CN112805609A - 基于薄饼透镜的显示组件的主动对准 - Google Patents

Abstract

一种头戴式显示器(HMD)的显示组件，包括薄饼透镜显示组件。薄饼显示组件包括具有四分之一波片和部分反射表面的第一透镜、具有反射偏振器的第二透镜和显示器。对准系统相对于第二透镜定位第一透镜，以将第二透镜的反射偏振器与第一透镜的四分之一波片对准。对准系统使第一透镜围绕光轴旋转，以定位第一透镜上的四分之一波片，使得四分之一波片和第二透镜上的反射偏振器成一定角度，在该角度，透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。对准系统将第二透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

Description

基于薄饼透镜的显示组件的主动对准

背景

本公开总体上涉及对准薄饼透镜(pancake lens)显示组件的光学器件，尤其涉及基于薄饼透镜的显示组件的主动对准。

在常规配置中，头戴式显示器(HMD)包括安装组件，其中光学组件的一个或更多个光学元件通过一个或更多个粘合元件固定到外壳。然而，在常规配置中，由于不同偏振元件之间需要满足相对严格的公差以确保图像质量，所以薄饼透镜的光学元件的对准可能很困难。

概述

头戴式显示器(HMD)的薄饼透镜显示组件包括薄饼透镜和电子显示器。薄饼透镜包括第一透镜和第二透镜，第一透镜包括四分之一波片和部分反射表面(例如，50/50反射镜)，第二透镜包括反射偏振器(reflective polarizer)。对准系统相对于第二透镜定位第一透镜，以将第二透镜的反射偏振器与第一透镜的四分之一波片对准。薄饼透镜包括透镜外壳，并且对准系统将第二透镜安装到透镜外壳，并且将第一透镜定位成与第二透镜光学串联、位于距该第一透镜将被安装到透镜外壳的位置一定距离处。对准系统围绕光轴旋转第一透镜，以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度，其中透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。然后，对准系统将第二透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

在一个实施例中，对准系统使用测试显示器，该测试显示器引导测试光通过第一透镜和第二透镜到达传感器。在一个实施例中，传感器是相机。第一透镜的部分反射表面将测试光的第一部分透射到第二透镜。测试光的第一部分的一些被第二透镜的反射偏振器反射，然而，测试光的第二部分被透射。透射的测试光导致相机捕捉到重影图像。因此，对准系统使第一透镜围绕光轴相对于第二透镜旋转通过一定角度范围，以识别第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度。在该实施例中，该角度是重影图像的亮度相对于角度范围内的其他角度低于阈值强度的地方。

在一个实施例中，对准系统使用测试照明源，该测试照明源引导测试光通过第二透镜，然后通过第一透镜到达可以确定测试光的圆偏振量的圆偏振计(例如，斯托克斯快照偏振计(stokes snapshot polarimeter)。因此，对准系统使第一透镜围绕光轴相对于第二透镜旋转通过一定角度范围，以识别第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度。在该实施例中，该角度是在圆偏振计处接收的圆偏振光的量相对于角度范围内的其他角度高于阈值量的地方。

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：

定位显示组件的第一透镜，该第一透镜与耦合到透镜外壳的第二透镜光学串联；

使用对准系统围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜，以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度，其中该角度使得透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的；和

将第一透镜安装到透镜外壳上，其中第一透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

在本发明的实施例中，在该方法中，围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度可以进一步包括：

引导测试光通过第一透镜，其中被引导的测试光的一部分被第二透镜的反射偏振器透射到相机，

使用相机对被引导的测试光的该部分成像，其中被引导的测试光的该部分形成重影图像，其中该角度使得重影图像的亮度小于阈值。

在本发明的另一个实施例中，该方法的测试光可以从照明源被引导穿过第一透镜，其中照明源可以是镀铬玻璃靶(chrome-on glass target)或薄饼透镜显示组件的显示器。

在本发明的又一个实施例中，在该方法中，测试光的照明源可以包括被配置为发射圆偏振测试光的薄膜堆叠，其中圆偏振测试光可以穿过第一透镜的四分之一波片，四分之一波片可以将圆偏振测试光改变为线偏振测试光，这允许线偏振测试光的至少一部分穿过第二透镜的反射偏振器以被相机成像为重影图像。

在本发明的另一实施例中，在该方法中，围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度的步骤可以进一步包括：

从照明源引导测试光通过第二透镜，使得测试光随后由第一透镜透射到斯托克斯快照偏振计；和

使用斯托克斯快照偏振计确定测试光中的圆偏振光的量，其中所述角度使得在斯托克斯快照偏振计处接收的圆偏振光的量至少是某个阈值。

在本发明的又一实施例中，该方法可以进一步包括：

使用旋转台定位与第一透镜和第二透镜光学串联的、薄饼透镜显示组件的电子显示器，该电子显示器被配置为发射圆偏振光；

在电子显示器上显示测试图像，其中相机在光轴上聚焦在电子显示器处，第一透镜和第二透镜位于相机和电子显示器之间，其中来自电子显示器的圆偏振光的一部分在相机处形成重影图像；

通过旋转台将电子显示器旋转通过一定角度范围；

确定电子显示器的角度，使得重影图像的亮度小于阈值。

在本发明的另一实施例中，在该方法中，将第一透镜定位为与第二透镜光学串联的步骤可以包括：

将第二透镜安装到透镜外壳上；和

将第一透镜定位在距透镜外壳上的第一透镜的安装位置预定距离之处。

在本发明的又一实施例中，该方法可以进一步包括：

在第一透镜和透镜外壳之间施加压敏粘合剂；和

使用对准系统在第一透镜和透镜外壳之间的压敏粘合剂上产生压力，以将第一透镜安装到透镜外壳。

在本发明的另一个实施例中，该方法可以进一步包括：

在电子显示器和显示器外壳之间施加压敏粘合剂；

确定电子显示器在显示器外壳上的对准；和

通过压敏粘合剂将电子显示器安装到显示器外壳上。

在本发明的又一实施例中，该方法可以进一步包括：

将显示器外壳附接到透镜外壳；

在电子显示器上显示可通过第一透镜和第二透镜由多个光学对准相机观看的测试图像，每个光学对准相机覆盖不同的视场角；和

基于来自多个光学对准相机的图像，沿着光轴、倾斜和偏斜中的至少一个调节电子显示器。

根据本发明的一个方面，提供了一种系统，包括：

中心安装件；

连接到中心安装件并被配置成绕中心安装件旋转的旋转套环；

附接到旋转套环的两个或更多个保持叉，所述两个或更多个保持叉被配置为在旋转套环使第一透镜围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转时保持第一透镜，薄饼透镜显示组件包括与第一透镜光学串联的第二透镜，其中旋转套环旋转第一透镜以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度；

照明源，其被配置为将测试光发射通过第一透镜和第二透镜；和

传感器，其被配置为接收由照明源发射的测试光，其中所述角度使得透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。

在根据本发明的系统的实施例中，照明源可以耦合到安装件，并且可以进一步被配置为将圆偏振测试光发射通过第一透镜然后通过第二透镜，其中通过第一透镜然后通过第二透镜的圆偏振测试光被传感器成像为重影图像，并且其中所述角度使得重影图像的亮度小于阈值。

在本发明的系统的另一个实施例中，来自照明源的圆偏振测试光可以穿过第一透镜的四分之一波片，四分之一波片可以将圆偏振测试光改变为线偏振测试光，这允许线偏振测试光的至少一部分穿过第二透镜的反射偏振器，由传感器成像为重影图像。

