CN1289938C - 袖珍光学系统以及用于头戴显示器的组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种头戴的虚拟图像显示器，该显示器在尺寸和重量方面是袖珍的，而且纳入一个高性能的光学系统提供清楚的看透能力。对于不希望有看透能力的那些情况，可以纳入一个滑动光屏蔽。可以纳入一个聚焦调节装置，以允许对图像聚焦，例如聚焦在大约18英寸到无限远的距离上。可以纳入一个可调节的头带，它适合于与使用者的头部匹配。可以纳入一个柔性悬臂结构以便于精细地调节光学组件的位置。

Description

袖珍光学系统以及用于头戴显示器的组件
发明领域
一般地说，本发明涉及袖珍光学系统，更具体地说，涉及显示器装置中使用的袖珍光学系统，这些显示器装置诸如可穿带的个人计算机系统、头戴显示器、便携式电话等个人装置。
发明背景
虚拟图像显示器把放大光学系统和小型图像面板组合起来以向观看者提供能显示大量信息的虚拟图像。这种显示器已在所谓头戴显示器中找到了应用，并与基于计算机的装置相结合用于多种应用。如已知的那样，基于计算机的装置包括处理和显示器驱动器电路，用于产生经由光学系统和图像面板显示的图像信号。
然而，已知这种传统的虚拟图像显示器有许多缺点。例如，这种显示器太重因而用起来不舒服，而且太大以致使人感到勉强、分散注意力、甚至使人迷惑。除了其他原因外，这些缺陷源于其安装结构中包含了较大的光学系统，以及其物理设计未能适当的考虑诸如尺寸、形状、重量等这些重要的人的因素。
一些传统的头戴虚拟显示器的例子示于图1和图2。图1显示一个头戴虚拟显示器单元10，它放置在使用者的头和脸上，其配戴方式类似于一付眼镜。使用者通过显示部分12观看虚拟图像。鼻桥14和侧支架16用于当显示器放在使用者的头和脸上时对显示器提供支持。单元10可经由连接器18与一计算机相连。已知这个单元是笨重的，允许戴它的人除了显示屏外基本上看不见其他东西。就是说，使用者不能观看他附近的环境。这种头戴虚拟显示器在国际专利申请WO 95/11473号中被公开，所公开的内容在这里被纳入作为参考。
图2显示一种头戴单眼虚拟显示单元20。支持结构12位于使用者的头上，而显示部分14下放到使用者的视野中。这一设计也知道是笨重的，而且会阻挡使用者观看周围。这种头戴单眼虚拟显示器也是在国际专利申请WO 95/11473号中被公开。
传统的袖珍显示系统和头戴显示器在授予Kintz等的美国专利5,771,124号、授予Williams等的美国专利5,757,339号以及授予Ronzani等的美国专利5,844,656号中被公开，它们公开的内容在这里被纳入作为参考。再有，人们知道索尼公司制造了一种头戴虚拟显示器，称作“Glasstron”。
然而，所有给出的例子都有前述一个或多个设计缺陷。结果，这些缺陷严重阻碍了这种装置的普遍接受。
在授予本申请人的两个美国专利申请(美国序列号09/437,972和09/437,793，同在1999年11月10日被受理)中描述了在虚拟显示器应用中使用的袖珍光学系统，这些系统对先前存在的技术进行了改进，这两个专利申请所公开的内容在这里被纳入作为参考。
尽管如此，仍然需要一种袖珍光学系统用于显示装置，例如可穿戴的个人计算机、头盔显示器、便携电话等个人装置，这种袖珍光学系统能基本上减小或消除前述缺陷以及与现有技术关联的但没有特别提到的其他缺陷，和/或能改进前面参考的美国专利申请(标识为美国序列号09/437,972和09/437,793)中描述的袖珍光学系统设计。
发明概要
本发明提供一种用于诸如头戴虚拟图像显示器等显示装置中的光学系统设计，它能修补传统设计中表现出的缺陷，例如不能容忍的尺寸和重量、受阻碍的视线等。这种新的设计例如使可穿戴的计算机系统能有更大的方便和使广泛的使用者接受。
