CN108351526A - 紧凑型近眼显示光学件 - Google Patents

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Abstract

描述了采用包括光学部件的近眼显示系统的系统和方法。所述光学部件可以包括由用户所佩戴的头戴式显示设备，其中所述头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件。所述光学部件可以针对至少一个目镜包括能够进行操作以第一方向定向的第一平坦滤镜叠片以及能够进行操作以第二方向定向的第二平坦滤镜叠片。所述近眼显示系统部件还可以包括适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向定向。

Description

紧凑型近眼显示光学件
相关申请的交叉引用
本申请是于2016年02月04日提交的美国申请No.15/015608的继续申请并且要求其优先权，所述申请的公开通过引用结合于此。
技术领域
本说明书总体上涉及在交互式头戴式显示器(HMD)设备中使用的光学技术。
背景技术
近眼显示器可以被包括在诸如头戴式显示器(HMD)设备的可佩戴显示器中。HMD设备在接近于佩戴者的单眼或双眼的近眼显示器中提供图像内容。为了在这样的显示器上生成图像内容，可以使用计算机处理系统。这样的显示器可能占据佩戴者的整个视场，或者仅占据佩戴者的视场的一部分。
发明内容
根据一个总体方面，一种一个或多个计算机的系统能够被配置为通过使得安装在所述系统上的软件、固件、硬件或者它们的组合在操作中使得所述系统执行动作来执行特定的操作或动作。一个或多个计算机程序能够被配置为通过包括指令来执行特定操作或动作，所述指令在被数据处理装置执行时使得所述装置执行所述动作。一个总体方面包括一种包括用户所佩戴的头戴式显示设备的近眼显示系统部件。所述头戴式显示设备能够适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件针对至少一个目镜可以包括：能够进行操作以第一方向定向的第一平坦滤镜叠片，所述第一平坦滤镜叠片包括至少一个涂覆有平坦分束层的表面，能够进行操作以第二方向定向的第二平坦滤镜叠片，以及适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板。在一些实施方式中，所述显示面板适于以所述第二方向定向。
实施方式可以单独地或者与一个或多个其它特征相结合而包括以下特征中的一个或多个。所述第一平坦滤镜叠片可以邻接于所述第二平坦滤镜叠片并且被配置为叠放布置，其中所述第一平坦滤镜叠片包括叠放在所述显示面板和第一四分之一波片之间的第一线性偏振器，所述第一四分之一波片叠放在所述第一线性偏振器和分束器之间，以及所述第二平坦滤镜叠片包括叠放在第二四分之一波片和偏振分束器之间的偏振分束器，所述第二四分之一波片叠放在所述分束器之后，所述偏振分束器叠放在所述第二四分之一波片和第二线性偏振器之间。所述第二线性偏振器可以邻接于至少一个折射透镜。在一些实施方式中，所述显示面板被配置为邻接于所述光学部件的焦点进行定位以形成这样的显示面板的虚拟图像从而修改所述近眼显示系统的视场。
在一些实施方式中，所述光学部件进一步包括用于所述至少一个目镜的至少一个固定透镜，所述至少一个固定透镜邻接于所述第二平坦滤镜叠片被部署在所述头戴式显示设备中，并且适于接收源自所述图像投影设备并且通过所述光学部件朝向所述第二平坦滤镜叠片的图像内容。
在一些实施方式中，响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
另一个总体方面包括一种用于近眼显示系统的滤光方法。所述方法包括在显示面板处从显示器接收指引光通过第一滤镜叠片中的第一线性偏振器的光束，并且使得所述第一线性偏振器将所述光束传送至所述第一滤镜叠片中的第一四分之一波片中。所述光束可以在第一方向变为圆偏振并且随后进一步通过所述第一滤镜叠片中的分束器被传送。所述分束器能够进行操作以将至少一些所述光束传送至第二滤镜叠片中的第二四分之一波片。所述方法还可以包括将所述光束的第一部分从所述第二四分之一波片传送至所述第二滤镜叠片中的偏振分束器以将所述第一部分变换为线性偏振光束。所述偏振分束器能够进行操作以将所述线性偏振光束的第二部分通过所述第二四分之一波片反射到所述分束器，所述第二部分在反射离开所述分束器之后在第二方向变为圆偏振。所述方法还包括将所述第二部分从所述分束器通过所述第二四分之一波片并且通过所述偏振分束器，通过所述第二滤镜叠片中的第二线性偏振器，以及通过至少一个透镜进行传送，以向所述近眼显示系统的目镜提供折射图像。
实施方式可以单独地或者与一个或多个其它特征相结合而包括以下特征中的一个或多个。所述光束的第一部分可以与所述偏振分束器的通过状态正交，并且所述光束的第二部分可以与所述偏振分束器的通过状态平行。
在一些实施方式中，所述第一方向包括右手圆偏振并且所述第二方向包括左手圆偏振。来自所述显示器的至少一些光束可以从所述第一线性偏振器被送入所述第一四分之一波片，其中所述第一四分之一波片相对垂线大约45度进行座定，所述垂线对应于所述第一滤镜叠片的纵向边缘。
在一些实施方式中，所述第一滤镜叠片和所述第二滤镜叠片是平坦的非弯曲元件。在一些实施方式中，所述第一线性偏振器和第二线性偏振器的轴线是正交的，并且所述第一四分之一波片和第二四分之一波片的轴线可以是正交的。此外，所述第一滤镜叠片和第二滤镜叠片可以不提供任何光学放大。
在一些实施方式中，所述分束器包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层并且执行大约50％的分束率，并且在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
另一个总体方面包括一种具有用户所佩戴的交互式头戴式显示设备的系统，所述交互式头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件包括至少一个目镜，至少一个折射透镜，能够进行操作以过滤和分束从所述图像投影设备所接收的光的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括第一线性偏振器以及第一四分之一波片上的分束涂层；第二滤镜叠片，所述第二滤镜叠片包括第二四分之一波片、偏振分束器和第二线性偏振器，所述第二滤镜叠片能够进行操作以折叠所述至少一个折射透镜和所述图像投影设备之间的光学路径；适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，以及用于处理图像内容以便在所述图像投影设备上显示的至少一个处理器。
实施方式可以单独地或者与一个或多个其它特征相结合而包括以下特征中的一个或多个。所述分束器可以包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层，所述分束器涂层能够进行操作以利用大约50％的分束率对光进行分束，并且其中在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
在一些实施方式中，所述第一滤镜叠片可以耦合至所述第二滤镜叠片并且被配置为叠放布置，所述叠放布置包括能够以第一方向进行定向的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括至少一个平坦分束层，能够进行操作而以第二方向进行定向的第二平坦滤镜叠片，以及适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向进行定向。
在一些实施方式中，响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
在一些实施方式中，所述图像投影设备是移动计算设备上的显示器，所述显示器是有机发光显示器(OLED)。在一些实施方式中，所述图像投影设备是移动计算设备上的显示器，所述显示器是液晶显示器(LCD)，并且其中所述第二滤镜叠片在没有线性偏振器的情况下进行配置。在一些实施方式中，所述显示器是反射显示器并且包括硅基液晶(LCOS)显示器。
该方面的其它实施例包括相对应的计算机系统、装置，以及记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，它们均被配置为执行所述方法的动作。
一种或多种实施方式的细节在附图和以下描述中给出。其它特征将通过该描述和附图以及通过权利要求而是显而易见的。
附图说明
图1是用于在头戴式显示器(HMD)中渲染图像内容的示例系统的框图。
图2是描绘出示例光学部件的框图。
图3是描绘出通过图2所示的光学部件行进的光的示例偏振路径的示图。
图4是描绘出示例混合光学部件的框图。
图5是描绘出通过图4所示的混合光学部件行进的光的示例偏振路径的示图。
图6是可变倾斜的光学部件的框图。
图7是另一种可变倾斜的光学部件的框图。
图8是用于容纳本文所描述的光学部件的示例封装光学部件。
图9是能够容纳本文所描述的光学部件的封装HMD设备的自上而下视图的示例。
图10是能够容纳依据本文所描述的光学部件的封装HMD设备的示例。
图11是能够容纳依据本文所描述的光学部件的封装HMD设备的示例。
图12是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程的一个实施例的流程图。
图13是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程的一个实施例的流程图。
图14是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程的一个实施例的流程图。
各图中同样的附图标记指示同样的要素。
具体实施方式
访问虚拟现实(VR)内容通常包括使得用户佩戴HMD设备，所述HMD设备能够被配置为利用插入到所述HMD设备中的移动计算设备(或其它显示器)进行工作。这样的HMD设备可以包括针对移动计算设备所提供的图像提供放大、偏振、过滤和/或图像处理的光学组件。本公开中所描述的方法和系统可以包括针对这样的HMD设备的光学特征，它们提供了减小容纳在HMD设备中的光学部件的大小的优势。对光学部件这样的减小可以允许HMD设备内的显示空间减小，由此减小大小、重量，以及所述HMD设备在用户佩戴时的惯性矩。HMD设备有所减小的大小和重量可以提供进一步将用户整合到虚拟现实环境中的优势，这是因为佩戴更轻重量和/或更小的设备能够在访问虚拟现实环境时减少佩戴了HMD设备的感知。
本公开中所描述的系统和方法可以包括使用光学部件和光学方法来减小HMD设备的厚度，同时利用对与移动计算设备显示器进行交互并与之妥善整合的透镜系统。在一些实施方式中，所述光学部件和方法能够采用至少两个平坦偏振滤镜叠片(用于左右目镜中的至少一个目镜或者每一个)以折叠长焦距放大透镜和显示面板之间的光学路径。
这样的部件能够显著减小HMD设备内的透镜显示空间。例如，透镜显示空间能够被减小达到基于移动计算设备的HMD设备所使用的典型透镜显示空间的大约60％至大约70％。所述透镜显示空间可以由于安装了细长的(slim-lined)第一滤镜叠片和细长的第二滤镜叠片而有所减小，所述第一和第二滤镜叠片均如下文详细描述地进行配置。在一个非限制示例中，所述透镜显示空间可以从大约39毫米减小为大约13毫米。在其它示例中，所述透镜显示空间可以从大约39毫米减小为大约13.5毫米。在另一个非限制示例中，所述透镜显示空间可以从大约39毫米减小为大约12.48毫米。在另一个非限制示例中，所述透镜显示空间可以从大约45毫米减小为大约15.75毫米。在另一个非限制示例中，所述透镜显示空间可以从大约40毫米减小为大约16毫米。在另一个非限制示例中，所述透镜显示空间可以从大约40毫米减小为大约13毫米。