在根据本发明的系统的又一实施例中，照明源是镀铬玻璃靶或薄饼透镜显示组件的显示器。

在本发明的系统的另一个实施例中，传感器可以是斯托克斯快照偏振计，其被配置为在光穿过第二透镜然后穿过第一透镜之后接收从照明源发射的光，其中照明源可以被进一步配置为将线偏振光发射穿过第二透镜然后穿过第一透镜到达斯托克斯快照偏振计，其中旋转套环还被配置成旋转第一透镜通过一定角度范围，以确定在斯托克斯快照偏振计处接收的圆偏振光的量至少是某个阈值的角度。

在本发明的又一实施例中，该系统可以进一步包括：

包括相机和旋转台的显示器对准系统，该显示器对准系统可以被配置成：

使用旋转台定位与第一透镜和第二透镜光学串联的、薄饼透镜显示组件的电子显示器，该电子显示器被配置为发射圆偏振光；

使测试图像显示在电子显示器上，其中相机在光轴上聚焦在电子显示器处，第一透镜和第二透镜位于相机和电子显示器之间，其中来自电子显示器的圆偏振光的一部分在相机处形成重影图像；和

通过使用旋转台将电子显示器旋转通过一定角度范围，确定重影图像的亮度小于阈值的电子显示器的角度。

在本发明的另一个实施例中，该系统可以进一步包括：

视觉系统，其被配置为：

在第一透镜和透镜外壳上的压敏粘合剂之间产生压力，以将第一透镜安装到透镜外壳上。

在本发明的又一实施例中，该系统可以进一步包括：

包括多个光学对准相机的显示器对准系统，其中该显示器对准系统可以被配置成：

将电子显示器安装到显示器外壳上；

将显示器外壳安装到透镜外壳上；

使测试图像显示在电子显示器上，该测试图像可由多个光学对准相机观看，每个光学对准相机覆盖不同的视场角；和

基于来自多个光学对准相机的图像，沿着光轴、倾斜和偏斜中的至少一个调节电子显示器。

在本发明的系统的另一个实施例中，显示器外壳可以通过两个或更多个可调节螺钉安装到透镜外壳，并且其中可以通过调节两个或更多个可调节螺钉来进行沿着光轴、倾斜和偏斜中的至少一个的调节。

在本发明系统的又一个实施例中，显示器外壳通过粘合剂安装到透镜外壳，并且在粘合剂固化之前，使用显示器对准系统进行沿光轴、倾斜和偏斜中的至少一个的调节。

附图简述

图1A示出了根据一个或更多个实施例的薄饼透镜显示组件的折叠光路。

图1B是根据一个或更多个实施例的用于薄饼透镜显示组件的主动对准的示例系统。

图2示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程的第一步骤，该步骤包括将薄饼透镜的第二透镜安装到透镜外壳上。

图3示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程中的第二步骤，该步骤包括将薄饼透镜的第二透镜安装到透镜外壳上，同时将粘合剂和压缩泡沫施加到透镜外壳上以安装第一透镜。

图4示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程中的第三步骤，该步骤包括安装件被配置为相对于第二透镜保持和旋转第一透镜。

图5示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程中的第四步骤，该步骤包括施加有粘合剂的显示器外壳以将显示器安装到显示器外壳。

图6示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程的第五步骤，该步骤包括通过可调螺钉将显示器外壳安装并对准到透镜外壳。

图7示出了根据一个或更多个实施例的主动对准过程中的替代的第三步骤，该步骤包括安装件被配置为相对于第二透镜保持和旋转第一透镜。

图8示出了根据一个或更多个实施例的伴随可选的第三步骤的附加步骤，该步骤包括将显示器外壳安装并对准到图7的透镜外壳。

图9A是示出根据一个实施例的用于主动对准薄饼透镜显示组件的过程的流程图。

图9B是示出根据一个实施例的用于主动对准薄饼透镜显示组件的过程的另一流程图。

图10是根据一个实施例的HMD的示意图。

图11是根据一个实施例的图10所示的HMD的前刚性主体的横截面。

图12是根据至少一个实施例的系统环境，具有薄饼透镜的HMD在该环境中进行操作。

附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到本文示出的结构和方法的替代实施例可以被采用而不偏离本文所述的本公开的原理或者所推崇的益处。

详细描述

本发明的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来被实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(mixed reality，MR)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容组合的所生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，它们中的任何一个都可以在单个通道或多个通道(例如向观看者产生三维效果的立体视频)中呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，包括连接到主计算机系统的可穿戴设备(例如，头戴式装置)、独立的可穿戴设备(例如，头戴式装置)、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

薄饼透镜的折叠光路

图1A示出了根据一个或更多个实施例的薄饼透镜显示组件100的折叠光路。薄饼透镜显示组件100包括显示器105、第一透镜110和第二透镜115。第一透镜110和/或第二透镜115的一个或更多个表面可以被成形为校正场弯曲，例如被成形为球形凹入(例如，球的一部分)、球形凸起、平面、旋转对称非球面、自由形状或减轻场弯曲的某个其他形状。在一些实施例中，第一透镜110和/或第二透镜115的一个或更多个表面的形状可以被设计成另外校正其他形式的光学像差。在一些实施例中，薄饼透镜显示组件100内的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层，例如抗反射涂层和增强对比度。显示器105包括圆偏振器120，其将从显示器105发射的光转换成圆偏振光。在一个实施例中，圆偏振器120是显示器105表面上的薄膜。第一透镜110包括部分反射器125和四分之一波片(QWP)130。部分反射器125(例如，50/50反射镜)被配置成反射入射在其表面上的一部分光并透射另一部分光。QWP 130被配置成将圆偏振光转换成线偏振光，反之亦然。第二透镜115包括反射偏振器135，反射偏振器135被配置为透射期望的偏振态，同时反射其他偏振态。

在操作中，光140从显示器105和圆偏振器120被导向部分反射器125。光140是圆偏振的。光140的第一部分被部分反射器125反射，光140的第二部分被部分反射器125向QWP130透射。在一些实施例中，部分反射器125被配置成反射50％的入射光(例如，光140、光155等)。QWP 130将光140的偏振从圆形变为线性(称为光145)。光145入射到反射偏振器135上，反射偏振器135反射偏振在阻挡方向(例如，x方向)上的光，并透射偏振在与阻挡方向垂直的方向(例如，y方向)上的光。此时，光145在阻挡方向上线性偏振。因此，反射偏振器135反射光145，并且反射光被称为光150。光150入射到QWP 130上，这将光150从线偏振变为圆偏振的光155，并且如上所述，部分反射器125反射光155的一部分(同时透射另一部分)。光155的反射部分作为光160反射回QWP 130，光160也是圆偏振的；然而，由于部分反射器125的反射，它的旋向与光155和145的旋向相反。因此，QWP 130将光160的偏振从圆偏振变为线偏振的光165。然而，由于光160的旋向与光145的旋向相反，所以光165的偏振与光145的偏振垂直。因此，光165在垂直于阻挡方向(例如，x)的方向(例如，y)上被线性偏振，并且因此被反射偏振器135作为光165透射到用户的眼睛166。在2016年10月12日提交的美国专利申请第15/292，108号中进一步描述了薄饼透镜显示组件的操作及其其他变型，该申请通过引用整体结合于此。

