CN112987310A - 场曲校正显示器 - Google Patents

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史蒂芬·詹姆斯·麦克纳利
布雷特·约瑟夫·布尔亚尔斯
斯科特·查尔斯·麦克尔道尼
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Abstract

本申请涉及场曲校正显示器。头戴式显示器(HMD)，包括场曲校正(FC)显示器，以减小被输出到用户眼睛的图像中的场曲。FC显示器包括产生图像光的元件和用以减小图像光的场曲的元件。FC显示器可包括具有透镜的显示面板、具有反射偏振器和反射表面的显示面板、或其他光学元件。FC显示器可以包括薄型透镜配置，其包括具有四分之一波片的偏振显示器，反射镜和偏振反射镜。

Description

场曲校正显示器
本申请是申请日为2017年3月1日，申请号为201780016203.1，发明名称为“场曲校正显示器”的申请的分案申请。
技术领域
本披露总体上涉及对光学像差进行矫正，并且具体地涉及对瞳泳进行矫正。
背景技术
在头戴式显示器(HMD)中，用户眼睛占据一般被称为眼睛盒的空间区域(通常针对用户的左眼和右眼存在相应的眼睛盒)。HMD显示内容并将内容定向到眼睛盒。但是当用户将他们的眼睛移动到眼睛盒内和/或HMD的位置相对于用户的头部的位置改变时，用户的眼睛在眼睛盒内的位置会改变。眼睛的位置在眼睛盒内的改变可能导致呈现给用户的内容中的失真。这种效果被称为瞳泳，并且由于各种原因(包括例如增加的校准难度和由于垂直视差的问题而引起的运动晕眩)，这可能是针对HMD的问题。用于减少瞳泳的常规方法增加了HMD的复杂性。例如，解决方案包括眼睛跟踪单元，该眼睛跟踪单元用瞳孔位置连续地重新校准HMD。
发明内容
根据本发明的实施方式具体地在针对系统的所附权利要求中公开，其中，在一权利要求组中提到的任何特征，例如系统，也可以在另一权利要求组中要求保护，例如方法、存储介质或计算机程序产品。所附权利要求中的引用关系或引用内容仅因形式原因而选择。但是，从之前的任何权利要求中(具体而言，多重引用)特意引用的任何主题也可被要求，因此无论所附权利要求选择何种引用关系，权利要求及其特征的任何组合都能被要求。可以要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求书中阐述的特征的组合，还包括如在权利要求中的特征的任何其他组合，其中在权利要求中提到的每个特征可以与权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合组合组合。此外，在此描述或描绘的任何实施方式和特征可以以单独的权利要求和/或与在此描述或描绘的任何实施方式或特征或与所附权利要求的任何特征的任何组合来要求保护。
在根据本发明的实施方式中，头戴式显示器(HMD)包括：
被配置为校正被输出到该HMD的用户的眼睛的图像中的场曲的场曲校正(FC)显示器，该FC显示器包括：
显示块，被配置为输出图像光；以及
光学块，该光学块被配置为用于将经过场曲校正的图像光光学地引导至该HMD的与该HMD的用户的眼睛的位置相对应的出瞳，
其中，所述显示块和所述光学块中的至少一个针对场曲光学地校正所述图像光。
该显示块进一步包括电子显示面板，该FC显示器进一步包括：
包括安装表面和显示表面的纤维锥，
该安装表面被形成到该电子显示面板的该表面上并且被附着到该表面上以接收来自该电子显示面板的该图像光，并且
该显示表面具有被配置为输出校正了从该电子显示面板接收的该图像光中的场曲的图像光的形状。
该纤维锥的显示表面可以是球面凹形的。
纤维锥的安装表面可以是平坦的。
纤维锥的安装表面可以是圆柱形弯曲的。
电子显示面板的盖玻璃可以是光纤面板。
电子显示面板的盖玻璃可以是具有补偿由光学块产生的场曲的形状的光纤面板。
显示块可以包括投影仪和漫射器，漫射器被配置为接收来自投影仪的图像光，漫射器具有被配置为输出经过场曲校正的图像光的形状。
该显示块进一步可包括：
电子显示面板，该电子显示面板包括反射表面和耦接至该反射表面的四分之一波片，并且其中该FC显示器进一步包括：
反射偏振器，该反射偏振器被配置成反射从该电子显示面板发射的一个偏振的图像光并且透射从该电子显示面板的该反射表面反射的另一偏振的图像光并且穿过该四分之一波片，该反射偏振器具有被配置为输出校正了从该电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。
电子显示面板的反射表面可以是电子显示面板的不发射光的区域上的反射器。
该显示块进一步可包括：
电子显示面板；以及
在该电子显示面板的表面上的该电子显示面板的反射表面，以及
其中该FC显示器进一步包括：
第一四分之一波片，
第二四分之一波片，以及
反射偏振器，被配置为：
反射从该电子显示面板发射且穿过该第一四分之一波片一次和该第二四分之一波片一次的一个偏振的图像光；
透射在穿过该第一四分之一波片一次和该第二四分之一波片一次之后从该电子显示面板的该表面上的该电子显示面板的反射表面反射的另一偏振的图像光，该反射光由该第二四分之一波片透射；以及
具有被配置为输出校正了从该电子显示面板接收的该图像光中的场曲的该图像光的形状。
电子显示面板的反射表面可以是电子显示面板的不发射光的区域上的反射器。
显示块进一步可以包括透明电子显示面板、四分之一波片、反射器，并且FC显示器进一步包括反射偏振器，其中反射偏振器可以被配置为：
反射从该透明电子显示面板发射的一个偏振的图像光；
透射从该反射器反射且穿过该四分之一波片两次的另一偏振的该图像光；以及
具有被配置为输出校正了从该透明电子显示面板接收的该图像光中的场曲的该图像光的形状。
在根据本发明的实施方式中，头戴式显示器(HMD)可包括：
被配置为校正被输出到该HMD的用户的眼睛的图像中的场曲的场曲校正(FC)显示器，该FC显示器包括：
输出图像光的电子显示面板；被配置成线性地偏振图像光的线性偏振器；以及
薄型(pancake，饼干，扁平)透镜组件，该薄型透镜组件包括：
第一光学元件，该第一光学元件包括第一波片表面和第一镜表面，该第一波片表面是四分之一波片，该四分之一波片被配置为接收来自该线性偏振器的光并偏移图像光的偏振，该第一镜表面是被配置为透射图像光的一部分的部分反射镜，以及
第二光学元件，该第二光学元件包括第二波片表面和第二镜表面，该第二波片表面是四分之一波片，该四分之一波片被配置为接收来自该第一光学元件的图像光并且移位由该第二波片表面透射的图像光的偏振，该第二镜表面是偏振反射器，该第二镜表面被配置为用于朝向该第二波片表面反射第一偏振的图像光并且向与该HMD的用户的眼睛的位置相对应的该HMD的出瞳透射被校正了场曲的第二偏振的图像光。
第一光学元件和第二光学元件的一个或多个表面可具有被配置为输出校正了从电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。
该形状可以是球面凹形的。
