，第一偏振态线偏光到达第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向旋转45
°
，成为第二偏振态线偏光，由于沿第一方向，第二甲偏振反射单元2311的偏振方向与第一甲偏振反射单元2211的偏振方向之间的夹角为135
°
，因此，第二偏振态线偏光与第二甲偏振反射单元2311的偏振方向的偏振方向垂直，则第二偏振态线偏光被第二甲偏振反射单元2311反射并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第三偏振态线偏光并被第一甲偏振反射单元2211反射回第二光路控制模块23，并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第四偏振态线偏光。反射光线的偏振方向经过三次旋转后，沿第一方向一共旋转了135
°
，此时，第四偏振态线偏光的偏振方向与第二甲偏振反射单元2311的偏振方向相同，则第四偏振态线偏光透过第二甲偏振反射单元2311到达图像采集模块24。本发明实施例提供的技术方案，第一偏振反射单元221和第二偏振反射单元231均仅需设置一种偏振方向，制作工艺简单。同理，将第一偏振转换单元222设置于第一偏振反射单元221靠近第二光路控制模块23的一侧，同样能够实现反射光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间反射两次后到达图像采集模块24，此处不再赘述。
65.图6为本发明实施例提供的另一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图。如图6所示，可选的，第二偏振反射单元231还包括第二乙偏振反射单元2312，第二乙偏振反射单元2312的偏振方向与第二甲偏振反射单元2311的偏振方向垂直，反射光线依次经过第一甲偏振反射单元2211、第二甲偏振反射单元2311、第一甲偏振反射单元2211以及第二乙偏振反射单元2312。
66.示例性的，如图6所示，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，反射光线透过目镜模块21后，第一甲偏振反射单元2211将反射光线转换为偏振方向与第一甲偏振反射单元2211偏振方向相同的第一偏振态线偏光，第一偏振态线偏光到达第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向旋转45
°
，成为第二偏振态线偏光，第二偏振态线偏光被第二甲偏振反射单元2311反射并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第三偏振态线偏光并被第一甲偏振反射单元2211反射至第二乙偏振反射单元2312，并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第四偏振态线偏光，由于第二乙偏振反射单元2312的偏振方向与第二甲偏振反射单元2311的偏振方向垂直，此时第四偏振态线偏光的偏振方向与第二乙偏振反射单元2312的偏振方向垂直，则第四偏振态线偏光被第二乙偏振反射单元2312反射至图像采集模块24。本发明实施例提供的眼球追踪光学系统，用户眼球s2反射的光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间反射三次，到达位于第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间的图像采集模块24，在相同的工作距离下，采用多次反射将减小实际光路空间，有助于进一步减小系统体积。
67.图7为本发明实施例提供的又一种眼球追踪光学系统的部分结构示意图。如图7所示，可选的，第一偏振反射单元221还包括第一乙偏振反射单元2212，第一乙偏振反射单元2212的偏振方向与第一甲偏振反射单元2211的偏振方向垂直，反射光线依次经过第一甲偏振反射单元2211、第二甲偏振反射单元2311、第一甲偏振反射单元2211、第二乙偏振反射单元2312以及第一乙偏振反射单元2212。
68.示例性的，如图7所示，将第二偏振转换单元232设置于第二偏振反射单元231靠近第一光路控制模块22的一侧，反射光线透过目镜模块21后，第一甲偏振反射单元2211将反射光线转换为偏振方向与第一甲偏振反射单元2211偏振方向相同的第一偏振态线偏光，第一偏振态线偏光到达第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向旋转45
°
，成为第二偏振态线偏光，第二偏振态线偏光被第二甲偏振反射单元2311反射并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第三偏振态线偏光并被第一甲偏振反射单元2211反射至第二乙偏振反射单元2312，并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第四偏振态线偏光，第四偏振态线偏光被第二乙偏振反射单元2312反射并再次经过第二偏振转换单元232，其偏振方向沿第一方向再次旋转45
