本申請大體涉及光學(xué)領(lǐng)域，且特別地，涉及頭戴顯示器。

背景技術(shù)：

安裝在頭部的顯示器(“HMD”)或頭戴顯示器是安裝在頭部或繞頭部佩戴的顯示裝置。HMD通常包含某種接近眼睛的光學(xué)系統(tǒng)，以產(chǎn)生位于用戶前幾米處的放大的虛擬圖像。單眼顯示器稱為單目鏡(monocular)HMD，而雙眼顯示器稱為雙目鏡HMD。一些HMD僅顯示計算機產(chǎn)生的圖像(“CGI”)，而其他類型的HMD能夠?qū)GI疊加在真實世界視圖上。后一類型的HMD典型地包括一些形式的透視目鏡，且可用作用于實現(xiàn)增強的現(xiàn)實的硬件平臺。通過增強的現(xiàn)實，觀察者的圖像世界通過覆蓋的CGI增強，還稱為平視顯示器。

HMD具有大量實際和休閑應(yīng)用。宇宙空間應(yīng)用允許飛行員看到重要的飛行控制信息，而沒有將他們的眼睛帶離飛行路徑。公眾安全應(yīng)用包括地圖和熱成像的戰(zhàn)術(shù)顯示。其他應(yīng)用領(lǐng)域包括視頻游戲、交通和電信。隨著技術(shù)的演變，勢必有新發(fā)現(xiàn)的實際和休閑應(yīng)用；但是，許多這些應(yīng)用由于用于執(zhí)行現(xiàn)有HMD的傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的成本、尺寸、重量、厚度、視野、效率和圖像質(zhì)量而受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種用于與頭戴顯示器一起使用的設(shè)備，該設(shè)備包括：彎曲目鏡，用于將通過從觀察區(qū)域沿周圍定位的輸入表面處接收的顯示光引導(dǎo)，并沿朝向眼睛的方向在觀察區(qū)域中發(fā)射顯示光，該彎曲目鏡包括：彎曲光導(dǎo)，以經(jīng)由全內(nèi)反射將顯示光從輸入表面引導(dǎo)到觀察區(qū)域；面朝眼睛的表面，其是凹的；面向外界的表面，其是凸的，且與面朝眼睛的表面相對；和光組合器，布置在觀察區(qū)域處，以使顯示光朝向面朝眼睛的方向轉(zhuǎn)向，用于從彎曲光導(dǎo)輸出，其中，光組合器對通過面向外界的表面入射的環(huán)境光是部分透射的，從而觀察區(qū)域是透視的；以及棱鏡，靠近輸入表面布置，以在通過輸入表面之前針對彎曲光導(dǎo)導(dǎo)致的橫向色差對顯示光進行預(yù)補償。

該設(shè)備還包括：顯示面板，用于產(chǎn)生顯示光，且布置為靠近棱鏡，以通過棱鏡將該顯示光朝向輸入表面發(fā)射，其中，顯示面板相對于彎曲光導(dǎo)對準(zhǔn)，從而從顯示面板上的給定像素輸出的圖像光的法向光線大體通過頭戴顯示器的眼睛框的中心指向。

輸入表面在面朝眼睛的表面和面向外界的表面之間延伸，且與之相交接，其中，輸入表面、面朝眼睛的表面和面向外界的表面全部是連續(xù)的表面，而在曲率上沒有不連續(xù)性。

該設(shè)備還包括：框架組件，支撐彎曲目鏡、顯示面板和棱鏡，用于佩戴在用戶頭部上，且觀察區(qū)域定位在用戶眼睛前方，其中，彎曲目鏡旋轉(zhuǎn)第一角度，以將顯示面板定位在觀察區(qū)域上方，其中，從輸入表面延伸到光組合器的彎曲光導(dǎo)的中心線與第一角度對準(zhǔn)。

