近眼显示投影仪的制作方法

1.本技术总体涉及显示投影仪，并且更具体地涉及近眼显示投影仪。


背景技术：

2.近眼显示器被越来越多地使用。在近眼显示器中，观察者的眼睛非常靠近透镜，因此该系统是个人成像系统。图像出现在用户的视野中。与将图像投影到屏幕或表面上以供查看的成像系统不同，在近眼显示器中，图像从透镜上的视域被投影到人类视网膜上，在此处图像被感知为在观察者的前面。从透镜上的查看光瞳到用户眼睛的距离可能只有几毫米。许多近眼系统被提供在可穿戴便携式设备中，例如眼镜或护目镜。
3.在一些示例中，该系统可以提供沉浸式的查看体验，因此观察者只能看到由系统投影的图像，而沉浸式的查看系统阻挡来自其他光源的光。虚拟现实(“vr”)系统对于游戏、模拟器、培训系统或用于电影、游戏或视频演示的虚拟2d或3d查看是有用的。
4.使用近眼显示器的替代系统是透射系统，其中透镜充当光学组合器。在那些替代系统中，观察者通过近眼显示器的透镜进行观察，并且透镜将由系统提供的图像与观察者正在观察的场景进行光学组合。示例是增强现实(“ar”)系统。在一些系统中，用户以类似于太阳镜或眼镜的方式佩戴ar头戴视图器(headset)或眼镜，并且透镜显示的信息增加(“增强”)用户在佩戴该设备时观察的真实视觉环境。在其他系统中，诸如汽车或航空航天的“平视(heads up)”显示器，观察者注视(look into)近眼显示器，并且成像系统将图像添加到观察者面前的场景中。以此方式，观察者可以在观察场景的同时接收附加信息，诸如车速、燃油表、系统消息和类似数据。
5.示例近眼显示系统包括透射透镜，该透射透镜以与正在通过透镜查看的场景光学组合的图像的形式显示视觉信息。例如，可以与正在观察的场景一起显示和查看通知。此类通知的示例包括社交媒体消息、包含关于对象或地点的导航信息、天气、交通、历史或旅游信息的文本、零售优惠(诸如与佩戴者附近或正在被佩戴者查看的商店或地点相关的销售或广告)、股票报价、体育比分或其他上下文驱动的通知或信息。交互式游戏可以使用ar头戴视图器进行，诸如“寻宝游戏(scavenger hunts)”或涉及在某个位置寻找虚拟对象的游戏，或对用户找到目标地点或对象的能力进行评分的游戏。系统可以提供导航辅助，例如指示前往目的地的方向、何时离开高速公路、在何处转弯或即将发生的危险(例如指示前方发生事故或前方交通缓慢)的文本提示。随着佩戴者在环境中移动并通过设备的透射透镜进行观看，该系统可以利用各种视觉信息、提示或辅助来增强体验。该系统可以包括处理器并且可以包括网络连接(诸如蜂窝连接、wi-fi连接、蓝牙连接)，或者显示系统可以耦合到包括这种连接的另一设备(诸如智能手机、平板电脑、便携式网络浏览器、视频播放器或笔记本电脑)。一些ar系统提供始终在用户视野中的全视场显示，而其他ar系统可能会在用户必须专门观看才能看到的部分视野处提供小型显示，例如“智能”眼镜。
6.在示例近眼显示系统中，投影仪被安装到可穿戴式头戴视图器，以将显示信息提供到透镜的波导。投影仪包括光学元件和反射元件，诸如透镜、反射镜和照明源。在一些系
统中，空间光调制器(“slm”)提供来自视频数据源的图像。ar或vr眼镜或头戴视图器可能会变得非常笨重，以便提供用于容纳包括光学器件、空间光调制器和照明元件的投影仪所需的物理空间。因此，眼镜或头戴视图器会变得沉重且使佩戴者不舒服。当佩戴眼镜或头戴视图器一段时间后，佩戴者可能会对支撑眼镜或头戴视图器的鼻子和耳朵的区域感到擦伤或受伤。


技术实现要素：

7.一种近眼显示装置包括：具有视域的透镜，该透镜包括具有波导输入和波导输出的波导，并且该波导输出光学耦合到该视域；具有投影仪输出的光学投影仪，该光学投影仪包括光学棱镜元件、空间光调制器和照明源，该照明源光学耦合到光学棱镜元件并且被配置为在特定方向上将照明光提供到光学棱镜元件中，该空间光调制器光学耦合到光学棱镜元件并且被配置为接收来自光学棱镜元件的照明光并反射图案化光，并且光学棱镜元件被配置为在特定方向上将图案化光提供到投影仪输出；以及光学折叠元件，该光学折叠元件光学耦合在投影仪输出和波导输入之间，该光学折叠元件被配置为在至少两个不同方向上折叠图案化光的光路。
