透视计算机显示系统
1.本技术为分案申请，其母案的发明名称为“透视计算机显示系统”，申请日为2016年2月16日，申请号为201680002425.3。
2.优先权声明本技术对2015年10月15日提交的申请号为14/884,567的美国非临时申请（odgp
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3017
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u01）要求优先权的权益。
3.本技术对在本文中通过引用以其全部被并入的以下的美国专利申请要求优先权的权益：2015年3月2日提交的申请号为14/635,390的美国专利申请（odgp
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2014
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u01）。
4.本技术对2015年3月27日提交、题为“see
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through computer display systems”、申请号为14/670,677的美国非临时申请(odgp
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2015
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u01)要求优先权的权益。
5.本技术对2015年6月17日提交的申请号为14/741,943的美国申请(odgp
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2016
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u01)要求优先权的权益。
6.本技术对2015年7月30日提交、题为“see
‑
through computer display systems”、申请号为14/813,969的美国非临时申请(odgp
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2017
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u01)要求优先权的权益。
7.本技术对2015年9月11日提交、题为“see
‑
through computer display systems”、申请号为14/851,755的美国非临时申请(odgp
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2018
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u01)要求优先权的权益。
8.本技术对2015年9月22日提交、题为“see
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through computer display systems”、申请号为14/861,496的美国非临时申请(odgp
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2019
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u01)要求优先权的权益。
9.本技术对2015年2月17日提交、申请号为14/623,932的美国非临时申请(odgp
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3016
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u01)要求优先权的权益。
10.所有以上申请通过引用以其全部被并入本文中。
技术领域
11.本发明涉及透视计算机显示系统。
背景技术：
12.头部安装式显示器（hmd）以及特别是提供环境的透视视图的hmd是有价值的仪器。当尝试确保用户体验被优化的时候，在透视显示器中呈现内容可能是复杂的操作。需要用于在透视显示器中呈现内容的经改进的系统和方法来改善用户体验。
技术实现要素：
13.本发明的各方面涉及用于具有从增强现实（即通过显示器的高透视传输）到虚拟现实（即通过显示器的低透视或无透视传输）的转换能力的透视计算机显示系统的方法和系统。
14.在一方面，头戴式显示器可以包括显示面板和处理器，所述显示面板被定大小和定位成产生视场以将数字内容呈现给用户的眼睛，所述处理器被适配成将所述数字内容呈现给显示面板以使得所述数字内容仅被呈现在所述视场的一部分中，所述部分处于所述视
场的中间以使得所述视场的水平相对边缘是空白区域。所述处理器可以被进一步适配成将数字内容移位到空白区域之一中，以调节数字内容的会聚距离并且从而改变从用户到数字内容的感知距离。数字内容可以包括增强现实对象。感知距离可以在用户的伸臂范围内。会聚距离可以与被显示的数字内容的类型或者增强现实对象所关联于的使用情况相对应地被调节。可以通过头戴式显示器的眼睛成像系统来测量所述会聚。眼睛成像系统对用户眼睛的正面透视进行成像。
15.在一方面，头戴式显示器可以包括显示面板和处理器，所述显示面板被定大小和定位成产生视场以将数字内容呈现给用户的眼睛，所述处理器被适配成将所述数字内容呈现给显示面板以使得所述数字内容仅被呈现在所述视场的一部分中，所述部分处于所述视场的中间以使得所述视场的水平相对边缘是空白区域。所述处理器可以被进一步适配成将数字内容移位到空白区域之一中，以基于数字内容的聚焦距离来调节数字内容的位置。
16.在一方面，头戴式显示器可以包括显示面板和处理器，所述显示面板被定大小和定位成产生视场以将数字内容呈现给用户的眼睛，所述处理器被适配成将所述数字内容呈现给显示面板以使得所述数字内容仅被呈现在所述视场的一部分中，所述部分处于所述视场的中间以使得所述视场的水平相对边缘是空白区域。所述处理器可以被进一步适配成将数字内容移位到空白区域之一中，以基于用户正看向数字内容的边缘的指示来调节数字内容的位置。用户正看向数字内容的边缘的指示可以基于由头戴式显示器中的相机所捕获的眼睛图像。用户正看向数字内容的边缘的指示可以基于用户转动用户的头之后很快是用户转动用户的眼睛的指示。
17.在一方面，头戴式显示器可以包括显示面板和处理器，所述显示面板被定大小和定位成产生视场以将数字内容呈现给用户的眼睛，所述处理器被适配成将所述数字内容呈现给显示面板以使得所述数字内容仅被呈现在所述视场的一部分中，所述部分处于所述视场的中间以使得所述视场的水平相对边缘是空白区域，其中每个空白区域包括近似10%或更大的视场横向区域。所述处理器可以被进一步适配成将数字内容移位到空白区域之一中以调节数字内容的位置。包括视场的经组合的左部分和右部分在内的视场中的空白区域的总量保持恒定，同时改变所述左部分和右部分以将数字内容定位在视场内。数字内容可以被定位以调节与数字内容相关联的会聚距离。数字内容可以被定位以调节与数字内容相关联的瞳间距离。
18.根据优选实施例和附图的以下详细描述，本发明的这些和其他系统、方法、目标、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。本文中提及的所有文献由此通过引用以其全部被并入。
附图说明
19.参考以下图来描述实施例。到处使用相同的数字来引用在图中示出的类似特征和部件。
20.图1图示根据本发明的原理的头戴式计算系统。
21.图2图示根据本发明的原理的具有光学系统的头戴式计算系统。
22.图3a图示大型现有技术光学布置。
23.图3b图示根据本发明的原理的上部光学模块。
24.图4图示根据本发明的原理的上部光学模块。
25.图4a图示根据本发明的原理的上部光学模块。
26.图4b图示根据本发明的原理的上部光学模块。
27.图5图示根据本发明的原理的上部光学模块。
28.图5a图示根据本发明的原理的上部光学模块。
29.图5b图示根据本发明的原理的上部光学模块和暗光阱。
30.图5c图示根据本发明的原理的上部光学模块和暗光阱。
31.图5d图示根据本发明的原理的上部光学模块和暗光阱。
32.图5e图示根据本发明的原理的上部光学模块和暗光阱。
33.图6图示根据本发明的原理的上部和下部光学模块。
34.图7图示根据本发明的原理的组合器元件的角度。
35.图8图示根据本发明的原理的上部和下部光学模块。
36.图8a图示根据本发明的原理的上部和下部光学模块。
37.图8b图示根据本发明的原理的上部和下部光学模块。
38.图8c图示根据本发明的原理的上部和下部光学模块。
39.图9图示根据本发明的原理的眼睛成像系统。
40.图10图示根据本发明的原理的光源。
41.图10a图示根据本发明的原理的背部光照（lighting）系统。
42.图10b图示根据本发明的原理的背部光照系统。
43.图11a至11d图示根据本发明的原理的光源和滤光器。
44.图12a至12c图示根据本发明的原理的光源和量子点系统。
45.图13a至13c图示根据本发明的原理的外围光照系统。
46.图14a至14h图示根据本发明的原理的光抑制系统。
47.图15图示根据本发明的原理的外部用户接口。
48.图16a至16c图示根据本发明的原理的距离控制系统。
49.图17a至17c图示根据本发明的原理的力解译（interpretation）系统。
50.图18a至18c图示根据本发明的原理的用户接口模式选择系统。
51.图19图示根据本发明的原理的交互系统。
52.图20图示根据本发明的原理的外部用户接口。
53.图21图示根据本发明的原理呈现的md轨迹表示。
54.图22图示根据本发明的原理呈现的md轨迹表示。
55.图23图示根据本发明的原理的md扫描的环境。
56.图23a图示根据本发明的原理呈现的md轨迹表示。
57.图24图示根据本发明的原理的杂散光抑制技术。
58.图25图示根据本发明的原理的杂散光抑制技术。
59.图26图示根据本发明的原理的杂散光抑制技术。
60.图27图示根据本发明的原理的杂散光抑制技术。
61.图28a至28c图示dlp反射镜角度。
62.图29至33图示根据本发明的原理的眼睛成像系统。
63.图34和34a图示根据本发明的原理的结构化的眼睛光照系统。
64.图35图示根据本发明的原理的在眼睛方向分析的预测中的眼睛闪光。
65.图36a图示根据本发明的原理的通过系统的分析可以用于个人识别的眼睛特性。
66.图36b图示可以根据本发明的原理被分析的离开佩戴者的眼睛的数字内容表示反射。
67.图37图示根据本发明的原理的沿着各种虚拟目标线和各种焦平面的眼睛成像。
68.图38图示根据本发明的原理的基于眼睛成像的关于眼睛移动的内容控制。
69.图39图示根据本发明的原理的眼睛成像和眼睛会聚。
70.图40图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
71.图41图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
72.图42图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
73.图43图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
74.图44图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
75.图45图示在示例中随着时间的各种朝向（heading）。
76.图46图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
77.图47图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
78.图48图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
79.图49图示根据本发明的原理的依赖于传感器反馈的内容位置。
80.图50图示根据本发明的原理的撞击（impinging）眼睛的光。
81.图51图示根据本发明的原理的眼睛的视图。
82.图52a和52b图示根据本发明的原理的具有结构化的光样式的眼睛的视图。
83.图53图示根据本发明的原理的光学器件模块。
84.图54图示根据本发明的原理的光学器件模块。
85.图55示出使用红外光谱法的形式所测量的针对各种管制物质的一系列示例光谱。
86.图56示出针对葡萄糖的红外吸收光谱。
87.图56a、56b、56c和56d描绘了眼睛闪烁的示例。
88.图56e描绘了人眼的所测量的前部和后部球体半径的图表。
89.图57图示人员带着装在他头部上的hwc走路的情景。
90.图58图示用于接收、开发和使用来自（多个）hwc的移动朝向、视野朝向、眼睛朝向和/或持续信息的系统。
91.图59图示根据本发明的原理的呈现技术。
92.图60图示根据本发明的原理的呈现技术。
93.图61图示根据本发明的原理的呈现技术。
94.图62图示根据本发明的原理的呈现技术。
95.图63图示根据本发明的原理的呈现技术。
96.图64图示根据本发明的原理的呈现技术。
97.图65图示根据本发明的原理的呈现技术。
98.图66图示根据本发明的原理的呈现技术。
99.图67图示根据本发明的原理的光学配置。
100.图68图示根据本发明的原理的光学配置。
101.图69图示根据本发明的原理的光学配置。
102.图70图示根据本发明的原理的光学配置。
103.图71图示根据本发明的原理的光学配置。
104.图72图示根据本发明的原理的光学元件。
105.图73图示根据本发明的原理的光学元件。
106.图74图示根据本发明的原理的光学元件。
107.图75图示根据本发明的原理的光学元件。
108.图76图示根据本发明的原理的在透视计算机显示器中的光学元件。
109.图77图示根据本发明的原理的光学元件。
110.图78图示根据本发明的原理的光学元件。
111.图79a图示根据本发明的原理的上部光学器件的示意图。
112.图79图示根据本发明的原理的上部光学器件的示意图。
113.图80图示根据本发明的原理的杂散光控制技术。
114.图81a和81b图示根据本发明的原理的具有间隙和掩蔽技术的显示器。
115.图82图示根据本发明的原理的具有修整偏振器的上部模块。
116.图83图示根据本发明的原理的具有层叠的多重偏振器膜的光学系统。
117.图84a和84b图示根据本发明的原理的部分反射层。
118.图84c图示根据本发明的原理的具有复杂弯曲的层叠的多重偏振器。
119.图84d图示根据本发明的原理的具有弯曲的层叠的多重偏振器。
120.图85图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
121.图86图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
122.图87图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
123.图88图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
124.图89图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
125.图90图示根据本发明的原理的适应于头部安装式显示器的光学系统。
126.图91图示根据本发明的原理的光学系统。
127.图92图示根据本发明的原理的光学系统。
128.图93图示根据本发明的原理的光学系统。
129.图94图示根据本发明的原理的光学系统。
130.图95图示根据本发明的原理的光学系统。
131.图96图示根据本发明的原理的光学系统。
132.图97图示根据本发明的原理的光学系统。
133.图98图示根据本发明的原理的光学系统。
134.图99图示根据本发明的原理的光学系统。
135.图100图示根据本发明的原理的光学系统。
136.图101图示根据本发明的原理的光学系统。
137.图102图示根据本发明的原理的光学系统。
138.图103、103a和103b图示根据本发明的原理的光学系统。
139.图104图示根据本发明的原理的光学系统。
140.图105图示根据本发明的原理的阻挡光学器件。
141.图106a、106b和106c图示根据本发明的原理的阻挡光学器件系统。
142.图107图示根据本发明的原理的全色图像。
143.图108a和108b图示根据本发明的原理的颜色分裂管理。
144.图109图示根据本发明的原理的时标序列。
145.图110图示根据本发明的原理的时标序列。
146.图111a和111b图示根据本发明的原理的顺序显示的图像。
147.图112图示根据本发明的原理的具有旋转部件的透视显示器。
148.图113图示根据本发明的原理的具有扭转反射表面的光学器件模块。
149.图114图示根据本发明的原理的在眼镜形状因子之内的pcb和透视光学器件模块位置。
150.图115图示根据本发明的原理的在眼镜形状因子之内的pcb和透视光学器件模块位置。
151.图116图示根据本发明的原理的在眼镜形状因子之内的pcb和透视光学器件模块位置。
152.图117图示根据本发明的原理的用户接口。
153.图118图示根据本发明的原理的用户接口。
154.图119图示根据本发明的原理的透镜布置。
155.图120和121图示根据本发明的原理的眼睛成像系统。
156.图122图示根据本发明的原理的识别过程。
157.图123和124图示根据本发明的原理的组合器组件。
158.图125示出了人眼针对亮度的敏感度的图表。
159.图126是示出了由人眼所感知的亮度（l*）相对于色泽的所测量的亮度（照度）的图表。
160.图127是周围环境的具有轮廓的透视视图的图示，该轮廓示出显示视场小于典型的透视视场。
161.图128是周围环境的所捕获图像的图示，所捕获的图像与所显示的图像相比可以是大得多的视场，使得环境的所捕获图像的裁切版本可以用于对准过程。
162.图129a和129b图示具有不可见标记的第一和第二目标图像。
163.图130和131图示根据本发明的原理的被叠覆到透视视图上的目标，其中通过使用眼睛追踪控件来移动所述目标。
164.图132示出根据本发明的原理的用于头戴式显示器的包括固体棱镜的多重折叠光学器件的图示。
165.图133a、133b和133c示出根据本发明的原理的与将反射板接合到固体棱镜相关联的步骤的图示。
166.图134示出根据本发明的原理的用于反射图像源的多重折叠光学器件的图示，其中背光组件被定位在反射板后方。
167.图135示出根据本发明的原理的接合到反射板的棱镜膜的图示。
168.图135a示出根据本发明的原理的多重折叠光学器件的图示，其中示出了由棱镜膜提供的照明光的两个锥体。
169.图136、137和138示出根据本发明的原理的在用于对用户的眼睛进行成像的固体棱镜中所包括的附加光学元件的不同实施例的图示。
170.图139示出根据本发明的原理的用于多重折叠光学器件的眼睛成像系统的图示，其中图像源是自发光显示器。
171.图140a和140b是根据本发明的原理的眼睛成像系统的图示。
172.图141a和141b是根据本发明的原理的折叠光学器件的图示，所述折叠光学器件包括波导，所述波导具有成角度的部分反射表面和带屈光力的反射表面。
173.图142a和142b是根据本发明的原理的用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，所述折叠光学器件包括波导，所述波导具有至少一个全息光学元件和图像源。
174.图143是根据本发明的原理的用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，其中照明光被注入到波导中并且由全息光学元件重定向，以使得用户的眼睛被照明。
175.图144示出根据本发明的原理的用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，其中一系列成角度的部分反射镜被包括在波导中。
176.图145示出根据本发明的原理的用于头戴式显示器的基于分束器的光学模块的图示。
177.图146示出根据本发明的原理的用于头戴式显示器的光学模块的图示。
178.图146a示出包括矫正透镜元件的光学器件模块的侧视图的图示。
179.图147示出根据本发明的原理的在机架中被连接在一起的左光学器件模块和右光学器件模块的图示。
180.图148示出根据本发明的原理的在左显示视场和右显示视场内的标称聚散度距离处所提供的左图像和右图像。
181.图149示出根据本发明的原理的如何将左图像和右图像在左显示视场和右显示视场内横向地朝向彼此进行移位。
182.图150a和150b示出根据本发明的原理的用于移动图像源的机制。
183.图151a和151b示出根据本发明的原理的来自图像源的位置的上部楔形物和下部楔形物的图示。
184.图152示出根据本发明的原理的向图像源施加力的弹簧夹的图示。
185.图153a、153b和154示出根据本发明的原理的包括眼睛成像的示例显示器光学器件的图示。
186.图155a、155b、156a、156b、157a、157b、158a、158b、159a 和159b示出根据本发明的原理的焦距调节模块的图示。
187.图160示出根据本发明的原理的从眼睛位置观看的多重折叠光学器件的示例的图示。
188.图161和162图示根据本发明的原理的光学系统。
189.图163a图示在透视显示器的视场中的内容的外观上的突然改变。
190.图163b图示被管理的外观系统，其中内容在它进入视场边缘附近的过渡区时在外观上被缩减。
191.图164图示混合视场，其包括居中视场和延伸视场，所述延伸视场被定位在居中视场的边缘处或其附近或与居中视场的边缘重叠。
192.图165图示混合显示系统，其中主居中视场是利用上部模块中的光学器件而生成的并且延伸视场是利用在组合器之上安装的显示系统而生成的。
193.图166a
‑
166d图示延伸显示、或延伸图像内容光学配置的示例。
194.图167图示另一光学系统，其使用混合光学系统，所述混合光学系统包括主显示光学系统和延伸视场光学系统。
195.图168a
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168e图示各种实施例，其中在头戴式计算机中透视显示面板定位在用户眼睛的正前方，以在混合显示系统中提供延伸的和/或重叠的视场。
196.图169示出根据本发明的原理的用于头戴式显示器的示例光学器件组件的横截面图示。
197.图170示出根据本发明的原理的操作来减少杂散光的光阱的图示。
198.图171示出根据本发明的原理的提供60度显示视场的简单光学系统的图示。
199.图172示出典型人眼相对于视场中角度位置的敏锐度的图表。
200.图173示出以简化形式的典型人眼的敏锐度对比偏心率的图表，其突出了敏锐度随着偏心率的降低以及在无色敏锐度和有色敏锐度之间的差异。
201.图174a和174b示出以弧度相对于时间而给出的眼睛移动和头部移动的典型图表。
202.图175是示出了与中央凹（fovea）的敏锐度相比的有效相对无色敏锐度的图表，该有效相对无色敏锐度是在包括眼睛的移动时由典型人眼在眼睛视场内提供的。
203.图176是图表，其示出了对于在宽视场显示图像中提供均匀锐利的观看图像所需要的最小设计mtf对比角度场位置。
204.图177是图表，其示出了对于宽视场显示器在显示视场的外围区中提供与人眼的敏锐度相匹配的锐度而言需要由显示光学器件所提供的相对mtf。
205.图178示出了与图171的光学系统相关联的经建模的mtf曲线，其中示出了针对显示视场内的各种不同角度位置的mtf曲线。
206.图179是分辨率图表的图示，其中图像的锐度已经通过使图像的外围部分模糊而被降低以模拟来自光学器件的图像，该光学器件为 /
‑
15度的中央锐利区提供不太锐利的外围区。
207.图180和181是示出根据本发明的原理的在用户移动他们的头时如何在显示视场内使图像移位的图示。
208.图182图示根据本发明的原理的显示视场的空白部分，其中图像已经从中被移位的地方被显示为暗区，以使得用户能够在空白部分中透视到周围环境。
209.图183示出根据本发明的原理的宽显示视场的图示，其中用户可以选择来针对给定图像或应用（例如游戏）显示较小的视场以改善个人观看体验。
210.图184和185示出根据本发明的原理的光学系统的物理布置。
211.图186示出根据本发明的原理的30:9格式的视场和22:9格式的视场，其中所述两个视场具有相同的垂直视场和不同的水平视场。
212.图187描绘了透过显示视场进行观看的用户眼睛。
213.图188描绘了显示视场内的横向图像移位。
214.图189描绘了左显示图像和右显示图像在它们将被呈现在显示视场内时的图示。
215.图190描绘了左显示图像和右显示图像在它们将被呈现在显示视场内时的图示。
216.图191描绘了示出透过显示视场进行观看的用户眼睛的图示。
217.图192描绘了左显示图像和右显示图像在它们将被呈现在显示视场内时的图示。
218.虽然本发明已经结合某些优选实施例加以描述，但是其他实施例将被本领域中的普通技术人员理解并且被涵盖在本文中。
具体实施方式
219.本发明的一个方面涉及头戴式计算（“hwc”）系统。hwc在一些实例中涉及模仿头戴式眼镜或太阳镜的外观的系统。眼镜可以是完全开发的计算平台，诸如包括计算机显示器，该计算机显示器在眼镜的透镜中的每一个中被呈现给用户的眼睛。在实施例中，透镜和显示器可以被配置为允许佩戴眼镜的人员通过透镜看见环境，而同时也看见数字映像，其形成由人员感知为环境的数字增强图像或增强现实（“ar”）的叠覆图像。
220.hwc涉及不只是在人员的头部上放置计算系统。系统可能需要被设计为轻量的、紧凑的并且全功能的计算机显示器，诸如其中计算机显示器包括提供由显示的数字内容和环境的周围事物的透视视图组成的高水平再现（emersion）的高分辨率数字显示器。不像用于更常规的计算机（诸如笔记本电脑）的那些用户接口和控制系统，可能需要适合于hwc设备的用户接口和控制系统。为了使hwc和相关联的系统最有效，眼镜可以被配备有传感器来确定环境条件、地理位置、与其他感兴趣点的相对定位、通过由用户或连接群组中的其他用户进行成像和移动而识别的对象，等等。在一般被称为按情境觉察hwc的方法中，hwc可以然后改变操作的模式以匹配条件、位置、定位、移动等。眼镜还可能需要在本地或通过网络被无线地或以其他方式连接到其他系统。可以通过使用外部设备、通过按情境收集的信息自动地、通过由眼镜传感器捕获的用户姿势等实现对眼镜进行控制。每种技术可以根据正被用于眼镜中的软件应用而被进一步完善。眼镜可以进一步用于控制与眼镜相关联的外部设备或者与其相协调。
221.参考图1，呈现hwc系统100的概观。如示出的那样，hwc系统100包括hwc 102，所述hwc 102在这个实例中被配置为具有传感器的将被佩戴在头部上的眼镜，使得hwc 102觉察到环境114中的对象和条件。在这个实例中，hwc 102还接收并解译控制输入，诸如姿势和移动116。hwc 102可以与外部用户接口104通信。外部用户接口104可以提供物理用户接口以从hwc 102的用户取得控制指令，并且外部用户接口104和hwc 102可以双向通信以实现用户的命令并向外部设备108提供反馈。hwc 102也可以与外部控制或协调的本地设备108双向通信。例如，外部用户接口104可以与hwc 102相结合地使用以控制外部控制或协调的本地设备108。外部控制或协调的本地设备108可以向hwc 102提供反馈，并且可以基于具体识别的设备108或设备的类型在hwc 102中呈现定制的gui。hwc 102还可以通过网络连接110与远程设备和信息源112交互。而且，外部用户接口104可以与hwc 102相结合地使用以便以与当外部用户接口104被用于控制外部控制或协调的本地设备108或者以其他方式与所述外部控制或协调的本地设备108进行交互时的相似方式来控制远程设备108和信息源112中的任意或者以其他方式与所述远程设备108和信息源112中的任意进行交互。相似地，hwc 102可以解译（例如，从面向前的传感器、面向下的传感器、面向上的传感器、面向后的传感
器（诸如（多个）相机、测距仪、ir传感器等）捕获的）姿势116或在环境114中感测的环境条件，以控制本地或远程设备108或112。
222.我们现在将更详细地描述在图1上描绘的主要元件中的每个；然而，这些描述旨在提供一般的指导并且不应该被解释为限制性的。还可以在本文中进一步描述每个元件的附加描述。
223.hwc 102是旨在被佩戴在人员的头部上的计算平台。hwc 102可以采取许多不同的形式以适合许多不同的功能要求。在一些情况下，将以常规眼镜的形式来设计hwc 102。眼镜可以具有或者可以不具有有源计算机图形显示器。在其中hwc 102已经集成计算机显示器的情况下，所述显示器可以被配置为透视显示器以使得数字映像能够关于环境114的用户视图而被叠覆。存在许多可以被使用的透视光学设计，包括具有反射显示器（例如，lcos、dlp）、发射显示器（例如，oled、led）、全息图、tir波导等的透视光学设计。在实施例中，与显示器光学器件相结合地使用的光照系统可以是固态光照系统，诸如led、oled、量子点、量子点led等。此外，光学配置可以是单目的或双目的。它也可以包括视觉矫正光学部件。在实施例中，光学器件可以被封装为接触透镜。在其他实施例中，hwc 102可以是以下述各项的形式：具有透视屏蔽物的头盔、太阳镜、安全镜、护目镜、面具、具有透视屏蔽物的消防头盔、具有透视屏蔽物的警用头盔、具有透视屏蔽物的军用头盔、针对某种工作任务（例如，存货控制、后勤、修理、维护等）而定制的实用形式等。
224.hwc 102也可以具有许多集成计算设施，诸如集成处理器、集成功率管理、通信结构（例如，小区网（cell net）、wifi、蓝牙、局域连接、网状连接、远程连接（例如，客户服务器等））等等。hwc 102也可以具有许多位置觉察传感器，诸如gps、电子罗盘、测高仪、倾斜传感器、imu等。它也可以具有其他传感器，诸如相机、测距仪、超光谱相机、盖格计数器、麦克风、光谱照明检测器、温度传感器、化学传感器、生物传感器、湿度传感器、超声传感器等。
225.hwc 102还可以具有集成控制技术。集成控制技术可以是基于情境的控制、被动控制、主动控制、用户控制等。例如，hwc 102可以具有集成传感器（例如，相机），其捕获用户手或身体姿势116，使得集成处理系统能够解译所述姿势并且生成用于hwc 102的控制命令。在另一个示例中，hwc 102可以具有检测移动（例如，点头、摇头等）的传感器，包括加速度计、陀螺仪和其他惯性测量，其中集成处理器可以解译移动并且作为响应生成控制命令。hwc 102也可以基于所测量的或感知的环境条件自动控制其自身。例如，如果在环境中是明亮的，则hwc 102可以提高显示图像的亮度或对比度。在实施例中，集成控制技术可以被安装在hwc 102上以使得用户能够与它直接交互。例如，hwc 102可以具有（多个）按钮、触摸电容接口等。
226.如在本文中描述的那样，hwc 102可以与外部用户接口104通信。外部用户接口可以以许多不同的形式出现。例如，蜂窝电话屏幕可以适合于取得用户输入以用于控制hwc 102的方面。外部用户接口可以是专用ui，诸如键盘、触摸表面、（多个）按钮、操纵杆等。在实施例中，外部控制器可以被集成到另一个设备（诸如环状物、手表、自行车、汽车等）中。在每种情况下，外部用户接口104都可以包括传感器（例如，imu、加速度计、罗盘、测高仪等）以提供附加输入以用于控制hwd 104。
227.如在本文中描述的那样，hwc 102可以控制其他本地设备108或者与其协调。外部设备108可以是音频设备、视觉设备、车辆、蜂窝电话、计算机等。例如，本地外部设备108可
以是另一个hwc 102，其中可以然后在分离的hwc 108之间交换信息。
228.与hwc 102可以控制本地设备106或者与所述本地设备106协调的方式相似，hwc 102可以控制远程设备112或者与所述远程设备112协调，诸如hwc 102通过网络110与远程设备112通信。再者，远程设备112的形式可以具有许多形式。在这些形式中所包括的是另一个hwc 102。例如，每个hwc 102可以传送它的gps位置以使得所有hwc 102知道所有hwc 102位于何处。
229.图2图示具有光学系统的hwc 102，所述光学系统包括上部光学模块202和下部光学模块204。虽然上部光学模块202和下部光学模块204将一般被描述为分离的模块，但是应该理解的是，这仅仅是说明性的并且本发明包括其他物理配置，诸如在两个模块被组合成单个模块时或构成两个模块的元件被配置成多于两个模块的情况下的物理配置。在实施例中，上部模块202包括计算机控制的显示器（例如，lcos、dlp、oled等）和图像光递送光学器件。在实施例中，下部模块包括被配置为接收上部模块的图像光并且把所述图像光递送到hwc的佩戴者的眼睛的眼睛递送光学器件。在图2中，应该注意的是，虽然上部光学模块202和下部光学模块204被图示在hwc的一侧中以使得图像光能够被递送到佩戴者的一只眼睛，但是由本发明预见的是，实施例将包含两个图像光递送系统，每只眼睛一个。
230.图3b图示根据本发明的原理的上部光学模块202。在这个实施例中，上部光学模块202包括dlp（也被称为dmd或数字微镜设备）计算机操作的显示器304（其包括由可旋转反射镜（诸如，例如从德州仪器可获得的dlp3000）组成的像素）、偏振光源302、
¼
波延时器膜308、反射偏振器310和场透镜312。偏振光源302提供一般朝向反射偏振器310引导的基本上均匀的偏振光。反射偏振器反射一个偏振状态的光（例如，s偏振光）并且透射另一个偏振状态的光（例如，p偏振光）。偏振光源302和反射偏振器310被取向为使得来自偏振光源302的偏振光一般朝向dlp 304反射。光然后在照明dlp 304的像素之前穿过
¼
波膜308一次，并且然后在被dlp 304的像素反射之后再次穿过所述
¼
波膜308。在两次穿过所述
¼
波膜308时，光从一种偏振状态转换成另一偏振状态（例如，光从s偏振光转换成p偏振光）。光然后穿过反射偏振器310。在（多个）dlp像素处于“开启”状态（即反射镜被定位成朝向场透镜312反射光）的情况下，“开启”像素一般沿着光轴反射光并且将光反射到场透镜312中。由“开启”像素反射并且一般沿着场透镜312的光轴引导的这种光将被称为图像光316。图像光316然后穿过场透镜以由下部光学模块204所使用。
231.由偏振光源302提供的光（所述光在它从dlp 304反射之前由反射偏振器310随后反射）将一般被称为照明光。由dlp 304的“关闭”像素反射的光以与由“开启”像素反射的光不同的角度被反射，使得来自“关闭”像素的光一般远离场透镜312的光轴并且朝向如在图3中示出的上部光学模块202的一侧而被引导。由dlp 304的“关闭”像素反射的光将被称为暗状态光314。
232.dlp 304作为计算机控制的显示器进行操作并且一般被认为是mems设备。dlp像素由能够被引导的小反射镜组成。反射镜一般从一个角度翻转到另一个角度。所述两个角度一般被称为状态。当光被用于对dlp照明时，反射镜将在取决于状态的方向上反射光。在本文中的实施例中，我们一般把两个状态称作“开启”和“关闭”，其旨在描绘显示器像素的状况。“开启”像素将被显示器的观看者看作发射光，因为光沿着光轴被引导并且引导到场透镜和显示系统的相关联的剩余部分中。“关闭”像素将被显示器的观看者看作不发射光，因
为来自这些像素的光被引导到光学外壳的侧面并且引导到其中光被吸收的光阱或光堆（light dump）中。“开启”和“关闭”像素的模式生成图像光，其由显示器的观看者感知为计算机生成的图像。通过为照明光顺序地提供补充色（诸如红色、绿色、和蓝色）来向用户呈现全色图像。其中以再发循环呈现序列，所述再发循环比用户能够感知为分离的图像更快，并且作为结果用户感知由顺序图像的和组成的全色图像。图像中的亮像素由保持在“开启”状态达所述循环的全部时间的像素来提供，而图像中较暗的像素由在所述循环的时间内或者当在图像的视频序列中时的帧时间内在“开启”状态和“关闭”状态之间切换的像素来提供。
233.图3a示出用于dlp 304的系统的图示，其中非偏振的光源350直接指向dlp 304。在这种情况下，为照明光所需要的角度是使得场透镜352必须大幅远离dlp 304来定位以避免照明光被场透镜352修剪。在场透镜352与dlp 304之间的大距离连同暗状态光354的直线路径意味着针对暗状态光354的光阱也位于离dlp的大幅距离处。由于这些原因，这个配置与优选实施例的上部光学器件模块202相比在尺寸方面是更大的。
234.在图3b中图示的配置能够是轻量且紧凑的，以使得它配合到hwc的小部分中。例如，在本文中图示的上部模块202能够在物理上适合于安装在hwc的上部框架中，使得图像光能够被引导到下部光学模块204中以用于向佩戴者的眼睛呈现数字内容。组合来生成图像光的部件（即，偏振光源302、dlp 304、反射偏振器310和l/4波膜308）的封装是非常轻的并且是紧凑的。排除场透镜在外的系统的高度可以小于8 mm。宽度（即，从前至后）可以小于8 mm。重量可以小于2克。这个上部光学模块202的紧凑性允许hwc的紧凑机械设计，并且这些实施例的轻重量性质帮助使hwc是轻量的，以提供对于hwc的佩戴者而言舒适的hwc。
235.在图3b中图示的配置能够产生锐利的对比度、高亮度和深黑色，尤其是当与用于hwc的lcd或lcos显示器相比时。dlp的“开启”和“关闭”状态在表示“开启”像素和“关闭”像素的光反射路径中提供强微分器。如以下将更详细讨论的那样，来自“关闭”像素反射的暗状态光能够被管理以减少显示系统中的杂散光，以便产生具有高对比度的图像。
236.图4图示根据本发明的原理的上部光学模块202的另一个实施例。这个实施例包括光源404，但是在这种情况下，所述光源能够提供非偏振的照明光。来自光源404的照明光被引导到tir楔形物418中以使得照明光以超出如由等式1限定的临界角度的角度入射在tir楔形物418的内表面（示为图4中的tri楔形物418的有角度的下表面）上。
237.临界角度 = arc
‑
sin(l/n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
等式1。
238.其中临界角度是下述角度：当内表面包括从具有更高折射率（n）的固体（solid）到具有折射率为1的空气的界面时，超出该角度，照明光从所述内表面反射（例如，针对具有n = 1.5的折射率的丙烯酸到空气的界面，临界角度是41.8度；针对具有n = 1.59的折射率的聚碳酸酯到空气的界面，临界角度是38.9度）。因此，tir楔形物418沿着内表面与薄空气间隙408相关联，以在具有更高折射率的固体与空气之间创建界面。通过与tir楔形物418的内表面的角度相对应地选择光源404相对于dlp 402的角度，照明光以适于提供从“开启”像素反射的图像光414的角度朝向dlp 402转动。其中，照明光以近似两倍于dlp 402中的处于“开启”状态的像素反射镜的角度被提供给dlp 402，使得在从所述像素反射镜反射之后，图像光414一般沿着场透镜的光轴被引导。取决于dlp像素的状态，来自“开启”像素的照明光被反射为朝向场透镜和下部光学模块204引导的图像光414，而从“关闭”像素反射的照明光（在本文中一般被称为“暗”状态光、“关闭”像素光或“关闭”状态光）410在分离的方向上被
引导，其可以被俘获并且不用于最终呈现给佩戴者的眼睛的图像。
239.可以沿着由暗状态光410的方向限定的光轴并且在外壳的侧面中定位用于暗状态光410的光阱，其具有吸收暗状态光的功能。为此，光阱可以由来自“开启”像素的图像光414的锥体外部的区域组成。光阱通常由包括黑色涂料的涂层的吸收光的材料或其他光吸收材料构成，以防止来自暗状态光的光散射使由用户感知的图像退化。此外，光阱可以被凹进到外壳的壁中或者包括掩模或防护装置以阻挡散射光并且防止光阱与显示图像相邻地被观看。
240.图4的实施例还包括矫正楔形物420以在图像光414从tir楔形物418出射时矫正它的折射效应。通过包括矫正楔形物420并且提供薄空气间隙408（例如，25微米），来自“开启”像素的图像光一般被维持在沿着场透镜的光轴的方向（即，与由图像光414限定的方向相同的方向）上，因此它传递到场透镜和下部光学模块204中。如在图4中示出的那样，来自“开启”像素的图像光414一般垂直于矫正楔形物420的表面而从矫正楔形物420出射，而暗状态光以倾斜角度出射。作为结果，来自“开启”像素的图像光414的方向在所述图像光414从矫正楔形物420的表面出射时在很大程度上不受折射影响。相比之下，当暗状态光410从矫正楔形物420出射时，暗状态光410在方向上被折射大幅改变。
241.图4中图示的实施例具有与结合图3b的实施例所讨论的那些优点相似的优点。图4中描绘的上部模块202的尺寸和重量可以是近似8
ꢀ×ꢀ
8 mm，其具有小于3克的重量。图3b中图示的配置与图4中图示的配置之间的在总体性能上的差别在于图4的实施例不需要使用如由光源404所供应的偏振光。这在一些情况下能够是有利的，如以下将更详细讨论的那样（例如，从用户的视角来看hwc光学器件的增加的透视透明度）。在实施例中可以结合图4中描绘的实施例使用偏振光。图4的实施例与在图3b中示出的实施例相比的附加优点在于：由于当暗状态光410从矫正楔形物420出射时遭遇的增加折射，暗状态光（示为dlp关闭光410）以更陡峭角度远离图像光414的光轴而被引导。暗状态光410的这个更陡峭角度允许光阱更靠近dlp 402而被定位，以便能够减小上部模块202的总体大小。由于光阱不干扰场透镜，还能够使光阱更大，从而能够提高光阱的效率并且作为结果能够减少杂散光并且能够提高由用户感知的图像的对比度。图4a图示了结合图4所描述的实施例，其具有在各种表面处的对应角度的示例集合，其中一束光的反射角度穿过上部光学模块202。在这个示例中，以与dlp设备的表面呈17度来提供dlp反射镜。与彼此相对应地选择tir楔形物的角度以便以对于dlp反射镜而言正确的角度来提供tir反射照明光，同时允许图像光和暗状态光穿过薄空气间隙，各种角度组合对于实现这一点是可能的。
242.图5图示根据本发明的原理的上部光学模块202的又一实施例。如同在图4中示出的实施例一样，在图5中示出的实施例不需要使用偏振光。可以结合这个实施例使用偏振光，但是这不是必需的。在图5中描绘的光学模块202与结合图4所呈现的光学模块相似；然而，图5的实施例包括关闭光重定向楔形物502。如能够从图示看到的那样，关闭光重定向楔形物502允许图像光414一般沿着朝向场透镜的光轴继续并且进入到下部光学模块204中（如图示的那样）。然而，关闭光504基本上朝向它传递到光阱中所处于的矫正楔形物420的侧面而被重定向。这个配置可以允许hwc中的进一步的高度紧凑性，因为旨在吸收关闭光504的光阱（未图示）能够邻近上部光学模块202被横向定位，与在它下面定位相反。在图5中描绘的实施例中，在tir楔形物418与矫正楔形物420之间存在薄空气间隙（与图4的实施例
相似）。在矫正楔形物420与关闭光重定向楔形物502之间也存在薄空气间隙。可以存在保证在别处定位针对暗状态光的光阱的hwc机械配置，并且在图5中描绘的图示应该被看作说明下述概念：关闭光能够被重定向以创建总体hwc的紧凑性。图5a图示了结合图5所描述的实施例的示例，具有关于在各种表面处的相对角度的更多细节的添加，并且针对图像光的光线轨迹和针对暗光的光线轨迹在其穿过上部光学模块202时被示出。再者，各种角度组合是可能的。
243.图4b示出进一步实施例的图示，其中固体透明匹配的楔形物组456被提供有在楔形物之间的界面处的反射偏振器450。其中在楔形物组456中的楔形物之间的界面以一定角度被提供以使得来自偏振光源458的照明光452以对于dlp反射镜“开启”状态而言适合的角度（例如，对于17度dlp反射镜而言34度）被反射，以使得反射图像光414沿着场透镜的光轴被提供。在楔形物组456中的楔形物的一般几何结构与在图4和4a中示出的几何结构相似。四分之一波膜454被提供在dlp 402表面上以使得照明光452是一种偏振状态（例如，s偏振状态），而在穿过四分之一波膜454、从dlp反射镜反射以及返回穿过四分之一波膜454时，图像光414被转换成另一种偏振状态（例如，p偏振状态）。反射偏振器被取向为使得具有它的偏振状态的照明光452被反射并且具有它的另一偏振状态的图像光414被透射。由于来自“关闭”像素410的暗状态光也穿过四分之一波膜454两次，所以它也是其他偏振状态（例如，p偏振状态）以使得它被反射偏振器450透射。
244.楔形物组450的面的角度对应于所需要的角度，该所需要的角度用来以在由dlp反射镜处于“开启”状态时所需要的角度提供照明光452，使得反射图像光414沿着场透镜的光轴从dlp被反射。楔形物组456提供内部界面，其中反射偏振器膜能够被定位以朝向dlp 402的反射镜对照明光452进行重定向。楔形物组还在反射偏振器450的相对侧上提供匹配的楔形物，以使得来自“开启”像素的图像光414基本上垂直于出射表面而从楔形物组450出射，而来自“关闭”像素410的暗状态光以与出射表面呈倾斜角度出射。作为结果，图像光414在从楔形物组456出射时基本上不被折射，而来自“关闭”像素410的暗状态光在从楔形物组456出射时被大幅折射，如在图4b中示出的那样。
245.通过提供固体透明匹配的楔形物组，降低了界面的平面度，因为在平面度中的变化具有可忽略的效应，只要它们在照明光452的锥体角度之内。其能够是具有26度锥体角度的f# 2.2。在优选的实施例中，使用光学粘合剂将反射偏振器接合在楔形物组456的匹配的内表面之间，以便减少在反射偏振器450的任一侧上的界面处的菲涅耳反射。光学粘合剂能够在折射率上与楔形物组456的材料匹配并且楔形物组456的段能够全部由相同的材料（诸如bk7玻璃或铸制丙烯酸）制成。其中楔形物材料能够被选择为也具有低双折射性以降低亮度中的不均匀性。楔形物组456和四分之一波膜454还能够被接合到dlp 402以进一步减少在dlp界面损耗处的菲涅耳反射。此外，由于图像光414基本上与楔形物组456的出射表面垂直，所以表面的平面度对于维持图像光414的波前不是关键的，以便在显示图像中能够得到高图像质量而不需要出射表面上的非常严格容限的平面度。
246.本发明的未被图示的又一实施例将图4b和图5中图示的实施例进行组合。在这个实施例中，楔形物组456由三个楔形物组成，其中楔形物组中的楔形物的一般几何结构对应于图5和5a中示出的几何结构。与图4b中示出的情况相似地，将反射偏振器接合在第一和第二楔形物之间，然而与图5的实施例相似地提供第三楔形物。其中在第二和第三楔形物之间
存在有角度的薄空气间隙，以使得暗状态光朝向其在光阱中被吸收所在的第二楔形物的侧面被tir反射。这个实施例（像在图4b中示出的实施例一样）使用偏振光源，如已先前描述的那样。在这个实施例中的区别在于图像光透射通过反射偏振器并且透射通过有角度的薄空气间隙，以使得它与第三楔形物的出射表面垂直地出射。
247.图5b图示具有暗光阱514a的上部光学模块202。如结合图4和4a所描述的那样，当使用tir和矫正透镜配置时能够从dlp生成图像光。上部模块可以被安装在hwc外壳510中并且外壳510可以包括暗光阱514a。一般在与暗光光轴512光学对准的位置中定位/构造/形成暗光阱514a。如图示的那样，暗光阱可以具有深度，该深度使得所述阱在内部反射暗光以力度进一步吸收光并且防止暗光与穿过场透镜的图像光进行组合。暗光阱可以具有形状和深度，该形状和深度使得暗光阱吸收暗光。此外，暗光阱514b在实施例中可以由光吸收材料制成或者涂覆有光吸收材料。在实施例中，凹进的光阱514a可以包括挡板以阻挡暗状态光的视图。这可以与黑色表面和有纹理或纤维性表面相组合以帮助吸收光。挡板能够是与外壳或场透镜等相关联的光阱的部分。
248.图5c图示具有光阱514b的另一个实施例。如在图示中能够看到的那样，阱的形状被配置为增强光阱514b内的内部反射以增加暗光512的吸收。图5d图示具有光阱514c的另一个实施例。如在图示中能够看到的那样，阱514c的形状被配置为增强内部反射以增加暗光512的吸收。
249.图5e图示具有暗光阱514d的上部光学模块202的另一个实施例。上部模块202的这个实施例包括关闭光反射楔形物502，如结合图5和5a的实施例所图示和描述的那样。如在图5e中能够看到的那样，光阱514d沿着暗光512的光学路径被定位。暗光阱514d可以如在本文中的其他实施例中描述的那样被配置。图5e中图示的光阱514d的实施例包括楔形物的侧壁上的黑色区域，其中所述侧壁大幅远离图像光414的光轴被定位。此外，挡板5252可以被添加到场透镜312的一个或多个边缘以阻挡与由用户看到的显示图像相邻的光阱514d的视图。
250.图6图示上部光学模块202与下部光学模块204的组合。在这个实施例中，从上部光学模块202投射的图像光可以被偏振或可以不被偏振。图像光从平坦的组合器元件602反射离开，使得它被引导朝向用户的眼睛。其中，组合器元件602是部分反射镜，其在透射来自环境的光的相当大的部分的同时反射图像光，因此用户能够透过组合器元件观看并且看见hwc周围的环境。
251.组合器602可以包括全息样式以形成全息反射镜。如果单色图像是期望的，则可以存在针对组合器602的表面上的全息样式的单个波长反射设计。如果意图是具有从组合器602的表面反射的多个颜色，则多个波长全息反射镜可以被包括在组合器表面上。例如，在三颜色实施例中，其中在图像光中生成红色、绿色和蓝色像素，全息反射镜对于与由光源提供的红色、绿色和蓝色光的波长基本上匹配的波长是反射性的。这个配置能够被用作波长特定反射镜，其中来自图像光的预定波长的光被反射到用户的眼睛。这个配置还可以被构成为使得可见光中的基本上所有其他波长穿过组合器元件602，因此用户在透过组合器元件602观看时具有周围事物的基本上清楚的视图。当使用是全息反射镜的组合器时，在用户的眼睛与周围事物之间的透明度可以近似为80%。其中能够使用激光来在组合器的全息材料中产生干涉样式来构成全息反射镜，其中激光的波长对应于由全息反射镜随后反射的光
的波长。
252.在另一个实施例中，组合器元件602可以包括陷波反射镜（notch mirror），其由多层涂覆的衬底组成，其中涂层被设计为基本上反射由光源提供的光的波长并且基本上透射在可见光谱中的剩余波长。例如，在其中红色、绿色和蓝色光由光源提供以使得全色图像能够被提供给用户的情况下，陷波反射镜是三色陷波反射镜，其中多层涂层被设计成反射与由光源提供的波段匹配的红色、绿色和蓝色光的窄波段并且剩余的可见波长透射通过涂层以使得能够通过组合器实现环境的视图。在其中单色图像被提供给用户的另一个示例中，陷波反射镜被设计成反射与由光源提供的光的波长范围匹配的光的单个窄波段，同时透射剩余可见波长以使得能够实现环境的透视视图。具有陷波反射镜的组合器602将从用户的视角以与在组合器元件602上包括全息样式的组合器相似的方式进行操作。由于图像光的颜色和陷波反射镜的反射波长之间的匹配，具有三色陷波反射镜的组合器将向眼睛反射“开启”像素，并且佩戴者将能够以高度清晰度看到周围事物。当使用三色陷波反射镜时，在用户的眼睛与周围事物之间的透明度可以近似为80%。此外，由于由组合器对成像光的更少散射，由具有陷波反射镜组合器的上部光学模块202提供的图像能够比全息反射镜组合器提供更高对比度图像。
253.光能够通过组合器602逸出并且因为光一般向下被引导到用户的脸颊上而可以产生面部辉光（face glow）。当使用全息反射镜组合器或三色陷波反射镜组合器时，能够俘获逸出光以避免面部辉光。在实施例中，如果图像光在组合器之前被偏振，则线性偏振器能够被层叠到组合器或者以其他方式与组合器相关联，其中偏振器的透射轴相对于偏振图像光进行取向以使得任何逸出图像光被偏振器吸收。在实施例中，图像光将被偏振以将s偏振光提供给组合器以用于更好的反射。作为结果，在组合器上的线性偏振器将被取向以吸收s偏振光并且传递p偏振光。这也提供偏振太阳镜的优选取向。
254.如果图像光未被偏振，则微百叶窗式膜（microlouvered film）（诸如隐私滤光器（privacy filter））能够被用于吸收逸出图像光，同时给用户提供环境的透视视图。在这种情况下，微百叶窗式膜的吸收或透射依赖于光的角度，其中陡峭角度光被吸收并且处于较小角度的光被透射。由于这个原因，在实施例中，具有微百叶窗式膜的组合器与图像光的光轴呈以大于45度的角度（例如，组合器能够以50度进行取向，因此来自场透镜的图像光以倾斜角度入射在组合器上。
255.图7图示当组合器元件602包括全息反射镜时处于各种角度的组合器元件602的实施例。通常，镜面化表面以与光入射到镜面化表面的角度相等的角度反射所述光。通常，这使组合器元件处于45度（即602a）成为必要，如果光垂直地呈现给组合器，因此光能够朝向佩戴者的眼睛水平反射。在实施例中，入射光能够以不同于垂直的角度呈现以使反射镜表面能够以不同于45度进行取向，但是在其中采用镜面化表面的所有情况下（包括先前描述的三色陷波反射镜），入射角度等于反射角度。作为结果，增加组合器602a的角度需要入射图像光以不同角度呈现给组合器602a，所述不同角度将上部光学模块202定位到组合器的左部，如在图7中示出的那样。相比之下，包括在实施例中的全息反射镜组合器能够被构成为使得光以与光入射到全息镜面化表面上的角度不同的角度而被反射。这允许独立于入射图像光的角度和反射到佩戴者的眼睛中的光的角度而自由选择组合器元件602b的角度。在实施例中，组合器元件602b的角度大于45度（在图7中示出），因为这允许更加横向紧凑的
hwc设计。组合器元件602b的增加的角度降低下部光学模块204的前后宽度并且可以允许更薄的hwc显示器（即，离佩戴者的眼睛最远的元件能够更靠近佩戴者的脸）。
256.图8图示下部光学模块204的另一个实施例。在这个实施例中，由上部光学模块202提供的偏振图像光被引导到下部光学模块204中。图像光反射离开偏振镜804并且被引导到聚焦部分反射镜802，其适合于反射偏振光。位于偏振镜804与部分反射镜802之间的光学元件（诸如
¼
波膜）用于改变图像光的偏振状态，使得由部分反射镜802反射的光被偏振镜804透射以向佩戴者的眼睛呈现图像光。用户还能够透视偏振镜804和部分反射镜802以看见周围环境。作为结果，用户感知由叠覆到环境的透视视图上的显示图像光组成的组合图像。
257.虽然本发明的许多实施例已被称为包含某些光学部件的上部模块和下部模块，但是应该理解的是结合上部模块所描述的图像光和暗光产生和管理功能可以被布置成在其他方向上（例如，向上、向旁边等）引导光。在实施例中，将上部模块202安装在佩戴者的眼睛上方可以是优选的，在该情况下图像光将被向下引导。在其他实施例中，从佩戴者的眼睛的侧面或者从佩戴者的眼睛下方产生光可以是优选的。此外，下部光学模块一般被配置为向佩戴者的眼睛递送图像光并且允许佩戴者透视下部光学模块，这可以通过各种光学部件来实现。
258.图8a图示本发明的实施例，其中上部光学模块202被布置成将图像光引导到tir波导810中。在这个实施例中，上部光学模块202被定位在佩戴者的眼睛812上方并且光被水平引导到tir波导810中。tir波导被设计成以一系列向下tir反射来内部反射图像光，直到它到达在佩戴者眼睛前面的部分，在那里光离开tir波导812传递到佩戴者的眼睛中。在这个实施例中，外部屏蔽物814被定位在tir波导810的前面。
259.图8b图示本发明的实施例，其中上部光学模块202被布置成将图像光引导到tir波导818中。在这个实施例中，上部光学模块202被布置在tir波导818的侧面上。例如，当hwc被配置为一对头戴式眼镜时，上部光学模块可以位于hwc的臂中或者位于hwc的臂附近。tir波导818被设计成以一系列tir反射内部反射图像光，直到它到达在佩戴者眼睛前面的部分，在那里光离开tir波导812传递到佩戴者的眼睛中。
260.图8c图示本发明的又一些实施例，其中上部光学模块202将偏振图像光引导到光导（optical guide）828中，在光导828处图像光穿过偏振反射器824，一经光学元件822（其例如包括
¼
波膜）的反射就改变偏振状态，并且然后由于图像光的偏振中的改变而由偏振反射器824朝向佩戴者的眼睛进行反射。上部光学模块202可以被定位为向反射镜820引导光，以横向定位上部光学模块202，在其他实施例中，上部光学模块202可以直接朝向偏振反射器824引导图像光。应该理解的是本发明包括旨在向佩戴者的眼睛中引导图像光的其他光学布置。
261.本发明的另一个方面涉及眼睛成像。在实施例中，结合上部光学模块202使用相机，使得能够使用dlp上的处于“关闭”状态中的像素对佩戴者的眼睛进行成像。图9图示了一种系统，其中眼睛成像相机802被安装且成角度以使得眼睛成像相机802的视场通过处于“关闭”状态的dlp 402的反射镜像素朝向佩戴者的眼睛而被重定向。以这个方式，眼睛成像相机802能够被用于沿着与呈现给佩戴者的显示图像相同的光轴对佩戴者的眼睛进行成像。其中，被呈现给佩戴者的眼睛的图像光照明佩戴者的眼睛，以使得眼睛能够由眼睛成像相机802进行成像。在这个过程中，由眼睛反射的光往回穿过下部光学模块204的光具组以
及上部光学模块的一部分，传递到光被dlp 402的“关闭”像素朝向眼睛成像相机802反射的地方。
262.在实施例中，眼睛成像相机可以在其中存在足够的“关闭”像素以实现所需要的眼睛图像分辨率的时刻对佩戴者的眼睛进行成像。在另一实施例中，眼睛成像相机随着时间收集来自“关闭”像素的眼睛图像信息并且形成时间流逝的图像。在另一个实施例中，将修改的图像呈现给用户，其中包括相机能够得到的用于对佩戴者的眼睛进行成像的期望分辨率和亮度的足够的“关闭”状态像素，并且将眼睛图像俘获与修改的图像的呈现进行同步。
263.眼睛成像系统可以被用于安全系统。如果眼睛未被辨别（例如，通过包括视网膜或虹膜特性等的眼睛特性进行辨别），则hwc可以不允许访问hwc或其他系统。在一些实施例中，hwc可以被用于提供持续的安全访问。例如，眼睛安全确认可以是连续的、近乎连续的、实时的、准实时的、周期的等等的过程，因此佩戴者被有效地经常验证为已知的。在实施例中，hwc可以被佩戴并且针对访问其他计算机系统而追踪眼睛安全。
264.眼睛成像系统可以被用于控制hwc。例如，闪烁、眨眼、或特别是眼睛移动可以被用作对于在hwc或相关联设备上进行操作的软件应用的控制机制。
265.眼睛成像系统可以用于确定hwc 102如何或何时将数字显示的内容递送给佩戴者的过程中。例如，眼睛成像系统可以确定用户正在一个方向上观看并且然后hwc可以改变显示器的区域中的分辨率或者提供与用户可能正在观看的环境中的某个事物相关联的某个内容。替代地，眼睛成像系统可以识别不同用户并且改变提供给用户的启用的特征或显示的内容。可以从位于hwc 102上或者远程位于网络110或者服务器112上的用户眼睛特性数据库识别用户。此外，hwc可以从眼睛特性识别主要用户或主要用户的群组，其中（多个）主要用户被提供有增强的特征集合并且所有其他用户被提供有不同的特征集合。因此，在这个使用情况下，hwc 102使用所识别的眼睛特性来启用或不启用特征，并且眼睛特性仅仅需要相比于相对小的个人眼睛特性数据库而被分析。
266.图10图示可以与上部光学器件模块202关联地使用的光源（例如，如果来自固态光源的光被偏振的话是偏振光源（诸如偏振光源302和458））和光源404。在实施例中，为了提供将被直接或间接引导到上部光学模块202中并且朝向上部光学模块的dlp引导的均匀表面的光1008，固态光源1002可以被投射到背部光照的光学系统1004中。固态光源1002可以是一个或多个led、激光二极管、oled。在实施例中，背部光照的光学系统1004包括具有大于3的长度/距离比的延伸区段，其中光从侧壁经历多次反射以匀质化混合由固态光源1002供应的光。背部光照的光学系统1004还能够包括与均匀光1008从背光1004出射以朝向dlp 302和反射偏振器310或者dlp 402和tir楔形物418改变光的方向的地方相对的表面上（在如图10中示出的左侧上）的结构。背部光照的光学系统1004还可以包括下述结构：该结构用来准直均匀光1008以用更小的角度分布或更窄的锥体角度来提供光给dlp。扩散器或偏振器能够用在背部光照的光学系统的入射表面或出射表面上。扩散器能够用于扩展来自背光的出射光或者使其均匀化以改善均匀光1008的均匀性或者增加均匀光1008的角展度。在一些方向上较多地扩散光而在其他方向上较少地扩散光的椭圆扩散器能够被用于改善均匀光1008在与均匀光1008的光轴垂直的方向上的均匀性或展度。线性偏振器能够用于将由固态光源1002供应的非偏振光转换为偏振光，因此将均匀光1008以期望的偏振状态进行偏振。反射偏振器能够用在背光1004的出射表面上以使均匀光1008偏振为期望的偏振状态，
同时将其他偏振状态反射回到背光中，在那里所述均匀光在背光1004内以及在固态光源1002处通过多次反射被再循环。因此，通过在背光1004的出射表面处包括反射偏振器，改善了偏振光源的效率。
267.图10a和10b示出在背光光学系统1004中的结构的图示，所述背光光学系统能够用于改变由光源提供给入射面1045的光的方向并且然后在与出射均匀光1008的光轴呈横向的方向上对光进行准直。结构1060在透明波导中包括有角度的锯齿样式，其中每个锯齿的左边缘对陡峭角度光线进行修剪，由此限制被重定向的光的角度。在每个锯齿的右侧（如示出的）的陡峭表面然后对光进行重定向，以使得光从每个锯齿的左部有角度表面反射离开并且朝向出射表面1040被重定向。在图10a和10b中的下表面上示出的锯齿表面能够是光滑的并且被涂覆（例如，用铝涂层或电介质反射镜涂层进行涂覆）以在没有散射的情况下提供高水平的反射率。结构1050在左侧包括曲面（如示出的）以在射线穿过出射表面1040之后对它们进行聚焦，由此提供用于准直均匀光1008的机构。在进一步的实施例中，扩散器能够被提供在固态光源1002与入射面1045之间以使由固态光源1002提供的光匀质化。在又一实施例中，偏振器能够被用于扩散器与背光1004的入射面1045之间以提供偏振光源。因为锯齿样式提供光滑的反射表面，所以能够从入射面1045到出射面1040保留光的偏振状态。在这个实施例中，从固态光源1002入射到背光的光穿过偏振器，以使得光以期望的偏振状态被偏振。如果偏振器是吸收线性偏振器，则期望的偏振状态的光被透射而另一偏振状态的光被吸收。如果偏振器是反射偏振器，则期望的偏振状态的光被透射到背光1004中而另一偏振状态的光被反射回到固态光源1002中，在那里光能够如先前描述的那样被再循环以提高偏振光源的效率。
268.图11a图示可以与上部光学器件模块202相关联地使用的光源1100。在实施例中，光源1100可以将光提供给背部光照的光学系统1004，如以上结合图10所描述的那样。在实施例中，光源1100包括三色陷波滤光器1102。三色陷波滤光器1102具有针对三个波长的窄带通滤光器，如在图11c中在传输图表1108中所指示的那样。在图11b中示为1104的图表图示了三个不同的有颜色的led的输出。人们能看到发射的带宽是窄的，但是它们具有长尾部。三色陷波滤光器1102能够与这样的led相结合地使用以提供光源1100，其发射如在图11d中示出的如传输图表1110那样的窄滤光波长的光。其中能够看到三色陷波滤光器1102的修剪效应已切掉来自led发射图表1104的尾部以向上部光学模块202提供更窄波长带的光。光源1100能够与具有全息反射镜或三色陷波反射镜的组合器602相结合地使用以提供窄带的光，所述光在具有较少浪费光（其没有得以被组合器反射）的情况下朝向佩戴者的眼睛被反射，由此改善效率并且减少能够引起面部辉光的逸出光。
269.图12a图示可以与上部光学器件模块202相关联地使用的另一个光源1200。在实施例中，光源1200可以将光提供给背部光照的光学系统1004，如以上结合图10所描述的那样。在实施例中，光源1200包括量子点罩盖玻璃1202。其中，量子点吸收更短波长的光并且发射更长波长的光（图12b示出一个示例，其中应用到量子点的uv光谱1202导致量子点发射示为pl光谱1204的窄带），这依赖于量子点的大小和材料组成。作为结果，在量子点罩盖玻璃1202中的量子点能够被修整以提供依赖于所包括的不同量子点的一个或多个带的窄带宽光（例如，红、绿和蓝）发射，如在图12c中示出的图表中图示的那样，其中使用三个不同的量子点。在实施例中，led驱动器灯发射uv光、深蓝或蓝光。为了不同颜色的顺序照明，多个光
源1200将被使用，其中每个光源1200将包括具有量子点的量子点罩盖玻璃1202，该量子点被选择来以期望的颜色中的一种进行发射。光源1100能够与具有全息反射镜或三色陷波反射镜的组合器602相结合地使用以提供窄传输带的光，所述光在具有较少浪费光（没有得以反射）的情况下朝向佩戴者的眼睛被反射。
270.本发明的另一个方面涉及针对佩戴hwc的人员生成外围图像光照效果。在实施例中，固态光照系统（例如，led、oled等）或其他光照系统可以被包括在下部光学模块204的光学元件内部。固态光照系统可以被布置为使得所呈现的数字内容的视场（fov）外的光照效果被呈现以创建针对佩戴hwc的人员的浸入效果。为此，光照效果可以被呈现给对于佩戴者可见的hwc的任何部分。固态光照系统可以被hwc上的集成处理器数字控制。在实施例中，集成处理器将与呈现在hwc的fov之内的数字内容相协调地控制光照效果。例如，电影、图片、游戏或其他内容可以在hwc的fov之内被显示或播放。内容可以在fov的右侧上并且在相同时刻示出炸弹爆炸，在上部模块光学器件内部的固态光照系统可以与fov图像效果相呼应地快速闪光。该效果可以不是很快，它可以更持久以指示例如在用户的一侧上的一般辉光或颜色。可以例如用红色、绿色和蓝色led对固态光照系统进行颜色控制，以使得颜色控制能够与视场之内的数字呈现的内容相协调。
271.图13a图示了连同外部透镜1302一起的下部光学模块204的光学部件。图13a还示出包括效果led 1308a和1308b的实施例。图13a图示如在本文中在别处描述的被引导到上部光学模块中的图像光1312，在所述上部光学模块处光将反射离开组合器元件1304，如在本文中在别处描述的那样。将这个实施例中的组合器元件1304朝向在模块的顶部处的佩戴者的眼睛并且远离在模块底部处的佩戴者的眼睛而形成角度，如也结合图8所描述和图示的那样（例如，以45度角度）。由上部光学模块202（在图13a中未示出）提供的图像光1312远离佩戴者的眼睛朝向准直反射镜1310反射离开组合器元件1304，如在本文中在别处描述的那样。图像光1312然后离开准直反射镜1304进行反射和聚焦，往回穿过组合器元件1304并且被引导到佩戴者的眼睛中。佩戴者还能够通过组合器元件1304、准直反射镜1310和外部透镜1302（如果包括它的话）的透明性来观看周围环境。如在本文中在别处描述的那样，各种表面被偏振以创建针对图像光的光学路径并且提供元件的透明性以使得佩戴者能够观看周围环境。佩戴者将一般感知图像光在fov 1305中形成图像。在实施例中，可以包括外部透镜1302。外部透镜1302是下述外部透镜，其可以是或可以不是矫正性的，并且其可以被设计成隐蔽下部光学模块部件以试图使hwc看起来是以与标准眼镜或太阳镜相似的形式。
272.在图13a中图示的实施例中，效果led 1308a和1308b被定位在组合器元件1304和外部透镜1302和/或准直反射镜1310的侧面处。在实施例中，效果led 1308a被定位在由组合器元件1304和外部透镜1302和/或准直反射镜限定的界限之内。效果led 1308a和1308b也被定位在fov 1305外部。在这个布置中，效果led 1308a和1308b能够提供在fov 1305外部的下部光学模块之内的光照效果。在实施例中，从效果led 1308a和1308b发射的光可以被偏振以使得光朝向佩戴者的眼睛穿过组合器元件1304并且不穿过外部透镜1302和/或准直反射镜1310。这个布置通过不经由hwc的前部向周围环境中透射光照效果而以更私密的设置向佩戴者提供外围光照效果。然而，在其他实施例中，效果led 1308a和1308b可以是未被偏振的，因此使所提供的光照效果被在环境中的其他人为了娱乐而有目的性地可观看，诸如，与由佩戴者观看的图像内容相对应地给出佩戴者的眼睛辉光的效果。
273.图13b图示了结合图13a所描述的实施例的横截面。如图示的那样，效果led 1308a位于下部光学模块的光学部件内部的上
‑
前区域中。应该理解的是，在描述的实施例中的效果led 1308a位置仅仅是说明性的并且由本发明涵盖替代布局。另外，在实施例中，在hwc的两侧中的每侧中可以存在一个或多个效果led 1308a以在佩戴者的一个或两只眼睛附近提供外围光照效果。
274.图13c图示了（例如，根据在本文中描述的全息或陷波滤光器实施例的）其中组合器元件1304远离在顶部的眼睛并且朝向在底部的眼睛形成角度的实施例。在这个实施例中，效果led 1308a位于组合器元件1304的外部透镜1302侧上以提供光照效果的隐蔽的外观。与其他实施例一样，图13c的效果led 1308a可以包括偏振器以使得发射的光能够穿过与组合器元件1304相关联的偏振元件并且由与外部透镜1302相关联的偏振元件所阻挡。
275.本发明的另一个方面涉及减轻从佩戴者的脸与hwc其自身之间的空间逸出的光。本发明的另一个方面涉及维持接近于佩戴者的眼睛的被控制的光照环境。在实施例中，光照环境的维持和光逸出的减轻两者都通过包括针对hwc的可移除且可替换的柔性屏蔽物来实现。其中，与针对每只眼睛的显示器的使用相对应地，能够为一只眼睛或两只眼睛提供可移除且可替换的屏蔽物。例如，在夜间视觉应用中，对于仅一只眼睛的显示器能够用于夜间视觉，而对于另一只眼睛的显示器被关闭以当在其中可见光是可用的区域与其中需要夜间视觉增强的暗区域之间移动时提供良好的透视。
276.图14a图示具有开口1408的可移除且可替换的柔性眼罩1402，所述可移除且可替换的柔性眼罩1402能够通过使用磁体1404而被快速地附接到hwc 102以及从hwc 102移除。可以使用其他附接方法，但是为了说明本发明我们将集中于磁体实施方式。在实施例中，磁体可以被包括在眼罩1402中，并且相反极性的磁体可以被包括（例如，被嵌入）在hwc 102的框架中。利用相反极性配置，两个元件的磁体将相当强烈地吸引。在另一个实施例中，元件中的一个可以具有磁体并且另一侧可以具有用于吸引的金属。在实施例中，眼罩1402是柔性的弹性屏蔽物。在实施例中，眼罩1402可以是弹性波壳（bellows）设计以适应柔性并且更紧密地与佩戴者的脸对准。图14b图示被适配成单个眼罩的可移除且可替换的柔性眼罩1402。在实施例中，单个眼罩可以用于hwc的每侧以覆盖佩戴者的两只眼睛。在实施例中，单个眼罩可以与仅包括针对一只眼睛的一个计算机显示器的hwc相结合地使用。这些配置通过覆盖佩戴者的脸与hwc之间的空间来阻止被生成的并且一般朝向佩戴者的脸引导的光。开口1408允许佩戴者透过开口1408进行观看以通过hwc的前部查看所显示的内容和周围环境。通过例如如在本文中描述的内部光学器件偏振方案能够防止下部光学模块204中的图像光从hwc的前部进行发射。
277.图14c图示光抑制系统的另一个实施例。在这个实施例中，眼罩1410可以与眼罩1402相似，但是眼罩1410包括前部光屏蔽物1412。前部光屏蔽物1412可以是不透明的以防止光逸出hwc的前部透镜。在其他实施例中，前部光屏蔽物1412被偏振以防止光逸出前部透镜。在偏振布置中，在实施例中，hwc的（例如，下部光学模块204的）内部光学元件可以使朝向hwc的前部透射的光偏振并且前部光屏蔽物1412可以被偏振以防止光透射通过前部光屏蔽物1412。
278.在实施例中，不透明的前部光屏蔽物1412可以被包括并且数字内容可以包括周围环境的图像以使得佩戴者能够使周围环境可视化。可以为一只眼睛呈现夜间视觉环境映像
并且可以使用不透明的前部光屏蔽物1412来覆盖这只眼睛的周围环境光学路径。在其他实施例中，这个布置可以与两只眼睛相关联。
279.本发明的另一个方面涉及自动配置用于hwc 102中的（多个）光照系统。在实施例中，如在本文中描述的显示器光照和/或效果光照可以以适于当眼罩1402被附接到hwc 102或者从hwc 102移除时的方式来被控制。例如，在夜间，当环境中的光较弱时，hwc中的（多个）光照系统可以进入弱光模式以进一步控制从hwc和hwc周围的区域逸出的杂散光的任何量。在使用夜间视觉或标准视觉的同时在夜间的遮蔽操作可能需要一种解决方案，其防止尽可能多的逸出光，因此用户可以夹上（多个）眼罩1402并且然后hwc可以进入弱光模式。如果hwc识别环境处于弱光条件的话（例如，通过环境光水平传感器检测），弱光模式在一些实施例中可以仅当眼罩1402被附接时进入弱光模式。在实施例中，弱光水平可以根据环境条件而被确定为处于全光与弱光之间的中间点处。