以这种方式减小透镜显示空间能够用来将HMD设备的重心移动为更接近于佩戴该设备的用户的头部，由此减小用户的惯性矩。所减小的透镜显示空间还能够提供带来流线型、低型面的HMD设备的审美优势。
本公开中所描述的系统和方法可以采用混合光学部件和光学方法来实现一种用于虚拟现实的紧凑的近眼显示器(例如，在HMD设备内)。这样的显示器可以减小HMD设备的厚度，同时类似于本文所描述的其它光学部件，改善了惯性矩和工业设计。所述混合光学部件可以包括在两个或更多滤镜叠片之间采用附加光学元件的内联结构。在一个非限制示例中，在曲面透镜的表面上制造的分束层可以被容纳在两个或更多滤镜叠片之间。在一些实施方式中，所述混合光学部件中的光学元件可以包括具有分束涂层的曲面透镜以及适于进一步减少光学像差并改善图像质量的两个或更多光学透镜。总体上，所述混合光学部件能够提供具有来自许多光学元件的较低光学像差，较小球面像差、较少散光以及较少昏迷的优势。本文所描述的混合光学部件还可以包括允许用户解析较小显示像素的正向镜面表面。在一些实施方式中，所述混合光学部件可以被容纳在HMD设备外壳中，所述HMD设备外壳稍大于本文所描述的非混合光学部件。增大用于混合光学部件的HMD设备外壳能够减少瞳孔晕眩(pupil swimming)(即，减少在HMD设备中所显示的图像随着用户围绕在该HMD设备中提供的透镜移动她的眼睛而失真时所发生的效应)。所述混合光学部件还能够提供场曲率的平衡，因为正向折射元件可以被用来平衡容纳在两个光学滤镜叠片的部件之内的凹透镜的曲率。
本公开中所描述的系统和方法可以包括在HMD设备内使用可变倾斜的光学部件。在一个这样的示例中，用于左右双眼的显示面板能够被设计为倾斜，而使得显示器的顶部朝向用户的眼睛形成角度并且显示器的底部远离用户的眼睛形成角度。在另一个示例中，(用于每个目镜的)特定光学部件内的一个或两个滤镜叠片能够被设计为以朝向或远离该目镜的方向进行定向和/或形成角度。
在用于HMD设备的光学部件内提供能够可变倾斜的组件可以提供在不改变HMD设备的形状的情况下增加鼻部间隙的优势。此外，允许能够倾斜的显示面板可以节省制造方的设计时间和成本，同时为用户提供有所改善的图像。在一些实施方式中，倾斜一个或多个组件还能够提供过渡效应，这能够增加两个(即，左侧和右侧)显示面板之间的中心间隙。
参考图1，一种虚拟现实(VR)系统和/或增强现实(AR)系统例如可以包括被用户103佩戴于该用户头部上的HMD设备102或类似设备，以生成由该用户所体验的沉浸式虚拟世界环境。HMD设备102可以表示虚拟现实耳机、眼睛、一个或多个目镜，或者能够显示虚拟现实内容的其它可佩戴设备。在操作中，HMD设备102能够执行VR应用(未示出)，所述VR应用能够为用户播放所接收和/或处理的图像。
图1是图示系统100的示图，其中用户与移动计算设备104上的内容进行交互。在图1所示的示例中，用户可以访问经由移动计算设备104去往HMD设备102的内容(例如，图像、音频、视频、流内容等)。在一些实施方式中，一个或多个内容服务器(例如，服务器106)以及一个或多个计算机可读存储设备能够使用网络110与移动计算设备104进行通信以向移动计算设备104提供内容，所述移动计算设备104可以将该内容馈送至HMD设备102。该内容能够存储在移动计算设备104或另一个计算设备上。
在图1所示的示例实施方式中，用户104正佩戴着HMD设备102并且拿着移动计算设备104。可以使用移动计算设备104上的传感器和软件而将用户在真实世界环境中的移动变换为虚拟世界环境中的相对应移动。在一些实施方式中，移动计算设备可以对接/连接至HMD设备102。在一些实施方式中，移动计算设备104能够执行VR应用。
移动计算设备104可以与计算机所生成的VR环境中的3D环境进行对接。在这些实施方式中，HMD设备102包括屏幕和光学部件，所述光学部件至少包括透镜112、滤镜叠片114和滤镜叠片116。滤镜叠片114和116将贯穿本公开被详细描述。滤镜叠片114和116可以包括在用于HMD设备102中的每个目镜的光学部件中。在一些实施方式中，其它光学元件可以被部署在滤镜叠片114和/或滤镜叠片116之间，涂覆于它们上，或者以其它方式耦合或接合至它们。
移动计算设备104可以是便携式电子设备，作为示例，诸如智能电话，或者可以例如经由有线连接或无线连接与HMD设备102进行配对或者与之操作耦合并进行通信的其它便携式手持电子设备，作为示例，所述无线连接诸如Wi-Fi或蓝牙连接。该配对或操作耦合可以在移动计算设备104和HMD设备102之间提供通信和数据交换。可替换地，服务器设备106或本地计算机108(或者用户所能够访问的其它设备)可以进行工作以经由网络110控制HMD设备102。
在一些实施方式中，HMD设备102能够使用一个或多个高速有线和/或无线通信协议(例如，WiFi、蓝牙、蓝牙低能量(LE)、通用串行总线(USB)3.0、USB Type-C等)连接至计算设备(或者其它设备106、108等)连接至移动计算设备104/与之进行通信。除此之外或可替换地，HMD设备102能够使用诸如高清多媒体接口(HDMI)之类的音频/视频接口链接至移动计算设备/与之进行通信。在一些实施方式中，在HMD设备102中所包括的屏幕上向用户显示的内容也可以在可以包括在设备106和/或108中的显示设备上进行显示。这允许其他人看到用户可以在VR空间中进行什么样的交互。
在示例系统100中，设备104、106和108可以是膝上计算机、台式计算机、移动计算设备或游戏机。在一种实施方式中，设备104可以是能够部署(例如，放置/定位)在HMD设备102内的移动计算设备。例如，移动计算设备104可以包括能够用作HMD设备102的屏幕的显示设备。设备102、104、106和108可以包括用于执行VR应用的硬件和/或软件。此外，设备102、104、106和108可以包括能够在这些设备被放在HMD设备102的前方或者被置于相对于HMD设备102的位置范围内时识别、监视和跟踪HMD设备102的3D移动的硬件和/或软件。在一些实施方式中，设备104、106和108能够通过网络110向HMD设备102提供附加内容。在一种实施方式中，设备102、104、106和108能够与彼此中的一个或多个连接/对接，通过网络110配对或连接。该连接可以是有线或无线的。
在一些实施方式中，网络110可以是公众通信网络(例如，互联网、蜂窝数据网络、电话网络上的拨号调制解调器)或者私有通信网络(例如，私有LAN、租用线路)。在一些实施方式中，移动计算设备104可以使用一种或多种高速有线和/或无线通信协议与网络110进行通信(例如，802.11变化形式、WiFi、蓝牙、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、以太网、IEEE 802.3等)。
系统100可以包括电子存储。所述电子存储可以包括以电子方式存储信息的非暂时性存储介质。所述电子存储可以被配置为存储所捕捉图像、所获取图像、预处理图像、后期处理图像等。
图2是描绘出示例光学部件200的框图。光学部件200可以作为HMD设备中意在用于访问虚拟现实内容的部分而被安装。如图2所示，用户的眼睛202被模拟处于光学部件200的左侧并且显示面板204被示为处于光学部件200的右侧。在一些实施方式中，光学部件200可以针对左右目镜中的每个而被包括。在一些实施方式中，光学部件200可以被包括在单个目镜中。
光学部件200包括显示面板204，包括分束器(未示出)的第一平坦滤镜叠片206，第二平坦滤镜叠片208和透镜210。光学部件200可以进行工作以折叠由显示面板204且通过滤镜叠片206和208所呈现的光的光学路径。在该示例中，示例的经折叠光学路径由路径212、214和216所示出。
在一个非限制示例中，光学部件200可以被安装在包括由用户(例如，用户103)所佩戴的交互式HMD设备(例如，设备102)的系统中。该交互式HMD设备可以适于容纳图像投影设备(例如，设备104)和光学部件(例如，200)。在一些实施方式中，该图像投影设备包括移动计算设备上的显示器。在一些实施方式中，该显示器可以是有机发光显示器(OLED)。在其它实施方式中，显示器可以是液晶显示器(LCD)。在其它实施方式中，所述显示器可以是包括硅基液晶(LCOS)显示器的反射显示器。如下文详细描述的，可以使用其它显示技术。
光学部件200可以包括至少一个折射透镜210。在一些实施方式中，至少一个折射透镜210可以被设计为提供大约30毫米至大约50毫米的焦距，同时由于两个滤镜叠片206和208的光学折叠，该透镜和显示器之间的距离可以为大约13毫米至大约20毫米。在一些实施方式中，光学部件200包括多个折射透镜或透镜阵列。
第一滤镜叠片206的示例部件可以包括该部件内的第一线性偏振器以及作为的第一四分之一波片的涂层被应用的分束层(关于图3详细示出)。第一滤镜叠片206能够进行操作以对从图像投影设备所接收的光进行过滤和分束。在一些实施方式中，四分之一波片可以被设计为在宽带中良好工作从而独立于所使用光的波长提供恒定的相移。该波长独立性可以通过使用两种不同的双折射晶体材料来实现。波长范围上的阻滞的相对变化(即，色散)能够在所使用的两种材料之间进行平衡。第二滤镜叠片208可以包括该部件内的四分之一波片、偏振分束器和线性偏振器(关于图3详细示出)。第二滤镜叠片208能够进行操作以折叠至少一个折射透镜210和图像投影设备(例如，移动计算设备104)之间的光学路径。
在一些实施方式中，光学部件200还包括适于从图像投影设备(例如，移动计算设备104)接收图像内容的显示面板。在一些实施方式中，光学部件200还包括用于处理图像内容以便在图像投影设备上显示的至少一个处理器。特别地，如上文关于图1所描述的，图像内容能够由一个或多个处理器、计算机或其它资源所提供，并且能够使用图像投影设备(例如，移动计算设备104)进行显示、存储和/或修改。
图3是描绘出通过图2所示的光学部件200行进的光的示例偏振路径300的示图。这里，滤镜叠片206和208被示为部署在显示面板204和透镜210之间。
在一个非限制示例中，第一滤镜叠片206耦合至第二滤镜叠片208并且被配置到具有其它组件的叠放布置中。一个这样的叠放布置的示例可以包括第一线性偏振器302，其邻接于显示面板204并且邻接于第一四分之一波片304进行叠放。第一四分之一波片304与分束层306叠放或涂覆，所述分束层306在第二四分之一波片308的第一侧上叠放在第二四分之一波片308旁。第二四分之一波片308的第二侧叠放在偏振分束器310旁，所述偏振分束器310叠放在第二线性偏振器312旁。第二线性偏振器312邻接于至少一个折射透镜210。
在一些实施方式中，分束层306包括第一滤镜叠片206上的部分镜面涂层。分束层306能够进行操作以利用大约50％的分束率来对光束/射线进行分束。在一些实施方式中，分束层306可以利用大约50％的分束率来执行，并且在显示器线性偏振的情况下能够具有大约25％的最大传输，或者在显示器非偏振的情况下为大约12.5％。在一些实施方式中，分束层306并不包括在第一滤镜叠片206中，而是位于滤镜叠片206和滤镜叠片208之间的独立设备。
在一些实施方式中，在图像投影设备包括诸如LCD显示器的非发射显示器的情况下，第二滤镜叠片206被配置为没有线性偏振器302。线性偏振器302之所以可以被排除例如是因为LCD显示器通常提供线性偏振输出。
在一些实施方式中，滤镜叠片208中的线性偏振器312是被包括的可选组件，从而来自用户脸部的散射光(即，被显示器光所照亮)并不直接被偏振分束器310所反射。这样的反射对观看体验具有负面影响，并且相应地，包括用于对此加以阻止的元件为用户提供了有所改善的观看体验。