°
，形成第五偏振态线偏光，反射光线的偏振方向经过四次旋转后，沿第一方向一共旋转了180
°
，此时，第五偏振态线偏光的偏振方向与第一偏振态线偏光的偏振方向相同，由于第一乙偏振反射单元2212的偏振方向与第一甲偏振反射单元2211的偏振方向垂直，因此，第五偏振态线偏光被第一乙偏振反射单元2212反射至位于第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间的图像采集模块24。本发明实施例提供的眼球追踪光学系统，用户眼球s2反射的光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间反射四次，到达位于第一光路控制
模块22和第二光路控制模块23之间的图像采集模块24，从而进一步减小系统体积。
69.需要注意的是，以上实施例仅为特定实施例，第一偏振反射单元221和第二偏振反射单元231各个区域的偏振方向，以及第一偏振转换单元222和第二偏振转换单元232的旋光方向和旋光角度，均可根据实际需要进行设置，从而实现用户眼球s2反射的光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间发生更多次的反射，以进一步减小系统体积，并有助于提高系统的设计的自由度。
70.可选的，第一偏振转换单元222为旋光层，第二偏振转换单元232为旋光层。
71.其中，可通过涂覆旋光材料形成旋光层，通过旋光层实现将光线的偏振方向沿第一方向旋转，可自由设计旋光角度，设计灵活度高。
72.可选的，图像采集模块24位于第二光路控制模块23远离第一光路控制模块22的一侧，或者，图像采集模块24位于第二光路控制模块23靠近第一光路控制模块22的一侧。
73.其中，通过将图像采集模块24设置在第二光路控制模块23远离第一光路控制模块22的一侧，或者第二光路控制模块23与第一光路控制模块22之间，无需为图像采集模块24提供额外空间，有助于进一步减小系统体积。
74.本发明实施例提供的眼球追踪光学系统，通过设置第一光路控制模块22包括第一偏振反射单元221和第一偏振转换单元222，以及，第二光路控制模块23包括第二偏振反射单元231和第二偏振转换单元232，通过将用户眼球s2反射的光线转换为线偏振光，利用第一偏振转换单元222以及第二偏振转换单元232的旋光特性改变线偏振光的偏振角度，进而实现用户眼球s2反射的光线在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间发生更多次的反射，进而使得第一光路控制模块22和第二光路控制模块23的倾斜角度无需过大，减小光路空间，从而解决现有技术中分光器件占用较大空间，使得产品尺寸较大的问题。
75.基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种头戴式设备，示例性的，图8为本发明实施例提供的一种头戴式设备的结构示意图。如图8所示，本发明实施例提供的头戴式设备30包括上述实施例提供的任一种眼球追踪光学系统301。因此，本发明实施例提供的显示装置30具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。该头戴式设备30还包括显示屏302，显示屏302位于眼球追踪光学系统301远离所述用户眼球的一侧。
76.其中，眼球追踪光学系统301可集成在头戴式设备30上，以用于对用户进行眼球追踪。头戴式设备30包括但不限于ar设备、vr设备、眼镜等设备。此处不限定头戴式设备所包括的其余元件，基于vr产品的发展趋势是体积小巧、重量轻以及方便佩戴，头戴式设备30可采用超短焦方案，由于短焦光学的原理，可大幅降低整个透镜模组以及头戴式设备30的体积和厚度，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。
77.此外，显示屏302可以为多维度显示屏，用于显示多维度图像。多维度显示屏可展现的画面可以有深度信息，也就是光从空间立体中的点发射出来，让人眼的视觉辐辏和焦点匹配，防止头戴式设备显示的画面引起视觉辐辏调节冲突(即vac现象)。
78.需要注意的是，在其他实施例中，头戴式设备30中显示屏302和眼球追踪光学系统301的关系可不作限定，头戴式设备30可以基于眼球追踪光学系统301确定的数据控制显示屏302所显示的内容，也可以基于显示屏302所显示的内容和眼球追踪光学系统301确定的数据确定用户注视的内容。
79.本发明实施例提供的头戴式设备，通过在眼球追踪光学系统301中设置第一光路控制模块22和第二光路控制模块23，使得由用户眼球s2反射后形成的反射光线经目镜模块21和第一光路控制模块22透射后，在第一光路控制模块22和第二光路控制模块23之间至少反射两次，进而使得第一光路控制模块22和第二光路控制模块23的倾斜角度无需过大，以缩小光路光学器件的使用空间，从而解决现有技术中分光器件占用较大空间，使得产品尺寸较大的问题，从而在较小体积的头戴式设备中实现眼球追踪光学系统的搭建。
80.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。