280.本发明的另一个方面涉及当眼罩1402被附接到hwc或者从hwc移除时自动控制hwc中显示的内容的类型。在实施例中，当（多个）眼罩1402被附接到hwc时，显示的内容可以在量上或者在颜色量上被约束。例如，（多个）显示器可以进入简单内容递送模式以约束所显示的信息的量。这可以被完成以减少由（多个）显示器生成的光的量。在实施例中，（多个）显示器可以从彩色显示器改变为单色显示器以减少所产生的光的量。在实施例中，单色光照可以是红色以限制对佩戴者的眼睛的影响，从而维持在黑暗中看得更好的能力。
281.本发明的另一方面涉及一种系统，所述系统被适配成快速地从透视系统转换到非透视系统或非常低透射的透视系统以用于更浸入式的用户体验。转换系统可以包括可替换的透镜、眼罩以及被适配成以两种模式提供用户体验的光学器件。透镜例如可以被“遮光（black
‑
out）”以提供一种体验，其中全部的用户注意力致力于数字内容并且然后透镜可以被切换为高透视透镜，因此数字内容将增强用户对周围环境的观看。本发明的另一方面涉及低透射透镜，其准许用户透视透镜，但是保持足够暗以将大部分的用户注意力维持在数字内容上。轻微的透视可以为用户提供与周围环境的视觉连接，并且这可以减少或消除恶心以及与在观看数字内容时完全移除周围视图相关联的其他问题。
282.图14d图示了头戴式计算机系统102，其具有透视数字内容显示器204，所述透视数字内容显示器204被适配成包括可移除的外部透镜1414和可移除的眼罩1402。眼罩1402可以利用磁体1404或其他附接系统（例如机械附接，在头戴式计算机102的臂之间的适贴摩擦配合等等）而附接到头戴式计算机102。当用户想要削减杂散光逃逸出头戴式计算机的限制、通过移除周围环境的否则可视的外围视图而创建更浸入式的体验等等的时候，可以附接眼罩1402。可移除的外部透镜可以具有若干种类以用于各种体验。它可以没有透射或具有非常低的透射以创建用于数字内容的暗背景，从而为数字内容创建浸入式体验。它可以具有高透射，因此用户可以对透视显示器和透镜进行透视以查看周围环境，从而创建用于平视显示器、增强现实显示器、辅助现实显示器等等的系统。透镜1414可以在中间部分是暗的以便为数字内容提供暗背景（即从用户的视角在透视视场后方的暗背景幕）以及在别处提供更高透射区域。例如，透镜1414可以具有用于浸入效果的2到5%、5到10%、10到20%的范围中的透射以及用于增强现实效果的在10%或20%以上的透射。透镜1414还可以具有可调透射以促进系统效果中的改变。例如，透镜1414可以是电子可调色调的透镜（例如液晶，或具有交叉的偏振器，其具有对于交叉水平的调节）。
283.在实施例中，眼罩可以具有透明或部分透明的区域，以提供与用户的周围环境的某种视觉连接。这还可以减少或消除恶心或者与完全移除周围环境的视图相关联的其他感觉。
284.图14e图示了在没有透镜就位的情况下与眼罩1402组装的头戴式计算机102。在实施例中透镜可以利用磁体1418来保持就位以便易于移除和替换。在实施例中，透镜可以利用其他系统（诸如机械系统）来保持就位。
285.本发明的另一方面涉及效果系统，所述效果系统在头戴式计算机的透视显示器中生成视场外的效果。效果可以是例如光照效果、声音效果、触觉效果（例如通过振动）、空气移动效果等等。在实施例中，效果生成系统被安装在眼罩1402上。例如，光照系统（例如（多个）led、oled等等）可以被安装在内表面1420上，或通过内表面1420被暴露，如图14f中所图示的，使得它们可以与正在透视显示器的视场中显示的内容协调地创建光照效果（例如，亮光、有色光、微妙颜色效果）。内容可以例如是电影或游戏，并且按脚本所编，爆炸可能发生在内容的右侧，并且与内容相匹配地，可以由效果光照系统生成明亮的闪光，以创建更强的效果。作为另一示例，效果系统可以包括安装在侧面或镜腿（temple）附近或以其他方式安装的振动系统，并且当相同的爆炸发生时，振动系统可以在右侧生成振动以增加用户体验，从而指示爆炸具有产生振动的真实声波。作为又一示例，效果系统可以具有空气系统，其中效果是吹到用户脸上的一股空气。这可以创建与内容中某个快速移动物体的接近的感觉。效果系统还可以具有指向用户耳朵的扬声器或用于耳塞的附接物等等。
286.在实施例中，由效果系统所生成的效果可以被作者脚本化以与内容协调。在实施例中，传感器可以被置于眼罩内，以对然后将会引起生成（多个）效果的内容效果进行监视（例如，光传感器，用以测量强光照效果或外围光照效果）。
287.眼罩中的效果系统可以由内部电池来供电，并且在实施例中，电池还可以向头戴式计算机102提供附加的功率，作为备用系统。在实施例中，效果系统由头戴式计算机中的电池来供电。功率可以通过附接系统（例如磁体、机械系统）或专用功率系统来递送。
288.效果系统可以通过有线或无线的数据连接而从头戴式计算机接收数据和/或命令。数据可以例如通过附接系统、单独的线路、或通过蓝牙或其他短程通信协议而到来。
289.在实施例中，眼罩由网状泡沫制成，其非常轻并且可以吻合用户脸的轮廓。由于材料的开放微孔的性质，网状泡沫还允许空气流通，这可以减少用户的疲劳并且增加用户舒适度。眼罩可以由柔软、刚性、可屈曲等等的其他材料制成，并且在外围可以具有为了舒适而接触脸部的另一种材料。在实施例中，眼罩可以包括风扇以在外部环境与内部空间之间交换空气，其中内部空间由用户的脸部分地限定。风扇可以非常缓慢地并且以低功率进行操作，以便交换空气来保持用户的脸凉爽。在实施例中，风扇可以具有可变速度控制器和/或温度传感器可以被定位以测量内部空间中的温度，从而将内部空间中的温度控制到指定的范围、温度等等。内部空间一般由用户的眼睛和上脸颊的前方的空间封闭的空间（在那里眼罩包围了区域）来表征。
290.本发明的另一方面涉及在头戴式计算机102和/或眼罩1402上柔性地安装音频耳机。在实施例中，音频耳机利用相对刚性的系统来被安装，所述相对刚性的系统具有（多个）柔性的接头（例如在与眼罩的连接处的旋转接头、在刚性臂中间的旋转接头等等）以及（多个）扩展部（例如伸缩臂），以向用户提供可调性，以便允许在用户的耳上、耳中或耳周围的
舒适配合。在实施例中，音频耳机利用遍及各处更柔性的柔性系统（诸如利用基于线的连接）来被安装。
291.图14g图示了具有可移除透镜1414以及安装的眼罩1402的头戴式计算机102。在实施例中，头戴式计算机包括透视显示器（如本文中所公开的）。眼罩1402还包括安装的音频耳机1422。在该实施例中，安装的音频耳机1422被安装到眼罩1402并且具有音频线连接（未示出）。在实施例中，音频线的连接可以连接到内部无线通信系统（例如蓝牙、nfc、wifi）以构成与头戴式计算机中的处理器的连接。在实施例中，音频线可以连接到磁性连接器、机械连接器等等以构成连接。
292.图14h图示了具有安装的音频耳机1422的未安装的眼罩1402。如所图示的，眼罩的机械设计被适配成配合到头戴式计算机上以提供视觉隔离或部分隔离以及音频耳机。
293.在实施例中，眼罩1402可以被适配成可移除地安装在具有透视计算机显示器的头戴式计算机102上。具有可调安装的音频耳机1422可以连接到眼罩，其中可调安装可以提供扩展和旋转以为头戴式计算机的用户提供一种机制来将音频耳机与用户的耳朵对准。在实施例中，音频耳机包括连接到眼罩上的连接器的音频线，并且眼罩连接器可以被适配成可移除地与头戴式计算机上的连接器配对。在实施例中，音频耳机可以被适配成通过无线连接（例如蓝牙、wifi）从头戴式计算机接收音频信号。如本文中别处所描述的，头戴式计算机可以具有可移除且可替换的前透镜。眼罩可以包括电池来为眼罩内部的系统供电。眼罩可以具有电池来为头戴式计算机内部的系统供电。
294.在实施例中，眼罩可以包括风扇，所述风扇被适配成在由用户的脸部分地限定的内部空间与外部环境之间交换空气，从而冷却内部空间中和用户的脸上的空气。在实施例中，音频耳机可以包括振动系统（例如，在电枢中和/或在耳上区段中的振动电动机、压电电动机等等），所述振动系统被适配成为用户提供与透视计算机显示器中所呈现的数字内容协调的触觉反馈。在实施例中，头戴式计算机包括振动系统，所述振动系统被适配成为用户提供与透视计算机显示器中所呈现的数字内容协调的触觉反馈。
295.在实施例中，眼罩1402被适配成可移除地安装在具有透视计算机显示器的头戴式计算机上。眼罩还可以包括安装到眼罩的柔性音频耳机，其中所述柔性为头戴式计算机的用户提供一种机制来将音频耳机与用户的耳朵对准。在实施例中，柔性音频耳机利用磁性连接来安装到眼罩。在实施例中，柔性音频耳机可以利用机械连接来安装到眼罩。
296.在实施例中，音频耳机可以是弹簧或以其他方式被加载，使得耳机向内朝向用户的耳朵施压以用于更牢固的配合。
297.参考图15，我们现在转到描述特定的外部用户接口104，其一般被称为笔1500。笔1500是专门设计的外部用户接口104并且能够作为诸如对于许多不同式样的hwc 102的用户接口进行操作。笔1500一般遵循常规笔的形式，其是熟悉的用户手持设备并且为将在hwc系统100中被执行的操作中的许多创建直观物理接口。笔1500可以是与控制hwc系统100内的操作相结合地使用的若干用户接口104中的一个。例如，hwc 102可以留意姿势116并将姿势116解译为控制信号，其中笔1500还可以被用作关于相同hwc 102的用户接口。相似地，远程键盘可以用作与笔1500相呼应的外部用户接口104。用户接口的组合或者仅一个控制系统的使用一般取决于正在hwc的系统100中执行的（多个）操作。
298.虽然笔1500可以遵循常规笔的一般形式，但是它包含使它能够起到外部用户接口
104的作用的许多技术。图15图示在笔1500中包括的技术。如能够看到的那样，笔1500可以包括相机1508，其被布置为透过透镜1502进行观看。相机然后可以诸如通过透镜1502聚焦以对表面成像，用户在所述表面上书写或者进行其他移动以与hwc 102交互。存在其中笔1500还将具有墨水、石墨、或其他系统以使得正被书写的内容能够在书写表面上被看到的情况。存在下述其他情况：其中笔1500不具有这样的物理书写系统因此在书写表面上没有沉积物，其中笔将仅一直向hwc 102传送数据或命令。在本文中更详细描述透镜配置。相机的功能是从非结构化的书写表面捕获信息以使得笔划能够如由用户意图的那样被解译。为了在所意图的笔划路径的预测方面进行辅助，笔1500可以包括传感器，诸如imu 1512。当然，imu能够以笔的单独的部分（例如，陀螺仪、加速度计等）被包括在笔1500中，或者imu能够作为单个单元被包括。在这个实例中，imu 1512用于测量并且预测笔1500的运动。进而，集成的微处理器1510将把imu信息和相机信息当作输入并且处理所述信息以形成笔尖移动的预测。
299.笔1500还可以包括压力监视系统1504，诸如用以测量在透镜1502上施加的压力。如在本文中将更详细描述的那样，压力测量能够用于预测用于改变线的粗细、线的类型、笔画的类型、点击、双击等的用户意图。在实施例中，压力传感器可以使用位于透镜1502后面的任何力或压力测量传感器（包括例如电阻传感器、电流传感器、电容传感器、电压传感器（诸如压电传感器），等等）来构造。
300.笔1500还可以包括诸如用于与hwc 102进行双向通信的通信模块1518。在实施例中，通信模块1518可以是短距离通信模块（例如，蓝牙）。通信模块1518可以与hwc 102安全匹配。通信模块1518被布置成向和从笔1500的微处理器1510传送数据和命令。微处理器1510可以被编程以解译从相机1508、imu 1512和压力传感器1504等生成的数据，并且然后例如通过通信模块1518向hwc 102上传递命令。在另一个实施例中，由微处理器从输入源（例如，相机1508、imu 1512、压力传感器1504）中的任何一个收集的数据可以由通信模块1518传送到hwc 102，并且hwc 102可以当使用笔1500时执行数据处理以及用户的意图的预测。在又一个实施例中，数据可以通过网络110被进一步传递到远程设备112（诸如服务器）以用于数据处理和预测。命令可以然后被传送回到hwc 102以用于执行（例如，在眼镜显示器中进行显示器书写、在眼镜显示器的ui之内进行选择、控制远程外部设备112、控制本地外部设备108）等。笔还可以包括存储器1514以用于长期或短期使用。
301.笔1500还可以包括许多物理用户接口，诸如快速启动（launch）按钮1522、触摸传感器1520等。快速启动按钮1522可以被适配成为用户提供跳到hwc系统100中的软件应用的快速方式。例如，用户可以是通信软件包（例如，电子邮件、文本、twitter（推特）、instagram（照片分享软件）、facebook（脸谱网）、google （谷歌 ）等）的经常的用户，并且用户可以编程快速启动按钮1522以命令hwc 102启动应用。笔1500可以被提供有若干个快速启动按钮1522，其可以是用户可编程的或制造厂家可编程的。快速启动按钮1522可以被编程以执行操作。例如，按钮中的一个可以被编程以清除hwc 102的数字显示器。这将为用户出于任何原因（诸如例如为了更好观看环境）而清除hwc 102上的屏幕来创建快速方式。以下将进一步详细讨论快速启动按钮功能。触摸传感器1520可以用于从用户取得姿势式样输入。例如，用户可以能够取出单个手指并且横跨触摸传感器1520运用该手指以实现页面滚动。
302.笔1500还可以包括激光指示器1524。激光指示器1524可以与imu 1512协调以使姿
势和激光指示协调。例如，用户可以在呈现时使用激光器1524以利用图形解释来帮助指导观众，并且imu 1512可以同时地或当激光器1524关闭时将用户姿势解译为命令或数据输入。
303.图16a
‑
c图示针对笔1500的透镜和相机布置1600的若干个实施例。一个方面涉及维持相机与书写表面之间的恒定距离以使书写表面能够被保持处于聚焦，以便更好地追踪笔1500在书写表面上的移动。另一个方面涉及跟随笔1500的书写尖部的圆周维持有角度的表面，使得笔1500能够在用户的手中滚转或部分地滚转以创建常规书写器具的感觉和自由。
304.图16a图示笔1500的书写透镜端部的实施例。所述配置包括球形透镜1604、相机或图像捕获表面1602和圆顶罩盖透镜1608。在这个布置中，相机通过球形透镜1604和圆顶罩盖透镜1608观看书写表面。球形透镜1604导致相机聚焦，以使得当笔1500以自然书写位置被握在手中（诸如，其中笔1500与书写表面接触）时相机观看书写表面。在实施例中，球形透镜1604应该与书写表面分离以在相机1602处得到书写表面的最高分辨率。在实施例中，球形透镜1604被分离近似1至3 mm。在这个配置中，圆顶罩盖透镜1608提供表面，该表面能够保持球形透镜1604与书写表面以（诸如基本上独立于用于在书写表面上书写的角度的）恒定距离进行分离。例如，在实施例中，在这个布置中的相机的视场将是近似60度。
305.圆顶罩盖透镜或者用于与书写表面物理交互的其他透镜1608在相机1602的有效带宽内将是透明的或透射性的。在实施例中，圆顶罩盖透镜1608可以是球形的或其他形状并且由玻璃、塑料、蓝宝石、金刚石等组成。在其他实施例中，其中表面的低分辨率成像是可接受的。笔1500能够省略圆顶罩盖透镜1608并且球形透镜1604能够与表面直接接触。
306.图16b图示另一个结构，其中构造在某种程度上与结合图16a所描述的构造相似；然而这个实施例不使用圆顶罩盖透镜1608，而是使用间隔器1610来维持球形透镜1604与书写表面之间的可预测的距离，其中间隔器可以是球形的、圆柱形的、管状的或提供间隔同时允许图像将由相机1602通过透镜1604得到的其他形状。在优选的实施例中，间隔器1610是透明的。此外，虽然间隔器1610被示出为球形的，但是可以使用其他形状，诸如椭圆形、环形、半球体、锥体、圆柱体或其他形式。
307.图16c图示又一个实施例，其中结构包括诸如贯穿笔1500的有透镜的端部的中心的柱1614。柱1614可以是墨水沉积系统（例如，墨水盒）、石墨沉积系统（例如，石墨保持器）、或其目的主要仅在于对准的假柱。柱类型的选择依赖于笔的使用。例如，在用户想要将笔1500用作常规墨水沉积笔以及全功能外部用户接口104的情况下，墨水系统柱将是最好的选择。如果不存在对于在书写表面上使“书写”可见的需要，则选择将是假柱。图16c的实施例包括（多个）相机1602以及相关联的透镜1612，其中相机1602和透镜1612被定位成捕获书写表面而没有来自柱1614的实质干扰。在实施例中，笔1500可以包括多个相机1602和透镜1612，以使得尖部1614的圆周中的更多或全部能够用作输入系统。在实施例中，笔1500包括波状外形的握把，其保持笔在用户的手中对准以使得相机1602和透镜1612保持指向表面。
308.笔1500的另一个方面涉及感测由用户利用笔1500向书写表面施加的力。可以以许多方式使用力测量。例如，力测量可以用作离散值或不连续事件追踪，并且在用于确定用户的意图的过程中与阈值比较。例如，用户可能想要解译为在选择对象时的“点击”的力。用户可能意图解译为多次点击的多次力施加。可能存在当用户在某一位置握住笔1500或者握住
笔1500的某一部分（例如，按钮或触摸板）同时进行点击以实现某一操作（例如，
‘
右击’）的时间。在实施例中，力测量可以用于追踪力和力趋势。例如，力趋势可以被追踪并且与阈值限制比较。可以存在一个这样的阈值限制、多个限制、相关限制的群组等。例如，当力测量指示一般落入相关阈值的范围之内的相当恒定的力时，微处理器1510可以将力趋势解译为一种指示，即用户期望维持当前的书写式样、书写尖部类型、线的粗细、笔画类型等。在力趋势看起来已经有意地走出阈值集合的情况下，微处理器可以将该动作解译为一种指示：即用户想要改变当前的书写式样、书写尖部类型、线的粗细、笔画类型等。一旦微处理器已做出用户的意图的确定，就可以执行当前的书写式样、书写尖部类型、线的粗细、笔画类型等方面的改变。在实施例中，所述改变可以（例如，在hwc 102的显示器中）向用户指出，并且可以向用户呈现接受所述改变的机会。
309.图17a图示笔1500的力感测表面尖部1700的实施例。力感测表面尖部1700包括与力或压力监视系统1504相结合的表面连接尖部1702（例如，如在本文中在别处描述的透镜）。在用户使用笔1500在表面上书写或者在表面上模拟书写时，力监视系统1504测量用户施加到书写表面的力或压力并且所述力监视系统将数据传送给微处理器1510以用于处理。在这个配置中，微处理器1510从力监视系统1504接收力数据并且处理所述数据以做出在施加当前正被施加的特定力方面的用户意图的预测。在实施例中，处理可以被提供在除了笔上之外的位置处（例如，在hwc系统100中的服务器处，在hwc 102上）。为了简洁起见，当在本文中对在微处理器1510上处理信息进行参照时，对信息的处理预料到在除了笔上之外的位置处对信息进行处理。微处理器1510可以用（多个）力阈值、（多个）力特征（signature）、力特征库和/或想要在基于测量的力或压力确定用户的意图方面指导推断程序的其他特性来编程。微处理器1510可以被进一步编程以关于用户是已试图发起离散的动作（例如，用户接口选择
‘
点击’）还是正在执行恒定的动作（例如，在特定书写式样内进行书写）根据力测量做出推断。推断过程是重要的因为它使笔1500充当直观的外部用户接口104。
310.图17b图示具有单个阈值1718的力1708对比时间1710的趋势图表。阈值1718可以被设置在指示离散力施加的水平处，该离散力施加指示用户引起动作的期望（例如，选择gui中的对象）的。例如，事件1712可以被解译为点击或选择命令，因为力从低于阈值1718快速增加到阈值1718以上。事件1714可以被解译为双击，因为力快速增加到阈值1718以上，降低到阈值1718以下以及然后本质上快速重复。用户还可以使力超过阈值1718并且保持一段时间，从而指示用户正意图选择gui（例如，呈现在hwc 102的显示器中的gui）中的对象并且“保持”以用于进一步的操作（例如，移动该对象）。
311.虽然阈值可以用于辅助解译用户的意图，但是也可以使用特征力事件趋势。阈值和特征可以组合使用或者每个方法可以单独使用。例如，单击特征可以由某一力趋势特征或者特征集合来表示。例如，（多个）单击特征可能需要趋势满足下述标准：在x与y值之间的上升时间、在a与b值之间的保持时间、以及在c与d值之间的下降时间。可以针对各种功能（诸如点击、双击、右击、保持、移动等）储存特征。微处理器1510可以将实时力或压力追踪与来自特征库的特征相比较以做出决定并且向gui中执行的软件应用发布命令。
312.图17c图示具有多个阈值1718的力1708对比时间1710的趋势图表。作为示例，用若干个笔力或压力事件来在图表上标绘力趋势。如指出的那样，存在据推测有意的事件1720和据推测无意的事件1722两者。图17c的两个阈值1718创建三个力区：较低的、中等的和较
高的范围。趋势的开头部分指示用户正投放较低区量的力。这可能意味着用户正在用给定的线粗细进行书写并且不意图改变用户正在书写的粗细。然后趋势示出在力上向中间力范围中的显著增加1720。来自所述趋势的这个力改变看起来已经是突然的并且在此之后其被持续。微处理器1510可以将这解译为有意的改变并且作为结果根据预设规则改变操作（例如，改变线宽度、增加线粗细等）。所述趋势然后以向更高力范围中的第二明显有意的事件1720来继续。在更高力范围中的表现期间，力下降到上部阈值1718以下。这可以指示无意的力改变并且微处理器可以检测范围中的改变，然而不实现正被笔1500协调的操作中的改变。如以上指示的那样，趋势分析可以用阈值和/或特征来完成。
313.一般地，在本公开中，器具笔划参数改变可以指的是线类型、线粗细、尖部类型、笔画类型、笔画宽度、笔画压力、颜色以及书写、着色、涂色等的其他形式方面的改变。
314.笔1500的另一个方面涉及根据情境信息和/或（多个）选择接口来选择用于笔1500的操作模式。笔1500可以具有若干个操作模式。例如，笔1500可以具有书写模式，其中笔1500的（多个）用户接口（例如，书写表面端部、快速启动按钮1522、触摸传感器1520、基于运动的姿势等）被优化或选择用于与书写相关联的任务。作为另一个示例，笔1500可以具有识别笔模式（wand mode），其中笔的（多个）用户接口被优化或选择用于与软件或设备控制（例如，hwc 102、外部本地设备、远程设备112等）相关联的任务。作为另一个示例，笔1500可以具有呈现模式，其中（多个）用户接口被优化或选择以辅助用户给出呈现（例如，用激光指示器1524指示，同时使用（多个）按钮1522和/或姿势来控制所述呈现或与所述呈现有关的应用）。例如，笔可以具有下述模式，其被优化或选择用于用户正试图控制的特定设备。笔1500可以具有多种其他模式并且本发明的一个方面涉及选择这样的模式。
315.图18a图示基于情境信息的自动的（多个）用户接口模式选择。微处理器1510可以用imu阈值1814和1812来编程。阈值1814和1812可以用作笔1500的角度1804和1802的针对在某些预测模式期间的某些预计位置的上界和下界的指示。例如，当微处理器1510确定笔1500正被握住或者以其他方式定位在与书写阈值1814相对应的角度1802之内时，微处理器1510可以然后发起用于笔的用户接口的书写模式。相似地，如果微处理器1510（例如，通过imu 1512）确定笔正以落在预定的识别笔阈值1812之间的角度1804被握住时，微处理器可以发起用于笔的用户接口的识别笔模式。这两个示例都可以被称为基于情境的用户接口模式选择，因为模式选择是基于情境信息（例如，位置），该情境信息被自动收集并且然后通过自动评估过程被使用以自动选择笔的（多个）用户接口模式。
316.如同在本文中呈现的其他示例一样，微处理器1510可以监视情境趋势（例如，笔随着时间的角度）以试图决定是停留在一种模式中还是改变模式。例如，通过特征、阈值、趋势分析等，微处理器可以确定改变是无意的改变并且因此不期望用户接口模式改变。
317.图18b图示基于情境信息的自动的（多个）用户接口模式选择。在这个示例中，笔1500（例如，通过它的微处理器）正监视书写表面端部1508处的相机是否正在对紧密接近于笔1500的书写表面端部的书写表面进行成像。如果笔1500确定书写表面在预定的相对短距离之内，则笔1500可以判定书写表面存在1820并且笔可以进入书写模式（多个）用户接口模式中。在笔1500没有检测到相对靠近的书写表面1822的情况下，笔可以预测所述笔当前没有正被用作书写器具并且所述笔可以进入非书写（多个）用户接口模式中。
318.图18c图示手动的（多个）用户模式选择。可以基于扭转笔1500外壳的区段1824、点
击端部按钮1828、按压快速启动按钮1522、与触摸传感器1520交互、在压力监视系统处检测预定的动作（例如，点击）、检测姿势（例如，由imu检测）等来选择（多个）用户接口模式。手动模式选择可以涉及选择与笔1500相关联的gui中的项（例如，呈现在hwc 102的显示器中的图像）。
319.在实施例中，在模式将要改变的情况下可以向用户呈现确认选择。呈现可以是物理的（例如，在笔1500中的振动）、通过gui的、通过光指示器的，等等。
320.图19图示一对笔使用场景1900和1901。存在许多使用场景，并且为了读者的进一步理解，我们已经结合图19作为图示使用场景的方式来呈现一对使用场景。照此，使用场景应该被认为是说明性且非限制性的。
321.使用场景1900是书写场景，其中笔1500被用作书写器具。在这个示例中，快速启动按钮122a被按压以启动hwc 102显示器1904的gui 1908中的便签应用1910。一旦快速启动按钮122a被按下，hwc 102就启动便签程序1910并且将笔投入书写模式。用户使用笔1500来在书写表面上刻绘（scribe）符号1902，所述笔记录所述刻绘并且将所述刻绘发送到hwc 102，其中表示刻绘的符号被显示1912在便签应用1910之内。
322.使用场景1901是姿势场景，其中笔1500被用作姿势捕获和命令设备。在这个示例中，快速启动按钮122b被激活并且笔1500激活识别笔模式，以使得在hwc 102上启动的应用能够被控制。此处，用户看见hwc 102的（多个）显示器中的应用选择器1918，其中不同软件应用能够由用户选择。用户用笔做姿势（例如，滑动、旋转、转动等）来使应用选择器1918从应用到应用进行移动。一旦在选择器1918中识别（例如，加亮）正确的应用，用户就可以做姿势或者点击或者以其他方式与笔1500交互，以使得所识别的应用被选择并且启动。一旦应用被启动，识别笔模式就可以例如被用于滚动、旋转、改变应用、选择项、发起过程等。
323.在实施例中，快速启动按钮122a可以被激活并且hwc 102可以启动应用选择器以向用户呈现应用集合。例如，快速启动按钮可以启动选择器以示出可用于选择的所有通信程序（例如，sms、twitter、instagram、facebook、电子邮件等），以使得用户能够选择用户想要的程序并且然后进入书写模式。作为进一步的示例，启动器可以提出对于在给定时间被相关或归类为通常被选择的各种其他群组的选择（例如，microsoft office产品、通信产品、生产力产品、便签产品、组织产品，等等）。
324.图20图示本发明的又一个实施例。图20图示手表带夹式控制器2000。手表带夹式控制器可以是用于控制hwc 102或hwc系统100中的设备的控制器。手表带夹式控制器2000具有紧固件2018（例如，可旋转夹子），其在机械上被适配成附接到手表带，如以2004所图示的。
325.手表带控制器2000可以具有（例如，用来启动如在本文中描述的应用和选择器的）快速启动接口2008、（例如，将被用作用于hwc 102显示器中的gui控制的触摸式鼠标的）触摸板2014以及显示器2012。夹子2018可以被适配成适合各种各样的手表带，因此它能够为了它的功能而与独立选择的手表相结合地使用。在实施例中，夹子是可旋转的以使得用户能够以期望的方式对其定位。在实施例中，夹子可以是柔性条带。在实施例中，柔性条带可以被适配成被伸展以附接到手、手腕、手指、设备、武器等等。
326.在实施例中，手表带控制器可以被配置为可移除且可替换的手表带。例如，控制器可以以某一宽度、区段间隔等被结合到带中，以使得手表带与它的被结合的控制器一起能
够被附接到手表主体。在实施例中，附接可以被机械地适配成用销进行附接，手表带在所述销上旋转。在实施例中，手表带控制器可以被电连接到手表和/或手表主体，以使得手表、手表主体和/或手表带控制器能够在它们之间传送数据。
327.手表带控制器可以具有（例如，通过imu、加速度计、磁力计、陀螺仪等进行的）3轴运动监视以捕获用户运动。用户运动然后可以被解译以用于姿势控制。
328.在实施例中，手表带控制器可以包括健身（fitness）传感器和健身计算机。传感器可以追踪心率、燃烧的卡路里、步幅、所覆盖的距离等。数据然后可以与性能目标和/或标准相比较以用于用户反馈。
329.本发明的另一个方面涉及视觉显示技术，所述视觉显示技术涉及微多普勒（“md”）目标追踪特征（“md特征”）。md是使用一系列角度依赖的电磁脉冲的雷达技术，所述角度依赖的电磁脉冲被广播到环境中并且返回脉冲被捕获。在广播脉冲与返回脉冲之间的改变指示在环境中的对象或目标的形状、距离和角度位置中的改变。这些改变提供能够用于通过md特征追踪目标并且识别目标的信号。每个目标或目标类型具有唯一的md特征。在雷达样式中的移位能够基于md技术在时域和频域中被分析以得出关于下述的信息：存在的目标的类型（例如，人是否存在）、目标的运动和目标的相对角度位置以及到目标的距离。通过选择用于md脉冲的相对于环境中的已知对象的频率，脉冲能够穿透已知对象以使关于目标的信息能够被收集，即使是当目标被已知对象在视觉上阻挡的时候。例如，能够使用将穿透混凝土建筑以使人能够在建筑内被识别的脉冲频率。多个脉冲频率也能够用于md雷达中以使关于环境中的对象的不同类型的信息能够被收集。此外，md雷达信息能够与其他信息（诸如环境的所捕获的图像或距离测量）相组合，其被共同分析以提供改进的对象识别和改进的目标识别和追踪。在实施例中，分析能够对hwc执行或者信息能够被传输到远程网络以用于分析，并且结果被传输回到hwc。能够由激光测距、结构化光照、立体深度地图或声纳测量来提供距离测量。能够使用一个或多个相机来捕获环境的图像，所述一个或多个相机能够从可见光、紫外光或红外光捕获图像。md雷达能够被附接到hwc、邻近定位（例如，在车辆中）以及与hwc无线关联或者被远程定位。地图或其他先前确定的关于环境的信息也能够用于分析md雷达信息。本发明的实施例涉及以有用的方式使md特征可视化。
330.图21图示了从佩戴者的视角的hwc 102的fov 2102。如在本文中在别处描述的那样，佩戴者具有透视fov 2102，其中佩戴者观看邻近的周围事物，诸如在图21中图示的建筑。如在本文中在别处描述的那样，佩戴者还能够看见fov 2102的部分之内呈现的所显示的数字内容。在图21中图示的实施例正指示佩戴者能够看见建筑以及环境中的其他周围元素和表示由区域中的不同人正射击的子弹的轨迹或行进路径的数字内容。通过fov 2102的透明性观看周围事物。经由数字计算机显示器呈现轨迹，如在本文中在别处描述的那样。在实施例中，呈现的轨迹基于被实时收集并且传送给hwc的md特征。md雷达其本身可以在hwc 102的佩戴者上或者在所述佩戴者附近，或者它可以远离佩戴者定位。在实施例中，md雷达扫描区域、追踪并识别目标（诸如子弹），并且基于位置将轨迹传送给hwc 102。
331.在图21中图示的实施例中存在被呈现给佩戴者的若干个轨迹2108和2104。从md雷达传送的轨迹可以与gps位置相关联，并且gps位置可以与环境中的对象（诸如人、建筑、车辆等）相关联，在纬度和经度视角以及海拔视角这两方面中均关联。位置可以被用作针对hwc的标记以使得如在fov中呈现的轨迹能够被关联或者被固定在相对于标记的空间中。例
如，如果友军射击轨迹2108由md雷达确定为已经源自于在左侧的建筑的右上窗户，如在图21中图示的那样，则虚拟的标记可以被设置在窗户上或者在窗户附近。当hwc例如通过它的相机或其他传感器观看建筑的窗户时，轨迹可以然后用窗户上的虚拟标记进行虚拟锚定（anchor）。相似地，标记可以被设置在友军射击轨迹2108的终止位置或其他飞行位置（诸如在右侧的中心建筑的左上窗户）附近，如在图21中图示的那样。这个技术在空间中固定轨迹，以使得轨迹看起来被固定到独立于佩戴者正在观看的地方的环境位置。因此，例如当佩戴者的头部转动时，轨迹看起来被固定到所标记的位置。
332.在实施例中，可以获知某些用户位置并且因此将其在fov中识别。例如，友军射击轨迹2108的射手可以来自已知友军战士并且照此他的位置可以被获知。位置可以基于他的gps位置而获知，所述gps位置基于他身上的移动通信系统，诸如另一个hwc 102。在其他实施例中，友军战士可以由另一个友军来标记。例如，如果通过视觉接触或所传送的信息获知环境中的友军位置，则hwc 102的佩戴者可以使用姿势或者外部用户接口104来标记位置。如果获知友军战士位置，则友军射击轨迹2108的起源位置可以被颜色编码或者以其他方式与所显示的数字内容上的未识别的轨迹进行区分。相似地，敌军射击轨迹2104可以被颜色编码或者以其他方式在所显示的数字内容上进行区分。在实施例中，在所显示的数字内容上可以存在附加的被区分的外观以用于未知的轨迹。
333.除了在情景上关联的轨迹外观，轨迹颜色或外观可以从起源位置到终止位置而不同。这个路径外观改变可以基于md特征。md特征可以指示例如子弹正在随着它传播而变慢，并且这个变慢样式可以在fov 2102中被反映为颜色或样式改变。这能够创建射手位于何处的直观了解。例如，起源颜色可以是指示高速度的红色，并且它可以在轨迹的路线上改变为指示变慢轨迹的黄色。这个样式改变还可以对于友军、敌军和未知战士而是不同的。例如，敌军对于友军轨迹可以变蓝至绿。
334.图21图示其中用户通过fov看见环境并且还可以看见经颜色编码的轨迹的实施例，所述经颜色编码的轨迹依赖于子弹速度和战士类型，其中轨迹被固定在独立于佩戴者的视角的环境位置中。其他信息（诸如距离、范围、范围环、当日的时间、日期、交战类型（例如，坚持、停止射击、后退等））也可以被显示在fov中。
335.本发明的另一个方面涉及md雷达技术和与其相关的可视化技术，所述md雷达技术穿过诸如墙壁的其他对象（一般被称为穿墙md）追踪和识别目标。图22图示根据本发明的原理的穿墙md可视化技术。如在本文中在别处描述的那样，扫描环境的md雷达可以是本地的或者远离hwc 102的佩戴者。md雷达可以识别可见的目标（例如，人）2204，并且然后在他走到墙壁后面2208时追踪目标。追踪可以然后被呈现给hwc 102的佩戴者，以使得反映（即使在墙壁后面的）目标和目标的移动的数字内容被呈现在hwc 102的fov 2202中。在实施例中，目标当在可见视野之外时可以在fov中由化身（avatar）来表示以给佩戴者提供表示目标的映像。
336.md目标辨别方法能够基于目标的振动或其他小的移动来识别目标的身份。这能够为目标提供个人特征。在人类的情况下，这可以导致先前已被表征的目标的个人识别。在身体之内的有氧运动（cardio）、心博、肺扩张以及其他小的移动对于人员可以是唯一的，并且如果那些属性被预先识别，则它们可以被实时匹配以在fov 2202中提供人员的个人识别。人员的md特征可以基于人员的位置来确定。例如，个人md特征属性的数据库可以包括针对
站立、坐下、躺下、跑步、走路、跳跃等的人员的md特征。当通过该领域中的md特征技术追踪目标时，这可以改进个人数据匹配的准确性。在个人化地识别人员的情况下，人员的身份的具体识别可以被呈现在fov 2202中。指示可以是颜色、形状、阴影、名字、人员的类型（例如，敌军、友军等）的指示等以给佩戴者提供关于正被追踪的人员的直观实时信息。这在其中在被追踪的人员的区域中存在多于一个人员的情景中可以是非常有用的。如果在区域中仅仅一个人员被个人化地识别，则所述人员或者所述人员的化身能够与所述区域中的其他人不同地被呈现。
337.图23图示md扫描的环境2300。md雷达可以扫描环境以试图识别环境中的对象。在这个实施例中，md扫描的环境展现两个车辆2302a和2302b、敌军战士2309、两个友军战士2308a和2308b以及射击轨迹2318。这些对象中的每个可以被个人化地识别或者被类型识别。例如，车辆2302a和2302b可以通过md特征被识别为坦克和重卡车。敌军战士2309可以被识别为一种类型（例如，敌军战士）或者被更加个人化地识别（例如，通过名字）。友军战士可以被识别为一种类型（例如，友军战士）或者被更加个人化地识别（例如，通过名字）。射击轨迹2318可以通过例如针对射弹的武器类型或射弹类型而被表征。
338.图23a图示根据本发明的原理的两个单独的hwc 102 fov显示技术。fov 2312图示其中md扫描的环境被呈现的地图视图2310。此处，佩戴者对按地图绘制的区域具有视角，因此他能够了解在所述区域中的所有被追踪的目标。这允许佩戴者在了解目标的情况下穿越所述区域。fov 2312图示用来给佩戴者提供接近于佩戴者的环境的增强现实式样视图的平视（head
‑
up）视图。
339.本发明的一个方面涉及外部光或杂散光的抑制。如在本文中在别处讨论的那样，眼睛辉光和面部辉光是从这样的光发展出来的两种这样的伪象。眼睛辉光和面部辉光能够由从光学器件模块逸出的图像光引起。当用户用hwc正观看明亮的显示图像时，逸出光则是可见的，特别是在黑暗环境中可见。通过hwc的前部逸出的光作为眼睛辉光是可见的，因为所述光在用户的眼睛的区域中是可见的。眼睛辉光能够以用户正在观看的显示图像的小版本的形式出现。从hwc的底部逸出的光照射到用户的脸上、脸颊上或者胸膛上，以使得用户的这些部分看起来放光。眼睛辉光和面部辉光两者都能够增加用户的可视性并且强调hwc的使用，这可能被用户负面地看待。照此，减少眼睛辉光和面部辉光是有利的。在战斗情景（例如，在本文中描述的md轨迹呈现场景）以及某些游戏情景中，外部光或杂散光的抑制是非常重要的。
340.涉及图6的公开示出了一个示例，其中图像光的部分穿过组合器602以使得所述光照射到用户的脸上，由此照明用户的脸的一部分，这在本文中一般被称为面部辉光。由照明用户的脸的来自hwc的光的任何部分引起面部辉光。
341.针对面部辉光的光源的示例可以来自与入射到组合器602上的图像光相关联的宽锥体角度光。其中组合器可以包括全息反射镜或陷波反射镜，其中高反射性的窄带被匹配于由光源产生的光的波长。与图像光相关联的宽锥体角度与由hwc提供的视场对应。典型地，全息反射镜和陷波反射镜的反射性随着入射光的锥体角度被增加到8度以上而被减少。作为结果，对于30度的视场，大部分的图像光能够穿过组合器并且引起面部辉光。
342.图24示出针对面部辉光的光的光阱2410的图示。在这个实施例中，hwc的外部屏蔽透镜的延伸在一定区域中被涂覆有光吸收材料，在所述区域中造成面部辉光的会聚光在光
阱2410中被吸收。光吸收材料可以是黑色的，或者它可以是被设计成仅吸收由hwc中的（多个）光源提供的特定波长的光的滤光器。此外，光阱2410的表面可以是有纹理的或者纤维性的以进一步改善所述吸收。
343.图25图示针对包括用来阻挡面部辉光的光的外部吸收性偏振器2520的hwc的光学系统。在这个实施例中，图像光被偏振，并且作为结果，造成面部辉光的光被相似地被偏振。吸收性偏振器关于透射轴来取向，以使得面部辉光的光被吸收并且不被透射。在这个情况下，在hwc中的成像系统的剩余部分可以不需要偏振的图像光并且图像光可以在组合器之前的任何点处被偏振。在实施例中，吸收性偏振器2520的透射轴被垂直取向，以使得来自水的外部眩光（s偏振光）被吸收，并且相应地，图像光的偏振被选择为水平（s偏振）。因此，穿过组合器602并且然后入射到吸收性偏振器2520上的图像光被吸收。在图25中，吸收性偏振器2520被示出在屏蔽透镜外侧，替代地，所述吸收性偏振器2520可以被定位在屏蔽透镜内侧。
344.图26图示针对包括具有吸收性陷波滤光器2620的膜的hwc的光学系统。在这个情况下，吸收性陷波滤光器吸收窄带光，其被选择以匹配由光学系统的光源提供的光。作为结果，吸收性陷波滤光器相对于面部辉光的光是不透明的并且对于包括在可见光谱中的波长的其余部分是透明的，以使得用户具有对周围环境的清楚视图。适于这种方案的三元陷波滤光器从渥太华的益瑞电光谱技术公司可得到（iridian spectral technologies，ottawa），on：http://www.ilphotonics.com/cdv2/iridian
‑
interference filters/new filters/triple notch filter.pdf。
345.在实施例中，组合器602可以包括陷波反射镜涂层来反射在图像光中的波长的光，并且陷波滤光器2620能够与由光源提供的波长的光以及由陷波反射镜提供的高反射性的窄带相对应地来选择。以这种方式，未被陷波反射镜反射的图像光由陷波滤光器2620吸收。在本发明的实施例中，光源能够提供一种窄带光以用于单色成像或者提供三种窄带光以用于全色成像。陷波反射镜以及相关联的陷波滤光器将然后各自分别提供高反射性和吸收的一种窄带或三种窄带。
346.图27包括用来阻挡面部辉光的光的微百叶窗式膜2750。微百叶窗式膜由3m销售为例如alcf
‑
p，并且典型地用作针对计算机的隐私滤光器。参见http://multimedia.3m.com/mws/mediawebservermwsid=sssssuh8gc7nzxtuoyxlyeevuqel7z hvtsevtsessssss
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&fn=alcf
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p abr2 control film ds.pdf。微百叶窗式膜在某一窄角度之内透射光（例如，法线的30度并且吸收超过法线的30度的光）。在图27中，微百叶窗式膜2750被定位为使得面部辉光的光2758离法线超过30度入射到微百叶窗式膜2750，而透视光2755在法线的30度之内入射到微百叶窗式膜2750。照此，面部辉光的光2758由微百叶窗式膜吸收，并且透视光2755被透射以使得用户具有周围环境的明亮的透视视图。
347.我们现在转回到眼睛成像技术的描述。本发明的各方面涉及对佩戴hwc 102的人员的眼睛成像的各种方法。在实施例中，以下详细描述的用于使用涉及“关闭”状态和“无电”状态的光学路径对眼睛成像的技术被描述。在实施例中，用于用不涉及反射眼睛图像离开dlp反射镜的光学配置来对眼睛成像的技术被描述。在实施例中，非结构化的光、结构化的光、或者受控光照条件被用于基于从佩戴者的眼睛前部反射离开的光来预测眼睛的位置。在实施例中，呈现的数字内容图像的反射在它从佩戴者的眼睛反射离开时被捕获，并且
反射的图像可以被处理以确定所呈现的图像的质量（例如，锐度）。在实施例中，图像然后可以被调整（例如，被不同地聚焦）以基于图像反射提高所呈现的图像的质量。
348.图28a、28b和28c示出dlp反射镜的各种位置的图示。图28a示出处于“开启”状态2815中的dlp反射镜。在反射镜处于“开启”状态2815的情况下，照明光2810沿着延伸到下部光学模块204中的光轴2820被反射。图28b示出处于“关闭”状态2825中的dlp反射镜。在反射镜处于“关闭”状态2825的情况下，照明光2810沿着基本上在光轴2820的侧面的光轴2830被反射，以使得“关闭”状态光朝向如已在本文中在别处描述的暗光阱被引导。图28c示出处于第三位置中的dlp反射镜，这在没有电力被施加到dlp的时候发生。这个“无电”状态与“开启”和“关闭”状态不同之处在于反射镜边缘不与衬底接触并且照此被较不精确地定位。图28c示出处于“无电”状态2835中的所有dlp反射镜。“无电”状态通过针对dlp反射镜的“开启”接触和“关闭”接触同时地将电压设置为零，作为结果，反射镜返回到无应力位置，在那里dlp反射镜处于dlp平台的平面中，如在图28c中示出的那样。尽管通常不进行，但是也可能将“无电”状态应用到各个dlp反射镜。当dlp反射镜处于“无电”状态时，它们不贡献图像内容。而是，如在图28c中示出的那样，当dlp反射镜处于“无电”状态时，照明光2810沿着在分别与“开启”和“关闭”状态相关联的光轴2820与2830之间的光轴2840被反射，并且照此这种光不作为明像素或暗像素而贡献于所显示的图像。然而这种光能够向下部光学模块204中贡献散射的光，并且作为结果，所显示的图像对比度能够被减少或者减损图像内容的伪象能够被创建在图像中。因此，在实施例中一般期望的是，将与“无电”状态相关联的时间限制为当图像不被显示的时间，或者减少与具有处于“无电”状态中的dlp反射镜相关联的时间，以使得散射的光的影响被减少。
349.图29示出本发明的实施例，其能够用于向hwc 102的佩戴者显示数字内容图像并且捕获佩戴者的眼睛的图像。在这个实施例中，来自眼睛2971的光往回穿过下部模块204中的光学器件模块、固体矫正楔形物2966，光中的至少一部分穿过部分反射层2960、固体照明楔形物2964并且被dlp 2955上的处于“无电”状态的多个dlp反射镜所反射。反射的光然后往回穿过照明楔形物2964并且光中的至少一部分被部分反射层2960所反射并且光被相机2980所捕获。
350.为了比较，来自光源2958的照明光线2973也被示为正被部分反射层2960所反射。其中照明光2973的角度是这样的：其使得dlp反射镜当处于“开启”状态时反射照明光2973以形成图像光2969，该图像光2969基本上共享与来自佩戴者的眼睛2971的光相同的光轴。以这种方式，佩戴者的眼睛的图像在与针对所显示的图像内容的视场交叠的视场中被捕获。相比之下，被处于“关闭”状态的dlp反射镜反射的光形成暗光2975，其基本上被引导到图像光2969和来自眼睛2971的光的侧面。暗光2975朝向光阱2962被引导，所述光阱2962吸收暗光以改善所显示的图像的对比度，如以上在本说明书中已描述的那样。
351.在实施例中，部分反射层2960是反射偏振器。从眼睛2971反射的光然后能够在入射矫正楔形物2966之前，以使从眼睛2971反射的光能够基本上被反射偏振器透射的相对于反射偏振器的偏振取向来被偏振（例如，利用在上部模块202与下部模块204之间的吸收性偏振器）。四分之一波延迟器层2957然后邻近于dlp 2955而被包括（如先前在图3b中公开的那样），以使得从眼睛2971反射的光在被处于“无电”状态的多个dlp反射镜反射之前穿过四分之一波延迟器层2957一次，并且然后在被反射之后第二次穿过。通过穿过四分之一波延
迟器层2957两次，来自眼睛2971的光的偏振状态被反转，使得当它入射在反射偏振器上时，来自眼睛2971的光然后基本上朝向相机2980被反射。通过使用部分反射层2960（其是反射偏振器）并且使来自眼睛2971的光在入射矫正楔形物2964之前偏振，减少了由部分反射层2960引起的损耗。
352.图28c示出其中dlp反射镜同时处于“无电”状态的情况，这个操作模式在hwc 102被第一次戴到佩戴者的头部上时能够是特别有用的。当hwc 102第一次被戴到佩戴者的头部上时，还没必要显示图像。作为结果，dlp能够对于所有dlp反射镜都处于“无电”状态并且佩戴者的眼睛的图像能够被捕获。然后能够使用虹膜识别技术或者其他眼睛样式识别技术将佩戴者的眼睛的所捕获的图像与数据库进行比较以确定例如佩戴者的身份。
353.在由图29图示的进一步的实施例中，所有dlp反射镜在帧时间的一部分（例如，针对所显示的数字内容图像的帧时间的50%）内被投入“无电”状态并且眼睛图像的捕获被同步为在相同时间发生并且在相同的持续时间内发生。通过减少处于“无电”状态的dlp反射镜的时间，其中光被正处于“无电”状态的dlp反射镜散射的时间被减少，以使得佩戴者不感知所显示的图像质量中的改变。这是可能的，因为dlp反射镜具有微秒量级的响应时间，而针对所显示的图像的典型的帧时间是大约0.016秒。这种捕获佩戴者的眼睛的图像的方法能够被周期地使用以捕获佩戴者的眼睛的重复图像。例如，眼睛图像能够在每10个显示给佩戴者的帧的帧时间的50%内被捕获。在另一个示例中，眼睛图像能够在每个显示给佩戴者的帧的帧时间的10%内被捕获。
354.替代地，“无电”状态能够被应用到dlp反射镜的子集（例如，dlp反射镜的10%），而另一个子集忙于生成用于内容将被显示的内容的图像光。这能够实现在向佩戴者显示数字内容期间捕获（多个）眼睛图像。用于眼睛成像的dlp反射镜例如能够跨越dlp的区域随机分布，以使对正被显示给佩戴者的数字内容的质量的影响最小化。例如，为了改善由佩戴者感知的所显示的图像，进入“无电”状态以用于捕获每个眼睛图像的各个dlp反射镜能够诸如以随机样式随时间变化。在又一个实施例中，进入“无电”状态以用于眼睛成像的dlp反射镜可以以使得“无电”反射镜从需要更少分辨率的图像的部分被取走这样的方式与数字内容协调。
355.在如在图9和29中图示的本发明的实施例中，在两种情况下由dlp反射镜提供的反射表面没有保留来自佩戴者的眼睛的光的波前，以使得眼睛的所捕获的图像的图像质量在某种程度上被限制。在某些实施例中这可能仍然是有用的，但是它在某种程度上被限制。这是由于dlp反射镜没有被约束为处于相同平面上。在图9中图示的实施例中，dlp反射镜被倾斜以使得它们形成共享公共平面的dlp反射镜的行。在图29中图示的实施例中，各个dlp反射镜没有被准确地定位成处于相同的平面中，因为它们不与衬底接触。与图29相关联的实施例的优点的示例是：第一，相机2980能够被定位在dlp 2955与照明光源2958之间以提供更紧凑的上部模块202。第二，从眼睛2971反射的光的偏振状态能够与图像光2969的偏振状态相同，以使得图像光和从眼睛反射的光的光学路径在下部模块204中能够是相同的。
356.图30示出用于向佩戴者显示图像并且同时捕获佩戴者的眼睛的图像的实施例的图示，其中来自眼睛2971的光被部分反射层2960朝向相机3080反射。部分反射层2960能够是光学平坦的层，使得来自眼睛2971的光的波前被保留，并且作为结果，能够捕获佩戴者眼睛的更高质量图像。此外，由于在针对来自眼睛2971的光的光学路径中不包括dlp 2955，并
且在图30中示出的眼睛成像过程不干扰所显示的图像，所以能够独立地（例如，在独立于用于图像光的时序、对分辨率的影响或像素计数的情况下）从所显示的图像捕获佩戴者的眼睛的图像。
357.在图30中图示的实施例中，部分反射层2960是反射偏振器，照明光2973被偏振，来自眼睛2971的光被偏振并且相机3080位于偏振器3085后面。照明光2973的偏振轴和来自眼睛的光的偏振轴与反射偏振器的透射轴垂直地取向，以使得它们都基本上被反射偏振器反射。照明光2973在被dlp 2955中的dlp反射镜反射之前穿过四分之一波层2957。反射的光穿过四分之一波层2957，以使得图像光2969和暗光2975的偏振状态与照明光2973相比较被反转。照此，图像光2969和暗光2975基本上被反射偏振器透射。其中处于“开启”状态的dlp反射镜沿着延伸到下部光学模块204中的光轴提供图像光2969，以向佩戴者显示图像。在相同时间，处于“关闭”状态的dlp反射镜沿着延伸到上部光学器件模块202的侧面的光轴提供暗光2975。在其中暗光2975入射在上部光学器件模块202的侧面上的矫正楔形物2966的区域中，吸收性偏振器3085被定位，其中它的透射轴与暗光的偏振轴垂直并且与来自眼睛的光的偏振轴平行，以使得暗光2975被吸收并且来自眼睛2971的光被透射到相机3080。
358.图31示出用于显示图像并且同时捕获佩戴者的眼睛的图像的系统的另一个实施例的图示，其与在图30中示出的图示相似。在图31中示出的系统中的差别在于来自眼睛2971的光在被相机3180捕获之前经受多次反射。为了能够实现多次反射，反射镜3187被提供在吸收性偏振器3185后面。因此，来自眼睛2971的光在关于偏振轴入射矫正楔形物2966之前被偏振，所述偏振轴与包括部分反射层2960的反射偏振器的透射轴垂直。以这种方式，来自眼睛2971的光在被相机3180捕获之前被反射偏振器第一次反射，被反射镜3187第二次反射并且被反射偏振器第三次反射。虽然来自眼睛2971的光穿过吸收性偏振器3185两次，由于来自眼睛2971的光的偏振轴平行于来自眼睛2971的光的偏振轴进行取向，它基本上被吸收性偏振器3185透射。与结合图30描述的系统一样，在图31中示出的系统包括光学平坦的部分反射层2960，其保留来自眼睛2971的光的波前，以便能够捕获佩戴者的眼睛的更高质量图像。而且，由于在针对从眼睛2971反射的光的光学路径中不包括dlp 2955，并且在图31中示出的眼睛成像过程不干扰显示的图像，所以能够独立地从所显示的图像捕获佩戴者的眼睛的图像。
359.图32示出用于显示图像并且同时捕获佩戴者的眼睛的图像的包括分束板3212的系统的图示，所述分束板3212包括被保持在光源2958、dlp 2955和相机3280之间的空气中的反射偏振器。照明光2973和来自眼睛2971的光二者都关于与反射偏振器的透射轴垂直的偏振轴被偏振。作为结果，照明光2973和来自眼睛2971的光两者基本上被反射偏振器反射。照明光2873朝向dlp 2955被反射偏振器反射，并且取决于各个dlp反射镜分别处于“开启”状态还是“关闭”状态而将照明光2873分成图像光2969和暗光3275。通过穿过四分之一波层2957两次，照明光2973的偏振状态与图像光2969和暗光3275的偏振状态相比被反转。作为结果，图像光2969和暗光3275然后基本上被反射偏振器透射。在分束板3212侧面处的吸收性偏振器3285具有与暗光3275的偏振轴垂直并且与来自眼睛2971的光的偏振轴平行的透射轴，以使得暗光3275被吸收并且来自眼睛2971的光被透射到相机3280。如在图30示出的系统中，在图31中示出的系统包括光学平坦的分束板3212，其保留来自眼睛2971的光的波前，以便能够捕获佩戴者的眼睛的更高质量图像。而且，由于在针对来自眼睛2971的光的光
学路径中不包括dlp 2955，并且在图31中示出的眼睛成像过程不干扰所显示的图像，所以能够独立地从所显示的图像捕获佩戴者的眼睛的图像。
360.其中来自眼睛2971的光的偏振状态需要与图像光2969的偏振状态相反的眼睛成像系统（如在图30、31和32中示出的那样）需要与包括将反射两种偏振状态的组合器的下部模块一起使用。照此，这些上部模块202最佳地适合供包括组合器（其是反射性的，而与偏振状态无关）的下部模块204使用，这些下部模块的示例在图6、8a、8b、8c和24
‑
27中示出。
361.在图33中示出的又一个实施例中，分束板3222由在面向照明光2973的侧面上的反射偏振器和在面向来自眼睛3271的光和相机3280的侧面上的短通分色镜组成。吸收表面3295被提供以俘获暗光3275并且相机3280被定位在吸收表面3295的开口中。以这种方式，能够使图32的系统在来自眼睛3271的非偏振的光的情况下起作用。
362.在涉及捕获佩戴者的眼睛的图像的实施例中，用来对佩戴者的眼睛进行照明的光能够由若干个不同的源提供，所述源包括：来自所显示的图像的光（即，图像光）；穿过组合器或者其他光学器件的来自环境的光；由专用眼睛光提供的光等。图34和34a示出专用眼睛照明光3420的图示。图34示出来自侧视图的图示，其中专用照明眼睛光3420被定位在组合器3410的角落处，以使得它不干扰图像光3415。当佩戴者正观看由图像光3415提供的显示图像时，专用眼睛照明光3420被指向为使得眼睛照明光3425对眼睛3430所位于的眼睛框3427进行照明。图34a示出来自佩戴者的眼睛的视角的图示，以示出如何将专用眼睛照明光3420定位在组合器3410的角落处。虽然专用眼睛照明光3420在组合器3410的左上角处被示出，但是沿着组合器3410的边缘中的一个的其他位置或者其他光学部件或机械部件也是可能的。在其他实施例中，能够使用具有不同位置的多于一个专用眼睛光3420。在实施例中，专用眼睛光3420是红外光，其是佩戴者不可见的（例如800 nm），以使得眼睛照明光3425不干扰由佩戴者感知的显示图像。
363.图35示出所捕获的眼睛图像的一系列图示，所捕获的眼睛图像示出由专用眼睛光产生的眼睛闪光（即，从眼睛的前方反射离开的光）。在本发明的这个实施例中，佩戴者的眼睛的所捕获的图像被分析以确定眼睛的虹膜3550、瞳孔、或其他部分以及眼睛闪光3560的相对位置。眼睛闪光是当使用专用光时专用眼睛光3420的反射图像。图35图示针对各种眼睛位置的眼睛闪光3560和虹膜3550的相对位置。通过与人类眼睛基本上是球形的或者至少是可靠的可重复形状的事实相结合地在固定位置中提供专用眼睛光3420，在显示图像之内或者在周围环境的透视视图之内，眼睛闪光提供固定的参考点，虹膜的所确定的位置能够与所述固定的参考相比较以确定佩戴者正在观看哪里。通过将专用眼睛光3420定位在组合器3410的角落处，眼睛闪光3560远离虹膜3550被形成在所捕获的图像中。作为结果，能够在分析所捕获的图像期间更容易并且更准确地确定虹膜和眼睛闪光的位置，因为它们彼此不干扰。在进一步的实施例中，组合器包括相关联的截止滤光器，其防止来自环境的红外光入射hwc并且相机是红外相机，以使得眼睛闪光仅由来自专用眼睛光的光提供。例如，组合器能够包括使可见光穿过同时吸收红外光的低通滤光器，并且相机能够包括吸收可见光同时使红外光通过的高通滤光器。
364.在眼睛成像系统的实施例中，用于相机的透镜被设计成考虑到与上部模块202和下部模块204相关联的光学器件。这通过将相机设计为包括上部模块202中的光学器件以及下部模块204中的光学器件来实现，以便在相机中的图像传感器处产生佩戴者的眼睛的高
mtf图像。在又一实施例中，相机透镜被提供有大景深以消除对于以下的需求：使相机聚焦以能够实现要捕获的眼睛的锐利图像。其中大景深通常由高f/#透镜（例如，f/#>5）来提供。在这种情况下，通过包括专用眼睛光来补偿与高f/#透镜相关联的减少的光收集，以能够实现要捕获的眼睛的明亮图像。进一步地，专用眼睛光的亮度能够被调制并且与眼睛图像的捕获同步，以使得专用眼睛光具有减少的占空比并且减少佩戴者的眼睛上的红外光的亮度。
365.在进一步的实施例中，图36a示出被用于识别hwc的佩戴者的眼睛图像的图示。在这种情况下，针对可识别的特征的样式3612捕获并且分析佩戴者的眼睛3611的图像。然后将所述样式与眼睛图像的数据库相比较以确定佩戴者的身份。在已核实佩戴者的身份之后，能够与确定的佩戴者身份相一致来调整和控制hwc的操作模式和要显示的图像、应用以及信息的类型。根据佩戴者被确定为是否是谁来对操作模式的调整示例包括：使不同的操作模式或特征集合可用、关机或发送消息给外部网络、允许运行来客（guest）特征和应用，等等。
366.在使用眼睛成像的另一个实施例的图示中，其中基于由来自佩戴者的眼睛表面的显示图像的反射所产生的眼睛闪光来确定显示图像的锐度。通过捕获佩戴者的眼睛3611的图像，眼睛闪光3622（其是显示图像的小版本）能够针对锐度而被捕获和分析。如果显示图像被确定为不是锐利的，则对于hwc光学器件的聚焦的自动调整能够被执行以改进锐度。在佩戴者的眼睛的表面处执行显示图像的锐度的测量的这种能力能够提供非常准确的图像质量的测量。具有测量并自动调整显示图像的聚焦的能力在增强现实成像方面是非常有用的，其中显示图像的聚焦距离能够响应于环境中的改变或由佩戴者使用的方法中的改变而变化。
367.本发明的一个方面涉及通过解译眼睛映像来控制hwc 102。在实施例中，眼睛成像技术（诸如在本文中描述的那些）被用于捕获眼睛图像或眼睛图像的系列以用于处理。（多个）图像可以被处理以确定用户意图的动作、hwc预定的反应或其他动作。例如，映像可以被解译为针对在hwc 102上的应用的肯定的用户控制动作。或者，映像可以例如导致hwc 102以预定的方式反应以使得hwc 102一直安全地、直观地等等进行操作。
368.图37图示眼睛映像过程，其涉及对hwc 102佩戴者的（多个）眼睛成像并且（例如，通过如在本文中描述的眼睛成像技术）处理图像以确定眼睛相对于它的中性位置或前向观看位置和/或fov 3708处于什么位置3702。该过程可以涉及校准步骤，其中用户通过在hwc 102的fov中提供的指导而被命令在某些方向上观看，以使得能够进行眼睛位置相对于fov的区域的更准确的预测。如果佩戴者的眼睛被确定为朝向fov 3708的右侧观看（如在图37中所图示的那样，用户正在从纸向外观看），则虚拟目标线可以被建立以投射佩戴者可能正在朝向环境中的什么观看或者正在观看环境中的什么。虚拟目标线可以与由hwc 102上的相机捕获的图像结合使用，所述相机对在佩戴者前方的周围环境进行成像。在实施例中，捕获周围环境的相机的视场匹配或者能够被（例如，数字地）匹配到fov 3708，以使得进行比较更加清楚。例如，在相机以匹配fov 3708的角度捕获周围事物的图像的情况下，能够通过投射什么周围环境对象与虚拟目标线对准来（例如，取决于相机图像能力和/或图像的处理而以2d或3d）处理虚拟线。如果沿着虚拟目标线存在多个对象，则可以对应于对象中的每个建立焦平面，以使得数字内容可以被放置在与虚拟目标线对准并且落在感兴趣的对象的焦
平面处的fov 3708中的区域中。用户然后当他聚焦在处于相同焦平面的环境中的对象上时可以看见数字内容。在实施例中，通过与周围事物的映射信息相比较可以建立与虚拟目标线成一线的对象。
369.在实施例中，与虚拟目标线成一线的数字内容可以不被显示在fov中，直到眼睛位置处于正确的位置。这可以是预定的过程。例如，系统可以被设立为使得数字内容的特定段（例如，广告、指导信息、对象信息等）将出现在佩戴者观看环境中的（某些）某个对象的情况下。可以开发将佩戴者的眼睛与环境中的（多个）对象（例如，建筑、建筑的部分、建筑上的标记、gps位置等）虚拟地连接的（多个）虚拟目标线，并且虚拟目标线可以取决于（例如，如通过gps、电子罗盘、imu等确定的）佩戴者的位置和观看方向以及对象的位置而被连续地更新。当虚拟目标线暗示佩戴者的瞳孔基本上与虚拟目标线对准或者将要与虚拟目标线对准时，数字内容可以被显示在fov 3704中。
370.在实施例中，花费在沿着虚拟目标线和/或fov 3708的特别部分观看的时间可以指示佩戴者对环境中的对象和/或正被显示的数字内容感兴趣。如果花费在一个方向上观看的预定时间段的时间处没有显示数字内容，则可以在fov 3708的区域中呈现数字内容。花费在观看对象的时间可以被解译为例如用以显示关于所述对象的信息的命令。在其他实施例中，由于人员相对不活跃的指示，内容可以不涉及所述对象并且可以被呈现。在实施例中，数字内容可以接近于虚拟目标线来定位，但是不与其成一线，使得佩戴者的周围事物视图不被阻隔，但是信息能够增强佩戴者的周围事物视图。在实施例中，沿着在所显示的数字内容的方向上的目标线进行观看所花费的时间可以是对数字内容感兴趣的指示。这可以用作广告中的转换事件。例如，如果hwc 102的佩戴者观看所显示的广告达一定时间段，则广告商可以为广告投放支付更多。照此，在实施例中，通过将眼睛位置与内容投放、目标线或其他适当的位置相比较所评估的观看广告所花费的时间可以被用于确定用于呈现的转换率或其他补偿到期金额。
371.本发明的一个方面涉及当hwc 102的佩戴者明显想要清楚地观看周围环境时从hwc 102的fov移除内容。图38图示其中眼睛映像暗示眼睛已快速移动或者正在快速移动因此fov 3808中的数字内容3804从fov 3808被移除的情景。在这个示例中，佩戴者可以快速观看一侧，从而指示在环境中的该侧上存在某物，其已引起了佩戴者的注意。可以通过（例如，如在本文中描述的）眼睛成像技术捕获眼睛移动3802，并且如果移动匹配预定的移动（例如，速度、速率、样式等）则该内容可以视图移除。在实施例中，眼睛移动被用作一个输入并且由其他传感器（例如，在hwc中的imu）指示的hwc移动可以用作另一个指示。这些各种传感器移动可以一起使用以规划应该引起正在fov中显示的内容中的改变的事件。
372.本发明的另一个方面涉及基于佩戴者的眼睛会聚确定焦平面。眼睛一般轻微地会聚并且当人员非常靠近地聚焦在某物上时更多地会聚。这一般被称为会聚。在实施例中，会聚针对佩戴者而被校准。即，可以通过某种焦平面运动（exercise）指导佩戴者以确定佩戴者的眼睛在各种焦平面处以及以各种观看角度会聚多少。会聚信息可以然后被储存在数据库中用于以后参考。在实施例中，通用表格可以用在没有校准步骤或者人员跳过校准步骤的情况下。两只眼睛可以然后被周期性地成像以确定会聚，以便试图了解佩戴者聚焦在什么焦平面上。在实施例中，眼睛可以被成像以确定虚拟目标线并且然后眼睛的会聚可以被确定以建立佩戴者的聚焦，并且数字内容可以以此为基础而被显示或变更。
373.图39图示其中数字内容在fov 3908和3910中的一个或两个之内移动3902以与通过瞳孔移动3904所确定的眼睛的会聚对准的情景。在实施例中，通过移动数字内容来维持对准，内容的交叠性质被维持，因此对象对于佩戴者看来是适合的。这在其中显示3d内容的情景中能够是重要的。
374.本发明的一个方面涉及基于通过眼睛成像所检测的事件来控制hwc 102。佩戴者以某一样式移动他的眼睛、眨眼、闪烁等可以例如控制hwc 102的应用。（例如，如在本文中描述的）眼睛成像可以用于监视佩戴者的（多个）眼睛并且一旦检测到预定的样式则可以发动应用控制命令。
375.本发明的一个方面涉及通过监视佩戴者的（多个）眼睛来监视佩戴hwc 102的人员的健康。可以进行校准以便可以记录（document）佩戴者的眼睛在各种条件（例如，光照条件、图像光条件等）下的正常表现。佩戴者的眼睛可以然后针对它们的表现中的改变通过（例如，如在本中所描述的）眼睛成像被监视。在表现中的改变可以指示健康顾虑（例如，脑震荡、脑损伤、中风、失血等）。如果检测到指示改变或事件的数据，则可以将其从hwc 102传送。
376.本发明的一个方面涉及通过眼睛图像核实确定的计算机资产（例如，hwc自身和相关的计算机系统）的安全和访问。如在本文中在别处讨论的那样，眼睛映像可以与已知人员眼睛映像相比较以确认人员的身份。眼睛映像还可以用于在允许人员联系在一起或共享文件、流、信息等之前，确认佩戴hwc 102的人员的身份。
377.针对眼睛成像的各种使用情况基于在本文中描述的技术是可能的。本发明的一个方面涉及眼睛图像捕获的时序。眼睛图像的捕获的时序和眼睛的多个图像的捕获的频率能够根据针对从眼睛图像收集的信息的使用情况而变化。例如，捕获眼睛图像以识别hwc的用户可以仅当hwc已接通或者当hwc确定hwc已被戴到佩戴者的头部上时被需要以控制hwc以及显示给用户的相关联信息的安全。其中，hwc的耳角（earhorn）的位置（或hwc的其他部分）、应力、移动样式或取向能够用于确定人员已在使用hwc的意图的情况下将hwc戴到他们的头部上。可以监视那些相同的参数以力图了解何时将hwc从用户的头部卸下。这可以能够实现其中用于识别佩戴者的眼睛图像的捕获可以仅当识别佩戴状况中的改变时被完成的情景。在对比示例中，捕获眼睛图像以监视佩戴者的健康可能需要周期性地（例如，每几秒、每几钟、每几小时、每几天等）捕获图像。例如，当图像正被用于在检测的移动指示佩戴者正在锻炼时监视佩戴者的健康时可以按分钟间隔取得眼睛图像。在另外的对比示例中，捕获眼睛图像以针对长期效果监视佩戴者的健康仅需要按月捕获眼睛图像。本发明的实施例涉及与眼睛图像所关联于的所选择的使用场景相对应地选择捕获眼睛图像的速率和时序。这些选择可以自动完成，与其中移动指示锻炼的以上锻炼示例一样，或者这些选择可以手动设置。在进一步的实施例中，取决于hwc的操作的模式而自动调整眼睛图像捕获的速率和时序的选择。眼睛图像捕获的速率和时序的选择能够进一步与佩戴者所相关联于的输入特性（包括年龄和健康状况）或者佩戴者的感测的物理状况（包括心率、血液的化学组成和眼睛闪烁速率）相一致地选择。
378.图40图示其中基于佩戴者正在移动的速度定位呈现在透视的fov中的数字内容的实施例。当人员没有正在移动时，如由hwc 102中的（多个）传感器（例如，基于imu、gps的追踪等）所测量的那样，数字内容可以被呈现在静止人员内容位置4004处。内容位置4004被指
示为在透视的fov中间；然而这意在图示数字内容在一般期望知道佩戴者没有正在移动的地方被定位在透视的fov之内，并且照此佩戴者的周围透视视图能够在某种程度上被阻隔。因此，静止人员内容位置或中性位置可以不以透视的fov为中心；它可以被定位在透视fov中被视为期望的某处并且传感器反馈可以使数字内容从中性位置移位。针对快速移动的人员的数字内容的移动也在图40中示出，其中随着所述人员将他们的头部转向侧面，数字内容从透视fov移动到内容位置4008，并且然后随着人员将他们的头部转回而移动回来。对于缓慢移动的人员，头部移动可能更加复杂并且照此在透视fov外的数字内容的移动能够遵循下述路径：诸如由内容位置4010示出的路径。
379.在实施例中，评估佩戴者的移动的传感器可以是gps传感器、imu、加速度计等。内容位置可以随着前向运动增加而从中性位置移位到朝向视场的侧边缘的位置。内容位置可以随着前向运动增加而从中性位置移位到朝向视场的顶或底边缘的位置。内容位置可以基于评估的运动的阈值速度而移位。内容位置可以基于前向运动的速度而线性移位。内容位置可以基于前向运动的速度而非线性移位。内容位置可以移位到视场外。在实施例中，如果移动的速度超过预定阈值则不再显示内容并且一旦前向运动变慢就将再次显示内容。
380.在实施例中，内容位置一般可以被称为移位；应该理解的是术语移位涵盖这样的过程：其中在透视fov之内或者在fov外从一个位置到另一个位置的移动对于佩戴者是可见的（例如，内容看起来缓慢或快速移动并且用户感知移动本身），或者从一个位置到另一个位置的移动可以对于佩戴者不可见（例如，内容看起来以不连续的形式跳跃或者内容消失并且然后在新位置中重现）。
381.本发明的另一个方面涉及从视场移除内容或者将内容移位到视场之内的位置，这在传感器导致警报命令被发布时增加佩戴者的周围环境视图。在实施例中，警报可以是由于感测高于阈值的条件的传感器或传感器组合而引起的。例如，如果音频传感器检测某一音高（pitch）的响亮声音，则视场中的内容可以被移除或移位来为佩戴者提供周围环境的清楚视图。除了对内容的移位之外，在实施例中，内容为什么被移位的指示可以被呈现在视场中或者通过音频反馈提供给佩戴者。例如，如果一氧化碳传感器在区域中检测到高浓度，则视场中的内容可以被移位到视场的侧面或者从视场移除，并且在该区域中存在高浓度的一氧化碳的指示可以被提供给佩戴者。这个新信息当被呈现在视场中时可以根据佩戴者的移动速度而在视场之内或者视场外被相似地移位。
382.图41图示可以如何将内容从中性位置4104移位到警报位置4108。在这个实施例中，内容在透视fov 4102外被移位。在其他实施例中，内容可以如在本文中描述的那样被移位。
383.本发明的另一个方面涉及识别与hwc 102相关的各种矢量和朝向（heading）以及传感器输入，以确定如何将内容定位在视场中。在实施例中，佩戴者的移动速度被检测到并且用作针对内容位置的输入，并且根据所述速度，内容可以关于移动矢量或朝向（即，移动的方向）或者视野矢量或朝向（即，佩戴者的视野方向的方向）来定位。例如，如果佩戴者正非常快地移动，则内容可以关于移动矢量被定位在视场之内，因为佩戴者仅将周期地且在短时间段内朝着他自己的侧面观看。作为另一个示例，如果佩戴者正在缓慢移动，则内容可以关于视野朝向被定位，因为用户可能正更自由地将他的视图从一侧移位到另一侧。
384.图42图示其中移动矢量可以影响内容定位的两个示例。移动矢量a 4202比移动矢
量b 4210更短，从而指示与移动矢量a 4202相关联的人员的移动的前进速度和/或加速度比与移动矢量b 4210相关联的人员更低。每个人员也被指示为具有视野矢量或朝向4208和4212。视野矢量a 4208和b 4210从相对视角来看是相同的。在每个人员前方的黑色三角形内的白色区域指示每个人员可能花费多少时间在不与移动矢量成一线的方向上观看。离开角度a观看所花费的时间4204被指示为多于离开角度b观看花费的时间4214。这可能是因为移动矢量速度a低于移动矢量速度b。典型地，人员向前移动越快，则人员更倾向于在前进方向上观看。fov a 4218和b 4222图示可以如何根据移动矢量4202和4210和视野矢量4208和4212将内容对准。fov a 4218被图示为呈现与视野矢量成一线4220的内容。这可以由于移动矢量a 4202的较低速度而引起。这也可以由于离开角度a观看花费的更大时间量4204的预测而引起。fov b 4222被图示为呈现与移动矢量成一线4224的内容。这可以由于移动矢量b 4210的较高速度而引起。这也可以由于离开角度b观看花费的更短时间量4214的预测而引起。