图2和3中所示的组件在光被引入到一个或多个组件时可以提供任意数量的可能偏振路径。一条示例偏振路径300可以包括接收(从移动计算设备104)发射的要由线性偏振器302进行线性偏振的光的显示面板204。该光可以在通过可以以45度角放置的四分之一波片304之后变为圆偏振。例如，第一四分之一波片可以偏离垂线以大约45度被座定，所述垂线与第一滤镜叠片206的纵向边缘相对应。该光随后被分束器306部分反射，这改变了其圆偏振的偏手性。该光能够被送至四分之一波片308，所述四分之一波片308将经圆偏振的光旋转回线性偏振。
与偏振分束器310的通过状态正交的线性偏振光能够被四分之一波片308所反射，并且在反向通过四分之一波片308之后再次变为圆偏振。在第三次(在点314)通过四分之一波片308之后，该光变为线性偏振，这能够与偏振分束器310的通过状态平行。所传送的光在通过另一个可选线性偏振器312之后能够被透镜210/透镜群组所反射从而形成要被呈现至HMD设备的目镜以及用户的眼睛的虚拟图像。
虽然贯穿本公开所描述的组件可以被示出和/或描述为封装/连接至其它组件，但是每个组件能够粘贴结合至相邻组件。可替换地，每个组件能够被机械连接或者摩擦结合至相邻组件。在其它实施方式中，组件都没有被结合或连接，但是可以共同作为容纳在部件中的一个单元进行工作。在一些实施方式中，组件的部分可以被涂覆，而其它部分则保持未被涂覆。贯穿本公开所示出的透镜设备可以是独立的或者被整合的所制造部件中。此外，虽然在特定示图中仅示出了一个透镜，但是能够替代以多个透镜。此外，当描绘一个光学部件时，在HMD设备中可以包括附加的光学部件。例如，光学部件可以随HMD设备被复制从而为每个目镜提供一个光学部件。
作为非限制示例，滤镜叠片可以是独立分片或者可以被结合至前方折射透镜(或透镜群组)。类似地，滤镜叠片206可以是独立分片或者是显示面板204的整合分层。在一些实施方式中，滤镜叠片配置包括正交的线性偏振器302和线性偏振器312的轴线。类似地，第一四分之一波片304和第二四分之一波片308的轴线可以是正交的。
图4是描绘出示例混合光学部件400的框图。混合光学部件400可以包括两个滤镜叠片406和410之间的一个或多个光学元件。混合光学部件400还可以在插入在两个滤镜叠片406和410之间的透镜的曲面表面上布置分束层。使用混合光学部件400的一种优势可以包括提供来自所包括的光学元件的更低的光学像差以及正向镜面表面的使用，这可以允许观看者解析更小的显示像素。
在一些实施方式中，容纳混合光学部件400的HMD设备内的显示空间可以提供在显示面板轴向平移时或在此情况下允许有所改进的焦点调节的远心度。在该配置中，图像放大和失真可以在一个或多个显示面板为了焦点调节而进行轴线平移时保持恒定。
如图4所示，用户的眼睛402被仿真在光学部件400的左侧，而显示面板404则被示为处于光学部件400的右侧。光学部件400包括第一平坦滤镜叠片406，包括内建分束层(未示出)的曲面透镜408，第二平坦滤镜叠片410和透镜412。
在一些实施方式中，透镜412可以被包括在用于左侧和右侧目镜中的每一个的光学部件中。透镜412可以邻接于滤镜叠片410被部署在HMD设备中，并且适于接收源自图像投影设备/移动计算设备且通过光学部件去往滤镜叠片410的图像内容。
光学部件400能够进行工作以折叠显示面板404所呈现并且通过滤镜叠片406和410的光的光学路径。在该示例中，示例的经折叠光学路径由路径414、416和418所示出。在所描绘的示例中，曲面透镜408可以包括分束涂层，所述分束涂层包括被配置为解析显示像素的正向镜面表面。透镜408可以被部署为使得凹进侧面向滤镜叠片410并且凸出侧面向滤镜叠片406。在一些实施方式中，光学部件400在显示表面上的射线束的平均角度接近于垂直时可以是远心的。
图5是描绘出通过图4所示的混合光学部件400行进的光的示例偏振路径500的示图。这里，滤镜叠片406和410被部署在显示面板404和透镜412之间。
在一个非限制示例中，第一滤镜叠片406耦合至第二滤镜叠片410并且被配置为具有其它组件的叠放布置。一个这样的叠放布置的示例可以包括邻接于显示面板404且处于第一四分之一波片504旁的第一线性偏振器502。第一四分之一波片504邻接于曲面透镜408被叠放，所述曲面透镜408则邻接于第二四分之一波片506进行叠放。第二四分之一波片506邻接于偏振分束器508进行叠放，所述偏振分束器508则邻接于第二线性偏振器510叠放。第二线性偏振器510邻接于至少一个透镜412。
在一些实施方式中，透镜412可以是折射透镜。在一些实施方式中，多个透镜或透镜阵列可以取代透镜412。
通常，透镜408和412可以是非旋转对称的。非旋转对称的透镜408和412无论系统在何时不再是旋转对称时都会是有利的。例如，如图7的混合光学部件700中所示，该系统可能由于透镜偏心和/或光学倾斜而不再是旋转对称的。在另一个示例中，该系统可能在显示器在两条正交子午线中以不同方式有所弯曲时(例如，圆柱体、马鞍形等)不再是旋转对称的。在一些实施方式中，使用非旋转对称的透镜能够提供成功地对像差进行平衡从而跨视场实现统一图像质量的优势。
图4和5中所示的组件可以提供通过组件行进的光的任意数量的可能偏振路径。一条示例偏振路径500可以包括发射要由线性偏振器502进行线性偏振的光的显示面板404。该光可以在通过可以以45度角放置的四分之一波片504之后变为圆偏振。例如，四分之一波片504可以偏离垂线以大约45度被座定，所述垂线与第一滤镜叠片406的纵向边缘相对应。该光随后被曲面透镜408部分反射，这可以将其圆偏振的偏手性从右变为左。该光能够被送至四分之一波片506，所述四分之一波片506将经圆偏振的光旋转回线性偏振。
可以与偏振分束器508的通过状态正交的线性偏振光能够被四分之一波片506所反射，并且在反向通过四分之一波片506之后再次变为圆偏振。在第三次(在位置512)通过四分之一波片506之后，该光变为线性偏振，这能够与偏振分束器508的通过状态平行。所传送的光在通过另一个可选线性偏振器510之后能够被透镜412/透镜群组所反射从而形成要被呈现至HMD设备的目镜以及用户的眼睛的虚拟图像。
图6是可变倾斜的光学部件600的框图。可变倾斜可以是指光学部件600内的一个或多个滤镜叠片的倾斜或重新定向。可替换地，倾斜可以是指能够对容纳在光学部件600内的滤镜叠片附近的显示面板进行倾斜。在一些实施方式中，倾斜可以基于一个或多个滤镜叠片与显示面板和/或透镜之间的角关系。
如图6所示，用户的眼睛602被仿真在光学部件600的左侧，而显示面板604则被示为处于光学部件600的右侧。光学部件600包括显示面板604，以及包括分束器(未示出)的第一平坦滤镜叠片606，第二平坦滤镜叠片608。光学部件600还包括邻接于滤镜叠片608的透镜610。光学部件600可以进行工作以折叠由显示面板604所呈现并且通过滤镜叠片606和608的光的光学路径。在该示例中，示例的经折叠光学路径由路径612、614、616、618和620所示出。
光学部件600可以包括关于图2和3所描述的组件。这样，光学部件600可以提供有关可倾斜光学部件200的示例。在该示例中，通过相对于透镜610的光学轴线以角度622倾斜显示面板604，能够在前方偏振滤镜叠片(例如，滤镜叠片608)和涂覆在滤镜叠片606上的分束表面之间创建可变空间。在操作中，用于左侧和右侧显示区域中的每一个的显示面板能够被倾斜，而使得显示面板的角或边缘进一步向外，这可以提供在无需制作定制形状的HMD显示器的情况下显著增加鼻部空隙的优势。该倾斜还可以具有过渡效果，这增加了(用于每只眼睛的)两个显示面板之间的中心间隙。在一些实施方式中，倾斜两个显示器还能够有助于使得HMD设备更好地针对用户脸部形成，最终允许紧凑且美观的工业设计。
如所示出的，两个平坦滤镜叠片606和/或608也可以被调节(即，倾斜)以形成角度624，其中显示面板604可以被移动以匹配这样的角度。在一些实施方式中，滤镜叠片606可以被调节以形成和角度626，其中显示面板604可以被移动以匹配这样的角度。
滤镜叠片606和608可以是用于HMD设备的近眼显示系统部件的一部分。例如，叠片606和608连同透镜610和显示面板604一起能够被容纳在用户所佩戴的头戴式显示设备中。滤镜叠片606和608可以是能够向HMD设备中的左右目镜中的每一个提供图像内容的一个或多个光学部件的分片。平坦滤镜叠片606能够进行操作而以第一方向进行定向(例如，朝向HMD设备中的目镜从零到大约12.5度)。滤镜叠片606可以包括至少一个涂覆有平坦分束层的表面。该平坦分束层朝向可以远离显示面板604并朝向滤镜叠片608。平坦滤镜叠片608能够进行操作而以第二方向进行定向(例如，朝向HMD设备中的目镜从零到大约12.5度)。
在一些实施方式中，滤镜叠片606可以直接结合至显示面板604从而提供零度的滤镜角度。在一些实施方式中，滤镜叠片608可以直接结合至显示面板604从而提供零度的滤镜角度。
在一些实施方式中，滤镜叠片606可适于以相对显示面板的平面的法线方向从大约零至大约12.5度的角度的第一方向进行定向。滤镜叠片608可适于以相对显示面板的平面的法线方向从大约零至大约12.5度的角度的第二方向进行倾斜。响应于使显示面板相对头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零度至大约25度进行倾斜而使得显示面板垂直于近眼显示系统的光学轴线被座定，可以发生重新定向/倾斜中的一者或二者。
所选择的第一和第二角度可以彼此相关并且可以基于显示面板被倾斜的角度来选择。在一个示例中，显示器604以用户所选择的角度被倾斜并容纳在HMD设备中。例如，显示面板可以被调适为以第二方向进行定向。
通常，倾斜显示面板604可以包括将显示面板604座定在HMD设备之内并与所述HMD设备的基座垂直并且使得显示面板604的顶部标远朝向对应于左右目镜中的每一个的光学部件(即，朝向滤镜叠片606和608中的任一个或二者)形成角度。通常，光学部件包括用于左右目镜中的每一个的至少一个固定透镜。在一些实施方式中，用于左右目镜中的每一个的至少一个固定透镜邻接于平坦滤镜叠片608被部署在HMD设备中，并且适于接收源自图像投影设备且通过光学部件去往平坦滤镜叠片608的图像内容。
在一些实施方式中，倾斜显示面板604可以通过将图像伪像移动至视场之外而修改进场显示系统的视场。这样的修改能够进行工作来确保光学部件内的杂散光所形成的使得图像发生重影的光能够舒适地处于佩戴HMD设备的用户的视线之外。显示面板604还可以被倾斜以针对佩戴HMD设备的用户保持图像平面焦点。
在一些实施方式中，滤镜叠片406和410适于保持彼此的关系以便保持光学轴线垂直于对象平面从而保持光学系统同轴。例如，在系统400中，显示面板的倾斜角度可以两倍于两个平坦滤镜之间的相对倾斜角度。在一个非限制示例中，滤镜叠片406和410可以被调适为响应于将显示面板604从大约零度倾斜为大约25度而从零度倾斜为大约12.5度。
图7是另一种可变倾斜的光学部件700的框图。光学部件700可以包括关于图4和5所描述的组件。这样，光学部件700可以提供涉及到可倾斜光学部件400的示例。
如图7所示，用户的眼睛702被仿真在光学部件700的左侧，而显示面板704则被示为处于光学部件700的右侧。光学部件700包括第一平坦滤镜叠片706、曲面透镜708、第二平坦滤镜叠片710和透镜712。光学部件700可以进行工作以折叠由显示面板704所呈现并且通过滤镜叠片706和710以及曲面透镜708的光的光学路径。在该示例中，示例的经折叠光学路径由路径714、716、718、720、722、724和726所示出。在一些实施方式中，光学部件700在显示表面上的射线束的平均角度接近于垂直时是远心的。