顯示面板旋轉(zhuǎn)第二角度，該第二角度與第一角度互補，以抵消第一角度旋轉(zhuǎn)在從彎曲目鏡輸出的顯示光上的旋轉(zhuǎn)作用。

該設(shè)備還包括：偏振旋轉(zhuǎn)器，布置在顯示面板和輸入表面之間，以旋轉(zhuǎn)顯示光的線偏振，用于相對于彎曲光導(dǎo)的中心線的對準(zhǔn)，以減小雙折射導(dǎo)致的偏振狀態(tài)的非對稱性。

該設(shè)備還包括：偏振旋轉(zhuǎn)器，布置在顯示面板和輸入表面之間，以旋轉(zhuǎn)顯示光的線偏振，用于相對于光組合器對準(zhǔn)，從而顯示光的線偏振在入射在光組合器上時基本僅具有s偏振。

該設(shè)備還包括：可調(diào)整安裝件，用于相對于彎曲光導(dǎo)安裝棱鏡，其中，可調(diào)整安裝件允許棱鏡相對于輸入表面橫向地滑動，以調(diào)整在觀察區(qū)域中從彎曲目鏡輸出的顯示光的焦點。

彎曲目鏡還包括：第一透鏡本體，具有第一厚部分、第一薄部分以及在第一厚部分和第一薄部分之間的第一過渡表面；第二透鏡本體，具有第二厚部分、第二薄部分以及在第二厚部分和第二薄部分之間的第二過渡表面；其中，第一厚部分匹配至第二薄部分，第一過渡表面匹配至第二過渡表面，其中，彎曲光導(dǎo)布置在第一厚部分內(nèi)，并且其中，光組合器布置在第一和第二過渡表面之間。

具有第一折射率的透明粘結(jié)劑將第一厚部分粘結(jié)至第二薄部分以在第一和第二透鏡本體之間建立全內(nèi)反射界線，該第一折射率小于第一和第二透鏡本體的第二折射率。

光組合器包括非偏振分束器涂層、半偏振分束器或取向為反射偏振顯示光的偏振分束器涂層中的一個。

一種頭戴顯示器，該頭戴顯示器包括：顯示面板，以在周圍位置產(chǎn)生顯示光；彎曲目鏡，用于將顯示光引導(dǎo)至從周圍位置偏移的觀察區(qū)域，并沿朝向眼睛的方向在觀察區(qū)域中發(fā)射顯示光，該彎曲目鏡包括：彎曲光導(dǎo)，以經(jīng)由全內(nèi)部反射將顯示光從輸入表面引導(dǎo)到觀察區(qū)域；面朝眼睛的表面，其是凹的；面向外界的表面，其是凸的，且與面朝眼睛的表面相對；和光組合器，布置在觀察區(qū)域處，以使顯示光朝向面朝眼睛的方向轉(zhuǎn)向，用于從彎曲光導(dǎo)輸出，其中，光組合器對通過面向外界的表面的環(huán)境光入射是部分透射的，從而觀察區(qū)域是透視的；以及框架組件，支撐彎曲目鏡和顯示面板，用于佩戴在用戶頭部上，且觀察區(qū)域定位在用戶眼睛前方，其中，顯示面板相對于彎曲光導(dǎo)對準(zhǔn)，從而從顯示面板上的給定像素輸出的圖像光的光線大體穿過頭戴顯示器的眼睛框的中心指向，所述光線在顯示面板的法線的三度之內(nèi)。

該頭戴顯示器還包括：棱鏡，布置在顯示面板和輸入表面之間，以針對由彎曲光導(dǎo)導(dǎo)致的橫向色差對顯示光進行預(yù)補償。

輸入表面在面朝眼睛的表面和面向外界的表面之間延伸，且與之相交接，其中，輸入表面、面朝眼睛的表面和面向外界的表面全部是連續(xù)的表面，而在曲率上沒有不連續(xù)性。