385.本发明的另一个方面涉及减弱视场之内的内容位置改变的速率。如在图43中图示的那样，视野矢量可以经历快速改变4304。这个快速改变可以是孤立的事件或者它可以在当正发生其他视野矢量改变时的时间处或附近被做出。佩戴者的头部可以出于某种原因来回转动。在实施例中，视野矢量中的快速连续改变可以引起fov 4302之内的内容位置改变的减弱速率4308。例如，内容可以关于视野矢量定位，如在本文中描述的那样，并且在视野矢量中的快速改变通常可以引起快速的内容位置改变；然而，由于视野矢量正连续改变，所以关于视野矢量的位置改变的速率可以被减弱、变慢或停止。位置速率改变可以基于视野矢量的改变速率、视野矢量改变的平均值而被更改，或者以其他方式被更改。
386.本发明的另一个方面涉及将多于一个内容同时呈现在hwc 102的透视光学系统的视场中并且定位具有视野朝向的一个内容和具有移动朝向的一个内容。图44图示两个fov a 4414和b 4420，其分别对应于两个识别的视野矢量a 4402和b 4404。图44还图示在相对于视野矢量a 4402和b 4404的位置处在环境4408中的对象。当人员正在沿着视野矢量a 4402观看时，能够通过视场a 4414在位置4412处看到环境对象4408。如图示的那样，视野朝向对准的内容被呈现为接近于环境对象4412的text（文本）。同时，其他内容4418在与移动矢量相一致对准的位置处被呈现在视场a 4414中。随着移动速度增加，内容4418可以如在本文中描述的那样移位。当人员的视野矢量是视野矢量b 4404时，环境对象4408在视场b 4420中不被看见。作为结果，视野对准的内容4410不被呈现在视场b 4420中；然而，移动对准的内容4418被呈现并且仍然取决于运动的速度。
387.图45示出针对在以0度的移动朝向开始并且以114度的移动朝向结束的路径上移动通过环境的人员的示例数据集合，在该时间期间，移动速度从0 m/秒至20 m/秒变化。能够看见视野朝向在随着人员从一侧到另一侧观看而移动的同时在移动朝向的每一侧上进行变化。当在人员正站着不动时移动速度是0 m/sec的时候发生视野朝向中的大改变，之后是移动朝向中的阶跃改变。
388.实施例提供用于确定显示朝向的过程，其考虑到用户移动航通过环境的方式并且提供使用户容易找到显示信息的显示朝向，同时还响应于不同移动、移动速度或正被显示的信息的不同类型而提供环境的没有阻碍的透视视图。
389.图46图示当使用hwc时可以看见的透视视图，其中信息被叠覆到环境的透视视图
上。树和建筑实际处于环境中并且文本被显示在透视显示器上，使得它看起来叠覆在环境上。除了文本信息（诸如例如指令和天气信息）之外，一些增强现实信息被示出，其涉及环境中的附近对象。
390.在实施例中，基于移动的速度确定显示朝向。在低速下，显示朝向可以基本上与视野朝向相同，而在高速下显示朝向可以基本上与移动朝向相同。在实施例中，只要用户保持静止，显示信息就被直接呈现在用户和hwc的前方。然而，随着移动速度增加（例如，高于阈值或连续地增加，等等），不管用户正在观看的方向如何，显示朝向变得基本上与移动朝向相同，以便当用户在移动的方向上观看时，显示信息直接处于用户和hmd的前方并且当用户向侧面观看时显示信息不可见。
391.在视野朝向中的快速改变可以之后是显示朝向中的缓慢改变，以对头部转动提供减弱的响应。替代地，显示朝向能够基本上是时间平均的视野朝向，以使得显示信息被呈现在位于一定时间段内的一系列视野朝向的中间的朝向处。在这个实施例中，如果用户停止移动他们的头部，则显示朝向逐渐变得与视野朝向相同并且显示信息移动到在用户和hmd的前方的显示视场中。在实施例中，当存在视野朝向改变的高速率时，该过程延迟时间平均的视野朝向对显示朝向的影响。以这种方式，减少了快速头部移动对显示朝向的影响，并且在显示视场之内的显示信息的定位被横向稳定。
392.在另一个实施例中，基于移动速度确定显示朝向，其中在高速下，显示朝向基本上与移动朝向相同。在中速下，显示朝向基本上与时间平均的视野朝向相同，以使得快速头部转动被逐渐减弱（damp out）并且显示朝向处于来回头部移动的中间。
393.在又一个实施例中，在确定应该如何显示信息时，包括正被显示的信息的类型。向被连接到环境中的对象的增强现实信息给予基本上匹配视野朝向的显示朝向。以这种方式，随着用户转动他们的头部，增强现实信息进入到与处于环境的透视视图中的对象相关的视图中。同时，对未被连接到环境中的对象的信息给予如先前在本说明书中描述的基于移动的类型和移动的速度所确定的显示朝向。
394.在又一个实施例中，当移动速度被确定为高于阈值时，所显示的信息在显示视场中向下移动以使得显示视场的上部部分具有更少的信息或者没有显示的信息，以给用户提供环境的没有阻碍的透视视图。
395.图47和48示出包括叠覆的显示信息的透视视图的图示。图47示出紧接在从与在图46中示出的透视视图相关联的视野朝向在视野朝向上的快速改变之后的透视视图，其中视野朝向中的改变来自头部转动。在这种情况下，延迟了显示朝向。图48示出如何在稍后的时间显示朝向赶上视野朝向。增强现实信息保持在显示视场之内的位置中，其中能够由用户容易地做出与环境中的对象的关联。
396.图49示出包括叠覆的显示信息的透视视图示例的图示，所述叠覆的显示信息已在显示视场中向下移位以在透视视图的上部部分中提供没有阻碍的透视视图。同时，增强现实标签已被维持在显示视场之内的位置中，因此它们能够容易地与环境中的对象相关联。
397.在进一步的实施例中，在操作模式中（诸如当用户正在环境中移动时），数字内容被呈现在用户的透视fov的侧面处以使得用户能够仅通过转动他们的头部来观看数字内容。在这种情况下，当用户正一直向前观看时，诸如当移动朝向匹配视野朝向时，透视视图fov不包括数字内容。用户然后通过将他们的头部转动到该侧面来访问数字内容，于是数字
内容横向移动到用户的透视fov中。在另一个实施例中，数字内容准备好呈现并且如果接收到针对数字内容呈现的指示则该数字内容将被呈现。例如，信息可以准备好呈现并且如果达到hwc 102的预定位置或视野朝向，则然后可以呈现内容。佩戴者可以看向该侧面并且内容可以被呈现。在另一个实施例中，用户可以通过在一个方向上观看预定时间段、闪烁、眨眼或者显示能够通过眼睛成像技术（例如，如在本文中在其他地方描述的那样）捕获的某一其他样式，来使内容移动到视场中的区域中。
398.在又一个实施例中，提供操作模式，其中用户能够限定视野朝向，其中相关联的透视fov包括数字内容或者不包括数字内容。在示例中，这个操作模式能够用于办公环境中，在那里当用户正观看墙壁时数字内容被提供在fov之内，而当用户朝着走廊观看时，fov没有被数字内容阻碍。在另一个示例中，当用户水平观看时，数字内容被提供在fov之内，但是当用户向下观看时（例如，观看桌面或蜂窝电话），将数字内容从fov移除。
399.本发明的另一个方面涉及收集并使用眼睛位置和视野朝向信息。用运动朝向、视野朝向、和/或眼睛位置预测（有时在本文中被称为“眼睛朝向”）进行头戴式计算可以用于识别hwc 102的佩戴者对什么明显感兴趣并且该信息可以被捕获和使用。在实施例中，可以在观看信息时表征信息，因为信息明显涉及佩戴者正在观看什么。观看信息可以用于开发针对佩戴者的个人简档，其可以指示佩戴者倾向于观看什么。来自若干个或许多个hwc 102的观看信息可以被捕获以使得群组或人群观看倾向可以被建立。例如，如果移动朝向和视野朝向被获知，则佩戴者正在观看什么的预测可以被做出并且用于生成人群简档的一部分或个人简档。在另一个实施例中，如果眼睛朝向和位置、视野朝向和/或移动朝向被获知，则可以预测正在观看什么的预测。预测可以涉及了解什么接近于佩戴者并且这可以通过确立佩戴者的位置（例如，通过gps或其他定位技术）以及确立在区域中已知什么映射对象来了解。预测可以涉及解译由与hwc 102相关联的其他传感器或相机捕获的图像。例如，如果相机捕获标志的图像，并且相机与视野朝向成一线，则预测可以涉及评估佩戴者正在观看所述标志的可能性。预测可以涉及捕获图像或其他感官信息，并且然后执行对象辨别分析以确定正在观看什么。例如，佩戴者可能正走在大街上，并且处于hwc 102中的相机可以捕获图像，并且机载于hwc 102的或远离hwc 102的处理器可以辨别脸、对象、标记、图像等并且可以确定佩戴者可能已经一直观看它或者朝向它观看。
400.图50图示具有聚焦点的hwc的佩戴者的眼球的横截面，所述聚焦点能够与本发明的眼睛成像系统相关联。眼球5010包括虹膜5012和视网膜5014。因为本发明的眼睛成像系统用显示系统提供同轴眼睛成像，所以能够从在眼睛正前方并且与佩戴者正在观看的地方成一线的视角捕获眼睛的图像。在本发明的实施例中，眼睛成像系统能够聚焦在佩戴者的虹膜5012和/或视网膜5014处，以捕获包括视网膜5014的眼睛的内部部分或虹膜5012的外表面的图像。图50示出分别与捕获虹膜5012或视网膜5014的图像相关联的光线5020和5025，其中与眼睛成像系统相关联的光学器件分别聚焦在虹膜5012或视网膜5014处。照明光还能够被提供在眼睛成像系统中以对虹膜5012或视网膜5014照明。图51示出包括虹膜5130和巩膜5125的眼睛的图示。在实施例中，眼睛成像系统能够用于捕获包括虹膜5130和部分巩膜5125的图像。图像然后能够被分析以确定与用户相关联的颜色、形状和样式。在进一步的实施例中，眼睛成像系统的聚焦被调整以使得能够捕获虹膜5012或视网膜5014的图像。照明光还能够被调整以照明虹膜5012或穿过眼睛的瞳孔对视网膜5014照明。照明光能
够是可见光以使得能够捕获视网膜5014或虹膜5012的颜色，或者照明光能够是紫外光（例如，340nm）、近红外光（例如，850nm）或者中波红外光（例如，5000nm）以使得能够捕获眼睛的高光谱特性。
401.图53图示包括眼睛成像系统的显示系统。显示系统包括偏振光源2958、dlp 2955、四分之一波膜2957和分束板5345。眼睛成像系统包括相机3280、照明光5355和分束板5345。其中分束板5345能够是在面向偏振光源2958的侧面上的反射偏振器以及在面向相机3280的侧面上的热反射镜。其中热反射镜反射红外光（例如，波长700至2000nm）并且透射可见光（例如，波长400至670nm）。分束板5345能够由多个层叠的膜、具有涂层的衬底膜或在任一侧面上具有膜的刚性透明衬底组成。通过在一个侧面上提供反射偏振器，来自偏振光源2958的光朝向dlp 2955反射，其中光通过四分之一波膜2957一次，与正由dlp 2955显示的图像内容相一致地被dlp反射镜反射，并且然后往回穿过四分之一波膜2957。在这样做时，来自偏振光源的光的偏振状态被改变，使得所述光被分束板5345上的反射偏振器透射并且图像光2971传递到下部光学器件模块204中，在那里图像被显示给用户。同时，来自照明光5355的红外光5357由热反射镜反射以使得所述红外光传递到下部光学器件模块204中，在那里所述红外光对用户的眼睛照明。红外光2969的部分由用户的眼睛反射，并且该光往回穿过下部光学器件模块204，被分束板5345上的热反射镜反射并且被相机3280捕获。在这个实施例中，图像光2971被偏振，而红外光5357和2969可以未被偏振。在实施例中，照明光5355提供两种不同的红外波长并且眼睛图像被成对捕获，其中成对的眼睛图像被一起分析以改进基于虹膜分析的用户识别的准确性。
402.图54示出具有眼睛成像系统的显示系统的进一步实施例的图示。除了图53的特征之外，这个系统包括第二相机5460。其中第二相机5460被提供以在可见波长中捕获眼睛图像。能够由显示图像或者由来自环境的透视光提供眼睛的照明。能够诸如通过增加显示图像的亮度或者增加显示图像内的白色区域来修改显示图像中的部分以当眼睛的图像将被捕获时提供用户的眼睛的改进照明。进一步地，出于捕获眼睛图像的目的，修改的显示图像能够被简要地呈现，并且修改的图像的显示能够与眼睛图像的捕获同步。如在图54中示出的那样，可见光5467当其被第二相机5460捕获时被偏振，因为它穿过分束器5445并且分束器5445是在面向第二相机5460的侧面上的反射偏振器。在这种眼睛成像系统中，可见光眼睛图像能够在红外眼睛图像被相机3280捕获的同时被第二相机5460捕获。其中，相机3280和第二相机5460的特性以及相关联的所捕获的相应图像能够在分辨率和捕获速率方面不同。
403.图52a和52b图示所捕获的眼睛图像，其中用结构化的光样式对眼睛照明。在图52a中，用投射的结构化光样式5230示出眼睛5220，其中光样式是线的网格。诸如5230的光样式能够由在图53中示出的光源5355通过包括衍射设备或折射设备来修改光5357而提供，如由本领域中的技术人员已知的那样。可见光源还能够针对在图54中示出的第二相机5460而被包括，其可以包括衍射或折射以修改光5467从而提供光样式。图52b图示当用户的眼睛5225向侧面观看时，5230的结构化光样式如何被畸变成5235。这个畸变来自于下述事实：人类眼睛在形状上不是球形的，而是虹膜从眼球轻微突出以形成虹膜的区域中的凸起。作为结果，当眼睛的图像从固定位置被捕获时，眼睛的形状和反射的结构化光样式的相关联的形状根据眼睛指向哪个方向而不同。结构化光样式中的改变能够随后在捕获的眼睛图像中被分析
以确定眼睛正在观看的方向。
404.眼睛成像系统还能够用于用户的健康方面的评估。在这种情况下，从分析虹膜5012的捕获的图像所获得的信息不同于从分析视网膜5014的捕获的图像所获得的信息。其中使用照明包括视网膜5014的眼睛的内部部分的光5357来捕获视网膜5014的图像。光5357能够是可见光，但是在实施例中，光5357是红外光（例如，波长1至5微米），并且相机3280是红外光传感器（例如，ingaas传感器）或者低分辨率红外图像传感器，其用于确定由眼睛的内部部分吸收、反射或散射的光5357的相对量。其中，被吸收、反射、或散射的光中的大多数能够归因于在包括视网膜的眼睛中的内部部分中的材料，其中存在具有薄壁的紧密聚集的血管，以便由血液的材料组成引起所述吸收、反射和散射。当用户正佩戴hwc时，能够以规则间隔、在所识别的事件之后、或者当由外部通信提示时自动进行这些测量。在优选的实施例中，照明光是近红外的或中红外的（例如，0.7至5微米波长）以减少对佩戴者的眼睛的热损伤的机会。在另一个实施例中，偏振器3285被抗反射涂覆以减少从这个表面的从光5357、光2969或光3275的任何反射，并且由此增加相机3280的灵敏度。在进一步的实施例中，光源5355和相机3280一起包括光谱仪，其中由眼睛反射的光的相对强度在由光源5355提供的波长范围之内的一系列窄波长上被分析以确定被眼睛吸收、反射或散射的光的特性光谱。例如，光源5355能够提供宽范围的红外光以对眼睛照明，并且相机3280能够包括：光栅，用于将来自眼睛的反射光横向分散成由线性光电检测器捕获的一系列窄波长带，以便能够按波长测量相对强度，并且能够在宽红外范围上确定针对眼睛的特性吸收光谱。在进一步的示例中，光源5355能够提供光（紫外光、可见光或红外光）的一系列窄波长以对眼睛顺序地照明，并且相机3280包括光电检测器，其被选择为在一系列顺序测量中测量一系列窄波长的相对强度，所述一系列顺序测量一起能够用于确定眼睛的特性光谱。所确定的特性光谱然后与针对不同材料的已知特性光谱相比较以确定眼睛的材料组成。在又一个实施例中，照明光5357被聚焦在视网膜5014上并且视网膜5014的特性光谱被确定，并且将所述光谱与针对可能存在于用户的血液中的材料的已知光谱相比较。例如，在可见光波长中，540nm对于检测血红蛋白有用并且660nm对于区分氧合血红蛋白有用。在进一步的示例中，在红外线中，各种各样的材料（包括：葡萄糖、尿素、乙醇以及管制物质）能够被识别，如由本领域技术人员已知的那样。图55示出使用红外光谱学的形式测量的针对各种管制物质的一系列示例光谱（由c. petty、b. garland以及mesa police department forensic laboratory所著的thermoscientific application note 51242，其据此通过引用被并入在本文中）。图56示出针对葡萄糖的红外吸收光谱（惠普公司（hewlett packard company ）1999, g. hopkins、g. mauze；“in
‑
vivo nir diffuse
‑
reflectance tissue spectroscopy of human subjects”，其据此通过引用被并入在本文中）。美国专利6675030（其据此通过引用被并入在本文中）提供包括身体部分（诸如脚）的红外扫描的近红外血液葡萄糖监视系统。美国专利公开2006/0183986（其据此通过引用被并入在本文中）提供包括视网膜的光测量的血液葡萄糖监视系统。本发明的实施例提供一种方法，其用于通过以一个或多个窄波长照明到佩戴者的眼睛的虹膜中并且测量由眼睛反射的光的相对强度以识别相对吸收光谱并且将测量的吸收光谱与针对特定材料的已知吸收光谱相比较来自动测量用户的血液中的特定材料，诸如以540和660nm进行照明以确定存在于用户的血液中的血红蛋白的水平。
405.本发明的另一个方面涉及收集并使用眼睛位置和视野朝向信息。用运动朝向、视
野朝向、和/或眼睛位置预测（有时在本文中被称为“眼睛朝向”）进行头戴式计算可以用于识别hwc 102的佩戴者对什么明显感兴趣并且所述信息可以被捕获和使用。在实施例中，可以在观看信息时表征信息，因为信息明显涉及佩戴者正在观看什么。观看信息可以用于开发针对佩戴者的个人简档，其可以指示佩戴者倾向于观看什么。来自若干个或许多个hwc 102的观看信息可以被捕获以使得群组或人群观看倾向可以被建立。例如，如果移动朝向和视野朝向被获知，则佩戴者正在观看什么的预测可以被做出并且用于生成人群简档的一部分或个人简档。在另一个实施例中，如果眼睛朝向和位置、视野朝向和/或移动朝向被获知，则可以预测正在观看什么的预测。预测可以涉及了解什么接近于佩戴者并且这可以通过确立佩戴者的位置（例如，通过gps或其他定位技术）以及确立在区域中已知什么映射对象来了解。预测可以涉及解译由与hwc 102相关联的其他传感器或相机捕获的图像。例如，如果相机捕获标志的图像，并且相机与视野朝向成一线，则预测可以涉及评估佩戴者正在观看所述标志的可能性。预测可以涉及捕获图像或其他感官信息，并且然后执行对象辨别分析以确定正在观看什么。例如，佩戴者可能正走在大街上，并且处于hwc 102中的相机可以捕获图像，并且机载于hwc 102的或远离hwc 102的处理器可以辨别脸、对象、标记、图像等并且可以确定佩戴者可能已经一直观看它或者朝向它观看。
406.在另外的实施例中，提供一种方法，其用于通过测量眼睛闪烁的大小中的改变来识别与用户的眼睛相关联的聚焦距离中的改变。其中当使用提供正被使用的周围环境的透视视图的hmd时，识别用户眼睛的聚焦距离中的改变的能力对于确定用户在周围环境中正看着什么可以是有用的。识别用户眼睛的聚焦距离中的改变对于自动显示模式选择（例如选择所显示的图像应当是亮的还是暗淡的）也可以是有用的，这通过确定用户是正看着所显示的图像内容（其中用户眼睛的聚焦距离与所显示的图像的聚焦距离相匹配）还是用户正看着周围环境（其中用户眼睛的聚焦距离不同于所显示的图像的聚焦距离）来进行。
407.人眼中的眼睛晶状体改变球体半径以提供调适或聚焦距离中的改变（参见s. plainis, w. charman, i. pallikaris,
ꢀ“
the physiologic mechanism of accomodation”, cataract & refractive surgery today europe, 2014年4月, pp 23
‑ꢀ
29）。图56e示出了29岁的人的眼睛在0到6的屈光度调适范围上的所测量的前部和后部球体半径的图表，如在plainis所著的论文中所呈现的。调适中的这种改变对应于基于眼睛晶状体的焦距中的屈光度改变的从无穷大到近似0.16米的聚焦距离改变，其中在晶状体的焦距和屈光度之间的关系在以下的等式1中给出。
408.fl = 1/δ。
409.其中fl是以米为单位的晶状体的焦距，并且δ是晶状体的屈光度评级。眼睛晶状体的前表面被角膜和虹膜覆盖，使得眼睛晶状体的表面不暴露于环境，然而眼睛晶状体的球体半径中的改变伴随有角膜的外表面的球体半径中的改变。角膜的球体半径中的这些改变影响可以在眼睛的表面上看到的所反射的眼睛闪烁的大小。随着眼睛晶状体的球体半径减小以提供更高水平的调适，角膜的外部球体半径也减小，这使得所反射的眼睛闪烁的大小减小。类似地，随着眼睛晶状体的球体半径增大以提供更低水平的调适，角膜的外部球体半径增大，这使得所反射的眼睛闪烁的大小增大。因而，眼睛闪烁的大小的测量可以用于识别用户眼睛的聚焦距离中的改变。其中眼睛闪烁的大小的测量可以从由眼睛相机所捕获的用户的眼睛的图像来提供。
410.为了提供眼睛闪烁大小的可靠检测，应当提供恒定大小的光源，其随后被角膜的外表面以眼睛闪烁的形式被反射。图56a和56b示出了从反射照明源所产生的示例眼睛闪烁5612和5614，所述反射照明源诸如是led，其用于照明用户的眼睛以用于眼睛成像，以用于诸如眼睛追踪或虹膜识别之类的目的。在该情况中，led是圆形照明源，因此眼睛闪烁也是圆形的。图56a示出了眼睛5610的图像内的较大直径的眼睛闪烁5612，其对应于比由图56b中所示的较小直径的眼睛闪烁5614所指示的聚焦距离更大的聚焦距离。led照明源可以提供可见波长光或红外波长光以提供眼睛闪烁并且提供用于眼睛成像的照明，只要hmd中的眼睛相机能够捕获包括由照明源所提供的波长的眼睛的图像即可（例如，如在本文中所公开的眼睛成像和眼睛照明系统中所描述的）。图56c和56d示出了眼睛闪烁5616和5618的另一示例，其中照明源是所显示的图像，使得眼睛闪烁5616和5618在形状上是矩形的。图56c示出了比图56d中所示的眼睛闪烁5618更大的眼睛闪烁5616，其指示图56c中的眼睛5610的聚焦距离大于图56c中所示的眼睛5610的聚焦距离。在实施例中，被发射以从眼睛反射的光可以是以已知的样式，因此样式中的改变可以被评定以用于聚焦改变。
411.从已知照明源对眼睛闪烁的大小的测量是利用（例如，如本文中所公开的）hmd中的眼睛相机容易实现的。眼睛闪烁的大小的分辨率通过来自眼睛相机的眼睛图像中的像素的角度大小（例如眼睛相机视场/眼睛图像中的像素的水平数目）来确定。因而，有利的是在眼睛相机中的较小视场中具有更多像素。识别与用户的眼睛相关联的聚焦距离中的改变的这种方法可以与用于hmd的任何类型的光学器件一起使用，例如：包括折射光学器件、反射光学器件、全息光学器件、分束器光学器件、波导光学器件、光栅光学器件或多反射器光学器件，只要所述光学器件包括用于对用户的眼睛进行成像的眼睛相机。
412.在另外的实施例中，提供反射的眼睛闪烁的照明源可以提供具有样式的结构化的光。样式的大小或间隔然后可以用于识别聚焦距离中的改变。
413.在另一实施例中，用户眼睛的聚焦距离中的所识别的改变被用于识别针对所显示的图像的会聚距离。提供针对所显示的图像的与用户眼睛的聚焦距离匹配的会聚距离和聚焦距离可以用于显示紧张地观看的图像，诸如电影。相反，针对所显示的图像的与用户眼睛的聚焦距离不同的会聚距离和聚焦距离可以用于提供不被紧张地观看的显示图像，诸如电池指示符、方向信息、组装指示或增强现实对象。
414.在实施例中，闪烁大小和安置测量可以与其他技术（诸如会聚测量）相结合使用以确定用户的聚焦距离。
415.图57图示其中人员带着安装在他的头部上的hwc 102走路的情景。在这个情景中，通过gps传感器（其能够是另一个定位系统）获知人员的地理空间位置5704，并且他的移动朝向、视野朝向5714和眼睛朝向5702是已知的并且能够被记录（例如，通过在本文中描述的系统）。在该情景中存在对象和人员。人员5712可以被佩戴者的hwc 102系统辨别，人员可以被映射（例如，人员的gps位置可以被获知或辨别），或者以其他方式获知。人员可能正佩戴可辨别的服装（garment）或设备。例如，服装可以具有某一式样并且hwc可以辨别该式样并且记录它正在观看。情景还包括映射的对象5718和辨别的对象5720。随着佩戴者移动通过该情景，视野朝向和/或眼睛朝向可以被记录并且从hwc 102传送。在实施例中，视野朝向和/或眼睛朝向维持特定位置的时间可以被记录。例如，如果人员看起来在预定时间段（例如，2秒或更长）内观看对象或人员，则信息可以被传送为注视持续信息，作为人员可能已对
该对象感兴趣的指示。
416.在实施例中，视野朝向可以与眼睛朝向结合使用，或者眼睛朝向和/或视野朝向可以单独使用。视野朝向能够做好预测佩戴者正在观看什么方向，因为许多次眼睛正在与视野朝向相同的一般方向上向前观看。在其他情景中，眼睛朝向可能是更期望的度量，因为眼睛和视野朝向不总是对准的。在本文中的实施例中，示例可以被提供有术语“眼睛/视野”朝向，其指示眼睛朝向和视野朝向中的任一个或两者可以用于该示例中。
417.图58图示用于接收、开发和使用来自（多个）hwc 102的移动朝向、视野朝向、眼睛朝向和/或持续信息的系统。服务器5804可以接收朝向或注视持续信息（其被指为持续信息5802）以用于处理和/或使用。朝向和/或注视持续信息可以用于生成个人简档5808和/或群组简档5810。个人档案5718可以反映佩戴者的一般观看倾向和兴趣。群组简档5810可以是不同佩戴者的朝向和持续信息的集合以创建对一般群组观看倾向和兴趣的印象。群组简档5810可以基于其他信息（诸如性别、喜欢、不喜欢、生物信息等）被分成不同的群组，以使得某些群组能够与其他群组相区别。这在做广告时可以是有用的，因为广告商可能对男性成年运动者（与年轻女性相对）一般正观看什么感兴趣。简档5808和5810以及原始朝向和持续信息可以由零售商5814、广告商5818、训练员等使用。例如，广告商可以使广告投放在环境中并且可能对知道多少人观看该广告、他们观看广告多久以及他们在观看它之后去哪里感兴趣。该信息可以用作用来评估该广告的价值以及因此对于该广告要接收的支付的转换信息。
418.在实施例中，该过程涉及从得以与环境中的对象接近的多个头戴式计算机收集眼睛和/或视野朝向信息。例如，许多人可能正行走过区域，并且每个人可能正佩戴具有追踪（多个）佩戴者的眼睛的位置以及可能地追踪佩戴者的视野和移动朝向的能力的头戴式计算机。各种hwc佩戴个体可以然后走路、骑行、或以其他方式得以与环境中的某一对象接近（例如，商店、标志、人员、车辆、盒子、包等）。当每个人员经过或以其他方式走近对象时，眼睛成像系统可以确定人员是否正在朝向对象观看。所有的眼睛/视野朝向信息可以被收集并且用于形成人群对该对象如何反应的印象。商店可以正进行销售并且因此商店可以放出指示这点的标志。店主和管理者可能对于知道是否任何人正在观看他们的标志非常感兴趣。标志可以被设置为在区域中的感兴趣的对象，并且当人在该标志附近导航时（可能由他们的gps位置确定），眼睛/视野朝向确定系统可以记录相对于环境和标志的信息。一旦眼睛/视野朝向信息被收集并且在眼睛朝向与标志之间的关联被确定，或者当眼睛/视野朝向信息被收集并且在眼睛朝向与标志之间的关联被确定时，反馈可以往回被发送给店主、管理者、广告商等作为他们的标志多么吸引人的指示。在实施例中，如通过眼睛/视野朝向指示的，标志在吸引人的注意上的效果可以被认为是转换度量并且影响一个或多个标志投放的经济价值。
419.在实施例中，可以通过当人群中的人在对象（例如，标志）旁边导航时，通过映射人群中的人的位置和移动路径来生成具有该对象的环境的地图。在该地图上分层的可以是各种眼睛/视野朝向的指示。这在指示佩戴人在他们观看他们的对象时与对象相关方面可以是有用的。地图也可以具有人从环境中的各种位置观看该对象多久并且他们在看见对象之后去哪里的指示。
420.在实施例中，该过程涉及从头戴式计算机收集多个眼睛/视野朝向，其中多个眼
睛/视野朝向中的每个与在环境中的不同预定对象相关联。该技术可以用于确定不同对象中的哪个吸引人员的注意更多。例如，如果存在放置在环境中的三个对象，并且人员进入环境，导航他的路通过环境，他可以观看对象中的一个或多个并且他的眼睛/视野朝向可以在一个或多个对象上比在其他对象上持续更久。这可以用于制作或细化人员的个人注意简档，和/或它可以与关于相同或相似对象的其他这样的人的数据结合使用以确定群组或人群对该对象如何反应的印象。以这种方式测试广告可以提供广告效果的良好反馈。
421.在实施例中，一旦在眼睛/视野朝向与感兴趣的对象之间存在基本上的对准，过程就可以涉及捕获眼睛/视野朝向。例如，具有hwc的人员可能正导航通过环境并且一旦hwc检测到在眼睛/视野朝向与感兴趣的对象之间的基本上对准或者即将到来的基本上对准的所规划的发生，该发生和/或持续度就可以被记录以供使用。
422.在实施例中，过程可以涉及从头戴式计算机收集眼睛/视野朝向信息，以及从头戴式计算机收集捕获的图像，其基本上在眼睛/视野朝向信息被捕获同时被取得。信息中的这两段可以结合使用以获得对佩戴者正在观看什么并且可能对什么感兴趣的了解。该过程可以进一步涉及将眼睛/视野朝向信息与在所捕获的图像中发现的对象、人员或其他东西相关联。这可以涉及处理所捕获的图像从而寻找对象或样式。在实施例中，注视时间或持续度可以被测量并且与图像处理结合使用。该过程仍然可以涉及对象和/或样式辨别，但是它也可以涉及通过结合图像处理更特定地识别图像中的部分来尝试识别人员在时间段内注视什么。
423.在实施例中，过程可以涉及根据预定地理空间位置设置预定眼睛/视野朝向并且使用它们作为触发物。在头戴式计算机进入地理空间位置并且与头戴式计算机相关联的眼睛/视野朝向与预定眼睛/视野朝向对准的情况下，系统可以收集存在明显对准的事实和/或系统可以记录识别眼睛/视野朝向基本上保持与预定的眼睛/视野朝向对准多久的信息，以形成持久度统计。这可以消除或减少对图像处理的需要，因为触发物能够在不必对区域成像的情况下被使用。在其他实施例中，结合触发物执行图像捕获和处理。在实施例中，触发物可以是具有对应眼睛/视野朝向的一系列地理空间位置，使得许多地点可以用作触发物，其指示人员何时进入接近于感兴趣的对象的区域和/或所述人员何时实际上看起来观看对象。
424.在实施例中，眼睛成像可以用于捕获佩戴者的两只眼睛的图像以确定眼睛的会聚量（例如，通过在本文中在别处描述的技术），以便得到对佩戴者正专注于什么焦平面上的了解。例如，如果会聚测量暗示焦平面处于佩戴者的15英尺之内，则即使眼睛/视野朝向可以与多于15英尺远的对象对准，也可以确定佩戴者没有正在观看对象。如果对象在15英尺暗示的焦平面之内，则可以确定的是佩戴者正在观看对象。图59图示指示人员的位置5902的环境位置锁定的数字内容5912。在本公开中，术语“蓝色部队（blueforce）”一般用于指示针对其地理空间位置是已知的并且能够被使用的成员或团队成员。在实施例中，“蓝色部队”是用来指示战术武装团队（例如，警察部队、特务部队、安全部队、军事部队、国家安全部队、情报部队等）的成员的术语。在本文中的许多实施例中，一个成员可以被称为首要蓝色部队成员或第一蓝色部队成员，并且在许多描述的实施例中正是该成员正佩戴hwc。应该理解的是，该术语用于帮助读者并且有助于各种情景的清楚呈现，并且蓝色部队的其他成员或其他人可以具有hwc 102并且具有相似的能力。在这个实施例中，第一人员正佩戴具有透
视视场（“fov”）5914的头戴式计算机102。第一人员能够透视该fov以通过fov观看周围环境，并且数字内容还能够被呈现在fov中，以使得第一人员能够通过fov在数字增强视图中观看实际的周围事物。其他蓝色部队人员的位置是已知的并且在点5902处的建筑内的位置处被指示。该位置在三个维度（经度、纬度和高度）方面是已知的，这可以已经由gps连同与其他蓝色部队人员相关联的测高仪来确定。相似地，佩戴hwc 102的第一人员的位置也是已知的，如在图59中被指示为点5908。在这个实施例中，第一人员的罗盘朝向5910也是已知的。在罗盘朝向5910已知的情况下，能够估计第一人员正在观看周围事物所处的角度。在第一人员位置5908和其他人员的位置5902之间的虚拟目标线能够在三维空间中被建立并且接近fov 5914从hwc 102放出。三维取向的虚拟目标线然后能够用于在fov 5914中呈现环境位置锁定的数字内容，其指示其他人员的位置5902。环境位置锁定的数字内容5902能够被定位在fov 5914之内，使得正佩戴hwc 102的第一人员将内容5902感知为在环境内的位置中被锁定并且标记其他人员的位置5902。
425.三维定位的虚拟目标线能够被周期性地（例如，每毫秒、每秒、每分钟等）重新计算以将环境位置锁定的内容5912重新定位成保持与虚拟目标线成一线。这能够造成内容5912独立于佩戴hwc 102的第一人员的位置5908并且独立于hwc 102的罗盘朝向而在与其他人员的位置5902相关联的点处停留定位在环境内的错觉。
426.在实施例中，环境锁定的数字内容5912可以用处于第一人员的位置5908和其他人员的位置5902之间的目标5904来定位。虚拟目标线可以在与其他人员的位置5902相交之前与对象5904相交。在实施例中，环境锁定的数字内容5912可以与对象相交点5904相关联。在实施例中，相交对象5904可以通过将两个人员的位置5902和5908与在地图上识别的障碍相比较而被识别。在实施例中，相交对象5904可以通过处理从与hwc 102相关联的相机、或其他传感器捕获的图像而被识别。在实施例中，数字内容5912具有指示正处于其他人员的位置5902、处于相交对象5904的位置的外观，以提供在fov 5914中的其他人员的位置5902的更清楚的指示。
427.图60图示基于在佩戴hwc 102的第一人员的位置5908与其他人员的位置5902之间的虚拟目标线在fov 6008之内可以如何以及在哪里定位数字内容。除了在fov 6008之内在与虚拟目标线成一线的位置中定位内容之外，数字内容可以被呈现为使得当第一人员聚焦在环境中的某一平面或距离处时该数字内容得以由所述第一人员聚焦。所呈现的对象a 6018是数字生成的内容，其被呈现为在内容位置a 6012处的图像。位置6012是基于虚拟目标线。所呈现的对象a 6018不仅沿着虚拟目标线而且在焦平面b 6014处被呈现，使得当第一人员的眼睛6002聚焦在焦平面b 6014距离处的周围环境中的某物处时，在fov 6008中的位置a 6012处的内容得以由第一人员聚焦。设置所呈现的内容的焦平面提供了在眼睛6002聚焦在所设置的焦平面处以前未得以聚焦的内容。在实施例中，这允许在位置a处的内容没有在hwc的罗盘指示第一人员在其他人员5902的方向上观看时被呈现，而是该内容将仅在第一人员聚焦在其他人员5902的方向上以及聚焦在其他人员5902的焦平面处时得以聚焦。
428.所呈现的对象b 6020与相比所呈现的对象a 6018不同的虚拟目标线对准。所呈现的对象b 6020也被呈现在与相比内容位置a 6012不同的焦平面处的内容位置b 6004处。所呈现的内容b 6020被呈现在另外的焦平面处，这指示其他人员5902实体上处于另外的距离处。如果焦平面充分不同，则在位置a处的内容将在与位置b处的内容不同的时间处得以聚
焦，因为两个焦平面需要来自眼睛6002的不同聚焦。
429.图61图示具有来自第一人员视角的各种视点的位置处的若干个蓝色部队成员。在实施例中，相对位置、距离和障碍可以使指示其他人员的位置的数字内容被更改。例如，如果其他人员能够由第一人员通过第一人员的fov看见，则数字内容可以在其他人员的位置处锁定并且数字内容可以具有指示其他人员的位置正被有效地标记和追踪的类型。如果其他人员处于相对紧密的接近度，但是不能够被第一人员看见，则数字内容可以被锁定到相交的对象或区域，并且数字内容可以指示其他人员的实际位置不能够被看见，但是标记一般正在追踪其他人员一般位置。如果其他人员不在预定的接近度之内或者以其他方式从第一人员的视图被更显著地遮掩，则数字内容一般可以指示其他人员所位于的方向和区域并且数字内容可以指示其他人员的位置没有被数字内容紧密地识别或追踪，但是其他人员处于一般区域中。
430.继续参考图61，若干个蓝色部队成员被呈现在第一人员所位于的区域之内的各种位置处。首要蓝色部队成员6102（出于示例目的，也一般被称为第一人员，或其中具有fov的hwc的人员）能够直接看见在开阔场地6104中的蓝色部队成员。在实施例中，在首要蓝色部队成员的fov中提供的数字内容可以基于虚拟目标线，并且在指示蓝色部队成员的开阔场地位置6104的环境位置中被虚拟地锁定。数字内容也可以指示开阔场地蓝色部队成员的位置被标记并且正被追踪。如果蓝色部队成员变得从首要蓝色部队成员的视觉遮掩或者以其他方式变得不可用于直接观看的话，数字内容可以改变形式。
431.蓝色部队成员6108从首要蓝色部队成员的6102视图被障碍遮掩，该障碍紧密接近于被遮掩的成员6108。如描绘的那样，被遮掩的成员6108处于建筑中，但是靠近前墙壁中的一个。在这种情景中，在首要成员6102的fov中提供的数字内容可以指示被遮掩的成员6108的一般位置，并且数字内容可以指示虽然另一成员的位置被相当好地标记，但是其被遮掩因此其不如该成员处于直接视图中那样精确。此外，数字内容可以被虚拟地位置锁定到被遮掩的成员所处于的建筑外侧上的某一特征。这可以使环境锁定更加稳定并且还提供人员的位置在某种程度上未知的指示。
432.蓝色部队成员6110被多个障碍遮掩。成员6110处于建筑中并且在首要成员6102和被遮掩的成员6110之间存在另一个建筑6112。在这种情景中，在首要成员的fov中的数字内容将在空间上十分缺少实际被遮掩的成员，并且照此数字内容可能需要以指示被遮掩的成员6110处于一般方向但是数字标记不是针对被遮掩的成员6110的特定位置的可靠来源的方式被呈现。
433.图62图示用于在hwc的fov之内定位数字内容的又一个方法，其中数字内容意图指示另一个人员的位置。该实施例与在本文中结合图62所描述的实施例相似。在该实施例中，主要附加元素是核实第一人员5908（佩戴具有位置的fov数字内容呈现的hwc的人员）与位置5902处的其他人员之间的距离的附加步骤。此处，测距仪可以被包括在hwc中并且以一定角度测量距离，该角度由虚拟目标线表示。在测距仪寻找遮掩虚拟目标线的路径的对象的情况下，在fov中的数字内容呈现可以指示这点（例如，如在本文中在别处描述的那样）。在测距仪确认在由虚拟目标线限定的角度和规定距离的端部处存在人员或对象的情况下，数字内容可以表示适合的位置已被标记，如在本文中在别处描述的那样。
434.本发明的另一个方面涉及预测蓝色部队成员的移动以维持对蓝色部队成员位置
的适合的虚拟标记。图63图示其中首要蓝色部队成员6302正使用hwc 102通过增强环境追踪其他蓝色部队成员的位置的情景，如在本文中在别处描述的那样（例如，如结合以上附图所描述的那样）。首要蓝色部队成员6302可以具有战术移动计划6308的知识。战术移动计划可以被本地（例如，在hwc 102上，其中在蓝色部队成员之间共享计划）或远程（例如，在服务器上并且传送到hwc 102，或者传送到hwc 102的子集以用于hwc 102共享）维持。在这种情况下，战术计划涉及一般在箭头6308的方向上移动的蓝色部队群组。战术计划可能影响在首要蓝色部队成员的hwc 102的fov中的数字内容的呈现。例如，战术计划可以辅助预测其他蓝色部队成员的位置并且虚拟目标线可以被相应地调整。在实施例中，在战术移动计划中的区域可以被加阴影或上色，或者以其他方式用fov中的数字内容来标记，使得首要蓝色部队成员能够管理他的关于战术计划的活动。例如，他可以觉察到一个或多个蓝色部队成员正朝向战术路径6308移动。他还可以觉察到战术路径中的移动并不看起来与蓝色部队成员相关联。
435.图63还图示由蓝色部队成员佩戴的hwc中的内部imu传感器可以提供对成员的移动的指导6304。这在当gps位置应该被更新并且因此更新fov中的虚拟标记的位置时进行识别方面是有帮助的。这在评估gps位置的有效性方面也可以是有帮助的。例如，如果gps位置没有更新，但是存在显著的imu传感器活动，则系统可以怀疑所识别的位置的准确性。imu信息对于在gps信息不可用的情况下帮助追踪成员的位置也可以是有用的。例如，如果gps信号丢失，则可以使用航位推测法（dead reckoning），并且fov中的虚拟标记可以指示团队成员的两个所指示的移动并且指示位置识别不是理想的。当前战术计划6308可以被周期性地更新并且所更新的计划也进一步细化什么被呈现在hwc 102的fov中。
436.图64图示根据本发明的原理的蓝色部队追踪系统。在实施例中，蓝色部队hwc 102可以具有方向天线，其发射相对低功率方向rf信号，以使得在相对低功率信号的范围之内的其他蓝色部队成员能够接收并且基于信号的强度和变化强度来评估信号的方向和/或距离。在实施例中，追踪这样的rf信号能够用于更改hwc 102的fov内的人员位置的虚拟标记的呈现。
437.本发明的另一个方面涉及监视蓝色部队成员的健康。可以针对健康和压力事件自动监视每个蓝色部队成员。例如，成员可以具有如在本文中在别处描述的表带或者其他可佩戴生物计量监视设备，并且所述设备可以连续地监视生物计量信息并且预测健康顾虑或压力事件。作为另一个示例，在本文中在别处描述的眼睛成像系统可以用于监视与正常状况相比较的瞳孔扩张以预测头部创伤（head trama）。每只眼睛可以被成像以检查在瞳孔扩张中的差别以用于指示头部创伤。作为另一个示例，在hwc 102中的imu可以监视人员步行到门以寻找样式中的改变，这可以是头部或其他创伤的指示。例如，指示健康或压力顾虑的来自成员的生物计量反馈可以被上载到服务器以用于与其他成员共享或者信息可以与本地成员共享。一旦被共享，指示具有健康或压力事件的人员的位置的fov中的数字内容就可以包括健康事件的指示。
438.图65图示其中首要蓝色部队成员6502正监视已具有健康事件并且使健康警报从hwc 102发送的蓝色部队成员6504的位置的情景。如在本文中在别处描述的那样，首要蓝色部队成员的hwc 102的fov可以包括具有健康顾虑的蓝色部队成员6504的位置指示。fov中的数字内容也可以包括与位置指示相关联的健康状况的指示。在实施例中，非生物计量传
感器（例如，imu、相机、测距仪、加速度计、测高仪等）可以用于提供健康状况和/或情景状况给蓝色部队团队或对该信息感兴趣的其他本地或远程人员。例如，如果蓝色部队成员中的一个被检测为从站立位置快速触地，则可以发送作为下述指示的警报：倒下、人员处于困境并且只好卧倒、被击中等等。
439.本发明的另一个方面涉及虚拟地标记各种先前动作和事件。例如，如在图66中描绘的那样，在本文中在别处描述的技术可以用于构造蓝色部队成员的虚拟先前移动路径6604。虚拟路径可以使用在本文中在别处描述的方法被显示为首要蓝色部队成员6602的fov中的数字内容。当蓝色部队成员沿着路径6604移动时，他可能已虚拟地放置事件标记6608，以使得当另一个成员观看该位置时，标记能够被显示为数字内容。例如，蓝色部队成员可以检查并且清除区域，并且然后使用外部用户接口或姿势来指示该区域已被清除，并且然后该位置将被虚拟地标记并且与蓝色部队成员共享。然后，当某人想要了解该位置是否被检查时，他能够观看位置的信息。如在本文中在别处所指示的那样，如果位置对于成员是可见的，则数字内容可以以指示该特定位置的方式被显示，并且如果位置从人员的视角是不可见的，则数字内容可以在某种程度上不同，因为它可以不具体地标记该位置。
440.返回到光学配置，本发明的另一个方面涉及光学配置，其提供数字显示的内容给佩戴（例如，如用于hwc 102中的）头戴式显示器的人员的眼睛，并且允许该人员透视显示器以使得数字内容由人员感知为对周围环境的透视视图进行增强。光学配置可以具有可变透射光学元件，其与人员的透视视图成一线，使得透视视图的透射能够被增加或降低。这在其中人员想要或将被更好地提供有高透射透视视图并且当在相同hwc 102中人员想要或将被更好地提供有较少透视透射时的情景中是有帮助的。更低的透视透射可以用于明亮条件中和/或其中期望针对数字呈现的内容的更高对比度的条件中。光学系统也可以具有相机，其通过接收离开与人员的周围事物透视视图成一线的光学元件从周围环境反射的光而对周围环境成像。在实施例中，相机可以进一步在暗光阱中对准，使得未被相机捕获的在相机的方向上反射和/或透射的光被俘获以减少杂散光。
441.在实施例中，提供包括与用户正在观看的方向同轴对准的相机的hwc 102。图67示出包括吸收性偏振器6737和相机6739的光学系统6715的图示。图像源6710能够包括光源、显示器和反射表面以及一个或多个透镜6720。图像光6750由图像源6710提供，其中图像光6750的一部分被部分反射组合器6735朝向用户的眼睛6730反射。同时，图像光6750的一部分可以由组合器6735透射，使得图像光入射在吸收性偏振器6737上。在这个实施例中，图像光6750是偏振光，其中图像光6750的偏振状态相对于吸收性偏振器6737的透射轴来取向，使得入射图像光6750被吸收性偏振器6737吸收。以这种方式，由逸出图像光6750产生的面部辉光被减少。在实施例中，吸收性偏振器6737包括抗反射涂层以减少来自吸收性偏振器6737的表面的反射。
442.图67进一步示出相机6739，其用于捕获在用户正在观看的方向上的环境的图像。相机6739被定位在吸收性偏振器6737后面并且定位在组合器6735下面，使得来自环境的光6770的一部分由组合器6735朝向相机6739反射。来自环境的光6770能够未被偏振，以使得由组合器6735反射的来自环境的光6770的一部分穿过吸收性偏振器6737并且正是该光被相机6739捕获。作为结果，被相机捕获的光将具有与图像光6750的偏振状态相反的偏振状态。此外，相机6739相对于组合器6735对准，使得与相机6739相关联的视场与由图像光6750
提供的显示视场同轴。同时，来自环境的情景光6760的一部分被组合器6735透射以提供环境的透视视图给用户的眼睛6730。其中，与图像光6750相关联的显示视场典型地与情景光6760所关联于的透视视场重合，以及由此相机6739的视场和透视视场至少部分同轴。通过将相机6739附接到光学系统6715的下部部分，由来自环境的光6770所示出的相机6739的视场随着用户移动他们的头部而移动，以使得由相机6739捕获的图像对应于用户正在观看的环境的区域。通过使相机视场与所显示的图像和用户的情景视图同轴对准，能够提供具有与情景中对象的改进对准的增强现实图像。这是因为来自相机6739的所捕获的图像提供用户的视角的情景视图的准确表示。作为示例，当用户看见情景中的对象位于hwc的透视视图的中间时，该对象将位于由相机捕获的图像的中间，并且将与该对象相关联的任何增强现实映像能够位于所显示的图像的中间。当用户移动他们的头部时，在透视情景视图中看见的对象的相对位置将改变，并且增强现实映像的位置能够以对应的方式在所显示的图像内被改变。当为用户的眼睛中的每一只提供相机6739时，也能够提供3d情景视图的准确表示。这是由本发明提供的重要的优点，因为由位于hwc的框架中（例如，在眼睛之间或者在角落处）的相机捕获的图像捕获了与用户的情景视角横向偏移的图像，并且作为结果，难以将增强现实图像与从用户的视角看见的情景中的对象对准。
443.在图67中示出的光学系统6715中，吸收性偏振器6737同时起到下述各项的作用：针对逸出图像光6750的光阱、针对相机6739的图像光6750的光阻挡器（blocker）、以及针对来自环境的光6770到相机6739的窗口。这是可能的，因为图像光6750的偏振状态与吸收性偏振器6737的透射轴垂直，而来自环境的光6770未被偏振，以使得来自环境的光6770中的一部分（其是与图像光相反的偏振状态）被吸收性偏振器6737透射。组合器6735能够是任何部分反射表面，包括简单的部分反射镜、陷波反射镜和全息反射镜。组合器6735的反射率能够被选择为大于50%（例如，在可见光波长光谱带上55%的反射率和45%的透射率），由此图像光6750中的大多数将朝向用户的眼睛6730反射并且来自环境的光6770中的大多数将朝向相机6739反射，这种系统将提供更明亮的显示图像、更明亮的捕获图像，具有环境的较暗的透视视图。替代地，组合器6735的反射率能够被选择为小于50%（例如，在可见光波长光谱带上20%的反射率和80%的透射率），由此图像光6750中的大多数将被组合器6735透射，并且来自环境的光6770中的大多数将被透射到用户的眼睛6730，这种系统将提供环境的更明亮的透视视图，同时提供较暗的显示图像和较暗的捕获图像。照此，系统能够被设计为促成由用户预期的使用。
444.在实施例中，组合器6735是平面的，具有足以能够实现锐利的显示图像和锐利的捕获图像的光学平面度，诸如小于可见光波长内的20光波（wave of light）的平面度。然而，在实施例中，组合器6735可以是弯曲的，在所述情况下显示图像和捕获图像都将畸变，并且这种畸变将必须由相关联的图像处理系统来数字矫正。在显示图像的情况下，在与由弯曲的组合器引起的畸变相反的方向上由图像处理系统对图像进行数字畸变，因此两种畸变彼此抵消并且作为结果用户看见未畸变的显示图像。在捕获图像的情况下，捕获图像在捕获之后被数字畸变以抵消由弯曲的组合器引起的畸变，以使得图像在图像处理之后看起来是未畸变的。
445.在实施例中，组合器6735是可调部分反射镜，其中反射率能够由用户改变或者自动改变以在不同环境条件或不同使用情况之内更好地起作用。可调部分反射镜能够是电气
可控反射镜，诸如例如能够从kent optronics得到的e
‑
transflector（电子半透反射器）（http://www.kentoptronics.com/mirror.html），其中能够基于所施加的电压来调整反射率。可调部分反射镜还能够是快速可切换反射镜（例如，小于0.03秒的切换时间），其中所感知的透明性得自于在反射状态和透射状态之间的反射镜快速切换的占空比。在实施例中，由相机6739捕获的图像能够被同步以在快速可切换反射镜处于反射状态时发生，以便在图像捕获期间提供增加的光量给相机6739。照此，可调部分反射镜允许部分反射镜的透射率与环境条件相对应地改变，例如当环境是明亮时透射率能够是低的并且当环境是昏暗时透射率能够是高的。
446.在进一步的实施例中，组合器6735包括涂覆在面向相机6739的侧面上的热反射镜，其中可见光波长光基本上被透射而红外光的光谱波长带基本上被反射并且相机6739捕获图像，其包括红外波长光的至少一部分。在这些实施例中，图像光6750包括可见光波长光并且可见光波长光的一部分被组合器6735透射，其中所述光然后被吸收性偏振器6737吸收。情景光6760的一部分由可见光波长光组成并且其也被组合器6735透射以给用户提供环境的透视视图。来自环境的光6770由可见光波长光和红外波长光组成。可见光波长光的一部分连同在与热反射镜相关联的光谱波长带之内的基本上所有红外波长光被组合器6735朝向相机6739反射，由此穿过吸收性偏振器6737。在实施例中，相机6739被选择为包括对光的红外波长敏感的图像传感器，并且吸收性偏振器6737被选择为基本上透射两种偏振状态的光的红外波长（例如，itos xp44偏振器，其透射具有高于750nm的波长的光的两种偏振状态：参见 http://www.itos. de/english/polarisatoren/linear/linear.php），以使得红外光的增加的%由相机6739捕获。在这些实施例中，吸收性偏振器6737起到针对逸出图像光6750的光阱的作用，并且由此阻挡来自相机6739的在可见光波长中的图像光6750，而同时充当针对相机6739的来自环境的红外波长光6770的窗口。
447.通过使相机视场与显示图像和用户的情景视图同轴对准，能够提供具有与情景中对象的改进对准的增强现实图像。这是因为来自相机的捕获图像提供用户的视角的情景视图的准确表示。在实施例中，与用户的视图同轴对准的相机捕获情景的图像，处理器然后识别在捕获图像中的对象并且识别针对对像的视场位置，其能够与所显示的视场相关位置相比较，因此数字内容然后相对于对象的位置而被显示。
448.本发明的另一个方面涉及使用反射显示器的光学组件，其中利用前光来照明反射显示器，所述前光被布置成以与反射显示器的有效反射表面呈大约90度的角度来引导照明。在实施例中，光学配置是轻量的、小的并且在头戴式透视显示器中产生高质量图像。
449.图68提供根据本发明的原理的针对hwc 102的紧凑光学显示组件的横截面图示，以及用来示出光如何穿过该组件的说明性光线。显示组件由上部光学器件和下部光学器件组成。上部光学器件包括反射图像源6810、四分之一波膜6815、场透镜6820、反射偏振器6830和偏振光源6850。上部光学器件将照明光6837转换成图像光6835。下部光学器件包括分束板6870和旋转弯曲部分反射镜6860。下部光学器件将图像光递送到正在佩戴hwc 102的用户。紧凑的光学显示组件给用户提供传达显示图像的图像光6835以及提供环境的透视视图的情景光6865，以使得用户看见叠覆到环境的视图上的显示图像。
450.在上部光学器件中，线性偏振光由偏振光源6850提供。其中偏振光源6850能够包括一个或多个灯，诸如led、qled、激光二极管、荧光灯等。偏振光源6850还能够包括具有光
散射表面或扩散器的背光组件以横跨偏振光源的输出区域均匀地扩展光。光控制膜或光控制结构也能够被包括以控制由偏振光源6850提供的光的分布（也被称为锥体角度）。光控制膜能够包括例如扩散器、椭圆扩散器、棱镜膜和双凸透镜阵列。光控制结构能够包括棱镜阵列、双凸透镜、柱面透镜、菲涅耳透镜、折射透镜、衍射透镜或控制照明光6837的角度分布的其他结构。偏振光源6850的输出表面是用来确保提供给上部光学器件的照明光6837被线性偏振的偏振器膜。
451.由偏振光源6850提供的照明光6837被反射偏振器6830反射。其中反射偏振器6830和偏振光源6850的输出表面上的偏振器被取向为使得它们的相应透射轴彼此垂直。作为结果，由偏振光源6850提供的照明光6837中的大多数被反射偏振器6830反射。此外，反射偏振器6830呈一定角度以使得照明光6837朝向反射图像源6810反射，由此照明反射图像源6810，如在图68中示出的那样。
452.照明光6837穿过场透镜6820并且然后入射到反射图像源6810上。照明光6837然后被反射图像源（另外在本文中在别处被称为反射显示器）6810反射。其中，反射图像源6810能够包括硅上液晶（lcos）显示器、硅上铁电液晶（flcso）显示器、反射液晶显示器、胆固醇液晶显示器、双稳态向列液晶显示器或其他这样的反射显示器。显示器能够是与顺序的红色/绿色/蓝色照明光6837一起使用的单色反射显示器或者与白色照明光6837一起使用的全色显示器。反射图像源6810与由反射图像源6810显示的逐像素图像内容相对应地在本地改变照明光6837的偏振状态，由此形成图像光6835。其中如果反射图像源6810是常白色显示器，则与图像内容的亮区域相对应的图像光6835的区域以与照明光的偏振状态相反的偏振状态结束，并且图像光6835的暗区域以与照明光6837相同的偏振状态结束（应该指出的是，本发明能够与对图像光中的偏振提供相反效应的常黑色显示器一起使用）。照此，最初由反射图像源6810反射的图像光6835逐像素具有混合的偏振状态。图像光6835然后通过场透镜6820，其修改图像光6835的分布同时保留波前以匹配下部光学器件的要求（诸如，例如放大和聚焦）。当图像光6835穿过反射偏振器6830时，具有与照明光6837相反的偏振状态的图像光6835的亮区域透射通过反射偏振器6830，并且与照明光6837具有相同偏振状态的图像光6835的暗区域往回朝向偏振光源6850反射，作为结果，在穿过反射偏振器6830之后图像光6835在图像的所有像素中以单个偏振状态被线性偏振，但是现在逐像素具有不同强度。因此，反射偏振器6830首先充当针对照明光6837的反射器，并且然后再次充当针对图像光6835的检偏偏振器（analyzer polarizer）。
453.照此，照明光6837的光轴与在反射偏振器6830与反射图像源6810之间的图像光6835的光轴重合。照明光6837和图像光6835二者都穿过场透镜6820，但是在相反方向上穿过。其中场透镜起作用来扩展照明光6837，因此它对反射图像源6810的全部有效区域进行照明，并且还扩展图像光6835，因此它在穿过紧凑光学显示系统之后填充眼睛框6882。通过使与照明光6837相关联的紧凑光学显示组件中的部分和与图像光6835相关联的紧凑光学显示组件中的部分交叠，减少了紧凑光学显示组件的总体大小。考虑到与场透镜6820相关联的焦距需要紧凑光学显示组件中的一些空间，反射偏振器6830和偏振光源6850位于否则将是不用的空间中，因此显示组件的总体大小更加紧凑。
454.反射偏振器6830能够是相对薄的膜（例如，80微米）或者薄板（例如，0.2mm），如在图68中示出的那样。反射偏振器6830能够是诸如从wgf名下的asahi kasei（旭化成株式会
社）可得到的线栅偏振器，或者诸如从dbef名下的3m可得到的多层电介质膜偏振器。如先前描述的那样，反射偏振器6830具有两个功能。第一，反射偏振器6830反射由偏振光源6850提供的照明光6837并且朝向反射图像源6810对照明光6837重定向。第二，反射偏振器6830充当图像光6835的检偏偏振器，由此将反射偏振器6830上方的混合偏振状态的图像光6835转换成反射偏振器6830下方的具有单个偏振状态的线性偏振光。在入射在反射偏振器6830上的照明光6837入射在反射偏振器6830的相对小的部分上时，图像光6835入射在反射偏振器6830的区域中的大多数上。因此，反射偏振器6830至少横跨场透镜6820的全部区域延伸并且可以横跨如在图68中示出的场透镜6820与分束器6870之间的全部区域延伸。此外，反射偏振器6830至少在照明光6837所入射的部分中呈一定角度以将照明光6837朝向反射图像源6810重定向。然而，在优选的实施例中，由于反射偏振器（诸如，线栅偏振器）能够对入射角度相对不敏感，所以反射偏振器6830是平坦表面，其呈一定角度以将照明光6837朝向反射图像源6810重定向，其中所述平坦表面基本上横跨在场透镜6820和分束器6870之间的全部区域在一个连续平坦表面中延伸以使制造更容易。反射偏振器6870的薄膜或薄板能够被保留在边缘处，以便以期望的角度对其定位并且使表面平坦。
455.在本文中关于图68至71描述的系统和方法具有许多优点。通过避免照明光6837和图像光6835在紧凑光学显示组件中的所有表面处的掠射角，组件中的光的散射被减少，并且作为结果，用更黑的黑色使呈现给用户的眼睛6880的图像的对比度更高。此外，反射图像源6810能够包括补偿延迟器膜6815，如对于本领域技术人员已知的那样，以使反射图像源6810能够提供具有在显示图像的区域上的更均匀对比度的更高对比度图像。进一步地，通过提供主要由空气组成的光学显示组件，大幅减少紧凑光学显示组件的重量。通过使用针对照明光6837和图像光6835的重合光轴并且针对光学显示组件的大部分使照明光6837和图像光6835交叠，减少了紧凑光学显示组件的总体大小。其中通过使照明光6837和图像光6835在相反方向上穿过场透镜6820来提供重合光轴。为了维持针对照明光6837的均匀偏振状态，场透镜6820由低双折射性材料（诸如玻璃或塑料（诸如从osaka gas chemicals可得到的0kp4））制成。通过在场透镜6820下方定位偏振光源6850和相关联的照明光6837，并且通过折叠反射偏振器6830处的照明光6837和分束器6870处的图像光6835两者的光学路径，大大减少了紧凑光学显示组件的总体高度。例如，紧凑光学显示组件的总体高度能够小于24mm，如从针对显示器的反射图像源6810到旋转弯曲部分反射镜6860的底部边缘所测量的那样，所述显示器用6
×
10mm眼睛框提供30度对角线视场。
456.在优选情况下，偏振光源6850中的光控制结构包括正透镜，诸如例如正菲涅耳透镜、正衍射透镜或正折射透镜。其中正菲涅耳透镜或正衍射透镜是优选的，因为它们可以非常薄。照明光6837由此被聚焦以在反射偏振器6830处形成较小的区域或光瞳，其与在光学器件的另一端处的眼睛框6882的区域具有直接关系，在该另一端中图像光6835被提供给用户的眼睛6880，如在图68中示出的那样。其中正透镜在强度和角度分布两方面将来自偏振光源6850的照明光6837进行集中，以匹配光学系统的集光率（etendue），并且由此用图像光6835填充眼睛框。通过使用正透镜来会聚提供给反射偏振器6830的来自偏振光源6850的光，并且然后使用场透镜6820来扩展照明光6837以照明反射图像源6810的有效区域，因为照明光6837基本上仅在需要形成图像光6835的地方被递送，所以提高了效率。进一步地，在光瞳外的照明光6837能够被正透镜控制并且被正透镜的掩蔽边缘所修剪。通过聚焦照明光
6837并且对光瞳外的光进行修剪，防止照明光6837在紧凑光学显示组件中以掠射角撞击邻近表面以减少光的散射，并且由此通过提供更黑的黑色来提高提供给用户的眼睛6880的图像中的对比度。
457.应该指出，虽然图68、69和70示出了其中从旋转弯曲部分反射镜6860后面提供照明光6837的光学布局，但是其他光学布局也在本发明之内是可能的。偏振光源6850的位置能够被改变为例如处于可旋转弯曲部分反射镜6860的侧面处，其中反射偏振器6830被取向为从该侧面接收照明光6837。并且朝向反射图像源6810反射所述照明光（未示出）。
458.在进一步的实施例中，朝向偏振光源6850往回反射的图像光6835的部分在偏振光源6850中被再循环以提高偏振光源6850的效率。在这种情况下，扩散器和反射表面被提供在偏振光源6850后面，因此光的偏振被扰乱并且朝向反射偏振器6830往回反射。
459.在又一个实施例中，另一个反射偏振器被提供在偏振光源6850中并且在先前公开的线性偏振器后面。其中反射偏振器和线性偏振器的相应透射轴彼此平行。其他反射偏振器然后将光反射回到背光中，所述背光具有将不被线性偏振器透射的偏振状态。反射回到背光中的光穿过与偏振光源6850相关联的扩散器，在那里偏振状态被扰乱并且被重新出射，由此使光再循环并且提高效率。
460.在另一个实施例中，根据本发明的原理的系统包括眼睛成像系统。图69是紧凑光学显示组件的图示，其包括捕获用户的眼睛6880的图像的眼睛成像相机6992，所述用户的眼睛6880与提供给用户的显示图像同轴，以便能够可靠地捕获用户的虹膜的完全图像。眼睛成像相机6992由反射偏振器6930反射到下部光学器件中，所述反射偏振器6930包括面向眼睛成像相机6992的陷波反射镜涂层，其反射由眼睛成像相机6992捕获的光的波长（例如，近红外波长），同时透射与图像光6835相关联的波长（例如，可见光波长）。在图69中示出的眼睛光线6995图示与眼睛成像相机6992相关联的视场如何是相对窄的视场，因为它通过下部光学器件被多重反射以捕获用户的眼睛6880的图像。然而，为了使眼睛成像相机6992能够聚焦到用户的眼睛6880上，眼睛成像相机6992需要具有非常近的聚焦距离（例如，35mm）。此外，眼睛成像相机的视场和聚焦距离必须考虑到减少由旋转弯曲部分反射镜6860提供的屈光力的效应。为了提高捕获从用户的眼睛6880反射的光的效率并且由此能够实现更亮的眼睛的图像，旋转弯曲部分反射镜6860能够被涂覆有部分反射镜涂层，其充当在被眼睛成像相机6992捕获的波长中的全反射镜，例如该涂层能够反射与图像光相关联的可见光的50%以及与眼睛光6995相关联的近红外光的90%。其中反射和偏振状态中的相关联改变类似于与图像光6835相关联的那些，但是处于相反的次序，这是因为眼睛光线6995来自用户的眼睛6880。led或其他微型灯被提供为邻近用户的眼睛6880，以对用户的眼睛6880照明，其中与led或其他微型灯相关联的波长不同于与图像光6835相关联的波长，诸如例如近红外波长（例如，850nm、940nm或1050nm）。替代地，图像光6835用于对用户的眼睛6880照明并且具有反射中的低消光比（例如，反射消光比< 15）的反射偏振器6930被使用，以使得眼睛光线中的一些朝向眼睛成像相机6992反射。
461.在替代实施例中，反射和部分反射表面能够横向延伸到用于显示图像给用户的区域的侧面。在这种情况下，眼睛成像相机能够位于邻近场透镜处并且指向一个方向，以在从图70中示出的分束器和旋转弯曲部分反射镜反射之后对用户的眼睛进行成像。其中图70是示出眼睛成像相机7092被定位到场透镜6820和反射偏振器6830的侧面的图示。眼睛成像相
机7092被指向为使得由眼睛成像相机7092捕获的视场包括用户的眼睛6880，如由眼睛光线7095所图示的那样。四分之一波膜6890也被横向延伸以按照图像光的偏振状态被改变的相同方式来改变眼睛光7095的偏振状态，以使得穿过分束器6870和四分之一波6890的眼睛光被旋转弯曲部分反射镜6860部分反射并且然后被分束器6870反射以及然后被眼睛成像相机7092捕获。通过将眼睛成像相机7092定位到场透镜6820和反射偏振器6830的侧面，减少了与向用户显示图像相关联的光学器件的复杂性。此外，增加了对于眼睛成像相机7092可用的空间，这是因为减少了与显示光学器件的干扰。通过将眼睛成像相机7092邻近于显示光学器件进行定位，几乎与显示图像同轴地捕获眼睛图像。
462.在又一个实施例中，根据本发明的原理的系统包括具有内部反射偏振器的场透镜和具有屈光力的一个或多个表面。图71是包括由上部棱镜7122和下部棱镜7123组成的场透镜7121的上部光学器件的图示。上部棱镜7122和下部棱镜7123能够被模塑成形或被研磨和抛光。反射偏振器7124被插入在上部棱镜7122与下部棱镜7123之间的平坦表面上。反射偏振器7124能够是如先前提到的线栅偏振器膜或多层电介质偏振器。反射偏振器7124能够用透明uv固化粘合剂被接合就位，该透明uv固化粘合剂具有与上部棱镜7122或下部棱镜7123相同的折射率。典型地，上部棱镜7122和下部棱镜7123将具有相同的折射率。其中上部棱镜7122包括针对照明光6837的有角度的表面，该照明光要被提供为照明反射图像源6810。由包括如先前已描述的灯（诸如led）、背光7151、扩散器7152和偏振器7153的光源提供照明光。下部棱镜7123在出射表面上包括弯曲表面以用于控制供应到下部光学器件的图像光6835的波前。上部棱镜也可以在紧挨着反射图像源6810的上表面上包括弯曲表面，如在图71中示出的那样，以用于操纵在反射图像源6810的表面处的光的主光线角度。照明光6837在入射上部棱镜7122之前被偏振器7153偏振。偏振器7153和反射偏振器7124的透射轴彼此垂直以使得照明光6837被反射偏振器7124反射，使得照明光朝向反射图像源6810被重定向。照明光6837的偏振状态然后与要显示的图像内容相对应地被反射图像源6810被改变，如先前描述的那样，并且得到的图像光6835然后穿过反射偏振器7124以形成与被显示给用户的眼睛6880的图像相关联的亮区域和暗区域。
463.在另一个实施例中，图71的场透镜7121包括偏振分束器立方体，其包括两个棱镜，即上部棱镜7122和下部棱镜7123。在这种情况下，反射偏振器7124被偏振敏感的涂层替代，以使得一种偏振状态的光（典型地，例如s偏振光）被反射而另一种偏振状态的光被透射。照明光6837然后被提供有被该涂层反射的偏振状态，并且图像光被提供有被该涂层透射的偏振状态。如在图71中示出的那样，分束器立方体包括在上部棱镜7122或下部棱镜7123中的一个或多个弯曲表面。分束器立方体还能够包括其中供应照明光的一个或多个有角度的表面。有角度的表面能够包括光控制结构（诸如微透镜阵列）以提高照明光6837的均匀性，或者双凸透镜阵列以准直照明光6837。
464.在又一个实施例中，在图71中图示的（多个）弯曲表面或（多个）有角度的表面能够通过以下步骤被模塑到矩形成形的分束器立方体上：将uv固化材料（例如，uv固化丙烯酸）铸造到分束器立方体的平坦表面上；将带有具有期望弯曲的腔体的透明模具放置到平坦表面上以迫使uv固化材料变成期望弯曲；以及应用uv光以固化uv固化材料。分束器立方体能够由具有与uv固化材料相同或不同折射率的材料制成。
465.在进一步的实施例中，偏振敏感反射涂层（诸如电介质部分反射镜涂层）能够代替
如在图68中示出的反射偏振器或分束器而被使用。在这种情况下，包括反射偏振器6830和分束器6870的反射膜和板包括偏振敏感涂层，其基本上反射具有一个偏振状态（例如，s偏振）的光，而基本上透射具有另一偏振状态（例如，p偏振）的光。由于照明光源包括偏振器7153，照明光6837是一种偏振状态并且反射偏振器7124对反射中的偏振状态敏感不是重要的，偏振状态仅需要被维持并且均匀地呈现在反射图像源6810的表面上。然而，重要的是，反射偏振器7124对透射中的偏振状态高度敏感（例如，消光比>200）以成为有效的偏振检偏器并且以给用户的眼睛6880提供高对比度图像（例如，对比率>200）。
466.在进一步的实施例中，在图71中示出的场透镜7121能够包括具有弯曲表面（未示出）而不是平坦表面的反射偏振器7124，并且其中反射偏振器7124不是膜而是偏振敏感涂层、印刷线栅偏振器或模塑线栅样式（其然后被金属化）。在这种情况下，上部棱镜7122和下部棱镜7123被制作为具有配对的弯曲表面的匹配对，该弯曲表面一起形成反射偏振器的表面。其中，偏振敏感涂层、印刷线栅或模塑线栅样式被应用到与上部棱镜7122或下部棱镜7123相关联的配对弯曲表面，并且透明粘合剂被应用到其他配对表面以将上部棱镜7122和下部棱镜7123接合在一起，以形成具有内部弯曲反射偏振器7121的场透镜7121。
467.本发明的另一个方面涉及制造和提供在供透视计算机显示系统中使用的光学元件。在实施例中，轻量、成本低并且高光学质量的光学元件。
468.在头部安装式显示器中，分束器能够用于引导朝向反射图像源（诸如lcos或dlp）引导来自光源的照明光。其中期望具有带有平坦部分反射表面的低重量的分束器，以提供良好的图像质量。平坦部分反射表面在眼睛相机被提供用于眼睛成像（其利用平坦部分反射表面来朝向用户的眼睛引导眼睛相机的视场）时是特别重要的。
469.系统和方法提供由模塑的塑料元件和内部板元件组成的轻量分束器，以提供平坦部分反射表面。同时，这些件形成包括两个模塑元件和板元件的三联体分束器光学器件。通过提供在分束器内部的板元件，模塑元件的匹配表面不必是光学平坦的，而是板元件提供平坦表面并且折射率匹配材料用于将板元件与模塑元件接合在一起。所有三个元件能够是塑料元件以减少轻量分束器的重量和成本。为了提供更均匀的折射效应，模塑元件和板元件优选地由具有相似折射率并且具有低双折射性的塑料材料制成。
470.图72示出两个模塑元件7210和7220的图示。这些模塑元件以相对均匀厚度被模塑以在模塑（注入模塑、压缩模塑或铸造）期间提供塑料材料的均匀流动，并且由此能够实现所模塑的在元件中的低双折射性。为了进一步降低所模塑的在模塑元件中的双折射性，具有低粘度和低应力光学系数的材料是优选的，包括：来自osaka gas（大阪瓦斯）公司的0kp4；来自zeon chemical的zeonex f52r、k26r或350r；来自teijin（帝人化成）的panlite sp3810。
471.模塑元件7210和7220能够包括平坦表面和具有屈光力的表面，其中具有屈光力的表面能够包括球形或非球面弯曲表面、衍射表面或菲涅耳表面。平坦表面、衍射表面或菲涅耳表面对于与照明图像源的光相关联的表面是优选的，并且平坦表面、球形表面或非球面表面对于与图像光相关联的表面是优选的。模塑元件7210被示出具有球形或非球面表面7215并且模塑元件7220被示出具有平坦表面7225，然而所示出的任何表面能够被模塑为平坦表面或具有屈光力的表面。
472.在模塑之后，模塑元件7210和7220被机械加工以提供匹配的有角度的表面。模塑
元件7210在图73中被示出，其中铣削刀具7328被示出机械加工有角度的表面7329。图74示出在模塑元件7210和7220已被机械加工以分别提供分束器元件7430和7440之后的所述模塑元件7210和7220的图示，所述分束器元件7430和7440是棱镜。分束器元件7430和7440的有角度的表面被机械加工以具有机械加工角度。替代地，分束器元件7430和7440能够被从片材料或模塑圆盘（puck）机械加工。在将机械加工的有角度的表面或者模塑的有角度的表面用于分束器元件中的任一情况下，表面将不是光学平坦的。
473.图75示出组装的三联体分束器光学器件的图示，其中分束器元件7430和7440已被组装有部分反射板元件7560以形成分束器立方体。其中分束器元件7430和7440由相同材料或具有非常相似的折射率（例如，在彼此的0.05之内）的不同材料制成。折射率匹配材料被用在分束器元件与板元件之间的界面处。折射率匹配材料能够是流体、光固化粘合剂、湿固化粘合剂或热固化粘合剂。折射率匹配材料应该具有与分束器元件的折射率非常相似（例如，在0.1之内）的折射率。
474.部分反射板元件7560能够是具有部分反射层的透明板，该部分反射层是部分反射涂层或者层叠的部分反射膜。透明板优选是铸造片（诸如具有低双折射性的单元铸造丙烯酸），或者低双折射性材料（诸如0kp4、zeonex f52r、zeonex k26r、zeonex 350r或panlite sp3810）的模塑饰板（plaque）。此外，透明板应该是光学平坦的（例如，在表面上20微米之内并且具有小于15纳米的表面光洁度），然而光学平坦表面容易在片料（sheet stock）中得到。通过在分束器元件7430和7440与部分反射板元件7560之间的界面处使用折射率匹配材料，分束器元件7430和7440的表面的光学平面度的缺乏能够由折射率匹配材料来填充，以使得反射表面的平面度由更容易得到的部分反射板元件7560的平面度来确定，由此提供制造优点。部分反射层能够是部分反射镜、反射偏振器或线栅偏振器，其中反射偏振器能够是涂层或膜并且线栅偏振器能够是部分涂覆有导电层的模塑结构或膜。其中适合的反射偏振器膜能够从在dbefq的商标名下可用的3m得到，并且线栅偏振器膜能够从在wgf的商标名下可用的asahi