然而，上述过程是现实的理想化版本。由于一个或更多个光学元件中的缺陷，在薄饼透镜显示组件中可能存在其他不太理想的光路，并且这些缺陷会导致光泄漏、重影图像等。理论上，可以消除光泄漏，但是实际上，光的波长是变化的(例如，在可见光谱上)，并且QWP 130的延迟是波长的函数并且随着波长而变化。因此，QWP 130可能实际上不能在入射到其上的光的所有可能波长上提供四分之一波长的延迟。因此，第二透镜115的反射偏振器135与第一透镜110的QWP 130的对准可能是困难的，因为这些元件之间需要满足相对严格的公差以确保图像质量。特别地，在QWP130的第一取向轴和反射偏振器135的第二取向轴之间的不太理想的角度下，来自显示器105的部分光直接穿过第一透镜110和第二透镜115(即，不经历任何上述反射)，其在眼睛166处被观察为重影图像。因此，公开了一种用于将第二透镜115的反射偏振器135主动对准到第一透镜110的QWP 130以至少最小化光泄漏、重影图像等的系统和方法。

对准系统

图1B示出了根据一个实施例的用于薄饼透镜显示组件的第一透镜相对于第二透镜主动对准的示例对准系统170。对准系统170包括视觉系统175、偏振对准系统180、显示器对准系统185和控制器190。在其他实施例中，对准系统170可以具有与任何附加系统、模块或元件一起列出的元件的任何组合。

视觉系统175是基于计算机视觉的系统，其在对准过程中自动执行一个或更多个步骤。视觉系统175可以包括处理器、一个或更多个相机、旋转台上的透镜安装元件(例如，一个或更多个透镜保持叉、真空吸盘等)和执行诸如部件选择、粘合剂和压缩泡沫施加、第二透镜对准和安装以及质量保证等的任务以及其他任务的软件。在其他实施例中，对准系统170可以具有与任何附加系统、模块或元件一起列出的元件的任何组合。

视觉系统175被配置成将薄饼透镜显示组件的透镜外壳安装到头戴式显示器(HMD)的透镜外壳固定安装件上。在一个实施例中，视觉系统175的一个或更多个相机使用透镜外壳固定安装件上的基准来引导透镜外壳的放置。基准用作视觉系统105的视觉指示器，以引导透镜外壳相对于透镜外壳固定安装件的对准和放置。视觉系统175还可以被配置为将用于将薄饼显示组件的第二透镜安装到透镜外壳的粘合剂施加到透镜外壳，然后将第二透镜安装到透镜外壳。这包括将第二透镜的鼻状切口(nose cut)与透镜外壳上的相应鼻状切口对准，通过透镜安装元件将第二透镜移动到位，并将第二透镜压靠在透镜外壳上的粘合剂上。视觉系统175还可以被配置为将压敏粘合剂(PSA)和压缩泡沫施加到透镜外壳，以将第一透镜安装到透镜外壳。参照图2-3更详细地描述了这些过程。

视觉系统175还被配置成将HMD的显示器安装到显示器外壳上。这包括将PSA施加到显示器外壳上，并在正确对准的情况下将显示器引导到显示器外壳上的位置，以将显示器粘附到显示器外壳上的PSA上。在一个实施例中，视觉系统175的一个或更多个相机引导显示器在x、y方向上的放置以及围绕z方向的旋转，并且视觉系统175的透镜安装元件在显示器和显示器外壳之间施加力，以使PSA将显示器与显示器外壳结合。参照图5更详细地描述该过程。虽然图1示出了单个视觉系统175，其在这里被描述为执行透镜和显示器安装，但是可以有两个不同的视觉系统，每个视觉系统专用于执行这些单独步骤中的一个。例如，在装配线上，第一视觉系统可以将第二透镜安装到透镜外壳上，而第二视觉系统将显示器安装到显示器外壳上。

偏振对准系统180包括中心安装件、相对于中心安装件旋转的旋转套环、连接到旋转套环并随其旋转的透镜安装元件以及传感器。在一个实施例中，透镜安装元件可以是关于视觉系统175描述的相同的透镜安装元件。该透镜安装元件被配置成在旋转套环使第一透镜围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转的同时，将第一透镜保持在距第一透镜将被安装到透镜外壳的位置一定距离处。旋转第一透镜，直到第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一角度。下面将更详细地描述如何确定这个角度。

在一个实施例中，中心安装件包括显示光图案的照明源和被配置成将来自照明源的测试光转换成圆偏振测试光的薄膜叠层。偏振对准系统还包括相机，该相机在穿过第二透镜然后穿过第一透镜的直线通道上聚焦在照明源处。光穿过第二透镜然后穿过第一透镜的直线通道是从照明源直射的光路，没有经历任何反射。传感器(例如相机)位于用户眼睛所处的位置，而照明源位于HMD显示器将所处的位置。在该实施例中，圆偏振测试光穿过第一透镜，然后穿过第二透镜，并由传感器成像为重影。因此，第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度对应于第一透镜和第二透镜的相对位置，使得重影图像的亮度小于阈值(或相对于第一透镜旋转的其他角度最小化)。在一个实施例中，可接受的阈值范围将在0.3-0.7％之间；然而，阈值是基于总系统性能的，并且最有可能被设置为使重影图像的信号相对于来自照明源的光图案的主图像最小化。在一个实施例中，这包括旋转第一透镜，直到基于重影图像的亮度识别出第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度。偏振对准系统180然后被配置成以这个角度将第二透镜安装到透镜外壳。参照图4更详细地描述该过程。

显示器对准系统185被配置成将显示器外壳安装到透镜外壳。这包括通过两个或更多个螺钉将显示器外壳与透镜外壳配合，所述螺钉可调节以相对于第一和第二透镜对准显示器。因此，显示器对准系统185包括多个光学对准相机，每个光学对准相机通过第二透镜和第一透镜以不同的视场角指向显示器。显示器对准系统185还可以使HMD的显示器通电以显示测试图像(例如，图案、网格、3个偏移点等)，用于使用多个光学对准相机来执行光学对准，以使用两个或更多个螺钉来调节显示器在z方向上的位置。参照图6更详细地描述该过程。

在替代实施例中，偏振对准系统180包括照明源、具有中心开口的中心安装件、圆偏振计(例如斯托克斯快照偏振计)、相对于中心安装件旋转的旋转套环、以及附接到旋转套环并随旋转套环旋转的透镜安装元件(例如透镜保持叉)。在该实施例中，传感器是斯托克斯快照偏振计。照明源位于薄饼透镜显示组件的眼睛侧，并被配置为引导测试光通过第二透镜，然后通过第一透镜，最后通过中心安装件的中心开口到达斯托克斯快照偏振计。透镜安装元件被配置为在第一透镜围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转时，将第一透镜保持在距第一透镜将被安装到透镜外壳的位置一定距离处。因此，第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度对应于第一透镜和第二透镜的相对位置，使得由圆偏振计接收的圆偏振光的量(或椭圆率)大于阈值(或相对于第一透镜旋转的其他角度最大化)。在一个实施例中，可接受的阈值范围将在大于96％的圆偏振光(或椭圆率)之间。这些值可以在几个不同的视场角和波长下测量，并且可以使用更复杂的加权度量，并且旋转被优化，直到得分度量最小化或最大化。

在一个实施例中，旋转第一透镜，直到第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度基于斯托克斯快照偏振计接收的圆偏振光的量被识别。偏振对准系统180然后被配置成以这个角度将第二透镜安装到透镜外壳。参照图7更详细地描述该过程。

在该替代实施例中，显示器对准系统185包括旋转台、显示器真空吸盘和相机。显示器真空吸盘被配置成将显示器和显示器外壳定位在离显示器外壳将被安装到透镜外壳的位置一定距离处，以允许显示器外壳自由旋转。显示器被通电以显示测试图像(发射圆偏振测试光)，并且相机聚焦在与测试图像相对应的重影图像的直线通道上，如在第二透镜和第一透镜的另一侧观察到的。显示器外壳(以及显示器)通过旋转台旋转通过一定角度范围，以识别重影图像的亮度小于阈值(或相对于显示器旋转的其他角度最小化)的显示器位置。然后，显示器真空吸盘将显示器外壳移动到z方向上的位置，直到显示器外壳接触透镜外壳的压缩泡沫，并且一个或更多个调节螺钉旋转到位以连接显示器外壳。显示器真空吸盘然后释放显示器。参照图8更详细地描述该过程。