附图说明
8.图l是近眼显示系统的简化图。
9.图2是使用光学投影仪的近眼显示系统的简化框图。
10.图3是光学投影系统的主要元件的简化框图。
11.图4是紧凑型光学投影系统的示例布置的简化框图。
12.图5a和图5b分别是用于近眼显示系统的示例说明性布置的平面图和侧视图。
13.图6a和图6b分别是一些布置的光学折叠元件的正视图和侧视图。
14.图7是具有两个照明源和单个空间光调制器以便为近眼显示系统提供视频的替代布置的另一框图。
15.图8是使用图7的投影仪的可佩戴近眼显示系统的布置的正视图。
16.图9a和图9b分别是合并图4或图7的安装到可穿戴近眼显示系统中的镜腿件的紧凑型光学投影仪的示例布置的侧视图和俯视图。
17.图10是合并图5和图8的布置中近眼系统特征、图4的示例紧凑型光学投影系统和阻挡不需要的光的不透明盖的vr系统布置的侧视图。
18.图11是合并本说明书的特征的光学投影系统的简化电路图。
具体实施方式
19.在附图中，除非另有说明，否则对应的数字和符号一般是指对应的部件。附图不一定按比例绘制。
20.在本说明书中，当术语“耦合”描述元件之间的关系时，其不限于“连接”或“直接连接”，还可以包括通过中间元件建立的连接，并且任何“耦合”的元件之间可以存在附加元件和各种连接件。在本说明书中，“光学耦合”的元件在元件之间具有光学连接，但“光学耦合”的元件之间可以存在各种中间元件。
21.在本说明书中，“直列式(in-line)”光学投影仪是其中照明光路(在第一方向上进入光学系统)和投影光路(调制光离开光学系统)在相同的第一方向上对齐的投影仪。在这些示例中，光学系统使用棱镜将进入光学系统的照明光反射到空间光调制器的面上，然后棱镜再次反射调制光(由空间光调制器反射或传递)以对准照明光路离开光学系统。在一些示例中，空间光调制器的面具有平行于对准光路(in line optical path)定向的平面表面。
22.在本说明书中，术语“光学折叠元件”是指通过以一定角度反射光来改变光路方向从而将在第一方向上行进的入射光的方向改变为相对于第一方向成角度的新方向的元件。在示例布置中，光学折叠元件将光路折叠至少两次。在一些示例中，光学折叠元件以直角折叠光路，但其他角度也是可能的。
23.这些布置适用于ar近眼投影仪系统和vr近眼投影仪系统两者。可以使用vr或ar系统查看诸如3d和2d游戏、2d和3d电影、全息图、电视节目、事件的视频流(直播和录制或延迟)、社交媒体和其他视觉演示的娱乐。音频输出可以与该系统结合使用，为视觉体验添加声音，诸如头戴受话器(headphone)、耳机(earphone)或耳塞(有线和无线，诸如蓝牙耳塞)。可以合并麦克风以启用来自用户的语音命令操作，并用于语音呼叫，无论是使用蜂窝网络还是互联网协议上的语音。可以进行视频会议。
24.为了向ar或vr头戴视图器的佩戴者显示视觉信息，光学投影仪与近眼显示器被一起使用。近眼显示器可以包括通过透镜中的光波导耦合到投影仪的输出的查看显示区域。一些系统中的波导或成对的波导(每个具有靠近每个眼睛定位的视域(viewing area)，如在眼镜或护目镜中)提供用户注视且同时透视(lookthrough)的屏幕。
25.在本说明书中，一种近眼显示器包括与透射透镜结合的紧凑型直列式光学投影仪，该透射透镜包括在透镜内的波导。紧凑型光学直列式投影仪可以被安装到在用户视野之外的透镜或一对透镜，因此其对用户来说是不可见的。在一个示例中，紧凑型直列式光学投影仪被安装到视野上方和透镜的前表面上，并且具有相对于从透镜的前表面延伸的距离可做得较薄的形状因子，因此紧凑型光学投影仪不会从透镜延伸出太远，并且因此其使可佩戴的透镜或多个透镜舒适且适用于长时间佩戴，例如全天佩戴。通过减小固定到一个或多个透镜的光学投影仪的厚度，近眼显示系统对佩戴者的鼻子和耳朵施加的压力比不使用这些布置的其他方式可能要小。