‑
kasei得到。在优选的实施例中，部分反射板元件7560的透明板具有与分束器元件7430和7440的折射率非常相似（例如，在0.1之内）的折射率。
475.图76示出针对头部安装式显示系统的光学系统的图示。该系统包括反射显示器作为图像源7667、光源7665，所述光源7665能够是如适于图像源7665的顺序彩色光源或白色光源。其中光源7665提供照明光7674，只要四分之一波层与图像源7667或部分反射板元件7560相关联，所述照明光7674能够是偏振光，以使得照明光7674的偏振在变成图像光7672之前被改变。照明光7674被部分反射板元件7560的表面反射，并且然后被图像源7667反射，于是它穿过部分反射板元件7560，由此变成图像光7672。图像光7672然后被部分反射组合器7682反射以使得图像光朝向用户的眼睛7680被引导以显示图像给用户，而同时提供环境的透视视图。在光学系统中，折射率匹配材料能够被用在图像源7665与分束器元件7440之间的界面处，使得分束器元件7440的表面不必是平坦的。由本发明预料到的是，该光学系统可以包括未被示出的附加透镜和其他光学结构以提高图像质量或改变光学系统的形状因子。
476.在另一个实施例中，分束器元件7430和7440使用注入模塑或铸造来直接模塑成形。模塑的分束器元件然后如在图75中示出的那样被组装，如先前在本文中描述的那样。
477.在进一步的实施例中，分束器元件的表面被模塑或机械加工以具有附加结构，以
便提供进一步的特征。图77示出包括延伸的部分反射板元件7760和延伸的分束器元件7740的轻量分束器7750的图示，其中部分反射表面被延伸以提供附加区域给将朝向图像源7665反射的照明光7674。其中具有延伸的部分反射表面在图像源7665是dlp并且照明光7665必须以倾斜角度被递送时是特别有用的。图78示出包括针对照明光7674的入射表面7840的轻量分束器7850，所述照明光7674呈一定角度，因此照明光7674基本上垂直穿过入射表面7840。
478.在又一实施例中，从单个模塑元件机械加工分束器元件7430和7440。其中单个模塑元件被设计为提供期望的光学表面。例如，如在图72中示出的模塑元件7210具有能够用于表面7215和7225两者的表面。一系列模塑元件7210然后能够被模塑并且一些将被用于制作机械加工的分束器元件7430并且一些用于分束器元件7440。将然后使用折射率匹配粘合剂将部分反射板元件7560与分束器元件7430和7440接合，如先前在本文中描述的那样。替代地，单个模塑元件7210能够被设计具有横跨部分反射板元件7560将被添加的维度的额外厚度，以使得单个模塑元件7210将被锯成、机械加工成、或激光切割成分束器元件7430和7440。
479.在另一个实施例中，第一模塑光学元件在能够实现改进的光学特性的几何结构中被模塑，所述光学特性包括：低双折射性；模制物的光学表面的更准确复制（减少的光焦度和不规则偏差）。第一模塑光学元件然后被切割成不同形状，其中切割过程留下光学粗糙表面光洁度。然后使用折射率匹配粘合剂将具有光学光滑表面的第二光学元件接合到第一模塑光学元件的光学粗糙表面，以提供组合的光学元件。折射率匹配粘合剂填充第一模塑光学元件上的光学粗糙表面，以使得光学粗糙表面不再可见，并且光学光滑表面由第二光学元件提供在组合光学元件中。与具有组合光学元件的几何结构的直接模塑光学元件相比，提高了组合光学元件的光学特性。切割表面能够是平坦的或弯曲的，只要第一模塑光学元件的切割表面与第二光学元件的接合表面基本上相似。此外，第一模塑光学元件和第二光学元件两者能够提供具有独立光学特征（诸如屈光力、光楔、衍射、光栅、色散、滤光和反射）的光学表面。例如，光学平坦表面可能难以在塑料透镜上模塑。透镜能够被模塑以提供球形弯曲表面和另一个表面，该另一个表面基本上被铣削掉以提供具有粗糙表面光洁度的平坦表面。然后能够使用折射率匹配粘合剂将光学平坦片材接合到铣削的表面以提供具有光学平坦表面的组合光学元件。
480.在又一实施例中，分束器元件的表面包括模塑或机械加工的结构以对照明光7674或图像光7672进行准直、会聚、发散、扩散、部分吸收、重定向、或偏振。以这种方式，减少了轻量分束器中的部件的数量并且减少了制造复杂性和成本。
481.多件式轻量固体光学器件已结合某些实施例而被描述；应该理解的是，多件式轻量固体光学器件可以与其他光学布置（例如，在本文中在别处描述的其他透视头戴式显示器光学配置）结合使用。
482.在实施例中，本发明提供用于对准图像的方法，以及用于控制与hmd相关联的显示组件的光学器件之内的光以防止散射并且还俘获过量的光以由此提高提供给用户的图像质量的方法和设备。
483.图79a是针对hmd的显示组件的横截面的示意性图示。其中，显示组件包括上部光学器件795和下部光学器件797，其一起操作以显示图像给用户而同时提供环境的透视视
图。上部光学器件795的各方面将在本文中更详细地被讨论。下部光学器件797能够包括用来操纵来自上部光学器件795的图像光7940并且由此将图像光7940呈现给用户的眼睛799的光学元件。下部光学器件797能够包括一个或多个透镜7950和组合器793。组合器793将图像光7940呈现给用户的眼睛799而同时允许来自环境的光791穿过以到达用户的眼睛799，以使得用户看见叠覆到环境的视图上的显示图像。
484.图79是针对hmd的上部光学器件795的横截面的示意性绘图。包括的是光源7910、部分反射层7930、反射图像源7935和透镜7950。光源7910提供照明光7920给hmd。照明光7920通过部分反射层7930被重定向以照明反射图像源7935。照明光7920然后与显示图像中的图像内容相对应地被反射图像源7935反射，以使得它穿过部分反射层7930并且由此形成图像光7940。由透镜7950和下部光学器件797中的其他光学元件（未示出）来光学地操纵图像光7940，以使得显示图像被提供给用户的眼睛799。同时，光源7910、部分反射层7930以及反射图像源7935形成前部光照的图像源。其中，反射图像源7935能够包括lcos、flcos、dlp或其他反射显示器。图79、80、82和83被示出具有照明光7920，所述照明光7920被提供为使得它以倾斜角度入射在反射图像源7935上，如对于dlp所需要的那样。图84c、84d、85、86、87、88和89被示出具有与反射图像源8535垂直地提供的照明光7920，如对于lcos或flcos所需要的那样。在本文中描述的本发明的原理适用于其中需要杂光减少的任何类型的反射图像源。光源7910能够包括光源（诸如led、激光二极管或其他光源（例如，如在本文中描述的那样））以及各种光控制元件，包括：扩散器、棱镜膜、双凸透镜膜、菲涅耳透镜、折射透镜和偏振器。包括在光源7910中的偏振器使从光源7910出射的光偏振，以使得照明光7920被偏振。部分反射层7930能够是在衬底上的部分反射镜涂层，或者它能够是反射偏振器膜，诸如在wgf名下由asahi
‑
kasei供应的线栅膜或在dbef名下由3m供应的多层偏振器膜。当部分反射层7930是反射偏振器时，照明光7920被供应为偏振光，其中照明光7920的偏振轴相对于反射偏振器的偏振轴取向，以使得照明光7920基本上被反射。反射图像源7935然后包括四分之一波延迟器（例如，四分之一波膜），以使得照明光7920的偏振状态在被反射图像源79345反射的过程中被反转。这使反射的照明光7920然后能够基本上被反射偏振器透射。在穿过部分反射层7930之后，光变成图像光7940。图像光7940然后传递到透镜7950中，该透镜透镜7950是下部光学器件797或操纵光以提供显示图像给用户的眼睛的显示光学器件的一部分。虽然部分反射层7930被图示为平坦的表面，但是发明人已预料到表面可以被弯曲、成形、具有简单或复杂的角度等，并且这样的表面形状被本发明的原理所涵盖。
485.在提供图像给用户的两只眼睛的hmd中，期望提供图像以使得它们彼此对准。这在图像被观看为其中用每只眼睛看见的所感知的图像对准对于实现深度感知而言是关键的立体图像时是特别重要的。为了提供准确的图像对准，光学器件的有效对准可以在光学器件已被组装到hmd的刚性框架中之后被执行。其中有效对准包括通过移动显示组件的部分并且将所述部分附接到相对于彼此的位置中来将针对每只眼睛的图像彼此对准。为此，图79示出空间7952，其在反射图像源7935周围延伸，以使得反射图像源7935能够横向和旋转地移动。光源7910和部分反射层7930被布置成照明包括反射图像源7935和邻近空间7952的一部分的区域。作为结果，反射图像源7935能够在有效对准过程期间在空间7952之内移动而不丢失照明或使显示图像的亮度降级。其中反射图像源7935在有效对准期间的移动能够包括与提供给一只眼睛的图像相对于提供给用户的另一只眼睛的图像的水平、垂直和旋转
移动相对应的移动。当反射图像源7935在大小上是近似5
×
8.5mm时，移动在大小上能够例如是0.5mm（这等同于反射图像源尺寸的近似10%）并且照此空间7952能够是0.5mm宽或更宽。
486.然而，通过在照明的区域中包括空间7952，由于从反射图像源7935的边缘或者从邻近于空间7952的结构所反射或散射的光而能够出现可见的伪象。因此，提供掩模8055，其从反射图像源7935的有效区域的边缘横跨空间7952延伸以覆盖邻近于空间7952的结构和反射图像源7935的边缘，如在图80中示出的那样。掩模8055是黑色且非反射的，以便吸收入射照明光7920。此外，掩模8055被设计为不干扰在有效对准期间发生的反射图像源7935的移动。为此，掩模8055能够是刚性的（例如，黑色塑料或黑色涂覆的金属）并且被设计成在邻近结构（诸如光源7910）、部分反射层7930的边缘以及包含前光的外壳的侧面下滑动。替代地，掩模8055可以是柔性的（例如，黑色塑料膜或黑色橡胶膜或带），以使得掩模8055在它接触邻近结构时变形。图81a示出从上面观看时的反射图像源7935、光源7910和空间7952的图示。如典型地关于所有种类的图像源发现的那样，存在围绕有效区域8165的应用到图像源的表面的掩模8168，然而该掩模8168不覆盖空间7952。图81b示出在图81a中示出的系统的进一步图示，其中掩模8055被应用到反射图像源7935以使得其以覆盖空间7952并且不阻挡有效区域8165的方式附接在掩模8168之内。
487.在另一个实施例中，由图像源产生的图像不使用图像源的所有有效显示区域，因此存在用来在有效显示区域之内使图像在x和/或y视角中移位以用于对准内容的空间。例如，如果观察到未对准（如以上指示的那样），代替物理地移动图像源或者除移动图像源之外，使图像在x和/或y方向上数字移位以创建更好的组合内容对准。在内容周围的最初无效的显示区域可以被称为内容移位缓冲区。
488.在用于在具有透视的hmd中使图像对准的进一步实施例中，使用与在图79a或图85中示出的显示组件相似的显示组件来将包含特征的第一图像提供给用户的一只眼睛。包含相同位置中的特征的第二图像被提供给用户的另一只眼睛。图像源中的至少一个的位置然后在被提供用于调整的空间之内移动以使第一图像与第二图像对准，如由用户的眼睛看见那样。这种图像对准还能够使用相机代替用户的眼睛来完成。
489.在其中第一和第二图像在大小上比反射图像源的有效区域更小的情况下，由此留下邻近于图像的数字空间，所述数字空间能够用于对图像的数字移位以用于进一步的对准调整。这种调整能够与反射图像源的物理移动组合使用以使第一图像与第二图像对准。
490.图82是上部光学器件825的图示，其包括上部光学器件795的元件外加修整偏振器8260。其中，修整偏振器8260的偏振轴被取向为使得图像光7940被透射到下部光学器件（未示出）。具有与图像光7940相比相反的偏振状态的光被修整偏振器8260吸收。照此，典型地具有混合偏振状态的从表面（诸如外壳8262的壁）散射的光将被修整偏振器8260部分吸收。只要修整偏振器8260位于透镜7950之后，修整偏振器8260还能够吸收由在透镜7950中的双折射性引起的带颜色的光的一部分。在这种情况下，修整偏振器8260吸收由双折射性引起的具有相反偏振状态的光并且透射具有图像光7940在透镜7950之前的偏振状态的光。在一些情况下，有利的是，改变图像光7940的偏振状态以提高图像光7940从组合器793的反射，使得除了修整偏振器8260之外还需要半波延迟器。为了适合的操作，半波延迟器被定位，其中它的快轴以与修整偏振器8260的透射轴呈45度来取向。在这种情况下，有利的是，在修整
偏振器8260下方定位半波延迟器（未示出），以使得在由半波延迟器对图像光起作用之前，修整偏振器能够吸收可能由于透镜7950中的双折射性而存在的任何椭圆偏振。以这种方式，可以存在于半波延迟器中的关于波长的阻滞方面的任何变化将不会起作用来增加椭圆偏振或者起作用来增加由透镜7950中的双折射性引起的图像光7940中的颜色伪象。在示例中，修整偏振器能够是层叠到半波延迟器膜的偏振器膜，并且抗反射涂层可以被应用到外表面。
491.在图83中，部分反射层8330是由层叠到吸收性偏振器膜8331的反射偏振器膜8332组成的层叠的多偏振器膜。其中，反射偏振器膜8332仅足够大以反射照明反射图像源7935的有效区域8165的照明光7920。吸收性偏振器膜8331大于反射偏振器膜8332并且横跨在反射图像源7935与透镜7950之间的全部孔径进行延伸，以使得没有吸收性偏振器膜8331的边缘是可见的，并且从反射图像源7935反射的所有光穿过吸收性偏振器8331。对于当反射图像源7935是lcos时的情况，吸收性偏振器8331充当用来仅允许图像光的偏振状态被透射的检偏偏振器。照此，反射偏振器膜8332仅覆盖吸收性偏振器膜8331的一部分。反射偏振器膜8332和吸收性偏振器膜8331的偏振轴被对准以使得由反射偏振器膜8332透射的偏振光也被吸收性偏振器膜8331透射。相比之下，由反射偏振器膜8332反射的偏振光被吸收性偏振器膜8331吸收。由此，入射到反射偏振器膜8332上的照明光7920朝向反射图像源7935反射，其中偏振状态被反转以使得在照明光在其变为图像光7940时由反射偏振器膜8332和吸收性偏振器膜8331透射。同时，入射到在围绕反射偏振器膜8332的区域中的吸收性偏振器膜8331上的照明光7920被吸收性偏振器膜8331吸收。通过吸收这种将不照明反射图像源7935的有效区域8165的过量照明光7920，在显示组件内减少了杂散光并且作为结果增加了呈现给用户的眼睛的图像中的对比度。通过对准反射偏振器膜8332和吸收性偏振器膜8331的偏振轴，与仅包括吸收性偏振器膜8331的区域相比，在包括反射偏振器膜8332和吸收性偏振器膜8331两者的区域中透射仅减少了近似12%。考虑到部分反射层8330在光学系统中的位置以及其远离反射图像源7935的事实，具有在由层叠的多重偏振器组成的部分反射层8330上的透射中的局部差异将对提供给用户的眼睛的图像中的亮度均匀性具有非常小的影响。此外，部分反射层8330远离反射图像源8330的事实使反射偏振器膜8332的边缘是模糊的，如由用户所看见的那样。
492.图84a和84b示出由层叠到吸收性偏振器膜8432的反射偏振器膜8430和8431组成的部分反射层8330的示例的图示。反射偏振器膜8430和8431被切割成仅覆盖下述区域的形状，在该区域处照明光7920将被反射以照明反射图像源7935的有效区域8165。反射偏振器膜所需要的形状将取决于前光的类型而变化。对于其中部分反射层8330位于邻近于反射图像源7935处的图83中示出的前光，反射偏振器膜8431的形状将是矩形的或椭圆形的，诸如在图84b中示出的那样。对于包括在其中透镜8550位于部分反射层8530与反射图像源8535之间的图85中示出的显示组件中的前光，照明光8520穿过透镜8550的影响改变了从光源8510所需要的照明光8520的分布。作为结果，照明光8520能够覆盖仅部分反射层8530的一部分并且层叠的多重偏振器的使用是有利的。在实施例中，在层叠的部分反射层中，反射偏振器膜能够覆盖小于吸收性偏振器膜的区域的80%。在进一步的实施例中，在层叠的部分反射层中，反射偏振器膜能够覆盖小于吸收性偏振器膜的区域的50%。在这种情况下，部分反射层8530能够包括具有与在图84a中示出的形状相似的形状的反射偏振器膜8430。在任何
情况下，与前光中的光学元件和hmd的显示组件所关联于的显示光学器件相呼应地来选择反射偏振器膜的形状。
493.图84c示出针对与在图85中示出的显示组件相似的显示组件的前光的示例图示，其中层叠的多重偏振器膜8436被示出具有复杂的弯曲形状，其类似于具有中心平坦部分和弯曲端部的s。层叠的多重偏振器8436包括反射偏振器膜8438和吸收性偏振器膜8437。照明光8520包括入射在反射偏振器膜8438上的射线8522和入射在吸收性偏振器膜8437上的射线8521。由于照明光8520的偏振与反射偏振器膜8438以及吸收性偏振器膜8437的偏振轴的对准（如先前在本文中描述的那样），射线8522被反射偏振器膜8438反射并且射线8521被吸收性偏振器膜8437吸收。以这种方式，防止射线8521贡献杂散光。吸收射线8521是有益的，这是由于它们不能够贡献图像光8540，因为如果它们被层叠的多重偏振器8436反射则它们将入射在有效区域8165外的反射图像源8535上，并且如果它们被层叠的多重偏振器8436透射，则它们将被入射在外壳侧壁8262上。因此，通过吸收射线8521，层叠的多重偏振器8436减少杂散光并且由此提高显示给用户的图像中的对比度。
494.图84d示出针对与在图79中示出的显示组件相似的显示组件的前光的进一步示例图示，其中部分反射层7930包括具有弯曲表面的层叠的多重偏振器膜。层叠的偏振器包括吸收性偏振器膜8442以及层叠的反射偏振器膜8441。反射偏振器膜8441被定位在其中照明光7920朝向反射图像源7935被反射的吸收性偏振器膜8442的中心部分中。反射偏振器膜8441和吸收性偏振器膜8442的偏振轴彼此平行对准并且与由偏振光源7910提供的照明光7920的偏振轴垂直。入射在反射偏振器膜8441外的部分反射层7930上的照明光7920的射线8421被吸收性偏振器膜8442吸收。反射光源8535包括四分之一波层8443以使得照明光7920的偏振轴在从反射图像源8535反射的过程期间被改变。作为结果，反射的照明光7920被反射偏振器膜8441和吸收性偏振器膜8442透射，由此变成图像光7940。通过在射线8421入射在外部表面（诸如外壳壁）或其他光学表面之前吸收它们，减少了杂散光，并且作为结果增加了提供给用户的眼睛的图像中的对比度。应该指出的是，虽然图84c和84d示出反射偏振器膜被定位成减少来自如在图中示出的左侧和右侧的杂散光，但反射偏振器能够相似地被定位成减少如在图中示出的纸内和纸外的方向上的杂散光。图84a和84b示出定位在吸收性偏振器8432的中心位置中的反射偏振器膜8430和8431，以便能够在所有方向上减少杂散光。本发明的重要方面在于在没有减少提供给用户的眼睛的图像的亮度的情况下获得这种杂散光减少，因为反射偏振器膜8430和8431在完全照明反射图像源所需要的全部区域上反射照明光。
495.图85示出针对hmd的显示组件的示意性图示，其中前光的光学元件与显示光学器件交叠，因为透镜8550位于部分反射层8530与反射图像源8535之间。显示组件则由上部光学器件和下部光学器件组成。上部光学器件包括反射图像源8535、透镜8550、部分反射层8530和光源8510。上部光学器件将照明光8520转换成图像光8540。如示出的那样，下部光学器件包括分束板8580、四分之一波膜8575和旋转弯曲部分反射镜8570（与在图79a中示出的那些相似的下部光学器件也是可能的）。下部光学器件将图像光8540递送到用户的眼睛8582。如先前在本文中陈述的那样，显示组件给用户提供传达显示图像的图像光8540以及提供环境的透视视图的情景光8583，以使得用户看见叠覆到环境的视图上的显示图像。
496.图85示出显示组件，其中部分反射层8530是单个平坦膜。然而，使用诸如在图86中
示出的分段部分反射层8630能够是有利的。以这种方式，部分反射层8630的中心部分8631的角度能够被选择以不同地定位光源8610，从而减少由透镜8550或与显示组件相关联的支撑结构的其他部分对照明光8620的修剪，并且由此提高由用户的眼睛8582看见的显示图像中的亮度均匀性。为此，图85与图86的比较示出通过改变部分反射膜的中心部分的角度，光源8610的位置向下移动并且照明光8620相对于透镜8550的间隙被增加。
497.能够将分段部分反射层与各种几何结构和组成一起使用。图86示出包括具有三个平坦区段的折叠z形状的分段部分反射层8630。图87示出分段部分反射层，其包括与在图84c中示出的形状相似的具有被弯曲的端部和中心平坦区段8731的s形状。分段部分反射层能够包括单个部分反射层（诸如反射偏振器膜或部分反射镜膜）。此外，照明光8620能够仅从中心平坦区段反射或者它能够从中心平坦区段加上分段部分反射层中的其他区段中的一个或多个反射。替代地，部分反射层8630能够包括多重偏振器膜以选择性地仅在部分反射层的被实际上需要来反射图像光以均匀地照明反射图像源7935的部分上提供部分反射层，如先前在本文中描述的那样。图88示出显示组件，其中部分反射层8830由具有中心部分8831的层叠的多重偏振器膜组成，所述层叠的多重偏振器膜包括反射偏振器膜并且其剩余部分是吸收性偏振器，如先前在本文中描述的那样。其中部分反射层8830的分段形状与在图86中示出的形状相似。图89示出显示组件，其中部分反射层8930由具有中心部分8931的层叠的多重偏振器膜组成，所述层叠的多重偏振器膜包括反射偏振器膜并且其剩余部分是吸收性偏振器，如先前在本文中描述的那样。其中部分反射层8930的分段形状与在图87中示出的形状相似。虽然图88和89将反射偏振器膜示为仅分别占据分段部分反射层8830和8930的平坦中心区段，但是反射偏振器能够按需要延伸到邻近区段中以按照均匀地照明反射图像源8535所需要的样式来反射照明光8620。替代地，当反射偏振器部分类似在图84a中示出的那样被成形以保持反射偏振器8430部分平坦时，与分段部分反射层8830和8930相关联的区段能够具有三维形状。
498.在进一步的实施例中，反射偏振器膜被层叠到柔性透明载体膜上以增加柔性，并且吸收性偏振器膜是单独的层。图90示出由层叠到柔性透明载体膜9043的反射偏振器膜8441组成的部分反射层9030。其中柔性透明载体膜9043不反射照明光7920或改变照明光7920的偏振状态，并且作为结果，射线8421穿过柔性透明载体膜9043。柔性透明载体膜的目的是支持反射偏振器膜8441，同时允许部分反射层9030基本上如同只有反射偏振器膜8441那样柔性。吸收性偏振器膜9042然后被提供为邻近于部分反射层9030定位的单独的层。虽然吸收性偏振器膜9042能够按需要是平坦的或被弯曲以配合于可用空间之内，但是在优选的实施例中，吸收性偏振器膜9042被弯曲来更好地被定位，以吸收入射在反射偏振器膜8441外的部分反射层9030上的射线8421，如在图90中示出的那样。
499.在又一个实施例中，反射偏振器膜被修改为使照明光入射的部分是透明的和非反射的，不需要所述照明光入射来照明反射图像源的有效区域，并且单独的吸收性偏振器被提供为吸收透射通过非反射部分的光。图91是由反射偏振器膜组成的部分反射层9130的图示，其中部分9143被修改为透明的和非反射的，而部分9141是反射偏振器。照此，偏振照明光7920由反射偏振器部分9141所反射并且由修改的部分9143所透射。吸收性偏振器9042被提供为邻近于部分反射层9130的单独层，以使得照明光7920的射线8421由修改的部分9143所透射并且由吸收性偏振器所吸收。其中反射偏振器部分9141的透射轴与吸收性偏振器
9042的透射轴平行对准。能够通过在反射偏振器膜是线栅偏振器时刻蚀反射偏振器膜，并且由此移除修改的部分中的线栅的金属导线，来实现反射偏振器膜的修改。替代地，线栅偏振器能够在金属沉积步骤期间被掩蔽以在制造期间提供线栅偏振器的成形部分。通过修改反射偏振器膜所提供的优点在于部分反射层9130的柔性基本上未被所述修改所改变，并且作为结果，部分反射层9130在修改的部分9143和反射偏振器部分9141两者中保持均匀柔性。通过使用修改的反射偏振器膜所提供的另一个优点在于从修改的部分9143到反射偏振器部分9141的过渡不包括锐利边缘，所述锐利边缘可能由于由边缘进行散射或者来自厚度改变的在光学密度中的改变而引起提供给用户的眼睛的图像中的可见伪象。这样的实施例还能够被应用于其他类型的显示组件，诸如例如在图85中示出的显示组件。
500.在又一个实施例中，部分反射层包括层叠到吸收性偏振器的反射偏振器膜，并且部分反射层包括平坦部分和弯曲部分。图92是针对与在图79a中示出的显示组件相似的显示组件的前光外加层叠的部分反射层9230的图示，层叠的部分反射层9230具有是层叠到吸收性偏振器9230的反射偏振器的部分。其中部分反射层9230以平坦区段和弯曲区段来分段。通过在是反射偏振器9241的部分反射层9230的部分中包括平坦区段，提高了被反射到反射图像源7935上的照明光7920的均匀性，因为光源7910的更大部分被映射到图像，如在图92中能够看见的那样。其中当使用小规模光源和相关联的光控制膜（诸如扩散器）时，映射光源区域的大部分以避免由光源上的暗点和亮点产生的横跨图像的更暗或更亮的线是重要的。在部分反射层9230中包括平坦区段也减少了提供给用户的眼睛的图像中的局部畸变，所述局部畸变是通过由于在光所暴露于的表面角度中的改变而引起的光学路径长度或局部折射中的局部改变所引起。这样的实施例还能够被应用于其他类型的显示组件，诸如例如在图85中示出的显示组件。
501.在提供叠覆到环境的透射视图上的显示图像的头部安装式显示器中，具有高透视透射是有利的，因此用户能够更好地与环境交互，并且使得环境中的人能够看见用户的眼睛因此他们感到与用户接洽得更多。还有利的是，具有带有低高度的薄光学器件模块以使头部安装式显示器更紧凑并且由此更具有吸引力。
502.图93示出给用户提供显示图像而同时提供高透视透射的光学器件模块的图示。以这种方式，用户被提供有叠覆到清楚的环境视图上的显示图像。光学器件模块包括组合器9320，其能够具有透射来自环境的可用光中的大多数（大于50%的可见光透射）的部分反射镜涂层，其中高于70%的透射是优选的。例如，组合器9320能够具有宽带部分反射镜，其反射全部可见光波长带中的小于30%并且透射超过70%。替代地，组合器9320能够具有陷波反射镜涂层，其中陷波反射镜涂层的反射带被匹配于由光源9340提供的波长带，其中光源9340能够包括每个均具有窄波长带（例如，50nm宽带或更少，半峰全宽）的一个或多个led、qled、二极管激光器或其他光源。陷波反射镜涂层能够在由光源9340提供的波长带中提供例如大于20%反射率（例如，50%反射率），同时在可见光中的剩余波长带中提供大于80%透射。对于要由光学器件模块提供的全色图像，需要至少三种具有互补色的led（诸如，红色、绿色和蓝色光，或者蓝绿色、品红色和黄色光）。在优选的实施例中，组合器9320具有三色陷波反射镜，其反射由光源9340提供的波长带之内的光的超过50%，并且透射横跨全部可见光波长带的超过80%的平均值。以这种方式，三色陷波反射镜涂层与先前描述的部分反射镜涂层相比提供了提高的效率。在示例中，如果组合器将提供来自环境的可见光9362的75%透射，则部
分反射镜涂层将仅反射图像光9360的25%，以使得图像光的75%将被透射通过组合器并且将不对提供给用户的眼睛9310的图像的亮度做贡献。相比之下，三色陷波反射镜涂层能够用于反射由光源9340中的led所提供的光的波长上的图像光9360的超过50%，同时透射不是由led所提供的可见光的剩余波长的超过90%，以使得全部可见光范围上的平均透射超过75%。因此，在朝向用户的眼睛9310反射图像光9360的能力方面，三色陷波反射镜是部分反射镜的两倍那样高效。
503.为了使光学器件模块能够与如在图93中示出的组合器9320一起操作，将图像光9360提供给透镜9330，其将图像光9360聚焦在用户的眼睛9310处。其中为了简洁，透镜9330被示出为单个透镜元件，但是多个透镜元件也是可能的。从来自光源9340的照明光9364提供图像光9360。其中，照明光9364被分束器9352朝向反射图像源9350反射。图像源9350能够是硅上液晶显示器（lcos）、铁电液晶显示器（flcos）或其他这样的反射显示器。偏振器9342能够与光源9340相关联以提供偏振照明光9364。分束器9352则可以是被取向为基本上反射偏振照明光9364的反射偏振器。当光被图像源9350反射时，图像源9350改变照明光9364的偏振状态以形成具有与照明光9364的偏振状态相反的偏振状态的图像光9360。通过将照明光9364的偏振状态改变为图像光9360的偏振状态，图像光9360然后能够被分束器9352的反射偏振器透射。重要的是指出，图像光9360被偏振以能够实现折叠照明系统，而不是因为组合器9320需要偏振光。事实上，为了提供来自环境的光9362的大于50%的透射，组合器9320不能够包括偏振器。
504.图94是光学器件模块的图示，所述光学器件模块包括多重折叠光学器件以减少光学器件模块的总体高度。在这种情况下，照明光9464被分束器9452透射以使得它朝向图像源9450直接传递，其中分束器9452是反射偏振器并且光源9340包括偏振器9342，其被取向为使得所述偏振器9342的透射轴与分束器9452的透射轴平行。照明光9464然后被图像源9450反射并且改变偏振状态，以使得具有其改变的偏振状态的图像光9360被分束器9452朝向透镜9330反射。如能够通过比较图93与图94所看见的那样，大幅减少了在图94中示出的光学器件模块的总体高度。
505.然而，图94的光学器件模块中的图像光9360的光学路径中的附加折叠的取向增加了光学器件模块的厚度，其中厚度被限定为从离用户的眼睛最近的光学器件模块的最近后表面到离用户的眼睛最远的光学器件模块的最远前表面的距离。图95和96示出光学模块的图示，其中图像光9360的光学路径中添加的折叠被取向为与在图94中示出的折叠垂直。在这种情况下，图95和96中的光学器件模块比在图94中示出的光学器件模块更宽但是更薄。图95从侧面示出光学器件模块，并且图96从用户的眼睛9310的位置示出光学器件模块。照此，在图95和96中示出的多重折叠光学器件中，与照明光9464相关联的光轴935与在图像光9360穿过透镜9330时与图像光9360相关联的光轴934以及在图像光9360朝向眼睛框中的用户的眼睛9310继续行进时与图像光9360相关联的光轴933两者垂直。在头部安装式显示器的情况下，具有薄光学器件模块可以非常重要，因为厚光学器件模块可能引起头部安装式显示器从用户的前额向外伸出，这可能是不舒服的并且不具有吸引力的。因此，在图95和96中示出的多重折叠光学器件模块比在图93中示出的光学器件模块更短且更薄。在图95和96中示出的光学器件模块比在图93中示出的光学器件模块更宽，但是在头部安装式显示器的眼镜配置中，更宽的光学器件模块能够比更高或更厚的光学器件模块更好地纳入于眼镜框
架中。
506.由包括多重折叠光学器件的光学器件模块提供的进一步的优点在于，能够在折叠表面处引入扭转以修改光学器件模块的不同部分相对于彼此的取向。这能够在以下时候是重要的：当光学器件模块需要配合到薄的弯曲眼镜框架、护目镜或头盔中时，其中与多重折叠光学器件模块的上部部分相关联的增加的宽度能够使其更难以配合到与组合器不平行的结构中。在这种情况下，例如（基于图96）包括光源9340、偏振器9342、分束器9452和图像源9450的上部部分能够相对于包括透镜9330和组合器9320的下部部分而被扭转。其中为了避免由于在折叠表面之间的复合角度引起的图像畸变，上部部分关于轴934的扭转必须与下部部分关于轴933的对应扭转相组合。以这种方式，当使光学器件模块配合到弯曲的结构（诸如眼镜框架、护目镜框架或头盔结构）中时，多重折叠光学器件的上部部分的增加的宽度的效应能够被减少。
507.图99示出其中透镜9930包括衍射表面9931以能够实现具有减少的色差的更紧凑且更短的光学设计的进一步的实施例。其中衍射表面9931能够由诸如例如在菲涅耳透镜中的衍射透镜弯曲的一系列小环状区段组成。衍射表面9931能够如在图99中示出的那样是平坦的，或者它能够具有基础弯曲以提供附加屈光力。衍射表面9931能够是单阶衍射或多阶衍射。为了减少能够入射在衍射表面9931上的宽角度照明光9964的散射，吸收性偏振器9932被提供并且被取向，其中它的透射轴与分束器9452的反射偏振器的透射轴垂直。以这种方式，由分束器9452在将使照明光9964入射在衍射表面9931上的方向上所透射的照明光9964在其能够被衍射表面9931散射之前由吸收性偏振器9932所吸收。同时，图像光9360具有与照明光9964的偏振状态相反的偏振状态，以使得图像光9360被分束器9452反射并且在其传递到透镜9930中时被吸收性偏振器9932透射。
508.图100示出光学器件模块的图示，其在分束器9452和透镜9930之间包括减少的角度以减少光学器件模块的总体高度。图像光9360的折叠角度（在934与1005之间的偏转角度）则大于90度，并且作为结果，分束器的上边缘更靠近透镜9330，由此提供光学器件模块的减少的总体高度。
509.图100还示出由薄的边缘发光的背光组成的紧凑平面光源10040，其与在用于针对类似蜂窝电话那样的移动设备的显示器的显示器中提供的背光相似。紧凑平面光源10040被定位在分束器9452正后方以减少光学器件模块的总体大小。紧凑平面光源能够包括光导膜或光导板，其具有在与分束器9452相反的侧面上的反射器和边缘发光的灯（诸如一个或多个led）。紧凑平面光源能够包括偏振器，因此照明光10064如先前在本文中描述的那样被偏振。为了朝向图像源9450引导照明光10064以获得提高的效率，转动膜10043被定位在紧凑平面光源10040与分束器9452之间。能够例如从dtf名下的luminit 103c（torrance, ca）得到20度棱镜转动膜。为了得到更大的转动程度，诸如40度，多层转动膜10043可以被堆叠在一起，只要它们被取向为使得转动效应是添加性。除了转动膜10043之外能够使用扩散器层（未示出）来减少典型地与转动膜10043相关联的伪象，诸如能够与棱镜结构相关联的线性阴影。图101示出如从用户的眼睛的位置所看到的光学器件模块的图示，其与在图100中示出的图示相似，但是具有添加的折叠在图像光10164中的垂直取向以减少光学器件模块的厚度，如先前在本文中描述的那样。如在图95和96中示出的光学器件模块中那样，在图101中示出的多重折叠光学器件具有与照明光10164相关联的光轴1005，其与在图像光9360
穿过透镜9330时与图像光9360相关联的光轴934以及在图像光9360朝向眼睛框中的用户的眼睛9310继续行进时与图像光9360相关联的光轴933两者垂直。作为结果，图101中的光学器件模块比图93的光学器件模块更薄且更短。图101还包括场透镜10130以提高光学器件模块的光学性能。这种第二透镜元件的添加因为折叠取向中的改变而是可能的，以使得场透镜10130不增加光学器件模块的厚度，而是从场透镜10130添加的光学路径的长度出现在其中空间更容易在头部安装式显示器中可用的光学器件模块的宽度中。
510.图102示出与在图99中示出的光学器件模块相似的光学器件模块的图示，但是具有光学器件模块的上部部分相对于组合器的不同取向以使得组合器10220能够更加垂直。在光学器件模块之内的元件的这种重新布置对于实现将头部安装式显示器良好配合到用户的脸上能够是重要的。通过使组合器10220更垂直，能够使光学器件模块具有对用户的颊骨更少的干扰。
511.图103、103a和103b示出如从用户的眼睛的位置看到的光学器件模块的图示，其包括多重折叠光学器件和数字光投影仪（dlp）图像源10350。在这种情况下，如由dlp中的微反射镜所需要的那样以倾斜角度向图像源10350提供照明光10364，以沿着透镜9930的光轴934反射图像光9360。其中，在dlp图像源10350的情况下，与要显示给眼睛框中的用户的眼睛9310的图像中的像素亮度相对应地，图像光9360由被dlp图像源10350中的开启状态微反射镜沿着光轴934反射的开启状态光组成。dlp图像源10350中的微反射镜也与暗图像内容相对应地将关闭状态光10371反射到光学器件模块的侧面，并且作为结果，光阱10372被提供在光学器件模块中以吸收光10371。光阱10372能够是黑色吸收性表面或有纹理的黑色表面。光阱10372的目的是吸收入射光10371并且由此减少杂散光，并且随后提高显示给用户的眼睛9310的图像的对比度。如先前在本文中的其他实施例中描述的那样，用多重折叠光学路径来将光源10340提供给光学器件模块的侧面以减少光学器件模块的总体厚度和高度。图103在光学器件模块的顶部处提供dlp图像源10350，以使得图像光9360沿着光轴934一直继续行进、穿过透镜9930并且继续行进到组合器9320，在那里图像光朝向位于眼睛框中的用户的眼睛9310反射。偏振器10341被提供有光源10340以使得偏振照明光10364被分束器9452反射以照明dlp图像源10350。其中，分束器9452在这种个情况下是反射偏振器，其与偏振器10341对准以使得偏振照明光10364被分束器9452反射并且图像光9360被分束器9452透射。四分之一波膜10351位于邻近dlp图像源10350的表面处以使得图像光9360的偏振状态在被dlp图像源10350反射之后与照明光10364的偏振状态相反。光源10340和反射偏振器9452被有角度地布置以使得照明光10364以所需要的倾斜角度入射到dlp图像源10350上，以使得图像光9360当被dlp图像源10350中的开启状态像素反射时沿着透镜9930的光轴934继续行进。场透镜（与如在图101中示出的10130相似）或其他透镜元件可以被包括在图103的光学器件中但是未示出，在所述情况下，照明光10364和图像光9360可以在相反方向上穿过场透镜或其他透镜元件。
512.图103a是包括dlp图像源10350的并且从用户的眼睛的位置示出的具有多重折叠光学路径的另一个光学器件模块的图示。光源10340再次被提供到光学器件模块的侧面以便减少光学器件模块的厚度。在这种情况下，光源10340被提供在透镜9930和组合器9320的与dlp图像源10350相同的侧面上。透镜9930能够可选地包括一个或多个衍射表面9931。光源10340直接照明dlp图像源10350，其中照明光10364以倾斜角度入射在dlp图像源10350
上，以使得图像光9360在被dlp图像源10350中的开启状态微反射镜反射后沿着折叠的光轴934继续行进。还提供至少一个光阱10372以吸收从dlp中的关闭状态微反射镜反射的光10371，并且由此提高如由用户看见的显示图像的对比度。场透镜10332被提供在dlp图像源10350与折叠反射镜10352之间。照明光l64在这种情况下能够是未被偏振光，于是折叠反射镜10352能够由在衬底上的全反射镜涂层（例如，反射全部可见光光谱的涂层）组成。场透镜10332能够是如在图103a中示出的单个透镜元件，或者它能够按需要包括多个透镜元件。场透镜10332被设计成提供处于场透镜10352与dlp图像源10350之间的更大的空气间隙，以使得照明光10364能够被引入到光学器件模块，从而直接照明与dlp图像源10350相关联的有效区域。通过使用非偏振的照明光10364，在图103a中示出的光学器件模块比在图103和103b中示出的具有dlp图像源10350的光学器件模块具有提高的效率。
513.图103b是包括dlp图像源10350的并且从在眼睛框中的用户的眼睛9310的位置示出的具有多重折叠光学路径的另一个光学器件模块的图示。如在图103和103a示出的光学器件模块中那样，图103b的光学器件模块具有定位在光学器件模块侧面处的光源10340以减少光学器件模块的高度和厚度。dlp图像源10350与光源10340相反地定位，然而在这个实施例中它们不共享光轴。照明光10364穿过分束器10352，所述分束器10352在这种情况下能够是第一反射偏振器。第二反射偏振器10332邻近于透镜9930来定位以使得照明光10364朝向dlp图像源10350反射。为了反射照明光10364，第一反射偏振器（分束器10352）和第二反射偏振器10332以垂直透射轴来被取向。四分之一波膜10351（或在dlp罩盖玻璃上的四分之一波涂层）邻近于dlp图像源10350来提供，以使得照明光10364的偏振状态在随着其变成图像光9360而从dlp图像源10350反射时被改变。作为结果，照明光10364的偏振与图像光9360的偏振相反。因此，照明光10364被分束器10352透射并且被第二反射偏振器10332反射，而图像光9360被分束器10352反射并且被第二反射偏振器10332透射。光源10340相对于第二反射偏振器10332取向，以使得光源10340以相对于dlp图像源10350的倾斜角度被反射，如对于沿着折叠光轴934提供从dlp图像源10350中的开启状态微反射镜反射的图像光9360所需要的那样。第二反射偏振器10332能够延伸超过透镜9930以提供用来完全照明dlp图像源10350所需要的倾斜角度，如在图103b中示出的那样。因为光源10340位于是反射偏振器的分束器10352后面，光源10340不影响图像光9360，并且作为结果，光源10340能够是与分束器10352不同的大小和取向。一个或多个光阱10372被提供以吸收从dlp图像源10350中的关闭状态微反射镜反射的光10371并且由此提高显示图像的对比度。在这种情况下，光阱10372能够被定位在第二反射偏振器10332下，因为光10371的偏振状态是这样的以使得其被分束器10352反射并且被第二反射偏振器10332透射。光源10340、分束器10352和dlp图像源10350的组合取向提供光学器件模块，所述光学器件模块与其中图像源或光源被定位在折叠反射镜或分束器上方的光学器件模块（例如，诸如在图103中示出的光学器件模块）相比是相对薄和相对短的。
514.图97和98示出与在图94示出中的那些光学器件模块相似但是外加用于在使用期间捕获用户的眼睛9310的图像的眼睛成像相机979的光学器件模块的图示。在这些情况下，光源9340和图像源9450彼此相反定位以使得眼睛成像相机979能够被定位在透镜9340正上方，以使得光轴934在光学器件模块和眼睛成像相机979之间共享。通过共享公共光轴，眼睛成像相机979能够捕获用户的眼睛9310的图像，其具有来自用户的眼睛9310正前方的视角。
图像光9360然后能够用于在图像捕获期间照明用户的眼睛9310。从用户的眼睛9310反射的光的部分（其能够未被偏振）在被眼睛成像相机979捕获之前穿过分束器9452。因为眼睛成像相机979位于分束器9452上方，所以如果分束器9452是反射偏振器，则图像光9360的偏振状态将与由眼睛成像相机979捕获的光978的偏振状态相反。眼睛成像相机979能够用于捕获静止图像或视频。其中视频图像能够用于追踪用户的眼睛在观看显示图像或在观看环境的透射视图时的移动。静止图像能够用于捕获用户的眼睛9310的图像以用于基于虹膜上的样式识别用户的目的。考虑到可用相机模块的小尺寸，眼睛成像相机979能够在对光学器件模块的总体大小具有很少影响的情况下被添加到光学器件模块。附加光照能够邻近于组合器9320被提供以照明用户的眼睛。附加光照能够是红外的，因此用户能够同时观看用可见光显示的图像。如果附加光照是红外的，眼睛相机979必须能够以匹配的红外波长来捕获图像。通过从用户的眼睛正前方的视角捕获用户的眼睛的图像，能够在宽范围的眼睛移动上得到用户的眼睛的未畸变图像。
515.图120示出与在图101中示出的光学器件模块相关联的眼睛成像相机的另一个实施例的图示，然而该眼睛成像相机能够被相似地包括在光学器件模块（诸如在图99、100、103、103b中示出的那些光学器件模块）中。这些光学器件模块包括吸收性偏振器9932以减少杂散光，如先前在本文中公开的那样。这些光学器件模块还能够包括衍射表面，但是衍射表面9931对于眼睛成像相机979的操作不是必需的。在这个实施例中，图像光9360的偏振状态与被用户的眼睛反射并且被眼睛成像相机979捕获的光的偏振状态相同，因为它们都穿过吸收性偏振器9932。在这个实施例中，眼睛成像相机979邻近于分束器9452和紧凑平面光源10040并且在分束器与场透镜10130之间定位。由眼睛反射的光的光轴12034则在某种程度上相对于图像光9360的光轴934呈一定角度，以使得相关联的眼睛框和用户的眼睛9310的中心处于眼睛成像相机979的视场之内。以这种方式，眼睛成像相机979从用户的眼睛9310几乎正前方并且仅轻微向用户的眼睛9310的侧面来捕获用户的眼睛的图像，如在图120中所示出的那样。虽然图120示出邻近于分束器9452的末端定位的眼睛成像相机979，也可能邻近于分束器9452的侧面定位眼睛成像相机979。这个实施例的优点在于眼睛成像相机979被提供有简单的光学路径，以使得高图像质量在用户的眼睛9310的捕获图像中是可能的。应该指出的是，与眼睛成像相机相关联的光学器件必须考虑到透镜9930的效应，因为被眼睛成像相机捕获的由用户的眼睛9310反射的光穿过透镜9930。而且，眼睛成像相机979的添加基本上不增加光学器件模块的体积，如能够通过比较图120与图101所看见的那样。
516.图121示出包括眼睛成像相机979的光学器件模块的进一步实施例的图示。与在图120中示出的实施例相似，这个光学器件模块也包括用来减少杂散光的吸收性偏振器9932，并且可以衍射表面9931可以被包括但是不是必需的。在这个实施例中，眼睛成像相机979被定位在分束器9452和场透镜10130之间并且指向分束器9452。以这种方式，由用户的眼睛9310反射的光被组合器9320向上反射、穿过透镜9930和吸收性偏振器9932，并且然后被分束器9452朝向眼睛成像相机979横向反射。由眼睛成像相机979捕获的光由此是与图像光9360相同的偏振状态，以使得所捕获的光被分束器9452反射并且被吸收性偏振器9932透射。由用户的眼睛9310反射的光能够如最初被用户的眼睛9310反射那样未被偏振，然而在穿过吸收性偏振器9932之后，光以与图像光9360相同的偏振状态而变成偏振的。这个实施例的优点在于其比在图120中示出的实施例甚至更加紧凑。眼睛成像相机979的这个布置在
图99、100、103、103a和103b中示出的光学器件模块中也是可能的。
517.在图120和121中示出的实施例中，用户的眼睛9310和相关联的眼睛框能够被图像光9360照明，或者附加光源能够例如由邻近于组合器9320定位的led来提供。其中led能够提供可见光或红外光，只要眼睛成像相机能够捕获由led提供的光波长的至少一部分。
518.在针对图103a中示出的光学器件模块的替代实施例中，光源10340提供偏振照明光10364，并且折叠反射器10352是反射偏振器板，以使得眼睛相机（未示出）能够在折叠反射镜10352上方并且沿着光轴934定位以用于捕获用户的眼睛9310的图像，与在图97和98中示出的那样相似。眼睛相机和光学器件模块然后共享公共光轴934，以使得用户的眼睛9310的图像从眼睛的正前方捕获。在这种布置中，图像光9360的偏振状态与由眼睛相机捕获的光的偏振状态相反，因为图像光9360被折叠反射镜10352反射并且由眼睛相机捕获的光被折叠反射镜10352透射。
519.图104示出具有可控光阻挡元件的附加元件的图95的光学器件模块的图示，该可控光阻挡元件的附加元件用以提高显示图像的部分中的对比度并且还用以提高显示对象（诸如增强现实对象）中的不透明外观。其中可控光阻挡元件能够通过吸收入射光或者散射入射光(如例如通过电致变色元件、聚合物稳定液晶或铁电液晶所提供的入射光)来进行操作。适合的光阻挡元件的示例包括：来自scienstry (richardson, tx)的3g可切换膜；来自kent optronics (hopewell junction, ny)的可切换反射镜或可切换玻璃。可控光阻挡元件10420在图104中被示为附接到组合器9320的下表面，以使得可控光阻挡元件10420不干扰显示图像，同时阻挡来自环境的透视光9362。只要组合器是平坦的，邻近于组合器9320添加可控光阻挡元件10420是通过直接附接到组合器或者附接到光学器件模块外壳的侧壁而容易完成的。可控光阻挡元件10420能够具有单个区域，其能够用于阻挡来自环境的透视光在整个组合器9320区域上的可选择部分，由此能够实现可选择的光学密度。替代地，可控光阻挡元件10420能够提供区域阵列10520，如在图105中示出的那样，其能够单独地可选择地被控制以阻挡组合器9320区域的部分，所述部分对应于图像的高对比度区域所位于的显示图像中的区域。图105示出单独可控光阻挡元件的阵列10520的图示。图106a、106b和106c是如何能够使用单独可控光阻挡元件的阵列10520的图示。图106a示出如何能够将单独可控光阻挡元件的阵列10520在区域10622中投入阻挡模式中以及在区域10623投入非阻挡模式中。其中阻挡模式区域10622对应于其中信息或对象将被显示的区域，诸如在图106b的图示中的对应区域中示出的那样。图106c示出当利用在光阻挡模式10622和非阻挡模式10623中使用的可控光阻挡元件的阵列10520来显示图106b的图像时用户看见的东西。用户然后看见叠覆到环境的透射视图上的显示信息或对象，但是在其中显示了对象的信息的区域中，透射视图被阻挡以提高显示信息或对象的对比度并且向显示信息或对象提供厚重感。
520.此外，图104示出后光学元件10490，其能够是保护板或矫正光学器件。保护板能够被连接到侧壁或其他结构元件以使组合器9320的定位更结实并且以防止灰尘和污垢进入到组合器9320的内表面中。矫正光学器件能够包括规范性光学器件，其包括用户的眼科处方（例如，屈光力和像散）以改善观看体验。
521.头部安装式显示器给用户提供在观看显示信息时移动他们的头部的自由。透视头部安装式显示器还给用户提供环境的透视视图，于是显示信息被叠覆。虽然头部安装式显示器能够包括各种类型的图像源，但是提供顺序颜色显示的图像源典型地相对于显示图像
中的像素数量而提供更高的感知分辨率，因为每个像素为颜色中的每个提供图像内容，并且由用户感知为所显示的全色图像帧的图像实际上是一系列快速显示的顺序颜色子帧的和。例如，图像源能够顺序地提供由全部得自于单个全色帧图像的红色图像、绿色图像以及然后是蓝色图像所组成的子帧图像。在这种情况下，全色图像以包括一系列至少三个顺序有色子帧的图像帧速率被显示，所述子帧以是图像帧速率的至少3倍的子帧速率被显示。顺序颜色图像源包括反射图像源，诸如lcos和dlp。
522.颜色分裂随着顺序颜色显示发生而发生，因为一起给用户提供全色帧图像的不同颜色子帧图像在不同时间被显示。发明人认识到，利用头部安装式显示器中的顺序颜色显示，当存在头部安装式显示器的移动或用户的眼睛的移动时，使得用户的眼睛不与显示图像同步移动，在这样的移动状况下顺序颜色图像子帧中的每个的所感知的位置在用户的视场之内是不同的。这能够在用户移动他的头部并且用户的眼睛不跟随与头部安装式显示器相同的轨道时发生，这可能是由于当眼睛暂停观看环境的透视视图中的对象时用户的眼睛在不平稳轨道中进行移动而引起的。这能够发生的另一个方式是如果对象穿过环境的透视视图并且用户的眼睛跟随对象的该移动的话。由于在用户的视场之内感知位置中的差别，用户看见在对象的边缘处轻微分离的顺序颜色图像。在对象的边缘处的这种颜色分离被称为颜色分裂。颜色分裂可以在某些移动期间被容易地感知，因为顺序颜色在它们彼此不交叠的区域中被鲜明的上色。用户移动他们的头部越快或者用户的眼睛横跨显示视场移动越快，则颜色分裂变得更显而易见，因为不同颜色子帧图像被视场内的更大距离分离。颜色分裂用透视头部安装式显示器是尤其显而易见的，因为用户能够看见环境并且在用户转动他的头部时用户的眼睛倾向逗留于在环境中看见的对象上。因此即使用户可以以稳定的转动速率转动他的头部，用户的眼睛移动倾向于是不平稳的并且这产生其中观察到颜色分裂的条件。照此，存在倾向与颜色分裂相关联的两种不同条件：快速头部移动和快速眼睛移动。
523.指出以下是重要的：当用户没有正在移动他的头部并且头部安装式显示器没有在用户的头部上正移动时，颜色分裂将不被观察到，因为子帧图像被提供在用户的视场内的相同位置处。而且，如果用户将移动他的头部并且用户与头部移动同步移动他的眼睛，则将观察不到颜色分裂。因此头部安装式显示器的移动指示能够导致颜色分裂的条件并且也指示如果用户相对于头部安装式显示器移动他的眼睛则能够发生的颜色分裂的程度。颜色分裂在不具有对环境的透视的头部安装式显示器情况下问题较少，因为仅显示图像内容对于用户可见并且显示图像内容与头部安装式显示器的移动同步移动。如果用单色光源（即，不存在顺序颜色子帧，而是仅存在单颜色帧）来显示单色图像，则颜色分裂也不是问题，这是由于所有显示图像由相同的颜色组成。因此，颜色分裂在提供环境的透视视图的头部安装式显示器情况下是最显而易见的问题。
524.根据本发明的原理的系统和方法减少了颜色分裂并且由此改善了当用户正移动通过环境时由具有透视的头部安装式显示器提供的观看体验。
525.在实施例中，提供系统和方法，其中头部安装式显示器检测头部安装式显示器的移动速度，并且作为响应，图像的分辨率被减少或者图像的位深被减少，而图像被显示所用的图像帧速率和相关联的子帧速率被相应增加。以这种方式，与图像的显示相关联的带宽能够被维持恒定，尽管帧速率被增加。其中，通过增加与图像的显示相关联的帧速率，在每个顺序颜色子帧图像的显示之间的时间被减少，并且作为结果，在顺序颜色图像之间的视
觉感知的分离被减少。相似地，能够减少图像帧速率而同时通过增加针对每个图像帧显示的子帧的数量来增加子帧速率。
526.在进一步实施例中，提供系统和方法，其中顺序颜色子帧图像相对于彼此横向或垂直地移位与头部安装式显示器的所检测的移动相对应的一定数量的像素。以这种方式，颜色顺序子帧图像被显示给用户，以使得它们在显示视场内在视觉上彼此叠覆在顶部上。这补偿子帧之间的分离并且由此减少颜色分裂。
527.在又一个实施例中，提供系统和方法，其中在头部安装式显示器中的眼睛成像相机用于追踪用户的眼睛的移动。头部安装式显示器的移动可以同时被测量。然后进行呈现中的适应以减少颜色分裂。例如，与用户的眼睛的移动和头部安装式显示器的移动中的差别相对应地，可以改变图像的分辨率和帧速率或者能够减少图像帧速率同时增加子帧速率。作为另一个示例，与在用户的眼睛与头部安装式显示器之间在移动中的所确定的差别相对应地，子帧可以被移位以对准子帧。作为进一步的示例，可以减少内容的色饱和度以减少由于以下事实而引起的颜色分裂的感觉：颜色虽然如由用户所感知的那样在位置上分离，但是不是如在色空间中分离那样。在又一个示例中，内容能够被转换成单色映像，其在所检测的移动期间被显示为单颜色图像（例如，白色）以使得颜色分裂不可见。
528.图107示出包括像素阵列的全色图像10700的示例，所述像素阵列包括红色、绿色和蓝色像素的部分。对于顺序颜色显示，创建均仅由一种颜色（诸如仅红色、仅绿色或仅蓝色）组成的三个子帧图像。本领域技术人员将认识到一起提供所感知的全色图像的顺序颜色图像也能够由蓝绿色、品红色和黄色的子帧组成。这些子帧图像按顺序在头部安装式显示器上被快速显示给用户，以使得用户感知组合所有三种颜色的全色图像。利用反射显示器（诸如lcos或dlp），通过以下来显示子帧图像：改变反射显示器以提供与特定子帧图像相关联的相应图像内容，并且然后用相关联的颜色光照明反射显示器，因此光被反射以将子帧图像提供给头部安装式显示器的光学器件并且从其提供给用户的眼睛。
529.如果子帧图像彼此精确地对准，则由用户感知的全色图像将直到图像的边缘都是全色的并且将没有颜色分裂。这是当头部安装式显示器在用户的头部上静止并且用户没有正在移动他的眼睛时典型地由头部安装式显示器的用户所看见的东西。然而，如果用户移动他的头部或者头部安装式显示器（诸如，由于振动）在用户的头部上移动并且用户的眼睛没有与显示图像一致地移动，则用户将子帧图像感知为相对于彼此横向（或垂直）偏移，如由图108a和108b中的图示10802和10804所示出的那样。在所显示的子帧图像之间所感知的水平偏移量与头部安装式显示器的移动速度和在顺序子帧图像的显示之间的时间（其也被称为子帧时间或1/子帧速率）有关。由用户感知的在子帧图像之间的横向移位是颜色分裂，并且颜色分裂被感知为在对象边缘处的颜色条纹。当用户快速移动他的头部（或眼睛）并且子帧速率是缓慢的时，颜色分裂能够基本上如在108a图示的那样。如果用户缓慢移动他的头部或者子帧速率是更高的，则颜色分裂更少，如在108b图示的那样。如果在数字成像中，在横向移位中颜色分裂小于一个像素，则用户将感知将不存在颜色分裂。
530.在头部安装式显示器中的显示帧速率典型地由处理器和相关联的电子设备的带宽或者由驱动处理器和相关联的电子设备所需要的功率（其转化成电池寿命）来限制。以给定的帧速率显示图像所需要的带宽与在一定时间段中所显示的帧的数量以及在每个帧图像中的像素的数量有关。照此，简单地增加帧速率以减少颜色分裂不总是良好的解决方案，
由于它需要处理器或相关联的电子设备可能不能够支持的更高带宽并且功率使用将增加，由此减少电池寿命。替代地，根据本发明的原理的系统和方法提供一种显示的方法，其中减少了在每个子帧图像中的像素的数量由此减少了显示每个子帧图像所需要的带宽而同时将子帧速率增加对应的量以维持带宽同时减少颜色分裂。该实施例适合于其中子帧图像能够被提供有不同的像素数量和不同的帧速率的情景。例如，其将适合于其中捕获条件能够被改变以提供具有更低分辨率（其然后能够用更快的子帧速率来显示）的图像的相机和显示系统。静态图像（诸如文本或图示）能够以更低的帧速率和更快的子帧速率来显示以减少颜色分裂，这是由于图像内容没有快速改变。替代地，图像能够被修改以便以更快的帧速率或子帧速率在更低分辨率（更少像素）下被显示，以减少颜色分裂。
531.图109示出顺序颜色图像的时序的图示，该时序由重复过程中的红色子帧图像10902之后是绿色子帧图像10904再之后是蓝色子帧图像10908的顺序显示所组成。只要子帧一起以大于近似24帧/秒的全色图像帧速率显示，以使得顺序颜色子帧以大于72子帧/秒的子帧速率来显示，人类眼睛就将感知没有颤动的全色移动图像。该条件适合于当头部安装式显示器是静止的或相对缓慢地移动的时候在没有颜色分裂的情况下显示视频图像。然而，如果用户移动他的头部使得头部安装式显示器快速移动，则将发生颜色分裂。发生这种颜色分裂是因为快速头部移动典型地是用户对出现在环境中的某物的反应（例如，大的噪声），以使得用户的眼睛在快速头部移动期间正在搜索环境，这导致不平稳的眼睛移动和实质的颜色分裂。
532.头部安装式显示器的移动能够被惯性测量单元检测，该惯性测量单元能够包括加速度计、陀螺仪传感器、磁力计、倾斜传感器、振动传感器等。其中仅仅在显示视场的平面之内的移动（例如，x和y移动而没有z移动）对于检测其中可能发生颜色分裂的条件是重要的。如果在实施例中，头部安装式显示器被检测为正处于预测颜色分裂发生的预定阈值以上（例如，大于9度/秒）移动，则可以减少图像的分辨率（由此减少在图像中的像素的数量并且有效地使每个像素在显示视场之内更大）并且可以相应地增加子帧速率。注意到能够通过增加被顺序显示的子帧的数量来增加子帧速率而不改变图像帧，例如，对于每个图像帧能够显示六个子帧，其中顺序颜色子帧图像均被显示两次。通过增加对于每个图像帧显示的子帧的数量，子帧速率能够被增加而不必增加图像帧速率，图像帧速率可能更难以改变，因为图像帧速率典型地由诸如在电影中的图像内容的源所提供。图110示出更快子帧速率的图示，其中对于每个子帧11002、11004和11008的显示时间被减少并且在每个顺序子帧的显示之间的时间也被减少。图110示出近似是图109中示出的子帧速率的两倍那样快的子帧速率。与图109相比，相关联的图像帧速率能够在图1110是两倍那样快，其中图像帧速率和子帧速率两者都被加倍。替代地，如先前描述的那样，图像帧速率能够在图109与图110之间不被改变，其中仅仅子帧速率被加倍以减少颜色分裂。为了使与在图110中示出的图像的显示相关联的带宽近似与在图109中示出的子帧图像的显示相关联的带宽相同，分辨率（每个子帧图像中的像素的数量）减少至原来的近似二分之一。
533.虽然与子帧速率中的增加相对应地减少所显示的子帧图像的分辨率可能似乎使由用户感知的图像质量降级，但是当存在实质移动时人类眼睛不能够感知高分辨率。照此，当眼睛正在移动时，颜色分裂比图像的分辨率中的减少更加可见。因此，本发明的系统和方法用减少的图像分辨率换取增加的图像帧速率以在没有可察觉的分辨率损失的情况下减
少颜色分裂，并且由此维持带宽。例如能够使用这种技术来减少颜色分裂到低直至原来的1/16，其中显示图像的分辨率减少到原始分辨率的1/16并且显示图像的帧速率增加到原来的16倍。
534.在本发明的另一个实施例中，当检测到头部安装式显示器的移动时，与全色帧图像相关联的子帧图像在与所检测的移动方向相反的方向上相对于彼此被数字移位并且以对应于所检测的移动速度的量被数字移位。这有效地补偿了引起颜色分裂的在所显示的子帧图像之间的所感知的偏移。数字移位仅被应用到一起包括全色帧图像的子帧。这不同于典型的数字图像稳定化，其中全色帧图像相对于彼此被数字移位以补偿移动，如例如在美国专利公开2008/0165280中描述的那样。通过向构成单个全色帧图像的子帧应用数字移位，即使在所检测的移动速度较高时减少颜色分裂所需要的数字移位的量也典型地仅是很少的像素，这与典型的数字图像稳定化形成对比，在典型的数字图像稳定化中快速移动导致帧图像的积累移位，以使得图像有效地在显示视场外移动或者限制了能够应用的数字稳定化的量。图111a和111b图示了这种实施例。图111a示出当存在实质移动时，顺序显示的子帧图像11102、11104和11108如何将被用户感知，其中与子帧相关联的不同颜色沿着对象边缘单独可见，横跨移动方向上的视场被均匀间隔。相比之下，图111b示出当子帧被数字移位以补偿所检测的移动并且由此减少在横跨视场的子帧之间的分离时，如何改变子帧的可见性，并且作为结果，用户感知到具有减少的颜色分裂的一系列全色帧图像11120。如在图111b中示出的那样，全色帧图像不是响应于所检测的移动而被数字移位或稳定化的图像。
535.在实施例中，头部安装式显示器的移动方向和速度紧接在每个全色帧图像的显示之前由imu传感器所检测。如果移动速度高于预定阈值，则与每个全色帧相关联的顺序显示的颜色子帧相对于彼此被数字移位，以使得它们在显示视场内的对准位置中被显示。移位的量值对应于所检测的移动的速度并且移位的方向与所检测的移动方向相反。
536.在示例中，头部安装式显示器的移动紧接在与全色帧图像相关联的第一子帧的显示之前被检测。与全色帧图像相关联的第一子帧然后能够在没有移位的情况下被显示。第二子帧能够被移位一定的量和方向并且然后被显示，该量和方向补偿发生在第一和第二子帧的显示之间的移动。第三子帧能够被移位一定的量和方向并且然后被显示，该量和方向补偿在第一子帧和第三子帧的显示之间发生的移动。头部安装式显示器的移动然后被再次检测以确定要应用到与下一个全色帧图像相关联的子帧的移位。替代地，子帧能够被移位一定的量，该量补偿在子帧之间发生的移动的一部分。
537.在另外的示例中，头部安装式显示器的移动的方向和速度紧接在参考子帧的显示之前被检测。随后的子帧然后被移位以补偿在参考子帧被显示的时间与随后的子帧被显示的时间之间发生的移动。其中，参考子帧被显示的时间和随后子帧被显示的时间可以是达到5个帧时间。
538.通过检查与颜色分裂和图像的模糊相关联的有效帧速率来图示该实施例的优点。如果以60帧/秒的图像帧速率来显示全色图像，则将典型地以180帧/秒的子帧速率来显示子帧，以为每个图像帧提供三个子帧。所描述的系统和方法有效地使子帧移位，以使得它们被定位在彼此的顶部上，因此颜色分裂被减少到对应于180帧/秒的量。同时，由用户在图像帧之间感知的模糊对应于60帧/秒，这是由于子帧中的每个得自于相同的全色帧图像。
539.在进一步实施例中，紧接在每个全色帧图像的显示之前基于所检测的移动对子帧
的数字移位能够与被应用在全色帧图像之间的数字图像稳定化相组合。
540.在又一个实施例中，子帧的数字移位的方法与增加帧速率同时减少图像分辨率的方法相组合。减少颜色分裂的这两个方法关于与在头部安装式显示器中显示图像相关联的图像处理的不同方面进行操作，照此它们能够以任一种次序独立地应用在与处理器相关联的图像处理系统中。
541.在另外又一个实施例中，头部安装式显示器包括用于检测用户相对于头部安装式显示器的移动的眼睛移动（例如，如在本文中描述的那样）的相机。眼睛相机能够用于测量眼睛移动的速度和眼睛移动的方向。在实施例中，眼睛相机的分辨率能够是相对低的（例如，qvga或vga）以便帧速率能够是相对高的（例如，120帧/秒），而不引入带宽限制。相对于头部安装式显示器的所检测的眼睛移动能够用于确定何时应用减少颜色分裂的方法，该方法包括例如增加帧速率并且使子帧数字移位，如先前在本文中描述的那样。例如，如果所检测的眼睛移动高于预定的角速度，则所显示的图像的分辨率可以被减少并且子帧速率可以被增加。在另一个示例中，所检测的眼睛移动能够用于确定在子帧的显示之前应用到图像帧内的子帧的数字移位的量和方向。在又一个示例中，所测量的眼睛移动能够与头部安装式显示器的所检测的移动相结合使用以确定在子帧的显示之前应用到图像帧内的子帧的数字移位的量和方向。应用到子帧的数字移位的量和方向可以与在头部安装式显示器的所检测的移动与用户的所检测的眼睛移动之间的差别相对应。其中，用户的眼睛正在一个方向上移动以及头部安装式显示器正在相反方向上移动的条件的检测表示其中能够发生尤其不好的颜色分裂的情景。在这种情况下，用于减少颜色分裂的组合方法是有利的。
542.在另外又一个实施例中，当头部安装式显示器的移动或眼睛移动被检测为高于预定阈值时，将图像从颜色顺序显示的全色图像改变为单色图像。该单色图像能够由来自与每个全色图像帧相关联的颜色顺序子帧中的每一个的组合图像内容组成。其中单色图像能够是灰阶图像或亮度图像，其中针对每个像素的亮度码值（y）能够被计算，例如如以下在等式1中给出的那样，如从以下网址得到：http://en.wikipedia.org/wiki/grayscale以及如参考针对数字摄影术的cie 1931标准：y = 0.2126r 0.7152g 0.0722b 等式1。
543.其中r是针对像素的红色码值，g是针对像素的绿色码值以及b是针对像素的蓝色码值。替代地，单色图像能够由单颜色图像（诸如绿色子帧图像）组成，并且这个图像能够用单个颜色显示或优选地在同时应用所有顺序颜色（例如，红色、绿色和蓝色）的情况下进行显示，以使得应用到反射图像源上的照明是白光，并且作为结果，显示图像看起来是灰阶图像。
544.以下提供若干多个具体示例。
545.示例1：对于26度显示视场和1280像素水平宽度图像，一个像素在显示视场内占据0.020度。如果全色图像的帧速率是60 hz，在三种颜色顺序子帧图像的情况下，子帧时间是0.006秒。产生一个像素的颜色分裂所需要的头部安装式显示器的旋转速度则是3.6度/秒。如果在显示视场中的水平像素的数量减少到640像素并且同时全色图像的帧速率增加到120 hz，在三种颜色顺序子帧图像的情况下，子帧时间减少到0.003，像素的大小增加到0.041度并且用来产生一个像素的颜色分裂的旋转速度是14.6度/秒。
546.示例2：对于26度显示视场和1280像素水平宽度图像，一个像素在显示视场内是0.020度。如果用户针对颜色分裂能够检测的最小大小是一个像素宽度，则在颜色分裂被用户检测到之前需要超过3.6度/秒的旋转速度（如果子帧速率是180 hz的话）。尽管颜色分裂是模拟效应，但是用户的眼睛不具有用来检测在该速度以下的移动期间存在的颜色条纹的分辨率。因此，低于该旋转速度，不需要颜色分裂管理。
547.示例3：对于26度显示视场和1280像素水平宽度图像，一个像素在显示视场内是0.020度。如果用户能够检测如一个像素宽度那样小的颜色分裂，则3.6度/秒的旋转速度将需要子帧相对于彼此移位一个像素（如果子帧速率是180 hz的话），以对准子帧以使得颜色分裂对于用户不可见。如果用户以15度/秒转动他们的头部，则子帧将需要相对于彼此移位4个像素，以对准子帧以使得颜色分裂是不可见的。如果图像帧以红色子帧图像的显示开始，则对于红色子帧图像不需要数字移位。对于绿色子帧图像需要4个像素移位。并且，对于蓝色子帧图像需要8个像素移位。与下一个图像帧相关联的下一个红色子帧将然后在视场之内相对于先前的红色子帧实际上移位12个像素。
548.在本文中描述的颜色分裂减少技术中的每个可以与其他颜色分裂减少技术中的每个组合使用。
549.发明人领会到将透视计算机显示器配合到某些头戴式形状因子中是一种挑战，即使是在如在本文中描述的在大小上被减少的时候。由包括多重折叠光学器件的光学器件模块提供的进一步的优点在于能够在折叠表面处引入扭转以修改光学器件模块中的不同部分相对于彼此的取向。这能够在以下时候是重要的：当光学器件模块需要配合到薄弯曲眼镜框架、护目镜或头盔中时，其中与多重折叠光学器件模块的上部部分相关联的增加的宽度能够使其更难以配到与组合器不平行的结构中。照此，本发明的另一个方面涉及扭转透视计算机显示器内的某些光学部件，使得所述光学部件更好地配合某些形状因子（例如，眼镜），还继续作为高质量图像显示器来执行。在实施例中，提供具有用来折叠光学路径的双反射镜系统的光学器件系统（例如，关于图6和93至106在本文中描述的光学系统），使得包括第一图像光反射表面的图像产生模块（例如，上部模块）关于从上部模块通往下部模块的第一光轴并且在使上部模块更紧凑地配合到头戴式计算机的框架中的方向上被转动。同时，为了避免使提供给用户的眼睛的图像畸变，包括第二图像光反射表面的图像递送光学器件（例如，下部模块）关于通往用户的眼睛的第二光轴并且在相对于图像的相反方向上被转动，由此引入第一图像光反射表面与第二图像光反射表面之间的复合角度。只要第一和第二光轴在非扭转状态中彼此垂直，则与关于第一轴的扭转相关联的图像中的畸变由关于第二轴的相同角度量值的扭转来补偿，以使得呈现给用户的眼睛的图像未通过扭转而被畸变。
550.图112图示根据本发明的原理的具有透视显示器的头戴式计算机。头戴式计算机具有框架11202，其将光学器件模块收容/保持在用户眼睛前方的位置中。如在图112中图示的那样，框架11202保持两组光学模块11204和11208，其中的每个具有上部和下部光学器件模块。光学器件模块11204是非扭转的并且被呈现以图示将非扭转版本配合到该框架中的困难。人们将注意到表示光学器件模块11204的外边界的虚线框没有配合于框架11202的边
界之内。将光学器件模块11204配合到框架11202中将通常需要框架11202变得从前至后更厚，这将导致眼镜形状因子从用户的脸的更多偏移，这是较不期望且较不紧凑的。相比之下，光学器件模块11208是扭转光学器件模块，其中上部模块被扭转（或旋转）以更好地配合到框架11202的界限中，如在图112中示出的那样。图113示出光学器件模块11208中的多重折叠光学器件之内所给予的扭转的更详细图示。上部模块11214相对于下部模块11218沿着光轴934扭转以更好地配合到框架11202中，正是该扭转使光学器件模块11208能够更好配合于框架11202之内，如在图112中示出的那样，并且作为结果，框架11202能够比如果使用非扭转光学器件模块的情况下更薄且更紧凑。为了避免使提供给用户的图像畸变，需要第二扭转来引入在上部模块11214中的第一反射表面11225与下部光学器件模块11218中的第二反射表面11226之间的复合角度。关于光轴933并且在相对于来自上部模块11214中的扭转的图像相反的方向上将第二扭转给予第二反射表面。以这种方式，当将光学器件模块配合到弯曲结构（诸如眼镜框架、护目镜框架或头盔结构）中时，多重折叠光学器件的上部部分的增加的宽度的效应可以被减少。其中，优选但不必需的是，光轴934与光轴933垂直以使得给予第一反射表面11225的角度扭转的量值能够与给予第二反射表面11226的扭转相同，从而给用户的眼睛提供没有由于扭转而被畸变的图像。