控制器190处理来自视觉系统175的一个或更多个相机、传感器(例如相机、斯托克斯快照偏振计等)和/或多个光学对准相机的信息，并且被配置为给如上所述的视觉系统175、偏振对准系统180和显示器对准系统185生成命令，以相对于薄饼透镜显示组件中的第二透镜对准第一透镜。控制器190可以包括处理器和计算机可读存储介质。

对准方法

图2示出了根据一个实施例的基于薄饼透镜的显示组件的主动对准过程的第一步骤200。在第一步骤200中，视觉系统175首先将薄饼透镜显示组件的透镜外壳210安装到透镜外壳固定安装件215上，透镜外壳固定安装件215附接到头戴式显示器(HMD)的框架(或其一部分)。视觉系统175还可以将用于将第二透镜205安装到透镜外壳210的粘合剂220施加到透镜外壳210，然后将第二透镜205安装到透镜外壳210。在一个实施例中，这包括将第二透镜205的鼻状切口与透镜外壳210的相应鼻状切口轮廓对准，将第二透镜205移动到位，并在第二透镜205和透镜外壳210上的粘合剂220之间施加压力，以将第二透镜205结合到透镜外壳210。

图3示出了根据一个实施例的主动对准过程中的第二步骤300，该步骤包括将粘合剂310和压缩泡沫305施加到透镜外壳210上以安装第一透镜。在一个实施例中，粘合剂310是压敏粘合剂(PSA)，当第一透镜和透镜外壳210之间有压力时，该压敏粘合剂将第一透镜结合到透镜外壳210。

图4示出了在一个实施例中主动对准过程中的第三步骤400，其包括相对于第二透镜205旋转第一透镜405，以识别重影图像的亮度小于阈值的角度。在该实施例中，偏振对准系统180包括中心安装件410、相对于中心安装件410旋转的旋转套环425、以及附接到旋转套环425并随旋转套环425旋转的保持叉415。偏振对准系统180将第一透镜405定位成与第二透镜205光学串联，第一透镜405使用保持叉415耦合到透镜外壳210。保持叉415被配置为在旋转第一透镜405以识别角度的同时，将第一透镜405保持在距第一透镜405将被安装到透镜外壳210的位置一定距离(Δz)处。

中心安装件410还包括照明源420、镀铬玻璃靶430和偏振薄膜堆叠435。照明源420发射测试光，偏振薄膜堆叠435将测试光转换成圆偏振测试光，该测试光被导向第一透镜405表面上的四分之一波片(QWP)460。如参照图1A所述，当测试光行进到第二透镜205的表面上的反射偏振器465时，QWP 460将圆偏振测试光转换成线偏振测试光。反射偏振器465反射沿阻挡方向(例如，x方向)的线偏振光，并透射沿与阻挡方向垂直的方向(例如，y方向)偏振的光。由于此时光的偏振方向还没有与反射偏振器465的偏振方向对准，所以测试光不完全平行于或正交于反射偏振器465的偏振轴。因此，测试光的一些部分在直线通道上透射(即，没有反射)，从而形成重影图像，其中该光由相机440成像。穿过反射偏振器465的测试光的量基于QWP 460的第一取向轴和反射偏振器465的第二取向轴之间的角度而变化。

因此，第一透镜405经由保持叉415和旋转套环425绕光轴455旋转450，以定位QWP460的第一取向轴，使得第一取向轴和第二透镜205上的反射偏振器465的第二取向轴成一角度，在该角度处重影图像的亮度最小化(或小于阈值强度值)。因此，旋转套环425使第一透镜405旋转通过一定角度范围，直到相机440识别出重影图像被最小化的该角度。另外，在这个角度，透射通过第一透镜405然后通过第二透镜205的光基本上是圆偏振的。

一旦重影图像的亮度被最小化(或小于阈值强度值)的角度被识别，保持叉415将第一透镜405安装到透镜外壳210。这包括保持叉415以所识别的角度将第一透镜405移动到位，以在第一透镜405和透镜外壳210上的粘合剂310和压缩泡沫305之间形成接触。在一个实施例中，粘合剂310是压敏粘合剂，并且偏振对准系统180被配置成在第一透镜405和透镜外壳210上的粘合剂310以及压缩泡沫305之间产生压力，以将第一透镜405安装到透镜外壳210。

图5示出了根据一个实施例的主动对准过程中的第四步骤500，该步骤包括施加有粘合剂515的显示器外壳510，以将显示器505安装到显示器外壳510。在一个实施例中，视觉系统175被配置成将HMD的显示器505安装到显示器外壳510。这包括将粘合剂515施加到显示器外壳510上，并在正确对准的情况下将显示器505引导到显示器外壳510上的位置，以将显示器505粘附到显示器外壳210上的粘合剂515上。在一个实施例中，粘合剂515是压敏粘合剂(PSA)，并且视觉系统175被配置成在显示器505和显示器外壳510之间产生压力，以使粘合剂515将显示器505与显示器外壳510结合。

图6示出了根据一个实施例的主动对准过程中的第五步骤600，该步骤包括将显示器外壳510安装并对准到透镜外壳210。显示器对准系统185经由两个或更多个调节螺钉605(例如，三个调节螺钉)将显示器外壳510与透镜外壳210配合，调节螺钉605可调整以相对于第一透镜405和第二透镜205在z方向上沿着光轴并在倾斜/偏斜方向上对准显示器505。显示器对准系统185包括多个光学对准相机610，每个光学对准相机通过第二透镜205和第一透镜405以相对于第二透镜205和第一透镜405的光轴的不同视场角或多个视场角指向显示器505。

因此，HMD的显示器505通电以显示测试图像(例如，图案、网格、3个偏移点等)并且多个光学对准相机610各自以大约1-4m(例如，2.5m)聚焦在测试图像上。然后，使用多个光学对准相机610，沿着z轴并在倾斜和偏斜上调节显示器505，以实现显示器505上的相等聚焦。使用两个或更多个调节螺钉605来执行沿z轴和倾斜和偏斜方向的调节。在一个实施例中，有三个调节螺钉605。例如，通过相对于另外两个调节螺钉605拧紧一个调节螺钉605，经由压缩泡沫305改变透镜外壳210和显示器外壳510之间的角度，可以进行倾斜和偏斜的调节。一旦显示器外壳510的调节完成，可以应用紫外线(UV)固化或其他粘合剂来将调节螺钉605固定到位。在替代实施例中，显示器对准系统185使用其他紧固方法，例如粘合剂，将显示器外壳510与透镜外壳210配合。在该实施例中，显示器真空吸盘805(或其他安装件)保持显示器505，并且在将显示器505和显示器外壳510保持在适当位置的同时，沿着光轴、倾斜和偏斜进行主动调节，直到紧固方法完成(例如，粘合剂固化)。因此，在一个实施例中，在粘合剂固化之前，使用显示器对准系统185进行沿着光轴和倾斜和/或偏斜的调节。

图7示出了根据一个实施例的主动对准过程中的替代的第三步骤700，其包括安装件705被配置为相对于第二透镜205保持和旋转450第一透镜405。在该实施例中，偏振对准系统180包括照明源710、具有中心开口的安装件705、圆偏振计720、相对于安装件705旋转的旋转套环725、以及附接到旋转套环725并随旋转套环725旋转的保持叉415。照明源710位于第二透镜205的眼睛侧，并被配置为引导测试光穿过第二透镜205，然后穿过第一透镜405，最后穿过安装件705的中心开口到达斯托克斯快照偏振计720。

