CN111417883B - 光学设备对准方法 - Google Patents

Abstract

在一种方法中，将与照明棱镜组件对准的显示源沿着移位轴移位以调节显示源与准直棱镜组件之间的距离。在垂直于移位轴的平面中一致地平移显示源、照明棱镜组件和照明模块。在另一种方法中，将光学设备的部件以已知取向耦接到机械组件。机械组件具有已知方向的测试图案。将图像传感器与测试图案对准，并且图像传感器捕获测试图案的图像。分析所捕获的图像以确定测试图案的估计取向。基于测试图案的已知取向与测试图案的估计取向之间的比较来调节图像传感器的取向参数。

Description

光学设备对准方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月3日提交的美国临时专利申请第62/593,945号的优先权，上述申请的公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于对准光学设备和系统的方法和设备。

背景技术

在图像投影光学设备——更具体地为微显示器投影仪——的制造和组装期间，需要将光学设备的光学部件对准和聚焦并且使光学部件与光学设备相关联以实现最佳性能。在Lumus有限公司的美国专利第7,643,214号中公开了微显示器投影仪的示例，其中，显示源和准直光学器件被组装到微显示器投影仪中。与待投射图像对应的光波通过微显示器投影仪耦入光导光学元件(LOE)，该微显示器投影仪可以被放置在LOE的边缘处，并且可以被配置在眼镜中例如嵌入在眼镜的镜腿处，或者附接到头戴式显示装置上。耦入的光波通过全内反射被引导通过LOE，并且通过一个或更多个部分反射表面耦出LOE作为图像光波并进入用户(即，观看者)的眼睛(或双眼)中。

在常规的聚焦和对准方法中，微显示器投影仪的各光学部件通过移位和平移相对于彼此移动。然而，这种移位和平移经常导致显示源与微显示器投影仪的其他主要部件未对准，从而导致照明均匀性降低。另外，常规的聚焦和对准过程通常依赖于图像传感器(即，相机)，该图像传感器捕获与由微显示器投影仪投射的光波对应的图像。使用美国专利第7,643,214号中公开的LOE和微显示器投影仪的示例，常规的聚焦和对准过程将需要独立地移动微显示器投影仪的显示源以聚焦和对准微显示器投影仪的部件，将来自微显示器投影仪的光波耦入LOE，并且捕获耦出LOE的光波作为图像。然而，图像传感器与微显示器投影仪未对准可能导致微显示器投影仪的部件未对准。具体地，如果图像传感器围绕主轴(例如，光轴)旋转，则显示源最终将与微显示器投影仪的其他部件不能正确地对准。例如，如在立体视觉系统中使用的那样，当使用两个光学系统(即，两个微显示器投影仪和两个LOE)并且针对用户的每只眼睛布置一个光学系统时，这是个具体问题。如果每个光学系统的微显示器投影仪未正确对准，则每个显示源将以不同的旋转角度提供图像，导致立体图像不正确。

发明内容

本发明涉及用于执行光学设备和系统的对准的方法。

根据本发明的实施方式的教导，提供了一种用于将光学设备的部件对准和聚焦的方法。该方法包括：将显示源沿着移位轴移位以调节显示源与准直棱镜组件之间的距离，将显示源和照明模块与照明棱镜组件对准，使得由照明模块发射的光波经由照明棱镜组件到达显示源处；以及在垂直于移位轴的平面中一致地平移显示源、照明棱镜组件和照明模块。

可选地，平移包括：将显示源、照明棱镜组件和照明模块作为单个单元一起移动。

可选地，移位包括：将显示源、照明棱镜组件和照明模块作为单个单元一起移动，以调节照明棱镜组件与准直棱镜组件之间的间隙的大小。

可选地，将显示源与照明棱镜组件对准，以在显示源与照明棱镜组件之间产生间隙。

可选地，移位包括：移动显示源以调节显示源与照明棱镜组件之间的间隙的大小。

可选地，该方法还包括：将显示源机械耦接到照明棱镜组件。

可选地，该方法还包括：将照明模块机械耦接到照明棱镜组件。

可选地，该方法还包括：将显示源机械耦接到照明棱镜组件。

可选地，该方法还包括：将准直棱镜组件机械耦接到照明棱镜组件。

可选地，将显示源和照明模块与照明棱镜组件对准，使得显示源沿着照明棱镜组件的光轴的第一分量被定位，并且使得照明模块沿着照明棱镜组件的光轴的第二分量被定位，该第二分量与第一分量正交。

可选地，显示源和照明模块机械耦接到照明棱镜组件的正交表面。

可选地，准直棱镜组件和照明模块机械耦接到照明棱镜组件的正交表面。

可选地，该方法还包括：将显示源、照明模块和准直棱镜组件中的至少一个机械耦接到照明棱镜组件。

可选地，机械耦接包括：在准直棱镜组件和照明棱镜组件之间粘合一个或更多个玻璃板。

可选地，光学设备的部件包括电子显示源、照明模块、照明棱镜组件和准直棱镜组件，并且机械耦接包括：在光学设备的部件中的至少两个部件之间布置凝胶。

可选地，该方法还包括：将照明棱镜组件和照明模块以已知取向机械耦接到机械组件，该机械组件包括处于已知取向的测试图案；当图像传感器被定位在使图像传感器与测试图案对准的第一位置处时，捕获测试图案的图像；分析所捕获的图像以确定测试图案的估计取向；基于测试图案的已知取向与测试图案的估计取向之间的比较来调节图像传感器的取向参数；以及当图像传感器位于使图像传感器与光学设备对准的第二位置处时，捕获由光学设备投射的图像。

根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种用于对准光学设备的部件的方法。该方法包括：将显示源、照明模块和照明棱镜组件沿着移位轴移位以调节照明棱镜组件与准直棱镜组件之间的间隙的大小，将显示源和照明模块与照明棱镜组件对准，使得由照明模块发射的光波经由照明棱镜组件到达显示源处；以及在垂直于移位轴的平面中一致地平移显示源、照明棱镜组件和照明模块。

根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种用于将图像传感器与光学设备对准的方法。该方法包括：将光学设备的至少一个部件以已知取向机械耦接到机械组件，机械组件具有处于已知取向上的测试图案；当图像传感器位于使图像传感器与测试图案对准的第一位置处时，捕获测试图案的图像；分析所捕获的图像以确定测试图案的估计取向；以及基于测试图案的已知取向与测试图案的估计取向之间的比较来调节图像传感器的取向参数。

可选地，该方法还包括：当图像传感器位于使图像传感器与光学设备对准的第二位置处时，捕获由光学设备投射的图像。

可选地，光学设备包括图像投影设备和光波透射基板，方法还包括：将与由图像投影设备投射的图像对应的光波耦入光波透射基板；将所耦入的光波耦出基板作为图像光波；以及当图像传感器位于使图像传感器与光波透射基板对准的第二位置处时，使用图像传感器捕获图像光波。

可选地，图像传感器的取向参数包括围绕图像传感器的主轴的旋转角度。

可选地，测试图案相对于参考轴竖直定向。

可选地，测试图案相对于参考轴水平定向。

可选地，测试图案相对于参考轴以倾斜的角度取向。

可选地，测试图案的取向由至少一个取向参数限定，并且测试图案的至少一个取向参数包括测试图案相对于参考轴的角位置。

可选地，测试图案被形成为机械组件中的孔。

可选地，该方法还包括：照射测试图案。

可选地，该方法还包括：在捕获测试图案的图像之前，将图像传感器移动到第一位置；以及在捕获测试图案的图像之后，将图像传感器移动到第二位置。

可选地，光学设备至少包括显示源、照明模块、照明棱镜组件和准直棱镜组件。

可选地，该方法还包括：将照明模块和显示源与照明棱镜组件对准，使得由照明模块发射的光波经由照明棱镜组件到达显示源处；使显示源沿着移位轴移位以调节显示源与准直棱镜组件之间的距离；以及在垂直于移位轴的平面中一致地平移显示源、照明棱镜组件和照明模块。

除非本文中另有限定，否则本文中使用的所有技术术语和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于实践或测试本发明的实施方式，但是下文描述了示例性方法和/或材料。如有冲突，专利说明书包括定义将进行控制。另外，材料、方法和实施方式仅是说明性的，并非一定旨在限制。

附图说明

在本文中参照附图，仅通过举例的方式描述了本发明的一些实施方式。通过详细地具体参照附图，要强调的是，所示的细节是以举例的方式并且出于对本发明的实施方式进行说明性论述的目的。在这方面，照附图进行的描述使得本领域技术人员清楚可以如何实践本发明的实施方式。