第一镜表面可具有第一曲率半径，且第二镜表面具有在第一曲率半径的阈值范围内的第二曲率半径。
在根据本发明的实施方式中，头戴式显示器(HMD)可包括：
被配置为校正被输出到该HMD的用户的眼睛的图像中的场曲的场曲校正(FC)显示器，该FC显示器包括：
显示块，被配置为输出图像光；以及
光学块，该光学块被配置为将经过了场曲校正的图像光光学地引导至该HMD的与该HMD的用户的眼睛的位置相对应的出瞳，该光学块包括第一和第二透镜，该第一透镜被配置为从该显示块接收该图像光，并且该第二透镜被配置为将从该第一透镜输出的图像光光学地引导至该HMD的与该HMD的用户的眼睛的位置相对应的出瞳。
该显示块可进一步被配置为包括电子显示面板，且该第一透镜为包括两个部分的双合透镜，该两个部分中的一者为负元件。
该显示块可以进一步被配置成包括电子显示面板，该光学块由两种不同类型的塑料制成。
在本发明的另一实施方式中，计算机实现的方法使用根据本发明或上述实施方式中的任何实施方式的系统。
在根据本发明的实施方式中，一个或多个计算机可读非暂态存储介质可以承载软件，该软件在被执行时可操作以执行根据本发明或上述实施方式中的任何实施方式的方法。
在根据本发明的实施方式中，一种系统可以包括：一个或多个处理器；以及至少一个存储器，所述至少一个存储器耦接至所述处理器并且包括能由所述处理器执行的指令，当执行所述指令时所述处理器能操作以执行根据本发明或上述实施方式中的任一个的方法。
在根据本发明的实施方式中，优选地包括计算机可读非暂态存储介质的计算机程序产品在数据处理系统上执行时可以是可操作的，以执行根据本发明或上述实施方式中的任何实施方式的方法。
HMD包括减小输出到用户眼睛的图像中的场曲的场曲校正(FC)显示器。FC显示器包括产生图像光的元件和从图像光减小场曲的元件。
在一个实施方式中，FC显示器包括显示块和光学块，该光学块被配置为将经过了场曲校正的图像光光学地引导至HMD的出瞳，显示块和光学块中的至少一个针对场曲光学地校正图像光。
在一些实施方式中，显示块包括电子显示面板，并且FC显示器进一步包括包括安装表面和显示表面的纤维锥。安装表面被形成到电子显示面板的表面并被附着到电子显示面板的表面以接收来自电子显示面板的图像光。该显示表面具有被配置为输出校正了从电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。
在一些实施方式中，显示块包括投影仪和被配置为接收来自投影仪的图像光的漫射器，漫射器具有被配置为输出经过了场曲校正的图像光的形状。
在一些实施方式中，显示块包括电子显示面板、电子显示面板的反射表面、以及电子显示面板的表面上的四分之一波片，并且FC显示器进一步包括反射偏振器，反射偏振器具有被配置为输出校正了从电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。反射偏振器可以被配置为反射从电子显示面板发射的偏振的图像光，并且透射从电子显示面板的反射表面反射并且穿过电子显示面板的表面上的四分之一波片的另一偏振的图像光。
在一些实施方式中，显示块包括电子显示面板和电子显示面板的反射表面，并且FC显示器进一步包括四分之一波片和反射偏振器，反射偏振器具有被配置为输出校正了从电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。反射偏振器被配置成反射从电子显示面板发射并穿过四分之一波片的一个偏振的图像光，透射从电子显示面板的反射表面反射并穿过四分之一波片的另一偏振的图像光。
在一些实施方式中，显示块包括透明电子显示面板、四分之一波片、反射器，并且FC显示器进一步包括反射偏振器，反射偏振器具有被配置为输出校正了从透明电子显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。反射偏振器被配置成反射从透明电子显示面板发射的一个偏振的图像光，透射从反射器反射并穿过四分之一波片的另一偏振的图像光。
在一些实施方式中，HMD包括FC显示器，该FC显示器包括输出图像光的电子显示面板、被配置成线性地偏振图像光的线性偏振器、以及薄型透镜组件。该薄型透镜组件包括第一光学元件和第二光学元件。第一光学元件包含第一波片表面和第一镜表面。第一波片表面是被配置为从线性偏振器接收光并使图像光的偏振移位的四分之一波片。第一镜表面是被配置为透射图像光的一部分的部分反射镜。第二光学元件包含第二波片表面和第二镜表面。该第二波片表面是四分之一波片，该四分之一波片被配置为接收来自第一光学元件的图像光并偏移由第二波片表面透射的图像光的偏振。第二镜表面为偏振反射器，且被配置为朝向第二波片表面反射第一偏振的图像光，且将校正了场曲的第二偏振的图像光发射到对应于HMD的用户的眼睛的位置的HMD的出瞳。第一光学元件和第二光学元件的一个或多个表面可具有被配置为输出校正了从显示面板接收的图像光中的场曲的图像光的形状。该形状可以是球面凹形的。第一镜表面可具有第一曲率半径，且第二镜表面具有在第一曲率半径的阈值范围内的第二曲率半径。
在一些实施方式中，头戴式显示器(HMD)包括场曲校正(FC)显示器，场曲校正(FC)显示器包括被配置成输出图像光的显示块和被配置成将经过了场曲校正的图像光光学地引导至对应于HMD的用户的眼睛的位置的HMD的出瞳的光学块。显示块包括电子显示面板，FC显示器进一步包括第一透镜和第二透镜。第一透镜可以是包括两个部分的双合透镜，其中这两个部分之一是负元件。光学块可以由两种不同类型的塑料制成。
附图说明
图1是根据实施方式的包括虚拟现实系统的系统环境的框图。
图2A是根据实施方式的虚拟现实头戴设备的示图。
图2B是根据实施方式的图2A中的VR头戴设备的前刚性体的截面。
图3A是根据实施方式的包括纤维锥的场曲校正(FC)显示器的截面图。
图3B是根据实施方式的包括纤维锥的两个FC显示器的显示组件。
图4是根据实施方式的包括投影仪和漫射器的FC显示器的截面图。
图5A是根据实施方式的包括弯曲反射偏振器的FC显示器的截面图。
图5B是根据实施方式的图5A的显示块的截面。
图5C是根据实施方式的包括第二四分之一波片的图5A的显示块的截面图。
图5D是根据实施方式的包括透明电子显示面板的图5A的显示块的截面图。
图6是根据实施方式的FC显示器的截面，该FC显示器包括薄型透镜组件。
图7A是根据实施方式的包括三个透镜的FC显示器的截面图。
图7B是根据实施方式的包括两个透镜的FC显示器的截面图。
附图仅出于说明的目的描绘了本披露的实施方式。本领域的技术人员将从以下描述中容易地认识到，在不脱离在此描述的本披露的原理或益处的情况下可以采用在此所展示的结构和方法的替代实施方式。
具体实施方式
场曲是一种光学像差，该光学像差使得平面物体仅在帧的某部分(某些部分)中显得锐利，而不是在整个帧中均匀地锐利。更一般地，场曲是光学系统的焦距与焦平面上的所有点不完美地对准的结果。这特别对于平板显示器是个问题，因为透射从平坦电子显示面板发射的光的光学组件可将场曲误差引入透射光。