26.在示例布置中，紧凑型直列式光学投影仪通过将光路折叠至少两次的光学折叠元件耦合到透镜(或多个透镜)中的波导。在附加布置中，紧凑型直列式投影仪可以被安装在可穿戴近眼显示器的镜腿件上，并且紧凑型投影仪被安装在佩戴者的视野之外，其中在紧凑型光学投影仪的前面的输出耦合到透镜的后表面处的光学输入以供佩戴者观察，并且投影仪输出通过将光路折叠至少两次的光学折叠元件耦合到透镜中的波导，从而将投影仪输出耦合到透镜的光学输入中。这些布置是可配置的，以提供增强现实(ar)系统，其中波导是透射透镜的一部分，并且这些透镜将来自光学投影仪的视频图像与通过透镜查看的场景组合起来。在可替代示例中，这些布置被配置为容纳在虚拟现实(vr)系统中的不透明覆盖物内或被不透明覆盖物覆盖，因此vr系统将来自光学投影仪的图像显示给注视透镜的观察者，而佩戴者看不到透镜前面的任何东西。以这种方式，相同的可穿戴近眼显示器可以轻松地从vr应用转换为ar应用，然后再转换回来。
27.近眼显示系统的示例用途包括旅游、导航、社交媒体、培训、模拟器和教育布置，其中佩戴者正在查看的场景被显示的信息增强。vr应用可以呈现游戏、电影(例如交互式和立体2d或3d电影和演示)、教育和商业演示以及其他视觉信息。该系统可以是交互式的，例如通过添加麦克风并具有响应用户的口头命令的系统。紧凑型光学投影仪可以接收来自各种源的视频以进行显示，包括智能手机、媒体播放器、便携式计算机、平板电脑、互联网浏览器或流媒体设备，并且可以使用电缆或蓝牙或其他空中无线接口(诸如nfc或wifi)或使用红外接口来耦合。游戏控制台和台式计算机、dvd播放器、媒体播放器或其他web界面设备可以提供用于显示的视频。音频设备(例如头戴受话器、耳塞、耳机产品(earpod)或扬声器)可以与可穿戴近眼显示设备组合使用或结合使用。
28.在不使用该布置形成的显示设备中，光学投影仪系统被安装在佩戴者的视野上方并远离透镜的前表面延伸，因此条带环绕观察者的头部(或经常使用头盔)。在该示例中，该系统太大且笨重，无法在没有条带的情况下舒适地佩戴，同时由观察者的鼻子和耳朵支撑。为了形成与眼镜或头戴视图器类似的具有观察者舒适度的系统，该系统应由观察者的鼻子和耳朵支撑，并且长时间佩戴时不会过度擦伤或摩擦。
29.图1描绘用于ar应用的示例性传统近眼显示系统100。在图1中，透射透镜被安装到用户佩戴的头戴视图器上。投影仪系统被集成到头戴视图器中并耦合到透射透镜，以提供增强信息(例如文本、图形、图像或其他可视信息)，用于在用户佩戴该系统时结合通过透镜观察到的场景进行查看。例如，用于显示给佩戴者的添加视频可以包括视觉导航提示。透射透镜是视觉合成器，因此佩戴者观察到的场景包括：透镜前面的场景；以及来自ar系统投影仪的文本、图形或其他显示的视频图像。由于透镜和投影仪的组合太笨重，后条带系统将近眼显示系统绑在佩戴者的头部上。该后条带通过将压力转移到头部后部，缓解了否则将由佩戴者的鼻子和耳朵承受的部分压力。由于条带在用户的头部后部的后面并跨过用户的头部后部，因此该系统在长时间使用期间会变得不舒服，并且在佩戴该设备时看起来也没有吸引力。
30.图2是类似于ar系统100的ar系统200的侧视图。具有折叠架构的光学投影仪系统201被附接到至少部分透射的透镜203的前表面，因此佩戴系统200的佩戴者205查看靠近佩戴者眼睛的透镜203的后表面。佩戴者205可以注视透镜203并透过透镜203观看以观察透镜203前面的场景。光学投影仪201具有从透镜203的前表面远离佩戴者的眼睛延伸的厚度“t1”。由于投影仪的厚度远离透镜的前部并远离佩戴者的眼睛延伸，因此投影仪的重量主要由佩戴者的鼻子支撑。如图1所示，可能需要后条带或其他支撑物将重量和支撑转移到佩戴者的头部后部，从而减少如果系统的重量搁置在佩戴者的鼻子上可能会出现的不适。在图2中，折叠式架构投影仪的厚度t1可能至少为12毫米，甚至可能更厚。投影仪201远离透镜的前表面延伸一段距离，该距离在佩戴者的鼻子上产生额外的压力，并且在长时间使用时使系统不舒服，或者如果佩戴者的鼻子被摩擦或擦伤，甚至会感到疼痛。