现在将注意力转向附图，在附图中，相同的数字或字符指示对应或相同的部件。在附图中：

图1是示出在可以执行本公开内容的实施方式的示例环境中布置的至少图像投影光学设备、LOE、对准模块、图像传感器和机械组件的示意性表示的俯视图；

图2是示出可以在图1的示例环境中布置的具有电子显示源、照明模块、照明棱镜组件和准直棱镜组件的图像投影光学设备的部件的示意性表示的剖面图；

图3A是类似于图2的剖视图，图3A示出了根据本公开内容的实施方式的以间隔关系布置的照明棱镜组件和准直棱镜组件；

图3B是类似于图3A的剖视图，图3B示出了根据本公开内容的实施方式的相对于准直棱镜组件移位的电子显示源、照明模块和照明棱镜组件；

图3C是类似于图3B的剖视图，图3C示出了根据本公开内容的实施方式的相对于准直棱镜组件平移的电子显示源、照明模块和照明棱镜组件；

图4A是类似于图3A的剖视图，图4A示出了根据本公开内容的实施方式的以间隔关系布置的电子显示源、照明棱镜组件和准直棱镜组件；

图4B是类似于图4A的剖视图，图4B示出了根据本公开内容的实施方式的相对于照明棱镜组件移位的电子显示源；

图5是示出根据本公开内容的实施方式的用于执行图像投影光学设备的部件的聚焦和对准的处理的流程图；

图6是示出根据本公开内容的实施方式的用于执行图像传感器的取向对准的对准模块的示意性表示的剖面图；

图7A和图7B是类似于图1的俯视图，图7A和图7B示出了根据本公开内容的实施方式的被布置成分别与对准模块和LOE对准的图像传感器；

图8是根据本公开内容的实施方式的对准模块的狭缝的示意性表示，该狭缝以相对于图像传感器的运动轴的角度布置；

图9是根据本公开内容的实施方式的由图像传感器捕获的狭缝的图像以及在图像的各个边缘处的采样点的示意性表示；

图10是根据本公开内容的实施方式的在图9的图像的各个边缘处的拟合线的示意性表示；

图11是示出根据本公开内容的实施方式的用于执行图像传感器的取向对准的处理的流程图；

图12是根据本公开内容的实施方式的链接到图像传感器和显示监视器的用于执行图5和图11中所示的处理的一个或更多个步骤的示例性处理系统的示例架构的框图；

图13是示出可以用于执行本公开内容的实施方式的机械组件的示意性表示的等距视图；

图14是根据本公开内容的实施方式的机械组件的子组件的等距视图，该子组件附接到图像投影光学设备的部件。

图15是根据本公开内容的实施方式的链接到处理系统的示例性控制系统的示例架构的框图，该处理系统用于执行图5和图11中所示的处理的一个或更多个步骤；以及

图16是示出根据本公开内容的实施方式的LOE的实现方式的示意性表示的剖面图。

具体实施方式

本发明涉及用于执行光学设备和系统的对准的方法。

参照附图描述，可以更好地理解根据本发明的方法的原理和操作。

在详细说明本发明的至少一个实施方式之前，应理解，本发明在其应用中不一定限于在下面的描述中阐述的和/或在附图和/或示例中说明的方法和/或部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施方式或者能够以各种方式实践或实施。最初，在整个文档中，引用了诸如上下、顶部和底部、左侧和右侧等方向。这些方向性参考仅是示例性的，其用于说明本发明及其实施方式。

概述

现在参照附图，图1示出了在可以执行本公开内容的实施方式的示例环境1中布置的图像投影光学设备10、LOE 70、对准模块80、图像传感器90和显示监视器100的俯视图的示意性表示。环境1可以是例如具有各种类型的光学、机械和电子测试设备的光学实验室测试台。

环境1包括机械组件60，图像投影光学设备10连同LOE 70一起机械附接至机械组件60。机械组件60包括一个或更多个附接机构，所述一个或更多个附接机构将LOE 70保持在固定且已知的取向上。使用经校准的光学测试设备将LOE 70布置在固定且已知的取向上，以确保LOE 70的正确布置。对准模块80也以固定且已知的取向附接到机械组件60。滑动装置66将图像传感器(即，相机)90附接到机械组件60。滑动装置66使图像传感器90能够在对准模块80与LOE 70之间滑动。滑动装置66的第一部分(即，基部)沿着布置在机械组件60的主要部分上的轨道滑动。图像传感器90经由机械子组件在第二部分(即，距基部远的部分)处机械附接到滑动装置66。机械子组件可以被实施为例如具有允许旋转三个自由度的一个或更多个接头的平台。

例如，被实现为液晶显示器(LCD)等的显示监视器100经由接口连接102连接到图像传感器90。接口连接102可以被实现为例如连接到图像传感器90和显示监视器100的相应输入/输出端口的电缆。显示监视器100可操作为显示由图像传感器90捕获的图像，以供环境1的用户或操作者查看。显示监视器100可以用作图像传感器90的取景器，以使用户或操作者能够看到由图像传感器90捕获的图像响应于对机械组件60的各种部件进行的用户启动的机械调节的变化。

机械组件60可以包括一个或更多个子组件，每个子组件被配置成用于保持不同的光学和/或机械部件。在某些实施方式中，机械组件60包括至少三个主要子组件，即第一子组件61、第二子组件63和第三子组件65。第一子组件61保持图像投影光学设备10的部件并且将图像投影光学设备10的部件附接到机械组件60。第二子组件63保持LOE 70并且将LOE70附接到机械组件60。子组件61、63被布置成允许图像投影光学设备10和LOE 70的协作定位，使得由图像投影光学设备10产生的光波耦入LOE 70。第三子组件65保持对准模块80并且将对准模块80附接到机械组件60。

子组件61、63、65可以以各种方式实施，包括但不限于支架布置、夹持布置以及销/螺钉布置。在某些实施方式中，第一子组件61可以被布置成保持电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16，而第二子组件63可以被布置成保持LOE 70和准直棱镜组件18。机械组件60和对应的子组件61、63、65分别被布置成保持图像投影光学设备10、LOE 70和对准模块80的部件的对准和取向。应注意，子组件61、63、65——特别是第一子组件61——可以包括一个或更多个子部件，以允许对由子组件保持的部件的定位进行受控调节。将在本公开内容的后续部分中详细描述这种受控调节。

一般而言，本公开内容的实施方式涉及两阶段对准(即，校准)处理。在被称为聚焦和对准阶段的一个阶段中，图像投影光学设备10的各个部件被聚焦和对准，使得图像投影光学设备10在LOE 70的输出处产生清晰且聚焦的图像。通过以下来执行聚焦和对准：移动图像投影光学设备10的子部件，同时评估由图像传感器90在LOE 70的输出处捕获的图像的图像质量度量，直到满足某些性能标准为止。在执行聚焦和对准阶段的步骤之前，图像传感器90被聚焦到无限远并且在LOE 70的对面(即，与LOE 70对准地)被定位在距LOE 70的良视距(例如，18毫米)处，并且优选地在眼睛运动框内，以能够捕获耦出LOE 70的图像光波。眼睛运动框是其中眼睛(或图像传感器90)具有耦出LOE 70的图像光线的完整视场(FOV)的二维区域，其对应于由图像投影光学设备10生成的耦入LOE 70的整个输入图像。以这种方式，当使用光学设备/系统(即，LOE 70连同图像投影光学设备10)时，例如当观看者佩戴其中嵌入有图像投影光学设备10和LOE 70的眼镜时，图像传感器90用作人眼，并且显示在显示监视器100上的图像用作观看者的眼睛会看到的图像。

在被称为取向对准阶段的另一阶段中，调节图像传感器90的取向以与对准模块80的取向对准，对准模块80的取向与LOE 70的对准取向相关联。图像传感器90与对准模块80的对准允许适当地执行其中图像投影光学设备10的部件被对准和聚焦的聚焦和对准阶段。

在继续参照图1的情况下，现在参照图2，图2是示出要执行根据本公开内容的实施方式的聚焦和对准方法的图像投影光学设备10的非限制性示例的部件的示意性表示的剖面图。一般而言，图像投影光学设备10包括电子显示源12、照明模块14、照明棱镜组件16和准直棱镜组件18。在非限制性实施方式中，电子显示源12被实现为硅基液晶(LCoS)微显示器。

照明模块14包括光源并且被配置成透射光以照明电子显示源12的图像区域。照明模块14可以以各种方式实现，并且可以是偏振或非偏振光源。照明模块14的光源的非限制性实现方式的示例包括但不限于：发光二极管(LED)；用于颜色混合的具有红绿蓝(RGB)LED的光管；多个LED，各自发射不同颜色，与二向色镜的组合用于颜色混合；二极管激光器；以及多个二极管激光器，各自发射不同颜色，与二向色镜的组合用于颜色混合。

根据某些非限制性实施方式，例如图2中所示的实施方式，照明模块14的光源是偏振光源，更具体地是产生s偏振光波的光源。照明棱镜组件16通过照明棱镜组件16的第一棱镜20的透光表面32接收来自照明模块14的s偏振光波。所接收的s偏振光波被p偏振透射偏振分束器24(其透射p偏振光并反射s偏振光)反射并且通过第一棱镜20的透光表面34而朝向电子显示源12耦出照明棱镜组件16。偏振分束器24被定位在照明棱镜组件16的第一棱镜20的倾斜边缘与第二棱镜22的倾斜边缘之间。响应于在电子显示源的图像区域处接收的s偏振光波的照射，电子显示源12被激励(即，激活)以生成从电子显示源12的有效像素发出的形式为p偏振光波的对应的像素输出。来自电子显示源12的p偏振光波通过透光表面34耦入照明棱镜组件16并且穿过偏振分束器24。然后，p偏振光波通过第二棱镜22的透光表面36并且朝向准直棱镜组件18耦出照明棱镜组件16。

在耦入准直棱镜组件18之前，光波可以穿过半波长延迟板(未示出)以将p偏振光波转换成s偏振光波。

根据某些非限制性实现方式，例如图2中所示的实现方式，s偏振光波通过准直棱镜组件18的第一棱镜26的透光表面38耦入准直棱镜组件18。耦入的s偏振光波被p偏振透射偏振分束器30(其透射p偏振光并反射s偏振光)反射，偏振分束器30被定位在准直棱镜组件18的第一棱镜26的倾斜边缘与第二棱镜28的倾斜边缘之间。虽然未在图中示出，但是准直透镜可以连同四分之一波长延迟板一起被定位在棱镜26、28的相对的透光表面40、42处，使得作用以使最终离开准直棱镜组件18的光波准直。因此，被偏振分束器30反射的s偏振光波通过透光表面40耦出准直棱镜组件18，穿过四分之一波长延迟板，被准直透镜反射，返回再次穿过四分之一波长延迟板(从而将光波转换成p光波)，并且通过透光表面40重新进入准直棱镜组件18。然后，p偏振光波穿过偏振分束器30，通过透光表面42耦出准直棱镜组件18，穿过四分之一波长延迟板，被准直透镜反射，返回再次穿过四分之一波长延迟板(从而将光波转换成s偏振光波)，并且通过透光表面42重新进入准直棱镜组件18。现在的s偏振光波被偏振分束器30反射并且通过第二棱镜28的透光表面44耦出准直棱镜组件18，此处s偏振光波可以耦入透光基板(例如，LOE)，并且最终从基板耦出到观看者的眼睛中。光波的耦入可以经由耦入光学表面(例如，楔形棱镜或成角度的反射表面)来实现，该耦入光学表面与准直棱镜组件18和LOE输入接口。