瞳泳是以下效果：当在眼睛盒内的用户眼睛的位置的变化导致向用户呈现内容中的扭曲。对场曲进行校正减小了瞳泳。视场曲校正显示器是头戴式显示器(HMD)的一部分。HMD可以是例如虚拟现实(“VR”)和/或增强现实(“AR”)系统环境的一部分。场曲(FC)校正显示器减小了输出到用户眼睛的图像中的场曲以减少瞳泳。FC显示器通常包括产生图像光的元件和从图像光减小场曲的元件。例如，FC显示器可包括具有透镜的电子显示器面板、具有纤维锥的电子显示器、具有弯曲漫射器的投影仪、具有反射偏振器和反射表面的电子显示面板、或被配置成减小场曲的其他光学元件。在一些实施方式中，FC显示器可具有薄型透镜配置，薄型透镜配置包括具有四分之一波片的偏振显示器、反射镜和偏振反射镜。
系统概述
图1是其中VR控制台110操作的虚拟现实(VR)系统环境100的框图。图1所示的系统环境100包括各自耦合到VR控制台110的VR头戴设备105、成像设备135和VR输入接口140。尽管图1示出了包括一个VR头戴设备105、一个成像设备135和一个VR输入接口140的示例系统100，但是在其他实施方式中，系统100中可以包括任何数量的这些部件。例如，可能存在多个VR头戴设备105，每个VR头戴设备105具有相关联的VR输入接口140并且由一个或多个成像设备135来监测，其中每个VR头戴设备105、VR输入接口140以及成像设备135与VR控制台110通信。在替代配置中，系统环境100中可包含不同和/或额外组件。附加地，在一些实施方式中，VR系统100可以被修改为包括其他系统环境，诸如AR系统环境。
VR头戴设备105是向用户呈现媒体的头戴式显示器。由VR头戴设备呈现的媒体的示例包括一个或多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施方式中，经由外部设备(例如，扬声器和/或耳机)呈现音频，该外部设备从VR头戴设备105、VR控制台110或两者接收音频信息，并且基于音频信息呈现音频数据。下文结合图2A和2B进一步描述VR头戴设备105的实施方式。VR头戴设备105可以包括一个或多个刚性体，该一个或多个刚性体可以刚性地或非刚性地彼此耦接。刚性体之间的刚性耦合使得所耦合的刚性体充当单个刚性实体。相反，刚性体之间的非刚性耦接允许刚性体相对于彼此移动。在一些实施方式中，VR头戴设备105还可以充当AR头戴设备。在这些实施方式中，VR头戴设备105利用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理现实世界环境的视图。
VR头戴设备105包括场曲校正(FC)显示器115、一个或多个定位器120、一个或多个位置传感器125和惯性测量单元(IMU)130。
FC显示器115根据从VR控制台110接收的数据向用户显示图像。在一些实施方式中，FC显示器115包括显示块和光学块。显示块包括电子显示器(例如，OLED)，并且光学块包括将图像从显示块传输到用户的眼睛的一个或多个光学元件。在一些实施方式中，显示块的一些或全部功能是光学块的一部分，反之亦然。如下面关于图2B至图7B详细描述的，FC显示器115的块被配置为减小场曲。例如，FC显示器115可包括连接到电子显示器的纤维锥，该电子显示器的形状使得从纤维锥输出的图像光被校正场曲。在另一个实施方式中，FC显示器115是具有漫射器的投影仪，漫射器的形状(例如，弯曲)使得输出光被校正场曲。FC显示器115可经由不同的配置来校正瞳泳。下面关于图3A至图7B讨论可能的FC显示器的具体配置。
定位器120是位于VR头戴设备105上相对于彼此并且相对于VR头戴设备105上的特定参考点的对象。定位器120可以是发光二极管(LED)、角立方反射器、反射标记、与VR头戴设备105在其中操作的环境形成对比的光源类型、或其某种组合。在其中定位器120是有源的(即，LED或其他类型的发光器件)的实施方式中，定位器120可以在可见光波段(～380nm至750nm)中、在红外(IR)波段(约750nm至1mm)中、在紫外波段(10nm至380nm)中、电磁光谱的一些其他部分中、或其一些组合中发射光。
在一些实施方式中，定位器120位于VR头戴设备105的外表面之下，其对于由定位器120发射或反射的光的波长是透明的或者足够薄，以基本上不会衰减由定位器120发射或反射的光的波长。附加地，在一些实施方式中，VR头戴设备105的外表面或其他部分在可见光波长的可见波段中不透明。因此，定位器120可以在IR波段中透明但在可见波段中不透明的外表面下方发射IR波段中的光。
IMU130是基于从一个或多个位置传感器125接收的测量信号生成快速校准数据的电子设备。位置传感器125响应于VR头戴设备105的运动生成一个或多个测量信号。位置传感器125的示例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一适当类型的传感器、用于IMU130的误差校正的传感器类型、或其某种组合。位置传感器125可以位于IMU130外部、IMU130内部或其某种组合。
基于来自一个或多个位置传感器125的一个或多个测量信号，IMU130生成指示VR头戴设备105相对于VR头戴设备105的初始位置的估计位置的快速校准数据。例如，位置传感器125包括用于测量平移运动(向前/向后、向上/向下、左/右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、侧倾)的多个陀螺仪。在一些实施方式中，IMU130快速采样测量信号并且根据采样数据计算VR头戴设备105的估计位置。例如，IMU130随着时间对从加速度计接收到的测量信号进行积分以估计速度向量并且随着时间对速度向量进行积分以确定VR头戴设备105上的参考点的估计位置。可替代地，IMU130将采样的测量信号提供给VR控制台110，VR控制台确定快速校准数据。参考点是可以用于描述VR头戴设备105的位置的点。尽管参考点一般可被定义为空间中的点；然而，在实践中，参考点被定义为VR头戴设备105内的点(例如，IMU130的中心)。
IMU130从VR控制台110接收一个或多个校准参数。如以下进一步讨论的，该一个或多个校准参数用于保持VR头戴设备105的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU130可以调整一个或多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施方式中，某些校准参数致使IMU130更新参考点的初始位置，因此其对应于参考点的下一个校准位置。将该参考点的初始位置更新为该参考点的下一校准位置有助于减小与所确定的估计位置相关联的累积误差。累加误差(也被称为漂移误差)引起参考点的估计位置随着时间偏离参考点的实际位置。