如上所述，偏振对准系统180使用保持叉415将第一透镜405定位成与第二透镜205光学串联，第二透镜205耦合到透镜外壳210。保持叉415被配置为将第一透镜405保持在距第一透镜405将被安装到透镜外壳210的位置一定距离(Δz)处，同时使第一透镜405围绕光轴455旋转450以识别角度，在该实施例中，在该角度，由斯托克斯快照偏振计720接收的圆偏振光的量大于阈值(或相对于第一透镜405旋转的其他角度最大化)。

照明源710被配置成发射测试光，并且另外包括被配置成从测试光产生线偏振测试光的过滤光学器件。从照明源710发射的线偏振测试光穿过第二透镜205表面上的反射偏振器465到达第一透镜405表面上的QWP460。当测试光通过安装件705的中心开口传播到斯托克斯快照偏振计720时，第一透镜405表面上的QWP 460将线偏振测试光转换成圆偏振测试光。

因此，第一透镜405上的QWP 460的第一取向轴和第二透镜205上的反射偏振器465的第二取向轴之间的角度对应于第一透镜405和第二透镜205的相对位置，使得斯托克斯快照偏振计720接收的圆偏振光的量大于阈值。在一个实施例中，第一透镜405旋转450，直到基于斯托克斯快照偏振计720接收的圆偏振光的量识别出QWP 460的第一取向轴和反射偏振器465的第二取向轴之间的该角度。偏振对准系统180然后被配置成以这个角度将第一透镜405安装到透镜外壳210。

图8示出了根据一个实施例的伴随可选的第三步骤700的附加步骤800，该步骤包括将显示器外壳210安装并对准到图7的透镜外壳210。在第一透镜405安装到透镜外壳210之后，显示器505相对于第二透镜205和第一透镜405旋转，其过程类似于图4中用于相对于第二透镜205对准第一透镜405的对准方法。虽然第一透镜405和第二透镜205已经对准，并且显示器正在输出圆偏振光，但是在一些实施例中，旋转显示器505使得列(column)相对于透镜外壳210定向是有益的，使得在头戴式显示器中，列在用户的左眼和右眼之间对准(例如，<0.5度的差异)。在该实施例中，显示器对准系统185包括旋转台810、显示器真空吸盘805和相机815。显示器真空吸盘805被配置成将显示器505和显示器外壳510保持和定位在显示器外壳510将被安装到透镜外壳210的位置一定距离处，以允许显示器外壳510自由旋转。显示器505被配置为发射圆偏振测试光，并且被通电以显示测试图像，同时相机815被聚焦在由测试图像产生的重影图像的直线通道上，如从薄饼透镜显示组件的眼睛侧观察到的。显示器外壳510(以及显示器505)经由旋转台810旋转850通过一定角度范围，以识别重影图像的亮度小于阈值(或相对于显示器505旋转的其他角度最小化)的显示器505的位置。

一旦重影图像的亮度小于阈值的角度被识别，显示器真空吸盘805将显示器外壳510在z方向上移动到位，直到显示器外壳接触透镜外壳210的压缩泡沫605，并且一个或更多个调节螺钉605旋转到位以连接显示器外壳510。显示器真空吸盘805然后释放显示器505。因此，如以上关于图6所述，使用两个或更多个调节螺钉605来执行显示器505沿着z轴以及倾斜和偏斜的调节，并且应用UV固化或其他粘合剂来将调节螺钉605固定到位。

用于主动对准薄饼透镜显示组件的方法

图9A是示出根据一个实施例的主动对准头戴式显示器(HMD)的薄饼透镜显示组件的过程900的流程图。图9A的过程900可以由装置的部件(例如，对准系统170、视觉系统175、偏振对准系统180、显示器对准系统185)来执行。同样，实施例可以包括不同的和/或附加的步骤，或者以不同的顺序执行这些步骤。

对准系统100将第二透镜安装905到HMD的透镜外壳。在一个实施例中，这包括将第二透镜的鼻状切口与透镜外壳的相应鼻状切口轮廓对准，将第二透镜移动到位，并在第二透镜和透镜外壳上的粘合剂之间施加压力，以将第二透镜结合到透镜外壳。

对准系统170将第一透镜定位910为与第二透镜光学串联。第一透镜包括在第一表面上的部分反射涂层(例如，50/50反射镜)和在第二表面上的四分之一波片(QWP)，第二透镜包括在第一表面上的反射偏振器。在其他实施例中，部分反射涂层和QWP可以是堆叠在第一透镜的第一表面或第二表面上的不同层，反射偏振器也可以在第二透镜的第一表面或第二表面上。第二透镜安装到透镜外壳上，并且第一透镜使用偏振对准系统180定位成与第一透镜光学串联，偏振对准系统180配置成沿着薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜。

对准系统170引导915圆偏振光通过第一透镜和第二透镜到达传感器。在该实施例中，传感器是相机，并且第一透镜的部分反射涂层(例如，50/50)被配置为将光的第一部分透射到第二透镜，同时反射第二部分。第一透镜的QWP将圆偏振光转换为线偏振光，并且线偏振光行进到第二透镜的反射偏振器。在这一次通过时线偏振光的轴取向与第二透镜的反射偏振器的取向轴不对准的时候，反射偏振器透射光的第二部分，导致相机捕捉到重影图像。例如，反射偏振器的轴取向可以被配置为透射沿x轴取向的线偏振光，并阻挡沿y轴取向的线偏振光。在该次通过(即，在任何反射之前的直通)的线偏振光理想地100％沿着y轴取向，这将被反射偏振器完全反射。然而，现实并非如此。虽然线偏振光主要沿着y轴取向，但是很可能有一小部分光沿着x轴取向(例如，98％的y轴和2％的x轴)。线偏振光的这一小部分(例如，它的2％沿x轴取向)直接穿过第一和第二透镜，而从未被反射偏振器反射，作为重影图像到达相机。

对准系统170将第一透镜沿光轴旋转920通过一定角度范围。当旋转时，对准系统170确定925重影图像的亮度相对于角度范围内的其他角度被最小化的角度。另外，在这个角度，第一透镜上的QWP的第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴定位，使得透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。

对准系统170以所确定的角度将第一透镜安装930到透镜外壳。这包括保持叉以所识别的角度将第一透镜移动到位，以在第一透镜和透镜外壳上的粘合剂(例如，压敏粘合剂)和压缩泡沫之间形成接触。在一个实施例中，偏振对准系统180被配置成在第一透镜和透镜外壳上的粘合剂和压缩泡沫之间产生压力，以将第一透镜安装到透镜外壳上。

对准系统170将HMD的显示器安装935到显示器外壳上。这包括将粘合剂施加到显示器外壳上，并在正确对准的情况下将显示器引导到显示器外壳上的位置，以将显示器粘附到显示器外壳上的粘合剂上。在一个实施例中，粘合剂是压敏粘合剂(PSA)，并且视觉系统175或显示器对准系统185被配置成在显示器和显示器外壳之间产生压力，以使粘合剂将显示器与显示器外壳结合。