551.本发明的另一个方面涉及在头戴式框架中的光学器件和电子设备的配置，以使得框架维持最小形状因子以类似标准眼镜。在实施例中，用来提供减少的厚度的具有多重折叠光学器件的透视光学显示器（例如，如在本文中描述的那样）可以被安装在框架中。在实施例中，多重折叠光学配置可以在折叠表面处被扭转（例如，如在本文中描述的那样）以更好地将光学器件配合到框架中。在实施例中。操作显示器、处理器、存储器、传感器等的电子设备被定位在光学模块之间、上方、下方、侧面上等并且被取向为提供框架中减少的厚度以匹配光学器件的厚度。对板进行取向可能在板包括限制板的宽度的大部件）诸如例如处理器芯片）时是特别重要的。例如，电子板和电子板上的部件可以以光学模块之间和/或上方的垂直取向来安装，以减少电子板在被安装到框架中时的厚度。在另一个配置中，板可以以在光学模块的顶部附近的高度被安装在光学模块之间，以使眼镜框架的高度最小化。在又一个配置中，板可以被安装为使得它在光学模块之上延伸以使框架的厚度最小化。在进一步实施例中，板可以以有角度的配置来安装以使框架的厚度和高度能够被同时减少。在实施例中，电子设备可以在多个板之间被划分。例如，较长的板在较短的板之上，其中在光学模块之间的空间用于下部板。这种配置将眼睛之间的一些空间用于一些电子设备。
552.图114图示包括光学模块11208、电子设备板11402和热沉11404的配置的顶视图和正视图。板11402以垂直取向被安装以维持横跨用户的眉头坐落的薄框架部分。如图示的那样，光学模块11208包括在用户的眼睛前方的第二反射表面11226和上部模块11214。上部模块可以具有平坦反射表面并且上部11214可以关于第二反射表面11226转动或扭转，如在本文中描述的那样。第二反射表面11226可以是部分反射镜、陷波滤光器、全息滤光器等，以将图像光的至少一部分反射到用户的眼睛，同时允许情景光透射通过到眼睛。
553.图115图示包括图114中所图示的光学器件的配置的正视图；然而，电子设备板11402以与光学模块的高度相似的高度被安装在光学模块之间的空间中。这种配置减少了框架的总体高度。
554.图116图示包括图114和115中所图示的光学器件的配置的正视图。在这种配置中
的电子设备布局用多个板11402、11602、和11604来完成。多板配置允许所述板从前至后更薄，由此使框架的眉头区段能够更薄。热沉11404（在图116中未示出）可以被安装在光学模块之间的前面上。这种配置还使热量在远离用户头部的方向上被抽走。在实施例中，是电子设备中的主要热生成器的处理器被垂直安装（例如，安装在板11604上）并且热沉11404可以被安装在前方以使得它接触处理器。在这种配置中，热沉11404使热量远离用户的头部散布到设备的前方。在其他实施例中，处理器被水平安装（例如，安装在板11602或11402上）。在实施例中，（多个）板可以从前到后倾斜（例如，20度）以创建甚至更薄的眉头区段。
555.本发明的另一个方面涉及隐藏光学模块以使得观看用户的人员不会清楚看见光学模块、电子设备或板。例如，在本文中描述的配置中，光学模块包括悬挂在头戴式设备框架的眉头区段的顶部上方的透镜并且（多个）电子设备板也向下悬挂，以便部分地阻挡透视视图。为了隐藏这些特征并且由此给头戴式计算机提供常规眼镜的外观，外部透镜可以被包括在眼镜框架中以使得外部透镜覆盖包含光学模块或电子设备的框架的一部分，并且外部透镜可以从顶部至底部包括渐进的色泽。在实施例中，所述色泽可以在顶部具有更少透射以用于隐藏框架的包括光学模块或电子板的部分，而在隐藏点下方具有更高的透射以便维持高透视透射。
556.本发明的一个方面提供用来减少光学器件模块的厚度的多重折叠光学器件以及用来减少电子设备的安装厚度的垂直取向的或有角度的电子设备和用来隐藏光学器件或电子设备的一部分的渐进着色的外部透镜。以这种方式，头戴式计算机被提供有更薄的形状因子和常规眼镜的外观。
557.本发明的另一个方面涉及安装在hwc 102上的直观用户接口，其中用户接口包括对用户的触觉反馈以给用户提供接合和改变的指示。在实施例中，用户接口是在hwc 102的眼镜形状因子的太阳穴区段上的旋转元件。旋转元件可以包括区段以使得旋转元件以某些预定角度正向接合。这促进了对用户的触觉反馈。在用户转动旋转元件时，旋转元件
‘
点击’通过它的预定步长或角度并且每个步长使所显示的用户接口内容被改变。例如，用户可以循环通过一组菜单项或可选择的应用。在实施例中，旋转元件还包括选择元件，诸如用户能够按压以做出选择的压力感应区段。
558.图117图示了佩戴处于眼镜形状因子的头戴式计算机的人类头部。眼镜具有太阳穴区段11702和旋转用户接口元件11704。用户能够旋转所述旋转元件11704以循环通过呈现为在眼镜的透视显示器中的内容的选项。图118图示不同旋转用户接口元件11704a、11704b和11704c的若干个示例。旋转元件11704a被安装在太阳穴的前端处并且具有用于用户交互的显著的侧面和顶部暴露。旋转元件11704b向后更远地被安装并且也具有显著的暴露（例如，270度的触摸）。旋转元件11704c具有较少的暴露并且被暴露用于在太阳穴的顶部上的交互。其他实施例可以具有侧面或底部暴露。
559.如以上讨论的那样，特殊设计的透镜可以用于隐藏光学器件模块和/或电子设备模块的部分。图119图示一个这样的透镜11902的实施例。两个透镜11902被图示为具有6基片（base 6）和1.3mm厚度，但是能够使用其他几何结构，例如具有不同的曲率和厚度的几何结构。透镜11902被成形为看起来像具有特征的常规眼镜，所述特征包括透镜11902的部分中的特殊着色和磁性安装附接，其中不透明结构（诸如电子设备）位于透镜后面。
560.透镜11902包括用于安装磁性附接系统（未示出）的盲孔11904。磁性附接系统可以
包括磁体、磁性材料、双磁体、相反极化磁体等，以使得透镜11902能够从头戴式计算机（例如，hwc 102）移除并且重新安装到所述头戴式计算机。在磁性附接系统中，透镜11902被磁力固定到hwc的框架中。磁体能够被插入到盲孔11904中或者在对应的匹配位置被插入到hwc的框架中。只要透镜11902或hwc的框架上的匹配位置包括磁体并且另一位置具有大小相似的一段磁性材料或另一个磁体，其被取向为吸引透镜11902并将其固定在hwc的框架中。为此，hwc的框架可以提供指导特征以在hwc中的光学器件模块的前方定位透镜11902。其中指导特征能够是透镜所位于其中的脊部或凸缘，因此透镜11902在通过磁性附接系统固定就位时不能够横向移动。以这种方式，磁性附接系统的功能仅是将透镜11902固定就位，而指导特征定位透镜11902。指导特征能够被稳健地制成。以当掉落时或甚至在由磁性附接系统提供的力相对较低（以使得透镜11902能够容易由用户移除以用于清洁或替换）时遭受冲击的时候将透镜11902固定就位。其中，容易替换使具有不同光学特征（例如，偏振的、光致变色的、不同光学密度）或不同外观（例如，颜色、着色的水平、反射镜涂层）的各种透镜能够被用户按期望那样做出改变。
561.图119还图示透镜11902可以如何被着色以隐藏或至少部分地隐藏某些光学部件（例如，非透视部件或不透明部件）（诸如电子设备、电子设备板、辅助传感器（诸如红外相机）和/或其他部件）的示例。如图示的那样，盲孔11904也可以通过着色而被隐藏或至少部分地隐藏。如在图119中图示的那样，顶部部分11908（如图示那样近似15mm）可以被更重地着色（例如，0至30%透射）或被镜面化，以更好地隐藏光学器件和其他部件的非透视部分。在顶部部分11908下方，透镜11902可以具有梯度区11909，其中着色水平从顶至底逐渐改变并且引入到下部区11910中。下部区11910包括其中用户主要观看透视的周围事物的区域，并且这个区可以被着色以适应观看应用。例如，如果应用需要高透视，则下部区11910可以在90%与100%透射之间被着色。如果应用需要某一透视色泽，则下部区域可以被更重地着色或镜面化（例如，20%至90%）。在实施例中，下部区域11910可以是光致变色层、电致变色层、可控反射镜或其他可变透射层。在实施例中，全部透镜或其部分可以具有可变透射层，诸如光致变色层、电致变色层、或可控反射镜等。在实施例中，所述区域中的任意或整个透镜11902可以包括偏振。
562.本发明的另一个方面涉及通过使用微孔来冷却内部部件，所述微孔的大小被定为使得微孔足够大以允许气体逸出，但是足够小以不允许水穿过（例如，25μm、0.2mm、0.3mm等）。微孔例如可以被包括在热沉中。热沉、或其他区域可以被填充有数百或数千这样的微孔。微孔可以是例如激光切割或cnc孔，其足够小以保持将大水滴保持在设备外，但是允许空气通过热沉进行交换。除了增加热沉的表面区域之外，它们还具有在框架的下侧上的匹配孔以能够实现对流冷却，其中冷空气在热量从顶部升起（像烟囱一样）时从底部被吸入，并且照此，具有微孔的热沉优选位于hwc的框架的顶部或侧面上。在实施例中，微孔在由热沉的顶部上的鳍状物形成的槽中对准。这时离开的空气通过槽流动，由此增加了从鳍状物的热传递。在实施例中，微孔可以呈一定角度以使得热沉材料中的孔的长度被增加并且空气流能够远离用户的头部来被引导。此外，微孔可以具有在空气流穿过微孔时引起空气流中的湍流的大小。其中，湍流大幅增加与通过热沉的空气流相关联的热传递。在实施例中，hwc 102的热管理系统是被动的，不包括主动冷却系统，诸如风扇或其他被激励的机械冷却系统来迫使空气流过微孔。在其他实施例中，热管理系统包括被激励的机械冷却（诸如风扇
或多个风扇或其他系统）以迫使空气移动通过hwc和微孔。
563.本发明的另一个方面涉及基于与所识别的项的相似性来发现周围环境中的项目。增强现实经常在包括什么和如何使用方面被严格限定，提供更灵活的接口将是有利的，因此人们能够使用增强现实来做他们想要它来做的任何事是。示例是使用hwc相机、图像分析和显示来指定要发现的项目。图122示出包含对象的情景的图像12210的图示，用户希望hwc在用户移动通过环境时辅助寻找该对象。在这个示例中，用户已圈出正被寻找的对象12220，其中在这种情况下该对象是猫。hwc然后针对形状、样式和颜色分析图像的圈出区域以识别要搜索的目标。hwc然后在用户走动时使用相机来捕获情景的图像。hwc分析图像并且比较所捕获的情景图像中的形状、样式和颜色并且将它们与目标的形状、样式和颜色相比较。当存在匹配时，hwc向用户警告潜在发现。警告可以是振动、声音或在hwc中显示的图像中的视觉提示，诸如与情景中的潜在发现的位置相对应的圆圈、闪光或指示物。该方法提供通用和灵活的增强现实系统，其中项目在视觉上被描述并且“发现类似这样的某物”的命令被给予hwc。用来识别要被搜索的对象的方式的示例包括：在储存在hwc上的先前捕获的图像中圈出项目（如在图122中示出的那样）；指向保持在hwc中的相机前方的物理图像中的项目；指向由hwc中的相机提供并且在hwc的透视显示器中观看的实况图像中的项目，等等。替代地，可以利用“发现类似这样的词语”（例如街道标志或店铺中的项目）的命令来将文本输入到hwc，并且hwc然后能够在用户移动通过环境时搜索该文本。在另一个示例中，用户能够用“发现类似这样的颜色”的命令来指示颜色。用于搜索项目的相机甚至可以是hwc中的高光谱相机，以使用红外光或紫外光来搜索项目由此增强用户正在进行的视觉搜索。这种方法能够被延伸到用户能够为hwc识别的任何样式，诸如声音、振动、移动等，并且hwc然后能够使用包括在hwc中的任何传感器来搜索作为目标的所识别的样式。照此，由本发明提供的发现系统是非常灵活的并且能够对能够被hwc中的传感器识别的任何样式做出反应，所有用户必须做的是提供用来作为目标寻找的样式的示例。以这种方式，发现系统辅助用户，并且用户能够在hwc寻找目标时做其他事情。发现系统能够被提供为hwc中的操作模式，其中用户选择该模式，并且然后输入要被hwc用作搜索目标的样式。能够被搜索的项目的示例包括：家庭对象、动物、植物、街道标志、天气活动（例如，云体）、人、声音、歌声、鸟叫、特定声音、口头词语、温度、如由风声相对于罗盘朝向所识别的风向移位、振动、要购买的对象、店铺中的商标名、仓库中的项目上的标签、对象上的条形码或数字以及要匹配的对象的颜色。在进一步的实施例中，能够由用户选择搜索的速率（例如，多长时间进行一次分析），或者速率可以通过响应于与目标有关的条件的改变速率而由hwc自动选择。在又一个实施例中，在hwc中的传感器包括测距仪或相机，其能够生成深度地图来测量到相机所捕获的图像中的对象的距离。hwc然后能够分析图像以及距离以确定对象的大小。用户然后能够将对象的大小输入到发现系统作为目标样式的特性，以使hwc能够更准确地识别潜在发现。
564.本发明的另一个方面涉及辅助人员阅读以实体形式（诸如书、杂志）呈现在计算机屏幕或电话屏幕等上的文本。在实施例中，hwc上的相机能够对页面成像并且hwc中的处理器能够识别页面上的字。线、框或其他指示符可以呈现在hwc中以指示哪些字正被捕获和识别。用户然后将一直在指示哪些字已被识别的情况下通过透视显示器观看字的页面。所识别的字然后能够从文本转化或转换，其然后在透视显示器中被呈现给用户。替代地，所识别的字能够从文本转换到语音，其然后通过头戴式扬声器、耳机、视觉显示器等呈现给用户。
这为用户给予了对与相对于转化文本或转换语音的文本识别相关联的准确性的更好理解。
565.在本发明的进一步方面中，为组合器提供磁性附接结构以使组合器能够是可移动的。在与hwc 102相关联的光学器件（诸如例如在图6中示出的光学器件）中，重要的是，组合器602被准确定位并且刚性保持在hwc的框架以及位于框架内的上部光学模块202下方。同时，组合器602可能变得损坏，以使得它需要被替换或者它可能需要被周期性清洁以便有利于组合器是可移动的。图123示出具有磁性附接结构的单个组合器12360的横截面的图示，如从侧面被示出以示出组合器12360的角度。图124示出两个组合器12360的图示，其中磁性附接结构将组合器12360附接到hwc 12350的框架，如从hwc的前方示出的那样。组合器12360具有两个或更多销钉12365，其被附接到组合器12360以使得销钉具有平行轴。销钉12365被示为被插入到钻通组合器12365的孔中并且用粘合剂（诸如uv固化粘合剂）附接就位。销钉12365由磁性材料（诸如例如不锈钢）制成。销钉12365延伸到hwc 12350的框架中的平行钻孔中，以使得组合器12360相对于hwc 12350的框架被固定地保持就位。销钉12365的附接和弯曲确立了在组合器12360与hwc 12350的框架中的光学器件之间的角度。磁体12370被接合到hwc 12350的框架中，以使得销钉12365被磁体12370吸引并且由此销钉12365和所附接的组合器12360相对于hwc 12350的框架保持就位。磁体12370被选择为使得由磁体12370施加到销钉12365上的力足够强以在正常使用期间将组合器12360保持就位，但是足够弱以使得由用户移除组合器12350是可能的。通过使销钉12365和相关联的钻孔平行，组合器12350能够被容易地移除以用于清洁，或者被替换（如果被损坏的话）。为提供在组合器12360与hwc 12350的框架之间的更刚形且可重复的连接，销钉能够配合到hwc 12350的框架中的延伸的紧钻孔中。此外，销钉12365能够包括如示出的那样的凸缘，其坐落到框架12350的框架的相关联平坦表面或磁体12370的平坦表面上以进一步确立组合器12360的垂直位置和组合器12360的角度。在优选的实施例中，磁体12370是环形磁体并且销钉12365贯穿环形磁体的中心。磁体12370还可以被包括在插入物（未示出）中，该插入物进一步包括用来精确地对准和导引销钉12365的精确钻孔。插入物能够由硬化材料（诸如陶瓷）制成以给销钉12365提供钻孔，该钻孔在组合器12360的重复移除和重新安装期间是耐磨损。销钉能够通过使用保持销钉和组合器的夹具来被准确地定位在组合器之内。用于组合器中的销钉的孔然后被制成比销钉更大，因此存在空隙以允许组合器和销钉完全被夹具定位。粘合剂（诸如uv固化粘合剂）然后被引入到孔并且被固化就位以在由夹具确立的位置中将销钉紧固到组合器。在进一步的实施例中，销钉12365和组合器12350的组合结构被设计为在遭受高冲击力的情况下断裂，以由此保护用户不受损伤。其中销钉12365或组合器被设计为在先前选择的冲击力下断裂，所述先前选择的冲击力小于使hwc 12350的框架断裂所需要的冲击力，以使得具有附接销钉12365的组合器12350在被损坏时能够被简单地替换。在又一实施例中，通过提供用于容易替换组合器12360的方法，不同类型的组合器还能够被提供给用户，诸如：偏振组合器、具有不同色泽的组合器、具有不同光谱属性的组合器、具有不同水平的物理属性的组合器、具有不同形状或大小的组合器、是部分反射镜的组合器或者是陷波反射镜的组合器、具有用来阻挡面部辉光的特征的组合器，如先前在本文中描述的那样。
566.在典型的计算机显示系统中，自动亮度控制是一维控制参数；当环境亮度高时，显示亮度或光源增加，当环境亮度低时，显示亮度或光源减少。发明人已经发现当使用透视计
算机显示器时，该一维范型具有显著的限制。本发明的方面涉及通过以下来改善头戴式计算机的性能：通过使头戴式计算机除了了解周围环境的亮度之外还了解将呈现的内容的相对亮度，并且然后基于这两个因素来调节内容的亮度，以产生具有适当可观看性的观看体验。
567.本发明的一方面涉及改善在透视头戴式显示器中所显示的内容的可观看性。可观看性涉及多个因素。发明人已经发现，除了图像分辨率、对比度、锐度等等之外，在透视显示器中所呈现的图像的可观看性受以下各项影响：（1）形成针对图像的背景的周围情景，以及（2）所显示的图像的相对或视在亮度。如果用户例如正看向亮情景，那么如果显示设置未经变更则所呈现的内容的可观看性可能被冲掉或难以看见，在内容本身在亮度方面相对低的情况下（例如内容在其中具有许多暗色或黑色区域），则它继续被冲掉，除非内容也被变更。在该情形中，显示的亮度可以被增加得甚至高于在暗环境中将通常需要的亮度以便补偿图像的暗内容。作为附加的示例，如果用户正看向暗情景，所呈现的内容可能被用户感知为过亮并且冲掉情景，或者使得难以与情景交互（如果不变更显示设置的话）。另外，如果内容本身相对亮（例如，主要是浅色或白色内容的区域），则内容可能需要另外的变更以获得恰当的可观看性。在该情形中，显示亮度与如果它仅仅取决于环境光照条件相比可能被进一步降低以使得内容的可观看性适当。在实施例中，头戴式计算机被适配成测量形成针对所呈现的内容的背景的情景、了解将被呈现的内容本身的相对亮度（即固有内容亮度）并且然后基于情景亮度和固有内容亮度来调节内容的呈现，从而实现期望的内容可观看性。
568.虽然本文中的实施例在变更内容可观看性的情境中使用术语“内容亮度”和“显示亮度”，但是应当理解到，响应于满足可观看性需要而进行内容和/或显示中的变更的步骤可以包括使得系统不干涉图像内容并且增加显示的光源亮度，使用可用的光并且通过使用显示驱动器来调节整个显示的参数而增加图像内容的数字亮度，调节正被显示的实际内容，等等。可观看性调节可以通过如下进行：调节用于照明反射显示器的光照系统（例如改变led的脉冲宽度调制占空比、改变被递送到光照系统的功率等等），改变发射显示器的亮度设置，通过调节显示驱动器中的设置来改变显示器如何呈现所有内容这一方面，或者通过所有内容的图像处理（例如改变亮度、色调、饱和度、色值（例如红色、绿色、蓝色、青色、黄色、洋红色等等）曝光度、对比度、饱和度、色泽等等）、内容的选择区、（可以同时示出但是在可见性方面具有固有差异而与位置无关的）内容的类型来改变内容本身这一方面，等等。
569.为了改善当在透视头戴式显示器中观看内容时用户的观看体验，必须考虑在所显示的图像和环境的透视视图之间的视觉交互。给定的显示图像的可观看性非常取决于各种属性，诸如其大小、颜色、对比度和亮度以及如由用户所见的感知亮度。其中所显示的图像的颜色和亮度可以通过数字图像内的像素码值（例如平均像素码）来确定。可替换地，所显示的图像的亮度可以根据所显示的图像的照度（luma）来确定（参见“brightness calculation in digital image processing”, sergey bezryadin等人, technologies for digital fulfillment 2007, las vegas, nv）。所显示的图像的其他属性可以类似于亮度而基于图像中的码值分布来计算。取决于操作模式、用户参与的活动的类型以及正显示的图像的感知亮度，可能重要的是使所显示的图像匹配环境的透视视图、与环境的透视视图形成对比、或混合到环境的透视视图中。除了将形成针对内容的背景的情景之外，内容调节可以基于感知的用户需求。实施例提供方法和系统来例如取决于以下各项而自动调节
图像的可观看性：1. 被所显示的内容覆盖的显示视场的百分比，（其中在透视头戴式显示器中，所显示的图像的是黑色的部分被看作无显示内容的部分，并且代替地，用户在该部分中被提供有环境的透视视图）；2. 所显示的图像的亮度度量（例如色调、饱和度、颜色、单独的颜色分布（例如红色内容、蓝色内容、绿色内容）、平均亮度、最高亮度、最低亮度、统计上计算的亮度（例如均值、中值、模式、范围、分布浓度）等等）；3. 指示用户使用场景的传感器反馈（例如，由头戴式显示器中的imu中的传感器所测量的运动的量用于确定用户是静止的、行走的、跑动的、在车中等等）；4. 头戴式显示器的操作模式（其可以基于例如环境条件、gps位置、时间或日期、所指示的或确定的用户场景来由用户选择或由头戴式显示器自动选择）。
570.5. 内容的类型（例如静止图片（例如，高或低的对比度、单色或彩色，诸如图标或标记）、移动图片（例如高或低的对比度、单色或彩色，诸如在我们的起动装置上的滚动图标或跳动的标记）、视频内容（例如其中像素的位置和强度一直变化，诸如跳动和闪烁的标记、其他正常类型的视频内容，比如好莱坞电影、逐步的教程或在你的眼镜上所记录的你上一次沿滑雪斜坡向下行进）、文本（例如小、大、单色、被描画轮廓、闪烁等等）等等；和/或6. 用户使用场景（例如基于传感器反馈、基于操作应用、基于用户设置的预测场景），诸如静止地坐在安全的位置（诸如你的客厅）中并且观看电影（例如其中可能不需要击败环境）、四处行走并且得到通知或轮流地观看方向（例如，其中它可能取决于被覆盖的显示的量但是可能最好匹配环境）、在车中驾驶并且抹去盲点（诸如竖直的柱子（例如其中可能需要匹配环境））、在车中驾驶并且尝试通过外部照明显示hud数据（例如其中可能需要击败环境）、得到关于维修和引擎的指示（例如，其中某些区域需要击败环境，诸如在服务手册中的页面，并且某些需要匹配诸如增强叠覆，其中你仍需要看到你忙于的内容）等等。
571.例如，在具有向头戴式显示器的实况馈送的使用相机的夜晚视觉模式中，与头戴式显示器相关联的传感器指示用户正以一定速度移动并且具有指示颠簸的上下移动。结果，头戴式显示器可以自动确定所显示的图像应当被提供有下述亮度：所述亮度提供良好的观看而无关于周围环境的透视视图，因为对于用户而言太暗以致不能看到环境的透视视图。另外，头戴式显示器可以将所显示的图像从全色切换到单色图像，诸如绿色，其中人眼是更敏感的并且人眼更快速地进行响应。
572.在模式的另一示例中，当正在用户接口中使用眼睛追踪时，所显示的图像的亮度相对于周围环境的透视视图被增加。在该实施例中，正使用的用户接口的类型确定相对于周围环境的透视视图的亮度的所显示图像的亮度。以此方式，使得透视视图比所显示的图像更暗，以使得对于用户而言透视视图不太引人注目。通过使透视视图对于用户而言不太引人注目，用户可以更容易地移动他的眼睛以控制用户接口，而不被周围环境的透视视图分心。该途径减少了紧张不安的眼睛移动，所述紧张不安的眼睛移动在同样为用户提供环境的透视视图的头戴式显示器中使用眼睛追踪时通常被遇到。图126是一种图表，其示出由人眼感知的亮度（l*）相对于情景的所测量的亮度（照度）。在该图表中，可以容易看出：人眼具有对照度的非线性响应，其中眼睛对较低水平处的差异更敏感并且对较高水平处的差异不太敏感。在实施例中，当使用包括用户接口的眼睛追踪控件的模式时，所显示的图像可以
被提供有这样的平均亮度：所述平均亮度与环境的透视视图的平均亮度相比被感知为2倍或更亮（即，所显示的图像的l*是透视视图的l*的2倍）。
573.此外，所显示的图像可以响应于用户周围的环境的平均颜色、色调或空间频率而被改变。在该情况中，头戴式显示器中的相机可以用于捕获环境的图像，其包括如由用户所看到的透视视场的一部分。环境的所捕获图像的属性然后可以被数字地分析（如在本文中先前描述的那样）以计算所显示的图像的属性。在该情况中，环境的所捕获图像的属性可以包括环境的透视视图的平均亮度、颜色分布或空间频率。环境的所计算的属性然后可以相对于正显示的图像的属性而进行比较，以确定透视视图将是多么令人分心对比正被显示的显示图像的类型。所显示的图像的属性然后可以在颜色、色调或空间频率方面被修改以改善具有透视的头戴式显示器中的可观看性。图像内容与透视视图的这种比较以及对显示图像的相关联的修改可以在大视场块内被应用或在小的局部化的视场块（每个仅由几个像素组成，诸如对于某种类型的增强现实对象可能是需要的）内被应用。其中（用于计算被提供给用户的环境的透视视图的至少一部分的属性的）环境的所捕获图像不必是与所显示的图像相同的分辨率。在另外的实施例中，在头戴式显示器中所包括的亮度传感器或颜色传感器可以用于测量环境的透视视场的一部分内的平均亮度或平均颜色。通过使用用于测量亮度或颜色的专用传感器，环境的透视视图中的属性的计算可以被提供有很少的处理功率，因而降低了所需功率并且增大了计算速度。
574.经常认为颜色是非常主观的并且对此存在若干理由，包括的事项比如是：对环境的环境光照的相关性、其他颜色的接近度以及你正使用一只还是两只眼睛。为了补偿这些效应，头戴式显示器可以利用光传感器或利用相机来测量色平衡以及环境光的强度，从而推断环境中的对象的颜色将看似如何，然后所显示的图像的颜色可以被修改以改善具有透视的头戴式显示器中的可观看性。在增强现实对象的情况下，可以通过渲染增强现实对象来改善可观看性，使得增强显示对象与例如针对标记的环境更好地形成对比，或者使得增强显示对象例如在观看建筑模型时混合到环境中。为此，光传感器可以被提供以确定在用户前方或从环境中的其他方向（诸如在用户上方）的环境光照的亮度和色平衡。另外，可以识别环境中通常具有标准颜色的对象（例如停止标志是红色的）并且这些颜色可以在所捕获的图像中被测量以确定环境光照色平衡。
575.人眼的颜色感知在非常亮和非常暗的极端情况下变得甚至更复杂，因为人眼非线性地进行响应。例如，在直接的日光下，颜色开始冲掉，因为脑中的神经开始饱和并且失去检测颜色中的微妙差异的能力。另一方面，当环境很暗淡时，由人眼感知的对比度降低。因而，当检测到明亮条件时，在所显示的图像中可以增强颜色。当检测到暗淡条件时，所显示的图像中的对比度可以被增强以为用户提供更好的观看体验。其中可以通过如下来增强对比度：使图像数字地锐化、增加数字图像中相邻区域之间的码值差异或通过在所显示的对象的边缘周围添加由互补色组成的窄线。
576.在暗淡条件中，人眼的颜色敏感度也按颜色变化，使得蓝色看起来比红色更亮。结果，在暗淡的观看条件中，对象的颜色向蓝色改变。因此，当所显示的图像被提供为暗淡图像时，诸如例如在暗淡光照下使用头戴式显示器的时候（其中所显示的图像和透视视图二者的可观看性是重要的），图像的色平衡可以被移位成更红以提供由用户感知的所显示图像的更准确的颜色渲染。如果图像被显示为非常暗淡的图像，则图像可以进一步被改变成
v.f.,oliveira, m.m.和baranoski, g.v.g. 2009, photorealistic models for pupil light reflex and iridal pattern deformation, acm trans. graph. 28, 4, articles 106 (2009年8月), 12页）。结果，随着用户移动他的眼睛以看着所显示的图像的不同部分或周围环境的透视视图的不同部分，用户的眼睛可以快速适应亮度中的局部改变。为了为所显示的图像的不同部分提供更一致的感知亮度，根据本发明的原理的系统或方法与所显示的图像的部分的局部亮度或用户的眼睛正看着的透视视图的部分的局部亮度相对应地调节所显示的图像的总体亮度。以此方式，用户眼睛的瞳孔的大小方面的改变被减少并且于是向用户提供所显示的图像内的更一致的亮度分布。其中用户的眼睛正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分通过分析已经由眼睛相机所捕获的用户眼睛的图像来被确定。眼睛相机可以用于视频模式中以连续地捕获用户眼睛的图像并且所捕获的图像然后被连续地分析以随时间追踪用户眼睛的位置。所捕获的眼睛图像内的用户眼睛的位置与用户正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分相互关联。所显示的图像的总体亮度于是可以与用户的眼睛正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分的局部亮度相对应地被调节。所显示的图像的总体亮度的调节率可以进一步与用户瞳孔的所测量的直径相互关联或与如根据对用户眼睛的所捕获的图像的分析所确定的用户瞳孔的直径中的所测量的改变相互关联。
586.在另外又一实施例中，对总体图像的属性的调节可以基于以下而进行：用户的眼睛正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分的局部属性。所显示的图像的被调节的属性可以包括：颜色、色平衡、对比度、锐度、空间频率和分辨率。其中眼睛相机用于捕获用户眼睛的图像，其然后被分析以确定用户的眼睛正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分。用户的眼睛正看着的透视视图的部分或所显示的图像的部分然后被分析以确定属性的相对强度。然后与用户的眼睛正看着的区域中的属性的局部强度相对应地对总体显示图像进行调节，以改善可观看性。其中头戴式显示器中的相机可以用于捕获周围环境的图像，其至少部分地对应于被提供给用户眼睛的透视视图。
587.在实施例中，头戴式计算机具有面向外部的相机以捕获在佩戴了头戴式计算机的人员前方的情景。用于确定将在调节所显示的内容的过程中用于亮度和/或颜色考虑的周围情景中的区域的相机和图像处理可以采取多种形式。例如：
·
相机被定位成捕获面向前方的情景——亮度度量将会考虑所捕获的情景并且确定相关亮度和/或颜色。例如，可以考虑整个情景平均颜色/亮度，可以考虑明亮的或颜色饱和的部分，可以考虑暗区域，等等；
·
面向前方的相机可以具有比透视显示器的视场更大的视场并且图像处理可以用于评估重叠区域，使得所捕获的图像亮度和/或颜色可以表示透视显示器的视场亮度和/或颜色；
·
面向前方的相机可以具有与透视显示器的视场类似的视场，使得所捕获的图像亮度和/或颜色可以表示透视显示器的视场亮度和/或颜色；
·
面向前方的相机可以具有窄视场以更好地把在用户正前方的情景定为目标；
·
面向前方的相机可以是机械可移动的相机，其跟随眼睛位置（例如，如通过如本文中所述的眼睛成像所确定的）以捕获跟随用户眼睛的情景；
·
面向前方的相机可以具有宽视场以捕获情景。一旦捕获了图像，图像的区段就
可以被识别为是用户正看向的分段（例如根据眼睛成像信息），于是可以考虑该分段中的亮度和/或颜色；
·
所捕获的情景图像中的对象可以被识别（例如，如基于眼睛成像和位置确定所确定的）并且可以考虑所述对象；以及
·
所捕获的情景图像中的对象可以被识别为所显示的内容将涉及的对象（例如将与商店相关联的广告）并且可以考虑所述对象的亮度和/或颜色。
588.在另外的实施例中，本发明提供了一种方法，其用于改善所显示的图像与周围环境的透视视图的对准。所述方法还可以用于将眼睛追踪与用户在周围环境的透视视图中正看着的地方相互关联。当调节是基于用户正看着的透视视图的部分中的局部属性时，这是用于对所显示的图像中的属性进行调节的重要特征。调节过程可以用于使用头戴式显示器的每个用户以改善不同个体的观看体验并且补偿在个体之间的头部形状或眼睛位置中的变化。可替换地，每当用户使用头戴式显示器时，调节过程可以用于精细调谐单个个体的观看体验，以补偿头戴式显示器在用户头上的不同定位。所述方法对于改善增强现实对象的定位的准确性而言也可以是重要的。所述方法包括在头戴式显示器中使用面向外部的相机以捕获周围环境的图像，该图像包括周围环境的透视视图的用户视场的至少一部分。可见标记（诸如例如十字标）被提供在所捕获的图像的角落中以提供第一目标图像。第一目标图像然后被显示给用户，因此用户从被叠覆到周围环境的透视视图上的第一目标图像中同时看到周围环境的所显示的图像。用户看着可见标记，并且然后使用眼睛追踪控件来将所显示的图像移动到这样的位置：在该位置处与可见标记相邻的所显示的图像的部分与环境的透视视图中的对象对准。其中眼睛追踪控件包括眼睛相机以确定用户眼睛的移动以及一只或两只眼睛的眨眼（头部移动可以与用户接口中的眼睛控件相结合地被使用），其在用户接口中用于输入控制输入。周围环境的第二图像然后被捕获并且可见标记被提供在角落中以提供第二目标图像，其中第二目标图像中的可见标记被定位在与第一目标图像中的可见标记相对的角落中。第二目标图像然后被显示给用户。用户然后看着第二目标中的可见标记并且使用眼睛控件来移动所显示的图像，以便将第二目标图像中邻近于可见标记的对象与环境的透视视图中的对象对准。在当用户正观看第一和第二目标图像的时段期间，重要的是用户并不相对于环境移动其头部。所显示的图像然后与为了将所显示的图像的部分与周围环境的透视视图的对应部分进行对准而必须使第一和第二目标图像移动的相对量相对应地被调节。
589.图127示出了周围环境的透视视图的图示的示例，其中轮廓示出了显示视场12723小于典型的透视视场12722。
590.图128示出了周围环境的所捕获图像的图示，该所捕获图像与所显示图像相比可以是基本上更大的视场，使得环境的所捕获图像的裁切版本可以用于对准过程。
591.图129a示出了第一目标图像12928的图示，并且图129b示出了第二目标图像12929的图示，其中目标图像12928和12929均在相对的相应角落中包括可见标记12926和12927。
592.图130示出了被叠覆到透视视图上的第一目标图像12928的图示，其中第一目标图像12928已经通过使用眼睛追踪控件而被移动以相对于透视视图中的对应对象而对准与可见标记12926相邻的第一目标图像的部分。注意到，在被调节以改善对准之前，所显示的图像中的对象在图130中被示出为与透视视图相比在总体大小方面更小，但是同样可能的是
总体大小在调节之前可以更大。
593.图131示出了被叠覆到透视视图上的第二目标图像12929的图示，其中第二目标图像12929已经通过使用眼睛追踪控件而被移动，以相对于透视视图中的对应对象而对准与可见标记12927相邻的第二目标图像的部分。所述移动需要对准第一目标图像12928，并且第二目标图像12929然后用于确定对于所显示的图像的调节，使得所显示的图像视场12723与透视视场12722的对准的准确性得以改善。其中所确定的对于所显示的图像的调节可以包括在总体大小方面的调节、图像的裁切以及所显示的图像在所显示的图像视场12723内的垂直和水平位置。通过向目标图像添加至少再多一个可见标记并且使用至少再多一个步骤来相对于环境的透视视图而定位目标图像，可以确定旋转调节以进一步改善所显示的图像与环境的透视视图的对准。示出被定大小和对准成匹配周围环境的透视视图的所显示图像的图示的单独的图没有被示出，因为它将看起来类似图127。所确定的调节然后可以用于改善其他显示图像与周围环境的透视视图的对准，使得所显示的图像中的区域可以被映射到透视视图中当在头戴式显示器中被观看时将位于所显示的图像后方的对应区域。所确定的调节还可以用于将用户眼睛的移动映射到如从面向外部的相机在周围环境的图像中所捕获的环境的透视视图中的区域，使得可以确定用户在周围环境中正看着哪里。此外，通过分析环境的所捕获的图像，可以确定用户在周围环境中正看着什么。
594.在另外又一个实施例中，眼睛追踪控件被用户用于调节所显示的图像的大小以及调节所显示的图像的位置以匹配周围环境的透视视图。在此方法中，通过头戴式显示器中的面向外部的相机来捕获周围环境的图像。周围环境的图像然后在所显示的图像视场12723内被显示给用户，因此用户同时看到被叠覆到周围环境的透视视图上的周围环境的所显示图像。用户然后使用眼睛追踪控件来执行对所显示的图像的两个调节，以改善周围环境的所显示图像与周围环境的透视视图的对准。第一调节是要相对于周围环境的透视视图的大小来调节周围环境的所显示图像的大小。该调节可以由用户执行，例如通过眼睛的长眨眼来开始调节，继之以眼睛的滑动移动来增大或减小所显示图像的大小。另一个长眨眼结束重定大小过程。第二调节是要定位所显示的图像来改善周围环境的所显示图像与周围环境的透视视图的对准。该调节可以由用户执行，例如通过眼睛的长眨眼来开始调节，继之以眼睛的滑动方向性移动来指示移动，从而将所显示的图像对准到环境的透视视图。该调节过程可以一次针对一只眼睛来执行，使得针对左眼和右眼所显示的图像可以被独立地定位以用于立体图像的改善的观看。所确定的调节然后与其他显示图像一起使用，以改善其他显示图像与环境的透视视图的对准并且确定如头戴式显示器中在所显示的图像后方所看到的透视视图的映射。所确定的调节还可以用于将用户眼睛的移动映射到如从面向外部的相机在周围环境的图像中所捕获的环境的透视视图中的区域，使得可以确定用户在周围环境中正看着哪里。此外，通过分析所捕获的环境图像，可以确定用户在周围环境中正看着什么。
595.虽然已经结合将眼睛追踪输入用于显示内容控制和调节而描述了以上实施例中的一些，但是应当理解到，外部用户接口可以结合眼睛追踪控件或代替眼睛追踪控件而被使用。例如，当所显示的内容被呈现在头戴式显示器的视场中时，触摸板、操纵杆、按钮装置等等可以用于将内容与周围环境对准。
596.在实施例中，所显示的内容可以取决于在透视显示中将位于所显示内容后方的情
景背景而进行颜色调节，以补偿情景背景的颜色，使得所显示的内容看起来是恰当地色平衡的。例如，如果情景背景（所显示的内容将叠覆于其上）是红色的（例如红色砖墙），那么所显示的内容可以被调节以减少其红色内容，因为情景的红色内容中的一些将透过所显示的内容而被看到，并且因此贡献于所显示的内容中的红色内容。
597.在实施例中，所显示的内容可以如本文中所述的那样被调节（例如，与通过透视显示器所观看的情景区分或混合），这通过以下来进行：调节由被适配成光照反射性显示器的光照系统所产生的光的颜色和/或强度、通过软件图像处理来调节图像内容、调节发射显示器的一个或多个颜色的强度，等等。
598.在实施例中，透视情景亮度和/或颜色可以基于如通过显示器所观看的或以其他方式接近头戴式显示器的情景的平均透视亮度和/或颜色、明显在通过透视显示器的视图中的对象的亮度和/或颜色、眼睛朝向（基于如本文中所述的眼睛成像的眼睛位置）、罗盘朝向，等等。
599.发明人已经发现：在包括多重折叠光学器件的头戴式显示器中，可以有利的是使用具有所包括的折叠表面的固体棱镜来改善图像品质并且使得更紧凑的形状因子能够实现。他们还已经发现：通过模塑来制造固体棱镜由于缩痕而可能是有挑战性的，所述缩痕通常出现在平面表面上。另外，以所需的角度将照明光提供到固体棱镜中需要特殊的考虑。用户眼睛的成像可以是头戴式显示器中用于用户识别以及作为用户接口的重要特征。在本文中提供了眼睛成像装置以用于各种头戴式显示器。
600.本发明的一方面涉及一种固体棱镜，所述固体棱镜具有改善的可制造性以及设计修改，所述涉及修改使得照明光能够以所需的角度有效地供应到固体棱镜中以对图像源进行照明。
601.本发明的一方面涉及一种固体棱镜，所述固体棱镜具有折叠表面平台，其中光学平坦的折叠表面被安装在棱镜的折叠表面平台上，使得折叠表面维持高的光学平面度，其最小化棱镜的折叠表面平台中的偏差。
602.本发明的一方面涉及在固体棱镜中提供附加的光学特征，其用于利用眼睛成像相机来捕获用户眼睛的图像。
603.本发明的一方面涉及为固体棱镜提供折叠表面，其中固体棱镜包括成形的输入和/或输出表面，其充当屈光力产生光学系统。
604.本发明的一方面涉及一种固体棱镜，所述固体棱镜具有屈光力产生表面以及具有在组合器上方的附加功率透镜，使得在组合器上方的功率透镜的物理大小被减小，从而减小光学系统的总体大小。
605.本发明的一方面涉及一种固体棱镜，所述固体棱镜在来自显示器的光学路径的图像光接收端处具有带屈光力的表面，其中附加的带屈光力的场透镜被定位在显示器和带屈光力的表面之间以进一步增加光学系统的屈光力。
606.本发明的一方面涉及一种固体棱镜，所述固体棱镜具有折叠表面，所述折叠表面包括带屈光力的输入和/或输出表面以及在适于减少横向色差并且由此改善被提供给用户的图像品质的有关光学材料当中的材料选择。
607.本发明的一方面涉及一种有角度的背光组件，其通过包括棱镜膜而将照明光朝向图像源重定向，其中棱镜被定位在背光的侧面上，使得棱镜充当菲涅耳楔形物。
608.本发明的一方面涉及杂散光管理系统，其被适配成管理由在背光系统中所使用的棱镜膜所产生的杂散光，其中棱镜膜引起显著的杂散光并且检偏偏振器膜被定位在图像光光学路径中以吸收这样的杂散光。
609.本发明的一方面涉及发射显示系统，其将图像光投射到具有折叠表面的固体棱镜中，以用于将图像光递送到用户的眼睛。
610.本发明的一方面涉及通过显示光学器件的一部分并且朝向组合器表面来投射照明光，其中照明光从组合器表面反射离开并且直接朝向用户的眼睛反射，从而对眼睛进行照明以用于眼睛成像。在实施例中，显示光学器件包括固体棱镜，并且光源被安装在固体棱镜的折叠表面上方。
611.本发明的一方面涉及直接从组合器捕获眼睛图像，其中眼睛成像相机被安装在组合器上方。在实施例中，眼睛光被定位在组合器的顶部边缘处，因此眼睛被直接照明。
612.本发明的一方面涉及被应用到组合器的表面，其中所述表面被应用在透视显示器的视场外并且被适配成减少杂散光反射从组合器反射离开并且朝向用户的眼睛反射。
613.本发明的一方面涉及被应用到组合器的表面，其中所述表面被适配成反射红外光并且使可见光通过，使得朝向用户眼睛的可见杂散光反射被最小化，并且使得来自红外光源的红外光朝向用户的眼睛反射。红外反射然后可以用于眼睛成像。
614.本发明的一方面涉及通过波导光学器件进行眼睛成像，所述波导光学器件被适配成透射图像光并且对于周围事物的用户视图而言是透视的，其中眼睛成像相机被定位成通过波导光学器件来接收眼睛图像，使得从用户眼睛前方的位置捕获图像。
615.本发明的一方面涉及通过捕获从波导光学器件的外表面离开的反射光来进行眼睛成像，所述波导光学器件被适配成透射图像光并且对于周围事物的用户视图而言是透视的。
616.图132示出了用于头戴式显示器的多重折叠光学器件的图示，所述多重折叠光学器件包括固体棱镜13250。其中固体棱镜13250包括平面表面13254（即第一折叠表面），所述平面表面13254是反射性的以对图像光13230进行重定向并且由此向光轴13235提供第一折叠，以使得多重折叠光学器件能够比不包括该折叠的光学器件更加紧凑。如图132中所示，光轴13235的第二折叠被提供在多重折叠光学器件的下部部分中，其中图像光13230由组合器13210（即第二折叠表面）反射，因此图像光13230被引导到用户的眼睛所位于的眼睛框13220中，如先前在本文中已经描述的。平面表面13254可以是全反射镜，使得所有的图像光13230被反射，其中图像源13260必须是自发光图像源（诸如oled）或背光图像源(诸如lcd)，使得直接由图像源13260来提供图像光13230。然而，如果图像源13260是反射图像源（诸如lcos、flcos或dlp），则必须供应照明光，所述照明光然后由图像源13260反射，以提供图像光13230。在其中反射图像源是lcos或flcos的情况中，其中照明光需要以高入射角，平面表面13254可以是部分镜，使得可以从位于平面表面13254后方并且指向图像源13260的光源提供照明光。在其中反射图像源是dlp的情况下，其中照明光需要处于与反射镜角度相称的角度，可以延伸平面表面13254，或者可以提供附加表面，使得可以从位于平面表面13254或附加表面后方的光源提供光。在实施例中，固体棱镜13250所提供的第一优点是图像光13230的锥角在固体棱镜13250中被减小，由此延伸了光学路径长度，使得折叠可以被提供给光轴13235，由此能够实现多重折叠光学器件的更紧凑的大小。固体棱镜13250的第二优
点是平面表面13254提供内反射，使得灰尘不能在反射性表面上聚集。固体棱镜13250的第三优点是通过使不需要透射光的外表面变黑，杂散光更易于控制。
617.除了通过从平面表面13254反射离开来使光轴13235折叠之外，固体棱镜13250还可以提供屈光力，因为输入和输出表面13252可以是弯曲的。图132示出了具有屈光力的两个表面13252。通过提供在多重折叠光学器件中所需要的屈光力中的一些，功率透镜13240不需要提供同样多的屈光力，并且作为结果，功率透镜13240更薄并且多重折叠光学器件的总体大小由此被减小。还可以提供场透镜13270以与固体棱镜13250和功率透镜13240结合起作用。通过将场透镜13270、固体棱镜13250和功率透镜13240的材料选择为在折射率和abbe数方面不同（将火石和冕玻璃性质进行组合，如本领域技术人员已知的），在被提供到眼睛框13220的图像光13230中的横向色差可以被相当大地降低，由此改善特别是在图像的角落中由用户所感知的图像的锐度。
618.在多重折叠光学器件中，折叠光轴13235的表面（13254和13210）优选是光学平坦的（例如平面度优于10微米），以维持图像光13230的波前并且由此将高品质的图像提供给用户。这些表面可以相对于光轴13235倾斜以补偿光学器件的上部部分（从图像源13260延伸到固体棱镜的底表面）相对于光学器件的下部部分（从功率透镜延伸到眼睛框）的扭转，如先前在文本中已经描述的。
619.通过模塑来制造塑料固体棱镜13250可能是困难的，因为固体棱镜13250具有不均匀的厚度并且它可能包括弯曲表面和平坦表面。弯曲表面的注入模塑需要与对于注入模塑的平坦表面所需要的过程设置不同的过程设置。特别地，当平坦表面下的塑料的厚度不均匀时（如是对于固体棱镜13250的情况），光学平坦表面可能非常难以在没有缩痕的情况下注入模塑。为了克服该困难，本公开内容提供了单独的反射板13275，其用于建立改善的平坦表面13254。反射板13275可以通过使用片材制造过程来被制造，以便提供高程度的光学平面度。在优选的实施例中，反射板13275是已经被涂覆以提供反射性的玻璃板。其中如果图像源13260是自发光显示器，则涂层可以是全反射镜，或者如果图像源13260是反射性显示器，则涂层可以是部分反射镜。在进一步优选的实施例中，反射板13275包括具有反射偏振器（诸如moxtek（奥瑞姆，ut）的proflux线栅偏振器）的玻璃板，使得一个偏振状态的光被反射并且相反偏振状态的光被透射。
620.反射板13275可以通过使用透明粘合剂而被接合到固体棱镜13250的平面表面13254，所述透明粘合剂具有与固体棱镜材料的折射率非常类似（例如 /
‑
0.05内）的折射率（也称为折射率匹配）。通过将粘合剂的折射率与固体棱镜13250的折射率匹配，在固体棱镜材料和粘合剂之间的界面变得光学不可见。以此方式，粘合剂可以填充在反射板13275和固体棱镜13250的平面表面13254之间的由缩痕、划痕、槽或固体棱镜的平面表面的其他非平面度所引起的任何空间。在固体棱镜13250上模塑的平面表面的平面度于是对于多重折叠光学器件的光学性能而言并不重要，并且代替地，反射板13275的平面度确定具有改善的平面度的新的平坦表面13254。以此方式，固体棱镜13250的制造变得更容易并且不太昂贵，因为平面表面13254不必是模塑的（或以其他方式制造的）光学平坦表面，并且用于制成固体棱镜13250的制造过程可以针对带屈光力的表面13252而被优化。另外，通过将反射板13275的反射表面接合到平面表面13254，在多重折叠光学器件的进一步组装过程期间保护光学平坦的反射表面不受损坏。
621.图133a、133b和133c示出了与将反射板13275接合到固体棱镜13250相关联的步骤的图示。如图133a中所示，固体棱镜13250被安装以用于接合，使得平面表面13254近似水平。相对低粘度（例如200厘泊）的透明粘合剂的液滴13377然后被施加到平坦表面13254。其中粘合剂被选择为具有与固体棱镜13250的材料非常类似的折射率，使得粘合剂和固体棱镜是折射率匹配的。然后使反射板13275与该液滴13377接触，如图133b中所示。然后允许粘合剂依靠毛细作用而跨过（wick across）反射板13275与平面表面13254之间的界面，直到整个界面被粘合剂覆盖为止，如图133c中所示。重要地，在实施例中，在接合过程期间，没有压力被施加到反射板13275，使得反射板13275不变形并且反射板13275的光学平面度被维持。所使用的液滴13377是相对小的，因此界面被覆盖，而没有粘合剂在边缘渗出。粘合剂然后通过等待适当长度的时间、施加热或施加uv光（如对于粘合剂而言适当的那样）而被固化。在优选的实施例中，uv固化粘合剂用于提供快速的固化。将反射板13275接合到固体棱镜13250的优点是粘合剂可以填充可能存在于棱镜的平面表面上的任何缩痕，使得反射板13275的表面建立平面表面13254，所述平面表面13254具有改善的平面度以及期望水平的反射率来反射图像光13230。由于粘合剂与固体棱镜13250的材料是折射率匹配的，所以图像光13230从固体棱镜13250穿过粘合剂层传递到反射板13275的表面，而不扰乱图像光13230的波前，使得高图像品质被维持。
622.图134示出了用于反射图像源的多重折叠光学器件的图示，所述多重折叠光学器件具有被定位在反射板13275后方的背光组件。其中，如图134中所示，反射板13275是部分反射镜，其透射来自背光的光中的至少一部分以对图像源13260进行照明，并且然后反射图像光13230的至少一部分。在优选的实施例中，反射板13275是反射偏振器，其透射一个偏振状态而反射相反的偏振状态。在该情况下，照明光13432被提供有第一偏振状态（例如p偏振）并且图像光13230是第二偏振状态（例如s偏振）。如果图像源13260是例如常白色lcos，当照明光13432被图像源13260反射时，偏振状态中的这种改变发生在所显示图像的亮区域中。结果，所显示的图像的亮区域中的图像光13230被反射板13275的反射偏振器反射并且所显示图像的暗区域中的图像光被反射偏振器透射，使得仅第二偏振状态的图像光传递到透镜13240中。背光组件包括棱镜膜13477，以将由光导13480所提供的照明光13432的至少一部分朝向图像源13260偏转。其中棱镜膜13477可以是转动膜，诸如luminit公司（托伦斯，ca）提供的dtf，或可替换地棱镜膜可以是亮度增强膜，诸如3m（圣保罗，mn）提供的vikuiti bef4
‑
gt
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90。扩散器膜13478也被包括在背光组件中以提供照明光13432内的光的期望锥角。光源13479也被包括在背光组件中以将光提供到光导13480，其中光源13479可以是一个或多个led。光源13479可以提供白光或顺序颜色照明（例如，红色然后蓝色然后绿色照明、或青色然后洋红然后黄色照明的重复序列），这取决于反射图像源是否包括滤色器阵列。
623.在固体棱镜13250中，可以提供照明光13432所处于的角度被光进入固体棱镜13250的界面处的折射效应所限制。作为示例，遵循用于跨越界面的折射的斯涅耳定律：n1 sinθ1 = n2 sinθ2为了在固体棱镜内以与图134中所示的界面法线呈近似30度角度提供照明光13432，如果棱镜材料具有1.5的折射率，来自背光组件的光将必须以近似50度被提供到界面。其中n1是光所来自于的第一介质的折射率，θ1是光相对于第一介质中的表面法线的角度，n2是光去往的第二介质的折射率，并且θ2是光相对于第二介质中的表面法线的角度。以
与背光组件呈50度角度提供照明光13432可能是困难的，因为按这样的大角度而偏转光的转动膜是不可得到的。为了减少折射效应，棱镜膜13477被用作菲涅耳楔形物，其中光滑侧被接合到反射板13275并且棱镜结构指向背光组件。图135示出了被接合到反射板13275的棱镜膜13477的图示，其中所示的棱镜膜13477是亮度增强膜，其具有的线性棱镜表面被取向为处于与界面呈近似45度（由此形成具有90度夹角的线性棱镜）并且光学清透的粘合剂13578（诸如从3m（圣保罗，mn）可得到的8142kcl）被用于将棱镜膜13477接合到反射板13275。应当注意到，其中棱镜结构指向光源的这种取向与通常用于亮度增强膜（其通常用于在背光中对光进行准直）的取向相反。代替地，在图135中所示的取向的情况下，遵循如先前在本文中所述的斯涅耳定律，亮度增强膜的45度表面将进入的光拆分成两个光锥（在图135a中被图示为光13532和13533），所述两个光锥具有在棱镜膜13477内侧相对于来自扩散器的入射照明光呈近似 /
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17度的相应偏转角，所述入射照明光近似垂直于光导13480的平面和反射板13275的平面。重要地，棱镜膜提供了两个光锥之间的大幅减少的光量。其中每个光锥内的光的锥角由扩散器13478的锥角来确定。照明光13432的偏转角可以通过在棱镜膜的顶部上添加转动膜（未示出）来被修改，其中转动膜改变被提供到棱镜膜13477的照明光的角度。典型的转动膜（诸如从luminit（托伦斯，ca）可得到的dtf膜）提供光的20度偏转。照明光然后以65度入射在棱镜膜的一个表面上并且以25度入射在棱镜膜的另一个表面上。棱镜膜内侧的两个照明光锥具有相对于来自扩散器的入射照明光的 28和
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8度的偏转角，所述入射照明光近似垂直于光导13480的平面和反射板13275的平面。由于棱镜膜13477被接合到反射板13275并且反射板被接合到固体棱镜13250，所以在棱镜膜13477内侧的光的角度基本上被维持到固体棱镜13250中，只要棱镜膜13477、反射板13275和固体棱镜13250的折射率合理地类似。以此方式，系统以下述方向来对由背光组件所提供的照明光13432进行偏转：所述方向将照明光13432朝向图像源13260引导。图像源13260由此以下述方式被光导13480照明：所述方式允许多重折叠光学器件具有如由光轴13235的多重折叠所提供的更紧凑的形状因子。在制造中，棱镜膜13477可以在反射板13275被结合到固体棱镜13250之前或者之后被接合到反射板13275。
624.图135a示出了多重折叠光学器件的图示，其中示出了由棱镜膜13477所提供的两个照明光锥13532和13533。当照明光d32对图像源13260进行照明时，照明光13533是在多重折叠光学器件中的一种形式的杂散光，其必须被控制以将高对比度的图像光13230提供给眼睛框13220，使得用户体验高对比度的图像。由棱镜膜13477所提供的优点是：近似一半的照明光（13532）被偏转朝向图像源13260，而同时另一半的照明光（13533）以下述方向被偏转：在所述方向中杂散光可以被控制并且在其中控制杂散光更困难的13532和13533之间提供很少的光。图135a包括检偏偏振器13582来吸收来自背光的光13533的未用于对图像源13260进行照明的部分。检偏偏振器13582被示出为定位在功率透镜13240和组合器13210之间，然而，检偏偏振器13582还可以被定位在固体棱镜13250和功率透镜13240之间的间隙中。检偏偏振器13582以其透射轴来取向，使得具有图像光的亮区域的偏振状态的光被透射，并且具有照明光13533和图像光的暗区域的偏振状态的光被吸收。因而，检偏偏振器通过减少图像的暗区域中与照明光13533相关联的和与图像光相关联的杂散光来提供双重目的。
625.在具有固体棱镜的多重折叠光学器件中，为了用户接口中眼睛追踪或出于安全目
的的眼睛识别的目的，附加光学元件可以被添加以用于对用户眼睛进行成像。图136、137和138示出了被包括在固体棱镜中以用于对用户眼睛进行成像的附加光学元件的不同实施例的图示。图136和137示出了被附接到固体棱镜13250的侧面以使得眼睛相机13610可以对眼睛框13220中的用户眼睛进行成像的光学元件13612的各种视图的图示。光学元件13612被示出为单个透镜表面，所述单个透镜表面相对于光轴13235呈一定角度以提供视场，所述视场包括从用户的眼睛所反射的光13613。以此方式，从用户眼睛反射的光13613以与图像光13230类似的方式被多重折叠。然而，光学元件13612可以包括多于一个透镜表面和多于一个透镜元件以改善眼睛成像的分辨率。图137示出了光学元件13612可以如何被定位成邻近于固体棱镜13250上的表面13252。在如图136和137中所示那样定位的光学元件13612的情况下，眼睛相机13610被提供有包括由眼睛所反射的光13613的视场，并且与光学元件13612相关联的视场倾向于延伸到用户眼睛的上部部分。其中用户的眼睛可以由图像光13230来被动照明，或者由邻近于眼睛框13220或邻近于光学元件13612的附加的光（未示出）来主动照明。附加的光可以是红外光，只要眼睛相机13610可以捕获用户眼睛的红外图像。图138示出了具有光学元件13812的另一固体棱镜13250的图示，所述光学元件13812被定位成邻近于固体棱镜13250的顶部以使得眼睛相机13814能够对眼睛框13220进行成像。在该情况下，光学元件13812被附接到固体棱镜132450并且被设计成提供包括从用户眼睛反射的光13813的视场。光13613被用户眼睛反射并且由眼睛相机13814遵循单折叠路径来捕获。其中与如图138中所示那样定位的光学元件13812相关联的视场倾向于延伸到用户眼睛的侧面。在图136、137和138中针对眼睛成像所示的两个实施例中，光学元件13612和13812被设计成考虑到以下事实：即由用户眼睛反射的光穿过功率透镜13240和至少一部分的固体棱镜13250。从制造视角来看，光学元件13612和13812可以被制成为到固体棱镜13250的附接，或者被制成为固体棱镜13250的组成部分，所述组成部分连同固体棱镜13250的其他表面一起被模塑。
626.在另外的实施例中，眼睛成像被包括以用于图132中所示的多重折叠光学器件。图139示出了用于多重折叠光学器件的眼睛成像系统的图示，其中图像源是自发光显示器，诸如例如oled或背光lcd。在该情况下，反射板13275是部分反射镜，其接合到固体棱镜13250的平面表面13254，如先前在本文中所述。可替换地，部分反射镜涂层可以被直接应用到平面表面13254，只要平面表面13254是光学平坦的。部分反射镜然后反射一部分的图像光13230，从而将它朝向透镜13240和组合器13210重定向，在该处图像光13230被反射第二次并且由此朝向用户眼睛重定向以将图像提供到眼睛框13220。同时，由用户眼睛所反射的光13923的一部分被部分反射镜透射并且被眼睛相机13922捕获。其中，用户的眼睛可以由图像光13230被动照明，并且附加的主动照明光13913可以由眼睛光13912来提供以对用户眼睛进行照明。在优选的实施例中，眼睛光13912提供红外照明光13913并且眼睛相机13922对红外光敏感，以此方式，照明光13913不干扰由图像光13230显示给用户的图像。在进一步优选的实施例中，部分反射镜是冷反射镜，其反射大部分的可见光（例如大于80%的可见光，400
‑
700nm）并且透射大部分的红外光（例如大于80%的红外光800
‑
1000nm）。在另外又一优选实施例中，组合器被至少部分地涂覆有热反射镜涂层，其反射红外光并且透射可见光。其中例如，热反射镜涂层可以反射由眼睛光所提供的红外光的大于80%并且透射与周围环境的透视视图相关联的可见光的大于50%。通过在反射板13275或平面表面上包括冷反射镜连
同组合器13210上的热反射镜，由用户眼睛所反射的光13923的损耗可以减少，由此使得能够捕获用户眼睛的亮图像，并且降低对于由眼睛光13912对用户眼睛进行主动照明所需的功率。
627.图140a和140b示出了具有组合器14010的折叠光学器件的图示，所述组合器14010对已经由上部光学器件1406提供的图像光13230进行重定向，所述上部光学器件1406包括图像源和相关联的光学器件。相机14022被提供用于当被定位成邻近于眼睛框13220时对用户眼睛1408进行成像。提供眼睛光14012来提供照明光14013，所述照明光14013被组合器14010反射并且由此被引导朝向用户的眼睛1408。其中，相机14022被定位到上部光学器件1406的一侧，使得由用户眼睛所反射的光14023被组合器14010反射并且被相机14022捕获。如先前在本文中所述，眼睛光14012可以提供红外照明光14013（例如850nm）并且组合器13220可以包括热反射镜涂层来反射大部分的红外照明光14013，而同时提供周围环境的透视视图。眼睛光14012可以被定位到上部光学器件1406的一侧并且优选地眼睛光14012被定位成邻近于相机14022，以使得照明光14013使光14023从用户眼睛反射，具有可以高效地被相机14022捕获的分布。例如，眼睛光14012可以被定位在上部光学器件1406的相邻侧上，如图140a和140b中那样，其中眼睛光14012被示出为定位在上部光学器件1406的背侧上，因此照明光被组合器往回朝向用户眼睛140b反射，并且相机14022被示出为在上部光学器件1406的左侧上，但是其他的布置也是可能的。在优选的实施例中，眼睛光14012是小型led，其被安装在上部光学器件1406的下部前边缘上并且直接往回指向用户眼睛1408。
628.在实施例中，组合器14010包括防止视场外部的可见光反射的表面。所述表面可以包括抗反射涂层并且它可以仅被应用在视场外部。该布置在防止环境杂散光向用户的眼睛中反射方面可以是有用的。在没有这样的表面的情况下，来自环境的光可以从组合器表面反射离开并且进入到用户眼睛中。
629.图141a和141b示出了包括波导14132的折叠光学器件的图示，所述波导14132具有有角度的部分反射表面14135和带屈光力的反射表面14136。其中图像源14153提供图像光14130，所述图像光14130被反射板14175反射，使得图像光14130由波导14132传送到部分反射表面14135，在那里处图像光被透射到带屈光力的反射表面14136，在那里处图像光被聚光并且往回朝向部分反射表面14135反射。部分反射表面然后反射并且重定向图像光，使得图像光14130被提供到用户的眼睛1408。在图141a中所示的实施例中，眼睛光14112被定位成邻近于波导14132的一端，使得照明光14113指向用户的眼睛1408。相机14122被定位在反射板14175后方，其中反射板反射图像光14130的至少一部分并且透射由用户的眼睛1408所反射的光14123的至少一部分。其中反射板14175可以是部分反射镜、反射偏振器或在优选的实施例中反射板14175是冷反射镜，所述冷反射镜反射可见光并且透射红外光（例如，冷反射镜反射大于80%的可见光，400到700nm，并且透射大于80%的由眼睛光所提供的红外光，800到1000nm）。将注意到，在一些情况下，反射板可以由涂层（其被直接应用到波导14132的位于下方的平面表面）所取代，只要平面表面是光学平坦的。如先前在本文中所述，眼睛光14112可以提供红外照明光14113，只要相机14122对红外光是敏感的。通过将相机14122定位在有角度的反射板14175后方，图像光14130和由用户的眼睛1408所反射的光14123可以是同轴的，使得所捕获的用户眼睛1408的图像是来自用户正前方的视角。图141b示出了另一实施例，其中眼睛光14112被定位成邻近于相机14122，使得照明光14113以与图像光
14130类似的方式被反射板14175透射并且被波导14132传送，以使得照明光14113朝向用户的眼睛1408重定向。
630.图142a和142b示出了用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，所述折叠光学器件包括具有至少一个全息光学元件14242的波导14232和图像源14253。在该实施例中，图像源14253将图像光14230提供到波导14232（未示出），使得全息光学元件14242可以以近似90度将图像光14230朝向用户的眼睛1408重定向。提供相机14222来捕获用户眼睛1408的图像。眼睛光14212将照明光14213提供到用户的眼睛1408。光14223被用户的眼睛1408反射并且被相机14222捕获。如图142a中所示，眼睛光14212被定位到波导14232的一侧并且邻近于相机14222。热反射镜涂层（其中它的反射光谱与由眼睛光14212所提供的红外光谱匹配）被应用到波导14232的至少一部分14224，使得大部分的光14223被反射朝向相机14222，并且同时提供周围环境的亮透视视图。图142b示出了用于头戴式显示器的类似的折叠光学器件的图示，其中波导14232以与用户眼睛1408呈一定角度被定位，以提供折叠光学器件到用户头部的更靠近的配合。在该情况中，全息光学元件14242被设计成以与波导呈近似110度并且朝向用户的眼睛1408来重定向图像光14230。相机14222然后被定位在波导14232的与图像源14253相对的一端，以使得在从用户眼睛1408反射的光14223和照明光14213之间的角度能够被减小。以此方式，可以由相机14222捕获具有更均匀亮度的用户眼睛1408的图像。如先前在本文中所述，波导14232的至少一部分14224可以是热反射镜，以对由用户眼睛1408所反射的光14223的大部分进行反射，而同时提供周围环境的亮透视视图。
631.图143示出了用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，其中照明光被注入到波导中并且由全息光学元件来重定向，使得用户的眼睛被照明。眼睛光14312被定位在波导14232的一端，使得照明光14313可以被注入到波导14232中并且连同图像光14230一起被传送到全息光学元件14242。全息光学元件14242然后将图像光14230和照明光14313朝向用户的眼睛1408重定向。全息光学元件14242然后必须能够重定向图像光14230和照明光14313二者，其中图像光14230是可见光并且照明光14313可以是红外光。由用户的眼睛所反射的光14223然后被波导表面反射并且被相机14222捕获。热反射镜涂层（其反射光谱与由眼睛光14212所提供的红外光谱匹配）被应用到波导14232的至少一部分14224，使得大部分的光14223朝向相机14222反射并且同时提供周围环境的亮透视视图。这种设计的优点是可以使得包括眼睛光14312的照明光照系统更加紧凑。图144示出了用于头戴式显示器的折叠光学器件的图示，所述折叠光学器件类似于图143中所示的系统，其中一系列有角度的部分反射镜14442被包括在波导中，而不是全息光学元件。在该情况中，照明光14413连同由图像源14253所提供的图像光14230一起被注入到波导14432中。照明光14413和图像光14230由波导14432传送到所述一系列有角度的部分反射镜14442，所述有角度的部分镜将照明光144134和图像光14230朝向用户的眼睛1408重定向。用户眼睛1408所反射的光14223被至少应用到波导14432的一部分14224的热反射镜涂层所反射，其中热反射镜的反射光谱与由眼睛光14212所提供的照明光144134的红外光谱匹配。这种设计的优点是照明光照系统是紧凑的并且可以容易地使所述一系列有角度的部分反射镜在可见图像光14230和红外照明光14413二者上操作。
632.当使用头戴式显示器用于增强现实应用时，特别是当头戴式显示器提供周围环境的透视视图时，可能重要的是能够改变所显示的图像所呈现于的焦深。还重要的是在恰当
的聚散度距离处呈现立体图像，以将所意图的深度感知提供给用户。其中聚焦距离是下述距离：用户的眼睛必须聚焦在该距离处来观看锐利图像，并且聚散度距离是用户的两眼一起来观看图像或真实对象中的相同点的距离。在立体图像内，意图被感知为处于不同深度的对象被呈现有在左图像和右图像内的对象的相对位置之间的经渲染的横向移位，这被称为视差。如在剧院中或电视上观看的典型立体映像的渲染大部分指向对象的视差映射以产生3d效果，因为聚焦距离受限于剧院屏幕或电视（参见论文“nonlinear disparity mapping for stereoscopic 3d”, m. lang, a. hornung, o. wang, s. poulakos, a. smolic, m. gross, acm transactions on graphics (影响因子: 3.73). 07/2010; 29. doi: 10.1145/1833349.1778812）。为了使立体观看体验对于用户而言更舒适，与观看增强现实对象相关联的聚散度距离应当紧密匹配与相同增强现实对象相关联的聚焦距离，由此使得增强现实对象能够与由头戴式显示器的用户所看到的真实对象更紧密地相似。根据本发明的原理的系统和方法提供了以更紧密地匹配周围环境的透视视图中的真实对象的方式来改变与头戴式显示器中所观看的增强显示对象和映像相关联的聚焦距离和聚散度距离的方法。
633.任何头戴式显示器中所显示的图像的聚焦距离是由头戴式显示器的光学器件中的元件来确定的。可以通过改变光学器件中的元件或通过改变光学器件中一些元件的相对定位来改变图像的聚焦距离。与立体图像相关联的聚散度距离通过用户的左眼和右眼的视场内的图像的横向定位来确定。聚散度距离可以通过使左图像和右图像在用户的视场内相对于彼此横向移位来改变，该横向移位是通过对左光学器件和右光学器件进行重定点由此建立在左光学器件和右光学器件之间的不同的会聚点或者通过在显示视场内数字地移位所显示图像来进行的。为了提供更紧密地相似于与真实对象相关联的观看体验的增强现实对象的立体观看体验，重要的是聚焦距离在用户眼睛的限制内匹配头戴式显示器中所显示的立体图像中的增强现实对象的聚散度距离。考虑到增强现实对象经常被定位在立体图像内的不同距离处并且由于不同的增强现实活动在不同的距离处进行，发明人已经发现了需要方法来在所有类型的头戴式显示器内随着聚散度距离中的对应改变来改变聚焦距离。
634.图145示出了用于头戴式显示器的基于分束器的光学模块的图示（从侧面以及从眼睛位置示出），所述基于分束器的光学模块包括上部光学器件14510和组合器14520。其中上部光学器件14510包括图像源、光源以及一个或多个透镜元件。组合器14520是分束器，其将与所显示的图像相关联的图像光的一部分朝向用户的眼睛反射，而同时还允许来自周围环境的光被透射，使得用户看到被叠覆到周围环境的透视视图上的所显示图像。图146示出了用于头戴式显示器的光学模块的图示（也从侧面以及从眼睛位置示出），所述光学模块已经被修改为通过添加聚焦移位元件14625来改变聚焦距离。其中聚焦移位元件14625是具有屈光力的薄透镜。例如，对于将聚焦距离从无穷大改变到1米所需的聚焦移位元件14625需要提供
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1屈光度的屈光力。因而，聚焦移位元件14625可以是折射透镜，诸如眼科透镜的一部分，其为1到1.5mm厚。可替换地，聚焦移位元件14625可以是菲涅耳透镜，其可以比折射透镜更薄。通过将聚焦移位元件14625定位在组合器14520上方，聚焦移位元件14625的屈光力仅作用于所显示的图像并且并不改变周围环境的透视视图。该方法可以使用在用于头戴式显示器的任何类型的光学器件（例如具有透视组合器的投射光学器件，具有透视组合器的全息图像投射装置，具有透视波导、tir波导的透视光学器件，等等）中，其中空间可用于将
具有屈光力的聚焦移位元件插入到光学路径中，使得聚焦距离被改变而不改变透视视图。在上部光学器件14510利用偏振图像光的情况下，偏振控制元件14515可以被包括以修改图像光的偏振状态。其中偏振控制元件可以包括以下中的一个或多个：去掉不想要的偏振状态的偏振器、将图像光改变成圆偏振的延迟器（诸如四分之一波膜）、或改变偏振状态的半波膜。
635.对于其中用户的眼睛不能够聚焦在与所显示的图像相关联的聚焦距离处的情况，矫正透镜元件可以被提供在光学器件模块后方以改善由用户所感知的所显示图像的锐度。在该情况下，矫正透镜元件基于用户的眼科处方并且矫正透镜元件为用户改善周围环境的透视视图和所显示图像二者的视图。图146a示出了包括矫正透镜元件14624的光学器件模块的侧视图的图示。矫正透镜元件14624可以具有正屈光力或负屈光力，如由用户对于观看聚焦距离处的所显示图像所需要的那样。另外，矫正透镜元件还可以包括散光和楔形物，如在用户的眼科处方中所包括的。用于左眼和右眼的矫正透镜元件14624可以彼此连接以提供矫正单元，所述矫正单元与光学器件模块或头戴式显示器的框架附接并且对准，其中具有内置的瞳孔间间隔或灵活的瞳孔间间隔。可替换地，左和右矫正透镜元件14624可以是分离的并且单独地与光学器件模块或头戴式显示器的框架附接和对准。例如，对于其中所显示的图像被呈现有0.6米的聚焦距离和聚散度距离以使得增强现实对象或信息可以被提供用于在臂长处执行的任务的应用，聚焦移位元件14625可以具有
‑
1.6屈光度的屈光力并且可以仅提供屈光力，以及矫正透镜元件14624可以具有 2屈光度的屈光力并且还按照用户的眼科处方提供针对散光和楔形物的矫正。其中 2屈光度矫正透镜元件14624将是用于大约55岁的人的阅读眼镜的相当典型的处方，并且因而将使得这个人能够清楚地观看被定位在臂长处的对象和图像。图146a中所示的矫正透镜元件14624是折射透镜，但是其他类型的透镜也是可能的，诸如菲涅耳透镜。