成像设备135根据从VR控制台110接收的校准参数生成慢速校准数据。慢速校准数据包含一或多个图像，其展示可由成像设备135检测的定位器120的所观察位置。成像设备135可以包括一个或多个照相机、一个或多个录像机、能够捕获包括一个或多个定位器120的图像的任何其他设备、或其某种组合。另外，成像设备135可包含一个或多个滤波器(例如，用以增加信噪比)。成像设备135被配置为检测成像设备135的视场中的从定位器120发射或反射的光。在定位器120包括无源元件(例如，后向反射器)的实施方式中，成像设备135可以包括照亮定位器120中的一些或全部的光源，其将光反射向成像设备135中的光源。慢速校准数据从成像设备135传输到VR控制台110，并且成像设备135从VR控制台110接收一个或多个校准参数以调整一个或多个成像参数(例如，焦距、聚焦、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
VR输入接口140是允许用户向VR控制台110发送动作请求的设备。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应用或在应用内执行特定动作。VR输入接口140可以包括一个或多个输入设备。示例输入设备包括：键盘、鼠标、游戏控制器、或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到VR控制台110的任何其他合适的设备。由VR输入接口140接收的动作请求被传送到VR控制台110，其执行与动作请求对应的动作。在一些实施方式中，VR输入接口140可以根据从VR控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时提供触觉反馈，或者VR控制台110向VR输入接口140传送指令，使得VR输入接口140在VR控制台110执行动作时生成触觉反馈。
VR控制台110根据从成像设备135、VR头盔105和VR输入接口140中的一个或多个接收的信息向VR头戴设备105提供媒体以向用户呈现。在图1所示的示例中，VR控制台110包括应用商店145、跟踪模块150和虚拟现实(VR)引擎155。VR控制台110的一些实施方式具有与结合图1描述的那些模块不同的模块。类似地，以下进一步描述的功能可以以与在此描述的不同的方式分布在VR控制台110的组件之间。
应用商店145存储用于由VR控制台110执行的一个或多个应用。应用是一组指令，其在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HR头戴设备105或VR接口设备140的移动从用户接收到的输入。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150使用一个或多个校准参数来校准VR系统100，并且可以调整一个或多个校准参数以减小确定VR头戴设备105的位置的误差。例如，跟踪模块150调整成像设备135的焦点以获得用于在VR头戴设备105上观察到的定位器的更准确位置。此外，由跟踪模块150执行的校准还考虑从IMU130接收到的信息。附加地，如果VR头戴设备105的跟踪丢失(例如，成像设备135失去至少阈值数量的定位器120的视线)，则跟踪模块140重新校准系统环境100的一些或全部。
跟踪模块150使用来自成像设备135的慢速校准信息来跟踪VR头戴设备105的移动。跟踪模块150使用来自慢速校准信息的观测定位器和VR头戴设备105的模型来确定VR头戴设备105的参考点的位置。跟踪模块150还使用来自快速校准信息的位置信息来确定VR头戴设备105的参考点的位置。另外，在一些实施方式中，跟踪模块150可使用快速校准信息的部分、慢速校准信息或其某一组合来预测头戴设备105的未来位置。跟踪模块150向VR引擎155提供VR头戴设备105的估计的或预测的未来位置。
VR引擎155在系统环境100内执行应用，并且从跟踪模块150接收VR头戴设备105的位置信息、加速度信息、速度信息、预测未来位置或其某一组合。基于所接收的信息，VR引擎155确定要提供给VR头戴设备105以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经看着左边，则VR引擎155生成用于VR头戴设备105的内容，该内容镜像用户在虚拟环境中的移动。附加地，VR引擎155响应于从VR输入接口140接收的动作请求在在VR控制台110上执行的应用内执行动作并且向用户提供执行该动作的反馈。所提供的反馈可以是经由VR头戴设备105的视觉或听觉反馈或者经由VR输入接口140的触觉反馈。
图2A是根据实施方式的虚拟现实(VR)头戴设备200的图。VR头戴设备200是VR头戴设备105的实施方式，并且包括前刚性体205和带210。前刚性体205包括场曲校正显示器115(图2A中未示出)的一个或多个电子显示元件、IMU 130、一个或多个位置传感器125和定位器120。在图2A所示的实施方式中，位置传感器125位于IMU 130内，并且IMU130和位置传感器125都不对用户可见。
定位器120相对于彼此并且相对于参考点215位于前刚性体205上的附接位置。在图2A的示例中，参考点215位于IMU 130的中心。每个定位器120发射可由成像设备135检测的光。在图2A的示例中，定位器120或定位器120中的一部分位于前刚性体205的前侧220A、顶侧220B、底侧220C、右侧220D和左侧220E上。注意，VR头戴设备200可以被修改为用作AR头戴设备。
图2B是图2A中示出的VR头戴设备200的实施方式的前刚性体205的截面图225。如图2B所示，前刚性体205包括向出瞳250提供改变的图像光的FC显示器115。FC显示器115包括显示块228和光学块218。出瞳250是定位用户眼睛245的前刚性体205的位置。为了说明的目的，图2B示出了与单个眼睛245相关联的截面图225，但是与FC显示器115分开的另一个FC显示器向用户的另一个眼睛提供改变的图像光。
显示块228产生图像光。在一些实施方式中，针对场曲和/或其他像差对光进行校正。FC显示器115根据从VR控制台110接收的数据向用户显示图像。在各种实施方式中，FC显示器115可包括单个电子显示器或多个电子显示器(例如，用于用户的每只眼睛的显示器)。电子显示器的示例包括：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)、透明有机发光二极管显示器(TOLED)、一些其他显示器、投影仪或其某种组合。FC显示器115还可包括用于最小化瞳泳的显示块光学元件。显示块光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、偏振器、漫射器、纤维锥、或影响从电子显示器发射的图像光的任何其他合适的光学元件。在一些实施方式中，一个或多个显示块光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层。