彎曲目鏡在框架組件內(nèi)相對于水平線旋轉(zhuǎn)第一角度，以將顯示面板定位在觀察區(qū)域上方，并且其中，從輸入表面延伸到光組合器的彎曲光導(dǎo)的中心線與第一角度對準(zhǔn)。

顯示面板旋轉(zhuǎn)第二角度，該第二角度與第一角度互補，以抵消第一角度的旋轉(zhuǎn)在從彎曲目鏡輸出的顯示光上的旋轉(zhuǎn)作用。

該頭戴顯示器還包括：偏振旋轉(zhuǎn)器，布置在顯示面板和輸入表面之間，以旋轉(zhuǎn)顯示光的線偏振，用于相對于彎曲光導(dǎo)的中心線的對準(zhǔn)，以減小雙折射的非對稱性。

偏振旋轉(zhuǎn)器包括半波片旋轉(zhuǎn)器，其旋轉(zhuǎn)第三角度，該第三角度等于第一角度的一半。

該頭戴顯示器還包括：可調(diào)整安裝件，用于相對于彎曲光導(dǎo)安裝棱鏡，其中，可調(diào)整安裝件允許棱鏡相對于輸入表面橫向地滑動，以調(diào)整顯示光的焦點。

彎曲目鏡還包括：第一透鏡本體，具有第一厚部分、第一薄部分以及在第一厚部分和第一薄部分之間的第一過渡表面；第二透鏡本體，具有第二厚部分、第二薄部分以及在第二厚部分和第二薄部分之間的第二過渡表面；其中，第一厚部分匹配至第二薄部分，第一過渡表面匹配至第二過渡表面，其中，彎曲光導(dǎo)布置在第一厚部分內(nèi)，并且其中，光組合器布置在第一和第二過渡表面之間。

具有第一折射率的透明粘結(jié)劑將第一厚部分粘結(jié)至第二薄部分以在第一和第二透鏡本體之間建立全內(nèi)反射界線，該第一折射率小于第一和第二透鏡本體的第二折射率。

附圖說明

本使用新型的非限制性和非排他實施例參考以下附圖描述，其中，相同的附圖標(biāo)記貫穿各個視圖指代相似的部件，除非特別指出。元件并不是所有時刻都必須被標(biāo)記，以便在適當(dāng)之處不會使附圖混亂。附圖不是必須按照比例，相反，重點在于其顯示正被描述的原理。

圖1A是根據(jù)本申請實施例的用于與頭戴顯示器一起使用的光學(xué)系統(tǒng)的橫截面圖。

圖1B是根據(jù)本申請的實施例的用于補償橫向色差的用在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的棱鏡的透視圖。

圖2A是根據(jù)本申請實施例的包括彎曲目鏡的頭戴顯示器的透視圖。

圖2B是根據(jù)本申請實施例的頭戴顯示器的側(cè)視圖，顯示了嵌入式彎曲光導(dǎo)的中心線如何成角度以將顯示面板定位在觀察區(qū)域上方。

圖3A是根據(jù)本申請實施例的彎曲目鏡和顯示面板的透視圖。

圖3B是根據(jù)本申請實施例的彎曲目鏡的輸入表面和顯示面板的近景圖示，顯示了顯示面板如何旋轉(zhuǎn)補償角度，以抵消彎曲目鏡旋轉(zhuǎn)在顯示光上的旋轉(zhuǎn)作用。

圖4A和4B顯示根據(jù)本申請實施例的第一和第二透鏡本體，其匹配到一起以形成彎曲目鏡。

圖5提供根據(jù)本申請實施例的與示例系數(shù)一起的弛垂方程式，該系數(shù)用于將證實性彎曲光導(dǎo)的表面特征化。

具體實施方式

在此描述了用于具有顏色校正的彎曲目鏡的設(shè)備、系統(tǒng)和操作方法的實施例。在以下說明書中，闡述多個特定細(xì)節(jié)，以提供實施例的透徹理解。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，在此描述的技術(shù)可被實施而沒有一個或多個特定細(xì)節(jié)，或通過其他方法、部件、材料等。在其他情況中，已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作沒有詳細(xì)顯示或描述，以避免掩蓋特定方面。