注意，对于在上述示例中遵循特定偏振波路径的每个实例，偏振是可互换的。换言之，在改变偏振分束器的取向时，每个所提及的p偏振光可以用s偏振光代替，反之，每个所提及的s偏振光也可以用p偏振光代替。因此，在上述示例中，照明棱镜组件16和准直棱镜组件18中的特定分束器的具体使用不旨在是限制性的，而是出于说明的目的提供的，以更好地描述图像投影光学设备10的操作。

还要注意，上述照明棱镜组件16和准直棱镜组件18的棱镜的透光表面通常是平面表面。应当清楚的是，透光表面34、36、38、44彼此平行(即，处于平行平面中)并且与透光表面32正交。

尽管应当注意，在图2中，图像投影光学设备10的部件不一定按比例绘制，但是从图2中应清楚的是，电子显示源12、照明模块14、照明棱镜组件16和准直棱镜组件18未对准，导致电子显示源12的照明不均匀，并最终导致不均匀和散焦的图像。因此，应当执行对图像投影光学设备10的主要部件的聚焦和对准，以确保电子显示源12的照明的均匀性。以下段落详细描述了聚焦和对准阶段。

聚焦和对准阶段

现在参照图3A至图3C，图3A至图3C是根据本公开内容的实施方式的图像投影光学设备10的部件的聚焦和对准。在图3A中，照明棱镜组件16相对于准直棱镜组件18以间隔关系布置，使得在照明棱镜组件16与准直棱镜组件18之间产生并提供间隙46。间隙46的尺寸被测量为透光表面36、38之间的最短距离(即，沿着垂直于透光表面36、38并由透光表面36、38界定的线的距离)。在某些实施方式中，间隙46是被实现为气隙的空间间隙，而在其他实施方式中，间隙46被实现为布置在透光表面36、38之间的透光凝胶。在又一实施方式中，间隙46被实现为气隙和光学部件的组合，该光学部件例如是光学地附接到准直棱镜组件18的透光表面38的透镜。

间隙46的初始尺寸可以根据图像投影光学设备10的部件最初如何被组装而变化。在通常的配置中，间隙46的尺寸小于1毫米，并且在常见的实现方式中约为0.5毫米。在图3A中，初始间隙的尺寸(即宽度)被表示为W_G。照明模块14在透光表面32处机械附接到照明棱镜16。机械附接经由对准机构进行，在某些实施方式中，对准机构是机械组件60的第一子组件61的子部件。对准机构还使照明模块14与图像投影光学设备10的标称光轴对准。

一般而言，图像投影光学设备10的光轴部分地由照明棱镜组件16限定并且还部分地由准直棱镜组件18限定。图像投影光学设备10的光轴包括多个分量，所述多个分量如图3A所示，包括光轴的第一分量48a以及光轴的与第一分量48a正交的第二分量48b。第一分量48a垂直于透光表面32所在的平面，第二分量48b垂直于透光表面34所在的平面。

这样，上述对准机构将照明模块14与光轴的第一分量48a对准。电子显示源12经由对准机构与第二分量48b对准。可以使用相同的对准机构来对准电子显示源12和照明模块14。替选地，对准电子显示源12的对准机构可以是第一子组件61的子部件，该子部件是与对准照明模块14的对准机构的不同的子部件。

电子显示源12和照明模块14与照明棱镜组件16对准，使得由照明模块14发射的光波被偏振分束器24反射并且到达电子显示源12的图像区域，以均匀地照明电子显示源12。电子显示源12的图像区域通常位于电子显示源12的前部的中心区域(即，LCoS的中心)处。电子显示源12的对准可以包括：使电子显示源12围绕X轴和/或Y轴和/或Z轴适度地倾斜或旋转。

电子显示源12可以(例如经由光学粘合剂)附接到第一棱镜20的透光表面34。替选地，电子显示源12可以被机械地保持在靠近第一棱镜20的透光表面34的位置处，其中在电子显示源12与第一棱镜20的透光表面34之间设置有或不设置有气隙。电子显示源12可以由第一子组件61的子部件机械地保持。

电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16作为单个单元50(即，通过虚线划分界限的第一子组件61的单个机械单元)沿着移位轴被一致地移位(即，偏移)，该移位轴与第二分量48b共线，在图3A至图3C中移位轴是Z轴。等效地，移位沿着垂直于第一棱镜20的透光表面34的线发生。移位动作有效地使电子显示源12更靠近或更远离准直棱镜组件18移动，从而调节电子显示源12与准直棱镜组件18之间的最短线性距离。图3A中用D表示的线性距离是由照明棱镜16的布置引入的间隙46的尺寸的直接函数。具体地，线性距离D近似等于间隙宽度W_G、照明棱镜组件16的宽度(即，透射表面34与36之间的最短距离)以及电子显示源的前面板与照明棱镜组件16之间的距离之和。在电子显示源12被粘合到第一棱镜20的透光表面34的实施方式中，电子显示源的前面板与照明棱镜组件16之间的距离近似等于用于将电子显示源12附接到透光表面34的光学粘合剂的层厚度。

随着线性距离的改变，间隙46的尺寸也改变，图像投影光学设备10的焦平面的位置也改变。随着焦平面的位置的改变，由图像投影光学设备10投射的并且在LOE 70的输出处由图像传感器90捕获的图像的焦点也改变。在评估捕获图像的图像质量度量——更具体地评估聚焦质量的同时执行移位动作，并且移位动作被执行直到实现捕获图像的最佳聚焦为止。可以例如经由图像处理技术和方法(由计算机化处理器例如图像处理器执行)来评估图像的图像质量度量(即，聚焦质量)，以提供为了获得最佳聚焦所需的(即，电子显示源12与准直棱镜组件18之间的)距离调节的指示。例如，图像处理技术可以包括：评估图像传感器90的检测器处的调制传递函数(MTF)。替选地或者结合图像处理技术，可以由环境1的操作者通过观察显示在显示监视器100上的来自图像传感器90的图像，在视觉上评估聚焦质量。因此，当操作者使电子显示源12移位以调节焦平面的位置时，MTF和/或显示在显示监视器100上的图像的焦点改变。继续使电子显示源12移位，直到焦平面处于MTF指示图像已聚焦和/或操作者在显示监视器100上观看到聚焦的图像的位置处。

图3B示出了在线性移位以实现最佳聚焦之后的电子显示源12、照明模块14和照明棱镜16，其中，作为将单个单元50移动得更接近于准直棱镜组件18的结果，间隙46的尺寸减小到小于W_G的值。在图3B中，在实现最佳聚焦之后的间隙46的尺寸表示为W_F。

一旦适当地调节了电子显示源12与准直棱镜组件18之间的距离以确保最佳聚焦，就对单元50进行平移。单元50相对于准直棱镜组件18的透光表面38并且在垂直于移位轴的平面——在图3A至图3C中为XY平面——中平移。换言之，单元50在平行于透光表面34、36、38的平面的平面中平移。单个单元50在XY平面中的平移运动在没有旋转的情况下执行(即，没有关于移位轴(即，Z轴)或X轴或Y轴的旋转)。执行平移以保持电子显示源12和照明模块14与照明棱镜组件16对准，并且保持光学系统(即，图像投影光学设备10与LOE 70之间)的视线(LoS)。在本文档的上下文中，术语“LoS”通常是指LOE 70输出图像的适当的各个像素与电子显示源12的图像区域的有效像素之间存在对应关系的情况。当保持LoS时，图像传感器90当在眼睛运动框中被定位在良视距处时捕获由LOE 70投射的整个图像(即，全FOV)。例如，如果单元50从准直棱镜组件18平移偏移超过允许量，则可能无法实现LoS。在这种情况下，即使当图像传感器90在眼睛运动框内时，源图像的一些像素(即，来自电子显示源12)也可能无法到达LOE 70输出，其结果是当在显示监视器100上观看LOE 70输出图像时(或等效地，当图像光波耦出LOE 70并进入观看者的眼睛时)可能表现出截止图像。

图3C示出了在XY平面中平移运动之后的图像投影光学设备10的部件。LoS可以通过(由计算机化处理器例如图像处理器执行的)图像处理技术来评估，或者可以由用户通过查看显示在显示监视器100上的由图像传感器90捕获的来自LOE 70的输出图像在视觉上评估。例如，当用户在显示监视器100上观看LOE 70输出图像时，可以在XY平面中平移单元50，直到实现了与期望的LoS对应的适当的像素匹配为止。通过将电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16作为单个单元一起平移，保持了照明模块14(经由照明棱镜组件16)对电子显示源12的均匀照明。这样，电子显示源12的中心在XY平面中的平移运动的整个持续时间内被照明。

在单个单元50的平移运动完成之后，照明棱镜组件16和准直棱镜组件18可以在透光表面36、38处例如经由光学粘合剂彼此光学附接。结果，图像投影光学设备10的主要部件直接或间接地彼此连接。