光学部件700涉及到本文所描述的混合光学部件。这些部件可以包括倾斜图像的变体。曲面透镜708可以由塑料组成并且被涂覆以分束层。光学部件700可以被容纳在HMD设备中。HMD设备可以包括至少一个光学部件700。光学部件700例如可以包括部署在第一滤镜叠片和第二滤镜叠片之间的曲面分束器设备。该光学部件还可以包括适于以多种不同角度座定在HMD设备内的可移除的图像投影设备。在一些实施方式中，座定在图像投影设备和第一滤镜叠片之间的显示面板可以响应于倾斜第一滤镜叠片或第二滤镜叠片而以多种不同角度被座定在HMD设备内。
在一些实施方式中，光学部件700能够被配置为响应于倾斜第一滤镜叠片或第二滤镜叠片而平衡曲率场。在系统700中，滤镜叠片之间可能没有特定设置的关系。倾斜关系可以取决于变量，所述变量包括但并不局限于具有分束涂层的表面的曲率、分束器的位置、滤镜叠片的位置，等等。
在一个示例中，至少一个显示面板可以以基于与第一滤镜叠片或第二滤镜叠片相关联的方位所选择的角度进行座定。该方位可以包括垂直偏移量相对透镜光学轴线大于大约5度且小于大约25度的倾斜。在一些实施方式中，倾斜第一滤镜叠片或第二滤镜叠片导致对与头戴式显示外壳相关联的视场的修改，所述修改包括将图像伪像移动至视场之外。
在一些实施方式中，HMD设备可以包括两个光学部件，每一个被配置为向与HMD设备相关联的相对应左侧和右侧目镜中的透镜提供图像内容。例如，每个光学部件可以被配置为通过单独的左侧和右侧眼睛透镜来提供图像内容。在一些实施方式中，透镜适于响应于检测到至少一个光学部件的移动而保持图像放大和焦点。例如，如果光学部件中的一个或两个叠片发生移动，则与这样的叠片相关联的透镜能够在并不损失图像放大和对焦水平的情况下适应该移动。在一些实施方式中，光学部件700包括部署在第一滤镜叠片和第二滤镜叠片之间的多个光学元件。该光学元件可以被配置为减少光学像差。
图8是用于容纳本文所描述的光学部件的示例封装光学部件800。光学部件80包括外壳802，其具有座定在该外壳内的透镜804。封装部件800的内部组件可以包括图3或图5所示的组件的组合或者这样的组件的倾斜变化形式。部件800的示例尺寸包括大约2至大约3英寸(例如，5.08厘米至大约7.62厘米)的宽度806以及大约2至大约3英寸(例如，5.08厘米至大约7.62厘米)的长度808。部件800的深度810可以为大约1至大约2.5英寸(例如，6.35厘米)。
在一些实施方式中，如贯穿本公开所描述的，确切深度可以基于包括或不包括特定滤镜层而有所变化。在一些实施方式中，两个部件800可以被装入HMD设备，每一个被插入以向HMD显示器中的左右目镜中的每一个提供滤镜和光学件。
透镜804可以是折射透镜或者能够被配置为为HMD设备提供高性能对焦和放大的其它透镜。在一些实施方式中，外壳800可以被设计为配合多个透镜或透镜阵列而不是单个透镜804。
在一些实施方式中，透镜804可以具有大约1至大约1.5英寸(例如，2.54厘米至大约3.81厘米)的直径812。在一些实施方式中，透镜804可以具有大约1.5英寸至大约2.5英寸(例如，3.81厘米至大约6.35厘米)的直径。在再其它的实施方式中，透镜804可以具有大约1英寸至大约2英寸(例如，2.54厘米至大约5.08厘米)的直径。
虽然所描绘的部件800被描绘为正方形，但是有形成和矩形部件的可能，其它形状也是可能的。例如，本文所描述的滤镜叠片可以被制作成配合圆形形状的外壳以便座定到HMD设备中。在一些实施方式中，本文所描述的滤镜叠片能够被制作成配合带角度侧边的部件，包括但并不局限于三角形、菱形、六边形、八边形等。
图9是能够容纳本文所描述的光学部件的封装HMD设备904的自上而下视图900的示例。HMD设备904能够被配合以移动计算设备(即，移动电话)，所述移动计算设备适于播放电影内容、虚拟现实内容，或者能够在移动计算设备的屏幕上显示的其它辅助(curated)内容。通常，HMD设备能够利用移动电话显示技术，该技术提供了高分辨率，在大约35毫米至大约45毫米的焦距每通道二至大约三英寸宽的尺寸，如以虚线902的典型HMD大小所示。HMD设备能够通过使用本文所描述的一种或多种光学部件(例如，图1-11所示的光学部件)来提供附加的优势。使用这样的光学部件，HMD设备904能够有效地将透镜焦距从典型长度(例如，大约30-50毫米)减小为大约12至大约25毫米，如厚度906所示。这可以提供能够缩小HMD设备的优势，包括允许制造方设计用户908能够更紧密贴合她的面部的流线型设备。在一些实施方式中，本文所描述的光学部件能够将透镜显示空间减小达到典型HMD设备的大约67％。这样的减小能够提供诸如以下的优势：将HMD设备的重心移动为更接近于用户的头部，减小惯性矩，以及提供紧凑、美观的虚拟现实HMD设备，诸如HMD设备904。在一种示例实施方式中，HMD设备的型面可以基于有所减小的焦距而减小大约15和25毫米之间。
为了避免在减小HMD设备的厚度/型面/焦距的同时必须要设计短焦距放大器，本文所描述的光学部件可以采用两个偏振滤镜叠片来折叠长焦距放大透镜和显示面板之间的光学路径。能够为每只眼睛提供本文所描述的光学部件。通常，贯穿本公开所描述的平坦滤镜叠片并不提供光学放大并且是纤薄的，从而该叠片对于光学像差具有最低程度的贡献。
图10是能够容纳依据本文所描述的光学部件的封装HMD设备1000的示例。HMD设备1000能够被配合以移动计算设备(即，移动电话)，所述移动计算设备适于播放电影内容、虚拟现实内容，或者能够在移动计算设备的屏幕上显示的其它辅助内容。
在一个非限制示例中，HMD设备1000能够被配合以至少两个光学部件，例如，HMD设备1000的每个目镜一个光学部件。在一种示例布置中，该光学部件可以包括第一和第二滤镜叠片，至少一个折射透镜以及显示面板。第一滤镜叠片可以在第一侧面上邻接于和/或接合至接收来自移动计算设备的光的显示面板。第一滤镜叠片可以包括最接近于显示面板的第一线性偏振器以及接合至该线性偏振器的第一四分之一波面板。线性偏振器并未接合至第一四分之一波面板的侧面可以被涂覆以分束层。第二滤镜叠片可以在分束层上邻接于和/或接合于第二滤镜叠片。第二滤镜叠片可以包括第二四分之一波片，所述第二四分之一波片在第一侧面上接合或邻接于至分束层并且在第二侧面上接合至偏振分束器。该偏振分束器可以接合至第二线性偏振器的第一侧面。第二线性偏振器的第二侧面可以接合或邻接于至少一个折射透镜或透镜阵列。
在另一个示例中，该光学部件可以包括第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片耦合至第二滤镜叠片并且被配置为具有其它组件的叠放布置。一个这样的叠放布置的示例可以包括第一线性偏振器，其邻接于显示面板并且处于第一四分之一波片之后。第一四分之一波片叠放在充当分束器的曲面透镜之后，所述曲面透镜叠放在第二四分之一波片之后。第二四分之一波片叠放在偏振分束器之后，所述偏振分束器则叠放在第二线性偏振器之后。该第二线性偏振器邻接于至少一个透镜或透镜阵列。
如图10所示，用户1002可以正佩戴这HMD设备1000并访问内容。因为本文所描述的小型化光学部件能够在HMD 1000的更小外壳内形成和配合，所以前方型面1004可以更紧密的贴合用好002的头部。虚线1006描绘了典型的HMD外壳型面。
例如，HMD设备1000可以是低型面的并且适于通过在设备内使用光学部件200或400来减小焦距。在这样的部件中所采用的滤镜叠片可以是平坦的并且适于折叠焦距放大透镜和显示面板之间的光学路径。
图11是能够容纳依据本文所描述的光学部件的封装HMD设备1100的示例。类似于以上示例，HMD设备1100能够被配合以移动计算设备(即，移动电话)，所述移动计算设备适于播放电影内容、虚拟现实内容，或者能够在移动计算设备的屏幕上显示的其它辅助内容。在一个非限制示例中，HMD设备1100能够被配合以至少两个光学部件，例如，HMD设备1100的每个目镜一个部件。在一些实施方式中，该光学部件可以被特别设计为是可倾斜的，并且因此前方面板104可以被设计有朝向用户1102的前额区域的向后倾斜。
如图11所示，用户1102可以正佩戴着HMD设备1100并且访问内容。例如，HMD设备1100可以是低型面的并且如所示出地由前饰面1104发生倾斜，以便通过在该设备内使用光学部件600或700而减小焦距。虚线1106描绘了典型的HMD外壳型面。在这样的部件中所采用的滤镜叠片可以是平坦的并且适于折叠长焦距放大透镜和显示面板之间的光学路径。透镜显示空间可以为大约13毫米至大约20毫米。
在一个示例中，该光学部件可以包括第一和第二滤镜叠片，至少一个折射透镜，以及显示面板。在一种示例布置中，第一滤镜叠片可以在第一侧面上邻接于和/或接合至接收来自移动计算设备的光的显示面板。第一滤镜叠片可以包括最接近于显示面板的第一线性偏振器以及接合至该线性偏振器的第一四分之一波面板。线性偏振器并未接合至第一四分之一波面板的侧面可以被涂覆以分束层。第二滤镜叠片可以在分束层上邻接于和/或接合于第二滤镜叠片。第二滤镜叠片可以包括第二四分之一波片，所述第二四分之一波片在第一侧面上接合或邻接于分束层并且在第二侧面上接合至偏振分束器。该偏振分束器可以接合至第二线性偏振器的第一侧面。第二线性偏振器的第二侧面可以接合或邻接于至少一个折射透镜或透镜阵列。
在另一个示例中，该光学部件可以包括第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片耦合至第二滤镜叠片并且被配置为具有其它组件的叠放布置。一个这样的叠放布置的示例可以包括叠放在显示面板和第一四分之一波片之间的第一线性偏振器。第一四分之一波片可以叠放在第一线性偏振器和分束器之间。第二四分之一波片可以包括叠放在第二四分之一波片和偏振分束器之间的偏振分束器，所述第二四分之一波片叠放在分束器之后。该偏振分束器可以叠放在第二四分之一波片和第二线性偏振器之间。该第二线性偏振器则以邻接于至少一个折射透镜或透镜阵列。
图12是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程1200的一个实施例的流程图。过程1200可以包括对用于HMD设备中的近眼显示系统的光进行过滤。该光学部件可以包括第一滤镜叠片和第二滤镜叠片，它们是平坦的非曲面元件，并不提供光学放大。
过程1200可以包括在显示面板以及从显示器接收1202通过第一滤镜叠片中的第一线性偏振器对光进行引导的光束。例如，该显示面板可以被部署在HMD设备内以从移动计算设备(或者从存储在与HMD设备相关联的处理器上的内容)接收图像内容。第一线性偏振器可以将光束传送至第一四分之一波片(同样在第一滤镜叠片中)之中。该光束可以以第一方向变为圆偏振并且进一步通过(第一滤镜叠片中的)分束器进行传送。该分束器能够进行操作以将至少一些光束传送(1204)至第二滤镜叠片中的第二四分之一波片。在一些实施方式中，分束器包括第一滤镜叠片上的部分镜面涂层，并且以大约50％的分束率进行工作。在一些实施方式中，在显示器线性偏振的情况下该分束器可以具有(从分束器传送至显示器的)光的大约25％的最大传输。在显示器非偏振的情况下，光可以以大约12.5％的最大传输被传送(从分束器传送至显示器的)。
过程1200可以包括将该光束的第一部分从第二四分之一波片传送(1206)至(第二滤镜叠片中的)偏振分束器，以便将该第一部分变换为线性偏振光束。在一些实施方式中，该偏振分束器能够进行操作以将该线性偏振光束的第二部分通过第二四分之一波片反射(1208)回该分束器。在这样的示例中，该第二部分可以在反射离开该分束器之后以第二方向变为圆偏振。在这样的示例中，该第一方向可以是右手圆偏振(RHCP)并且该第二方向可以是左手圆偏振(LHCP)。