636.虽然具有固定屈光力的透镜被示出用于聚焦移位元件14625和矫正透镜元件14624，但是还可以使用具有可调屈光力的透镜。使用滑动透镜元件（参见美国专利3,305,294）或液体注入的可调透镜可以例如从位于英国牛津的adlens获得：https://www.adlens.com/。电可调的透镜也可以用作矫正透镜，诸如：从lensvector（森尼韦尔，ca）可得到的液晶透镜或从varioptic（法国里昂）可得到的液体透镜。
637.另外，光学模块可以被安装在头戴式显示器的框架中，使得它们略微指向彼此（也称为内倾（toe
‑
in））以提供会聚距离。因而，会聚距离通过头戴式显示器中的光学器件的结构设置来确立，并且聚散度距离可以通过被显示的左图像和右图像的类似部分的横向数字移位来被调节，以产生对于图像的一部分的视差。会聚距离然后确立由用户对于在没有视差的情况下渲染的立体图像所感知的基线聚散度距离。为了提供改善的立体观看体验，与光学器件的结构设置相关联的会聚距离必须在渲染与立体图像中的所显示对象相关联的视差时被考虑。这在其中对于立体图像中的增强现实对象而匹配了聚焦距离和聚散度距离的头戴式显示系统中是特别重要的。因而，最初被渲染用于在剧院中观看的立体图像的渲染可能需要被调节以用于在头戴式显示器中的改善的观看。如果立体图像在没有视差的情况下被渲染的话，会聚距离还可以用于确立与整个图像的感知距离，这对于诸如头戴式计算机之类的应用可以是有用的，其中与计算机相关联的桌面屏幕被感知为处于通过会聚距离所确立的距离处。然而，会聚距离不能太靠近用户，因为左图像和右图像将经历相反版本
的梯形失真。例如，如果用户的眼睛分离了近似63.5mm，则可以通过按0.75度将光学器件模块指向彼此来提供2.4米的会聚距离。发明人已经发现：0.75度的内倾导致可忽略水平的梯形失真。更靠近的会聚距离需要更大角度的内倾，并且因而在左图像和右图像之间的梯形失真使立体图像的角落中的所感知的锐度降级。该梯形失真可以通过利用匹配和相反水平的梯形预失真而渲染左图像和右图像来被补偿。
638.图147示出了在机壳14727中被连接在一起的左光学器件模块和右光学器件模块的图示，其中从用户的眼睛将会处于的机壳14727后方示出图示。机壳14727允许光学器件模块被构建为单独的单元，所述单独的单元被组装到头戴式显示器中。通过使机壳14727在结构上是刚性的，在必要时，在被组装到头戴式显示器中之前，光学器件模块可以相对于彼此在物理上对准并且聚焦距离和会聚距离可以被检查和调节，从而提供附加的制造灵活性。
639.图147还示出了被连接在聚焦移位元件对14731中的用于左光学器件模块和右光学器件模块的聚焦移位元件14625。通过将聚焦移位元件14625连接在一起，在为不同距离处的增强现实成像所需要的时候，更容易添加一对聚焦移位元件。聚焦移位元件对14731中的聚焦移位元件14625之间的连接可以是刚性的，如图147中所示，或者可以是柔性的，以使得聚焦移位元件对14731能够调节到左光学器件模块和右光学器件模块之间的不同间隔，其中具有不同宽度的机壳用于具有在其眼睛之间的不同间隔的用户。其中具有各种屈光力的聚焦移位元件14625用于为所显示的图像提供不同的聚焦距离以用于需要图像被显示在不同的工作距离处的增强现实活动。聚焦移位元件14625还可以对于左眼和右眼而言是不同的，以为左眼和右眼提供不同的聚焦距离。聚焦移位元件14625还可以在没有屈光力的情况下被提供，使得它们起到用于上部光学器件14510的保护窗的作用。
640.以最简单的形式，与改变聚焦距离和聚散度距离相关联的模式改变可以由用户通过用户接口（诸如按钮或图形用户接口）输入信息并且选择选项来实现。对模式改变的确认然后可以在显示的图像（诸如例如在显示视场的边缘周围的有色框或陈述“为臂长显示而发起的模式改变”的消息）上提供给用户。在更自动化的模式改变中，可以提供传感器14730，其感测聚焦移位元件对14731，使得图像可以自动地在横向移位的情况下被呈现，所述横向移位提供与由聚焦移位元件14625所提供的聚焦距离匹配的不同聚散度距离。传感器14730可以简单地感测聚焦移位元件对14731是否存在。可替换地，传感器14730可以检测与由聚焦移位元件14625所提供的聚焦距离或屈光力相对应的聚焦移位元件对14731上的代码（例如条形码），使得所显示的图像可以被自动地数字横向移位以提供匹配的聚散度距离。传感器可以位于中心，如图147中所示，但是其他位置也是可能的，诸如位于一侧。代码可以在光学表面之一上或在聚焦移位元件14625的边缘上，并且传感器14730可以以对应的方式来取向以读取代码。如果聚焦移位元件14625没有被连接在聚焦移位元件对14731中，则两个传感器14730可以在每侧上被提供有一个传感器14731。当聚焦移位元件14625被检测到时，所显示的图像可以响应于通过所检测到的聚焦移位元件14625的存在所暗示的操作模式中的改变而被自动改变。除了如先前在本文中所讨论的改变聚散度距离的横向移位之外，当存在聚焦移位元件时，可以对所显示的图像的呈现做出其他改变，包括：大小、放大率、格式（例如4:3代替16:9）、颜色、对比度、动态范围或分辨率。其中做出对图像的这些改变，以改善对于用户在诸如在增强现实活动中操作于不同的显示距离处的时候的观看体
验。放大率和格式中的改变在这种模式改变的情况下是特别重要的，因为改变聚散度距离的图像的横向移位导致可用显示视场的某种修剪并且与聚焦移位元件14625相关联的屈光力改变显示光学器件的总体屈光力。
641.图148和149示出了所显示的图像可以如何在显示视场内被数字横向移位以改变由用户看到的聚散度距离。图148示出了左图像和右图像，分别为14841和14843，其被提供在左显示视场和右显示视场（分别为14840和14842）内的标称聚散度距离处。其中标称聚散度通过头戴式显示器中光学器件模块相对于彼此的对准来被确立。标称聚散度距离可以例如是无穷大，其中左显示视场和右显示视场的光轴将彼此平行。在优选的实施例中，左显示视场和右显示视场（14840和14842）的光轴各自按近似0.75度而内倾，使得对于具有在其眼睛之间为63.5mm的瞳孔间间隔的典型用户而言，标称聚散度距离被确立在近似2.4米处。图149示出了左图像14941和右图像14943如何分别在左显示视场14940和右显示视场14942内朝向彼此被横向移位，以提供更短的聚散度距离。通过将左图像14941和右图像14943朝向彼此移位，用户的眼睛必须稍微指向彼此，以作为具有更短聚散度距离的立体对而观看左图像14941和右图像14943。为了在观看立体对时的改善的舒适度，聚焦距离应当与聚散度距离匹配。在横向移位左图像14941和右图像14943时，左显示视场和右显示视场（被示为14945和14946）的部分变得不可用于立体成像，因为那些区域在用户的视场中不重叠。因而，当头戴式显示器以不同于标称聚散度距离的聚散度距离来使用时，左显示视场40和右显示视场14942的可用大小被缩减。进行左图像14941和右图像14943的数字移位来提供不同聚散度距离的优点在于：从标称聚散度距离切换到不同的聚散度距离可以在不必改变头戴式显示器中的光学器件模块的物理设置的情况下进行。为了减少显示视场的修剪，在图像源上可以使用额外的像素，所述额外的像素在以其中需要图像的横向移位的模式进行操作时通常并不用于显示图像。例如，具有1310
×
768像素的图像源通常可以用于显示具有1280
×
720像素的图像，使得在边缘周围的附加像素仅在所显示的图像被数字移位以改变聚散度距离的时候被使用。由于光晕，利用边缘周围的像素所显示的显示图像的部分的亮度可能需要增加。
642.如先前在本文中所提及的，聚焦距离中的改变还可以通过改变光学器件中某些元件的相对定位来被提供。图150a和150b示出了一种机构，其用于相对于上部光学器件14510中的一个或多个透镜元件15012来移动图像源15040以提供所显示图像的聚焦距离中的改变。其中如图150b中所示的典型地向上移动图像源15040将聚焦距离移动得更远离并且反之亦然。所示的机构包括上部楔形物15042和下部楔形物15043，以及分别作用于核心15037和15038的螺线管15035和15036。其中核心15037和15038由铁磁材料制成并且被附接到下部楔形物15043。螺线管15035和15036包括导电线路的圆柱形绕组，使得当电流被施加到线路时，相应的核心15037或15038被吸引到螺线管中并且附接的下部楔形物由此被移动到一侧或另一侧。螺线管被固定在相对于上部光学器件14510的外壳的位置中。随着下部楔形物15043横向移动，上部楔形物15042连同被附接到上部楔形物15042的图像源15040一起上下移动。因此，当电流被施加到螺线管15035时，下部楔形物15043被向左移动，如图150b中所示，并且作为结果，上部楔形物15042连同图像源15040一起被向上移动，并且聚焦距离被增大。类似地，当电流被施加到螺线管15036时，下部楔形物15043被向右移动，如图150a中所示，上部楔形物15042连同图像源15040一起被向下移动，并且聚焦距离被减小。通过使用具
有相对浅的楔形物角（例如5到15度）的上部楔形物15042和下部楔形物15043，当去往螺线管的电流被转向o150时，楔形物倾向于停留在原位。相对的永磁体（未示出）可以被添加到楔形物15042和15043以增加在楔形物之间的摩擦，并且由此有助于在去往螺线管的电流被转向o150时将楔形物保持原位。以此方式，对于操作螺线管（15035和15036）而言所需的功率可以非常小，即使需要相对大的电流来生成足够的力以移动下部楔形物15043。通过向螺线管15035和15036交替施加电流，聚焦距离可以交替地在两个聚焦距离之间（诸如在2.4米聚焦距离和0.6米聚焦距离之间）进行切换。这种改变聚焦距离的方法可以与在光学器件的焦平面处使用微显示器的任何光学器件（诸如基于波导的光学器件或基于分束器立方体的光学器件）一起使用。该布置还可以与向螺线管15035和15038的脉冲施加电流一起使用，以引起楔形物位置中的步进式改变以及在聚焦距离中的相关联的步进式改变，其跨越连续的范围、多个步进式范围等等。另外，对于图像源15040的移动的导引可以通过滑动销钉来提供，所述销钉穿过上部楔形物15042或相关联的结构（未示出），其中销钉允许竖直移动并且防止横向移动。
643.图151a和151b示出了从图像源15040的位置的上部楔形物15042和下部楔形物15043的图示。如所示，楔形物15042和15043包括矩形结构，其中它们的中心被移除，如同窗框那样，使得照明光和图像光可以穿过楔形物（15042和15043）以能够显示图像。这在移动图像源15040的机构被定位在图像源15040下方（沿着图像光的光学路径）的时候是重要的。图151a对应于图150a中所示的楔形物定位，并且图151b对应于图150b中所示的楔形物定位。图150a和150b中所示的布局的优点是：楔形物15042和f43以及机构中的其他件不增加上部光学器件14510的总体高度。
644.在可替换的实施例（未示出）中，用于移动图像源15040的机构被定位在图像源15040上方，以及于是楔形物（15042和15043）可以是固体楔形物或使中心部分被移除以使得导线能够连接到图像源15040。将楔形物和所述机构的其他件定位在图像源15040上方的优点是图像源可以被定位得更靠近透镜元件15012，这在某些光学设计中可能是重要的。
645.在另一实施例中，楔形物（15042和15043）可以是透明的并且可以覆盖图像源15040的整个孔径。透明楔形物（f15042和15043）可以如先前所述的那样操作以移动图像源15040。另外，随着楔形物横向移动，两个楔形物的组合的光学厚度是在覆盖图像源15040的活动区域的区域中的相对楔形物位置的函数。这是由于以下事实：即透明楔形物具有比它们将取代的空气更高的折射率。由于楔形物在斜率上是匹配的，所以其中楔形物重叠的区域的组合光学厚度是均匀的。因而，在重叠的楔形物的组合光学厚度中的改变贡献于聚焦距离中的改变。
646.为了进一步改善当下部楔形物15043移动时图像源15040和上部楔形物15042的移动的可重复性，弹簧夹可以用于将力施加到图像源15040或上部楔形物15042，以确保在表面之间维持接触。图152示出了向图像源15040施加力的弹簧夹15250和15252的图示，其中图像源15040附接到上部楔形物15042。弹簧夹15250和15252通过使用螺钉15253、超声焊接、粘合剂或其他连接系统而附接到上部光学器件14510的外壳。为了减少在下部楔形物15043移动时图像源15040的横向移动，弹簧夹15250和15252中的一个或二者可以连接到图像源15040或上部楔形物15042。以此方式，竖直移动（如所示的）被允许用于通过弯曲弹簧夹15250和h52来改变聚焦距离，而横向移动不被允许，这是由于在横向方向上弹簧夹的较
高刚性，特别是如果两个弹簧夹15250和15252都被连接到图像源15040或上部楔形物15042的话。
647.在另一实施例中，下部楔形物15043的移动由电动机和导螺杆（而不是螺线管）来控制。其中电动机连接到光学器件模块的外壳，并且导螺杆或核心连接到下部楔形物15043。电动机可以是常规的旋转电动机、线性电动机、振动压电电动机、感应电动机等等。电动机还可以被控制以使下部楔形物15043移动不同的距离，从而提供各种聚焦距离。电动机可以是步进电动机，其中步进的数目确定移动的距离。还可以提供传感器来检测下部楔形物、导螺杆或核心的移动，从而改善移动的准确性以及聚焦距离改变的相关联的准确性。
648.在又一实施例中，下部楔形物15043的移动由手动操作的旋钮（未示出）来提供。旋钮连接到导螺杆，所述导螺杆被穿入下部楔形物15043中。用户转动旋钮以移动下部楔形物并且由此实现聚焦距离中的改变。这可以用于精细调谐所显示图像的锐度以及用于改变聚焦距离，从而匹配给定聚散度距离或者将聚焦距离匹配于到达周围环境的透视视图中的真实对象的距离。
649.在另外的实施例中，矫正透镜元件14624可以包括一种机构（未示出）以使得矫正透镜元件14624能够向上滑动或摆动到一侧，以由此从显示视场中移出而同时仍附接到头戴式显示器。以此方式，矫正透镜元件14624可以容易地可用于供头戴式显示器使用。这可以是有用的，因为矫正同时作用于所显示的图像和周围环境的透视视图二者。可能存在这样的时候：在那时用户将会想要能够根据他参与的活动而改变所显示图像的聚焦距离或改变周围环境的透视视图的聚焦，并且具有容易可用的矫正透镜元件14624将会使这点能够实现。特别地，在以极端聚焦距离处（诸如臂长或更近，或在无穷大处）进行操作时，用户可能需要矫正透镜。在实施例中，矫正透镜14624可以被手动或自动移位就位。
650.在另外又一实施例中，眼睛相机被包括在左光学器件模块和右光学器件模块中以确定用户的眼睛正看着相对方向的哪里。该信息然后可以用于确定用户正看着的所显示图像的部分。聚焦距离然后可以被调节以匹配与所显示的图像的该部分中的增强现实对象相关联的聚散度距离。然后随着用户将他的眼睛移动到所显示的图像内的不同增强现实对象或增强现实对象的不同部分，自动调节聚焦距离。可替换地，眼睛相机可以用于确定用户眼睛的聚散度并且由此确定用户在周围环境的透视视图中正看着的距离。然后可以与用户正看着的距离相对应地调节聚焦距离或聚散度距离。其中聚焦距离或聚散度距离可以被自动调节以匹配用户在周围环境的透视视图中正看着的距离或者被调节以处于不同的距离处，因此所显示的图像不干扰周围环境的用户视图。
651.图153a、153b和154示出了包括眼睛成像的示例显示光学器件的图示。图153a和153b示出了显示光学器件，所述显示光学器件包括上部光学器件14510和组合器14520以将图像光15370提供到在观看被叠覆到周围环境的透视视图上的所显示图像时用户的眼睛将会被定位于的眼睛框15366。眼睛相机15364被提供在上部光学器件14510的侧面上并且呈一定角度朝向组合器14520，以捕获来自眼睛框15366中的用户眼睛的被组合器14520反射的光15368。一个或多个led 15362邻近于上部光学器件14510来提供并且被指向为当头戴式显示器正被用户使用时将照明光15367提供到眼睛框15366以及用户的眼睛（直接地提供或者从诸如组合器14520之类的光学表面反射）。其中led 15362可以提供红外光15367，只要眼睛相机15364对红外光敏感。
652.图154示出了从上方观看的显示光学器件的图示，所述显示光学器件包括投射光学器件15410、波导15415和全息光学元件15417和15413。投射光学器件15410可以包括一个或多个光学元件15412以在需要时修改图像光15470，从而将图像光15470耦合到全息光学元件15413中并且耦合到波导15415中。光学元件15412可以改变图像光15470的波长、改变图像光15470的格式、改变图像光15470的大小或在需要时使图像光15470预失真，以使得图像光15470能够以具有降低的失真的期望格式呈现给用户的眼睛15466。光学元件15412可以包括：折射透镜、衍射透镜、环形透镜、自由形式透镜、光栅或滤光器。其中全息光学元件15413将已经由投射光学器件15410所提供的图像光15470偏转到波导15415中，在那里图像光被传送到全息光学元件15417。全息光学元件15417然后将图像光15470朝向用户的眼睛15466偏转，在那里所显示的图像作为被叠覆到周围环境的透视视图上的图像而被观看。眼睛相机15464被提供用于当头戴式显示器正被用户使用时捕获被波导的表面所反射的用户眼睛的图像。一个或多个led 15462邻近于波导15415被提供，以照明用户的眼睛15466（直接地或者从波导的表面被反射），并且由此增大用户的眼睛15466的所捕获图像的亮度。其中led 15362可以提供红外光，只要眼睛相机15364对红外光敏感。
653.为了改善图153a、153b和154中所示的眼睛成像系统的效率，涂层可以被应用到表面，所述涂层将来自眼睛的光朝向眼睛相机反射。涂层可以是热反射镜涂层，其反射红外光并且透射可见光。以此方式，眼睛相机可以捕获用户眼睛的亮图像，而同时向用户提供周围环境的亮透视视图。
654.眼睛相机（15364或15464）可以包括自动聚焦以当用户的眼睛在不同的位置中时（诸如当头戴式显示器被不同地定位在用户的头上或当不同的用户正使用头戴式显示器时）自动调节眼睛相机的聚焦设置。其中自动聚焦调节透镜元件的相对位置，或者调节与关联于眼睛相机的光学器件中的可调透镜元件相关联的屈光力，以提供用户眼睛的图像中的更高对比度。另外，当矫正透镜14624存在时，自动聚焦可以自动调节聚焦并且由此补偿矫正透镜14624。在该情况中，与用户眼睛的图像一起保存的元数据记录了眼睛相机（15364或15464）的相对聚焦设置，并且元数据中的改变可以用于确定矫正透镜14624是否存在。如果矫正透镜14624存在，则可以做出对显示光学器件的聚焦距离的调节，其考虑了矫正透镜14624的存在。
655.用户眼睛的图像可以用于通过确定眼睛框内或眼睛相机15364的视场内的用户瞳孔的相对位置来确定用户正看着的观看方向。根据此信息，可以确定左眼和右眼正看着的相对方向。该相对方向信息可以用于识别用户正看着所显示图像的哪个部分。通过比较同时捕获的图像内的用户的左眼和右眼的相对方向，在左眼和右眼之间的相对方向中的差异以及用户的眼睛之间的瞳孔间距离可以用于确定用户正看着的聚散度观看距离。聚散度观看距离可以用于确定在所显示的图像中所需要的聚焦距离和聚散度距离，以为用户提供在所显示的图像中的锐利聚焦的增强现实对象。所确定的聚散度观看距离还可以与关联于用户正看着的所显示图像的部分的聚散度距离相比较，以确定用户正看着所显示的图像还是周围环境的透视视图。可以针对所显示图像的不同部分而对聚焦距离和聚散度距离做出调节，以在用户正看着的图像的部分中向用户呈现锐利聚焦的图像，或者在对于操作模式或使用情况而需要时，在用户正看着的图像的部分中向用户呈现模糊图像。其中图像的部分的数字模糊可以用于使图像的部分看起来具有这样的聚焦距离，其比留有锐利映像的图像
的部分更靠近或更远离。另外，聚散度观看距离可以与关联于用户正看着的立体图像的部分的视差相比较。立体图像的视差然后可以在用户正看着的图像的部分处被局部调节，或者在整个立体图像上被缩放以向用户呈现整个图像上的经调节的立体深度。
656.头戴式显示器可以包括惯性测量单元以确定头戴式显示器的位置、移动和注视方向。其中惯性测量单元可以包括：位置确定系统，诸如gps、电子罗盘（用以在罗盘方向上确定注视方向）、加速度仪和陀螺仪（用以确定移动）和倾斜传感器（用以确定竖直注视方向）。将从用户眼睛的图像所确定的观看方向与由惯性测量单元所确定的注视方向相比较可以允许为用户正看着的方向确定罗盘朝向。将所确定的位置与用户正看着的方向的罗盘朝向进行组合可以允许识别用户正看着的周围环境中的对象。这种识别可以进一步通过以下来改善：将针对用户正看着的方向的聚散度观看距离和罗盘朝向与周围环境中已知处于起自用户的该距离和方向的对象进行比较。这种类型的确定对于增强现实以及相对于真实对象的增强现实对象的显示而言可能是重要的。
657.为了使聚焦距离能够随着用户在视场四处移动他的眼睛而被调节，聚焦观看距离必须被快速确定并且需要快速聚焦调节系统。立体图像内的聚散度和视差必须与聚焦观看距离中所确定的改变相对应地被调节。对于头戴式显示系统内的成像修改而言通常需要0.033秒或更少的响应时间，以防止用户的观看体验被等待时间不利地影响，诸如用户体验到恶心（参见论文
“ꢀ
tolerance of temporal delay in virtual environments
”ꢀ
r. allison, l. harris, m. jenkin, u, jasiobedzka, j. zacher, i149e virtual reality 2001, 3/2001, p247
‑
254, isbn 0
‑
7695
‑
0948
‑
7）。当人的注视从远对象改变到近对象时，人眼可以快速地改变聚散度观看距离，同时聚焦调节得更缓慢。为了能够实现这点，需要快速帧率（例如60帧/秒或更大）以便捕获用户眼睛的图像，并且图像需要具有高对比度以能够实现快速图像分析来确定用户眼睛的相对位置。用户的观看方向和聚焦观看距离然后可以被确定以进一步确定用户正看着哪里和什么。然后需要快速聚焦距离调节系统来在用户移动他的眼睛时在0.5秒或更少内调节聚焦距离。
658.图153a、153b、154示出了显示光学器件，所述显示光学器件包括分别在投射上部光学器件14510和光学器件15410中的聚焦距离调节模块15360。其中聚焦距离调节模块15360可以提供快速机制来用于相对于其余的透镜元件移动图像源的位置，由此改变所显示图像的聚焦距离。重要的是认识到聚焦调节模块可以使用在用于头戴式显示器的任何类型的显示光学器件中（例如楔形波导、具有多重反射条的波导、全息投射系统、（除了激光扫描投射系统之外，因为它们不被聚焦）），因为相对于其他显示光学器件来移动图像源以调节聚焦距离对于显示光学器件而言是基本的，并且因而聚焦调节模块在头戴式显示器中广泛可用。
659.图155a、155b、156a、156b、157a、157b、158a、158b、159a和159b示出了具有能够提供快速聚焦距离调节的机制的聚焦调节模块15360的图示。为了使头戴式显示器中的快速聚焦距离调节高效，聚焦调节模块15360需要是快速、安静的、提供近似0.5mm的行进、紧凑、提供导引来维持图像源15040和其余光学器件之间的对准而没有倾斜、在聚焦距离范围上是可控的、低成本并且低重量。
660.在优选的实施例中，为了提供聚焦距离中的改变而不改变所显示图像的大小，提供显示光学器件，其在图像源处是远心的。其中远心显示光学器件提供平行的光线束，使得
由显示光学器件所成像的图像源的区域保持恒定，而与对于改变用于所显示图像的聚焦距离所需要的在图像源和其余光学器件之间的距离中的改变无关。在某些实施例中，图像源是反射性的，并且由照明源所提供的照明光也可以是远心的。其中，远心照明光可以由照明源来提供，所述照明源至少与图像源相同大小并且提供更宽的光锥，其中仅锥体的远心部分被图像源反射。因而，在图像源处的远心显示光学器件提供针对增强现实的改善观看体验，特别是当随着用户在视场四处移动其眼睛而提供对于聚焦距离的快速改变时。在该使用情况场景下，在图像源处使用非远心的显示光学器件将导致这样的所显示的增强现实对象：所述增强现实对象每当用户移动其眼睛时在大小上略微改变并且很可能将会产生恶心。相反，通过使用远心显示光学器件，当用户在视场四处移动其眼睛时，聚焦距离可以连续地舒适改变。图161提供了非远心显示光学器件的示例的图示，其中随着图像光16150从图像源15040朝向包括带屈光力的棱镜16140的显示光学器件行进，图像光16150的射线束会聚。结果，如果图像源15040移动得更靠近显示光学器件中的组合器16150、透镜16145和带屈光力的棱镜16140，则当用户从眼睛框16155的位置观看时，图像看起来变得更小，并且反之亦然。相比之下，图162示出了包括例如带屈光力的棱镜16240和透镜16245的示例远心光学器件的图示，其中图像光16250的射线束彼此平行。因此，随着图像源15040移动得更靠近或更远离带屈光力的棱镜16140，图像保持了由用户从眼睛框16155所观看的显示图像中的相同大小。
661.图155a、155b、156a、156b、157a、157b、158a和158b示出了被定位在图像源和其余光学器件之间的致动器和导引机构。图155、156、157和158中的每一个图示了在两个状态中的不同机构。相比之下，图159a和159b示出了被定位在图像源15040和用于聚焦调节模块15360的外壳的顶部之间的致动器和导引机构。所示的致动器和导引机构中的任一个可以在具有某些修改（未示出）的任一位置中被使用。在哪里定位致动器和导引机构的选择取决于在显示光学器件和用于头戴式显示器的外壳中哪里有空间可用。如果用于致动器和导引机构的空间在显示光学器件中是有限的，则致动器和导引机构被定位在图像源上方，如图159a和159b中所示。然而，通过将致动器和导引机构定位在图像源上方，显示光学器件的高度可能大幅增大。因此，在优选实施例中，多重折叠（也称为复合折叠）显示光学器件被包括，因此致动器和导引机构可以被定位成邻近于图像源，并且作为结果，显示光学器件的高度被减小。图160示出了如从眼睛位置观看的多重折叠光学器件的示例的图示，其中光轴被折叠到上部光学器件16010中的侧面，以减小上部光学器件16010的高度。图像源15040然后被定位到上部光学器件16010的侧面并且图像源15040近似垂直而不是水平。其中在图160中所示的示例折叠光学器件中包括一个或多个透镜16012、折叠反射镜16013，所述折叠反射镜将来自上部光学器件16010的图像光15370朝向组合器14520重定向，所述组合器14520将图像光朝向眼睛框15366和用户眼睛重定向。在图160中所示的折叠光学器件中，折叠反射镜16013是反射偏振器，使得背光16014可以被定位在折叠反射镜16013后方以提供p偏振的照明光16071，其照明聚焦调节模块15360中的反射图像源，诸如lcos。在对照明光16071进行反射时，图像源15040将偏振状态从p改变到s，由此提供s偏振图像光15370，所述s偏振图像光15370被折叠反射镜16013反射。通过使用多重折叠的光学器件，包括致动器和导引机构的聚焦调节模块15360可以被定位到上部光学器件16010的一侧，其中在头戴式显示器的框架中更多空间可以可用。可替换地，折叠反射镜可以被包括在棱镜中，如图161和162中
所示，所述棱镜还可以包括具有屈光力的表面以进一步减小显示光学器件的大小。作为结果，多重折叠显示光学器件提供以下优点：当显示光学器件包括聚焦调节模块15360时，能够实现更紧凑的头戴式显示器。
662.图155a和155b示出了包括作为致动器的一组楔形物15042和15043的聚焦调节模块的图示，其中下部楔形物15043横向移动以竖直地移动图像源15040（如所示），以便改变图像源15040相对于包括透镜元件15012或透镜元件15412的其余光学器件的位置。提供螺线管15035和15036来分别作用于铁磁核心15037和15038，其中核心15037和15038被附接到下部楔形物15043。由于楔形物15042和15043被定位在图像源15040和显示光学器件的其余光学器件之间，所以楔形物15042和15043被制成具有中心窗口，如在图151a和151b中所示，使得光可以从其余的光学器件传递到图像源15040。向螺线管15035施加电流将吸引核心15037并且使下部楔形物15043向左移动，由此使上部楔形物15042和附接的图像源15040向下移动，这减小聚焦距离，如图155a中所示。类似地，向螺线管15036施加电流将吸引核心15038并且使下部楔形物15043向右移动，由此使上部楔形物15042和附接的图像源15040向上移动，这增大聚焦距离，如图155b中所示。片簧15570已经被提供来针对上部楔形物15042或图像源15040施加力，使得楔形物是在楔形物移动期间的对准中有帮助。片簧还可以被附接到聚焦调节模块15360的外壳以及附接到图像源15040或上部楔形物15042以防止图像源在楔形物的移动期间的横向移动，由此在聚焦调节期间向图像源提供导引。
663.图156a和156b示出了聚焦调节模块15360的图示，所述聚焦调节模块包括一对双晶片压电致动器15675和m76以移动图像源15040以用于聚焦调节。其中双晶片压电致动器包括压电材料的两个叠层条，其被布置为使得当电压被施加到两个条时，双晶片的一侧收缩而双晶片的另一侧扩张，由此使致动器从平坦变成弯曲。双晶片压电致动器对于在聚焦调节模块15360中使用而言是有利的，因为它们是快速动作、紧凑的并且它们与压电堆叠致动器相比可以提供多得多的位移。在图156a和156b中所示的双晶片压电致动器15675和15676的情况下，一端被附接到聚焦调节模块15360的外壳并且另一端在被附接到图像源15040的载体15677上推动。图156a示出了用于双晶片压电致动器15675和15676的平坦状态，而图156b示出了用于双晶片压电致动器15675和15676的弯曲状态。其中载体15677在边缘周围支撑图像源15040并且载体的中心部分被移除以形成窗口，使得包括照明光和图像光的光可以从图像源15040传递到其余的光学器件，如先前在本文中针对楔形物15042和15043所描述的那样。当电压被施加到两个双晶片压电致动器15675和15676时，两个致动器15675和15676向上卷曲，由此使载体15677和附接的图像源15040向上移动，如图156b中所示，并且聚焦距离于是增大。如果更多的电压被施加，则双晶片压电致动器15675和15676将卷曲得更多。当电压被移除时，双晶片压电致动器15675和15676返回到平坦状态，如图156a中所示，并且聚焦距离减小。致动器被示为被布置成提升载体的相对角落以提供竖直提升的力。如果在从图156b中所示的弯曲状态到图156a中所示的平坦状态的移动中期望更快速的响应，则被施加到双晶片压电致动器的电压可以在短时间段内在符号上反转。然而，如果在足够长的时间内施加了反转的电压以使致动器15675和15676达到稳定状态，则致动器将在反方向上弯曲，这将使载体15677和附接的图像源15040被稍微提升。另外，如图156a和156b中所示，已经提供了四连杆机构15679。其中四连杆机构15679被附接到聚焦调节模块15360的外壳的侧壁并且附接到载体15677上的四个点。四连杆机构15679的功能是提供载
体15677和所附接的图像源15040的导引，使得图像源15040不相对于其余的光学器件横向移动或倾斜，以便在与聚焦调节相关联的移动期间维持对准。图156a和156b中所示的四连杆机构15679是薄的金属或塑料结构，其具有柔性指状物，所述指状物从侧壁附接物延伸到载体15679上的附接点。指状物的柔性允许不受妨碍的竖直移动，而同时防止横向移动。载体15677被设计成提供竖直间隔开的附接点，如所示的，由此使四连杆机构15679的指状物能够防止在竖直移动期间载体和附接图像源的倾斜。四连杆机构15679还可以被设计成片簧，使得略微向下的力被施加到载体15677以确保在聚焦调节期间载体15677保持与双晶片压电致动器15675和15676接触。双晶片压电致动器的这种布置的优点在于可以提供大位移以用于更大的聚焦调节。在实施例中，连杆机构15679可以具有在上部位置处的限位器以更准确地停止上部位置中载体15677的平移。在实施例中，限位器可以以其他方式被定位以创建用于载体的上部边界。在另外的实施例中，被施加到双晶片压电致动器的电压可以被反转，以使双晶片压电致动器在相反的方向上弯曲（未示出）并且由此延伸用于聚焦调节的可用位移范围。
664.图157a和157b示出了包括双晶片压电致动器15781和15782的聚焦调节模块15360的另一版本的图示。在该情况中，下部双晶片压电致动器15781在中间被附接到聚焦调节模块15360的外壳的下表面，并且上部双晶片压电致动器15782在中间被附接到载体15677的下表面。上部双晶片压电致动器15782和下部双晶片压电致动器15781的端部被附接在一起。图157a示出了平坦状态，其中没有电压被施加到双晶片压电致动器15781和15782。当电压被施加到双晶片压电致动器15781和15782时，它们二者都改变到弯曲状态，这使载体15677和图像源竖直移动，由此增大聚焦距离。在施加更多的电压时，致动器15781和15782的弯曲变得更显著并且载体15677的移动和聚焦距离中的改变被增大。双晶片压电致动器15781和15782的这种布置的优点在于可以提供更大的提升力和更快的移动，但是位移更小。因此，双晶片压电致动器15781和15782被布置成背靠背，因此当施加电压时它们在相反方向上卷曲，由此使针对给定电压的载体的位移加倍。在堆叠中使用多于两个双晶片压电致动器（例如四个双晶片压电致动器）是可能的。如先前在本文中所述，提供四连杆机构来导引载体15677和附接的图像源15040的移动，以防止在聚焦调节期间的横向移动或倾斜。
665.图158a和158b示出了包括一个或多个剪形千斤顶致动器式致动器15883的聚焦调节模块15360的图示。其中剪形千斤顶致动器包括折曲的框架，使得在中心轴15885缩短时上部点向上移动得更远。以此方式，剪形千斤顶致动器15883的框架充当位移放大器，使得载体15677的移动大于中心轴15885的长度中的改变。图158a示出了当中心轴15885很长时的状态，由此使上部点更低并且使位于剪形千斤顶致动器15883上的载体15677更低，并且作为结果，聚焦距离更接近于用户。图158b示出了当中心轴15885较短时的状态，由此使上部点更高并且使位于剪形千斤顶致动器15883上的载体15677也更高，并且作为结果，聚焦距离更远离用户。中心轴15885可以例如是有效地改变剪形千斤顶致动器15883的端部之间的距离的各种设备，中心轴15885可以是利用所施加的电压所致动的压电堆叠致动器或者通过用手转动来手动致动的或由电动机电气致动的螺钉。在任何情况中，剪形千斤顶致动器15883在载体15677上推动以提升图像源15040，由此增大聚焦距离。如先前在本文中所述，可以提供四连杆机构15679来在聚焦调节期间导引载体，以保留图像源15040相对于上部光学器件14510中的其余光学器件的对准。压电堆叠致动器可以提供非常快且精确的移
动，使得如果压电堆叠被用作中心轴15885，则非常快且精确的聚焦调节可以由聚焦调节模块15360（如果它包括具有剪形千斤顶致动器15883的压电堆叠致动器的话）来提供。
666.图159a和159b示出了具有语音线圈电动机致动器15987的聚焦调节模块15360的图示。如先前在本文中所述，在该情况下，图像源15040被示出为定位在致动器和导引机构下方。载体15977被附接到图像源15040以支撑图像源15040并且提供用于四连杆机构15679的附接点。其中四连杆机构15679在与聚焦调节相关联的移动期间提供对载体15977和所附接的图像源15040的导引。语音线圈电动机15987的外部部分被附接到聚焦调节模块15360的外壳的上表面（如所示），并且内部部分被附接到载体15977。图159a示出了当没有电压被施加到语音线圈电动机15987时的部件的相对位置。如所示，在图159a中，语音线圈电动机15987的内部部分被延伸，使得载体处于较低的位置中，由此提供减小的聚焦距离。图159b示出了当电压被施加到语音线圈电动机15987时的部件的相对位置。在如图159b中所示的这些条件下，语音线圈电动机15987的内部部分被缩进，使得载体处于提升的位置中，由此提供增大的聚焦距离。在更多的电压被施加到语音线圈电动机15987时，语音线圈电动机15987的内部部分被进一步缩进，由此提供聚焦距离中的更大的改变。弹簧（未示出）可以被包括在聚焦调节模块15360中以将力施加到载体来减小当从语音线圈电动机15987移除电压时载体移动回到图159a中所示的位置的时间。弹簧还可以有助于将载体15977保持在图159a中所示的位置中，以在没有功率被施加到语音线圈电动机15987时提供默认聚焦设置，以由此提供低功率操作模式。
667.位置测量设备（未示出）可以被添加到图155a、155b、156a、156b、157a、 157b、158a、158b、159a 和159b中所示的任何聚焦调节模块15360，以测量图像源的相对位置。位置测量设备然后可以提供可以在用于聚焦距离的控制系统（其可以是闭环控制系统）中使用的测量结果，以改善聚焦距离调节的准确性和可重复性。
668.在另外又一实施例中，可以在对准步骤中调节左光学器件模块和右光学器件模块中的图像源15040的位置以提供可靠的会聚距离。其中对准步骤包括将机壳c27定位在夹具中，所述夹具与位于夹具前方的目标对准并且处于期望的会聚距离处。匹配的图像然后被显示在图像源15040上，并且图像源15040被移动以将所显示的与通过光学器件模块所观看的目标对准。在对准步骤中调节图像源15040的位置的优点在于：机壳14727、上部光学器件14510和组合器14520的尺寸中的变化的影响可以在制造环境中被补偿以提供可靠的会聚距离。
669.在另一实施例中，以下元件中的一个或多个可以被连接以提供可移除的组件，包括：聚焦移位元件、组合器和矫正透镜元件。这可以提供更容易可替换的组件，其可以在损坏发生时、在使用情况改变或用户改变时被改变。特别地，有用的是在当从其中聚散度观看距离从较长距离改变到较短距离（并且反之亦然）的使用情况改变时的同时改变聚焦移位元件和矫正透镜元件。在这种使用情况中时，聚散度观看距离中的一个或另一个可能超出用户的眼睛可以舒适聚焦于的内容。例如，如果用户近视，那么当聚散度观看距离较长时需要矫正并且当聚散度观看距离较短时不需要矫正。
670.发明人已经发现了当世界锁定的数字内容从用户的头戴式透视计算机显示器的视场移位出去的时候，可能产生不及最优的体验。例如，当用户将他的头从其中数字内容被锁定的世界中的点转开时，数字内容朝向视场的侧面移位。当用户将他的头转动得甚至更
远时，内容从视场移位出去并且在视场的边缘突然中断。一旦头部转动得足够远时外观中的改变的突然性以及内容的最终完全丢失并不产生在真实世界中固定的内容的自然印象。正常地，当观看我们的环境中的实际对象时，对象保持在视觉上存在，即使是略微存在，直到我们将我们的视觉从对象完全移位开为止。被移位到我们的直接视线视觉的侧面的对象可能略微模糊，这是由于我们的视觉的性质（即凹（foviated）视觉），但是它在某种程度上保持存在。在典型的透视头戴式显示器中，视场具有有限的区域（例如宽度和高度）。典型地，人们可以透视到视场外的环境，因此当内容开始并且最终从用户的视觉中消失时，当用户仍能够看到内容曾经存在且被锁定于其中的环境中时，看起来是奇怪的。
671.本发明的一方面涉及生成从透视视场中移位出去的世界锁定的增强现实内容的平滑过渡。在实施例中，世界锁定的内容被修改以在内容朝向视场的边缘移位时对于用户而言看起来不太明显。这可以采取在内容朝向边缘移位时对内容的去聚焦、模糊化、降低分辨率、降低亮度、降低锐度、降低对比度等等的形式。内容在它接近边缘时可以在外观上逐渐减小，使得当它移位经过边缘时，它的外观最小或不存在，使得它看起来从用户的视野逐渐消失。这在以下系统中可以特别好地起作用：所述系统具有的视场足够大以适应视场中间的锐利内容，但是足够大以使得用户不非常多地使用边缘。例如，在具有60度水平视场的系统中，在两侧上的外部10度可以用作过渡区域，在那里世界锁定的内容被管理以在为其从视场消失的准备中缩减其外观。
672.在用于生成从透视视场中移位出去的世界锁定的增强现实内容的平滑过渡的系统的一个实施例中，包括透视光学元件（所述透视光学元件被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛的前方）的头戴式透视显示器还包括处理器，所述处理器被适配成在透视光学元件上的视场中呈现数字内容。数字内容可以具有在视场内位置，其取决于周围环境中的位置。处理器还可以被适配成在内容接近视场的边缘时修改内容的外观，使得在内容接近视场的边缘时内容看起来消失。外观修改可以是内容亮度中的改变、内容对比度中的改变、内容锐度中的改变或内容分辨率中的改变。处理器可以包括显示驱动器或应用处理器。处理器还可以被适配成生成辅视场（例如通过如本文中所述的附加光学系统），其中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述辅视场用户看到周围环境，所述处理器还被适配成将内容从视场过渡到辅视场。在该另外的适配中，在辅视场中的内容的外观可以相比于视场中的内容的外观被减弱。在该另外的适配中，辅视场可以具有比视场的分辨率更低的分辨率，并且可以通过以下之一来生成：将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛或朝向终极部分反射镜引导，所述终极部分镜将图像光反射向用户的眼睛），将光投射到组合器上的oled，将光投射到组合器上的led阵列，或者将光投射到组合器上的边缘发光lcd。在该另外的适配中，辅视场可以由定位在用户的眼睛正前方的透视面板来呈现，其中透视面板被安装在组合器上和/或垂直地安装。透视面板可以是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
673.在实施例中，内容将接近和/或经过视场的边缘的预测可以基于以下各项来确定：头戴式计算机中的罗盘（例如监视与针对内容的世界锁定的位置相比的罗盘朝向）、内容在视场内的移动（例如监视内容在视场内的何处以及监视其朝向边缘移动的方向和速度）、眼睛位置（例如监视眼睛位置和移动，作为头戴式计算机可以如何移动的指示。存在眼睛在头
部转动之前移位的时候并且眼睛移位可以提供内容外观应当被管理的指示）和/或这些技术的组合。
674.在用于世界锁定的内容的基于预测的过渡的系统的一个实施例中，头戴式透视显示器可以包括透视光学元件和处理器，所述透视光学元件被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛的前方，所述处理器被适配成在透视光学元件上的视场中呈现数字内容，其中数字内容具有在视场内的位置，其取决于周围环境中的位置。处理器还可以被适配成预测何时数字内容将由于头戴式透视显示器的位置改变而从视场中移位出去，并且在内容接近视场的边缘时修改内容的外观以使得在内容接近视场的边缘时内容看起来消失。预测可以基于对头戴式透视显示器的面向前方的方向进行指示的罗盘朝向或所追踪的用户眼睛移动，其中所追踪的眼睛移动指示用户将转动用户的头。外观修改可以是内容的亮度中的改变、内容的对比度中的改变、内容的锐度中的改变或内容的分辨率中的改变。处理器可以包括显示驱动器或应用处理器。处理器还可以被适配成生成辅视场，其中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述辅视场用户看到周围环境，所述处理器还被适配成将内容从视场过渡到辅视场。在该另外的适配中，在辅视场中的内容的外观可以相比于视场中的内容的外观被缩小。在该另外的适配中，辅视场可以具有比视场的分辨率更低的分辨率，并且可以通过以下之一来生成：将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛或朝向终极部分反射镜引导，所述终极部分镜将图像光反射向用户的眼睛），将光投射到组合器上的oled，将光投射到组合器上的led阵列，或者将光投射到组合器上的边缘发光lcd。在该另外的适配中，辅视场可以由定位在用户的眼睛正前方的透视面板来呈现，其中透视面板被安装在组合器上和/或垂直地安装。透视面板可以是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
675.图163a图示了透视显示器的视场中内容16302的外观中的突然改变。图163b图示了管理外观系统，其中内容在它进入靠近视场边缘的过渡区16304时在外观上缩减。
676.本发明的一方面涉及混合透视显示系统，其中高品质的显示系统将内容呈现到以用户直接向前的视线为中心的视场并且另一较低品质的系统用于在直接向前的视线外呈现内容。内容外观过渡然后可以部分地在中心视场中以及在延伸的视场中被管理。延伸的视场也可以具有多于一个区段，使得可以在近边缘部分中呈现映像并且在更远处呈现光照效果。
677.为了说明，前发光反射显示器、发射显示器、全息显示器（例如，如本文中所述）可以用于在40度视场中呈现高品质的内容，并且另一显示系统可以用于从40度点的边缘（或重叠或具有间隙）向外到某个其他点（例如70度）呈现内容或视觉上感知的效果。在实施例中，外部视场覆盖区（通常称作“外部显示”）可以通过上部模块中的光学系统进行操作，接近主视场显示系统，并且光学路径可以包括折叠（例如，如在本文中一般描述的）。在其他实施例中，外部显示可以是引导系统，其中例如图像光或效果光被生成并且引导到组合器。例如，显示器可以被安装在组合器上方并且被布置成将光照效果直接引导到组合器。
678.在实施例中，外部显示可以被包括在主显示内。例如，上部模块中的透镜系统可以被适配成在中间生成高品质内容但是然后朝向更大视场的边缘生成较低品质。在该系统中，可以存在仅一个显示器（例如lcos、oled、dlp等等）并且朝向显示器的边缘的内容可以
被管理以实现外观过渡。
679.图164图示了混合视场，所述混合视场包括居中的视场16402以用于呈现锐利和过渡的内容，以及延伸的视场16404，其被定位在居中视场16402的边缘处或靠近所述边缘或与所述边缘重叠，并且被适配成提供较低的外观内容和/或光照效果，其有助于世界锁定的内容在其从中心视场16402移位出去时的过渡。
680.图165图示了混合显示系统，其中主要、居中的视场由上部模块16502中的光学器件来生成（例如，如在本文中别处所述）并且延伸的视场由安装在组合器上方并且在延伸区域中提供图像内容和/或光照效果的显示系统16504来生成。在实施例中，延伸的视场显示器16504可以包括oled、边缘发光lcd、led或其他显示器，并且显示器可以包括微透镜、微距透镜或其他光学器件以恰当地对光进行对准和聚焦。在实施例中，延伸的视场可以包括单个光照元件（诸如led）、元件行、元件阵列等等。
681.在另外的其他实施例中，延伸的视场区域可以通过将透视显示器安装在组合器上来创建。例如，透视oled显示器、边缘发光lcd等等可以被安装在延伸视场区域中并且被控制以产生过渡图像和/或光照效果。
682.在实施例中，头戴式透视显示器可以被适配成将内容过渡到具有降低的显示分辨率的延伸fov。头戴式透视显示器可以包括透视光学元件以及处理器，所述透视光学元件被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时定位在用户眼睛的前方，所述处理器被适配成在透视光学元件上的主视场中呈现数字内容，在所述主视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述主视场用户看到周围环境，所述处理器还被适配成在延伸的视场中呈现数字内容，在所述延伸的视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述延伸的视场用户看到周围环境。主视场可以具有比延伸的视场更高的分辨率；并且所述处理器还被适配成在主视场中呈现世界锁定的定位数字内容，并且在头戴式显示器改变位置从而使世界锁定的定位数字内容从主视场过渡出去时，将世界锁定的定位数字内容的呈现过渡到延伸视场。处理器可以包括显示驱动器或应用处理器。延伸的视场具有这样的分辨率：所述分辨率与在主视场中呈现的内容相比生成对于内容的显著模糊。延伸的视场可以通过如下来被生成：通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛），通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光朝向终极部分反射镜引导，所述终极部分镜将图像光反射到用户的眼睛），通过将光投射到组合器上的oled，通过将光投射到组合器上的led阵列，通过将光投射到组合器上的边缘发光lcd，或者通过定位在用户眼睛正前方的透视面板。面板可以被安装在组合器上或垂直地安装，并且可以是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
683.图166a
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166d图示了延伸的显示、或延伸的图像内容光学器件、配置的示例。如所图示的，延伸的显示配置可以被适配成在中心显示的每侧周围、在中心显示的多侧上或在中心显示的一侧上产生延伸的内容和/或光照效果。
684.图167图示了使用混合光学系统的另一光学系统，所述混合光学系统包括主显示光学系统16502和延伸视场光学系统16504。在该实施例中，两个光学系统都将图像光、延伸的图像光和/或光照效果投射到组合器，所述组合器将光反射到前向终极部分反射镜，所述前向终极部分反射镜进而将光朝向佩戴者的眼睛反射。
685.在另外又一实施例中，延伸的视场显示可以由被定位在用户眼睛前方的透视显示器来提供，使得用户直接通过透视显示器来观看。例如，透视oled显示器或边缘发光透明lcd显示器可以定位在组合器的任一侧上（如图c和e中所图示的），或者被定位在波导或其他显示系统的任一侧上（例如，如在图8a、8b、8c、141a、141b、142a、142b、143和144中所图示的）。
686.在实施例中，头戴式透视显示器可以被适配成提供延伸的fov以用于大内容。头戴式透视显示器可以包括透视光学元件以及处理器，所述透视光学元件被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛的前方，所述处理器被适配成在透视光学元件上的主视场中呈现数字内容，在所述主视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述主视场用户看到周围环境，所述处理器被适配成在延伸的视场中呈现数字内容，在所述延伸的视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述延伸的视场用户看到周围环境。主视场可以具有比延伸的视场更高的分辨率。所述处理器还可以被适配成在主视场中呈现数字内容的第一部分并且在延伸的视场中呈现数字内容的第二部分。例如，当数字内容太大而不能适合于主视场中时，处理器可以产生在主视场中数字内容的第一部分和延伸的视场中的数字内容的第二部分之间的软过渡，使得它不会看起来在主视场的边缘处突然中断。处理器可以被适配成生成朝向主视场边缘的软外观。处理器可以修改朝向显示边缘的像素如何渲染内容。头戴式显示器还可以包括显示驱动器，所述显示驱动器修改朝向头戴式显示器的边缘的像素如何渲染内容。头戴式显示器可以具有与朝向头戴式显示器的中心部分的像素不同地渲染内容的朝向头戴式显示器的边缘的像素。朝向边缘的像素与朝向头戴式显示器的中心部分的像素相比可以具有较小的增益。朝向主视场的边缘的像素可以通过内容过渡算法而被数字地变更。延伸的视场可以通过如下来生成：通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛），通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光朝向终极部分镜引导，所述终极部分镜将图像光反射到用户的眼睛），通过将光投射到组合器上的oled，通过将光投射到组合器上的led阵列，通过将光投射到组合器上的边缘发光lcd，或通过定位在用户眼睛正前方的透视面板。面板可以被安装在组合器上或垂直地安装。透视面板可以是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
687.在实施例中，头戴式透视显示器可以被适配成调节内容以用于过渡到延伸的fov。头戴式透视显示器可以包括透视光学元件以及处理器，所述透视光学元件被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛的前方，所述处理器被适配成在主视场中呈现数字内容，在所述主视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述主视场用户看到周围环境。所述处理器还可以被适配成在延伸的视场中呈现数字内容，在所述延伸的视场中用户观看所呈现的数字内容并且通过所述延伸的视场用户看到周围环境。主视场可以具有比延伸的视场更高的分辨率。处理器还可以被适配成在主视场中呈现数字内容并且在内容接近主视场的边缘时缩减内容的外观。处理器还可以进一步被适配成当内容被呈现在延伸的视场中时进一步缩减内容的外观。内容变得靠近延伸视场的边缘，处理器可以逐渐缩减延伸视场中的内容的外观。当内容在延伸视场的边缘处时，内容可以基本上不明显。外观缩减可以是内容亮度中的降低、内容对比度中的降低、内容锐度中的降低或内容分辨
率中的降低。延伸的视场可以通过如下来生成：通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛），通过将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光朝向终极部分反射镜引导，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户的眼睛），通过将光投射到组合器上的oled，通过将光投射到组合器上的led阵列，通过将光投射到组合器上的边缘发光lcd，或通过定位在用户眼睛正前方的透视面板。面板可以被安装在组合器上或垂直地安装。透视面板可以是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
688.图168a
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168e图示了其中透视显示面板16802（例如，oled、边缘发光的透明lcd显示器）被定位在头戴式计算机中的用户眼睛正前方以在混合显示器系统中提供延伸和/或交叠的视场的各种实施例。图168a图示了其中由安装在组合器光学器件上或安装在组合器光学器件近旁的透明显示面板16802来提供延伸视场的系统。在该实施例中，透视显示面板16802安装在组合器的背部上或安装在组合器的背部近旁，以使得其不干扰中心显示器系统，所述中心显示器系统将图像光反射离开组合器，直接反射到用户眼睛。图168b图示了其中透视延伸视场显示面板16802定位成垂直地接近组合器的混合显示器系统。图168c图示了其中透视延伸视场显示面板16802垂直安装在主视场显示器的弯曲部分反射镜前方的混合显示器系统。
689.图168d和168e图示了来自后方（即，用户的视野）的混合显示器系统。图168d图示了其中透视延伸视场显示面板16802围绕主视场透视显示器的系统。图168e图示了其中延伸视场透视显示面板16802在主视场显示系统的侧面上的系统。应理解的是，发明人预见到延伸视场显示面板可以以许多不同的方式被配置成在主视场的一侧或多侧上提供延伸以及以平衡配置（即，在多于一侧上类似延伸）或不平衡配置（即，在一侧或多侧上或多或少延伸）提供延伸。还应理解的是，发明人预见到延伸视场可以取决于情形的具体需要而与主视场交叠、看起来邻近于主视场、在主视场和延伸视场之间具有间隙，等等。
690.虽然本文关于延伸视场描述的配置已经说明了创建其中世界锁定的内容的平滑过渡的系统，这些配置可以进一步用于针对在主视场中显示的内容创建附加光照效果和或阴影效果。例如，在其中延伸视场透视显示器与主视场交叠的配置中，延伸视场显示器可以针对在主视场中显示的内容提供背景（backdrop）。背景可以例如是光照效果，其在内容的后面或在内容近旁以向内容提供情境。背景可以是非光照效果，其中透视显示器的像素（例如，透视lcd的像素）被改变成不透明或不太透明的以在内容后面或邻近内容提供暗背景（例如以形成阴影的外观）。在这样的实施例中，延伸视场系统可以与主视场交叠，并且延伸视场系统可以延伸或可以不延伸超过主视场的边缘。
691.在实施例中，头戴式透视显示器可以适配成提供混合多fov显示器。在一方面，头戴式透视显示器的光学系统可以包括用于产生中心眼睛图像内容的主图像内容光学器件、用于产生偏离中心眼睛图像内容的延伸图像内容光学器件和组合器，所述组合器被定位成向用户呈现内容并且用户通过所述组合器观看周围环境，其中主图像内容光学器件和延伸图像内容光学器件中的每一个定位成将它们的相应图像光投射到组合器，所述组合器将相应图像光反射到用户的眼睛。组合器可以直接将相应图像光反射到用户的眼睛。组合器可以间接地将相应图像光反射到用户的眼睛，其中组合器可以朝向准直部分反射镜反射相应
图像光。中心眼睛图像内容和偏离中心眼睛图像内容可以在反射离开组合器之前穿过光学系统中的至少一个折叠。延伸图像内容光学器件可以被安装在组合器正上方，以使得偏离中心眼睛图像内容直接投射到组合器。光学系统还可以包括处理器，其适配成随着内容从主图像内容光学器件的视场移动到延伸图像内容光学器件的视场并且延伸到图像内容光学器件的视场的边缘而协调世界锁定内容的平滑消失过渡。延伸图像内容光学器件可以是oled、lcd显示器、lcd阵列、线性的、二维的或弯曲的。延伸图像内容光学器件可以生成对应于图像内容的光照效果。延伸图像内容光学器件可以包括用以修改投射的透镜系统。透镜系统可以包括微透镜阵列。
692.在实施例中，头戴式透视显示器可以是具有透视面板的混合显示器。在一方面，头戴式透视显示器可以包括主图像内容显示器，其适配成产生图像光并且沿要被透视组合器反射的方向投射图像光以使得其到达用户的眼睛，以及辅图像内容显示器，其中辅图像内容显示器是定位在用户的眼睛正前方并且用于增强由主图像内容显示器递送的视觉体验的透视面板。辅显示器可以在由主图像显示器产生的主视场外的区域中提供内容或效果。外部的区域可以邻近主视场，围绕主视场或与主视场交叠。辅显示器可以在与由主图像显示器产生的主视场交叠的区域中提供内容或效果。辅显示器可以安装在适配成将图像光反射到用户的眼睛的组合器上，或者可以垂直地安装在由主图像显示器建立的图像光光学路径外。头戴式显示器还可以包括处理器，其适配成追踪用户的眼睛位置，所述处理器还适配成更改呈现在辅显示器中的内容的位置。经更改的位置可以在用户的眼睛移动时基本上维持从用户的视角而言主图像显示器与辅图像显示器的对准。透视面板可以是oled或边缘发光的lcd。
693.在实施例中，头戴式透视显示器可以适配成将内容的类型进行混合。在一方面，头戴式透视显示器可以包括由图像显示器生成的视场以及处理器，其中用户观看视场中的数字内容并且透视所述视场以观看周围环境，所述处理器适配成生成两种类型的内容，其中两种类型的内容呈现在视场中。第一类型的内容可以是具有视场位置的世界锁定的内容，所述视场位置取决于周围环境中的地方，其中第一类型的内容的外观在其接近视场的边缘时减弱。第二类型的内容可以不是世界锁定的，其中第二类型的内容在其接近视场的边缘时维持基本上恒定的外观。减弱的外观可以包括由显示器驱动器调整、由应用处理器调整、或由生成视场的显示器的经更改的像素调整的分辨率方面的降低、亮度方面的降低、对比度方面的降低。头戴式显示器还可以包括由图像显示器生成的辅视场，在所述辅视场中用户观看所呈现的数字内容并且用户透过所述辅视场看到周围环境，处理器还适配成将内容从视场过渡到辅视场。与视场中的内容的外观相比，辅视场中的内容的外观被减弱。辅视场可以具有比视场的分辨率更低的分辨率。辅视场可以通过以下来生成：将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光直接引导到用户的眼睛），将图像光反射到组合器上（所述组合器将图像光朝向终极部分反射镜引导，所述终极部分镜将图像光反射到用户的眼睛），将光投射到组合器上的oled，将光投射到组合器上的led阵列，将光投射到组合器上的边缘发光lcd，或者定位在用户眼睛正前方的透视面板。面板可以被安装在组合器上或垂直地安装。透视面板是oled或边缘发光lcd。处理器还可以被适配成预测何时内容将接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。所述预测可以至少部分地基于眼睛图像。
694.在实施例中，头戴式透视显示器可以适配成调节fov对准。头戴式透视显示器可以
包括混合光学系统、处理器和眼睛位置检测系统，所述混合光学系统适配成产生用于以高分辨率呈现内容的主透视视场和用于以较低分辨率呈现内容的辅透视视场，其中主视场和辅视场接近彼此地呈现，所述处理器适配成调节主视场和辅视场的相对接近度，所述眼睛位置检测系统适配成检测用户眼睛的位置，其中处理器基于用户眼睛的位置而调节主视场和辅视场的相对接近度。可以在定位在用户眼睛的正前方的透视oled面板上、在定位在用户眼睛的正前方的透视边缘发光的lcd面板上、或在定位在用户眼睛正前方的透视组合器上产生辅视场。相对接近度可以是水平接近度或垂直接近度。相对接近度可以定义主视场和辅视场之间的交叠的度量或者主视场和辅视场之间的分离的度量。眼睛位置检测系统可以随着在包括主视场的区域中离开透视光学器件的反射，或者随着在包括辅视场的区域中离开透视光学器件的反射而从基本上在眼睛的前方的视角对眼睛进行成像。
695.当使用头部安装式显示器（hmd）（例如，作为hwc 102的部分）用于诸如增强现实成像的目的时，期望提供宽视场（例如，60度）。然而，在用头部安装式显示器观看宽视场时，应认识到的是，用头部安装式显示器观看图像不同于在环境中刚性安装的屏幕（例如，在墙壁上安装的电视或电影院屏幕）上观看图像。在头部安装式显示器的情况下，当用户移动其头部时，头部安装式显示器及其关联的显示视场也与周围环境相关地移动。这使得对于hmd的用户而言难以观看以宽视场显示的图像的边缘或角落，因为头部移动并不会帮助用户，仅眼睛移动必须用于观看图像的角落。为了改善当使用hmd来观看以宽视场显示的图像时的观看体验，当观看周围环境时人员使用的头部移动与眼睛移动之间的关系应该基本上被复制。例如，与仅将观看者眼睛移向边缘相对地，当在刚性安装的屏幕上观看具有宽视场的图像时（诸如，在电影院中看向电影屏幕的边缘时），观看者将正常转动他的头部（至少略微地转动）。发明人已经发现，必须做出某些适应来提供对朝向hmd系统中宽视场的外部边缘的区域的舒适和直观的观看。在实施例中，在宽视场中显示的内容可能不一定是世界锁定的（即，其中视场中的内容的位置取决于环境中的对象的位置，以使得内容对用户表现为在位置上连接到环境），但可能仍包括基于用户的眼睛或头部的位置或运动而将所呈现的内容的位置进行移位的过程。
696.因为头部安装式显示器被佩戴在用户的头部上，紧凑性对于提供舒适观看体验是重要的。紧凑光学系统典型地包括具有低f#的短焦距光学器件以减小物理大小。具有这些特性的光学器件通常要求来自图像源的光的宽锥体角度。其中宽锥体角度与从图像源的前表面发射图像光的图像源相关联，如例如在小型显示器或微型显示器（诸如：oled、背部发光的lcd等）中。这些显示器可以发射非偏振图像光或偏振图像光。光学系统从图像源接收图像光，并且然后操纵图像光以形成图像光的会聚锥体，其形成具有关联的宽视场的用户眼睛处的图像。为了使得用户能够同时与所显示的图像和周围环境交互，提供周围环境的未畸变且明亮的透视视图以及明亮且锐利的所显示图像是有利的。然而，提供未畸变且明亮的透视视图和明亮且锐利的所显示图像可能是相互矛盾的要求，尤其是当提供宽视场图像时。
697.为了观看增强现实映像的目的，期望提供50度或更大的宽视场。然而，适合于紧凑头部安装式显示器中使用的具有宽视场的紧凑光学器件的设计可能是有挑战性的。这进一步由以下事实而变复杂：人类眼睛仅在视场的非常窄的部分（称为中央凹（fovea））中具有高分辨率能力并且在视场的外围具有低得多的分辨率能力。为了观察高分辨率图像的整个
区域，人员必须在较宽的视场上移动他们的眼睛。
698.发明人已经发现，需要这样的光学系统，其对周围环境提供高透明度以提供周围环境的未畸变且明亮的视图而同时还在宽显示视场上显示明亮且锐利的图像。为了提供舒适观看体验，光学系统应考虑到用户如何移动其眼睛及其头部来观看环境。这在用户观看增强现实映像时特别重要。
699.根据本发明的原理的系统和方法提供了一种hmd，其显示叠覆到具有改善的透视视图和高对比度显示图像的周围环境的透视视图上的具有宽视场的图像。提供了一种光学系统，其包括：包括发射图像源（例如，oled、背部发光lcd等）的上部光学器件、一个或多个透镜和杂散光阱、以及包括平面有角度分束器和弯曲部分反射镜的非偏振下部光学器件。发射图像源提供图像光，所述图像光包括图像光的一个或多个窄光谱带。其中，分束器和弯曲部分反射镜上的反射表面中的一个或多个被处理为反射窄光谱带内的入射光的大部分并且透射可见光带内的入射光的大部分，从而提供明亮的显示图像和周围环境的明亮的透视视图（例如，使用分束器上的三色反射镜）。
700.还提供杂散光阱以使得较高对比度图像能够与周围环境的高透射视图一致地显示。其中杂散光可能来自各种源，包括：来自周围环境的透视光；已经被弯曲部分反射镜反射回到光学器件中的图像光；或者已经穿过分束器的来自下方的光。通过俘获该杂散光，极大地改善了由用户看见的显示图像的对比度。
701.还提供了用于宽视场图像的改善观看的显示操作模式，其中显示图像在显示视场内与用户头部的移动相对应地横向移位。其中显示图像的横向移位通过检测后面是相同方向的头部移动的眼睛移动来触发。显示图像然后与随后的头部移动相对应地并且在与随后的头部移动相反的方向上横向移位。该模式的目的是使得用户能够观看图像的外围部分而不必在宽显示视场的完全程度上移动他们的眼睛。由此用户通过眼睛移动和头部移动的组合来观看显示图像的宽视场，以获得更舒适的观看体验。
702.根据本发明的原理的系统和方法提供了具有周围环境的高透射透视视图和叠覆到周围环境的透视视图上的高对比度显示图像的头戴式显示器。以此方式，所述系统和方法提供了良好地适合于供增强现实映像使用的头戴式显示器，因为用户被提供有明亮且锐利的显示图像而仍然能够容易地观看周围环境。所述系统和方法还提供了当典型的眼睛移动和头部移动被考虑在内时具有与人类眼睛的敏锐度分布相对应的锐度的宽视场。其中宽视场头部安装式显示器可以提供例如至少 /
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25度（50度夹角）的显示视场。此外，紧凑光学器件被提供有降低的厚度以改善头戴式显示器的紧凑形状因子。提供了将其中显示器附接到用户头部的头戴式显示器的观看条件考虑在内的操作模式。
703.图169示出用于头戴式显示器的示例光学组件16900的横截面图示。光学组件16900包括：包括发射图像源16910的上部光学器件16903、一个或多个透镜16920和光阱16930、以及包括有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的下部光学器件16907。发射图像源16910提供具有图像内容的图像光16940，所述图像光被透镜16920和弯曲部分反射镜16960光学操纵以形成宽视场，所述宽视场呈现到眼睛框16970中的用户眼睛。其中眼睛框被定义为其中用户眼睛能够看到显示图像的区域。光学器件被折叠以使光学组件16900更紧凑，以使得光学器件具有从发射图像源16920垂直延伸的第一光轴16946。有角度分束器16950通过反射来重定向图像光16940的一部分，以使得图像光16940沿第二光轴16943传
递出去。弯曲部分反射镜16960反射图像光16940的一部分，以使得其沿第二光轴16943往回传递并朝向眼睛框16970传递。同时，来自周围环境的情景光16973被弯曲部分反射镜16960和有角度分束器16950透射以向眼睛框16970提供周围环境的透视视图。因而，弯曲部分反射镜16960充当组合器，其中用户看到叠覆到由情景光16972提供的周围环境的透视视图上的由图像光16940提供的显示图像。
704.发射图像源16910可以是任何类型的发光显示器，其不要求在上部光学器件16903内应用补充光（例如，如本文其他位置所述的透射性前光），发光显示器包括：oled、背部发光lcd、微尺寸led阵列、激光二极管阵列、边缘发光lcd和等离子显示器。典型地，发射显示器提供具有可见光范围内的光的窄波长带的图像光。例如，对于全色显示器，带可以包括分别具有615
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635、510
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540和450
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470的半高带宽（fwhm）波长的红色、绿色和蓝色带。此外，发射图像源16910提供图像光的宽锥体（例如100度或更多）。存在与使用具有宽锥体角度的发射图像源16910相关联的数个优势，在于：光学系统可以被设计有较短焦距和较快f#（例如，2.5或更快），这使得光学器件能够紧凑得多。此外，通过消除对于照明系统将光应用到图像源的前表面（诸如典型地为反射图像源（比如lcos或dlp）所需要）的需求，上部光学器件的总体大小可以大幅降低。
705.在实施例中，为了提供周围环境的高透射（例如，大于到眼睛的情景光的50%透射）透射视图，下部光学器件是非偏振设计，其中光学表面允许非偏振可见光的一些部分被透射。这是为了避免在沿情景光16973的光学路径的透射中使用吸收性偏振器或反射偏振器时发生的大于50%的光损失。代替地，有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960上的反射表面被处理为部分反射的。其中部分反射处理可以是跨越整个可见光范围具有相对均匀水平的反射率的基础部分反射镜，或者部分反射处理可以是陷波反射镜，所述陷波反射镜提供在可见光范围内的已经被选择成匹配发射图像源的输出带的一个或多个窄波长带中的较高水平反射率和所述窄波长带之间的波长中的较高水平透射率（例如，如本文其他位置所述）。部分反射处理可以是涂层（诸如多层涂层）、相位匹配的纳米结构或膜（诸如多层膜或涂覆膜），其具有部分反射镜属性或陷波反射镜属性。
706.通过在其中提供周围环境的透视视图的光学器件的部分中使用非偏振下部光学器件16907，存在增加的益处在于：当观看环境中的偏振图像源（诸如液晶电视或计算机监视器）或可能对用户非常分散注意力的自然源（比如云和反射）时避免色差。这些色差典型地采取彩虹样式的形式，其具有对头戴式体验可能非常分散注意力的明亮颜色。色差由光学器件的透视部分中存在的任何偏振器或圆偏振器和偏振图像源的偏振光之间的干扰所引起。作为结果，所描述的系统和方法在光学器件的透视部分中提供非偏振光学器件以使得用户在佩戴头戴式显示器时能够观看非偏振图像源（诸如液晶计算机监视器）而不暴露于彩虹样式。
707.在周围环境的高透射透视视图的情况下，高水平情景光16973在去往眼睛框16970的途中穿过下部光学器件。这开启了对于以下的可能性：由于来自被有角度分束器16950反射回到发射图像源16910的情景光16973的一部分以及还来自被有角度分束器16950朝向发射图像源16910往回反射的图像光16940的一部分的杂散光而引起的显示图像中的对比度损失。来自被反射回到发射图像源16910的图像光16940和情景光16973的部分的组合杂散光然后被散射离开上部光学器件16903中的侧壁，并且被发射图像源16910的表面反射，以
使得该组合杂散光加入呈现到眼睛框16970以供用户观看的图像光16940。由于该杂散光不具有图像内容，因此净效应在于降低了显示图像中的对比度。为了减少来自这两个源的杂散光，提供了光阱16930。
