本申请涉及光学设备技术领域，本申请提供一种图像采集装置、眼球追踪系统及头戴式显示器。本申请所提供的图像采集装置，包括：平板波导片，覆盖所述头戴显示器的成像系统的半反半透反射镜上靠近目标区域一侧，所述半反半透反射镜以倾斜角度安装在所述目标区域前；红外光源，设于所述平板波导片的一端；红外摄像头，安装在所述目标区域与成像系统的凹面反射镜的视线范围外；所述红外光源向所述平板波导片导入红外光，所述平板波导片通过内部的红外反射膜将红外光反射导出照射至所述目标区域，所述红外摄像头拍摄所述目标区域的红外图像，并将采集的图像数据输出。本申请的技术方案可将红外光源均匀反射至目标区域，并且扩大红外光源的覆盖范围。