过程1200可以包括从分束器通过第二四分之一波片并通过偏振分束器以及通过第二滤镜叠片中的第二线性偏振器传送(1210)该第二部分。此外，过程1200可以包括通过至少一个透镜传送(1212)该第二部分以向该近眼显示系统的目镜提供折射图像。
在一些实施方式中，该光束的第一部分与该偏振分束器的通过状态正交，并且该光束的第二部分与该偏振分束器的通过状态平行。在一些实施方式中，至少一些来自显示器的光束被从第一线性偏振器被送至第一四分之一波片之中，其中该第一四分之一波片偏离垂线以大约45度被座定，其中该垂线对应于第一滤镜叠片的纵向边缘。
在一些实施方式中，第一线性偏振器和第二线性偏振器的轴线是正交的，并且第一四分之一波片和第二四分之一波片的轴线是正交的。
在一些实施方式中，该显示器是发射显示器并且包括有机发光二极管(OLED)显示器。在一些实施方式中，该显示器是非发射显示器并且包括液晶显示器(LCD)。
图13是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程1300的一个实施例的流程图。过程1300可以包括接收(1302)从发射显示器去往第一滤镜叠片的图像内容。在该示例中，第一滤镜叠片适于从第一透镜的光学轴线以第一方向进行定向。在一些实施方式中，该第一滤镜叠片可以朝向第一透镜倾斜。
过程1300可以包括通过平行于第一透镜的光学轴线的曲面透镜传送(1304)图像内容。该曲面透镜可以将该图像内容的一部分传送至至少一个光学元件以及第二滤镜叠片。该第二滤镜叠片可以适于从第一透镜的光学轴线以第二方向进行定向。在一个示例中，该第一方向包括偏离第一透镜的光学轴线(并且朝向第一透镜)的大约5至大约16度的垂直偏移量，而该第二方向包括偏离第一透镜的光学轴线(并且远离第一透镜)的大约零至大约5度的垂直偏移量。在一个示例中，第一滤镜叠片可以以大约3度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜，而第二滤镜叠片也以大约3度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜。在另一个示例中，第一滤镜叠片可以以大约5度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜，而第二滤镜叠片以大约10度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜。在另一个示例中，第一滤镜叠片可以以大约13度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜，而第二滤镜叠片以大约10度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜。在另一个示例中，第一滤镜叠片可以以大约10度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜，而第二滤镜叠片也以大约10度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜。在又另一个示例中，第一滤镜叠片可以以大约2度远离HMD设备中的目镜发生倾斜，而第二滤镜叠片以大约2度朝向HMD设备中的目镜发生倾斜。
过程1300可以包括从第二滤镜叠片接收(1306)该部分并且将该部分的至少一些提供至第一透镜以便由用户观看。在经过曲面透镜和至少一个光学元件时，该部分将偏振偏手性从右手圆偏振变为左手圆偏振。
在一些实施方式中，第一滤镜叠片和第二滤镜叠片与第一透镜和曲面透镜平行。第一透镜可以在曲面透镜和发射显示器共用的轴线上对准。
在一些实施方式中，该曲面透镜由塑料组成并且被涂覆以分束层。该分束层可以包括被配置为解析显示像素的正向镜面表面。
在一些实施方式中，过程1300可以进一步包括光学部件，其包括具有耦合至第一四分之一波片的第一线性偏振器的第一滤镜叠片。该光学部件还可以包括具有耦合至偏振分束器的第二四分之一波片的第二滤镜叠片，所述偏振分束器耦合至第二线性偏振器。该光学部件还可以包括具有带有分束涂层的塑料透镜的曲面透镜。所述曲面透镜可以部署在第一滤镜叠片和第二滤镜叠片之间。
图14是图示出用于使用本文所描述的光学部件的过程1400的一个实施例的流程图。该光学部件至少包括第一滤镜叠片、第二滤镜叠片、透镜和显示面板。该第一滤镜叠片和第二滤镜叠片可以是平坦的、非曲面元件。该第一滤镜叠片和第二滤镜得盘可以平行于该透镜和曲面透镜，并且该透镜可以在该曲面透镜和显示器共用的轴线上对准。该曲面透镜可以由塑料组成并且被涂覆以分束层，所述分束层包括被配置为解析显示像素的正向镜面表面。
过程1400可以包括接收(1402)从显示器去往第一滤镜叠片的图像内容，并且通过平行于透镜的光学轴线的曲面透镜传送(1404)该图像内容的一部分。该图像的部分在通过该曲面透镜之后可以被部分反射并且被部分传送至第二滤镜叠片。被部分传送的部分可以在传输期间将偏振偏手性从右手圆偏振改变(1406)为左手圆偏振。被部分传送的部分可以通过第二滤镜叠片被传送(1048)并且被提供至透镜以便由用户观看。
在一些实施方式中，过程1400可以包括光学部件，其中第一滤镜叠片包括耦合至第一四分之一波片的第一线性偏振器，第二滤镜叠片包括耦合至偏振分束器的第二四分之一波片，所述偏振分束器耦合至第二线性偏振器，并且该曲面透镜包括具有分束涂层的塑料透镜。该曲面透镜可以被部署在第一滤镜叠片和第二滤镜叠片之间。
在一些实施方式中，贯穿本公开所描述的HMD设备1000可以适于包括或容纳发射显示器，诸如阴极射线管(CRT)、场发射显示器(FED)、表面传导电子发射极显示器(SED)、真空荧光显示(VFD)、电致发光显示器(场)、发光二极管显示器(LED)、等离子显示面板(PDP)、电化学显示(ECD)、硅基液晶显示器(LCOS)或者有机发光二极管(OLED)。在一些实施方式中，HMD设备102可以适于包括非发射显示器，包括具有作为RGB、LED或白色LED的光源的LCD设备。
在特定实施方式中，本文所描述的系统可以包括宽度和长度范围都从大约2至大约3英寸(例如，5.08厘米至大约7.62厘米)并且深度从大约1至大约3英寸(例如，2.54厘米大约7.62厘米)的一个或多个光学部件。其它变化形式是可能的。
示例滤镜叠片部件
以下示出了示例滤镜叠片部件。虽然提供了具体的尺寸和分层，但是这样的尺寸的其它变化形式是可能的。通常，本文所描述的滤镜叠片足够纤薄，几乎没有图像衰减出现。此外，放大透镜在无需基于提供可倾斜组件的版本中的不同倾斜水平重新设计或重新调节的情况下就可以满足使用。
第一示例滤镜叠片在以下被示为示例滤镜叠片I。该示例滤镜叠片包括衬底/覆盖玻璃层，所述衬底/覆盖玻璃层可以包括附加的分束器或独立的分束器。在一些实施方式中，该分束器可以是四分之一波片上的涂层。该示例滤镜叠片还包括利用压敏粘合剂粘贴到线性偏振器的四分之一波片，所述线性偏振器能够粘贴至衬底或覆盖玻璃窗。以下针对具有大约1.243毫米的总体厚度的最终第一滤镜叠片(例如，滤镜叠片206)的每个组件示出了示例厚度。在一些实施方式中，滤镜叠片206包括具有分束器涂层的衬底/覆盖玻璃层(以下的第1行)，以及具有防反射涂层的第二衬底/覆盖玻璃层(以下的第7行)。
示例滤镜叠片I
第二示例滤镜叠片在以下被示为示例滤镜叠片II。该示例滤镜叠片包括衬底/覆盖玻璃层，所述衬底/覆盖玻璃层可以包括利用压敏粘合剂粘贴到线栅偏振分束膜的线性偏振器膜。该分束膜可以以相同方式被粘贴到四分之一波片膜。该四分之一波片可以被粘贴到线性偏振器，所述线性偏振器可以被粘贴到衬底或覆盖玻璃层。以下针对具有大约1.458毫米的总体厚度的最终第二滤镜叠片(例如，滤镜叠片208)的每个组件示出了示例厚度。在一些实施方式中，滤镜叠片208包括具有防反射涂层的衬底/覆盖玻璃层(以下的第1和9行)。
示例滤镜叠片II
第三示例滤镜叠片在以下被示为示例滤镜叠片III。该示例滤镜叠片可以在曲面分束器和/或透镜附近或与之邻接地进行叠放。也就是说，该曲面分束器可以是独立分束器。该滤镜叠片可以包括粘贴到线性偏振膜的四分之一波片膜，所述线性偏振膜粘贴在衬底/覆盖玻璃层的相反侧。层可以利用压敏粘合剂或者通过另一种方法来粘贴。以下针对具有大约1.848毫米的总体厚度的最终第一滤镜叠片(例如，滤镜叠片406)的每个组件示出了示例厚度。在一些实施方式中，滤镜叠片406包括具有防反射涂层的衬底/覆盖玻璃层(以下的第1和7行)。
示例滤镜叠片III
第四示例滤镜叠片在以下被示为示例滤镜叠片IV。该示例滤镜叠片包括衬底/覆盖玻璃层，所述衬底/覆盖玻璃层可以包括利用压敏粘合剂粘贴到线栅偏振分束膜的线性偏振器膜。该分束膜可以以相同方式被粘贴到四分之一波片膜。该四分之一波片可以被粘贴到线性偏振器，所述线性偏振器可以被粘贴到衬底或覆盖玻璃层。分束器(例如，透镜408)可以被插入在示例滤镜叠片III和示例滤镜叠片IV之间。以下针对具有大约1.458毫米的总体厚度的最终第二滤镜叠片(例如，滤镜叠片410)的每个组件示出了示例厚度。在一些实施方式中，滤镜叠片410包括具有防反射涂层的衬底/覆盖玻璃层(以下的第1和9行)。
示例滤镜叠片IV
在本文所描述的任意滤镜叠片中，偏振器层/膜(例如，LP)都可以处于滤镜叠片之外。例如，偏振器层可以被层压在显示模块之上或之内。例如，如果显示器包括偏振器膜(即，如在预偏振显示器中)，则不需要偏振器层。
如本文所使用的，除非上下文另外有所规定，否则关于本公开所描述组件而对倾斜、定向和/或方向的任何讨论总体上都涉及到例如将所述组件从法线方向移动至HMD设备内垂直放置的组件的平面。也就是说，以这种方式所描述的移动组件能够涉及到关于部件中所使用的特定透镜的光学轴线来移动该组件。
如本文所使用的，除非上下文另外有所规定，否则术语“耦合至”意在包括直接耦合(其中互相耦合的两个元件互相接触)和间接耦合(其中至少一个附加元件(包括气隙)位于两个元件之间)。
本文所描述的系统和技术的各种实施方式能够以数字电子电路、集成电路、特殊设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件，和/或这样的实施例方式的组合来实现。这些各种实施方式能够包括一个或多个计算机程序的实施方式，所述计算机程序能够在包括至少一个专用或通用的可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，所述可编程处理器被耦合以从存储系统、至少一个输入设备以及至少一个输出设备接收数据和指令，以及向它们传送数据和指令。
这些计算机程序(也被称作程序、软件、软件应用、应用、组件、程序代码或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程和/或面向对象的编程语言来实施，和/或以汇编/机器语言来实施。如这里所使用的，术语“计算机可读介质”是指用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任意计算机程序产品、机器可读介质、计算机可读存储介质、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))，包括接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任意信号。
为了提供与用户的交互，这里所描述的系统和技术可在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)和用户能够通过其为计算机提供输入的键盘和指针设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实施。也可以使用其它类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以为任意形式的传感器反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且来自用户的输入可以以任意形式接收，包括声音、话音或触觉输入。