貫穿本說明書稱為“一個實施例”或“實施例”是指，與該實施例一起描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本使用新型的至少一個實施例中。由此，貫穿本說明書，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”在各個位置的出現(xiàn)不是必須指代同一實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆谝粋€或多個實施例中組合。

圖1A是根據(jù)本申請實施例的用于與頭戴顯示器一起使用的光學(xué)系統(tǒng)100的橫截面圖。光學(xué)系統(tǒng)100的所示實施例包括顯示面板105、偏振旋轉(zhuǎn)器110、棱鏡115、可調(diào)整安裝件117和彎曲目鏡120。彎曲目鏡120的所示實施例包括第一透鏡本體125、第二透鏡本體130、光組合器135、輸入表面140、面向外界的表面145和面朝眼睛的表面150，在該第一透鏡本體125中布置有彎曲光導(dǎo)127。

光學(xué)系統(tǒng)100良好地適于與具有接近眼睛的構(gòu)造的頭戴顯示器一起使用。當(dāng)與頭戴顯示器結(jié)合時，彎曲目鏡120通過從觀察區(qū)域160沿周圍定位的輸入表面140接收顯示面板105產(chǎn)生的顯示光155，并沿朝向眼睛的方向在觀察區(qū)域160中朝向在眼睛框170內(nèi)的用戶的眼睛165發(fā)射顯示光155。在一個實施例中，顯示光155在彎曲光導(dǎo)127內(nèi)通過輸入表面140和光組合器135之間的全內(nèi)反射而被引導(dǎo)。在其他實施例中，成角度選擇性反射涂層(例如，多層二色膜疊件)可被應(yīng)用，以促進在具有充足傾度的彎曲光導(dǎo)127內(nèi)的反射，同時接近法向的角度發(fā)射。在所示實施例中，彎曲目鏡120是透視的，允許用戶看到通過面向外界的表面145入射的環(huán)境光。

在操作期間，顯示面板105產(chǎn)生顯示光155，以形成顯示圖像(例如，計算機產(chǎn)生的圖像)。顯示面板105可利用各種顯示技術(shù)實施，包括液晶(“LC”)顯示器、發(fā)光二極管(“LED”)顯示器、有機LED(“OLED”)顯示器、LC附硅(“LCoS”)顯示器，或其他微顯示技術(shù)。

在所示實施例中，顯示光155通過偏振旋轉(zhuǎn)器110被可選地指向。偏振旋轉(zhuǎn)器110被取向為將顯示光155的線偏振與彎曲光導(dǎo)127的中心線對齊，以減小雙折射的不對稱性(以下更詳細(xì)討論)。在一個實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110是半波片旋轉(zhuǎn)器，其具有繞顯示面板105的發(fā)射表面的法向矢量(軸線106)的特定的角旋轉(zhuǎn)。偏振旋轉(zhuǎn)器110的角旋轉(zhuǎn)結(jié)合圖2B和3B在以下討論。在一個實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110包括透明粘結(jié)劑，其遍及兩側(cè)布置以將棱鏡115粘結(jié)至顯示面板105。

在進入彎曲光導(dǎo)127之前，顯示光155還通過棱鏡115指向。棱鏡115布置為靠近輸入表面140，以預(yù)補償顯示光155橫向色差，其由進入和離開彎曲光導(dǎo)的折射導(dǎo)致。橫向色差對圖像質(zhì)量是有害的，因為其導(dǎo)致有色圖像的顏色成分橫向地分離或偏移。棱鏡115被設(shè)計為預(yù)補償這種色分離。在一個證實性實施例中，棱鏡115具有以下特性和尺寸：折射率＝1.8、abbe數(shù)＝29.9、A＝5.6±0.1mm、B＝5.0±0.1mm、C＝0.91±0.1mm、α＝19.5°±0.15°。當(dāng)然，可以實施其他尺寸和特性。