31.图3示出具有空间光调制器(slm)以提供视频图像的光学投影仪300的示例架构。在图3中，照明由led 343、342和346提供，在示例彩色照明技术中这些led可以是红色、绿色和蓝色。然而，也可以使用替代照明源，例如具有反射器的白炽灯、具有色轮的单灯、激光器或激光荧光粉照明。led可以包括光学涂层或准直光学器件341，其收集并准直由led输出的光。此外，如图3所示，两个led 342和346(诸如红色led和绿色led)在单个集成设备上示出，
而蓝色led 343是独立部件。替代系统(为清楚起见未示出)具有三个单独的led设备(红色、绿色和蓝色)，并且x形状的两个二向色板(所谓的“x-box”棱镜)将三种颜色红、绿、蓝(rgb)组合成彩色照明源。在图3的示例中，二向色板348在一个表面处反射来自红色led 346的光，在第二表面处反射来自绿色led 342的光，并使来自蓝色led 343的光穿过板348到达照明路径。在替代布置中，可以使用许多led或者针对一种颜色使用多个led，而不是每种颜色一个led。
32.在图3中，附加光学元件(其为准直仪349)被放置在led 342、346和二向色板348之间。准直仪减小光束发散角。积分器347位于二向色板348之后的照明路径中。积分器347可以是“蝇眼”积分器(也被称为透镜阵列)或棒积分器或管积分器。积分器产生更均匀的光束，然后该光束可以透射通过一个或多个中继透镜(诸如中继光学器件351)。中继光学器件(诸如351)延长照明路径的长度。
33.在该示例布置中，镜子361折叠照明光路。该反射折叠镜还使照明光线能够以期望的角度到达空间光调制器(“slm”)373。例如，slm 373可以是数字微镜设备(“dmd”)。由于dmd 373通过在显示图案的同时倾斜反射镜来调制光线，因此照明光线以一定角度照射镜子。折叠镜361使得更容易实现照明光角度的控制。附加的中继光学器件(诸如352)可以位于镜子361和dmd 373之间。
34.如图3所示，为了使用诸如dmd 373的反射式空间光调制器(slm)，进入dmd封装件的来自镜子361的照明光线与离开slm 373中的镜子的图案化光线在物理上相互分开，以避免干扰彼此。反向全内反射(rtir)棱镜可以将照明系统的光线与透射到投影光学器件中的图像光线分开。题为“coupling prism assembly and projection system using same”的美国专利号5,309,188公开了一种使用全内反射在相对小空间内分开照明光路和投影光路的棱镜布置，该专利通过引用整体并入本文。如图3所示，楔形棱镜375和tir棱镜376形成耦合棱镜，该耦合棱镜完成照明光线与图像光线所需的分开。来自slm 373的图案化光线射出棱镜376并耦合到投影系统中。在此示例中，投影系统包括元件354、356和359。
35.图3示出由led光源和照明光学器件形成的光路与从slm反射到输出的调制光的投影光学器件的光路之间的空间350。该空间350不用作光路的一部分，但仍然是rtir投影系统300的架构所需要的。在rtir折叠结构中，需要空间350来为光线提供场所以不受干扰地横穿光路。
36.对于近眼显示设备中的光学投影仪，期望更小的物理面积。如图2所示，投影系统201的尺寸和形状因数会对可佩戴近眼投影系统的舒适度和可佩戴性产生负面影响。投影仪的厚度，尤其是远离透射透镜的前面延伸的厚度(图2中的t1)，会在用户佩戴该系统时造成不适。