本文所描述的系统和技术可在计算系统中实施，所述计算系统包括后端组件(例如，数据服务器)，或者包括中间件组件(例如，应用服务器)，或者包括前端组件(例如，具有用户能够通过其与这里所描述的系统和技术的实施方式进行交互的图形用户节目或网络浏览器的客户端计算机)，或者这些后端、中间件或前端组件的任意组合。所述系统的组件可通过任意形式的介质或数字数据通信(例如，通信网络)进行互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和互联网。
所述计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且典型地通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系源自于在各自计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序。
已经对多个实施例进行了描述。然而将要理解的是，可以进行各种修改而并不背离本发明的精神和范围。
此外，图中所描绘的逻辑流程并不要求所示的特定顺序或连续顺序来获得所需的结果。此外，可以提供其它步骤，或者可以从所描述的流程中删除步骤，并且可以向所描述的系统添加组件或者从其中去除组件。因此，其它实施方式处于以下权利要求的范围之内。
另外的实施方式在以下的方面中加以概括：
示例1：一种近眼显示系统部件，包括：由用户所佩戴的头戴式显示设备，所述头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件针对至少一个目镜包括能够进行操作以第一方向定向的第一平坦滤镜叠片，所述第一平坦滤镜叠片包括至少一个涂覆以平坦分束层的表面；能够进行操作以第二方向定向的第二平坦滤镜叠片；以及适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向定向。
示例2：根据方面1所述的系统，其中所述第一平坦滤镜叠片邻接于所述第二平坦滤镜叠片并且被配置为叠放布置，其中：所述第一平坦滤镜叠片包括叠放在所述显示面板和第一四分之一波片之间的第一线性偏振器，所述第一四分之一波片叠放在所述第一线性偏振器和分束器之间；以及所述第二平坦滤镜叠片包括叠放在第二四分之一波片和偏振分束器之间的偏振分束器，所述第二四分之一波片叠放在所述分束器之后，所述偏振分束器叠放在所述第二四分之一波片和第二线性偏振器之间，其中所述第二线性偏振器邻接于至少一个折射透镜。
示例3：根据方面1或2所述的系统，其中所述显示面板被配置为邻接于所述光学部件的焦点进行定位以形成这样的显示面板的虚拟图像从而修改所述近眼显示系统的视场。
示例4：根据方面1至3中任一项所述的系统，其中所述光学部件进一步包括用于所述至少一个目镜的至少一个固定透镜，所述至少一个固定透镜邻接于所述第二平坦滤镜叠片被部署在所述头戴式显示设备中，并且适于接收源自所述图像投影设备并且通过所述光学部件朝向所述第二平坦滤镜叠片的图像内容。
示例5：根据方面1至4中任一项所述的系统，其中响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
示例6：一种用于近眼显示系统的滤光方法，所述方法包括：在显示面板处从显示器接收指引光通过第一滤镜叠片中的第一线性偏振器的光束，所述第一线性偏振器将所述光束传送至所述第一滤镜叠片中的第一四分之一波片中，所述光束在第一方向变为圆偏振并且进一步通过所述第一滤镜叠片中的分束器被传送，所述分束器能够进行操作以将至少一些所述光束传送至第二滤镜叠片中的第二四分之一波片；将所述光束的第一部分从所述第二四分之一波片传送至所述第二滤镜叠片中的偏振分束器以将所述第一部分变换为线性偏振光束，其中所述偏振分束器能够进行操作以将所述线性偏振光束的第二部分通过所述第二四分之一波片反射到所述分束器，所述第二部分在反射离开所述分束器之后在第二方向变为圆偏振；以及将所述第二部分从所述分束器通过所述第二四分之一波片并且通过所述偏振分束器，通过所述第二滤镜叠片中的第二线性偏振器，以及通过至少一个透镜进行传送，以向所述近眼显示系统的目镜提供折射图像。
示例7：根据方面6所述的方法，其中所述光束的所述第一部分与所述偏振分束器的通过状态正交，并且其中所述光束的所述第二部分与所述偏振分束器的所述通过状态平行。
示例8：根据方面6或7所述的方法，其中所述第一方向包括右手圆偏振并且所述第二方向包括左手圆偏振。
示例9：根据方面6至8中任一项所述的方法，其中来自所述显示器的至少一些所述光束从所述第一线性偏振器被送入所述第一四分之一波片，其中所述第一四分之一波片相对垂线大约45度进行座定，所述垂线对应于所述第一滤镜叠片的纵向边缘。
示例10：根据方面6至9中任一项所述的方法，其中所述第一滤镜叠片和所述第二滤镜叠片是平坦的非弯曲元件。
示例11：根据方面6至10中任一项所述的方法，其中所述第一线性偏振器和第二线性偏振器的轴线是正交的，并且其中所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的轴线是正交的。
示例12：根据方面6至11中任一项所述的方法，其中所述第一滤镜叠片和第二滤镜叠片不提供光学放大。
示例13：根据方面6至12中任一项所述的方法，其中所述分束器包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层并且执行大约50％的分束率，并且其中在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
示例14.一种系统，包括：用户所佩戴的交互式头戴式显示设备，所述交互式头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件包括至少一个目镜，至少一个折射透镜，能够进行操作以过滤和分束从所述图像投影设备所接收的光的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括第一线性偏振器以及第一四分之一波片上的分束涂层；
第二滤镜叠片，所述第二滤镜叠片包括第二四分之一波片、偏振分束器和第二线性偏振器，所述第二滤镜叠片能够进行操作以折叠所述至少一个折射透镜和所述图像投影设备之间的光学路径；适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板；以及用于处理图像内容以便在所述图像投影设备上显示的至少一个处理器。
示例15：根据方面14所述的系统，其中所述分束器包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层，所述分束器涂层能够进行操作以利用大约50％的分束率对光进行分束，并且其中在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
示例16：根据方面14或15所述的系统，其中所述第一滤镜叠片耦合至所述第二滤镜叠片并且被配置为叠放布置，所述叠放布置包括：能够以第一方向进行定向的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括至少一个平坦分束层；能够进行操作而以第二方向进行定向的第二平坦滤镜叠片；以及适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向进行定向。
示例17：根据方面14至16中任一项所述的系统，其中响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
示例18：根据方面14至17中任一项所述的系统，其中所述图像投影设备包括移动计算设备上的显示器，所述显示器是有机发光显示器(OLED)。
示例19：根据方面14至18中任一项所述的系统，其中所述图像投影设备包括移动计算设备上的显示器，所述显示器是液晶显示器(LCD)，并且其中所述第二滤镜叠片在没有线性偏振器的情况下进行配置。
示例20：根据方面14至19中任一项所述的系统，其中所述显示器是反射显示器并且包括硅基液晶(LCOS)显示器。

Claims (20)

1.一种近眼显示系统部件，包括：
适于由用户所佩戴的头戴式显示设备，所述头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件针对至少一个目镜包括：
能够进行操作以第一方向定向的第一平坦滤镜叠片，所述第一平坦滤镜叠片包括至少一个涂覆以平坦分束层的表面；
能够进行操作以第二方向定向的第二平坦滤镜叠片；以及
适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向定向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一平坦滤镜叠片邻接于所述第二平坦滤镜叠片并且被配置为叠放布置，其中：
所述第一平坦滤镜叠片包括叠放在所述显示面板和第一四分之一波片之间的第一线性偏振器，所述第一四分之一波片叠放在所述第一线性偏振器和分束器之间；以及
所述第二平坦滤镜叠片包括叠放在第二四分之一波片和偏振分束器之间的偏振分束器，所述第二四分之一波片叠放在所述分束器之后，所述偏振分束器叠放在所述第二四分之一波片和第二线性偏振器之间，
其中所述第二线性偏振器邻接于至少一个折射透镜。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述显示面板被配置为邻接于所述光学部件的焦点进行定位以形成这样的显示面板的虚拟图像从而修改所述近眼显示系统的视场。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述光学部件进一步包括用于所述至少一个目镜的至少一个固定透镜，所述至少一个固定透镜邻接于所述第二平坦滤镜叠片被部署在所述头戴式显示设备中，并且适于接收源自所述图像投影设备并且通过所述光学部件朝向所述第二平坦滤镜叠片的图像内容。
5.根据权利要求1所述的系统，其中响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
6.一种用于近眼显示系统的滤光方法，所述方法包括：
在显示面板处从显示器接收指引光通过第一滤镜叠片中的第一线性偏振器的光束，所述第一线性偏振器将所述光束传送至所述第一滤镜叠片中的第一四分之一波片中，所述光束在第一方向变为圆偏振并且进一步通过所述第一滤镜叠片中的分束器被传送，所述分束器能够进行操作以将至少一些所述光束传送至第二滤镜叠片中的第二四分之一波片；
将所述光束的第一部分从所述第二四分之一波片传送至所述第二滤镜叠片中的偏振分束器以将所述第一部分变换为线性偏振光束，其中所述偏振分束器能够进行操作以将所述线性偏振光束的第二部分通过所述第二四分之一波片反射到所述分束器，所述第二部分在反射离开所述分束器之后在第二方向变为圆偏振；以及
将所述第二部分从所述分束器通过所述第二四分之一波片并且通过所述偏振分束器，通过所述第二滤镜叠片中的第二线性偏振器，以及通过至少一个透镜进行传送，以向所述近眼显示系统的目镜提供折射图像。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光束的所述第一部分与所述偏振分束器的通过状态正交，并且其中所述光束的所述第二部分与所述偏振分束器的所述通过状态平行。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一方向包括右手圆偏振并且所述第二方向包括左手圆偏振。