光学块218放大从显示块228接收的光，校正与图像光相关联的光学像差，并且将校正的图像光呈现给VR头戴设备105的用户。光学元件可以是光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤波器或影响从显示块228发射的图像光的任何其他合适的光学元件。此外，光学块218可以包括不同光学元件的组合。在一些实施方式中，光学块218中的光学元件中的一个或多个可以具有一个或多个涂层，例如抗反射涂层。光学块218对图像光的放大允许显示块228的元件在物理上比更大的显示器更小、重量更轻且功耗更小。附加地，放大可以增大所显示的媒体的视野。例如，所显示的媒体的视场使得所显示的媒体是使用用户的视场中的几乎全部(例如，110度对角线)来呈现的，且在一些情况下是全部。在一些实施方式中，光学块218被设计为使得其有效焦距大于到显示块228的间距，该光学块218放大了由显示块228投射的图像光。附加地，在一些实施方式中，可以通过添加或去除光学元件来调整放大率的量。
显示块228和光学块218可在FC显示器115内采取不同配置。下文关于图3A至图7B论述不同配置。
图3A是根据实施方式的FC显示器315的截面图300。在一些实施方式中，FC显示器315是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，其是例如AR显示器、HMD、VR显示器、数字显微镜等一些其他电子显示器的一部分。FC显示器315包括显示块328和光学块318。FC显示器315通过发射例如与光学系统(例如，光学块318)的焦平面重合的形状的图像光来校正场曲(并由此减小了瞳泳)。出瞳350是定位用户眼睛345的位置。为了说明的目的，图3A示出了与单只眼睛345相关联的FC显示315的截面，但是与FC显示315分开的另一FC显示器向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。FC显示器315的一些实施方式具有与在此描述的那些不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。显示块328包括电子显示面板330和纤维锥340。电子显示面板330呈现来自电子信号的视觉信息。电子显示面板330的示例包括：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)、某种类型的柔性显示器或其某种组合。
纤维锥340是渐缩的纤维光学板。光纤板是由一束光纤制成的，并且直接示出了从其输入表面到其输出表面的光。一般使用对光纤面板的热处理来制造锥形光纤板，并改变输入表面与输出表面的尺寸比。可以使用纤维锥来实现电子显示面板330的放大，并且可以将纤维锥340的显示表面342抛光成与光纤面板类似的弯曲显示表面。
纤维锥340的安装表面344形成在电子显示面板330的表面上并且附接到该表面上。纤维锥340包括多个光纤，该光纤通过安装表面344接收来自显示面板330的光，并经由显示表面342输出接收的光，显示表面342的形状使得输出的图像光被校正场曲。在该实施方式中，显示表面342被成形为球面凹形的(例如，球体的一部分)。然而，在其他实施方式中，显示表面342可以是球形凸面、旋转对称球体、天平、非球面、或减小场曲和其他光学像差的一些其他形状。在一些实施方式中，显示表面342的形状可以被设计为额外地校正其他形式的光学像差，例如与场相关的像差。
在该实施方式中，电子显示面板330具有平坦表面，因此，纤维锥340的安装表面344也是平坦的。可替代地，尽管未示出，电子显示面板330可以是圆柱形弯曲的或具有一些其他形状。安装表面344被形成为与电子显示面板330的表面重合，使得纤维锥340的安装表面344附接到电子显示面板330的表面。例如，如果电子显示面板表面是平的，则安装表面344是平的，如果电子显示面板表面是圆柱形凸形的，安装表面344是圆柱形凹形的，等等，则电子显示面板330和安装表面344可以耦合，使得安装表面344和电子显示面板的盖玻璃之间不存在气隙或间隔，从而防止来自显示器的光在进入纤维锥340之前与相邻像素分开和混合(光学串扰)。在一个实施方式中，电子显示面板330的盖玻璃是光纤面板，其可与纤维锥340结合使用，以帮助防止在进入纤维锥340之前离开显示面板330的光的光学串扰。在另一个实施方式中，电子显示面板330的盖玻璃是厚度小于像素节距的一片密封膜，以减少在进入纤维锥340之前离开显示面板330的光的光学串扰。此外，纤维锥340中的纤维的直径与电子显示面板330的像素节距相同或更小，以防止混合来自相邻像素的光。使用纤维锥来校正场曲的这个实施方式的优点是能够使用具有这种技术的平板显示器。平板显示器通常较便宜且较容易制造。
在另一实施方式中，尽管图3A中未示出，但是纤维锥340可以是光纤面板，并且电子显示面板330可以是弯曲显示器。在另一个实施方式中，电子显示面板330的盖玻璃可以是代替纤维锥340的光纤面板。这种光纤面板不需要提供放大或图像尺寸变化，但是它可以改变图像平面的形状。该形状可以由从光学块318产生的净场曲来确定。例如，如果光学块318由正折射透镜元件组成，则来自这些元件的场曲生成凹面像平面，并且光纤面板的表面可以被成形为创建凹面像平面以补偿由光学块318生成的场曲。在不同的示例中，如果光学块318包括反射性的正透镜元件，那么来自这些元件的场曲产生凸面图像平面，并且可以相应地成形该光纤面板的表面以进行补偿。纤维光学面板的数值孔径的大小被确定成使得在光在空气与纤维光学面板之间的界面处被折射并且穿过光学块318之后眼睛盒可以被填充。
光学块318放大从显示块接收的光并且校正与图像光相关联的光学像差。光学块318具有光学块218的相同功能。光学块318由通过透镜保持器320耦合的透镜321和透镜322制成。光学块318中的透镜可以具有一个或多个涂层，例如抗反射涂层。
图3B是根据实施方式的包括图3A所示的FC显示器315的显示组件340的透视图。在该实施方式中，FC显示组件340由两个FC显示元件315制成，用于用户的每只眼睛的显示器。FC显示组件340包括两个显示块328a和328b以及两个对应的光学块318a和318b，它们与图3A所示的显示块328和光学块318相同。
图4是根据实施方式的包括基于投影的显示块428的FC显示器415的实施方式的截面图400。在一些实施方式中，FC显示器415是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，它是一些其他电子显示器的一部分，例如AR显示器，HMD，VR显示器，数字显微镜等。FC显示器415包括显示块428和光学块418。FC显示器415通过使显示块428在与光学系统(例如，光学块418)的弯曲焦平面重合的弯曲平面中发射图像光来校正视场曲。出瞳450是定位用户眼睛445的位置。为了说明的目的，图4示出了与单只眼睛445相关联的FC显示器415的截面，但是与FC显示器415分离的另一个FC显示器向用户的另一个眼睛提供改变的图像光。FC显示器415的一些实施方式具有与在此描述的那些不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。