37.图4以框图或平面图示出与这些布置一起使用的紧凑型直列式投影系统400。该紧凑型投影系统类似于2017年9月5日发布的美国专利9,756,300中描述的那些系统，该专利通过引用整体并入本文。外壳453保护投影系统免受湿气、损坏和外来光源的影响。此外，外壳453提供视觉上吸引人的对象。例如，外壳可以是模制塑料、铝、陶瓷、尼龙、金属等，并且可以被密封以防潮或可以被制成是防潮的。例如，它可以被气密密封。如图4所示，照明元件(为了清楚说明，在该图中简化为方框431)沿着由图4中的光线451表示的照明路径将光(诸如红、绿、蓝(rgb)彩色光束)传送到盖棱镜435中，该盖棱镜包括集成表面441、全内反射
(tir)表面442和不对称弯曲反射器443。楔形棱镜437位于盖棱镜435的一个透射出射表面442上或邻近该表面，以进一步控制到第二反向全内反射(rtir)棱镜433的光路方向。照明光(在图4中由射线451表示)进入盖棱镜435并被tir表面442反射到弯曲反射器面443，然后被再次反射并透射通过盖棱镜435和楔形棱镜437并且通过第二棱镜433，照射到空间光调制器439的表面上。
38.例如，slm 439可以是数字微镜设备(dmd)。在将dmd用于slm 439的布置中，dmd上的微镜加载有对应于图像数据的调制图案，并且微镜将照明光反射为图案化光，该图案化光然后再次进入第三棱镜433并照射到rtir表面上。图案化光然后被反射并在与照明光进入盖棱镜的方向对齐的方向上(如图4中的射线453所表示)离开棱镜433，并且投射的图案化光然后从第三棱镜输出到投影光学元件430。如图4所示，进入盖棱镜的照明光(射线451)和图案化光(射线453)在相同的方向和相似的平面上行进，因此照明路径和图案化光路是“直列式”的。照明光路和图案化光路不需要是直接对齐的，而是在相同方向上的并且是平行的。该直列式光学投影系统的总体积大大减小(当与图3的折叠rtir架构相比时)。此外，slm 439被定位在光路451、453上方(如元件在图4中所定向)，并且slm 439被定位成使其反射表面与横穿系统的光的方向平行，并且如系统在图4中所定向，从而相对于第三棱镜433面朝下。在替代布置中(未示出)，盖棱镜、楔形棱镜和第三棱镜可以围绕“直列式”光路旋转，因此slm 439可以位于光路下方(如元件在图4中所定向)，并且因此slm439将改为相对于盖棱镜435、楔形棱镜437和第三棱镜433面朝上。
39.在所图示的布置中，投影光学器件将从系统400出来的图案化光束光学耦合并使其进入光学折叠元件445中。光学折叠元件445将投射的图案化光中的光折叠至少两次，包括一次向下(如图4中所定向)且然后再次将光透射朝向图4的观察者(其在页面外)。如下所述，图案化光束可以耦合到近眼显示器的透射透镜中的波导的输入部分。光瞳449代表光学折叠元件445的输出。在附加的替代布置中，可以使用其他反射slm设备，例如硅上液晶(lcos)slm。各种尺寸的有用的dmd设备可从德克萨斯仪器股份有限公司(texas instruments incorporated)获得。光学折叠元件可以以直角或其他角度折叠光路，并且附加的反射元件可以将光路折叠两次以上，以形成替代布置。在该示例中，光学折叠元件首先将来自投影仪的光路向下折叠并使其平行于透镜的前表面，然后将光路第二次折叠，以引导光垂直于透镜表面并进入光学输入中，该光学输入光学耦合到透镜内的波导。替代布置能够首先将光向上折叠，或者在某个其他方向上折叠，并且光学输入可以被放置在透镜的不同区域中，例如在外部或外围部分，而不是如附图中所示的中心部分。许多替代布置是可能的。