708.图170示出操作为减少杂散光的光阱16930的图示。光阱16930包括夹层结构，其包括在线性偏振器膜17033的任一侧上的四分之一波膜17032和17034。夹层结构可以与粘合层松散连接或层叠在一起。光阱16930通过允许来自发射图像源16910的非偏振图像光17025穿过四分之一波膜17032而起作用，所述四分之一波膜17032不影响图像光17025，因为它是非偏振的。图像光17025然后穿过偏振器17033，所述偏振器17033使图像光变成线性偏振的。线性偏振图像光然后穿过四分之一波膜17034，其使图像光变成圆偏振图像光17026。圆偏振图像光17026的一部分被有角度分束器16950反射朝向弯曲部分反射镜16960，而圆偏振图像光的另一部分被有角度分束器16950透射以变成面部辉光。弯曲部分反射镜16960将圆偏振图像光17026的一部分朝向有角度分束器16950往回反射，而同时透射变成眼睛辉光的一部分。从朝向有角度分束器16950往回传递的圆偏振图像光17026，一部分被透射到眼睛框16970，并且另外的一部分被有角度分束器16950反射，以使得该部分朝向发射图像源16910传递。然而，当返回的圆偏振图像光17026穿过四分之一波膜17034时，其被变换成与图像光17025相比具有相反偏振取向的线性偏振光，以使得偏振器17033吸收返回光。因而。考虑到典型吸收性偏振器吸收具有相反偏振状态的光的近似99.99%，朝向发射图像源16910往回反射的图像光的部分可以本质上被光阱16930消除。
709.情景光17045是非偏振的，并且被弯曲分束器16960透射。当非偏振情景光17045遇到有角度分束器16950时，一部分朝向眼睛框16970透射以提供环境的透视视图，并且一部分朝向发射图像源16910反射。非偏振情景光17045不变地穿过四分之一波膜17034。当情景光穿过偏振器17033时，其变成偏振光。当情景光通过四分之一波膜17032时，情景光于是变成圆偏振情景光17046。圆偏振情景光17046被发射图像源16910的表面反射。当该返回圆偏振情景光17046往回穿过四分之一波膜17032时，该返回圆偏振情景光17046被变换成具有相反偏振状态的偏振情景光，其然后被偏振器17033吸收。
710.光阱16930的净效应在于来自返回图像光和情景光的杂散光本质上被消除，并且作为结果，大大地增加显示图像中的对比度。这在其中进入情景光17045是大量的明亮环境中使用头戴式显示器时是特别重要的。通过使用具有夹层结构的光阱16930（其包括在线性偏振器膜17033的任一侧上的四分之一波膜17032和17034），来自于在相反方向上传来的非偏振光17025和17045的杂散光可以被有效地俘获。在图像光17025的部分（其被有角度分束器16950反射、被弯曲部分反射镜16960反射并且被有角度分束器16950透射以使得其变成被用户观看的显示图像）上的效应在于该图像光16940是圆偏振光。此外，由于图像光17025穿过偏振器膜17033，存在近似50%的亮度方面的降低。然而，对比度方面的增加高得多，以使得显示图像的感知图像质量被极大地改善，尤其是在明亮环境中。发明人已经执行了对在被黑色有纹理塑料框架围绕的oled显示器上方定位的这样的光阱的有效性的测量。其中四分之一波膜被选择成具有在杂散光穿过四分之一波膜两次之后提供杂散光的卓越消光性的延迟水平而不损害对剩余杂散光的色偏。结果是从oled显示器表面反射的光被减少到117分之一，并且从黑色有纹理塑料反射的光被减少到6分之一。
711.光阱16930还可以通过消除四分之一波膜之一而被简化成圆偏振器。在该情况下，
光阱16930对非偏振杂散光源中的仅一个起作用。如果四分之一波膜17032被消除，则光阱16930仅俘获来自图像光17025的杂散光，并且朝向图像源16910往回反射的情景光17046然后被偏振。替代地，如果四分之一波膜17034被消除，则光阱16930仅捕获来自情景光17045的杂散光，并且图像光17026则被偏振。
712.在替代实施例中，光阱16930可以被定位在图像源16910的表面上。光阱可以是夹在四分之一波膜17032和17034之间的偏振器17033，以俘获朝向图像源16910往回反射的来自图像光17025和情景光17045二者的杂散光。通过将光阱16930直接定位在图像源16910的表面上，来自情景光17045的杂散光被非常有效地俘获，因为透镜16920中的双折射不影响圆偏振情景光17046的偏振状态。因而，光阱16930可以是圆偏振器，其被定位在具有紧靠图像源16910的表面的圆偏振器的四分之一波膜的图像源16910上，以仅俘获与情景光17045相关联的杂散光，如本文之前所描述的。光阱16930可以被定大小为除了覆盖图像源封装的邻近反射部分或邻近外壳之外还覆盖图像源16910的表面，以俘获与来自这些表面的反射光相关联的杂散光。
713.为了俘获朝向图像源16910往回反射的来自图像光17025的杂散光，第二圆偏振器（例如，包括偏振器17033和四分之一波膜17034）可以被定位在透镜16920和下部光学器件之间，其中第二圆偏振器的四分之一波膜17034被定位成面对下部光学器件。第一圆偏振器的偏振轴应该与第二圆偏振器的偏振轴对准，以透射最多图像光17025。该第二圆偏振器针对由部分反射镜16960和有角度分束器16950朝向图像源16910往回反射的来自图像光17025的杂散光提供高效光阱。然而，如果包括第一和第二圆偏振器，则在上部光学器件中的透镜16920中的双折射将影响用户所看到的图像的亮度均匀性和对比度均匀性。这是因为图像光17025将被第一圆偏振器所偏振，图像光然后将穿过透镜16920，其中存在的任何双折射将使图像光的部分变成椭圆偏振的。椭圆偏振图像光然后将穿过第二圆偏振器，其中将与所存在的椭圆偏振的程度相对应地过滤图像光的椭圆偏振部分。如果透镜16920具有低双折射（例如，小于50nm延迟），则使用两个圆偏振器将提供具有亮度均匀性和对比度均匀性的几乎不引人注意的降级的图像，然而如果双折射较高，则亮度均匀性和对比度均匀性将被引人注意地降级。
714.以下表1示出针对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的各种非偏振部分反射处理的比较性分析，其中所有数字在由图像源16910发射的图像光17025的百分数方面来呈现。该分析示出与在有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960上的基础部分反射镜（即，基本上均等地反射所有可见光波长的部分反射镜）处理相比的使用陷波反射镜处理的效应以及光阱16930的效应。反射窄波长带的光的相位匹配的纳米结构可以被提供为压花膜或提供为光学表面上的内模塑（molded in）结构，以提供陷波反射镜处理，但它们在表1中未示出。在该分析中，有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的反射率已经被选择成递送至少50%的“到眼睛的透视光”（这是到达眼睛框16970的情景光16973）与至少20%的“在图像光的波长下的透视光”，其考虑到由反射表面上的任何陷波反射镜处理提供的反射率的窄带。情况1包括对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的三重陷波反射镜处理（还称为用于反射红色、绿色和蓝色光的三色陷波反射镜），并且其不包括光阱16930。在该分析中，陷波反射镜被假定为针对每个颜色在20nm宽带内以所选反射率百分比进行反射（例如，三重陷波反射镜可以提供在以下带中的高反射率：对于蓝色的450
‑
470nm，对于绿色
的515
‑
535nm，对于红色的615
‑
635nm）并且以95%透射其余的可见光。情况2包括对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的三重陷波反射镜处理以及光阱16930。情况3包括对弯曲部分反射镜16960的基础部分反射镜处理和对有角度分束器16950的三重陷波反射镜处理以及光阱16930。情况4包括对有角度分束器16950的基础部分反射镜处理和对弯曲部分反射镜16960的三重陷波反射镜处理以及光阱16930。情况5包括对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960二者的基础部分反射镜处理以及光阱16930。
情况编号12345分束器上的涂层三色陷波反射镜三色陷波反射镜三色陷波反射镜简单部分反射镜简单部分反射镜弯曲部分反射镜上的涂层三色陷波反射镜三色陷波反射镜简单部分反射镜三色陷波反射镜简单部分反射镜用于反射回到显示器的光的四分之一波/偏振器夹层阱否是是是20分束器反射率图像光（%）5050603075总体分束器透射率（%）838380.66528弯曲部分反射镜图像光反射率（%）8080337567弯曲部分反射镜总体透射率（%）75.875.8627715显示面板的反射率（%）1515151515
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到眼睛的图像光20.08.43.36.11.8到眼睛的透视光62.962.950.050.150.3眼睛辉光10.04.216.93.25.6面部辉光50.021.016.827.331.5朝向眼睛反射的来自下方的光12.012.014.430.020.0回到面板的图像光20.00.000840.0004990.0002840.00005回到面板的具有图像光波长的透视光10.04.215.63.25.6回到面板并朝向眼睛往回反射的具有图像光波长的透视光1.50.0000630.0002344.73e
‑
050.00008到眼睛的具有图像光波长的透视光20.120.131.025.250.3
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到眼睛的图像光/回到面板的图像光的比值71000066672166737500到眼睛的图像光/回到面板并反射回到系统中的具有图像光波长的透视光的比值131333331419413000020896
715.光阱16930对图像对比度的效应可以在表1的底部的与图像对比度有关的两行中看到，如由表示显示图像亮度的“到眼睛的图像光”除以“回到图像源的光”的比值所示出的，其中回到图像源的光来自于反射回到图像源的图像光或来自于反射回到图像源的情景光。在两组数字中，与情况1（其中没有光阱）相比，在情况2
‑
5（其中存在光阱16930）中比值显著地更高（1000倍或更高）。通过具有光阱而产生的光损失也可以在针对“到眼睛的图像光”的数字中看到，其中情况1示出指示更明亮的显示图像的近似2倍高的数字。
716.可以通过将具有三色陷波反射镜处理的各种组合的情况2
‑
4与具有对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的基础部分反射镜处理的情况5相比较来看到对于针对“到眼睛的图像光”（图像光16940）和“到眼睛的透视光”（情景光16973）的数字的陷波反射镜处理的效应。对一个或两个反射表面的三色陷波反射镜处理增加了递送到眼睛框16970的图像光16940的部分，而同时还增加了提供到眼睛的情景光16973的部分。使用对有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的基础部分反射镜处理将光学器件向用户眼睛递送图像光的效率减少到近似2分之以到4.5分之一。应注意的是，如果有角度分束器16950或弯曲部分反射镜16960包括偏振器（吸收性或反射性的），基于由偏振器对非偏振光的典型透射百分比，情景光的仅大约42%将被透射到用户眼睛。并且如果表面之一是偏振器，并且另一个是50%部分反射镜，则情景光的仅大约21%将被透射到用户眼睛。
77
‑
84）。如图174中给出的数据中所看到的，用户头部趋向于更快速地移动以在视场内使眼睛回到中心，以使得头部和眼睛具有相同的角度。眼睛和头部之间的角度视差趋向于被限制为小于近似0.25弧度（其等于近似15度），除了非常简短的偏移之外。这不同于当人员对声音进行反应时发生的头部移动，其中眼睛和头部一起以最小视差移动。如果用户想要观看从头部指向的方向大于近似15度的对象，则用户将首先移动他们的眼睛，并且然后移动他们的头部以将眼睛和头部之间的角度视差减小到小于15度来观看对象。当设计和操作具有宽显示视场的头戴式显示器时，将眼睛移动和头部移动之间的该关系考虑在内是重要的。基于人类眼睛的敏锐度和相对于头部移动的眼睛移动，需要在显示视场的中心 /
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15度到 /
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20度部分内的具有高分辨率和高对比度的锐利图像，以向用户提供感知为锐利且高对比度的图像。这是显示视场的中心区域，其中用户将移动其眼睛以用中央凹来观看图像。在显示视场的该区域外，显示图像不必那样锐利，因为用户典型地将不直接观看显示视场的该区域。例如代替观看位于距显示视场的中心30度的增强现实对象，用户将朝向该对象移动其眼睛近似15度，并且然后朝向该对象转动其头部剩余的15度。如果增强现实图像是世界锁定的（即，其中在相对于周围环境中的真实对象的恒定位置中显示对象），当用户移动其头部时，增强现实对象将朝向显示视场的中心移动，并且因而它将移动到显示视场的中心锐利区域中。
723.图175是示出当包括眼睛移动时在眼睛的视场内由典型人类眼睛提供的与中央凹的敏锐度相比的有效非彩色敏锐度的图表。在通过移动眼睛而用中央凹观看的视场的 /
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15度部分内，相对敏锐度等于由中央凹提供的敏锐度。超过用中央凹观看的视场的部分，敏锐度以与眼睛中的偏心率相关联的比率降低，如图173中所示。该敏锐度图表对应于需要由具有宽视场的头戴式显示器提供的锐度分布。只要向显示图像提供高于图175中所示的敏锐度分布的相对锐度，人类眼睛就将显示图像感知为均匀锐利的。这是因为，当用比能够通过中央凹舒适观看的视场的部分更宽的视场来呈现图像时，眼睛的敏锐度大幅降低。例如，基于图175中的敏锐度图表，可以用在大小方面 /
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15度到 /
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20度的中心锐利区呈现图像，并且只要图像锐度降低到不小于按近似 /
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25度的锐利区的锐度的20%，图像就将被用户感知为均匀锐利的。图176是示出最小设计mtf对比提供宽视场显示图像中的均匀锐利外表的图像所需的角度场位置的图表。在该图中，设计mtf被给定为以相对于奈奎斯特的20%mtf的空间调制，其中奈奎斯特mtf是100%，并且减小的mtf更小。该图表示出跨越中心锐利区（ /
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15度）的100%奈奎斯特的均匀设计mtf和外围区（大于15度）中的迅速减小的设计mtf。通过提供角度场的外部部分中的减小的设计mtf，光学器件可以极大地简化，从而降低成本并减小光学器件的总体大小。
724.图177是示出相对mtf的图表，该相对mtf需要由用于宽视场显示器的显示器光学器件来提供，以便提供匹配显示视场的外围区中的人类眼睛的敏锐度的锐度，其中针对光学器件的可分辨的锐度被确定为在mtf为20%处的空间频率。在该图中，示出针对显示视场中的各种角度场位置的简单的两点mtf曲线（100%mtf和20%mtf）：0到15度（这是顶部右侧曲线）、20度、25度、30度、35度、40度、45度和50度（该曲线是底部左侧曲线）。这些曲线示出需要跨显示视场提供以匹配人类眼睛的敏锐度的最小mtf（来自图176）。如可以看到的，该结果示出针对宽视场光学器件的mtf可以在显示视场的外部部分中大幅下降。例如，宽视场光学器件的mtf可以在中心锐利区中在图像源的奈奎斯特频率处高于20%，而mtf在外围区中
可能低得多，诸如在1/2奈奎斯特频率处为2%或20%。还应注意的是，由于人类眼睛的彩色敏锐度低于非彩色敏锐度，在宽视场显示图像的外围区中可能存在大量横向色差（lateral color）（例如，25度处的5像素或更多），并且横向色差将不是引人注意的。因而，所显示的宽视场图像的外围区中的横向色差更多地贡献于降低图像的感知锐度，但外围区中的眼睛的低敏感度使锐度方面的损失是不可感知的。类似地，外围区中的人类眼睛的低敏锐度使在外围区中畸变不太可感知。敏锐度的损失与使畸变不太引人注意的彩色敏锐度方面的降低的组合全部一起添加到对显示视场的外围区中的图像质量的降低需求。
725.作为示例，图171示出提供60度显示视场（即，距中心 /
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30度）的简单光学系统的图示。这包括发射图像源16910、单透镜元件16920、有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960，如本文之前所描述的。光学系统将显示图像提供到具有近似60度夹角的显示视场的眼睛框16970。同时，通过有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960向用户提供周围环境的透视视图，其中经由通过邻近有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的区域或邻近有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的延伸而使周围环境的视图能够实现，透视视场可以大于显示视场。图178示出与图171的光学系统相关联的所建模的mtf曲线，其中示出显示视场内的各种不同角度位置的mtf曲线。在图178中用箭头指示针对显示视场中的15、6度位置的mtf曲线（以视场内的水平、垂直度来表达），其中可以看到15度mtf曲线在针对图像源的奈奎斯特点处以20%mtf结束，其在该情况下对应于空间频率轴的右手端或75周期/mm。低于所指示的15、6度mtf曲线的mtf曲线是30度mtf曲线。对于显示器场中的30度点具有与显示场中的15度点相同的感知锐度，根据图176，30度mtf曲线需要在7.5周期/mm处具有至少20%mtf（10%奈奎斯特）。可以看到在图178中示出的所有30度mtf曲线容易地在7.5周期/mm点处高于20%mtf，因此这样，当考虑人类眼睛的有限移动时，图像将由人类眼睛在外围区中被感知为锐利的。因此，即使在图178中示出的对应于显示视场中的外围角度位置的mtf曲线不满足在75周期/mm处20%mtf的针对该显示的奈奎斯特性能条件，视场中的外围点仍将被用户感知为提供与由视场中的中心角度点提供的锐度水平相同的锐度水平。
726.图179是分辨率图表的图示，其中已经通过模糊图像的外围部分以模拟来自提供具有不太锐利的外围区的 /
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15度的中心锐利区的光学器件的图像来降低图像的锐度。直接观看图像的不同部分，可以看到外部部分179100比中心区17920不锐利得多。然而，如果在其中垂直条之间的中心区17920占据观看者视场中近似 /
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15度的距离处观看图像，则图像将看起来到外边缘是均匀锐利的，只要观看者保持注视垂直条的内边缘。
727.作为结果，根据本发明的原理的本文所述的系统和方法可以用于设计用于具有宽视场的头部安装式显示器的任何类型的光学器件，其包括具有分束器的光学器件、具有波导的光学器件或者具有全息光学元件的投射光学器件，其中提供递送与中央凹的敏锐度相对应的mtf水平的中心锐利区和邻近于中心锐利区的外围区，当考虑眼睛的有限移动时，所述外围区提供与人类眼睛的敏锐度相对于的降低的锐度水平。在实施例中，中心锐利区包括关于光轴的 /
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15度（30度夹角），并且外围区延伸超过中心锐利区，延伸到显示图像的视场的边缘。中心锐利区中的mtf应当在显示器的奈奎斯特水平处高于20%以提供锐利图像。外围区中的mtf可以以增加的角度以相比随着偏心率增加而在人类眼睛的敏锐度方面的减少更小的比率而降低。例如，如果外围区从 /
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15度延伸到 /
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30度（60度夹角），则mtf可以如在20%mtf处的奈奎斯特空间调制的10%那样低。通过限制其中需要高mtf的角度区并降低
外围区中的设计mtf，光学器件可以包括较少元件和具有较低成本材料的较简单元件，从而降低光学器件的总体成本，此外，光学器件可以被制造得更紧凑以使宽视场光学器件能够更好地配合到头部安装式显示器中。该效果通过图171中示出的紧凑光学器件示出，如本文之前陈述的，该紧凑光学器件提供60度视场，而同时包括单个塑料场透镜、分束器和弯曲部分反射镜。其中已经在本文先前讨论了针对分束器和弯曲部分反射镜的处理，以当观看偏振光源时提供具有非偏振下部的高透视以消除彩虹。并且此外，光阱可以被添加到紧凑光学器件以增加对比度，也如本文先前所讨论的。
728.根据本发明的原理的本文所述的系统和方法可以用于制造用于具有宽显示视场的头部安装式显示器的紧凑光学元件，其具有改善的对比度并具有用于周围环境的透视视图的高透明度。通过使用发射显示器，对于前光的需要被消除，从而减小发射图像源和下部光学器件之间的空间。通过将高mtf区限制到被下部mtf外围区围绕的中心锐利区，减少了显示宽视场所需的透镜元件的数目，从而还减小光学元件的大小。如图171中所示，利用在上部中的仅一个或两个透镜元件，60度视场是可能的。作为结果，光学器件的高度可以被降低。
729.在实施例中，显示视场的角度大小和发射图像源16910被选择为使得发射图像源16910中的单个像素对着小于人类眼睛的中央凹的非彩色敏锐度的显示图像中的角度，以使得显示图像的黑色和白色部分当被用户观看时不具有像素化外表。这在分辨各个黑色和白色像素时为用户提供了具有平滑线条和曲线的图像而不产生参差不齐的外表。例如，基于图172和173中所示的数据，人类眼睛具有近似50周期/度的非彩色敏锐度，对于相邻的黑色和白色像素在包括1920
×
1080像素（1080p）的显示图像的锐利区中不可单独分辨而言，显示视场应该小于38
×
22度或43度对角线。
730.在实施例中，显示视场的角度大小和发射图像源16910被选择为使得发射图像源16910中的单个像素对着小于人类眼睛的彩色敏锐度的显示图像中的角度，以使得显示图像的有色部分当被用户观看时不具有像素化外表。这在分辨各个有色像素时为用户提供在有色区域上具有平滑线条和曲线的图像而不产生参差不齐的外表。例如，基于在图172和173中所示的数据，人类眼睛具有近似30周期/度的彩色敏锐度，对于相邻的有色像素在包括1920
×
1080像素的显示图像的锐利区中不可单独分辨而言，显示视场应该小于64
×
36度或73度对角线。
731.在实施例中，显示视场的角度大小和发射图像源16910被选择为使得构成发射图像源中的每个像素的子像素（典型地每个全色像素包括相邻的红色、绿色和蓝色子像素，并且子像素的相对亮度一起确定像素的感知颜色）对着小于可以由人类眼睛分辨的角度，以使得每个像素看起来包括单个颜色，并且子像素对用户不可见。这为用户提供包括一致色块的图像，而没有当可以分辨各个子像素时可以感知的有斑点的外表。例如，基于图172和173中所示的数据，人类眼睛具有近似50周期/度的非彩色敏锐度，对于子像素在包括1920
×
1080像素的图像中不可分辨而言，显示视场小于115
×
64度或131度对角线。
732.在实施例中，光学器件包括图像光光学路径中的远心区，其中透镜元件可以相对于彼此移动以影响聚焦距离方面的改变而不改变显示图像的放大率。可以通过改变光学元件之间的间距来在头部安装式显示器中以各种方式实现聚焦距离方面的改变。例如，聚焦调节可以通过将图像源相对于光学系统的剩余部分进行移动来实现。然而，在具有宽视场
的显示器系统中，由发射图像源16910发射的图像光16940必须在面积上扩展以填充弯曲部分反射镜16960的区域，这建立了从如图171中所示的眼睛框16970看到的显示视场的角度大小。为此，发射图像源16910和透镜元件16920之间的线束迅速发散（例如100度或更大夹角）。由于由发射图像源16910所发射的发散线束，发射图像源16910和透镜元件16920之间的间距中的任何改变（其被做出以改变聚焦距离或聚焦质量）是通过由用户看到的显示图像的视觉大小方面的改变来实现的。在正呈现增强现实映像的头部安装式显示器中，特别是当聚焦调节随着用户移动或随着增强现实对象移动而自动做出时，增强现实对象的视觉大小与移动相一致是重要的，以提供对于用户而言舒适的观看条件。显示图像的视觉大小方面的改变还可以使图像被外壳邻近于光学器件的部分所修剪，以使得显示图像的边缘从眼睛框不可观看，或者眼睛框的有效大小被减小。因而，做出针对显示图像或显示图像的部分的焦距方面的改变而不改变图像的视觉大小的能力是对于用于显示增强现实映像的头部安装式显示器而言的重要特征。远心区可以在光学器件内的多个位置来提供，诸如在上部光学器件中的透镜之间或者在上部和下部光学器件之间提供。图171示出在上部和下部光学器件之间的远心区17140，其中每个线束中的中心线是平行的。在该远心区17140内，可以通过相对于包括有角度分束器16950和弯曲部分反射镜16960的第二单元而移动作为第一单元的透镜元件16920和发射图像源16910以改变聚焦来做出聚焦调节。作为示例，对于图171中所示的光学器件，上部光学器件16903和下部光学器件16907之间的0.5mm的间距方面的降低可以提供从无穷大到1米的聚焦距离方面的改变（这与在光学器件后方添加1屈光度矫正透镜是相同的）。这种调节聚焦距离的能力可以用于为用户精细调谐显示图像的锐度或者改变显示图像向用户呈现的视距离。其中显示图像的视距离方面的改变可以用于增强现实使用情况，其中在匹配环境中的对象的距离处或者在诸如臂长之类的特定距离处呈现显示图像。
733.诸如螺钉或凸轮之类的手动机构可以被定位成通过移动相关光学元件来改变远心区中的空间。其中手动调节对于在制造期间调节聚焦或使用户能够针对其眼科屈光力处方而精细调谐聚焦是有用的。电子致动器可以被安装以针对增强现实应用或者针对包括聚焦距离方面的改变的模式改变而自动调节远心区中的间距。
734.在实施例中，可以不提供远心区，或者远心区可以仅是接近远心的，并且可以通过移动光学元件以及还数字地调节内容以补偿由非远心区中的移位元件引起的放大效应来做出焦平面调节。
735.在实施例中，提供了用于利用任何类型的头部安装式显示器来观看宽角度显示图像（例如，大于50度夹角）的模式，其中与检测到的眼睛移动之后是由用户进行的头部移动相对应地在显示视场内横向移动图像。该模式模仿坐在电影院的前排中的体验，在该处为了观看宽角度的电影图像，观看者不能仅用眼睛移动来舒适地观看整个电影屏幕，并且代替地必须连同其头部来移动其眼睛以看到电影屏幕的外围区域。为了实现该模式，头戴式显示器需要用于检测与光学组件16900关联的眼睛移动的装置，以及用以检测头部移动的惯性测量单元。因而，该模式通过检测眼睛移动之后是相同方向上的头部移动来检测用户要利用眼睛视场的具有较高敏锐度的部分来观看显示图像的外围部分的期望。
736.然后在与眼睛和头部的检测到的移动相反的方向上跨显示视场横向移动显示图像，其中横向移动的量值和速度对应于眼睛和头部的检测到的移动的量值和速度。显示视
场内的显示图像的该横向移动通过将显示图像的外围部分移动到显示视场的中心锐利区中并且将显示图像的外围部分移动到用户的眼睛相对地以其为中心的位置中来为用户提供显示图像的外围部分的改善视图。此外，显示视场内的显示图像的横向移动可以被限制为将显示图像的边缘在显示视场内居中所需要的横向移动。该模式应对以下事实：对于用户而言使其眼睛相对于其头部在多于较短时间段内移动超过近似15到20度的角度是不舒适的，并且由于头部安装式显示器附接到用户的头部，眼睛移动是视觉上观看显示视场的不同部分的唯一方式。这使得对于头戴式显示器的用户而言难以舒适地观看具有大于30到40度夹角的视觉大小的图像。所公开的模式克服了这种限制，通过检测用户将何时希望观看显示图像的外围部分并且然后将显示视场内的显示图像横向移动到下述位置：在该位置处显示图像的外围部分可以更舒适地被观看以及显示图像的外围部分以改善的锐度和更高对比度来显示。
737.通过基于检测到某一方向上的组合眼睛移动之后是在相同方向上的头部移动而触发显示视场内的显示图像的横向移动，该模式不同于显示图像的世界锁定或身体锁定的呈现，其中图像的横向移动与头部移动相对应地发生，而与眼睛移动无关。例如在美国专利公开2014204759中提供了头戴式显示器中的虚拟对象的身体锁定的描述。在实施例中，显示图像的横向移动在显示视场内被限制为将显示图像的边缘定位在显示视场的中心或视场内的某个其他舒适点所需要的横向移动。其中将不想要图像的横向移动的另一个示例是当用户仅暂时地朝向边缘或角落观看时（例如，警告光在图像的角落中闪烁，并且用户仅暂时移动其眼睛以验证闪烁光）。在该情况下，用户不移动其头部，并且作为结果不触发图像的横向移动，并且显示图像在显示视场内保持静止。
738.在已经检测到高于预定阈值的眼睛移动之后是相同方向的头部移动之后，与用户头部的检测到的角度移动相对应地并且在与其相反的方向上跨显示视场横向移动显示图像（注意到，该方法也可以以用于显示视场内的显示图像的贯轴或径向移动的对应方式来使用）。可以利用眼睛相机（例如，如本文其他位置所公开的）来检测眼睛移动，所述眼睛相机在用户眼睛观看显示图像的同时捕获用户眼睛的图像或者通过检测与眼睛关联的电场方面的改变来捕获用户眼睛的图像。可以通过运动传感器（例如，imu）相对于世界、相对于用户身体等来检测用户头部的角度移动。与环境关联地固定显示图像对于当用户正静坐或静立时观看宽角度图像是良好的。与用户身体关联地固定显示图像对于当用户正行走、跑动或坐在车中时观看宽角度图像是良好的。可以例如通过头戴式显示器中的惯性测量单元或通过利用头戴式显示器中的相机对环境中的对象进行图像追踪，来测量用户头部相对于环境的角度移动。可以通过面向下方的相机来测量用户头部相对于用户身体的角度移动，所述面向下方的相机可以例如捕获用户身体的一部分的图像。用户身体的该部分的图像然后被分析以检测相对改变，所述相对改变可以用于检测用户头部相对于用户身体的移动。可替代地，两个惯性测量单元可以用于检测用户头部相对于用户身体的移动，其中，一个附接于头戴式显示器而一个附接于用户身体，并且差分测量被用于确定用户头部相对于用户身体的移动。在已经检测到高于阈值的眼睛移动并且高于阈值的用户头部的移动已经被检测为跟随眼睛移动之后，开始跨显示视场横向移动显示图像。显示图像的横向移动的速度对应于随后的所检测的头部移动并且处于与该头部移动相反的方向上。显示图像的横向移动继续进行，直到显示图像的边缘到达显示视场的中心或者眼睛被检测到正在观看显示视
场的中心（或在显示视场的中心的预定阈值内观看），从而指示已经到达用户想要观看的图像的外围部分。
739.图180和181是示出当用户移动其头部时图像如何在显示视场内移位的图示。注意到用户头部被示出为在图像的侧面，因为图像实际上被呈现给在头戴式显示器内侧的用户。图180示出在显示视场内居中的图像18055和一直指向前方的用户头部18050。图181示出指向侧面的用户头部18150，并且作为结果图像18155在显示视场内在与用户头部的移动相反的方向上移位，从而留下其中没有图像内容要显示的空白部分18130。在图182中，其中图像已经从其移位离开的显示视场的空白部分18230被显示为暗区域以使得用户能够透视到空白部分中的周围环境。然而，在不同的使用情况中，将空白部分显示为中性灰色或彩色可能是有利的。
740.在实施例中，宽视场头部安装式显示器的用户被提供有选择与不同图像或应用相关联的显示图像的大小（例如，角度大小）的选项。显示图像然后被重定大小以提供所选角度图像大小以供用于向用户显示。例如，在电影观看模式中，用户可以将显示图像选择为在大小方面近似30度，其模仿坐在电影院的后排的体验，其中对于用户而言仅利用眼睛移动观看整个显示图像是舒适的。可替代地，用户可以将显示图像选择为在大小方面50度，其模仿坐在电影院的前排的体验，其中需要利用眼睛移动和头部移动的组合与本文之前描述的图像移位一起来观看显示图像，以舒适地观看整个显示图像。图183示出宽显示视场18360的图示，其中用户可以选择针对给定图像或应用（例如，游戏）显示较小视场18365，以改善个人观看体验。其中较小视场18365使用户能够观看图像或应用而不必移动其眼睛太多来看到整个图像。
741.在实施例中，显示器格式被选择为具有相对于水平视场的窄垂直视场，以使得在跨越下部光学器件测量的光学器件的厚度能够被减小。由于下部光学器件中的有角度分束器16950的有角度取向，显示图像中的垂直视场与光学组件的厚度成正比例。对于沿显示视场的对角线测量的给定显示视场，减小垂直视场并且由此增加显示图像的格式比使得光学组件的厚度能够被降低。例如，对于具有50度对角线视场的16:9格式图像，光学组件18415的厚度18410可以近似为17mm，如在图184中说明性示出的那样。如果显示图像的格式被增加到具有50度对角线视场的30:9，则光学组件18515的厚度18510可以近似为10mm，如图185中说明性示出的那样。这表示通过改变到更高格式比所提供的光学组件的厚度方面的近似40%降低。图186示出30:9格式视场18620和22:9格式视场18625，其中两个视场具有相同的垂直视场和不同的水平视场。通过使用更高格式比，可以显示宽视场以供相对薄的头部安装式显示器中的增强显示映像使用，以改善头部安装式显示器的形状因子。可以通过使用高格式比发射显示器或者通过使用正常格式比发射显示器（例如，4:3、16:9或22:9）并且然后使用发射显示器的上部区域或下部区域的部分来获得高格式比。例如，头部安装式显示器可以包括1080p发射显示器，其具有1920
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1080像素，并且可以通过使用发射显示器上的1920
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576像素来显示30:9图像。然后将提供薄光学组件，其仅能够显示在垂直方向上包括576像素的图像，但是光学器件可以在水平上显示达到1920像素的图像。在要显示具有不同格式的图像的情况下，该图像将被重定大小成适合可用显示空间（例如，16:9格式图像可以被显示为1024
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576像素图像，并且22:9图像可以被显示为1408
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576像素图像或者与水平或垂直可用的像素数目和正被显示的图像的格式相关联的任何其他比值）。在优选实施例
中，显示视场具有大于22:9的格式比。通过例如具有诸如30:9的格式比，中心部分可以用于显示22:9图像，诸如电影，而在22:9显示视场之外的区域18627可以用于显示辅助信息，所述辅助信息不需要是可容易观看的或者以高分辨率呈现的，诸如是电池寿命、时间、温度、方向性朝向、新的电子邮件或文本是否可用。
742.在另一个实施例中，显示器的中心锐利区可以用于显示与外部外围区不同类型的图像。例如，中心锐利区可以用于显示22:9或16:9电影图像，其被重定大小成适合中心锐利区中所包含的像素数目。外部外围区然后可以像第二显示器那样被使用，在所述第二显示器处显示其他类型的信息，所述其他类型的信息可以在短时间段内以较低分辨率被观看，使得所需要的不舒适眼镜位置是可接受的。
743.在又一实施例中，与中心锐利区相比，不同地渲染外部外围区中显示的信息。这可以包括使用较大字体字母、较高对比度设置或不同颜色以使外部外围区中呈现的信息可更容易观看。
744.在另外的实施例中，与聚焦距离方面的改变相对应地调节显示图像。为了能够实现聚焦距离的测量，可以提供传感器来测量光学元件之间的距离，所述光学元件用于改变诸如图像源16910和透镜元件16920之间或透镜元件16920和下部光学器件之间的聚焦距离。其中显示图像可以被数字地调节成更大或更小，以补偿在光学元件之间的光线不是远心的情况下可能发生的放大。显示图像还可以针对畸变而被数字地调节，所述畸变可能在光学元件被移动以在实现聚焦距离方面的改变时改变光学元件之间的距离的时候发生。其中聚焦距离方面的改变可以与增强现实操作模式相关联，所述增强现实操作模式诸如是其中聚焦距离需要处于特定距离（诸如例如，在臂长处）以允许用户与所显示的增强现实对象进行交互的模式。
745.在又一实施例中，光学组件被设计成提供远心光到包括三重陷波反射镜处理的光学表面以减小入射光的角度范围并且由此改善三重陷波反射镜的性能。其中远心光可以入射到有角度分束器上或入射到弯曲部分反射镜上。当头戴式显示器提供宽视场时该实施例可能特别重要，因为三重陷波反射镜被设计成用于具有在特定角度周围的有限角度分布的特定角度处。通过向三重陷波反射镜提供远心光，可以改善颜色均匀性和亮度均匀性。在另外的改进中，宽角度显示图像可以被渲染成通过径向增加数字亮度（例如，径向增加图像中的码值和关联的照度）以及径向改变图像中的颜色平衡（例如，颜色渲染）来补偿径向基色和亮度滚降。以此方式，为用户提供图像，所述图像被感知为具有均匀的亮度和均匀的颜色，尽管三重陷波反射镜处理的角度限制影响宽显示视场上的显示图像。
746.本发明的另一方面涉及包括头戴式计算机中的显示面板，其具有呈现宽于使用场景所需的图像的能力，以使得面板的边缘可以被留为空白以允许显示内容中的移位。显示内容然后可以被完全呈现（即使当被移位时），因为内容可以被移位到面板的正常空白区域中。例如，面板可以被选择为使得其可以产生50度视场，但数字内容可能仅消耗45度视场，使得整个图像当其在任一方向上被移位2.5度的情况下仍然可以被观看。如本文其他位置所说明的，在宽视场头戴式显示器系统中，如果用户尝试看向内容的远边缘，则内容可能需要被移位。在这样的情形中，系统可以开始于视场的（多个）边缘上的保留空白区域以虑及整个内容移位。在其他实施例中，到（多个）保留边缘中的移位可以在将内容补偿焦平面、会聚等的时候被使用。
747.在实施例中，在视场中呈现的内容具有旨在占据所有视场的内容类型（诸如当观看电影时）。当电影被呈现时，其旨在占据如可以被舒适地观看那样多的视场。在实施例中，正是这种类型的全显示内容被呈现在视场的中间区段内，该视场具有被有意地留为空白的边缘。该布置允许全显示内容被移位到未使用的边缘中以进行本文所说明的适应。
748.在实施例中，宽视场显示器用于使得显示图像能够通过图像源110上的图像的数字移位而横向移位，以改变与立体图像的观看相关联的会聚距离，并且由此改变到显示图像的感知距离。其中可以与正被显示的图像的类型、关联于正被显示的增强现实对象的使用情况的类型相对应地或响应于头戴式显示器中的用户眼睛的检测到的（例如，诸如可以用眼睛相机来检测）特性（诸如用户眼睛的会聚距离或聚焦距离）来改变会聚距离。图187示出透过显示视场18723进行观看的用户眼睛18721的图示。在该情况下，用户眼睛18721具有平行的视线18725，使得与立体图像相关联的会聚点近似在无穷远处。每个显示视场18723的中心部分然后用于显示图像（示出为显示视场18723中的暗区域），其不占据整个显示视场18723。以此方式，用户感知到立体图像，其包括要在距与会聚距离关联的会聚提示近似无穷远处呈现的在顶部上相互交叠的左图像和右图像。优选地，聚焦距离与会聚距离相同以使得与聚焦距离相关联的聚焦提示与会聚提示相同，并且由此向用户提供立体图像，所述立体图像具有一致的立体提示以用于更舒适的观看体验。重要的是，在图187中，存在每个显示视场18723的未用于显示图像的侧面的部分，因为显示图像不占据显示视场18723的整个水平角度范围。因此，在显示视场18723内横向移位左图像和右图像是可能的（如图188中所示）以提供更近的会聚距离。其中在略微旋转的位置中示出用户眼睛18821，使得当透过左显示图像和右显示图像的中心观看时，视线18825朝向彼此成一定角度。通过使左显示图像和右显示图像在其相应显示视场18823内朝向彼此移位来产生该几何结构。图189示出左显示图像和右显示图像（18911和18910）在它们对于在会聚距离近似为无穷远时的情况而将被呈现在显示视场18723内的时候的图示。图190示出左显示图像和右显示图像（19012和19014）在它们对于当会聚距离较近时的情况而将被呈现在显示视场18823内的时候的图示。因而，为宽显示视场18723和18823提供窄垂直视场通过数字地移位显示视场内的显示图像而提供了汇聚距离调节的附加益处。会聚距离调节可以用于提供增强现实图像，所述增强现实图像被感知为处于不同的距离处，如对于某个应用或期望的观看体验所需要的那样。当显示图像具有比显示视场更低的格式比时（例如，显示图像具有22:9格式并且显示视场具有30:9格式），该特征是特别有用的，使得显示视场的部分在显示左图像和右图像时未被使用。在示例中，16:9格式立体图像在提供25:9格式显示视场的光学器件中被显示，其中立体图像在没有修剪的情况下被显示，使得所显示的立体图像的垂直角度范围匹配光学器件的显示视场的垂直角度范围。为了将汇聚距离从8英尺改变为2英尺需要左显示图像和右显示图像朝向彼此数字地移位达显示图像中的每一个的水平角度范围的近似10%（例如，对于1280
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720像素图像，数字移位共计146像素）。会聚距离的这种示例改变良好地适于改变成像使用情况之间的改变，诸如用于从观看具有在8英尺处感知的图像的电影改变到与需要图像在用户的伸臂范围内被感知的增强现实对象进行交互。
749.在又一实施例中，宽视场显示器被用于使得显示图像能够通过图像源110上的图像的数字移位来被横向移位，以改变显示图像之间的瞳孔间距离。图191示出透过显示视场19123进行观看的用户眼睛19121的图示，其中与在图187中所示的用户眼睛18721相比，用
户眼睛19121在其之间具有更大的瞳孔间距离。在图187和191两者中，用户眼睛18721和19121分别具有平行的视线18725和19125，使得与立体图像相关联的会聚点近似在无穷远处。每个显示视场18723和19123的中心部分用于显示图像（示出为显示视场18723和19123内的暗区域），所述图像不占据整个显示视场18723和19123。然而，由于用户眼睛19121在该情况中具有较宽的瞳孔间距离，因此通过使图像源上的图像数字地移位来使左图像和右图像在显示视场19123内横向移位（如图191中所示），以如由用户在显示视场19123内看到的那样将图像定位得更远，并且由此提供所期望的视线19125。其中用户眼睛19121被示出在平行位置中，使得当透过左显示图像和右显示图像的中心观看时，视线19125是平行的。通过使左显示图像和右显示图像在其相应的显示视场19123内彼此远离地移位来产生该几何结构。图192示出左显示图像和右显示图像（19212和10214）在对于在会聚距离近似在无穷远处以及用户眼睛19121具有大瞳孔间距离时的情况它们将被呈现在显示视场19123内的时候或如在图像源110上看到那样的图示。再者，与窄垂直视场一起提供宽水平显示视场19123通过使显示视场内的显示图像数字地移位而提供了针对瞳孔间距离进行调节的数字方法的附加益处。
750.在优选实施例中，用于图像的横向移位的显示视场的部分共计显示视场的10%或更多。因而，虽然显示视场的这些部分未用于显示图像，但它们用于出于提供期望的会聚距离或调节所显示的左图像和右图像的瞳孔间距离的目的来定位图像。如图189、190和192中可以看到的，当通过使图像源上的图像数字地移位来使显示图像在显示视场内横向移位时，显示视场的空白或未使用部分在其相对大小方面改变到显示图像的左侧和右侧，而同时维持恒定的总量。在另外的优选实施例中，显示视场的空白或未使用部分的总量共计显示视场的10%或更多。
751.尽管已在特定于特征、系统、计算机过程和/或方法的语言中描述了hwc的实施例，但是所附权利要求不一定受限于描述的特定特征、系统、计算机过程和/或方法。而是，特定特征、系统、计算机过程和/或方法被公开为hwc的非限制性示例实施方式。在本文中参考的所有文档据此通过引用被并入。
752.本公开的附加陈述在一些实施方式中，可以在以下条款中描述或在本文中以其他方式描述系统和方法。
753.条款组a条款1. 一种用于控制具有针对用户的改善的可观看性的透视头戴式显示系统中的图像呈现的方法，包括：确定周围环境的透视视图的亮度；确定要被显示的图像的亮度度量；以及基于图像的亮度度量和周围环境的透视视图的亮度来调节图像的属性，以使得图像的亮度和透视视图的预定组合亮度被呈现给用户。
754.条款2. 根据条款1所述的方法，还包括确定用户眼睛的光响应操作区，以及其中调节图像的属性的步骤进一步基于所述操作区。
755.条款3. 根据条款2所述的方法，其中调节内容的属性的步骤改善用户的透视可观看性。
756.条款4. 根据条款2所述的方法，其中调节内容的属性的步骤改善图像的用户视图。
757.条款5. 根据条款2所述的方法，其中人类眼睛的操作区是从适光视觉、过渡视觉和微光视觉中的一个选择的。
758.条款6. 根据条款1所述的方法，其中所述属性包括改变图像中的对比度。
759.条款7. 根据条款1所述的方法，其中所述属性包括改变图像中的对象的颜色。
760.条款8. 根据条款1所述的方法，其中所述属性包括改变图像中的颜色平衡。
761.条款9. 根据条款1所述的方法，其中所述属性包括改变图像中的文本的字体大小。
762.条款10. 根据条款1所述的方法，其中所述属性包括将图像改变成单色图像。
763.条款11. 根据条款10所述的方法，其中所述单色图像是红色图像。
764.条款12. 根据条款10所述的方法，其中所述单色图像是绿色图像。
765.条款13. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示系统还包括用于捕获周围环境的图像的相机，所述图像包括周围环境的透视视图的至少一部分。
766.条款14. 根据条款13所述的方法，进一步包括以下步骤：分析所捕获的图像以识别周围环境的属性；以及其中调节图像的属性的步骤包括进一步基于周围环境的所识别的属性来调节属性。
767.条款15. 根据条款14所述的方法，其中周围环境的属性是对象的类型。
768.条款16. 根据条款14所述的方法，其中周围环境的属性是颜色的范围。
769.条款17. 根据条款14所述的方法，其中周围环境的属性是透视视图的一部分内的颜色的局部范围，并且图像的经调节的属性是显示图像的一部分内的局部颜色。
770.条款18. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器进一步包括用于捕获用户眼睛的图像以确定用户正看着的方向的相机；以及其中确定周围环境的透视视图的亮度的步骤涉及确定在所述方向上的周围环境的透视视图的亮度。
771.条款19. 根据条款18所述的方法，其中在图像的对应于所述方向的一部分中不同地调节所述图像。
772.条款20. 根据条款1所述的方法，其中要被显示的图像包括通过眼睛追踪所控制的用户接口，并且所述图像被调节成比透视视图更明亮以减少抖动的眼睛移动。
773.条款21. 根据条款20所述的方法，其中所述图像被调节成是透视视图的2倍明亮或更明亮。
774.条款22. 一种用于在头戴式显示器中提供显示图像与周围环境的透视视图的改善对准的方法，所述头戴式显示器提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像，其中所述头戴式显示器包括用于对用户眼睛成像的眼睛相机和用于对周围环境成像的面向外部的相机，所述方法包括：用面向外部的相机捕获周围环境的图像；向头戴式显示器中的用户显示环境的所捕获的图像，因此用户同时看到叠覆到周围环境的透视视图上的周围图像的显示图像；使用眼睛相机来收集来自用户的控制输入以调节显示图像的定位，以改善周围环境的显示图像与周围环境的透视视图的对准；以及使用显示图像的经调节的定位来改善其他显示图像与周围环境的透视视图的对准。
775.条款23. 根据条款22所述的方法，其中所述其他显示图像包括增强现实图像。
776.条款组a1条款1. 一种用于在头戴式显示器中提供显示图像与周围环境的透视视图的改善
对准的方法，所述头戴式显示器提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像，其中所述头戴式显示器包括用于对用户眼睛成像的眼睛相机和用于对周围环境成像的面向外部的相机，所述方法包括：用面向外部的相机捕获周围环境的图像；向头戴式显示器中的用户显示环境的所捕获的图像，因此用户同时看到叠覆到周围环境的透视视图上的周围图像的显示图像；使用眼睛相机来收集来自用户的控制输入以调节显示图像的定位，以改善周围环境的显示图像与周围环境的透视视图的对准；以及使用显示图像的经调节的定位来改善其他显示图像与周围环境的透视视图的对准。
777.条款2. 根据条款1所述的方法，其中所述其他显示图像包括增强现实图像。
778.条款组b条款1. 一种具有多重折叠光学器件的头戴式显示器，其提供叠覆到周围环境的透视视图上的改善的显示图像，所述头戴式显示器包括：具有有角度平面表面的固体棱镜；自发光显示器，其提供与显示图像相关联的图像光；以及接合到平面表面的平坦反射板，其反射与显示图像相关联的图像光，其中所述平坦反射板接合到固体棱镜。
779.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述自发光显示器是oled。
780.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述自发光显示器是背部发光lcd。
781.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中用折射率匹配的粘合剂来将所述平坦反射板接合到固体棱镜。
782.条款5. 根据条款4所述的头戴式显示器，其中所述折射率匹配的粘合剂具有是固体棱镜的折射率的 /
‑
0. 05的折射率。
783.条款组b1条款1. 一种具有多重折叠光学器件的头戴式显示器，其提供叠覆到周围环境的透视视图上的改善的显示图像，所述头戴式显示器包括：具有有角度平面表面的固体棱镜；接合到平面表面的平坦部分反射板，其透射照明光的一部分并反射与显示图像相关联的图像光的一部分；反射图像源，其反射照明光以提供图像光；以及附接到有角度平面表面的背光，其包括朝向反射图像源引导照明光的一部分的棱镜膜。
784.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述反射图像源是lcos。
785.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述平坦部分反射板包括反射偏振器。
786.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述棱镜膜接合到平坦部分反射板。
787.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述棱镜膜以棱镜背对反射图像源并且面向用于照明光的光源来取向。
788.条款6. 根据条款5所述的头戴式显示器，其中所述棱镜膜将照明光分成两个椎体，并且仅一个椎体对反射图像源进行照明。
789.条款7. 根据条款6所述的头戴式显示器，还包括检偏偏振器，其吸收照明光的不对反射图像源进行照明的椎体。
790.条款8. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中，所述检偏偏振器还吸收与显示图像中的暗部分相关联的图像光。
791.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中用与固体棱镜折射率匹配的透明粘
合剂来将所述平坦反射板接合到平面表面。
792.条款10. 根据条款9所述的头戴式显示器，其中所述透明粘合剂的折射率在固体棱镜的折射率的 /
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0. 05内。
793.条款组b2条款1. 一种用于制造用于头戴式显示器的具有平坦反射表面的固体棱镜的方法，包括：模塑具有一个或多个带屈光力的表面和至少一个平面表面的光学材料的固体棱镜；在模塑之后，应用透明uv固化粘合剂的液滴，所述透明uv固化粘合剂具有与平坦表面的光学材料折射率匹配的折射率；将平坦反射板应用于粘合剂的液滴；允许粘合剂依靠毛细作用跨过平面表面和平坦反射板之间的界面而不向平坦反射板施加压力，以避免使平坦反射板变形，直到整个界面被粘合剂覆盖为止；以及将uv光应用于所述界面以固化粘合剂并形成具有平坦反射表面的固体棱镜。
794.条款2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述平坦反射板被应用，因此平坦反射板的反射侧接触粘合剂，使得所述反射侧在具有平坦反射表面的固体棱镜内部。
795.条款3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述平坦反射板是反射镜。
796.条款4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述平坦反射板是部分反射镜。
797.条款5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述平坦反射板是反射偏振器。
798.条款6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述反射偏振器接触粘合剂，因此所述反射偏振器在具有平坦反射表面的固体棱镜内部。
799.条款7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂填充平面表面上的缩痕。
800.条款组b3条款1. 一种用于显示叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像的头戴式显示器，其包括多重折叠光学器件，所述头戴式显示器包括：具有至少一个带屈光力的表面和平面表面的固体棱镜，其提供与显示图像关联的图像光的光轴的第一内部折叠；组合器，其提供与图像光相关联的光轴的第二折叠；以及其中平坦板反射器接合到固体棱镜的平面表面以向固体棱镜提供平坦反射表面。
801.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述组合器是平坦部分反射镜。
802.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述多重折叠光学器件还包括提供图像光的背部发光显示器或自发光图像源，并且平坦板反射器是全反射镜。
803.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述多重折叠光学器件还包括反射图像源，并且照明光由定位在平坦板反射器后面的背光提供，其中平坦板反射器是部分反射镜，并且照明光透射通过平坦板反射器。
804.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中用与固体棱镜折射率匹配的uv固化透明粘合剂来将所述平坦板反射器接合到固体棱镜的平面表面。
805.条款6. 根据条款5所述的头戴式显示器，其中所述粘合剂填充平面表面上的缩痕。
806.条款7. 根据条款5所述的头戴式显示器，其中所述uv固化透明粘合剂的折射率在固体棱镜的折射率的 /
‑
0. 05内。
807.条款组b4条款1. 一种具有多重折叠光学器件的头戴式显示器，其用于提供叠覆到周围环
境的透视视图上的显示图像，所述头戴式显示器包括：固体棱镜，其提供与显示图像相关联的图像光的第一内部折叠；组合器，其在提供周围环境的透视视图的同时提供图像光的第二折叠；以及与固体棱镜相关联的光学元件，其提供从用户眼睛到眼睛成像相机的反射光的视场。
808.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述光学元件提供被多重折叠的从用户眼睛反射的光的视场。
809.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述光学元件提供单重折叠的从用户眼睛反射的光的视场。
810.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中光学元件和固体棱镜被模塑在一起。
811.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中光学元件在固体棱镜已经被模塑之后附接到固体棱镜。
812.条款组b5条款1. 一种具有折叠光学器件的头戴式显示器，其用于提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像，所述头戴式显示器包括：组合器，其提供周围环境的透视视图并且同时将图像光朝向用户眼睛重定向以提供叠覆的显示图像；光源，其对用户眼睛进行照明；相机，其当用户观看叠覆到透视视图上的显示图像时捕获包括被用户眼睛反射的光的用户眼睛的图像；以及其中所述光源提供红外光，并且相机对红外光是敏感的。
813.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中组合器的一部分包括热反射镜涂层，其对红外光是反射性的并且对可见光是透射性的。
814.条款3. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述相机被定位到组合器的一侧。
815.条款4. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括反射图像光的一部分的部分反射镜涂层。
816.条款5. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括反射图像光的一部分的陷波反射镜涂层。
817.条款6. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括反射图像光的一部分的全息光学元件。
818.条款7. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述光源被定位到组合器的一侧。
819.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括波导，其将图像光从图像源传送到显示区域。
820.条款9. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中所述波导包括有角度部分反射器，其重定向图像光的一部分以供用户观看，并且还重定向被用户眼睛反射的光的一部分以供相机捕获。
821.条款10. 根据条款9所述的头戴式显示器，其中所述图像光和被用户眼睛反射的光是同轴的。
822.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述波导包括：第一部分反射器，其沿波导重定向图像光的一部分而同时将被用户眼睛反射的光的一部分透射到相机；以及第二部分反射器，其将图像光的一部分朝向用户眼睛重定向并且还沿波导重定向被用户眼睛反射的光的一部分。
823.条款12. 根据条款11所述的头戴式显示器，其中所述光源沿波导和被第二部分反射器朝向用户眼睛重定向的光的一部分被引导。
824.条款13. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括波导，其将图像光从图像源传送到显示区域。
825.条款14. 根据条款13所述的头戴式显示器，其中所述照明光通过波导从光源传送以对用户眼睛进行照明。
826.条款15. 根据条款14所述的头戴式显示器，其中所述组合器包括将图像光朝向用户眼睛重定向的全息光学元件。
827.条款16. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述涂层反射大于80%的红外光并且透射大于50%的可见光。
828.条款组b6条款1. 一种具有多重折叠光学器件的紧凑头戴式显示器，其提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像，所述紧凑头戴式显示器包括：第一材料的固体棱镜，其具有折叠光轴的有角度平面表面和提供屈光力的一个或多个表面；由不同于固体棱镜的材料的第二材料制成的具有屈光力的一个或多个附加透镜元件；图像源，其提供与显示图像相关联的图像光；组合器，其折叠光轴并且朝向用户眼睛引导图像光；以及其中所述多重折叠光学器件提供更紧凑的头戴式显示器，并且第一材料和第二材料被选择成减少显示图像中的横向色差。
829.条款组b7条款1. 一种提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像的具有显示光学器件的紧凑头戴式显示器，所述显示光学器件具有多重折叠的光轴，所述紧凑头戴式显示器包括：图像源，其提供与显示图像相关联的图像光；上部光学器件模块，其包括提供屈光力和光轴的第一折叠的多个光学元件；下部光学器件模块，其包括组合器，所述组合器提供光轴的第二折叠以朝向用户眼睛引导图像光，而同时还允许来自周围环境的光穿过到用户眼睛，以使得显示图像被用户看到为叠覆到周围环境的透视视图上；以及其中，上部光学器件包括提供屈光力的固体棱镜以及折叠光轴并且朝向下部光学器件模块引导图像光的反射镜。
830.条款2. 根据条款1所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是自发光微显示器。
831.条款3. 根据条款1所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是oled微显示器。
832.条款4. 根据条款1所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是背部发光lcd微显示器。
833.条款5. 根据条款3所述的紧凑头戴式显示器，其中固体元件的反射镜是部分反射镜，并且用于捕获用户眼睛的图像的相机被定位在部分反射镜后面。
834.条款6. 根据条款5所述的紧凑头戴式显示器，其中所述部分反射镜是冷反射镜，其反射可见光并透射红外光，并且所述相机捕获用户眼睛的红外图像。
835.条款7. 根据条款2所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是反射微显示器。
836.条款8. 根据条款2所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是lcos或flcos。
837.条款9. 根据条款2所述的紧凑头戴式显示器，其中，所述图像源是dlp。
838.条款10. 根据条款8所述的紧凑头戴式显示器，其中固体棱镜的反射镜是具有背光的部分反射镜，所述背光定位在部分反射镜后面以向图像源提供照明光。
839.条款11. 根据条款10所述的紧凑头戴式显示器，其中所述部分反射镜是反射偏振器，其透射照明光的一部分，并且照明光的偏振状态在被图像源反射以提供图像光时改变，使得图像光被部分反射镜所反射。
840.条款12. 根据条款2所述的紧凑头戴式显示器，其中固体棱镜的材料具有与上部光学器件模块中的其他光学元件的材料不同的折射率。
841.条款13. 根据条款12所述的紧凑头戴式显示器，其中与上部光学模块的多个光学元件相关联的材料和屈光力被选择成减少提供到用户眼睛的显示图像中的横向色差。
842.条款14. 根据条款13所述的紧凑头戴式显示器，其中固体棱镜的材料具有比上部光学器件模块中的其他光学元件的材料更高的折射率。
843.条款15. 根据条款14所述的紧凑头戴式显示器，其中固体棱镜的屈光力被选择成减小上部光学器件模块的总体大小。
844.条款16. 根据条款2所述的紧凑头戴式显示器，其中所述上部光学器件模块还包括邻近图像源的场透镜和邻近下部光学器件模块的功率透镜。
845.条款17. 根据条款16所述的紧凑头戴式显示器，其中与固体棱镜相关联的折叠角度被选择成减小上部光学器件模块的总体大小。
846.条款18. 根据条款16所述的紧凑头戴式显示器，其中固体棱镜被选择成减小上部光学器件模块的总体高度。
847.条款组c条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：透视光学元件，其被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛前方；处理器，其适配成在透视光学元件上的视场中呈现数字内容，其中所述数字内容具有取决于周围环境中的位置的视场内的位置；并且所述处理器还适配成在内容接近视场的边缘时修改内容的外观，以使得在内容接近视场的边缘时内容看起来消失。
848.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器包括显示器驱动器。
849.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器包括应用处理器。
850.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容亮度方面的改变。
851.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容对比度方面的改变。
852.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容锐度方面的改变。
853.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容分辨率方面的改变。
854.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成生成辅视场，在所述辅视场中用户观看所呈现的数字内容并且用户通过所述辅视场看到周围环境，所述处理器还适配成将内容从视场过渡到辅视场。
855.条款9. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中与视场中的内容的外观相比，辅视场中的内容的外观被减弱。
856.条款10. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场具有比视场的分辨率更低
的分辨率。
857.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
858.条款12. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
859.条款13. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
860.条款14. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
861.条款15. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由边缘发光lcd生成，所述边缘发光lcd将光投射到组合器上。
862.条款16. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板来呈现。
863.条款17. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板安装在组合器上。
864.条款18. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视显示器被垂直安装。
865.条款19. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
866.条款20. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
867.条款21. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成预测何时内容将要接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。
868.条款22. 根据条款21所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
869.条款组c1条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：透视光学元件，其被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛前方；处理器，其适配成在透视光学元件上的视场中呈现数字内容，其中所述数字内容具有取决于周围环境中的位置的视场内的位置；并且所述处理器还适配成预测何时数字内容由于头戴式透视显示器的位置改变而将要移位出视场以及在内容接近视场的边缘时修改内容的外观，以使得在内容接近视场的边缘时内容看起来消失。
870.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述预测基于指示头戴式透视显示器的面向前方的方向的罗盘朝向。
871.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述预测基于用户的被追踪的眼睛移动，其中被追踪的眼睛移动指示用户将要转动用户头部。
872.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容亮度方面的改变。
873.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容对比度方面的改变。
874.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容锐度方面的改变。
875.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观修改是内容分辨率方面的改变。
876.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成生成辅视场，在所述辅视场中用户观看所呈现的数字内容并且用户通过所述辅视场看到周围环境，所述处理器还适配成将内容从视场过渡到辅视场。
877.条款9. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中与视场中的内容的外观相比，辅视场中的内容的外观被减弱。
878.条款10. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场具有比视场的分辨率更低的分辨率。
879.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
880.条款12. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
881.条款13. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
882.条款14. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
883.条款15. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由边缘发光lcd生成，所述边缘发光lcd将光投射到组合器上。
884.条款16. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板来呈现。
885.条款17. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述面板安装在组合器上。