尽管到目前为止所描述的本公开内容的实施方式涉及将电子显示源12连同照明模块14和照明棱镜组件16作为单个单元一起移位和平移，但是其中电子显示源12独立于照明模块14和照明棱镜组件16移位的其他实施方式也是可能的。

现在参照图4A至图4B，图4A至图4B是根据本公开内容的另一实施方式的图像投影光学设备10的部件的聚焦和对准。在图4A中，电子显示源12和照明棱镜组件16相对于准直棱镜组件18以间隔关系布置，以产生并提供两个间隙，即第一间隙47a和第二间隙47b。第一间隙47a被设置在照明棱镜组件16与准直棱镜组件18之间，这类似于在参照图3A至图3C的实施方式中描述的间隙46，并且应当与间隙46类比来理解。第二间隙47b被设置在电子显示源12与照明棱镜16之间。第二间隙47b的尺寸被测量为电子显示源12的前面板与透光表面34之间的最短距离(即，沿着垂直于电子显示源12的前面板和透光表面34并且由电子显示源12的前面板和透光表面34界定的线的距离)。在某些实施方式中，第二间隙47b是被实现为气隙的空间间隙。

间隙47a、47b的初始尺寸可以根据图像投影光学设备10的部件最初如何被组装而变化。在图4A中，第一间隙47a的初始尺寸(即宽度)表示为W_G1，第二间隙47b的初始尺寸表示为W_G2。

电子显示源12和照明模块14与照明棱镜组件16对准，使得由照明模块14发射的光波被偏振分束器24反射并且到达电子显示源12的图像区域，以均匀地照明电子显示源12。除了使照明模块14与照明棱镜组件16对准之外，照明模块14还经由第一子组件61的子部件在透光表面32处机械附接到照明棱镜组件16。

然后，电子显示源12沿着移位轴(即，与第二分量48b共线的轴，即，与透光表面34正交的轴)移位，同时照明模块14和照明棱镜组件16被保持就位(即，静止)。电子显示源12被移位以调节第二间隙47b的尺寸。移位动作有效地使电子显示源12更接近或远离照明棱镜组件16和准直棱镜组件18移动，从而调节电子显示源12与准直棱镜组件18之间的最短线性距离。在图4A中表示为D₁的线性距离是间隙47a、47b的尺寸的直接函数。具体地，线性距离D₁近似等于间隙宽度W_G1和W_G2以及照明棱镜组件16的宽度(即，透射表面34与36之间的最短距离)之和。

类似于上面参照图3A至图3C所描述的，电子显示源12被移位，直到实现最佳聚焦为止。图4B示出了在线性移位以实现最佳聚焦之后的电子显示源12，其中，作为使电子显示源12更接近于准直棱镜组件18移动的结果，第二间隙47b的尺寸减小到小于W_G2的值。如图4B所示，第一间隙47a的尺寸保持不变。在实现最佳聚焦之后，第二间隙47b的尺寸在图4B中表示为W_F2。

一旦实现了最佳聚焦，电子显示源12在透光表面34处就机械附接到照明棱镜组件16。机械附接可以由第一子组件61的一个或更多个子部件实现。然后，类似于参照图3C所述的方式，电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16在XY平面中作为单个单元(即单元50)被平移，以保持所需的LoS。

在某些实施方式中，可以启动沿着移位轴的移位，以调节间隙47a和47b二者的尺寸。在这样的实施方式中，电子显示源12被移位以调节第二间隙47b的尺寸，同时照明棱镜组件16连同照明模块14一起沿着移位轴(即，Z轴)被移位，以调节第一间隙47a的尺寸。

参照图3A至图3C描述的实施方式相比于例如在参照图4A至图4B描述的实施方式中依赖于使用靠近电子显示源12的间隙的方法具有某些优点。一个这样的优点是当电子显示源12和照明棱镜组件16之间没有间隙(即，第二间隙47b)时，图像投影光学设备10在光学上更好地执行。通过不具有靠近电子显示源12的间隙，靠近图像投影光学设备10的焦平面的区域保持清洁并且没有污染物。

如上所述，图像投影光学设备10的主要部件直接或间接地彼此连接。该连接通过经由第一子组件61的一个或更多个子部件机械附接主要部件来实现。在某些实施方式中，照明棱镜组件16与准直棱镜组件18之间的机械附接由粘合到透光表面36、38的一个或更多个玻璃板实现。在其他实施方式中，透光凝胶被放置在图像投影光学设备10的相邻部件之间，以填充这些部件之间的不需要的间隙。例如，凝胶可以被布置在照明模块14与照明棱镜组件16之间。

现在将注意力转向图5，图5示出了详细描述根据所公开主题的处理500的流程图。处理500包括用于聚焦和对准图像投影光学设备10的部件的步骤。处理500的一些子处理可以由环境1的操作者手动执行，或者可以由各种机械和计算机化部件例如处理器等自动执行。

处理500开始于框502，在框502处，相对于准直棱镜组件18布置照明棱镜组件16，以在照明棱镜组件16与准直棱镜组件18之间产生间隙(即，间隙46或第一间隙47b)。然后，处理500移动到框504，在框504处，照明模块14和电子显示源12与照明棱镜组件16对准，使得由照明模块14发射的光波经由偏振分束器24的反射到达电子显示源12的图像区域，以均匀地照明电子显示源12。对准步骤包括：沿着照明棱镜组件16的光轴的第一分量48a定位电子显示源12，使得第一分量48a穿过电子显示源12的中心，以及沿着照明棱镜组件16的光轴的第二分量48b定位照明模块14，使得第二分量48b穿过照明模块14的中心。

在某些实施方式中，在框504中执行的对准包括：将电子显示源12和照明模块14机械附接到照明棱镜组件16的相应表面(即，正交的透光表面32、34)。在其他实施方式中，在框504中执行的对准包括：在电子显示源12和照明棱镜组件16之间产生间隙(即，第二间隙47b)。

然后，处理500移动到框506，在框506处，电子显示源12沿着移位轴(即，Z轴)移位，以调节电子显示源12与准直棱镜组件18之间的距离以实现最佳聚焦。换言之，通过使电子显示源12移位，来调节图像投影光学设备10的焦平面的位置。在评估图像质量度量(例如，MTF)的同时调节焦平面位置，以实现由图像投影光学设备10投射的图像的最好(即，最佳)或接近于最好的聚焦。在某些实施方式中，电子显示源12连同照明模块14和照明棱镜组件16一起移位，使得电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16作为单个单元一起一致地移位。

在其他实施方式中，电子显示源12单独被移位，同时照明模块14和照明棱镜组件16保持静止。在这样的实施方式中，在执行框506的移位之后，电子显示源12机械附接到照明棱镜组件16。

如上所述，可以通过经由例如确定MTF的图像处理技术和方法评估(由图像传感器90在LOE 70输出处捕获的)图像的聚焦质量，以确定最佳聚焦。

然后，处理500移动到框508，在框508处，将电子显示源12、照明模块14和照明棱镜16在XY平面中一致地平移，以保持期望的LoS。可以通过图像处理技术来评估LoS。如上所述，在某些实施方式中，通过将电子显示源12、照明模块14和照明棱镜16作为单个单元一起移动来实现平移运动。

如上所述，涉及用于执行图像投影光学设备10的部件的聚焦和对准的方法的实施方式构成两阶段处理中的一个阶段(称为聚焦和对准阶段)。执行被称为取向对准阶段的另一阶段，以确保图像传感器90与图像投影光学设备10正确对准，使得在执行聚焦和对准阶段的方法步骤期间由图像传感器90捕获的图像使电子显示源12能够与图像投影光学设备10的其余部件正确对准。以下段落详细描述了取向对准阶段。

取向对准阶段

再次参照图1，对准模块80经由第三子组件65在机械组件60的第一部分62a处附接到机械组件60。图像投影光学设备10和LOE 70分别经由第一子组件61和第二子组件63在机械组件60的第二部分62b处附接到机械组件60。图像投影光学设备10、LOE 70和对准模块80由相应的子组件61、63、65保持在已知的固定取向上。

在某些实施方式中，机械组件60包括中央部分64，中央部分64提供两个部分62a、62b之间的物理分离。两个部分62a、62b可以位于机械组件60的相对端，由中央部分64分开。

图像传感器90经由滑动装置66附接到机械组件60。滑动装置66可操作为在两个位置之间水平滑动，以将图像传感器90与LOE 70和对准模块80交替地对准。

在继续参照图1的情况下，现在参照图6，图6是示出根据本公开内容的实施方式的对准模块80的示意性表示的剖面图。对准模块80包括测试图案86。在优选但非限制性的实施方式中，测试图案86被实现为形成在对准模块80的基部表面中的大致矩形狭缝(即，长形孔)。在其他实施方式中，测试图案86可以是印刷图案，例如印刷在对准模块80的基部表面上的长形矩形图案。在某些实施方式中，对准模块80是机械组件60的部件，因此测试图案86可以被认为是机械组件60的一部分，该部分被形成为机械组件60中的孔或开口。

测试图案86相对于机械组件60被定位在固定且已知的取向上。测试图案86的取向由一个或更多个取向参数限定。根据本公开内容的实施方式，测试图案86的中心轴相对于参考轴的角度限定了主取向参数。在将测试图案实现为矩形狭缝的实施方式中，中心轴是矩形的反射对称的长线。参考轴可以是例如图像传感器90的水平移动轴即图6中的纸平面，或者可以是垂直于图像传感器的水平移动轴的竖直轴。如下面将更详细描述的，图像传感器90可操作为在图像传感器90与对准模块80对准时捕获测试图案86的一个或更多个图像，以允许经由图像处理算法来估计测试图案86的取向参数(即，角度)。