根据本发明的一个引导图像信号供使用者观看的袖珍光学系统实施例。这里的图像信号是根据一个微型显示器产生的，该光学系统包含：位于微显示器附近的一个分光棱镜；位于分光棱镜和微显示器之间的向场镜(field lens)；位于向场镜和分光棱镜之间的负透镜；位于分光棱镜附近处在分光棱镜的与微显示器相反一侧的反射镜；以及位于反射镜和分光棱镜之间的四分之一波板；这里分光棱镜、向场镜、负透镜、反射镜以及四分之一波板的安排使得按照微显示器呈线性偏振的图像信号：(a)穿过向场镜和负透镜；(b)进入分光棱镜，基本上穿过分光棱镜的偏振表面；(c)穿过四分之一波板，变成圆偏振光；(d)在反射镜表面反射回到四分之一波板，第二次穿过四分之一波板，变成线性偏振光，其偏振方向相对于该图像信号相应的原始线性偏振方向旋转90度；以及(e)再进入分光棱镜，基本上是在分光棱镜的偏振表面反射，并离开分光棱镜供使用者观看。
根据按照本发明的头戴虚拟图像显示单元的一个实施例，这个显示单元在尺寸和重量方面是袖珍的，而且纳入一个高性能的光学系统，如上文描述的光学系统，从而提供了清楚的看透能力。对于不希望有看透能力的那些情况，可以纳入一个滑动光屏蔽。可以纳入一个聚焦调节装置，以允许对图像聚焦，例如聚焦在大约18英寸到无限远的距离上。可以纳入一个可调节的头带，它适合于与使用者的头部匹配。可以纳入一个柔性的悬臂结构以便于精细地调节光学组件的位置。还可以纳入一个滑动器和球窝接头机制以便于光学组件位置的调节。可以纳入一个内置送话器以使使用者能进行语音输入。
应该理解的是，该头戴虚拟图像显示单元可以舒适地与肉眼或安全眼镜结合使用，并向使用者提供有用的图像而无需阻挡他对周围环境的观看。这个单元被设计成具有令人喜爱的外表，从而极大地增强了使用者可接受性。
还应该理解的是，一个头戴虚拟图像显示单元可以与一个基于计算机的装置相结合。这基于计算机的装置可以产生和向伴随这显示单元的微显示器提供电信号，以用于产生供使用者观看的图像信号。这种结合有利地构成一个便携式计算机系统。
结合附图阅读下文中对本发明实施示例的详细描述，将会清楚地看出本发明的这些和其他目的、特点和优点。
附图简述
图1显示传统的眼镜型头戴虚拟显示器；
图2显示传统的单眼型头戴虚拟显示器；
图3A显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示单元和基于计算机的装置的第一视图；
图3B显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示单元和基于计算机的装置的第二视图；
图4显示根据本发明的头戴虚拟显示单元在可能由使用者戴上时的艺术透视图；
图5显示根据本发明的一个实施例的虚拟显示光学系统；
图6A至图6C中突出显示根据本发明一个实施例的光学系统在其象散、畸变和侧向颜色方面的性能；
图7显示根据本发明的一个实施例的光学系统的设计参数表；
图8显示根据本发明的一个实施例在一头戴虚拟显示器中的集成聚焦机构以及送话器的放置；
图9A和图9B分别显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示器上处于开、闭位置的滑动光屏蔽；
图10显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示器上的头带和吊架/悬臂调节机制。
最佳实施例详述
下面将在头戴虚拟图像显示单元和可穿戴计算机的范围解释本发明的光学系统设计。然而，应该理解，本发明不限于这种或任何特定的显示应用。相反，本发明可以更一般地应用于任何适当的显示应用，在其中希望利用一个袖珍的光学系统以显示图像，该光学系统可以纳入该应用中使用的装置。这类装置可以是例如可穿戴的个人计算机、头戴显示器、便携式电话等个人装置。