在所示實施例中，顯示面板105和棱鏡115相對于彎曲目鏡120取向，從而從顯示面板105的像素輸出的顯示光155的主光線175被引導(dǎo)通過彎曲光導(dǎo)127，并大體通過眼睛框170的中心指向。顯示面板105的每個像素具有其自己的主光線，其理想地，是從給定顯示器像素向外射出的中心法向光線。理想地，彎曲目鏡120被設(shè)計為使得，來自每個像素的主光線通過眼睛框170的中心，每個主光線以不同的角度通過該中心，這是由于每個像素在顯示面板105上的不同位置。換句話說，在顯示面板105上的像素位置在眼睛框170處轉(zhuǎn)換為光線角。該理想情景提供了遍及眼睛框170的改進的光照均勻度。但是，理想目標(biāo)實際中可能不會實現(xiàn)。相應(yīng)地，在此，將給定像素的主光線175定義為在距該給定像素的法線具有三度弧(arc)的錐形內(nèi)的從顯示面板105發(fā)出的光線(如從顯示面板105的發(fā)射表面測量的)。對于實際實施方案，該“主光線”足夠接近法線。通過使顯示面板105和棱鏡115相對于彎曲光導(dǎo)127取向且設(shè)計具有適當(dāng)幾何的彎曲光導(dǎo)127，當(dāng)主光線175大體通過眼睛框170的中心時，當(dāng)從眼睛框170觀察時感知顯示圖像具有高度均勻的照度。棱鏡115的包含有助于減小輸入表面140的尺寸以及補償軸向和橫向色差。相比之下，棱鏡115可通過使顯示面板105傾斜至相對于輸入表面140的一更傾斜角度而被省略；但是，這樣做導(dǎo)致更大的輸入表面140，這改變靠近輸入表面140的彎曲目鏡120的端部形狀，并減小圖像亮度。

在所示實施例中，棱鏡115利用可調(diào)整安裝件117被定位?？烧{(diào)整安裝件117允許棱鏡115相對于彎曲目鏡120的輸入表面140橫向地滑動。調(diào)整棱鏡115改變顯示光155經(jīng)歷的光學(xué)路徑的長度，由此提供可調(diào)節(jié)焦點?？烧{(diào)整安裝件117可被實施為一次聚焦設(shè)備，用于初始工廠標(biāo)定。例如，可調(diào)整安裝件117可以是雪橇形件或軌道，棱鏡115在其上物理地滑動。當(dāng)達到聚焦位置時，透明的粘結(jié)劑可被施加，且通過UV曝光而硬化。替換地，可調(diào)整安裝件117可允許經(jīng)由機械或電機械調(diào)整而進行終端用戶焦點調(diào)整。例如，可調(diào)整安裝件117可以被實施為微機電系統(tǒng)(“MEMS”)、壓電促動器，或各種純機械促動器(例如，螺紋螺釘調(diào)整等)。

隨著顯示光155從輸入表面140被引導(dǎo)通過彎曲光導(dǎo)127至觀察區(qū)域160，彎曲光導(dǎo)127的曲率通過每次反射或折射賦予光焦度(optical power)。彎曲目鏡120在輸入表面140處、在顯示光155從面朝眼睛的表面150發(fā)射出來時賦予折射光焦度。彎曲目鏡120經(jīng)由四個總內(nèi)反射交互和光組合器135的一個反射離開而賦予反射光焦度。光焦度交互一起用于增大顯示圖像，并使虛擬圖像移位，從而用戶可在接近眼睛的構(gòu)造中將圖像聚焦。