在某些实施方式例如图6中所示的非限制性实施方式中，测试图案86从后面被照明，以产生测试图案86的更清楚和更清晰的图像。在这样的实施方式中，漫射器84被布置在测试图案86与光源82之间，光源82被实现为例如一个或更多个发光二极管(LED)。从光源82发出的光波(示意性地表示为光线83)被漫射器84散射。来自漫射器84的散射光波(示意性地表示为光线85)照明测试图案86的背面。

现在参考图7A，滑动装置66处于第一位置，以将图像传感器90定位在第一位置。当图像传感器90处于第一位置时，图像传感器90的透镜92(其可以包括多个透镜)与对准模块80对准，使得测试图案86被定位在透镜92的视场内。

图8示出了在图像传感器90与对准模块80对准(图7A)的情况下从图像传感器90的视角获取的在被实现为狭缝时的测试图案86的正视图。测试图案86通常可以以任何已知且固定的取向——包括竖直、水平或者竖直与水平之间的任何角度——布置。然而，如图8所示，在利用某些图像处理算法(例如，边缘检测算法)时将测试图案86定向成大约30°的角度是有利的，因为这样的取向为算法提供了更清晰限定的边缘区域，从而更容易适应对测试图案86的取向的估计。如上所述，测量从测试图案86的中心轴87到参考轴的角度，在图8中参考轴是图像传感器90的水平移动轴。

继续参照图7A，当图像传感器90处于第一位置时，图像传感器90捕获测试图案90的一个或更多个图像。当图像传感器90处于第一位置时，图像传感器90的透镜92与测试图案86间隔开大约10至15厘米。如上面在论述聚焦和对准阶段时所述，图像传感器90在捕获耦出LOE 70的图像光波时被聚焦到无限远。因为优选的是将图像传感器90保持在固定焦点处(即，永久聚焦到无限远)，因此优选地利用图像传感器90的孔径在减小的孔径状态下捕获测试图案86的图像，以确保其中测试图案86的边缘清晰并且能够由图像处理算法更容易地识别的清晰图像。

当图像传感器90处于第一位置时，由图像传感器90捕获的图像由链接到图像传感器90的计算机化处理器(例如，图像处理器)分析，以估计测试图案86的取向(即角度)。处理器将测试图案86的估计取向与测试图案86的已知真实取向进行比较。在某些实施方式中，该比较形成比较测量，该比较测量可以例如通过采用估计取向与已知取向之间的差的绝对值来形成。在这样的实施方式中，由计算机化处理器对估计取向是否在允许的公差内(例如，+/-τ°)进行确定。如果估计取向在允许的公差内，则认为图像传感器90被正确对准。然而，如果估计取向不在允许的公差内，则调节图像传感器90的取向参数。在某些实施方式中，图像传感器90的取向参数的调节是通过(经由将图像传感器90附接到滑动装置66的子组件)使图像传感器围绕图像传感器90的主轴旋转来执行的，该主轴可以是透镜92的光轴。在取向参数调节之后，图像传感器90捕获另一图像，并且重复上面概述的分析和比较步骤，直到估计取向在允许的公差内为止。可以实时提供估计取向是否在允许的公差内的指示，以允许环境1的操作者连续地调节图像传感器90的取向参数，直到满足停止条件为止(即，直到测试图案86的估计取向在允许的公差内为止)。以这种方式，由操作者调节图像传感器90的取向参数(即，角度)，以收敛到允许的公差值内。

在其他实施方式中，处理器可以提供校正值作为测试图案86的估计取向与已知取向之间的比较的输出。在这样的实施方式中，如果估计取向与已知(即，真实)取向不匹配(不在公差值内)，则由处理器确定校正值。例如，如果测试图案86处于30°的已知角度(如图8所示)，并且估计角度被确定为35°，则校正值被计算为5°。通过(经由将图像传感器90附接到滑动装置66的子组件)使图像传感器围绕图像传感器90的主轴旋转来调节图像传感器90的取向，将校正值应用于图像传感器90的取向，该主轴可以是透镜92的光轴。可以将校正值计算为估计角度与真实角度之间的差。在这样的实施方式中，校正值的符号可以用于指示所需的旋转方向。在某些实施方式中，如果校正值为正，则图像传感器90围绕图像传感器90的主轴朝向参考轴(例如，图像传感器90的水平移动轴)旋转，而如果校正值为负，则远离参考轴旋转。继续上述校正值为5°的示例，图像传感器90围绕透镜92的主轴朝向参考轴旋转5°。

原则上，一旦图像传感器90的取向被校正并且与对准模块80适当地对准，图像传感器90就可以在LOE 70的前面移动，以允许根据聚焦和对准阶段的方法步骤来捕获耦出LOE 70的图像光波。通过将滑动装置66移动到第二位置来实现图像传感器90在LOE 70前面的移动，以将图像传感器90定位在第二位置，在第二位置处图像传感器90的透镜92与LOE70是对准的。一般而言，当处于第二位置时，图像传感器90被定位在眼睛运动框内在距离LOE 70的良视距处。图7B示出了处于第二位置的滑动装置66，图像传感器90通过该滑动装置66定位在第二位置处。

在某些实施方式中，由图像传感器90捕获的测试图案86的图像是灰度图像，例如，8位灰度图像。在这样的实施方式中，每个图像像素取最小像素值与最大像素值之间的值。在8位灰度图像的某些实现方式中，最小像素值是0并且最大像素值是255，而在其他实现方式中，最小像素值可以是-127并且最大像素值可以是128。像素值表示在每个特定像素中捕获的光的量，其中，较暗的像素对应于较低的值，较亮的像素对应于较高的值。

如上所述，计算机化处理器分析由图像传感器90捕获的测试图案86的图像。由处理器执行的图像分析包括执行一个或更多个图像处理算法以估计测试图案86的角度。以下段落描述了根据本公开内容的实施方式的可以用于估计测试图案86的角度的示例性图像处理算法。

图9示出了当被实现为狭缝时测试图案86的捕获图像88的示例。噪声和其他干扰因素可能增加测试图案86的边缘和末端部分的变化，导致捕获图像88将测试图案86描绘为具有各种缺陷的椭圆形状。为了清楚说明，叠加在图像88上的是将图像88切割成多个样本的一系列水平条带104。条带104之间的间隔优选地是均匀的，并且是由示例性图像处理算法执行的图像88的采样率的函数。

对于每个条带104，识别从较暗边缘像素到亮边缘像素的跳跃，以识别沿着图像88的边缘的点。在图9中，沿着图像88的左边缘(即，侧)的点通常表示为106，而沿着图像88的右边缘(即，侧)的点通常表示为108。为了清楚说明，仅标记了图像88的边缘上的一些点。

可以使用各种数学方法来识别跳跃。例如，可以评估图像的光强度函数的一阶导数以确定图像梯度。然后可以分析图像梯度，具体地通过查找与跳跃对应的图像梯度中的高值。还可以应用边缘检测算法来以不同的准确度识别跳跃。

线拟合技术用于构造两条分离的线，一条线拟合点106，第二条线拟合点108。这种技术的示例包括但不限于回归技术，例如，简单线性回归和总体最小二乘法，其包括正交回归和戴明回归(Deming regression)。

图10示出了线拟合的结果，在该结果中，第一线107拟合点106，第二线109拟合点108。计算相对于参考轴(例如，图像传感器90的水平移动轴)测量的第一线107和第二线109的角度。第一线107的角度由α表示，第二线109的角度由β表示。角度α和β一起被平均以产生测试图案86的估计角度。

尽管上面在被实现为矩形狭缝的测试图案86的背景下描述了示例性基于插值的图像处理算法，但是在测试图案86被实现为非矩形狭缝的实施方式中可以使用相同或类似的基于插值的图像处理算法。无论测试图案86的形状如何，都可以应用测试图案86的线拟合边缘的相同基本原理。可以计算拟合线相对于参考轴的角度，并且可以根据数学原理(例如，统计原理、几何原理等)将针对测试图案86的每条拟合线计算的角度进行组合。

现在将注意力转向图11，图11示出了详细描述根据所公开主题的处理1100的流程图。处理1100包括用于对准图像传感器90的步骤。处理1100的一些子处理可以由环境1的操作者手动执行，或者可以由各种机械和计算机化部件例如处理器等自动执行。

处理1100开始于框1102，在框1102处，经由相应的子组件61、63以已知且固定的取向将图像投影光学设备10和LOE 70机械附接到机械组件。然后，处理1100移动到框1104，在框1104处，将图像传感器90移动到第一位置，即，与对准模块80对准。如上所述，通过移动滑动装置66来促使图像传感器90移动。

然后，处理1100移动到框1106，在框1106处，图像传感器90捕获测试图案的一个或更多个图像。测试图案86的图像可以被显示在显示监视器100上以供环境1的操作者观看。然后，处理移动到框1108，在框1108处，由处理器(例如，图像处理器)分析测试图案86的每个捕获图像，以确定测试图案86的估计取向(即，角度)。估计角度可以被显示在显示监视器100上以供环境1的操作者观看。在捕获测试图案86的多个图像的实施方式中，处理器可以分别处理每个图像，以产生对测试图案86的取向的多个估计。然后可以通过求平均或本领域已知的其他统计方法将多个估计组合成单个估计。替选地，处理器可以将图像一起进行协同处理以形成单个取向估计。