首先参考图3A和图3B，图中显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示单元10和基于计算机的装置20。提供了一个电缆30用于基于计算机的装置20与头戴虚拟显示单元10的电连接。图3A和图3B显示相同的头戴虚拟显示单元10，但是是从相反方向看的视图。应该理解，基于计算机的装置20最好有小的形状因数，例如是衣袋大小的和重量轻的。它最好还有一个夹扣用于固定在使用者的带子或衣袋上。这种基于计算机的装置称作“可穿戴的计算机”。这种可穿戴的计算机可以包括在个人计算机、膝上计算机或个人数字助手等当中可得到的全部或大多数典型部件，例如处理器(例如CPU)、固定存储器、可卸存储器、显示器驱动器电路、外部网络(例如因特网)连接装置、应用软件等。
头戴虚拟显示单元10包含：光学模块100；灵活悬臂200；调节吊架300；耳机400；以及头带500。根据本发明的一个最佳实施例，光学模块100包含一个光学系统、一个聚焦机构、一个滑动光屏蔽以及一个集成的送话器。柔性悬臂200使能对使用者眼前的光学模块100精确控制位置。例如，一个金属或塑料的螺旋缠绕的鹅颈式管可用作这个柔性悬臂。这种管是众所周知且可在市场上买得到的。调节吊架300最好包含一个组合滑动和球接头机构以控制悬臂的位置和角度。下面将结合图10的情况更详细地解释这个实施例。当然，可以利用其他结构安排来实现光学模块的位置控制。所显示的耳机400借助一个连接线固定在吊架300上。或者它可以固定在吊架300上使它的输出指向使用者的耳朵，或者固定在从吊架300摆下来的拉杆上。所示头带具有调节接头502和头卡夹504。头带通常绕在头的后部，但其他安排是可能的。例如，这带子可以绕过头顶，或者吊架300可以固定在一个头盔上(未画出)。
应该理解，柔性悬臂200和调节吊架300允许使用者将光学模块100移入和移出他的视野，在本例中是他的右眼的视野。当然，单元10可以配置成使光学系统100由戴者的左眼观看。在这种情况中，单元10能翻转供左眼使用。再有，单元10可以配置成包括两个单独的显示部分，一个用于右眼，一个用于左眼。本领域普通技术人员将会实现其他配置。
这样，显示单元10和基于计算机的装置20允许使用者观看根据装置20产生的可见数据，例如来自应用软件、万维网(Web)浏览器等的可见数据。可见信息经由电缆30提供给显示器。耳机400允许使用者收听根据装置20产生的音频数据。光学模块100中的送话器(图8中所示)允许使用者向计算机输入语音命令。
于是，图3A和图3B显示出一个包含轻型头戴显示单元的轻型可穿戴计算机系统，它含有袖珍光学系统与一个衣袋大小的可穿戴计算机结合使用。因为该光学系统借助一个轻型悬臂或带结构固定在使用者的头上，例如图中显示的那样，从而使整个头戴显示器重量能达到两盎司左右或者更少。
图4是根据本发明的头戴虚拟显示单元10在可能由使用者戴上时的艺术透视图。如图中所示，光学模块100可以有利地移动到使用者的右眼或左眼视野中。它很小，因而是不引人注目的，而且允许穿过该光学系统无畸变地观看外部世界。当显示器被接通时，有足够的光亮使显示能相对于周围环境被清楚地看见。
现在将描述根据本发明用于光学模块100中的最佳光学系统。然而，应该理解，可以根据图3A和图3B所示可穿戴计算机系统以外的其他装置，来使用这里所发明的光学系统设计。本发明的光学系统适用于大量的应用，如果这些应用具有小巧的形状因数和显示高质量光学图像的能力的话。本领域的一个普通技术人员将能实现各种其他的实现和应用，在其中可以利用所发明的这种光学系统。