对准系统170通过调节螺钉将显示器外壳安装并对准940到透镜外壳。显示器对准系统185通过两个或更多个调节螺钉将显示器外壳与透镜外壳配合，所述调节螺钉是可调节的，以沿着光轴在z方向上和倾斜/偏斜方向上相对于第一透镜和第二透镜对准显示器。显示器对准系统185包括多个光学对准相机，每个光学对准相机通过第二透镜和第一透镜以相对于第二透镜和第一透镜的光轴的不同视场角或多个视场角指向显示器。因此，HMD的显示器被通电以显示测试图像，并且多个光学对准相机各自聚焦在大约2.5m处的测试/测试图像上。然后，使用多个光学对准相机沿着z轴和倾斜和偏斜方向调节显示器，以实现显示器上的相等聚焦。使用两个或两个以上的调节螺钉进行沿z轴和倾斜和偏斜方向的调节。例如，通过相对于另外两个调节螺钉拧紧一个调节螺钉，通过压缩泡沫改变透镜外壳和显示器外壳之间的角度，可以进行倾斜和偏斜的调节。一旦显示器外壳的调节完成，可使用紫外线(UV)固化或其他粘合剂将调节螺钉固定到位。

图9B是示出根据一个实施例的用于主动对准薄饼透镜显示组件的过程950的另一流程图。图9B的过程950可以由装置的部件(例如，视觉系统175、偏振对准系统180、显示器对准系统185)来执行。同样，实施例可以包括不同的和/或附加的步骤，或者以不同的顺序执行这些步骤。

对准系统100将第二透镜安装955到HMD的透镜外壳。在一个实施例中，这包括将第二透镜的鼻状切口与透镜外壳的相应鼻状切口轮廓对准，将第二透镜移动到位，并在第二透镜和透镜外壳上的粘合剂之间施加压力，以将第二透镜结合到透镜外壳。

对准系统170将第一透镜定位960成与第二透镜光学串联。第一透镜包括在第一表面上的部分反射涂层(例如，50/50反射镜)和在第二表面上的四分之一波片(QWP)，并且第一透镜包括在第一表面上的反射偏振器。如上所述，在不同的实施例中，部分反射涂层和QWP可以是堆叠在第一透镜的第一表面或第二表面上的不同层，并且反射偏振器也可以在第二透镜的第一表面或第二表面上。第二透镜安装到透镜外壳上，并且第一透镜使用偏振对准系统180定位成与第一透镜光学串联，偏振对准系统180配置成沿着薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜。

对准系统170引导965线偏振光通过第二透镜，然后通过第一透镜到达圆偏振计(例如斯托克斯快照偏振计)。当线偏振光穿过QWP到达部分反射涂层时，第一透镜的QWP基本上将线偏振光转换成圆偏振光。

对准系统170将第一透镜沿光轴旋转970通过一定角度范围。当旋转时，对准系统170确定975由圆偏振计接收的圆偏振光的量相对于角度范围内的其他角度高于阈值强度的角度。另外，在这个角度，第一透镜上的QWP的第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴定位，使得透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。

对准系统170以所确定的角度将第一透镜安装980到透镜外壳。这包括保持叉以所识别的角度将第一透镜移动到位，以在第一透镜和透镜外壳上的粘合剂(例如，压敏粘合剂)和压缩泡沫之间形成接触。在一个实施例中，偏振对准系统180被配置成在第一透镜和透镜外壳上的粘合剂和压缩泡沫之间产生压力，以将第一透镜安装到透镜外壳上。

对准系统170将HMD的显示器安装985到显示器外壳上。如上所述，这可以包括将压敏的粘合剂施加到显示器外壳上，并在正确对准的情况下将显示器引导到显示器外壳上的位置，以将显示器粘附到显示器外壳上的粘合剂上。

对准系统170将显示器外壳安装到透镜外壳上并与之对准990。在第一透镜安装到透镜外壳上之后，显示器相对于第二透镜和第一透镜旋转。在该实施例中，显示器对准系统185包括旋转台、显示器真空吸盘和相机。显示器真空吸盘被配置成将显示器和显示器外壳保持和定位在离显示器外壳将被安装到透镜外壳的位置一段距离处，以允许显示器外壳自由旋转。该显示器被配置成发射圆偏振测试光，并被通电以显示测试图像，同时相机被聚焦在通过由测试图像产生的重影图像的直线通道上，如从薄饼透镜显示组件的眼睛侧观察到的。显示器外壳旋转通过一定角度范围，以识别重影图像的亮度小于阈值(或相对于显示器旋转的其他角度最小化)的显示器位置。一旦重影图像的亮度小于阈值的角度被识别，显示器真空吸盘将显示器外壳在z方向上移动到位，直到显示器外壳接触透镜外壳的压缩泡沫，并且一个或更多个调节螺钉被旋转到位以连接显示器外壳。显示器真空吸盘然后释放显示器。

头戴式显示器(HMD)

图10是根据一个实施例的HMD 1000的示意图。HMD 1000可以是向用户呈现媒体的虚拟现实(VR)头戴式装置。可选地，HMD 1000可以是一些其他增强现实、虚拟现实或混合现实系统的一部分。HMD 1000所呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，音频经由基于音频信息接收音频数据的外部设备(例如，扬声器和/或耳机)来呈现。图10所示的HMD 1000包括带1005和前刚性主体1010。带1005被配置成供用户将HMD 1000戴在他们的头上。前刚性主体1010包括一个或更多个光学元件和显示面板，它们一起向用户显示媒体。

图11是根据一个实施例的图10所示的HMD 1000的前刚性主体1010的横截面1100。在图11的实施例中，前刚性主体1010包括薄饼显示组件1105，薄饼显示组件1105还包括显示器和两个或更多个光学元件，它们一起向视窗1110提供图像光。在一个实施例中，薄饼显示组件1105是薄饼透镜显示组件100。视窗1110是当用户佩戴HMD 1000时用户的眼睛1115所处的位置。出于说明的目的，图11示出了与单个眼睛1115和单个薄饼显示组件1105相关联的横截面，并且在未示出的替代实施例中，与图11所示的薄饼显示组件1105分离的另一薄饼显示组件向用户的另一只眼睛提供图像光。

系统概况

图12是根据一个或更多个实施例的包括头戴式显示器(HMD)1000的系统1200。系统1200可以在人工现实环境(例如，虚拟现实环境、增强现实环境、混合现实环境或它们的某种组合)中操作。图12所示的系统1200包括HMD 1000、耦合到控制台1215的输入/输出(I/O)接口1210和网络1220。尽管图12示出了示例系统1200包括一个HMD 1000和一个I/O接口1210，但在其他实施例中，系统1200中可以包括任意数量的这些部件。例如，可以有多个头戴装置，每个头戴装置具有相关联的I/O接口1210，其中每个头戴装置和I/O接口1210都与控制台1215通信。在替代配置中，系统1200中可以包括不同的和/或附加的部件。此外，在一些实施例中，结合图12所示的一个或更多个部件描述的功能可以以与结合图12描述的方式不同的方式在部件之间分配。例如，控制台1215的一些或全部功能可以由HMD 1000提供。

HMD 1000包括显示组件1230、薄饼透镜块1235、一个或更多个位置传感器1240和DCA 1245。HMD 1000的一些实施例具有与结合图12描述的部件不同的部件。另外，由结合图12所描述的各种部件提供的功能在其他实施例中可以不同地分布在HMD 1000的部件当中，或者可以在远离HMD 1000的单独组件中被捕获。

显示组件1230根据从控制台1215接收的数据向用户显示内容。显示组件1230使用一个或更多个显示元件(例如，显示器505)来显示内容。显示元件可以是例如电子显示器。在各种实施例中，显示组件1230包括单个显示元件或多个显示元件(例如，用于用户每只眼睛的显示器)。电子显示器的例子包括：液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)、波导显示器、一些其他显示器或其组合。注意，在一些实施例中，显示器505还可以包括薄饼透镜块1235的一些或全部功能。