如上所述，可以使用各种图像处理技术来估计测试图案86的取向。图像处理技术包括但不限于线拟合算法、边缘检测算法及其任何组合。

处理1100从框1108移动到框1110，在框1110处，将测试图案86的已知取向与测试图案86的(基于捕获图像的)估计取向进行比较以形成比较测量。例如，可以通过获取估计取向与已知取向之间的差的绝对值来形成比较测量。然后，处理1100移动到框1112，在框1112处，基于来自框1110的比较测量输出，对估计取向是否在允许的公差内进行确定。可以例如通过针对阈值标准来评估比较测量，以进行框1112中的确定。例如，可以针对允许的公差值来评估估计取向与已知取向之间的差的绝对值，以确定该差是大于允许的公差值还是小于(或等于)允许的公差值。原则上，允许的公差值可以是百分之几度以及高达十分之一度或十分之二度的量级。如果估计取向在允许的公差内，则处理1100从框1112移动到框1116，在框1116处，现在被认为正确对准的图像传感器90被移动到第二位置，即，与LOE 70对准。如上所述，通过移动滑动装置66来促使向第二位置移动。然后，处理1100移动到框1118，在框1118处，图像传感器90捕获耦出LOE 70的图像光波。框1118的执行可以作为在处理500中执行的步骤中的一个或更多个来执行。

然而，如果估计取向不在允许的公差内(例如，不在已知取向的0.1°内)，则处理1100从框1112移动到框1114，在框1114处，调节图像传感器90的取向参数，即围绕图像传感器90的主轴(例如，透镜92的光轴)的角度(即，图像传感器90围绕其主轴旋转)。然后，处理1100从框1114返回到框1106，在框1106处，图像传感器90捕获测试图案86的新图像。必要时重复框1106至1114，直到估计取向在允许的公差内为止，此时，如上所述，处理1100从框1112移动到框1116。

处理1100的迭代性质允许环境1的操作者在相对短的时间段内对准图像传感器90。在某些实施方式中，执行在框1106至1114中执行的图像捕获、分析、比较、确定和调节，使得处理器能够向操作者提供关于估计取向是否在允许的公差内的连续或接近连续的指示。可以例如通过显示监视器100在视觉上向环境1的操作者显示估计取向是否在允许的公差内的指示。

注意，允许的公差可以是被编程到由环境1的操作者操作的计算机或计算设备(例如，处理器或者链接到处理器的其他处理设备)的存储器中的预定值。在某些实施方式中，可以在执行处理1100的方法步骤之前执行各种测试和实验。这样的测试和实验可以使用图像传感器90、图像投影光学设备10和LOE 70，以根据作为图像传感器90与LOE 70之间的取向误差的函数的性能度量(例如，耦出LOE 70的图像的质量和精度)来评估系统性能。然后可以基于根据系统水平规范满足系统性能要求的性能度量，来对允许的公差值进行确定和编程。例如，性能度量可以指示当公差值为0.10°时整个系统满足性能要求，但是当公差值为0.15°时不能满足这些要求。

尽管上述处理1100的实施方式涉及执行如在框1106至1114中执行的图像捕获、分析、比较、确定和调节以允许处理器提供估计取向是否在允许的公差内的连续或接近连续的指示，但是其中处理器响应于在框1110中执行的比较而提供离散的校正值的其他实施方式也是可能的。例如，比较输出可以被视为要应用于图像传感器90的取向参数的校正值。在这样的实施方式中，基于所确定的校正值来调节图像传感器90的取向参数。在这样的实施方式中，分别在框1106、1108和1114中执行的图像捕获、比较和调节的步骤可以重复进行，直到估计取向在预定义的允许公差值内(例如，+/-τ°，其中，τ可以约为0.10°)为止。

还要注意，可以在执行处理500中描述的步骤中的一个或更多个之后执行框1104至1114，以检查/校正图像传感器90的对准。此外，随后执行框1116至1118，可以用新的图像投影光学设备和LOE换出图像投影光学设备10和LOE 70，并且可以继续对准过程以确保新的图像投影光学设备和LOE的正确对准。

替选地，例如用于立体视觉系统的两组图像投影光学设备和LOE可以被布置并且机械附接到机械组件60(即，框1102可以执行两次，针对每个LOE/图像投影光学设备对各执行一次)。在执行框1104至1114之后，框1116至1118可以执行两次，针对每个LOE/图像投影光学设备对各执行一次。

尽管到目前为止所描述的本公开内容的实施方式涉及利用可在两个位置之间移动的单个图像传感器，来交替地捕获对准模块80的图像和来自LOE输出的图像，但是其中布置多于一个的图像传感器来捕获图像的其他实施方式也是可能的。在这样的实施方式中，例如，可以使用两个图像传感器，其中，第一图像传感器以比第二图像传感器更低的分辨率操作。这样的实施方式可以被使用以有利于将聚焦和对准阶段作为粗调-微调处理来执行的情况，其中，基于由较低分辨率的图像传感器捕获的图像来进行粗调，并且基于由较高分辨率的图像传感器捕获的图像来进行微调。

在论述处理500和1100的步骤的执行时，参考了各种机械和光学部件的移动以及图像处理功能的执行。以下段落描述了用于执行与处理500和1100相关联的方法步骤的仪器(即，部件)和技术的非限制性示例。用于执行聚焦和对准阶段以及取向对准阶段的仪器和技术

如上面详细论述的，通过执行各种图像处理技术来执行与处理500和1100相关联的若干方法步骤——特别是处理500的框506和508以及处理1100的框1108。图像处理技术可以由计算机化处理器执行，该计算机化处理器可以是处理系统的一部分。另外，与处理1100相关联的若干方法步骤——特别是框1110和1112——涉及执行逻辑运算，该逻辑运算包括比较以及确定来自该比较的输出是否满足阈值标准(即，估计取向与已知取向之间的绝对差是否大于或小于允许的公差值)。为与阈值标准的比较和评估的形式的这种逻辑操作优选地由计算机化处理器执行，在某些实施方式中，计算机化处理器是执行图像处理技术的同一处理器。

图12示出了一般地标记为110的这种处理系统的示例架构的框图，该处理系统包括至少一个计算机化处理器。处理系统110链接到图像传感器90和显示监视器100，使得处理系统110可以从图像传感器90接收图像数据，并且将经处理的输出提供给显示监视器100以用于显示。

处理系统110包括耦接到诸如存储器等的存储模块114的至少一个处理器112。处理器112可以被实现为任何数目的计算机化处理器，包括但不限于微处理器、ASIC和DSP。在某些非限制性实施方式中，处理器112有利地被实现为图像处理器。例如，所有这些处理器包括诸如存储模块114的非暂态计算机可读介质或者可以与其通信。这种非暂态计算机可读介质存储程序代码或指令集，该程序代码或指令集当由处理器112执行时，使处理器112执行动作。非暂态计算机可读介质的类型包括但不限于能够向处理器例如处理器112提供计算机可读指令的电子、光学、磁性或其他存储或传输设备。

在某些实施方式中，处理器112被配置成根据处理500的框506和508以及处理1100的框1108执行图像处理功能，并且还被配置成例如根据处理1100的框1110和1112执行其他各种逻辑功能。在对估计取向是否在允许的公差内进行确定的实施方式中，存储模块114可以被配置成存储允许的公差值(或多个值)。替选地，允许的公差值可以被存储在处理器112的易失性或非易失性存储器中。在其他实施方式中，各种上述图像处理和逻辑功能由单独的处理器执行，所述单独的处理器是同一处理系统110的部分，或者可以是彼此链接的单独的类似处理系统的一部分。

在使用估计取向与已知取向之间的差来确定要应用于图像传感器90的取向参数的校正值的实施方式中，处理器112可以被配置成确定校正值。

如上面进一步论述的，结合各种机械和光学部件的移动来执行图像处理步骤。在与处理500和1100相关联的方法步骤——特别是处理500的框506至508以及处理1100的框1104、1114和1116——中概述了这种移动。如所论述的，通过机械组件60的各种子组件来使能上述部件的移动。以下段落参照图13和图14描述了根据本公开内容的实施方式的机械组件60的更详细的非限制性示意表示，在执行处理500和1100的步骤时可以使用该机械组件60。

如图13所示，机械组件60包括基部602，基部602通常是平面的并且在两个端部即第一端604和第二端606之间延伸。滑轨608经由螺钉等机械附接到基部604并且在两个端部604、606之间延伸。支架610在第二端606附近从基部向上延伸。支架610经由例如螺钉或螺栓等的机械紧固件固定地安装至基部602。滑动导轨608和滑动装置66的基部612被相应地构造成允许滑动装置66在两个端部604、606之间穿过基部602横向移动。滑动装置66具有支架614，支架614从基部612向上延伸，并且经由例如螺钉或螺栓等的机械紧固件机械附接到基部612。图像传感器90经由允许调节图像传感器90的取向的机械子组件机械耦接到支架614的顶部615(即，远离基部612的部分)。

在某些实施方式中，止挡件可以沿着滑轨608被布置在不同位置处，例如在LOE 70和对准模块80(即，测试图案86)的水平位置处或附近。以这种方式，滑动装置66可以在两个静止位置之间移动，以交替地与LOE 70和对准模块80对准。在某些实施方式中，滑动装置66的移动是手动引起的(即，由光学测试台的用户手动操作引起)。在其他实施方式中，滑动装置66是机电操作的，并且滑动装置66的运动由耦接到计算机或计算设备的驱动设备(例如，具有机械联动装置的致动器)来实现，所述计算机或计算设备允许光学测试台(即，环境1)的用户经由在计算机或计算设备上实现的用户界面等来致动滑动装置66在静止位置之间的运动。在其他实施方式中，滑动装置66的运动是手动引起的并由机电驱动设备辅助进行。