显示块428包括投影仪430和漫射器440。投影仪430可以是激光投影仪、微微投影仪或其他类型的投影仪，诸如使用数字反射镜设备(DMD)的投影仪。漫射器440传播来自投影仪430的投射光。漫射器440的形状使得输出的图像光沿着与光学块418的焦平面相对应的弯曲的图像平面，并且相应地针对场曲进行校正。在本实施方式中，漫射器440被成形为球面凹形的(例如，球体的一部分)。然而，在其他实施方式中，漫射器440可以是球面凸形、旋转对称球体、自由形状、或减小场曲的一些其他形状。在一些实施方式中，漫射器440的形状可以被设计为额外地校正其他形式的光学像差。漫射器440的粒度可以具有小于像素节距的数量级的粒度，以便避免当观看者观看时，例如当在VR头戴设备105中使用时，产生脏屏幕伪像。在该实施方式中，投影仪430相对于用户眼睛445定位在漫射器440后面。在替代实施方式中，尽管未示出，投影仪430可以相对于用户眼睛445定位在漫射器440的前面，并且漫射器440可以是反射面。
光学块418类似于图3A的光学块318。光学块418包含两个透镜，透镜421和透镜422。这些透镜可以通过透镜支撑器来耦合，尽管在图中未示出。光学块放大从显示块接收的光并且校正与图像光相关联的光学像差。
图5A是根据实施方式的包括弯曲反射偏振器的FC显示器505的实施方式的截面图500。在一些实施方式中，FC显示器505是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，是一些其他电子显示器的一部分，例如AR显示器、HMD、VR显示器、数字显微镜等。FC显示器505包括显示块510和光学块515。出瞳518是定位用户眼睛520的位置。为了说明的目的，图5A示出了与单只眼睛520相关联的FC显示器505的截面，但是与FC显示器505分开的另一FC显示器向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。FC显示器505的一些实施方式具有与在此描述的那些不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。
显示块510发射场曲被校正的光。显示块510可以包括电子显示面板、反射偏振器、一个或多个四分之一波片、一个或多个镜面反射器、一个或多个线性偏振器或其某种组合。在一些实施方式中，电子显示面板是部分反射的，该面板在像素区域之外的区域中是反射的，例如显示器的不发射光的黑矩阵或区域。在其他实施方式中，电子显示面板可以是透明电子显示面板。透明电子显示面板可以是例如透明有机发光二极管显示器(TOLED)、一些其他透明电子显示器或其某种组合。
反射偏振器是被成形为校正场曲并使光偏振的弯曲光学元件。反射偏振器可以被配置成反射在x方向上线性偏振的光并且透射在y方向上线性偏振的光(反之亦然)。反射偏振器可以被成形为球面凹形(例如，球体的一部分)以提供负Petzval曲率。然而，在其他实施方式中，反射偏振器可以是球面凸形、旋转对称天平、自由形状、或减小场曲的一些其他形状。在一些实施方式中，反射偏振器的形状可以被设计为附加地校正其他形式的光学像差。下文关于图5B至图5D详细论述反射偏振器元件的功能。
一个或多个四分之一波片元件包含在显示块510中。四分之一波片包括偏振轴。偏振轴相对于y方向(其是垂直方向的线性偏振光的方向)移位45度(或90度)。同样地，四分之一波片将圆偏振光转换为线性偏振光。四分之一波片轴线相对于入射线性偏振光的取向控制发射的圆偏振光的偏手性(顺时针或逆时针)。下文关于图5B至图5D详细论述四分之一波片元件的功能。
光学块515类似于图3A的光学块318。光学块515包含两个透镜：透镜521和透镜522。这些透镜可以通过透镜支撑器来耦合，尽管在图中未示出。光学块放大从显示块510接收的光并且校正与图像光相关联的光学像差。光学块中的透镜元件的数量和透镜设计(形状、折射/反射、材料、折射/衍射)可以变化。
图5B是根据实施方式的图5A的显示块510的截面图525。电子显示面板526可以是OLED显示器，该OLED显示器不包括圆形偏振器(例如，线性偏振器和四分之一波片覆盖显示器的像素)。在一些情况下，OLED显示器包含圆形偏振器，以帮助减少来自显示表面的环境照明并增加显示器的对比度。然而，在一些情况下，当OLED显示器在HMD中使用时，圆形偏振器可能不被包括，因为在HMD的情况下环境光已经从用户屏蔽。电子显示面板526包括多个像素组528。每个像素组528包括像素530、黑矩阵532、线性偏振器534、镜面反射器536和四分之一波片538。像素530形成在基板539上。黑矩阵532将像素530与其他像素组528中的相邻像素530分开。在替代实施方式中，像素组可包含不同或额外元件(例如，多个像素530)。
线性偏振器534覆盖像素530。线性偏振器534线性地偏振从像素530发射的光。偏振器被定向成使得线性偏振光在第一方向上被定向。线性偏振器534可以是例如吸收性偏振器、薄膜偏振器或线性地偏振光的一些其他类型的偏振器。
镜面反射器536反射入射光。镜面反射器536是在像素530发射的波长下反射光的材料(例如，铝、银)。镜面反射器536覆盖电子显示面板526的黑矩阵532。
弯曲反射偏振器540类似于图5A中的那个，并且被定位成接收从电子显示面板526发射的光。同样地，四分之一波片538类似于图5A中所描述的四分之一波片。
对于给定像素组528，由线性偏振器534在第一方向上线性偏振从像素530发射的光541。该线性偏振光542入射在弯曲的反射偏振器540上并且朝向电子显示面板526反射回，因为第一方向与反射偏振器540的透射轴正交。反射光543的一部分入射在四分之一波片538上。光544行进穿过四分之一波片538并且作为特定偏手性(例如，顺时针)的圆偏振光离开。圆偏振光反射离开镜面反射器536并且变成相反偏手性(例如，逆时针)的圆偏振光545。反射光行进穿过四分之一波片538并且作为线性偏振光546离开四分之一波片538。光546具有与第一方向正交的偏振，使得它与反射偏振器540的透射轴对准。光546由反射偏振器540透射。图5C是根据实施方式的包括第二四分之一波片551的显示块510的截面图550。显示块510包括位于电子显示面板552与弯曲反射偏振器540之间的第二四分之一波片551。弯曲反射偏振器540类似于图5A中的那个。尽管示出为平坦的，但是第二四分之一波片551可以是弯曲的。电子显示面板552包括多个像素组554。像素组554包括像素556、黑矩阵558、线性偏振器560、四分之一波片562和镜面反射器563。像素556被形成在基板564上。黑矩阵558将像素556与其他像素组554中的相邻像素556分开。在替代实施方式中，像素组可包含不同或额外元件(例如，多个像素556)。
线性偏振器560和四分之一波片562一起形成覆盖像素556的圆形偏振器，并且镜面反射器563覆盖黑色矩阵558。尽管被示出为电子显示面板552的一部分，但是圆形偏振器和镜面反射器563可以与电子显示面板552分开。尽管在图5C中将镜面反射器563示为单独的层，但黑矩阵558可以是镜面反射器，并且它可以是相同的层。