薄饼透镜块1235是薄饼透镜，其放大从电子显示器接收的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并将校正后的图像光呈现给HMD 1000的一个或两个视窗。在各种实施例中，薄饼透镜块1235包括一个或更多个光学元件。薄饼透镜块1235中包括的示例光学元件包括：光圈、菲涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、反射表面或影响图像光的任何其他合适的光学元件。此外，薄饼透镜块1235可以包括不同光学元件的组合。在一些实施例中，薄饼透镜块1235中的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层，例如部分反射涂层或抗反射涂层。

薄饼透镜块1235对图像光的放大和聚焦允许电子显示器比更大的显示器物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外，放大可以增大电子显示器所呈现的内容的视场。例如，所显示内容的视场使得所显示内容使用用户的几乎所有视场(例如，大约110度对角线)、且在一些情况下使用所有视场来呈现。此外在一些实施例中，可以通过添加或移除光学元件来调整放大量。

在一些实施例中，薄饼透镜块1235可以被设计成校正一种或更多种类型的光学误差。光学误差的示例包括桶形或枕形失真、纵向色差或横向色差。其他类型的光学误差还可以包括球面像差、色差(chromatic aberrations)或由于透镜像场弯曲(lens fieldcurvature)、散光或任何其他类型的光学误差引起的误差。在一些实施例中，被提供给电子显示器用于显示的内容被预失真，并且当薄饼透镜块1235从电子显示器接收基于内容生成的图像光时，薄饼透镜块1235校正失真。

位置传感器1240是产生指示HMD 1000的位置的数据的电子设备。位置传感器1240响应于HMD 1000的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器190是位置传感器1240的实施例。位置传感器1240的示例包括：一个或更多个IMU、一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器或它们的某种组合。位置传感器1240可以包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。在一些实施例中，IMU对测量信号进行快速采样并根据所采样的数据计算HMD 1000的所估计的位置。例如，IMU对从加速度计接收到的测量信号在时间上求积分以估计速度矢量，并对速度矢量在时间上求积分以确定在HMD1000上的参考点的所估计的位置。参考点是可以用来描述HMD 1000的位置的点。虽然参考点通常可以被定义为在空间中的点；然而，在实践中，参考点被定义为在HMD1000内的点。

DCA1245为局部区域的一部分生成深度信息。DCA包括一个或更多个成像设备和一个DCA控制器。DCA1245还可以包括照明器。该DCA包括一个或更多个成像设备和DCA控制器，并且还可以包括照明器。在一些实施例中，照明器用光照亮局部区域的一部分。该光可以是例如红外(IR)的结构光(例如点图案、条形等)、飞行时间的IR闪光等。在一些实施例中，一个或更多个成像设备捕获包括来自照明器140的光的局部区域部分的图像。在替代实施例中，没有照明器和至少两个成像设备。DCA控制器使用捕获的图像和一种或更多种深度确定技术来计算局部区域部分的深度信息。深度确定技术可以是，例如，直接飞行时间(ToF)深度感测、间接ToF深度感测、结构光、被动立体分析、主动立体分析(使用由来自照明器的光添加到场景的纹理)、确定场景深度的一些其他技术或它们的一些组合。

I/O接口1210是允许用户发送动作请求并从控制台1215接收响应的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束捕获图像或视频数据的指令，或者是在应用内执行特定动作的指令。I/O接口1210可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备包括键盘、鼠标、游戏控制器、或者用于接收动作请求并将动作请求传送到控制台1215的任何其他合适的设备。由I/O接口1210接收的动作请求被传送到控制台1215，控制台1215执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，I/O接口1210包括IMU，其捕获指示相对于I/O接口1210的初始位置的I/O接口1210的估计位置的校准数据。在一些实施例中，I/O接口1210可以根据从控制台1215接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当动作请求被接收到时，或者当控制台1215向I/O接口1210传送指令时，触觉反馈被提供，该指令使I/O接口1210在控制台1215执行动作时生成触觉反馈。

控制台1215根据从DCA1245、HMD 1000和I/O接口1210中的一个或更多个接收的信息来向HMD 1000提供用于处理的内容。在图12所示的示例中，控制台1215包括应用储存器1255、跟踪模块1260和引擎1265。控制台1215的一些实施例具有与结合图12描述的模块或部件不同的模块或部件。类似地，下面进一步描述的功能可以以不同于结合图12描述的方式分布在控制台1215的部件当中。在一些实施例中，本文参照控制台1215讨论的功能可以在HMD 1000或远程系统中实现。

应用储存器1255存储用于由控制台1215执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以响应于经由HMD 1000的移动或I/O接口1210而从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

跟踪模块1260使用来自DCA1245、一个或更多个位置传感器1240、或它们的某种组合的信息来跟踪HMD1000或I/O接口1210的移动。例如，跟踪模块1260基于来自HMD 1000的信息来确定HMD 1000的参考点在局部区域的映射中的位置。跟踪模块1260还可以确定对象或虚拟对象的位置。另外，在一些实施例中，跟踪模块1260可以使用来自位置传感器1240的指示HMD 1000的位置的数据部分以及来自DCA1245的局部区域的表示来预测HMD 1000的未来位置。跟踪模块1260向引擎1265提供HMD 1000或I/O接口1210的估计的或预测的未来位置。

引擎1265执行应用，并从跟踪模块1260接收HMD 1000的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或它们的某种组合。基于接收到的信息，引擎1265确定要提供给HMD 1000用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则引擎1265生成用于HMD1000的内容，该内容反映用户在虚拟局部区域中或在用附加内容增强局部区域的局部区域中的移动。另外，引擎1265响应于从I/O接口1210接收的动作请求来执行在控制台1215上执行的应用内的动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由HMD 1000的视觉或听觉反馈或者经由I/O接口1210的触觉反馈。

网络1220将HMD 1000和/或控制台1215耦合到映射服务器1225。网络1220可以包括使用无线和/或有线通信系统的局域网和/或广域网的任意组合。例如，网络1220可以包括互联网以及移动电话网络。在一个实施例中，网络1220使用标准通信技术和/或协议。因此，网络1220可以包括使用诸如以太网、802.11、微波接入全球互操作性(WiMAX)、2G/3G/4G移动通信协议、数字用户线路(DSL)、异步传输模式(ATM)、InfiniBand、PCI Express高级交换等技术的链路。类似地，网络1220上使用的网络协议可以包括多协议标签交换(MPLS)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、用户数据报协议(UDP)、超文本传输协议(HTTP)、简单邮件传输协议(SMTP)、文件传输协议(FTP)等。通过网络1220交换的数据可以使用包括二进制形式的图像数据(例如，便携式网络图形(PNG))、超文本标记语言(HTML)、可扩展标记语言(XML)等的技术和/或格式来表示。此外，所有或一些链路可以使用诸如安全套接字层(SSL)、传输层安全(TLS)、虚拟专用网络(VPN)、互联网协议安全(IPsec)等的传统的加密技术进行加密。

附加的配置信息

为了说明提出了本公开的实施例的前述描述；它并不旨在是无遗漏的或将专利权利限制到所公开的精确形式。相关领域的技术人员可以理解，考虑到上述公开，许多修改和变化是可能的。

本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，将操作的这些布置称为模块有时候也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件、硬件或其任何组合中。

可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括包含计算机程序代码的计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。

实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计来提高计算能力的架构。

实施例还可以涉及通过这里描述的计算过程生产的产品。这样的产品可以包括由计算过程产生的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质上且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。