再有，如将结合下述实施例详细解释的那样，本发明的光学系统提供具有折叠的光路径的镜片组(optics)，它们是“轴上(on-axis)”镜片组而不是“自由形式(free form)”镜片组。以这种方式，该光学系统能提供这里所描述的优点和特点，以及本领域一个普通技术人员将能实现的其他优点和特点，如果他们得到了这里给出的发明原理的话。应该理解，我们所用术语“轴上”和“自由形式”的含义如下。垂直穿过一典型圆形透镜并穿过透镜中心的射线定义该光轴。一束射线聚集在这个轴线附近穿过透镜并可被该透镜很好地成像。这些系统的例子是照相机、显微镜、双筒镜。在更复杂的系统中，光束可能聚集在与透镜倾斜的线附近；这将是“离轴(off-axis)”成像。请注意，典型的圆形透镜是相对于光轴对称的。然而其他系统不是径向对称的而且没有如上述定义的清楚的光轴，但仍可实现成像功能。我们通常称它们为“自由形式”镜片组。
现在参考图5，图中显示根据本发明的一个实施例的虚拟显示光学系统。如前面提到的那样，这一光学系统最好是在光学模块100中利用的那种光学系统。来自光源1000(通常是一组红、绿、兰光发光二极管(LED))的光照亮微显示器1100。在这个实施例中，该微显示器是一个透射型微显示器。根据本发明可以使用的透射微显示器可以从例如Kopin(在Taunton，MA)得到。应该理解，透射微显示器可以由发射微显示器替代，此时光源在微显示器内部。根据本发明可以使用的发射微显示器可以从例如Planar(在Beaverton，OR)得到。再有，微显示器可以是反射型微显示器。根据本发明可以使用的反射微显示器可以从例如Colorado Microdisplay(在Boulder，CO)得到。
众所周知，在任何情况下该微显示器创建一个图像以响应加到显示器上的电信号。例如，该电信号可以是从基于计算机的装置(图3A和3B)提供给微显示器的。可以利用向场透镜1200、负透镜1300、分光棱镜1400、四分之一波板1600和反射镜1500来观看这一图像。众所周知，负透镜包括一个或多个凹形外表面，与此相反，正透镜包括一个或多个凸形外表面。来自显示器的光被线性偏振并穿过透镜1200和1300进入棱镜1400。光的偏振使它基本上穿过棱镜1400的偏振表面1410。然后光穿过四分之一波板1600并成为环形偏振光。反射镜1500在其弯曲的表面有一反射涂层(如金属的或绝缘材料的)，它把光反射回四分之一波板1600。一旦第二次穿过四分之一波板，光再次成为线性偏振光，然而它的偏振方向现在已经转动了90度。光再次进入棱镜1400，而现在是基本上被偏振表面1410反射。光离开棱镜1400并达到该光学系统的出射光孔1700。该光学系统的出射光孔是使用者通常放置他的眼睛以观看微显示器1100的虚拟图像的地方。
这一设计的一个特点是当眼睛通过该光学系统看外部世界时不会看到被畸变的景象。这是通过本发明的设计特点来实现的，这里棱镜1400的入射表面1420和出射表面1430为此目的被设计成有基本相同的形状或形态。
这一光学系统的又一特点是：来自微显示器1100的光在出射光孔1700处形成虚拟图像，而该图像是高质量的，基本上没有象差。就是说，虚拟图像基本上没有象散，基本上没有横向畸变，而且基本上没有横向色差。
这是通过把向场透镜1200、负透镜1300、棱镜1400、四分之一波板1600和反射镜1500按所示排列组合起来并为这些元件选择适当的材料才达到这种高性能的。特别是，选择的负透镜1300材料使其与向场透镜1200和反射镜1500组合工作以基本上消除横向色差。与这些透镜以及该光学模块的其他元件相关联的优选设计参数将在下文中结合图7给出。