图13还示出了相对于支架610布置的构件616。构件616是LOE 70、准直棱镜组件18和第二子组件63的示意性表示，第二子组件63以固定和已知的取向将LOE 70和准直棱镜组件18固定地安装到机械组件60的支架610。尽管准直棱镜组件18可以被认为是图像投影光学设备10的部件之一，但是准直棱镜组件18可以经由光学附件(例如粘合剂)或机械附件(例如，支架装置等)附接到LOE 70。通过将第二子组件63机械附接到支架610的上部来实现将构件616安装到机械组件60。第二子组件63可以包括被布置成将LOE 70相对于机械组件60保持在已知且固定的位置和取向上的一个或更多个支架和/或一个或更多个止动件。

单个单元50被定位在构件616的后面。单个单元50是保持电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16的机械体。图14示出了根据非限制性示例构造的单个单元50以及第一子组件61的更详细的图示。在非限制性构造中，第一子组件61被实现为双夹紧设备，该双夹紧设备包括被构造成保持单个单元50的上夹紧构件618和下夹紧构件620。夹紧构件618、620分别保持单个单元50的顶部和底部部分，并且通过中心销622和端部接头624连接在一起。单个单元50可以被形成为其中容纳电子显示源12、照明模块14和照明棱镜组件16的封闭或半封闭的盒状结构。在图14所示的非限制性构造中，电子显示源12经由基板和机械紧固件(例如，螺钉)耦接到壳体。

尽管未在附图中示出，但是接头624经由机械联动装置机械附接到支架610。调节机构(例如，旋钮、刻度盘等)的布置耦接到机械联动装置，以利于第一子组件61相对于构件616的可调节定位，从而允许单个单元50根据处理500移位和平移。

关于框506中描述的移位和框508中描述的平移，可以通过向第一子组件61的一个或更多个子部件施加力来执行移位和平移动作。在某些实施方式中，由操作耦接到机械联动装置的一个或更多个调节机构的操作者/用户手动(即，手动操作)引起移位和平移动作。这种手动操作可以包括例如一个或更多个调节机构的手动操作，这可以包括例如转动旋钮或刻度盘。例如，转动一组旋钮或刻度盘可以使单个单元50以与旋钮/刻度盘的转动的量和方向成比例的增量移位。类似地，转动另一组旋钮或刻度盘可以使单个单元50以与旋钮/刻度盘的转动的量和方向成比例的增量平移。

应注意，原则上移位和平移量通常为几微米(例如，几十微米并且可能高达几百微米)的量级，并且光学实验室测试台中使用的许多类型的仪器提供能够基于这些仪器的手动操作供应小调节量的机械组件和仪器。

在实践中，可以在单个单元50与构件616之间放置一个或更多个玻璃板，以在照明棱镜组件16与准直棱镜组件18之间提供接口区域。作为示例，板可以被定位在棱镜组件16、18的相邻透光表面36与38之间。在(根据处理500的方法步骤)单个单元50被移位和平移之后，可以在板与棱镜组件16、18的相邻表面之间施加光学粘合剂，以在棱镜组件16、18之间形成光学附接。

返回到图13，对准模块80经由第三子组件65机械耦接到支架610的侧部。第三子组件65在构件616附近附接到支架610的侧部。在图13中所示的机械组件60的示意性表示中，第三子组件65包括延伸臂628，延伸臂628在第一端626处机械附接到支架610的侧部。经由诸如螺钉等的机械紧固件将延伸臂628机械附接到支架610。基板630被布置在延伸臂628的第二端处。测试图案86被布置在基板630上。尽管图13中未示出，但是光源82和漫射器84被附接到基板630的背面(即，测试图案628的后面)。

应注意，在执行本公开内容中描述的对准方法的步骤之前，执行LOE 70和对准模块80到机械组件60的附接。LOE 70以固定取向附接到机械组件60，使得当图像传感器90在良视距处被定位在眼睛运动框中时，能够(由图像传感器90)对由LOE 70投射的整个图像(即，整个FOV)进行图像捕获。LOE 70和对准模块80与机械组件60的附接是使用本领域已知的各种类型的光学测试设备进行的，所述光学测试设备包括例如自动准直仪，其利于以已知且固定的取向将上述部件以相对高的精度水平附接到机械组件60。以这种方式，在对准模块80的取向与LOE 70的取向之间建立链接，使得图像传感器90相对于对准模块80的对准的校正也确保了图像传感器90相对于LOE 70的正确对准。

尽管如上所述单个单元50的移位和平移动作可以经由对机械组件60的一个或更多个调节机构的手动操作来引起，但是其中这种调节机构由机电控制系统操作的其他实施方式也是可能的。

图15是总体上标记为120的这种机电控制系统的示例架构的框图。机电控制系统120链接到处理系统110并且包括控制器122和致动器124。控制器122可以被实现为任何数目的计算机化处理器，包括但不限于微控制器、微处理器、ASIC和DSP。所有这些处理器包括存储程序代码或指令集的非暂态计算机可读介质或者可以与其通信，所述程序代码或指令集在由控制器122执行时使控制器122执行动作。非暂态计算机可读介质的类型包括但不限于能够向处理器例如控制器122提供计算机可读指令的电子、光学、磁性或其他存储或传输设备。

致动器124可以是机械致动器，例如步进电动机，其通过响应于来自控制器122的受控输入，向第一子组件61的一个或更多个子部件施加力来引起移位和平移动作。控制器122可以接收图像质量度量例如聚焦质量和LoS评估作为来自处理系统110的输入，以向致动器124提供反馈控制，以基于聚焦质量和LoS评估来调节调节机制。

在某些实施方式中，致动器124还可以控制对图像传感器90的取向参数的调节。在这样的实施方式中，致动器124通过向将图像传感器90附接到滑动装置66的子组件施加力来引起旋转调节。响应于从控制器122接收的受控输入，致动器124引起这种旋转调节。控制器122响应于来自处理系统110的输出提供受控输入，该输出指示根据框1112估计取向是否在允许的公差内。处理系统110和机电控制系统120可以一起形成闭环系统，该闭环系统使得能够收敛到允许的公差值内。在这样的闭环系统中，机电控制系统120对图像传感器90进行致动以捕获测试图案86的图像。然后，机电控制系统120响应于来自处理系统110的输入来调节图像传感器90的取向参数，该输入源自对测试图案86的捕获图像执行的图像分析。由机电控制系统120和处理系统110执行的致动、调节和图像分析功能被重复进行，直到(来自图像分析的)估计取向在允许的公差值内为止。

在某些实施方式中，致动器124还可以控制滑动装置66的移动。在这样的实施方式中，致动器124接收来自控制器122的受控输入，以使滑动装置66在第一位置与第二位置之间滑动。在这样的实施方式中，控制器122优选地链接到其上实现有用户接口的计算机或计算设备，以允许操作者向控制器122提供输入命令，以启动滑动装置66的受控移动。替选地，滑动装置66的运动可以由控制器122完全自动化。

注意，在某些实施方式中，图像处理和控制功能可以由具有一个或更多个处理器的单个处理控制子系统实现。

示例波导实现方式的描述

如上所述，当执行本公开内容的实施方式的对准方法的方法步骤时，图像传感器90捕获耦出LOE 70的图像光波。LOE 70用作将光波从输入光学表面引导到输出光学表面的光波导。在某些非限制性实施方式中，来自图像投影光学设备10的图像光波被耦入LOE 70并通过全内反射被引导穿过LOE 70。然后，被引导的光波通过一个或更多个部分反射表面作为图像光波耦出LOE 70。当由最终用户使用时(即，在眼镜等中的最终组件之后)，耦出的光波被投射到用户(即观看者)的眼睛(或双眼)中。

图16示出了LOE的实现方式的示例。LOE由光波传输平面基板130形成，基板130包括彼此平行的主下表面132和主上表面134。耦入光学元件136由来自图像投影光学设备10的准直光波(由光线138表示)照明。耦入光学元件136包括基板130的倾斜边缘140和棱镜142。边缘140相对于基板130的主下表面132和主上表面134以倾斜角度定向，其中，α_边缘是边缘140与基板130的主下表面132和主上表面134的法线之间的角度。棱镜142包括三个主表面144、146、148，其中，表面144位于基板130的边缘140附近，表面146和148是抛光表面。在某些实施方式中，棱镜142的折射率类似于基板130的折射率，而在其他实施方式中，棱镜142和基板130具有不同的折射率。光线138穿过表面146进入棱镜142。表面146优选地垂直于入射光线(即光线138)的中心光波取向。然后光线138穿过表面144以通过边缘140进入基板130，从而光线138通过全内反射被捕获在LOE的平面基板130内。在基板130的主下表面132和主上表面134的几次反射之后，被捕获的波到达耦出光学装置150，耦出光学装置150例如被实现为选择性部分反射表面的阵列，其将要耦出基板130的光波耦出基板130。

在使用图16的LOE作为LOE 70的情况下，当在执行本公开内容的实施方式的对准方法的方法步骤时，耦出光学装置150将光波耦出基板130，使得耦出的光波可以被图像传感器90捕获。

注意，尽管图16描绘了LOE的输入表面(即，输入光波通过其进入LOE的表面)在倾斜边缘140上并且LOE的输出表面(即，所捕获的波通过其离开LOE的表面)在下主表面132上，但是可以设想其他配置。在一种这样的配置中，输入表面和输出表面可以位于基板130的同一侧。在这样的配置中，耦入光学元件136可以由相对于基板130的主下表面132和主上表面134以倾斜角度定向的反射表面来实现，使得LOE的输入表面在主下表面132上，并且耦入反射表面反射入射光波，使得光通过全内反射被捕获在基板130内。还设想了其中输入表面在主上表面134上并且输出表面在主下表面132上的其他配置。