对于给定像素组554，从像素556发射的光565被线性偏振器560在第一方向上线性偏振，并且四分之一波片562将线性偏振光566转换为圆偏振光567。圆偏振光567行进穿过第二四分之一波片551并且在第一方向变成线性偏振光568。光568被反射偏振器540反射，因为第一方向与反射偏振器的透射轴正交。第二四分之一波片551将线性偏振光569转换为圆偏振光570。圆偏振光570具有特定的偏手性(例如，顺时针或逆时针)。圆偏振光570的一部分571由镜面反射器556反射。反射光571是圆偏振的，但是偏手性与570的偏手性相反。反射光穿过第二四分之一波片551并且作为线性偏振光572离开第二四分之一波片551。光572具有与第一方向正交的偏振，使得其与反射偏振器540的透射轴对准。光572被反射偏振器540透射。
图5D是根据实施方式的包括透明电子显示面板576的图5A的显示块510的截面图575。在这个实施方式中，电子显示面板576是被放置在弯曲反射偏振器540与四分之一波片577之间的透明显示器。四分之一波片577覆盖镜面反射器578。弯曲反射偏振器540类似于图5A中的那个。
电子显示面板576包括多个像素组580。像素组包括像素581和线性偏振器582。线性偏振器582覆盖像素581并且不覆盖像素581之间的区域。像素581形成在基板585上。基板585、像素580和线性偏振器582是基本上透明的。
对于给定像素组580，从像素581发射的光591被线性偏振器582在第一方向上线性偏振。该线性偏振光592入射在反射偏振器540上并且被作为光593反射，因为第一方向与反射偏振器540的透射轴正交。光593传播穿过透明基板585并且入射到四分之一波片577上。光594行进穿过四分之一波片577并且作为特定偏手性(例如，顺时针)的圆偏振光离开。圆偏振光从镜面反射器578反射并且变成相反偏手性(例如，逆时针方向)的圆偏振光595。反射光穿过四分之一波片577并且作为线性偏振光596离开四分之一波片577。光596具有与第一方向正交的偏振，使得它与反射偏振器540的透射轴对准。光596传播穿过基板585并且由反射偏振器540透射。
与稍后将在图6中描绘的实施方式相比，图5A至图5D的实施方式校正场曲的一些优点包括具有更多的光通量，尤其是如果像素填充因子较低。这是因为光从显示面板的像素之间的区域反射，并且不必多次穿过诸如部分反射镜之类的组件。
图6是根据实施方式的包括薄型镜头组件620的FC显示器615的实施方式的截面图600。在一些实施方式中，FC显示器615是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，它是一些其他电子显示器的一部分，例如AR显示器，HMD，VR显示器，数字显微镜等。FC显示器615由电子显示面板630，偏振器632和薄型透镜组件620制成。出瞳650是定位用户眼睛645的位置。为了说明的目的，图6示出了与单只眼睛645相关联的FC显示器615的截面图600，但是与FC显示器615分开的另一FC显示器向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。FC显示器615的一些实施方式具有与在此描述的那些不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。
电子显示面板630类似于图3A的电子显示面板330。尽管在图6中示出为与电子显示面板630分离，但是线性偏振器632可以是电子显示面板630的一部分。从电子显示面板630发射的光通过线性偏振器632离开显示器，从而产生一个偏振的光。
薄型透镜组件620包括部分反射镜634和偏振反射镜638。在图6中，部分反射镜634被定位成靠近电子显示面板630，并且偏振反射镜638被放置成靠近用户眼睛645。然而，在一些实施方式中，部分反射镜634可被定位成接近用户眼睛645，并且偏振反射镜638可被定位成接近电子显示面板630。
部分反射镜634和偏振反射镜638的一个或多个表面被成形为校正场曲。部分反射镜634的一个或多个表面可以被成形为球面凹形的(例如，球体的一部分)、球面凸形的、旋转对称的非球面的、自由形状的、或减小场曲的一些其他形状。在一些实施方式中，部分反射镜634和偏振反射镜638的一个或多个表面的形状被设计为附加地校正其他形式的光学像差。在一些实施方式中，在薄型透镜组件620内的一个或多个光学元件可具有一个或多个涂层，诸如抗反射涂层，以减少重影并增强对比度。
部分反射镜634包括波片表面633和镜表面635。波片表面633是使接收光的偏振移位的四分之一波片。四分之一波片包括偏振轴。偏振轴相对于入射线性偏振光移位45度，使得四分之一波片将线性偏振光转换成圆偏振光。同样地，四分之一波片将圆偏振光转换为线性偏振光。反射镜面635是被配置为反射所接收光的一部分的部分反射镜。在一些实施方式中，镜表面635被配置为透射50％的入射光且反射50％的入射光。
偏振反射镜638包括波片表面637和反射偏振器表面639。波片表面637是四分之一波片。反射偏振器表面639是被配置成反射一个偏振的光(阻挡偏振)并且透射所接收的光的第二偏振(垂直偏振)的光的部分反射镜。例如，反射偏振器表面639可以被配置成反射在x方向上线性偏振的光并且透射在y方向上线性偏振的光。
薄型透镜组件620减小了场曲并且相应地用于减少瞳泳。另外，与被设计为去除场曲的其他光学系统相比，该薄型透镜组件620具有小的形状因数和相对低的重量。
离开电子显示面板630的光内在地偏振，或者在行进穿过线性偏振器632之后在第一方向上变成线性偏振光。线性偏振光入射在波片表面633上，变成圆偏振光。圆偏振光的一部分穿过部分反射镜634的镜表面635。该圆偏振光穿过波片表面637，变得在第一方向上线性偏振。反射偏振器表面639反射这种线性偏振光，因为第一方向与反射偏振器表面639的偏振轴正交。反射光传播回通过波片表面637并且光变成圆偏振。圆偏振光入射到镜表面635上。圆偏振光的一部分被镜表面635反射，变成具有相反偏手性的圆偏振光。反射的圆偏振光穿过波片表面637以变成在与第一方向正交的第二方向上偏振的线性偏振光。第二方向与反射偏振器表面639的偏振轴对准。反射偏振器表面639将线性偏振光传输到用户眼睛645。
使用薄型透镜组件来校正场曲的这个实施方式的一些优点包括具有小形状因数、低重量以及使用这种技术的平板显示器的能力。
图7A是根据实施方式的包括三个透镜的FC显示器715的另一实施方式的截面图700。在一些实施方式中，FC显示器715是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，它是一些其他电子显示器的一部分，例如AR显示器，HMD，VR显示器，数字显微镜等。FC显示器715包括显示块728和光学块718。出瞳750是定位用户眼睛745的位置。为了说明的目的，图7A示出了与单只眼睛745相关联的FC显示器715的截面，但是与FC显示器715分开的另一FC显示器向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。FC显示器715的一些实施方式具有与在此描述的那些不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。