图6A至6C是显示图5中所示光学系统性能的三幅图。在图6A中显示象散与场位置的关系。显然，图像场平布在0.016毫米(mm)内，其径向和切向之间的象散小于0.005mm。这意味着图像基本上是完全平布的，基本上没有象散。图6B显示畸变与场位置的关系。这一幅图可见，在整个图像场该光学系统的畸变小于0.2％。对于本领域技术人员而言，这意味着该图像基本上无畸变。图6C显示横向色彩与场位置的关系。我们看到，在最大场位置，红、绿、兰色彩的位置有小于0.003mm的差。最佳实施例的微显示器的像素间距约为0.012mm。所以，该光学系统基本上没有横向色差。
图7显示根据本发明的一个最佳实施例的光学系统设计参数表。该表给出该系统中每个光学元件的表面数(A列)、表面半径或曲率(B列)、表面中心厚度(C列)、表面孔径半径(D列)以及材料(E列)。在表中，SRF是指“表面”；OBJ是指“物镜位置”；AST是指“有效孔径”；IMS是指“图像表面”；BK7和SF1是工业标准玻璃型号。它还给出元件之间的间距。应该理解，表中所列出的表面(用A列中的表面数表示)是图5中所示光学系统的部件(例如分光棱镜、向场透镜等)的表面。图5中的部件和表面之间的对应关系由图7中左手侧的括号及图5中部件的参考数字表示，利用这一设计数据，本领域技术人员将能实现和证实该光学系统的前述性能。
现在参考图8，图中显示根据本发明一个实施例的集成聚焦机制和一个集成送话器在一头带虚拟显示器中的放置。如前所述，这些部件被装在图3A和3B中所示光学模块100中。应该理解，图8中所示聚焦机制和送话器是已去掉光学模块100的外壳(容器)之后的情况。对于集成聚焦特点，一个袖珍托架机制移动向场透镜1200、微显示器1100和LED背光1000(见图5)以把虚拟图像聚焦在大约18英寸至无穷远的距离上。向场透镜1200、微显示器1100和背光1000被安装在可移动的托架2200上。利用螺旋2500和旋钮2600使托架沿光轴移动。可以利用其他传统的移动传动装置结构。托架2200相对于分光棱镜1400运动1mm便足以在所希望的范围上调节图像聚焦。应该理解，负透镜1300、分光棱镜1400、四分之一波板1600和反射镜1500(位于模块容器的端帽下方，故在图8中看不到)在光学模块容器内保持固定。
图8中还显示出袖珍送话器2700的放置。该送话器可以是定向型的。它指向使用者的面部并离开周围的环境，从而能拾取使用者的声音。应该理解，送话器和光学系统的连线可以通过柔性悬臂200走线。如前所述，在光学模块中的部件以及耳机400可通过电缆30(图3A和3B)与基于计算机的装置20相连。
图9A和9B分别显示根据本发明的一个实施例在头戴虚拟图像显示器上各处于打开和关闭位置的滑动光屏蔽。特别是图9A和9B显示光学模块100的详细视图，其中一个光屏蔽与该光学模块的容器集成在一起。在图9A中，所示光屏蔽3200处于打开位置(看穿方式)。这样，通过光学模块100的光学元件观看图像的使用者能看到来自光学模块100后面的光。如图9A所示，当光屏蔽3200处于打开位置时，分光棱镜1400是可见的。在图9B中，所示光屏蔽3200处于关闭位置，这样便阻挡或基本上阻挡了背景光。当使用者想要减小或消除背景光时，可由使用者沿箭头A所示的方向滑动光屏蔽3200。应该理解，外部光修改屏蔽可以是不透明的、半透明的、彩色的或偏振的，可根据虚拟显示系统要执行的应用所希望的那样来选定。
图10显示根据本发明一个实施例的头戴虚拟显示器上的头带和吊架/悬臂调节机制。具体地说，图10显示该吊架/悬臂调节机制的详细情况。如图所示，调节吊架300包含一个基础部分4100，在其中形成通道4110。在这通道4110中配有滑动器机制4200，它能在这通道长度上前后滑动，如方向箭头4400标出的那样。与滑动器机制内侧上的一个或多个相应的突起(未画出)啮合的环形小凹槽302(在图3B中可见)允许该滑动器机制(从而该光学模块100)保持在所希望的位置。