圖5顯示了具有示例系數(shù)值的弛垂方程式，該系數(shù)值用于規(guī)定彎曲光導(dǎo)127的表面的示例曲率，包括：面朝眼睛的表面150(S1)、光組合器表面135(S2)、面向外的表面(S3)和輸入表面140(S4)。表面S1-S4全部位于透鏡本體125上，且限定彎曲光導(dǎo)127。圖5還顯示用于定位表面S1至S4的示例坐標(biāo)。當(dāng)然，可實施其他曲率、平表面和坐標(biāo)。特別地，盡管表面S1和S3的所示實施例被描述為球面表面，在其他實施例中，這些表面的一個或多個可被描述為自由形式表面、旋轉(zhuǎn)對稱非球面表面、變形非球面表面、環(huán)形表面、澤爾尼克多項式表面、徑向基函數(shù)表面、x-y多項式表面、非均勻有理B樣條曲面，或其他。

回到圖1A，光組合器135可利用將顯示光155沿朝向眼睛的方向轉(zhuǎn)向的各種不同結(jié)構(gòu)實施。例如，光組合器135可以是部分反射器、分束器(例如，薄的銀涂層、多層介電薄膜等)、偏振敏感分束器(“PBS”)、半偏振分束器，或其他。在一個實施例中，與反射相比，光組合器135對可見光更透射。例如，光組合器135可被實施為15％的反射和85％的透射。當(dāng)然，可以實施其他反射/透射比。相應(yīng)地，觀察區(qū)域160對通過面向外界的表面145的環(huán)境光入射是部分透射的，從而觀察區(qū)域160是透視的。

圖2A和2B是根據(jù)本申請實施例的包括光學(xué)系統(tǒng)100的左邊和右邊情況的頭戴顯示器200。圖2A是頭戴顯示器200的透視圖，而圖2B是其側(cè)視圖。

頭戴顯示器200的所示實施例包括彎曲目鏡120的左邊和右邊情況。彎曲目鏡120被安裝至框架組件，該框架包括鼻橋205、左耳臂210和右耳臂215。在左耳臂210和右耳臂215內(nèi)的內(nèi)部腔室220和225可容納各個電子器件，其包括微處理器、接口、一個或多個無線收發(fā)器、電池、揚聲器、控制器等。在一個實施例中，耳臂210、215的面向前方的角部或鼻橋205的任一個可容納攝像模塊，用于捕獲用戶眼睛(一個或多個)的面向后部的圖像或外部情景的的面向前方的圖像。盡管圖2A和2B示出雙目鏡實施例，頭戴顯示器200可還實施為單目鏡顯示器，具有僅一個彎曲目鏡120，在佩戴時，其只與單個用戶眼睛對準(zhǔn)。

彎曲目鏡120的邊緣被設(shè)置為順應(yīng)框架組件的形狀，且固定到眼鏡布置中，所以頭戴顯示器可被佩戴在用戶的頭部上。左和右耳臂210和215擱置在用戶耳朵上，同時鼻橋205擱置在用戶鼻子上。框架組件的形狀和尺寸被設(shè)置為，將觀察區(qū)域160(包括光組合器135)定位在用戶眼睛前方。在一個實施例中，光組合器135相對于用戶的眼睛定位，從而用戶略微向下看(例如，7度)和向右或左(例如，15度)以看到顯示圖像?？蓪嵤┢渌嵌?，且可使用具有其他形狀的其他框架組件(例如，單個毗鄰耳機(headset)構(gòu)件、頭帶、護目鏡類型目鏡(goggles type eyewear)等)。在觀察區(qū)域160內(nèi)的光組合器135操作以將顯示光155轉(zhuǎn)向到每個眼睛，同時允許環(huán)境光230通過，由此為用戶提供真實世界的增強視圖。