显示块728由电子显示面板730制成。电子显示面板730类似于图3A的电子显示面板330。
光学块718类似于图3A的光学块318。光学块718包含三个透镜：透镜721、透镜722和透镜723。在这个实施方式中，透镜723是被成形为球面凹形的复合透镜(例如，球体的一部分)。然而，在其他实施方式中，透镜723可以是球面凸形、旋转对称球体、自由形状或减小场曲的一些其他形状。在一些实施方式中，透镜723的形状可以被设计为附加地校正其他形式的光学像差。这些透镜可以通过透镜支撑器来耦合，尽管在图中未示出。光学块放大从显示块728接收的光并且校正与图像光相关联的光学像差。
图7B是根据实施方式的具有两个透镜的FC显示器755的另一实施方式的截面图751。在一些实施方式中，FC显示器755是VR头戴设备105的FC显示器115的一部分。在其他实施方式中，它是一些其他电子显示器的一部分，例如AR显示器，HMD，VR显示器，数字显微镜等。FC显示器755包括显示块728和光学块758。出瞳750是定位用户眼睛745的位置。为了说明的目的，图7B示出了与单只眼睛745相关联的FC显示器755的截面，但是与FC显示器755分开的另一FC显示器向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。FC显示器755的一些实施方式具有与在此描述的那些组件不同的组件。类似地，在一些情况下，功能可以以与在此描述的不同的方式分布在组件之间。在这个实施方式中，光学块758是使用两种不同种类的塑料的全塑料设计，并且是反转的Kellner目镜设计的变形。光学块758包括两个透镜：透镜761和透镜762，并且透镜762是双合透镜。这种设计可以提供大的视野(80度全视野或更大)和合理的镜目距。
在图7A和图7B中描绘的实施方式中，至少一个负元件用于校正场曲。例如，在图7A中，透镜721和透镜723的一部分是负元件。在图7B中，透镜762的部分762b是负元件。这些透镜可以用玻璃、塑料、或玻璃和塑料的组合来设计和制造。由于塑料的轻重量和低成本制造方法的可用性，塑料可以优选为材料。使用具有不同色散参数的不同材料有助于校正轴向和横向色差。这些单独的透镜表面可以是球面、非球面或自由形状表面。
附加配置信息
为了说明的目的，已经呈现了本披露的实施方式的前述描述；且不旨在穷尽的或者将本公开内容局限于所公开的精确形式。本领域的技术人员可能根据以上公开的内容理解许多修改形式和变型形式。
本说明书所用语言的选择主要是出于可读性和指导性的目的，不是为了描绘或限制本发明的主题。因此，本发明的范围并不限于该详细描述，而是由在此基于申请发布的任何权利要求限制。因此，所公开的实施方式旨在是说明性的，而非限制于在权利要求中阐述的本公开的范围。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
场曲校正(FC)显示器，所述场曲校正显示器被配置为校正被输出到所述系统的用户的眼睛的图像中的场曲，所述场曲校正显示器包括：
显示块，所述显示块被配置为输出图像光，所述显示块包括：
投影仪和漫射器，所述漫射器被配置为接收来自所述投影仪的所述图像光，所述漫射器具有被配置为输出场曲被校正的所述图像光的形状；以及
光学块，所述光学块被配置为将经过了场曲校正的所述图像光光学地引导至所述系统的与所述系统的用户的眼睛的位置相对应的出瞳。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的粒度为小于所述投影仪的像素节距的数量级。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状被配置为沿着与所述光学块的焦平面相对应的弯曲的图像平面输出所述图像光。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器被配置为漫射来自所述投影仪的所述图像光。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器包括反射面。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述投影仪相对于用户的眼睛定位在所述漫射器后面。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述投影仪相对于用户的眼睛定位在所述漫射器前面。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述投影仪是激光投影仪。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述投影仪是微微投影仪。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述投影仪包括数字反射镜设备(DMD)。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状是球面凹形的。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状是球面凸形的。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状是旋转对称球体。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状是自由形状。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述漫射器的形状校正额外的光学像差。
16.一种系统，包括：
投影仪，所述投影仪被配置为投影图像光；
弯曲漫射器，所述弯曲漫射器被配置为接收所述图像光并且漫射所述图像光；以及
光学块，所述光学块具有弯曲焦平面，所述弯曲焦平面被配置为将经过了场曲校正的所述图像光光学地引导至所述系统的与所述系统的用户的眼睛的位置相对应的出瞳。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述弯曲漫射器的粒度为小于所述投影仪的像素节距的数量级。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述弯曲漫射器的形状被配置为沿着与所述光学块的所述弯曲焦平面相对应的弯曲的图像平面输出所述图像光，以校正场曲。
19.根据权利要求16所述的系统，其中，所述弯曲漫射器包括反射面。
20.根据权利要求16所述的系统，其中，所述投影仪是激光投影仪，微微投影仪或包括数字反射镜设备(DMD)的投影仪。
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