当最终用户使用图16的LOE时，耦出的光波被投射到用户(即观看者)的眼睛(或双眼)中。具体地，耦出光学装置150将光波耦出基板130以进入观看者的眼睛152的瞳孔154，这形成观看者所观看的图像。眼睛152被定位在距LOE 70的良视距156处并且在眼睛运动框158内。如上所述，眼睛运动框158是良视距156处的二维区域，眼睛152在该区域捕获由LOE70投射的整个图像(即，全FOV)。

在某些实施方式中，LOE 70连同图像投影光学设备10一起为用户提供增强现实环境，在该增强现实环境中，来自图像投影光学设备10的耦出LOE 70的图像可以被叠加在现实世界场景上。在这样的实施方式中，来自现实世界场景的图像直接穿过基板130的主下表面132和主上表面134进入观看者的眼睛，而LOE 70同时将来自图像投影光学设备10的图像(即，虚拟图像)耦入眼睛152。在其他实施方式中，LOE 70连同图像投影光学设备10一起为用户提供虚拟现实环境，在该虚拟现实环境中，仅来自图像投影光学设备10的虚拟图像被用户观看。在这样的实施方式中，外部现实世界场景的图像不传输穿过基板130。

LOE可以用作单眼光学系统的一部分，在该单眼光学系统中，图像被投射到观看者的单个眼睛中。替选地，可能期望将图像投射到观看者的双眼中，例如在平视显示器(HUD)应用和立体视觉系统中。在这样的替选方案中，可以使用两个光学系统，每个光学系统具有被布置成用于将图像投射到观看者的不同眼睛中的图像投影光学设备和LOE。例如，采用两个光学系统的HUD可以被安装在汽车驾驶员的前面，例如集成到车辆的仪表板中，以在驾驶导航中提供辅助或者在低可见性条件下将热图像投射到驾驶员的眼睛中。在这样的实施方式中，可以布置热相机以捕获现实世界场景的热图像。然后可以将热图像提供给图像投影光学设备10，以使得能够将与热图像对应的光波耦入LOE。

本公开内容的实施方式的对准方法可以用于双光学系统(即，两个LOE/图像投影光学设备对)，例如在需要正确对准每个LOE/图像投影光学设备对的部件以及将两个光学系统彼此对准以确保正确的立体图像的HUD应用和立体视觉系统中。

尽管已经在被实现为LOE例如图16的LOE 70的光波导的背景下描述了本公开内容的实施方式的对准方法，但是本公开内容的对准方法可以适用于其他类型的光波导技术，包括依靠衍射技术将光波耦入和/或耦出光波透射基板的波导。例如，不是将耦出光学装置150实现为选择性部分反射表面的阵列，而是可以将耦出光学装置150实现为沿着基板130的主下表面132的部分延伸的一个或更多个衍射元件。作为另一个示例，不是将耦入光学元件136与棱镜142一起实现为倾斜边缘140或者实现为以倾斜角度定向的反射表面，而是可以将耦入光学元件实现为沿主下表面132或主上表面134的一部分延伸的衍射元件。

出于说明的目的给出了对本发明的各种实施方式的描述，但是这些实施方式并不旨在对所公开的实施方式进行穷举或限制。在不脱离所描述的实施方式的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域普通技术人员来说是明显的。选择本文中使用的术语是为了最好地说明实施方式的原理、实际应用或对市场中发现的技术的技术改进，或者使本领域普通技术人员能够理解本文中公开的实施方式。

如本文中使用的，除非上下文另有明确说明，否则未加以数量限定包括复数指代。

本文中使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为比其他实施方式优选或有利和/或排除与来自其他实施方式的特征结合。

应当理解，为了清楚起见而在单独的实施方式的背景下描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方式中组合地提供。相反，为了简洁起见而在单个实施方式的背景下描述的本发明的各种特征也可以单独提供或者以任何合适的子组合提供或者在本发明的任何其他描述的实施方式中合适提供。在各种实施方式的背景下描述的某些特征不被认为是那些实施方式的必要特征，除非这些实施方式在没有这些元件的情况下不起作用。

尽管已经结合本发明的具体实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言显然许多替代、修改和变型是明显的。因此，旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和广泛范围内的所有这些替代、修改和变型。

Claims (27)

1.一种用于对准光学设备的方法，所述光学设备包括LOE、具有电子显示源的图像投影光学设备、照明模块、照明棱镜组件和准直棱镜组件，所述方法包括：

将显示源沿着移位轴移位以调节所述显示源与准直棱镜组件之间的距离，其中，将所述显示源和照明模块与照明棱镜组件对准，使得由所述照明模块发射的光波经由所述照明棱镜组件到达所述显示源处；以及

在垂直于所述移位轴的平面中一致地平移所述显示源、所述照明棱镜组件和所述照明模块，

其中，所述平移和/或所述移位包括：将所述显示源、所述照明棱镜组件和所述照明模块作为单个单元一起移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移位包括：将所述显示源、所述照明棱镜组件和所述照明模块作为单个单元一起移动，以调节所述照明棱镜组件与所述准直棱镜组件之间的间隙的大小。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述显示源与所述照明棱镜组件对准，以在所述显示源与所述照明棱镜组件之间产生间隙。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述移位包括：移动所述显示源以调节所述显示源与所述照明棱镜组件之间的间隙的大小。

5.根据权利要求3所述的方法，还包括：将所述显示源机械耦接到所述照明棱镜组件。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述准直棱镜组件机械耦接到所述照明棱镜组件。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述显示源和所述照明模块与所述照明棱镜组件对准，使得所述显示源沿着所述照明棱镜组件的光轴的第一分量被定位，并且使得所述照明模块沿着所述照明棱镜组件的光轴的第二分量被定位，所述第二分量与所述第一分量正交。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述显示源和所述照明模块机械耦接到所述照明棱镜组件的正交表面。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准直棱镜组件和所述照明模块机械耦接到所述照明棱镜组件的正交表面。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：将所述显示源、所述照明模块和所述准直棱镜组件中的至少一个机械耦接到所述照明棱镜组件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述机械耦接包括：在所述准直棱镜组件和所述照明棱镜组件之间粘合一个或更多个玻璃板。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学设备的部件包括电子显示源、所述照明模块、所述照明棱镜组件和所述准直棱镜组件，并且其中，所述机械耦接包括：在所述光学设备的所述部件中的至少两个部件之间布置凝胶。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：

将所述照明棱镜组件和所述照明模块以已知取向机械耦接到机械组件，所述机械组件包括由至少一个取向参数限定的已知取向上的测试图案；

当图像传感器被定位在使所述图像传感器与所述测试图案对准的第一位置处时，捕获所述测试图案的图像；

分析所捕获的图像以确定所述测试图案的估计取向；

基于所述测试图案的已知取向与所述测试图案的所述估计取向之间的比较来调节所述图像传感器的取向参数；以及

当所述图像传感器位于使所述图像传感器与所述光学设备对准的第二位置处时，捕获由所述光学设备投射的图像。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将所述光学设备的至少一个部件以已知取向机械耦接到机械组件，所述机械组件具有处于已知取向上的测试图案；

当所述图像传感器位于使所述图像传感器与所述测试图案对准的第一位置处时，捕获所述测试图案的图像；

分析所捕获的图像以确定所述测试图案的估计取向；以及

基于所述测试图案的已知取向与所述测试图案的所述估计取向之间的比较来调节所述图像传感器的取向参数。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括：

当所述图像传感器位于使所述图像传感器与所述光学设备对准的第二位置处时，捕获由所述光学设备投射的图像。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光学设备包括图像投影设备和光波透射基板，所述方法还包括：将与由所述图像投影设备投射的图像对应的光波耦入所述光波透射基板；将所耦入的光波耦出所述基板作为图像光波；以及当所述图像传感器位于使所述图像传感器与所述光波透射基板对准的第二位置处时，使用所述图像传感器捕获所述图像光波。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述图像传感器的取向参数包括围绕所述图像传感器的主轴的旋转角度。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试图案相对于参考轴竖直定向。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试图案相对于参考轴水平定向。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试图案相对于参考轴以倾斜的角度定向。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试图案的取向由至少一个取向参数限定，并且其中，所述测试图案的所述至少一个取向参数包括所述测试图案相对于参考轴的角位置。

22.根据权利要求14所述的方法，其中，所述测试图案被形成为所述机械组件中的孔。

23.根据权利要求14所述的方法，还包括：照射所述测试图案。

24.根据权利要求14所述的方法，还包括：

在捕获所述测试图案的图像之前，将所述图像传感器移动到所述第一位置；以及

在捕获所述测试图案的图像之后，将所述图像传感器移动到所述第二位置。

25.根据权利要求14所述的方法，其中，所述光学设备至少包括显示源、照明模块、照明棱镜组件和准直棱镜组件。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括：

将所述照明模块和所述显示源与所述照明棱镜组件对准，使得由所述照明模块发射的光波经由所述照明棱镜组件到达所述显示源处；

使所述显示源沿着移位轴移位以调节所述显示源与所述准直棱镜组件之间的距离；以及

在垂直于所述移位轴的平面中一致地平移所述显示源、所述照明棱镜组件和所述照明模块。

27.一种用于对准光学设备的部件的方法，包括：

将显示源、照明模块和照明棱镜组件沿着移位轴移位以调节所述照明棱镜组件与准直棱镜组件之间的间隙的大小，其中，将所述显示源和所述照明模块与所述照明棱镜组件对准，使得由所述照明模块发射的光波经由所述照明棱镜组件到达所述显示源处；以及

在垂直于所述移位轴的平面中一致地平移所述显示源、所述照明棱镜组件和所述照明模块。

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