圖2B示出根據(jù)本申請實施例彎曲目鏡120如何旋轉(zhuǎn)角度β(例如，18度)以使嵌入式彎曲光導(dǎo)127(通過中心線235示出)成角度，并使顯示面板105定位在觀察區(qū)域160上方。使彎曲光導(dǎo)127成角度以使顯示光155沿向下軌跡朝向觀察區(qū)域160指向使顯示面板105能夠在耳臂210或215內(nèi)定位在用戶的上太陽穴區(qū)域中，從工業(yè)設(shè)計角度看這可以是有利的。但是，當(dāng)彎曲目鏡120相對于水平線旋轉(zhuǎn)角β時，顯示圖像也旋轉(zhuǎn)β，且因此不是水平的。為了使顯示圖像反向旋轉(zhuǎn)，顯示面板105也繞軸線106旋轉(zhuǎn)β補償旋轉(zhuǎn)(見圖1和3A)，這抵消了旋轉(zhuǎn)彎曲光導(dǎo)127的旋轉(zhuǎn)作用，如中心線235所示。

圖3A是根據(jù)本申請實施例的彎曲目鏡120和顯示面板105的透視圖。圖3B是根據(jù)本申請實施例的近景圖示，其顯示了顯示面板105如何旋轉(zhuǎn)補償角β，以抵消彎曲目鏡120旋轉(zhuǎn)β在顯示光上的旋轉(zhuǎn)作用。如所示，在圖3B中，顯示面板105的反向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致水平的顯示圖像。

在一個實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110(見圖1A)在顯示面板105和輸入表面140之間的光學(xué)路徑布置。偏振旋轉(zhuǎn)器110操作為使顯示光155的線偏振與彎曲光導(dǎo)127的中心線235對準(zhǔn)。中心線235代表在彎曲光導(dǎo)127的中心下方的對稱軸線。通過將顯示光155的線偏振與該對稱軸線對準(zhǔn)，由雙折射導(dǎo)致的偏振狀態(tài)的非對稱性減小，由此進一步改善系統(tǒng)的光學(xué)性能。偏振旋轉(zhuǎn)器110可還用于對準(zhǔn)顯示光155的線偏振，用于光組合器135的改進的反射離開效率。例如，偏振旋轉(zhuǎn)器110可被取向為使得，顯示光155在光組合器135上大體僅以s偏振入射。s偏振是線性偏振光，其具有垂直于光組合器135的入射平面振蕩的電場。與大體通過偏振分束器的p偏振相比，s偏振光是大體反射離開偏振分束器的偏振。在一個實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110是半波片旋轉(zhuǎn)器，其繞軸線106相對于圖1A的圖示平面旋轉(zhuǎn)等于β的一半的角度。在一個實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110是四分之一波片，其將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，該圓偏振光具有大體相等量的帶有90度相偏移的兩個線偏振。其他旋轉(zhuǎn)和偏振旋轉(zhuǎn)器可被選擇，以達到期望的對準(zhǔn)，以在沿彎曲光導(dǎo)127傳播時減小在顯示光155上的雙折射效果，和/或改進從光組合器135的反射離開效率。在顯示面板105沒有輸出偏振光且光組合器135不是偏振敏感的實施例中，偏振旋轉(zhuǎn)器110可被省略。但是，當(dāng)前可行的非偏振顯示面板傾向于太大或沒有足夠明亮。類似地，大約僅15％反射的非偏振光組合器傾向于更加難以制造。

圖3A還示出彎曲目鏡120如何由兩個匹配到一起的透鏡本體125和130形成。圖4A示出僅透鏡本體130的分解視圖，而圖4B示出僅透鏡本體125的分解視圖。如所示，透鏡本體130包括薄部分405、厚部分410和過渡表面415，該過渡表面布置在薄部分405和厚部分410之間的過渡部處。類似地，透鏡本體125的所示實施例包括薄部分420、厚部分425和過渡表面430，該過渡表面布置在薄部分420和厚部分425之間的過渡部處。在一個實施例中，透鏡本體125利用透明粘結(jié)劑匹配至透鏡本體130，該透明粘結(jié)劑具有的折射率小于透鏡本體125和130的折射率。低折射率透明粘結(jié)劑在兩個透鏡本體125和130之間形成全內(nèi)反射界線，其在透鏡本體125的厚部分425內(nèi)限定彎曲光導(dǎo)127的內(nèi)部界線?？蛇€使用其他涂層，諸如角度敏感多層二色涂層。彎曲光導(dǎo)127的觀察區(qū)域160通過光組合器135限定，當(dāng)透鏡本體130和125匹配在一起時，該光組合器135布置在過渡表面415和430之間的結(jié)合處。光組合器135可實施為部分反射層。在一個實施例中，局部反射層是非偏振分束器涂層。在一個實施例中，局部反射層是取向為反射偏振顯示光155的偏振分束器涂層。