再有，该吊架组件包含一个可沿枢轴转动地装配在滑动器机制4200中的球形接头4300。这个可沿枢轴转动的球形接头4300允许该吊架组件(从而该光学模块100)转动，如方向箭头4500和4600标出的那样。柔性悬臂200还允许该光学模块沿着箭头4400、4500和4600标出的任何方向运动。通过联合使用滑动器和球形接头机制以及柔性悬臂，使用者可以以一种最佳的方式相对于他的眼睛把光学模块100调节到他所希望的任何距离和/或位置。
虽然这里已参考附图描述了本发明的实施示例，但应该理解，本发明不限于那些原封不动的实施例，而是可以由本领域的技术人员实现各种其他改变和修正而不离开本发明的范围和精神。

Claims (23)

1.引导图像信号供使用者观看的一种袖珍光学系统，该图像信号是根据一微显示器产生的，该系统包含：
位于微显示器附近的分光棱镜；
位于分光棱镜和微显示器之间的向场透镜；
位于向场透镜和分光棱镜之间的负透镜；
位于分光棱镜附近，在分光棱镜的与微显示器相反一侧的反射镜；以及
位于反射镜和分光棱镜之间的四分之一波板；
这里分光棱镜、向场透镜、负透镜、反射镜以及四分之一波板的安排使得根据微显示器线性偏振的图像信号：(a)穿过向场透镜和负透镜；(b)进入分光棱镜，穿过分光棱镜的偏振表面；(c)穿过四分之一波板，成为环形偏振光；(d)在反射镜表面反射回到四分之一波板，第二次穿过四分之一波板成为线性偏振的，其偏振方向相对于图像信号的原始线性偏振方向旋转90度；以及(e)再次进入分光棱镜，在分光棱镜的偏振表面反射并射出分光棱镜供使用者观看。
2.权利要求1的光学系统，这里被引向使用者供观看的图像信号基本上没有色差。
3.权利要求1的光学系统，这里反射镜的表面包括一个反射涂层。
4.权利要求3的光学系统，这里的反射涂层是反射金属涂层和反射绝缘涂层之一。
5.权利要求1的光学系统，这里的微显示器是发射型微显示器、透射型微显示器和反射型微显示器之一。
6.权利要求1的光学系统，这里该系统被纳入一个虚拟图像显示单元。
7.权利要求6的光学系统，这里的虚拟图像显示单元是可戴在头上的。
8.一种头戴的虚拟图像显示单元，该单元包含：微显示器：
引导图像信号供使用者观看的光学系统，该图像信号是根据微显示器产生的；以及
光学系统安装结构，用于支持该光学系统使其位于使用者眼睛的视野之内；
这里该光学系统包括：位于微显示器附近的分光棱镜；位于分光棱镜和微显示器之间的向场透镜；位于向场透镜和分光棱镜之间的负透镜；位于分光棱镜附近，在分光棱镜的与微显示器相反的一侧的反射镜；以及位于反射镜和分光棱镜之间的四分之一波板；而且这里分光棱镜、向场透镜、负透镜、反射镜和四分之一波板的安排使得根据微显示器线性偏振的图像信号：(a)穿过向场透镜和负透镜；(b)进入分光棱镜，穿过分光棱镜的偏振表面；(c)穿过四分之一波板，成为环形偏振光；(d)在反射镜表面反射回到四分之一波板，第二次穿过四分之一波板成为线性偏振的，其偏振方向相对于图像信号的原始线性偏振方向旋转90度；以及(e)再次进入分光棱镜，在分光棱镜的偏振表面反射并射出分光棱镜，供使用者观看。
9.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，这里的安装结构被配置成允许光学系统有选择地移入和移出使用者眼睛的视野。
10.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，进一步包含一个聚焦机制，以允许调节指向使用者的图像信号的焦点。