9.根据权利要求6所述的方法，其中来自所述显示器的至少一些所述光束从所述第一线性偏振器被送入所述第一四分之一波片，其中所述第一四分之一波片相对垂线大约45度进行座定，所述垂线对应于所述第一滤镜叠片的纵向边缘。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一滤镜叠片和所述第二滤镜叠片是平坦的非弯曲元件。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一线性偏振器和第二线性偏振器的轴线是正交的，并且其中所述第一四分之一波片和所述第二四分之一波片的轴线是正交的。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一滤镜叠片和第二滤镜叠片不提供光学放大。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述分束器包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层并且执行大约50％的分束率，并且其中在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
14.一种系统，包括：
适于由用户所佩戴的交互式头戴式显示设备，所述交互式头戴式显示设备适于容纳图像投影设备和光学部件，所述光学部件包括至少一个目镜，
至少一个折射透镜；
能够进行操作以过滤和分束从所述图像投影设备所接收的光的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括第一线性偏振器以及第一四分之一波片上的分束涂层；
第二滤镜叠片，所述第二滤镜叠片包括第二四分之一波片、偏振分束器和第二线性偏振器，所述第二滤镜叠片能够进行操作以折叠所述至少一个折射透镜和所述图像投影设备之间的光学路径；
适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板；以及
用于处理图像内容以便在所述图像投影设备上显示的至少一个处理器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述分束器包括所述第一滤镜叠片上的部分镜面涂层，所述分束器涂层能够进行操作以利用大约50％的分束率对光进行分束，并且其中在所述显示器线性偏振的情况下所述第二部分的大约25％从所述分束器被传送至所述显示器，或者在所述显示器非偏振的情况下所述第二部分的大约12.5％从所述分束器被传送至所述显示器。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一滤镜叠片耦合至所述第二滤镜叠片并且被配置为叠放布置，所述叠放布置包括：
能够以第一方向进行定向的第一滤镜叠片，所述第一滤镜叠片包括至少一个平坦分束层；
能够进行操作而以第二方向进行定向的第二平坦滤镜叠片；以及
适于从所述图像投影设备接收图像内容的显示面板，其中所述显示面板适于以所述第二方向进行定向。
17.根据权利要求14所述的系统，其中响应于使所述显示面板相对所述头戴式显示设备的底部边缘的平面的法线方向从大约零至大约25度进行倾斜，所述第一平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第一方向发生倾斜，并且所述第二平坦滤镜叠片适于以相对所述显示面板的所述平面的法线方向从大约零到大约12.5度的角度以第二方向发生倾斜，而使得所述显示面板垂直于所述近眼显示系统的光学轴线被座定。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述图像投影设备包括移动计算设备上的显示器，所述显示器是有机发光显示器(OLED)。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述图像投影设备包括移动计算设备上的显示器，所述显示器是液晶显示器(LCD)，并且其中所述第二滤镜叠片在没有线性偏振器的情况下进行配置。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述显示器是反射显示器并且包括硅基液晶(LCOS)显示器。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109946837A (zh) * 2018-08-31 2019-06-28 华为技术有限公司 一种光学成像系统
CN111047798A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 东莞市万德光电科技有限公司 线型光斑透镜、线型光学装置及pos机光学扫描系统
CN111610630A (zh) * 2019-02-22 2020-09-01 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 一种显示光机及其方法和近眼显示设备
CN111929907A (zh) * 2020-09-25 2020-11-13 歌尔光学科技有限公司 图像显示结构和头戴显示设备
CN112470058A (zh) * 2018-08-07 2021-03-09 脸谱科技有限责任公司 头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器
CN112666708A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 业成科技（成都）有限公司 复合式光学装置及其制造方法
CN113866982A (zh) * 2021-09-24 2021-12-31 合肥视涯技术有限公司 一种近眼显示光学模组和vr显示设备

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10133074B2 (en) 2016-02-04 2018-11-20 Google Llc Compact near-eye display optics for higher optical performance
US11054648B2 (en) 2016-02-04 2021-07-06 Google Llc Compact near-eye display optics for higher optical performance
CN106253371A (zh) * 2016-07-29 2016-12-21 北京小鸟看看科技有限公司 一种头戴显示供电系统
CN106095007A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 北京小鸟看看科技有限公司 一种头戴显示设备
KR20180043072A (ko) * 2016-10-19 2018-04-27 삼성전자주식회사 렌즈 유닛 및 이를 포함하는 투시형 디스플레이 장치
CN108107572B (zh) * 2016-11-25 2020-07-14 中强光电股份有限公司 近眼显示装置
US20180157320A1 (en) * 2016-12-01 2018-06-07 Oculus Vr, Llc Air spaced optical assembly with integrated eye tracking
US11042039B1 (en) * 2016-12-20 2021-06-22 Facebook Technologies, Llc Varifocal display with actuated reflectors
US10310598B2 (en) 2017-01-17 2019-06-04 Facebook Technologies, Llc Varifocal head-mounted display including modular air spaced optical assembly
US10520742B1 (en) * 2017-02-13 2019-12-31 Facebook Technologies, Llc Beamsplitter assembly for eye tracking in head-mounted displays
US10545347B2 (en) 2017-02-23 2020-01-28 Google Llc Compact eye tracking using folded display optics
US10698257B2 (en) * 2017-03-16 2020-06-30 Facebook Technologies, Llc Liquid crystal display backlight utilizing reflective stack
KR102500505B1 (ko) * 2017-09-20 2023-02-16 삼성디스플레이 주식회사 헤드 마운트 표시 장치
CN207937699U (zh) * 2017-09-30 2018-10-02 北京蚁视科技有限公司 一种反射式混合显示装置
US11256667B2 (en) 2017-10-26 2022-02-22 Druva Inc. Deduplicated merged indexed object storage file system
US11243397B2 (en) * 2018-05-18 2022-02-08 Facebook Technologies, Llc Optical assembly with polarization volume holographic element
US10670861B2 (en) 2018-06-04 2020-06-02 Facebook Technologies, Llc Optical assembly with waveplate configuration for ghost image reduction
CN110161692A (zh) 2018-07-16 2019-08-23 上海视涯信息科技有限公司 一种虚拟现实显示装置
US10642048B2 (en) * 2018-08-07 2020-05-05 Facebook Technologies, Llc Reflective circular polarizer for head-mounted display
US11885959B1 (en) * 2018-08-31 2024-01-30 Apple Inc. Optical system with ghost image mitigation
WO2020072635A1 (en) * 2018-10-02 2020-04-09 Gary Sharp Innovations, Llc Polarization folded path device with complementary angle filtering
CN109188700B (zh) * 2018-10-30 2021-05-11 京东方科技集团股份有限公司 光学显示系统及ar/vr显示装置
US11579425B1 (en) 2019-08-05 2023-02-14 Meta Platforms Technologies, Llc Narrow-band peripheral see-through pancake lens assembly and display device with same