最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制专利权利。因此，意图是本专利权利的范围不受该详细描述限制，而是受在基于此的申请上所发布的任何权利要求限制。因此，实施方案的公开内容意图对本专利权利的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附的权利要求中阐述了本专利权利的范围。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

定位显示组件的第一透镜，所述第一透镜与耦合到透镜外壳的第二透镜光学串联；

使用对准系统围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转所述第一透镜，以定位所述第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得所述第一取向轴相对于所述第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度，其中所述角度使得透射通过所述第二透镜然后通过所述第一透镜的光基本上是圆偏振的；和

将所述第一透镜安装到所述透镜外壳，其中所述第一透镜安装到所述透镜外壳上，使得所述四分之一波片相对于所述反射偏振器成所述角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，围绕所述薄饼透镜显示组件的光轴旋转所述第一透镜，以定位所述第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得所述第一取向轴相对于所述第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成所述角度，还包括：

引导测试光通过所述第一透镜，其中被引导的测试光的一部分被所述第二透镜的反射偏振器透射到相机，

使用所述相机对所述被引导的测试光的所述部分成像，其中所述被引导的测试光的所述部分形成重影图像，其中所述角度使得所述重影图像的亮度小于阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述测试光从照明源被引导穿过所述第一透镜，其中所述照明源是镀铬玻璃靶或所述薄饼透镜显示组件的显示器。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述测试光的照明源包括被配置为发射圆偏振测试光的薄膜堆叠，其中所述圆偏振测试光穿过所述第一透镜的四分之一波片，所述四分之一波片将所述圆偏振测试光改变为线偏振测试光，这允许所述线偏振测试光的至少一部分穿过所述第二透镜的反射偏振器以被所述相机成像为所述重影图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，围绕所述薄饼透镜显示组件的光轴旋转所述第一透镜，以定位所述第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得所述第一取向轴相对于所述第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成所述角度，还包括：

从照明源引导测试光通过所述第二透镜，使得所述测试光随后由所述第一透镜透射到斯托克斯快照偏振计；和

使用所述斯托克斯快照偏振计确定所述测试光中的圆偏振光的量，其中所述角度使得在所述斯托克斯快照偏振计处接收的圆偏振光的量至少是某个阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

使用旋转台定位与所述第一透镜和所述第二透镜光学串联的、所述薄饼透镜显示组件的电子显示器，所述电子显示器被配置为发射圆偏振光；

在所述电子显示器上显示测试图像，其中相机在所述光轴上聚焦在所述电子显示器处，所述第一透镜和所述第二透镜位于所述相机和所述电子显示器之间，其中来自所述电子显示器的圆偏振光的一部分在所述相机处形成重影图像；

通过所述旋转台将所述电子显示器旋转通过一定角度范围；

确定所述电子显示器的角度，使得所述重影图像的亮度小于阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述第一透镜定位为与所述第二透镜光学串联包括：

将所述第二透镜安装到所述透镜外壳；和

将所述第一透镜定位在距所述透镜外壳上的所述第一透镜的安装位置的预定距离处。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述第一透镜和所述透镜外壳之间施加压敏粘合剂；和

使用所述对准系统在所述第一透镜和所述透镜外壳之间的压敏粘合剂上产生压力，以将所述第一透镜安装到所述透镜外壳。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在电子显示器和显示器外壳之间施加压敏粘合剂；

确定所述电子显示器在所述显示器外壳上的对准；和

通过所述压敏粘合剂将所述电子显示器安装到所述显示器外壳，并且可选地，

将所述显示器外壳附接到所述透镜外壳；

在所述电子显示器上显示通过所述第一透镜和所述第二透镜由多个光学对准相机可观看的测试图像，每个光学对准相机覆盖不同的视场角；和

基于来自多个光学对准相机的图像，沿着所述光轴、倾斜和偏斜中的至少一个调节所述电子显示器。

10.一种系统，包括：

中心安装件；

旋转套环，其连接到所述中心安装件并被配置成绕所述中心安装件旋转；

两个或更多个保持叉，其附接到所述旋转套环，所述两个或更多个保持叉被配置为在所述旋转套环使第一透镜围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转时保持所述第一透镜，所述薄饼透镜显示组件包括与所述第一透镜光学串联的第二透镜，其中所述旋转套环旋转所述第一透镜以定位所述第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得所述第一取向轴相对于所述第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度；

照明源，其被配置为将测试光发射通过所述第一透镜和所述第二透镜；和

传感器，其被配置为接收由所述照明源发射的测试光，其中所述角度使得透射通过所述第二透镜然后通过所述第一透镜的光基本上是圆偏振的。

11.根据权利要求11所述的系统，其中所述照明源耦合到所述安装件，并且还被配置为将圆偏振测试光发射通过所述第一透镜然后通过所述第二透镜，其中通过所述第一透镜然后通过所述第二透镜的所述圆偏振测试光被所述传感器成像为重影图像，并且其中所述角度使得所述重影图像的亮度小于阈值，并且可选地，其中来自所述照明源的所述圆偏振测试光穿过所述第一透镜的四分之一波片，所述四分之一波片将所述圆偏振测试光改变为线偏振测试光，这允许所述线偏振测试光的至少一部分穿过所述第二透镜的反射偏振器，以由所述传感器成像为所述重影图像，并且可选地，其中所述照明源是镀铬玻璃靶或所述薄饼透镜显示组件的显示器。

12.根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器是斯托克斯快照偏振计，所述斯托克斯快照偏振计被配置为在从所述照明源发射的光穿过所述第二透镜然后穿过所述第一透镜之后接收该光，其中所述照明源还被配置为穿过所述第二透镜然后穿过所述第一透镜向所述斯托克斯快照偏振计发射线偏振光，其中所述旋转套环还被配置成旋转所述第一透镜通过一定角度范围，以确定在所述斯托克斯快照偏振计处接收的圆偏振光的量至少是某个阈值的角度。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：

显示器对准系统，其包括相机和旋转台，所述显示器对准系统被配置成：

使用所述旋转台定位与所述第一透镜和所述第二透镜光学串联的、所述薄饼透镜显示组件的电子显示器，所述电子显示器被配置为发射圆偏振光；

使测试图像显示在所述电子显示器上，其中所述相机在所述光轴上聚焦在所述电子显示器处，所述第一透镜和所述第二透镜位于所述相机和所述电子显示器之间，其中来自所述电子显示器的圆偏振光的一部分在所述相机处形成重影图像；和

通过使用所述旋转台将所述电子显示器旋转经过一定角度范围，

确定所述电子显示器的使得所述重影图像的亮度小于阈值的角度；

所述系统可选地还包括：

视觉系统，其被配置为：

在所述第一透镜和所述透镜外壳上的压敏粘合剂之间产生压力，以将所述第一透镜安装到所述透镜外壳。

14.根据权利要求10所述的系统，还包括：

显示器对准系统，其包括多个光学对准相机，其中所述显示器对准系统被配置成：

将电子显示器安装到显示器外壳；

将所述显示器外壳安装到所述透镜外壳；

使测试图像显示在所述电子显示器上，所述测试图像由所述多个光学对准相机可观看，每个光学对准相机覆盖不同的视场角；和

基于来自多个光学对准相机的图像，沿着所述光轴、倾斜和偏斜中的至少一个调节所述电子显示器。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述显示器外壳经由两个或更多个可调节螺钉安装到所述透镜外壳，并且其中通过调节所述两个或更多个可调节螺钉来进行沿所述光轴、倾斜和偏斜中的至少一个的调节，或者其中所述显示器外壳经由粘合剂安装到所述透镜外壳，并且在所述粘合剂固化之前使用所述显示器对准系统来进行沿所述光轴、倾斜和偏斜中的至少一个的调节。

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