11.权利要求10的头戴虚拟图像显示单元，这里的聚焦机制包含一个可运动的托架，该可运动的托架支持微显示器和向场透镜，从而使微显示器和向场透镜能沿着光轴方向相对于分光棱镜、反射镜和四分之一波板移动。
12.权利要求11的头戴虚拟图像显示单元，这里该聚焦机制进一步包含一个在操作上与可动托架相连的移动传动装置，该移动传动装置使可动托架沿光轴移动。
13.权利要求12的头戴虚拟图像显示单元，这里的移动传动装置包含一个螺旋和旋钮结构。
14.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，进一步包含一个光屏蔽，它相对于光学系统的位置使得在打开位置时背景光进入光学系统，而在关闭位置时背景光至少部分地被阻止进入该光学系统。
15.权利要求14的头戴虚拟图像显示单元，进一步包含一个容器以包含该光学系统，而且这里的光屏蔽被集成到该光学系统容器中。
16.权利要求15的头戴虚拟图像显示单元，这里的光屏蔽被可滑动地集成到该光学系统容器中，使得该光屏蔽可在打开位置和关闭位置之间滑动。
17.权利要求14的头戴虚拟图像显示单元，这里的光屏蔽是不透明的、部分不透明的、彩色的和偏振的光屏蔽之一。
18.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，进一步包含一个送话器，用于捕获观看图像信号的使用者发出的语音。
19.权利要求18的头戴虚拟图像显示单元，进一步包含一个容器以包含该光学系统，而且这里的送话器被集成到该光学系统容器中。
20.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，这里该光学系统安装结构包含一个调节吊架组件，该调节吊架组件包括一个滑动器机制用于把光学系统向使用者的眼睛移动一特定距离。
21.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，这里该光学系统安装结构包含一个调节吊架组件，该调节吊架组件包括一个可转动的球接头机制，用于把该光学系统相对于使用者的眼睛移动到一特定位置。
22.权利要求8的头戴虚拟图像显示单元，这里该光学系统安装结构包含一个柔性悬臂组件，该柔性悬臂组件被配置成用于支持该光学系统并把该光学系统相对于使用者的眼睛柔性地移动到一特定位置。
23.一种便携式计算机系统，包含：
(a)头戴的虚拟图像显示单元，该单元包括：
微显示器；
引导图像信号供使用者观看的光学系统，该图像信号是根据微显示器产生的，该光学系统包括：位于微显示器附近的分光棱镜；位于分光棱镜和微显示器之间的向场透镜；位于向场透镜和分光棱镜之间的负透镜；位于分光棱镜附近、在分光棱镜的与微显示器相反一侧的反射镜；以及位于反射镜和分光棱镜之间的四分之一波板；这里的分光棱镜、向场透镜、负透镜、反射镜和四分之一波板的安排使得根据微显示器线性偏振的图像信号：(a)穿过向场透镜和负透镜；进入分光棱镜，穿过分光棱镜的偏振表面；(c)穿过四分之一波板，成为环形偏振光；(d)在反射镜表面反射回到四分之一波板，第二次穿过四分之一波板成为线性偏振的，其偏振方向相对于图像信号的原始线性偏振方向旋转90度；以及(e)再次进入分光棱镜，在分光棱镜的偏振表面反射并射出分光棱镜，供使用者观看；以及
光学系统安装结构，用于支持该光学系统和微显示器位于使用者眼睛的视野之内；以及
(b)基于计算机的装置，它与头戴的虚拟图像显示单元相连，用于产生和向微显示器提供电信号，以用于产生图像信号供使用者观看。
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