886.条款18. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述面板被垂直安装。
887.条款19. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成预测何时内容将要接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。
888.条款20. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
889.条款21. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
890.条款22. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
891.条款组c2条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：透视光学元件，其被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛前方；处理器，其适配成在透视光学元件上的主视场中呈现数字内容，用户在所述主视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述主视场看到周围环境；所述处理器还适配成在延伸的视场中呈现数字内容，用户在所述延伸的视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述延伸的视场看到周围环境；所述主视场具有比所述延伸的视场更高的分辨率；并且所述处理器还适配成在主视场中呈现世界锁定的定位的数字内容，并且在头戴式显示器改变位置使世界锁定的定位的数字内容过渡出主视场时将世界锁定的定位的数字内容的呈现过渡到延伸的视场。
892.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器包括显示器驱动器。
893.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器包括应用处理器。
894.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中当与呈现在主视场中的内容相比时，所述延伸的视场具有生成对内容的实质模糊的分辨率。
895.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
896.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
897.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
898.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
899.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由边缘发光lcd生成，所述边缘发光的lcd将光投射到组合器上。
900.条款10. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板生成。
901.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述面板安装在组合器上。
902.条款12. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述面板被垂直安装。
903.条款13. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成预测何时内容将要接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。
904.条款14. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
905.条款15. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
906.条款16. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
907.条款组c3条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：透视光学元件，其被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛前方；处理器，其适配成在透视光学元件上的主视场中呈现数字内容，用户在所述主视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述主视场看到周围环境；所述处理器适配成在延伸的视场中呈现数字内容，用户在所述延伸的视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述延伸的视场看到周围环境；所述主视场具有比所述延伸的视场更高的分辨率；并且所述处理器还适配成在主视场中呈现数字内容的第一部分并且在延伸的视场中呈现数字内容的第二部分。
908.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中当数字内容过大以致不能适合于主视场时，所述处理器在主视场中的数字内容的第一部分和延伸的视场中的数字内容的第二部分之间创建软过渡，以使得数字内容不看起来在主视场的边缘处突然中断。
909.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器适配成生成朝向主视场的边缘的软外观。
910.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器修改朝向显示器的边缘的像素如何渲染内容。
911.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括显示器驱动器，其修改朝向头戴
式显示器的边缘的像素如何渲染内容。
912.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述头戴式显示器具有朝向头戴式显示器的边缘的像素，其与朝向头戴式显示器的中心部分的像素不同地渲染内容。
913.条款7. 根据条款6所述的头戴式显示器，其中朝向边缘的像素具有比朝向头戴式显示器的中心部分的像素更小的增益。
914.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中通过内容过渡算法而数字地更改朝向主视场的边缘的像素。
915.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
916.条款10. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
917.条款11. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
918.条款12. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
919.条款13. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由边缘发光lcd生成，所述边缘发光lcd将光投射到组合器上。
920.条款14. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板生成。
921.条款15. 根据条款14所述的头戴式显示器，其中所述面板安装在组合器上。
922.条款16. 根据条款14所述的头戴式显示器，其中所述面板被垂直安装。
923.条款17. 根据条款14所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
924.条款18. 根据条款14所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
925.条款19. 根据条款1所述的头戴式显示器，所述处理器还适配成预测何时内容将要接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。
926.条款20. 根据条款19所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
927.条款组c4条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：透视光学元件，其被安装为使得它在头戴式透视显示器被用户佩戴时被定位在用户眼睛前方；处理器，其适配成在主视场中呈现数字内容，用户在所述主视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述主视场看到周围环境；所述处理器还适配成在延伸的视场中呈现数字内容，用户在所述延伸的视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述延伸的视场看到周围环境；所述主视场具有比所述延伸的视场更高的分辨率；所述处理器还适配成在主视场中呈现数字内容，并且当内容接近主视场的边缘时缩减内容的外观；并且所述处理器还适配成当在延伸的视场中呈现内容时缩减内容的外观。
928.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器随着内容变得更靠近延伸的视场的边缘而逐渐缩减延伸的视场中的内容的外观。
929.条款3. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中当内容在延伸的视场的边缘处时内容基本上不出现。
930.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观缩减是内容亮度方面的降低。
931.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观缩减是内容对比度方面的降低。
932.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观缩减是内容锐度方面的降低。
933.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中外观缩减是内容分辨率方面的降低。
934.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
935.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
936.条款10. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
937.条款11. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
938.条款12. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由边缘发光lcd生成，所述边缘发光lcd将光投射到组合器上。
939.条款13. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述延伸的视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板生成。
940.条款14. 根据条款13所述的头戴式显示器，其中所述面板安装在组合器上。
941.条款15. 根据条款13所述的头戴式显示器，其中所述面板被垂直安装。
942.条款16. 根据条款13所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
943.条款17. 根据条款13所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
944.条款18. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成预测何时内容将要接近主视场的边缘并且使外观减少至少部分地基于所述预测。
945.条款19. 根据条款18所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
946.条款组c5条款1. 一种头戴式透视显示器的光学系统，包括：主图像内容光学器件，其用于产生中心眼睛图像内容；延伸图像内容光学器件，其用于产生偏离中心眼睛图像内容；组合器，其被定位成向用户呈现图像并且用户通过所述组合器观看周围环境；以及其中主图像内容光学器件和延伸图像内容光学器件中的每一个被定位成将其相应图像光投射到组合器，所述组合器将相应图像光反射到用户眼睛。
947.条款2. 根据条款1所述的光学系统，其中所述组合器将相应图像光直接反射到用户眼睛。
948.条款3. 根据条款1所述的光学系统，其中所述组合器将相应图像光间接反射到用户眼睛。
949.条款4. 根据条款3所述的光学系统，其中所述组合器将相应图像光朝向终极部分反射镜反射。
950.条款5. 根据条款1所述的光学系统，其中所述中心眼睛图像内容和偏离中心眼睛图像内容在反射离开组合器之前穿过光学系统中的至少一个折叠。
951.条款6. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件被安装在组合器正上方，以使得偏离中心眼睛图像被直接投射到组合器。
952.条款7. 根据条款1所述的光学系统，还包括处理器，其适配成在内容从主图像内容光学器件的视场移动到延伸图像内容光学器件的视场并且移动到延伸图像内容光学器件的视场的边缘时协调世界锁定的内容的平滑消失过渡。
953.条款8. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是oled。
954.条款9. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是lcd显示器。
955.条款10. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是led的阵列。
956.条款11. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是线性的。
957.条款12. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是二维的。
958.条款13. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件是弯曲的。
959.条款14. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件生成对应于图像内容的光照效果。
960.条款15. 根据条款1所述的光学系统，其中所述延伸图像内容光学器件包括用于修改投射的透镜系统。
961.条款16. 根据条款15所述的光学系统，其中所述透镜系统包括微透镜的阵列。
962.条款组c6条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：主图像内容显示器，其适配成产生图像光并且在要被透视组合器反射的方向上投射图像光，以使得所述图像光到达用户眼睛；以及辅图像内容显示器，其中所述辅图像内容显示器是透视面板，其定位在用户眼睛正前方并且用于增强由主图像内容显示器递送的视觉体验。
963.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中辅显示器在由主图像显示器产生的主视场外面的区域中提供内容或效果。
964.条款3. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述外面的区域邻近主视场。
965.条款4. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述外面的区域围绕主视场。
966.条款5. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述外面的区域与主视场交叠。
967.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中辅显示器在与由主图像显示器产生的主视场交叠的区域中提供内容或效果。
968.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中辅显示器安装在组合器上，所述组合器适配成将图像光反射到用户眼睛。
969.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中辅显示器垂直安装在由主图像显示器建立的图像光光学路径外面。
970.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括处理器，其适配成追踪用户的眼
睛位置，所述处理器还适配成更改呈现在辅显示器中的内容的位置。
971.条款10. 根据条款9所述的头戴式显示器，其中当用户眼睛移动时，经更改的位置基本上维持从用户的视角的主图像显示器与辅图像显示器的对准。
972.条款11. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
973.条款12. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
974.条款组c7条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：由图像显示器生成的视场，其中用户观看视场中的数字内容并且透视所述视场以观看周围环境；以及处理器，其适配成生成两个类型的内容，其中在视场中呈现两个类型的内容；其中第一类型的内容是具有依赖于周围环境中的地点的视场位置的世界锁定的内容，其中第一类型的内容的外观在第一类型的内容接近视场的边缘时减弱；以及其中第二类型的内容不是世界锁定的，其中第二类型的内容在其接近视场的边缘时维持基本上恒定的外观。
975.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观包括分辨率方面的降低。
976.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观包括亮度方面的降低。
977.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观包括对比度方面的降低。
978.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观由显示器驱动器来调整。
979.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观由应用处理器来调整。
980.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中减弱的外观由生成视场的显示器的经更改的像素来调整。
981.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括由图像显示器生成的辅视场，用户在所述辅视场中观看所呈现的数字内容并且用户通过所述辅视场看到周围环境，所述处理器还适配成将内容从视场过渡到辅视场。
982.条款9. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中与视场中的内容的外观相比，辅视场中的内容的外观被减弱。
983.条款10. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场具有比视场的分辨率更低的分辨率。
984.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器将图像光直接引导到用户眼睛。
985.条款12. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中辅视场通过将图像光反射到组合器上而生成，所述组合器引导图像光朝向终极部分反射镜，所述终极部分反射镜将图像光反射到用户眼睛。
986.条款13. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由oled生成，所述oled将光投射到组合器上。
987.条款14. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由led阵列生成，所述led阵列将光投射到组合器上。
988.条款15. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由边缘发光lcd生成，所述
边缘发光lcd将光投射到组合器上。
989.条款16. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中辅视场由定位在用户眼睛正前方的透视面板生成。
990.条款17. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述面板安装在组合器上。
991.条款18. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述面板被垂直安装。
992.条款19. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是oled。
993.条款20. 根据条款16所述的头戴式显示器，其中所述透视面板是边缘发光lcd。
994.条款21. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述处理器还适配成预测何时内容将要接近视场的边缘并且使外观过渡至少部分地基于所述预测。
995.条款22. 根据条款21所述的头戴式显示器，其中所述预测至少部分地基于眼睛图像。
996.条款组c8条款1. 一种头戴式透视显示器，包括：混合光学系统，其适配成产生用于以高分辨率呈现内容的主透视视场以及用于以较低分辨率呈现内容的辅透视视场，其中主视场和辅视场接近彼此来呈现；处理器，其适配成调节主视场和辅视场的相对接近度；以及眼睛位置检测系统，其适配成检测用户眼睛的位置，其中所述处理器基于用户眼睛的位置来调节主视场和辅视场的相对接近度。
997.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中在定位在用户眼睛正前方的透视oled面板上产生辅视场。
998.条款3. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中在定位在用户眼睛正前方的透视边缘发光lcd面板上产生辅视场。
999.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中在定位在用户眼睛正前方的透视组合器上生成辅视场。
1000.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述相对接近度是水平接近度。
1001.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述相对接近度是垂直接近度。
1002.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述相对接近度定义主视场与辅视场之间的交叠的度量。
1003.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述相对接近度定义主视场与辅视场之间的分离的度量。
1004.条款9. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述眼睛位置检测系统从基本上在眼睛前方的视角对眼睛进行成像。
1005.条款10. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述眼睛位置检测系统随着在包括主视场的区域中离开混合光学系统的透视光学器件的反射而对眼睛进行成像。
1006.条款11. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述眼睛位置检测系统随着在包括辅视场的区域中离开混合光学系统的透视光学器件的反射而对眼睛进行成像。
1007.条款组d条款1. 一种具有周围环境的改善高透射透视视图的头部安装式显示器，所述透视视图具有叠覆的高对比度显示图像，所述头部安装式显示器包括：具有第一光轴的上部光学器件，其包括：发射图像源，所述发射图像源提供包括光
的一个或多个窄光谱带的图像光；一个或多个透镜；杂散光阱；以及具有第二光轴的非偏振下部光学器件，其包括：相对于第一光轴和第二光轴成角度的平面分束器；以及弯曲部分反射镜；其中反射表面中的一个或多个被处理成反射在所述一个或多个窄光谱带内的入射光的大部分并且透射来自周围环境的入射可见光的大部分。
1008.条款2. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是oled显示器。
1009.条款3. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是背部发光lcd。
1010.条款4. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是微led显示器。
1011.条款5. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是等离子显示器。
1012.条款6. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述处理是陷波反射镜涂层，其反射由发射图像源提供的窄光谱带中的至少一个的大部分并且透射可见光的大部分。
1013.条款7. 根据条款6所述的头部安装式显示器，其中所述涂层是陷波反射镜涂层，其反射由发射图像源提供的多个窄光谱带的大部分并且透射可见光的大部分。
1014.条款8. 根据条款6所述的头部安装式显示器，其中所述陷波反射镜涂层被应用到平面分束器。
1015.条款9. 根据条款6所述的头部安装式显示器，其中所述陷波反射镜涂层被应用到弯曲部分反射镜。
1016.条款10. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述处理是多层膜，其反射由发射图像源提供的窄光谱带中的至少一个的大部分并且透射可见光的大部分。
1017.条款11. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述杂散光阱包括一个或多个圆偏振器。
1018.条款12. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述杂散光阱包括在两侧上具有四分之一波膜的偏振器。
1019.条款13. 根据条款12所述的头部安装式显示器，其中所述杂散光阱被定位在透镜和分束器之间。
1020.条款14. 根据条款11所述的头部安装式显示器，其中所述圆偏振器被定位为邻近于图像源。
1021.条款15. 根据条款11所述的头部安装式显示器，其中第一圆偏振器被定位为邻近于图像源，并且第二圆偏振器被定位在透镜和分束器之间。
1022.条款16. 根据条款13所述的头部安装式显示器，其中所述透镜向分束器提供远心图像光，其穿过杂散光阱。
1023.条款17. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述杂散光阱吸收来自反射的图像光或来自周围环境的透视视图的光的穿过下部光学器件并且朝向图像源传递的光。
1024.条款18. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中由用户所看到的环境的透视视图包括来自周围环境的可用光的至少50%。
1025.条款19. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中由用户所看到的环境的透视视图包括来自周围环境的可用光的至少60%。
1026.条款20. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中由用户所看到的环境的透视视图包括窄光谱带内的来自周围环境的可用光的至少20%。
1027.条款组d1条款1. 一种提供具有叠覆的高对比度显示图像的周围环境的高透射透视视图的具有宽显示视场的头部安装式显示器，其包括：具有第一光轴的上部光学器件，其包括：发射图像源，其提供包括光的一个或多个窄光谱带的图像光；一个或多个透镜；杂散光阱；以及具有第二光轴的非偏振下部光学器件，其包括：相对于第一光轴和第二光轴成角度的平面分束器；以及弯曲部分反射镜；其中上部光学器件和下部光学器件被设计成与具有移动的人类眼睛的敏锐度相对应地提供有限的中心锐利区和不太锐利的周围外围区。
1028.条款2. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述中心锐利区是 /
‑
15度或更小。
1029.条款3. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述中心锐利区是 /
‑
20度或更小。
1030.条款4. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述外围区从中心锐利区延伸到至少 /
‑
25度。
1031.条款5. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中多个像素的横向色差呈现在对应于外围区的显示图像的部分中。
1032.条款6. 根据条款5所述的头部安装式显示器，其中所述横向色差是5像素或更多。
1033.条款7. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源提供了是100度或更大夹角的图像光的锥体。
1034.条款8. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述光学器件具有2.5或更快的f#。
1035.条款9. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射显示器包括像素和子像素，并且发射显示器分辨率和显示视场被选择为使得每一个子像素在宽显示视场内对着小于近似1/50度，以使相邻子像素不可分辨。
1036.条款10. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射显示器包括像素，并且发射显示器和显示视场被选择为使得每一个像素在宽显示视场内对着小于近似1/30度，以使相邻有色像素不可分辨。
1037.条款11. 根据条款10所述的头部安装式显示器，其中所述发射显示器是1080p显示器，并且显示视场小于73度对角线。
1038.条款12. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射显示器包括像素，并且发射显示器和显示视场被选择为使得每一个像素在宽显示视场内对着小于近似1/50度，以使相邻黑色和白色像素不可分辨。
1039.条款13. 根据条款1所述的头部安装式显示器，还包括光阱，其捕获反射回到图像源的光。
1040.条款14. 根据条款13所述的光阱，其中所述光阱包括在两侧上具有四分之一波膜
的偏振器的夹层结构。
1041.条款15. 根据条款13所述的光阱，其中所述光阱被定位在上部光学器件和下部光学器件之间。
1042.条款16. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中宽视场包括50度或更大夹角。
1043.条款17. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中宽视场包括大于22:9的格式比，以使得能够实现光学器件的减小厚度。
1044.条款18. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中光学器件的中心锐利区的外部边缘具有在图像源的奈奎斯特频率处高于20%的mtf，并且外围区的外部边缘具有在图像源的奈奎斯特频率处小于20%的mtf。
1045.条款19. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中光学器件的中心锐利区的外部边缘具有在图像源的奈奎斯特频率处高于20%的mtf，并且外围区的外部边缘具有在图像源的1/2奈奎斯特频率处小于20%的mtf。
1046.条款组d2条款1. 一种用于操作具有宽显示视场的头戴式显示器的方法，所述头戴式显示器为观看所显示的宽视场图像提供改善舒适度，所述方法包括：检测用户的眼睛移动和头部移动；检测高于第一预定阈值的眼睛移动之后是高于第二预定阈值的头部移动，其中检测到的眼睛移动和检测到的头部移动处于相同方向上；以及与用户头部的随后的所检测的移动相对应地移位宽显示视场内的所显示的宽视场图像，以由此将所显示的宽视场图像的外围部分移动到宽显示视场的中心部分中，在该处所显示的宽视场图像的外围部分能够在更居中的位置被用户用其眼睛观看。
1047.条款2. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括眼睛相机，并且用眼睛相机检测眼睛移动。
1048.条款3. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括惯性测量单元，并且用惯性测量单元检测相对于环境的头部移动。
1049.条款4. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括捕获周围环境的一部分的图像的相机，并且通过分析环境的图像中的相对改变来检测相对于环境的头部移动。
1050.条款5. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括捕获用户身体的一部分的图像的相机，并且通过分析用户身体的图像中的相对改变来检测相对于用户身体的头部移动。
1051.条款6. 根据条款5所述的方法，其中头戴式显示器中的相机是指向下的。
1052.条款7. 根据条款1所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括头部安装式显示器中的第一惯性测量单元以及附接到用户身体的第二惯性测量单元，并且根据第一惯性测量单元和第二惯性测量单元之间的差分改变来确定相对于用户身体的用户头部的移动。
1053.条款8. 根据条款3所述的方法，其中通过头部安装式显示器中的惯性测量单元的时间加权平均来进行测量。
1054.条款9. 根据条款1所述的方法，还包括下述步骤：在该步骤中当检测到眼睛正看着宽显示视场的中心部分时停止宽显示视场内的所显示的宽视场图像的移位。
1055.条款10. 根据条款1所述的方法，还包括下述步骤：在该步骤中当宽视场图像的边
缘被确定为已经移位到宽显示视场的中心部分时停止宽显示视场内的所显示的宽视场图像的移位。
1056.条款11. 一种用于操作当观看不同应用时具有改善的舒适度的具有宽显示视场的头部安装式显示器的方法，其中所述头部安装式显示器包括提供中心锐利区的光学器件，所述方法包括：用户选择具有图像的应用以供在头部安装式显示器中观看；用户选择用于观看图像的视场；头部安装式显示器将图像重定大小成所选择的视场并且显示图像；以及如果经重定大小的图像在角度上大于预定大小；检测用户眼睛的移动之后是用户头部的移动，其中眼睛移动和头部移动相对于固定参考点处于相同方向上；以及与用户头部的所检测到的移动相对应地以及在与用户头部的所检测到的移动相反的方向上移位宽显示视场内的所显示的宽视场图像，以将图像的外围部分移动到中心锐利区中，在该处所述图像的外围部分能够在用户眼睛的减少移动的情况下被用户观看。
1057.条款12. 根据条款11所述的方法，其中固定参考点是环境。
1058.条款13. 根据条款12所述的方法，其中头部安装式显示器包括用于检测眼睛移动的眼睛相机和用于检测头部移动的惯性测量单元。
1059.条款14. 根据条款12所述的方法，其中头部安装式显示器包括用于检测眼睛移动的眼睛相机和用于检测头部移动的相机。
1060.条款15. 根据条款11所述的方法，其中固定参考点是用户身体。
1061.条款16. 根据条款15所述的方法，其中头部安装式显示器包括用于检测眼睛移动的眼睛相机和用于检测头部移动的惯性测量单元。
1062.条款17. 根据条款16所述的方法，其中通过头部安装式显示器中的第一惯性测量单元和附接到用户身体的第二惯性测量单元的比较性测量来进行测量。
1063.条款18. 根据条款15所述的方法，其中通过头部安装式显示器中的惯性测量单元的时间加权平均来进行测量。
1064.条款19. 根据条款15所述的方法，其中中心锐利区在所显示的宽视场中小于 /
‑
20度。
1065.条款20. 根据条款15所述的方法，其中所显示的宽视场至少是 /
‑
25度。
1066.条款组d3条款1. 一种提供宽视场和具有叠覆的高对比度显示图像的周围环境的高透射透视视图的具有改善形状因子的头部安装式显示器，其包括：具有第一光轴的上部光学器件，其包括：提供图像光的发射图像源；一个或多个透镜；杂散光阱；以及具有第二光轴的非偏振下部光学器件，其包括：相对于第一光轴和第二光轴成角度的平面分束器；以及弯曲部分反射镜；其中头部安装式显示器提供具有减小的垂直视场和大于22:9的格式的矩形图像，由此使得能够实现针对给定的对角线显示视场的上部光学器件和下部光学器件的减小的厚度。
1067.条款2. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中宽视场包括50度或更大夹角的显示视场。
1068.条款3. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源提供大于100度夹角的图像光的锥体。
1069.条款4. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述头部安装式显示器还包括用于左眼和右眼的单独的立体显示器，其中的每一个提供50度或更大的显示视场，并且用于左眼和右眼的显示视场仅部分交叠，以使得组合的视场大于立体显示器中的每一个。
1070.条款5. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中上部光学器件包括两个或更多透镜，并且在上部光学器件中的两个或更多透镜之间提供远心区，并且通过改变透镜之间的间距来提供聚焦距离方面的改变而没有显的图像的放大率方面的改变。
1071.条款6. 根据条款5所述的头部安装式显示器，其中提供用于聚焦距离的手动改变的机构。
1072.条款7. 根据条款5所述的头部安装式显示器，其中电驱动的致动器被包括以提供聚焦距离方面的自动改变。
1073.条款8. 根据条款7所述的头部安装式显示器，其中聚焦距离方面的自动改变被提供以将显示图像的一部分定位在与增强现实应用相关联的视距离处。
1074.条款9. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中在上部光学器件和下部光学器件之间提供远心区，并且通过改变上部光学器件和下部光学器件之间的间距来提供聚焦距离方面的改变而没有显示图像的放大率方面的改变。
1075.条款10. 根据条款9所述的头部安装式显示器，其中提供用于聚焦距离的手动改变的机构。
1076.条款11. 根据条款9所述的头部安装式显示器，其中电驱动的致动器被包括以提供聚焦距离方面的自动改变。
1077.条款12. 根据条款11所述的头部安装式显示器，其中聚焦距离方面的自动改变被提供以将显示图像的一部分定位在与增强现实应用相关联的视距离处。
1078.条款13. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是oled显示器。
1079.条款14. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是背部发光lcd显示器。
1080.条款15. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源是微led阵列显示器。
1081.条款16. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述光阱捕获反射回到发射图像源的杂散光。
1082.条款17. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述光阱通过捕获上部光学元件中的杂散光来增加被用户看到的显示图像中的对比度。
1083.条款18. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中显示视场的中心区域用于显示具有比显示视场更低的格式比的图像，并且显示视场的在显示图像外面的部分用于显示附加信息。
1084.条款19. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射图像源提供是100度或更大夹角的图像光的锥体，并且所述光学器件具有2.5或更快的f#。
1085.条款20. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述发射显示器包括像素和子像素，并且发射显示器和显示视场被选择为使得每一个像素在宽显示视场内对着小于近似1/30度，以使相邻有色子像素不可被人类眼睛分辨。
1086.条款组d4条款1. 一种向用户提供具有显示图像的改善视觉均匀性的周围环境的高透射透视视图和宽显示视场的头部安装式显示器，其包括：具有第一光轴的上部光学器件，其包括：提供图像光的发射图像源；一个或多个透镜；以及具有第二光轴的非偏振下部光学器件，其包括：相对于第一光轴和第二光轴成角度的平面部分反射分束器；以及弯曲部分反射镜；以及其中部分反射表面中的至少一个包括陷波反射镜处理。
1087.条款2. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述上部光学器件向下部光学器件提供远心光，以通过减小与入射到包括陷波反射镜处理的表面上的与显示图像相关联的光的角度范围来改善显示图像中的均匀性。
1088.条款3. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中显示图像被数字修改成径向增加显示图像中的数字亮度，以补偿来自陷波反射镜处理的径向亮度滚降。
1089.条款4. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中显示图像被数字修改成径向增加显示图像中的颜色渲染，以补偿来自陷波反射镜处理的角度上的基色改变。
1090.条款5. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中陷波反射镜处理反射红色、绿色和蓝色光的窄带。
1091.条款6. 根据条款5所述的头部安装式显示器，其中红色、绿色和蓝色光的窄带与发射显示器所输出的有色光的带匹配。
1092.条款7. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中陷波反射镜处理具有针对s偏振入射光的较高反射率。
1093.条款8. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中陷波反射镜处理具有对入射光的偏振不敏感的反射率。
1094.条款9. 根据条款1所述的头部安装式显示器，还包括多个光学元件，以及其中相邻光学元件之间的距离能够被调节以改变显示图像的聚焦距离。
1095.条款10. 根据条款9所述的头部安装式显示器，其中传感器被提供以在聚焦距离被调节时测量相邻光学元件之间的距离。
1096.条款11. 根据条款10所述的头部安装式显示器，其中显示图像在被显示之前被数字修改，以补偿与聚焦距离方面的改变相关联的显示图像的大小方面的改变。
1097.条款12. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述陷波反射镜处理是涂层。
1098.条款13. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述陷波反射镜处理是膜。
1099.条款14. 根据条款1所述的头部安装式显示器，其中所述陷波反射镜处理是相位匹配的纳米结构。
1100.条款组e条款1. 一种装置，包括：平台，其机械地适配成在用户头部上佩戴；透视图像显示器，其被安装在平台上并适配成向用户眼睛呈现图像内容，其中所述透视图像显示器还向用户提供接近用户的环境的透视视图；可移除且可替换的眼罩，其适配成连接到平台，其中眼罩还适配成包含从与用户的面部接口处形成的内部腔体逸出的光；以及可移除且可替换的外部透镜，其沿着与环境的用户透视视图成一线的光轴安装在平台上。
1101.条款2. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩适配成用磁体连接到平台。
1102.条款3. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩适配成用机械附接连接到平台。
1103.条款4. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩适配成至少部分地通过被附接到平台的臂部保持就位而连接到平台，其中所述臂部适配成将平台保持在用户头部上。
1104.条款5. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有在2%与5%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1105.条款6. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有在5%与10%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1106.条款7. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有在10%与20%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1107.条款8. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有大于20%的透视透明度。
1108.条款9. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有可电子调节的透明度。
1109.条款10. 根据条款9所述的装置，其中可电子调节的透明度基于液晶系统。
1110.条款11. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有在呈现给用户眼睛的视场后方的区域中的低透明度以及在视场后方的区域外的较高透明度。
1111.条款12. 根据条款1所述的装置，其中外部透镜具有用于调节透视透明度的可机械调节的交叉偏振器。
1112.条款13. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩具有向用户提供周围环境的视角的透明度的区域。
1113.条款14. 根据条款13所述的装置，其中所述透明度是部分透明度。
1114.条款15. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩还包括内部光照效果系统，其提供与在视场中呈现的内容相协调的外围光照效果。
1115.条款16. 根据条款15所述的装置，其中内部光照效果系统用led或oled产生光照效果。
1116.条款17. 根据条款16所述的装置，其中光照效果是有色光照效果。
1117.条款18. 根据条款15所述的装置，其中内部光照系统包括光源，其基本上围绕用于受控地投放效果光照方向的内侧腔体。
1118.条款19. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩还包括触觉效果系统，其适配成实现与视场中呈现的内容相协调的触觉效果。
1119.条款20. 根据条款19所述的装置，其中触觉效果系统包括压电振动系统。
1120.条款21. 根据条款20所述的装置，其中压电振动系统被定位在眼罩的一侧上。
1121.条款22. 根据条款20所述的装置，其中压电振动系统被定位在眼罩的顶部上。
1122.条款23. 根据条款20所述的装置，其中压电振动系统被定位在眼罩的底部上。
1123.条款24. 根据条款1所述的装置，还包括眼罩和平台之间的数据连接。
1124.条款25. 根据条款24所述的装置，其中通过附接系统建立数据连接，所述附接系统将眼罩机械地连接到平台。
1125.条款26. 根据条款24所述的装置，其中所述数据连接是无线数据连接。
1126.条款组e1
条款1. 一种杂散光抑制系统，包括：护罩，其机械地适配成可移除地且可替换地安装到透视显示系统，所述透视显示系统适配成佩戴在用户头部上；所述护罩还适配成当安装在透视显示系统上时抑制从透视显示系统发射的光并且抑制周围环境光进入透视显示系统的侧面；并且所述护罩还包括外围光照效果系统。
1127.条款2. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成用磁体可移除地且可替换地安装到透视显示器。
1128.条款3. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成用机械附接可移除地且可替换地安装到透视显示器。
1129.条款4. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成可移除地且可替换地安装到透视显示器并且至少部分地由附接到透视显示器的臂部保持就位，其中所述臂部适配成将平台保持在用户头部上。
1130.条款5. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在2%与5%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1131.条款6. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在5%与10%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1132.条款7. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在10%与20%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1133.条款8. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有大于20%的透视透明度。
1134.条款9. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在呈现给用户眼睛的视场后方的区域中的低透明度以及在视场后方的区域外的较高透明度。
1135.条款10. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩具有向用户提供周围环境的视角的透明度的区域。
1136.条款11. 根据条款10所述的系统，其中所述透明度是部分透明度。
1137.条款12. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩还包括触觉效果系统，其适配成实现与视场中呈现的内容相协调的触觉效果。
1138.条款13. 根据条款12所述的系统，其中触觉效果系统包括压电振动系统。
1139.条款14. 根据条款13所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的一侧上。
1140.条款15. 根据条款13所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的顶部上。
1141.条款16. 根据条款13所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的底部上。
1142.条款17. 根据条款1所述的系统，还包括适配成连接所述护罩和透视显示器的数据连接。
1143.条款18. 根据条款1所述的系统，其中通过附接系统建立数据连接，所述附接系统将所述护罩机械地连接到透视显示器。
1144.条款19. 根据条款1所述的系统，其中所述数据连接是无线数据连接。
1145.条款20. 根据条款1所述的系统，其中外围发光效果系统用led或oled产生光照效果。
1146.条款21. 根据条款20所述的系统，其中光照效果是有色光照效果。
1147.条款22. 根据条款1所述的系统，其中外围光照效果系统包括光源，其基本上围绕用于受控地投放效果光照方向的内部腔体。
1148.条款组e2条款1. 一种杂散光抑制系统，包括：护罩，其机械地适配成可移除地且可替换地安装到透视显示系统，所述透视显示系统适配成佩戴在用户头部上；所述护罩还适配成当安装在透视显示系统上时抑制从透视显示系统发射的光并且抑制周围环境光进入透视显示系统的侧面；并且所述护罩还包括触觉光照效果系统。
1149.条款2. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成用磁体可移除地且可替换地安装到透视显示器。
1150.条款3. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成用机械附接可移除地且可替换地安装到透视显示器。
1151.条款4. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩适配成可移除地且可替换地安装到透视显示器并且至少部分地由附接到透视显示器的臂部保持就位，其中所述臂部适配成将平台保持在用户头部上。
1152.条款5. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在2%与5%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1153.条款6. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在5%与10%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1154.条款7. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在10%与20%之间的透视透明度，以针对用户产生沉浸式环境而同时产生维持用于用户到周围环境的视觉连接的透明度。
1155.条款8. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有大于20%的透视透明度。
1156.条款9. 根据条款1所述的系统，其中光抑制系统还包括外部透镜，其中外部透镜具有在呈现给用户眼睛的视场后方的区域中的低透明度以及在视场后方的区域外的较高透明度。
1157.条款10. 根据条款1所述的系统，其中所述护罩具有向用户提供周围环境的视角的透明度的区域。
1158.条款11. 根据条款10所述的系统，其中所述透明度是部分透明度。
1159.条款12. 根据条款1所述的系统，其中触觉效果系统包括压电振动系统。
1160.条款13. 根据条款1所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的一侧上。
1161.条款14. 根据条款1所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的顶部上。
1162.条款15. 根据条款1所述的系统，其中压电振动系统被定位在眼罩的底部上。
1163.条款16. 根据条款1所述的系统，还包括适配成连接所述护罩和透视显示器的数
据连接。
1164.条款17. 根据条款16所述的系统，其中通过附接系统建立数据连接，所述附接系统将所述护罩机械地连接到透视显示器。
1165.条款18. 根据条款16所述的系统，其中所述数据连接是无线数据连接。
1166.条款组f条款1. 一种装置，包括：眼罩，其适配成可移除地安装在具有透视计算机显示器的头戴式计算机上；以及连接到眼罩的具有可调节架的音频耳机，其中可调节架提供延伸和旋转以向头戴式计算机的用户提供将音频耳机与用户耳部对准的机构。
1167.条款2. 根据条款1所述的装置，其中音频耳机包括与眼罩上的连接器相连接的音频线，眼罩连接器适配成可移除地与头戴式计算机上的连接器配对。
1168.条款3. 根据条款1所述的装置，其中音频耳机适配成通过无线连接从头戴式计算机接收音频信号。
1169.条款4. 根据条款1所述的装置，其中头戴式计算机具有可移除且可替换的前透镜。
1170.条款5. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩包括对眼罩内部的系统供电的电池。
1171.条款6. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩包括对头戴式计算机内部的系统供电的电池。
1172.条款7. 根据条款1所述的装置，其中所述眼罩包括风扇，其适配成在由用户面部所部分地限定的内部空间与外部环境之间交换空气，以冷却内部空间中的空气。
1173.条款8. 根据条款1所述的装置，其中所述音频耳机包括振动系统，其适配成向用户提供与透视计算机显示器中呈现的数字内容相协调的触觉反馈。
1174.条款9. 根据条款1所述的装置，其中所述头戴式计算机包括振动系统，其适配成向用户提供与透视计算机显示器中呈现的数字内容相协调的触觉反馈。
1175.条款10. 一种装置，包括：眼罩，其适配成可移除地安装在具有透视计算机显示器的头戴式计算机上；以及安装到眼罩的柔性音频耳机，其中所述柔性向头戴式计算机的用户提供将音频耳机与用户耳部对准的的机构。
1176.条款11. 根据条款10所述的装置，其中用磁性连接将柔性音频耳机安装到眼罩。
1177.条款12. 根据条款10所述的装置，其中用机械连接将柔性音频耳机安装到眼罩。
1178.条款组g条款1. 一种提供叠覆到周围环境的透视视图上的所显示的立体图像的头戴式显示器，其中与所显示的立体图像相关联的聚焦距离和聚散度距离能够改变，所述头戴式显示器包括：左显示光学器件和右显示光学器件，其每一个包括上部光学器件和部分反射组合器，其中每个上部光学器件包括图像源、照明源以及一个或多个透镜；两个可移除聚焦移位元件，每一个被定位在图像源之一和其相应的组合器之间以改变所显示的立体图像的聚焦距离；以及集成处理器，其向左显示光学器件和右显示光学器件提供立体图像并且适配成将立体图像定位在聚散度距离处，所述聚散度距离与聚焦距离相对应地改变。
1179.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述聚焦移位元件将所述聚焦距离改变为在用户的臂长内的聚焦距离。
1180.条款3. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所显示的立体图像包括一个或多个增强现实对象。
1181.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中可移除聚焦移位元件针对左显示光学器件和右显示光学器件是分离的。
1182.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中可移除聚焦移位元件被结合在左显示光学器件和右显示光学器件之间。
1183.条款6. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括传感器，其检测可移除聚焦移位元件的存在。
1184.条款7. 根据条款6所述的头戴式显示器，其中所述传感器还检测关于与可移除聚焦移位元件相关联的聚焦移位的信息。
1185.条款8. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中图像处理器通过用改变的视差渲染立体图像来改变立体图像的部分的聚散度距离。
1186.条款9. 根据条款8所述的头戴式显示器，其中整个立体图像的视差被改变以向立体图像提供不同的聚散度观看距离。
1187.条款10. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括矫正透镜，其定位在组合器后方以基于用户的感知来改善显示图像和透视视图二者的视图。
1188.条款11. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中矫正透镜、组合器和可移除聚焦移位元件被连接。
1189.条款12. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中与可移除聚焦移位元件所关联于的所检测到的聚焦移位相对应地自动改变所显示的立体图像的聚散度距离。
1190.条款13. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中聚焦移位元件还包括条形码，其描述由聚焦移位元件提供的聚焦移位量，并且所述条形码由传感器来检测。
1191.条款14. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中当检测到可移除聚焦移位元件时，将可视指示符添加到显示图像。
1192.条款15. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中当检测到可移除聚焦移位元件时，修改显示图像的呈现。
1193.条款16. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述聚焦移位元件是菲涅尔透镜。
1194.条款17. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述矫正透镜是菲涅尔透镜。
1195.条款18. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述矫正透镜是可调节透镜。
1196.条款19. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中所述矫正透镜附接到头戴式显示器的框架，以使得所述矫正透镜可以在不使用时外摆出显示视场。
1197.条款20. 根据条款10所述的头戴式显示器，其中聚焦移位元件和矫正透镜在可移除组件中附接在一起。
1198.条款组g1条款1. 一种用于头戴式显示器的装置，其提供叠覆到周围环境的透视视图上的显示图像的观看距离方面的改变，所述装置包括：上部光学器件，其包括图像源、照明源、一个或多个透镜以及聚焦改变模块；部分反射组合器；集成处理器；以及其中聚焦改变模块在预定位置之间移动图像源，从而提供针对显示图像的两个或更多聚焦距离。
1199.条款2. 根据条款1所述的装置，其中所述聚焦改变模块在两个预定位置之间移动
图像源，所述两个预定位置使得显示图像能够被提供有在用户的臂长内的一个聚焦距离和超过用户的臂长的另一个聚焦距离。
1200.条款3. 根据条款1所述的装置，其中所述聚焦改变模块包括横向移动以在预定位置之间移动图像源的楔形物。
1201.条款4. 根据条款3所述的装置，其中一个或多个螺线管用于横向移动所述楔形物。
1202.条款5. 根据条款3所述的装置，其中手动操作的螺杆用于横向移动所述楔形物。
1203.条款6. 根据条款3所述的装置，其中电动机用于转动横向移动所述楔形物的螺杆。
1204.条款7. 根据条款3所述的装置，其中所述楔形物被定位在图像源和透镜之间，并且所述楔形物包括用于光穿过到透镜和组合器的窗口。
1205.条款8. 根据条款3所述的装置，其中所述楔形物被定位在图像源上方。
1206.条款9. 根据条款1所述的装置，其中所述聚焦改变模块包括导引机构，其与图像源相关联以对预定位置之间的图像源的移动进行导引。
1207.条款10. 根据条款9所述的装置，其中所述导引机构是销钉。
1208.条款11. 根据条款9所述的装置，其中所述导引机构是片簧。
1209.条款12. 根据条款9所述的装置，其中所述导引机构是四杆联动机构。
1210.条款13. 根据条款3所述的装置，其中所述楔形物是透明的，并且楔形物的横向移动改变经过所述楔形物的光学厚度，其改变显示图像的聚焦距离。
1211.条款组g2条款1. 一种在头戴式显示器中与用户的眼睛移动相对应地调节显示图像的聚焦距离的方法，所述头戴式显示器包括集成处理器、惯性测量单元和左光学器件模块和右光学器件模块，所述左光学器件模块和右光学器件模块中的每一个包括：具有聚焦调节模块的显示光学器件、一个或多个透镜以及组合器；以及捕获用户眼睛的图像的相机，所述方法包括：用相机捕获至少一只用户眼睛的图像；用处理器分析所捕获的图像以确定用户眼睛正看着的相对方向；根据用户眼睛正看着的所确定的相对方向来确定用户正看着的显示图像的部分；以及控制聚焦调节模块来与用户正看着的图像的所确定的部分相对应地调节针对显示图像的聚焦距离。
1212.条款2. 根据条款1所述的方法，还包括以下步骤：用惯性测量单元确定头戴式显示器的注视方向，将用户眼睛正看着的相对方向与所确定的注视方向进行比较以确定用户正看着的罗盘方向。
1213.条款3. 根据条款1所述的方法，还包括捕获用户的左眼和右眼的图像的两个相机。
1214.条款4. 根据条款3所述的方法，还包括分析用户的左眼和右眼的图像以确定用户的左眼和右眼正看着的相对方向。
1215.条款5. 根据条款4所述的方法，还包括以下步骤：分析用户的左眼和右眼正看着的相对方向之间的差异以确定用户的聚散度观看距离；以及与聚散度观看距离相对应地调节与显示图像的一部分相关联的聚散度距离。
1216.条款6. 根据条款5所述的方法，还包括以下步骤：将聚散度观看距离与用户正看
着的图像的所确定部分关联于的聚散度距离相比较，以确定用户正看着显示图像还是周围环境的透视视图。
1217.条款7. 根据条款1所述的方法，其中响应于用户眼睛正看着的相对方向方面的改变来连续地调节聚焦距离。
1218.条款8. 根据条款5所述的方法，其中显示图像是立体图像，并且所述方法还包括以下步骤：与用户眼睛正看着的立体图像的所确定部分和立体图像的该部分所关联于的视差相对应地调节聚焦距离和聚散度距离。
1219.条款9. 根据条款6所述的方法，其中所述头戴式显示器还包括相机，其捕获在用户前方的周围环境的图像，并且所述方法还包括以下步骤：如果用户正看着周围环境的透视视图，则基于用户的左眼和右眼正看着的所确定的相对方向来在用户正看着的周围环境的所捕获的图像中识别对象。
1220.条款10. 根据条款9所述的方法，其中基于在用户正看着的周围环境中所识别的对象来修改显示图像。
1221.条款11. 根据条款1所述的方法，其中所述相机还包括自动聚焦，并且所述方法包括以下步骤：基于与用户眼睛的所捕获的图像相关联的元数据来确定自动聚焦的聚焦设置，以确定矫正透镜的存在。
1222.条款12. 根据条款11所述的方法，其中取决于矫正透镜是否被确定为存在来修改聚焦调节模块的调节。
1223.条款组g3条款1. 一种用于观看增强现实映像的头戴式显示系统，所述增强现实映像包括叠覆到周围环境的透视视图上的对象的显示图像，所述头戴式显示系统包括：提供图像的集成处理器；聚焦调节模块，其包括图像源、致动器和导引机构；多重折叠显示光学器件，其包括一个或多个透镜；照明源；组合器，其反射来自图像源的光的一部分并且透射来自周围环境的光的一部分。
1224.条款2. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述多重折叠显示光学器件包括聚焦调节模块和组合器之间的折叠反射镜。
1225.条款3. 根据条款2所述的头戴式显示器，其中所述折叠反射镜将显示光学器件折叠到组合器的侧面，以降低显示光学器件的高度。
1226.条款4. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述多重折叠显示光学器件包括棱镜。
1227.条款5. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述显示光学器件在图像源处是远心的。
1228.条款6. 根据条款5所述的头戴式显示器，其中所述照明源提供图像源的远心照明。
1229.条款7. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括捕获用户眼睛的图像的相机。
1230.条款8. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中用户眼睛的所捕获的图像是在被相机捕获之前从组合器反射的。
1231.条款9. 根据条款7所述的头戴式显示器，还包括对用户眼睛进行照明的led。
1232.条款10. 根据条款9所述的头戴式显示器，其中led提供相机所敏感于的红外光。
1233.条款11. 根据条款1所述的头戴式显示器，还包括惯性测量单元。
1234.条款12. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述致动器是耦合到一对楔形物的螺线管。
1235.条款13. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述致动器是一对双晶片压电致动器。
1236.条款14. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述致动器是剪型千斤顶致动器。
1237.条款15. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述致动器是音圈电机。
1238.条款16. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述导引机构是片簧。
1239.条款17. 根据条款1所述的头戴式显示器，其中所述导引机构是四杆联动机构。
1240.条款18. 根据条款3所述的头戴式显示器，其中所述聚焦调节模块位于组合器的侧面，图像源近似垂直地取向并且与致动器和导引机构相比更靠近多重折叠显示光学器件。
1241.条款19. 根据条款7所述的头戴式显示器，其中所述眼睛相机包括自动聚焦。
1242.条款20. 根据条款19所述的头戴式显示器，其中与自动聚焦相关联的聚焦设置用于进行自动调节。
1243.条款组h条款1. 一种方法，包括：用头戴式显示器中的照明源对用户眼睛进行照明；用头戴式显示器中的眼睛相机捕获用户眼睛的图像，其中所述图像包括由从用户眼睛的表面反射的来自照明源的光产生的眼睛闪光；以及与眼睛闪光的大小方面的改变相对应地识别针对用户眼睛的聚焦距离方面的改变。
1244.条款2. 根据条款1所述的方法，其中所述照明源是led。
1245.条款3. 根据条款1所述的方法，其中所述照明源是来自头戴式显示器的显示图像。
1246.条款4. 根据条款1所述的方法，其中聚焦距离方面的所识别的改变用于确定用户在周围环境中正看着什么。
1247.条款5. 根据条款1所述的方法，其中聚焦距离方面的所识别的改变用于自动选择用于头戴式显示器的显示模式。
1248.条款6. 根据条款5所述的方法，其中所述显示模式包括显示图像应该更明亮还是更暗淡。
1249.条款7. 根据条款1所述的方法，其中聚焦距离方面的所识别的改变用于确定用户正看着显示图像还是用户正看着周围环境。
再多了解一些
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