US11586024B1 (en) * 2019-08-05 2023-02-21 Meta Platforms Technologies, Llc Peripheral see-through pancake lens assembly and display device with same
US11726336B2 (en) 2019-09-10 2023-08-15 Meta Platforms Technologies, Llc Active zonal display illumination using a chopped lightguide
US11592608B2 (en) 2019-09-10 2023-02-28 Meta Platforms Technologies, Llc Switchable polarization retarder array for active zonal illumination of display
US11391948B2 (en) 2019-09-10 2022-07-19 Facebook Technologies, Llc Display illumination using a grating
US10989928B2 (en) 2019-09-17 2021-04-27 Facebook Technologies, Llc Thin see-through pancake lens assembly and display device including the same
KR20210082908A (ko) * 2019-12-26 2021-07-06 엘지디스플레이 주식회사 전계 발광 표시 장치
US11243399B2 (en) * 2020-01-31 2022-02-08 Microsoft Technology Licensing, Llc Head mounted display device with double faceted optics
US11435503B2 (en) * 2020-01-31 2022-09-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Head mounted display device with double faceted optics
US11656500B2 (en) 2020-06-10 2023-05-23 Meta Platforms Technologies, Llc Switchable multilayer cholesteric liquid crystal reflective polarizer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3682532A (en) * 1971-02-03 1972-08-08 Singer Co Optical system to reduce image to lens distance by polarization control
US6144439A (en) * 1997-07-29 2000-11-07 Kaiser Electro-Optics, Inc. Method and apparatus for reducing ghost images with a tilted cholesteric liquid crystal panel
US6400493B1 (en) * 1999-10-26 2002-06-04 Agilent Technologies, Inc. Folded optical system adapted for head-mounted displays
US20020159150A1 (en) * 2001-04-26 2002-10-31 King William B. Wide-angle collimating optical device
CN1930511A (zh) * 2003-11-26 2007-03-14 吕勒公司 用于真实世界模拟的改进的准直光学元件

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3940203A (en) * 1975-04-01 1976-02-24 Farrand Optical Co., Inc. Image-forming apparatus
US4093347A (en) * 1976-05-10 1978-06-06 Farrand Optical Co., Inc. Optical simulation apparatus using controllable real-life element
US4867551A (en) 1988-07-11 1989-09-19 Perera Kalukapuge T Display projection optical system for spectacles or sunglasses
WO1999023524A1 (en) * 1997-10-30 1999-05-14 The Microoptical Corporation Eyeglass interface system
US6271969B1 (en) 1998-12-11 2001-08-07 Agilent Technolgoies, Inc. Folded optical system having improved image isolation
US8472120B2 (en) 2010-02-28 2013-06-25 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses with a small scale image source
US8477425B2 (en) 2010-02-28 2013-07-02 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses including a partially reflective, partially transmitting optical element
US9134534B2 (en) 2010-02-28 2015-09-15 Microsoft Technology Licensing, Llc See-through near-eye display glasses including a modular image source
US8488246B2 (en) 2010-02-28 2013-07-16 Osterhout Group, Inc. See-through near-eye display glasses including a curved polarizing film in the image source, a partially reflective, partially transmitting optical element and an optically flat film
CN102402005B (zh) 2011-12-06 2015-11-25 北京理工大学 自由曲面双焦面单目立体头盔显示器装置
US9880325B2 (en) 2013-08-14 2018-01-30 Nvidia Corporation Hybrid optics for near-eye displays
KR20160143748A (ko) 2014-04-09 2016-12-14 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 결합기로서 펠리클을 갖는 근안 디스플레이 시스템
US9507066B2 (en) * 2014-06-30 2016-11-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Eyepiece for near eye display system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3682532A (en) * 1971-02-03 1972-08-08 Singer Co Optical system to reduce image to lens distance by polarization control
US6144439A (en) * 1997-07-29 2000-11-07 Kaiser Electro-Optics, Inc. Method and apparatus for reducing ghost images with a tilted cholesteric liquid crystal panel
US6400493B1 (en) * 1999-10-26 2002-06-04 Agilent Technologies, Inc. Folded optical system adapted for head-mounted displays
US20020159150A1 (en) * 2001-04-26 2002-10-31 King William B. Wide-angle collimating optical device
CN1930511A (zh) * 2003-11-26 2007-03-14 吕勒公司 用于真实世界模拟的改进的准直光学元件

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112470058A (zh) * 2018-08-07 2021-03-09 脸谱科技有限责任公司 头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器
CN109946837A (zh) * 2018-08-31 2019-06-28 华为技术有限公司 一种光学成像系统
WO2020042576A1 (zh) * 2018-08-31 2020-03-05 华为技术有限公司 一种光学成像系统
CN109946837B (zh) * 2018-08-31 2020-06-16 华为技术有限公司 一种光学成像系统
CN111610630A (zh) * 2019-02-22 2020-09-01 舜宇光学（浙江）研究院有限公司 一种显示光机及其方法和近眼显示设备
CN111047798A (zh) * 2019-11-29 2020-04-21 东莞市万德光电科技有限公司 线型光斑透镜、线型光学装置及pos机光学扫描系统
CN111929907A (zh) * 2020-09-25 2020-11-13 歌尔光学科技有限公司 图像显示结构和头戴显示设备
CN111929907B (zh) * 2020-09-25 2021-07-30 歌尔光学科技有限公司 图像显示结构和头戴显示设备
CN112666708A (zh) * 2020-12-24 2021-04-16 业成科技（成都）有限公司 复合式光学装置及其制造方法
CN113866982A (zh) * 2021-09-24 2021-12-31 合肥视涯技术有限公司 一种近眼显示光学模组和vr显示设备

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US20170227777A1 (en) 2017-08-10
WO2017136042A1 (en) 2017-08-10

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