彎曲目鏡120實施為薄的彎曲目鏡，其具有小于8mm的厚度，且在一個實施例中為4.0mm厚。在一個實施例中，透鏡本體125和130由透明光學(xué)級塑料(例如，聚碳酸酯等)形成，其具有1.64的折射率。但是，折射率越高，可設(shè)計越薄的彎曲目鏡。利用較高折射率材料的直接益處是減小TIR發(fā)生的角度。這有效地實現(xiàn)減小輸出耦合器的角度的設(shè)計，其可針對給定光導(dǎo)厚度增加眼睛框的尺寸，或針對給定眼睛框尺寸減小光導(dǎo)的總厚度。利用用于彎曲目鏡的較高折射率材料可還提供用于將透鏡本體125和130粘結(jié)到一起的光學(xué)級粘結(jié)劑的折射率的更大靈活性。面朝眼睛的表面150和面向外界的表面145二者的曲率可實施為球面表面。共同地，彎曲目鏡120的曲率和纖細(xì)本質(zhì)提供了期望的工業(yè)設(shè)計。彎曲目鏡120不僅具有期望的工業(yè)設(shè)計，且還是高效的，因為理想地，對于從輸入表面140行進至光組合器135的顯示光155，僅有損反彈被光組合器135本身唯一轉(zhuǎn)向。這允許光組合器135和觀察區(qū)域160與反射相比相當(dāng)多地更透射，由此改善觀察區(qū)域160中的彎曲目鏡120的透視特性。

在所示實施例中，面向外界的表面145提供了互補曲率，以抵消環(huán)境光230經(jīng)歷的面朝眼睛的表面150的曲率的光焦度。此外，在一個實施例中，透鏡本體125和130由相同的透明材料或具有大體相同的折射率的透明材料制造。由此，彎曲目鏡120操作為透視顯示器，其將環(huán)境光230與顯示光155組合，該顯示光155從觀察區(qū)域160沿朝向眼睛的方向引導(dǎo)到眼睛165中。以該方式，彎曲目鏡120能夠向眼睛165顯示增強的現(xiàn)實；但是，彎曲目鏡120的面向外界的表面145和面朝眼睛的表面150的組合曲率彼此互補，且隨著環(huán)境光230在觀察區(qū)域160通過彎曲目鏡120而共同地沒有將透鏡效應(yīng)焦度(lensing power)賦予環(huán)境光230。在其他實施例中，面向外界的表面145和面朝眼睛的表面150的曲率可以是不平衡的，以將指定的透鏡效應(yīng)(lensing)賦予環(huán)境光230。

本使用新型的所示實施例的上述說明——包括摘要中所描述的——不意圖是排他的或?qū)⒈臼褂眯滦拖拗茷樗兜臏?zhǔn)確形式。雖然本使用新型的特定實施例和用于本使用新型的示例在此出于闡釋性目的被描述，各個變型在本使用新型的范圍內(nèi)是可行的，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到的。

根據(jù)上述詳細(xì)說明，可對本使用新型做出這些變型。在以下權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)視為將本使用新型限制到說明書中披露的特定實施例。但是，本使用新型的范圍完全通過以下權(quán)利要求確定，它們將根據(jù)所建立的權(quán)利要求解釋原則被解譯。