40.图5a和图5b示出注视透射透镜561的后表面的平面图(图5a)中的系统501和从透射透镜561的侧面看的侧视图(图5b)中的系统501。在图5a中，紧凑型光学系统400耦合到光学折叠元件445。光学折叠元件445具有光学耦合到透射透镜565的输入部分的输出449。透射透镜565具有将投射的图像耦合到透镜中的显示部分566的内波导(未示出)，并且具有布置成填充佩戴者的视野的“眼框(eye box)”。波导包括内反射光学表面以形成内部光路，因此从紧凑型光学投影仪400输出的图案化光可以被透射到透镜565的眼框部分566。
41.图5b示出具有内波导的透镜565的侧视图。光学折叠元件445将紧凑型投影仪400的输出耦合到透镜565中的波导的输入。如图5b所示，紧凑型光学投影仪和光学折叠元件
445的厚度t2比图2中的厚度t1薄。在示例中，厚度t2小于10毫米，并且可以薄到6毫米。紧凑型投影仪和光学折叠元件将图像提供到透射透镜中。观察者可以观察到这样的图像。在这些布置中，图像具有横向取向，其从一侧到另一侧比其从顶部到底部的高度更宽。该图像取向可以与dmd设备的取向相匹配，因此dmd的横向取向可以有效地使用所有像素区域。
42.图6a和图6b分别示出光学折叠元件445的正视图和侧视图。在图示示例中，光学折叠元件中的光学表面是平坦的。但在替代示例中，弯曲表面(和其他形状)可用于改善佩戴者看到的图像质量。在图6a中，来自紧凑型投影仪(诸如图5a、图5b中的400)的光在平行于紧凑型投影仪的直列式光路的方向上进入第一tir棱镜446的表面。然后，光首先通过在垂直于第一方向的方向上(在该示例中向下)的反射被折叠，并进入位于第一棱镜下方的第二tir棱镜448中。然后光通过反射被第二次折叠(在该示例中，再次在垂直方向上)以将其引导朝向透镜(未示出)或进入图6a的页面中。在图6b中，侧视图示出第二次折叠，其中光从其上方的棱镜446进入第二棱镜448，并朝向透镜被反射出棱镜448。通过将图案化光所横穿的光路折叠至少两次，将光从光学投影仪的输出向下移动，然后反射到透镜中的波导的输入中。在这些布置中，紧凑型投影仪可以位于近眼显示系统的佩戴者的视野上方，因此光学投影仪处于佩戴者的视野之外。在图示的示例中，光路的两次折叠都成直角(90度)。但在替代布置中，光路以其他角度折叠。其他布置可以向光学折叠元件445添加更多光学元件，以便将光路折叠两次以上，例如三次。在光学折叠元件445中可以使用弯曲表面代替平坦表面。
43.图7是使用两个照明源431、432的替代布置的平面图。照明源431、432输出照明光以用于空间光调制器439，例如dmd。每个照明源包括红色led和绿色led(诸如照明源431中的442和446)、在不同源处反射红色光和绿色光的二向色元件448以及其光线透射穿过元件448的蓝色led 443。通过与改变slm 439上的相应调制模式同步地对两个照明源431、432进行时分复用，紧凑型投影700的布置可以产生用于近眼显示器中的两个透镜的视频图像，例如佩戴者的每只眼睛对应一个透镜。通过将不同的视频图像显示在左右透镜上以供佩戴者的左右眼睛分别查看，可以投射立体图像(包括具有深度感知的3d图像)以供查看。左右眼睛使用不同的图像可以创建深度感知，这在3d电影和电视、模拟器和训练、3d游戏系统以及全息图或立体图中很有用。
44.在图7中，盖棱镜435(具有反射表面和不对称反射器443)与图4中所示的相同，并且其将在表面441处接收到的照明光输出通过楔形棱镜437并进入第二棱镜433中，然后输出到空间光调制器439的镜子上。调制光被从slm 439反射到第二棱镜433中，并且从第二棱镜433内部反射出，以在与进入盖棱镜435的照明光线相同的方向上离开，因此紧凑型投影仪700是如上面关于图4所描述的直列式光学投影仪。来自第二棱镜433的调制光穿过投影光学器件430，从直列式光学投影仪出来，并进入光学折叠元件745中。投影光学器件430可以包括若干光学元件，但是为了清楚说明起见被示出为一个光学元件。
45.光学折叠元件745类似于图4的光学折叠元件445。在该示例中，输出光瞳749具有左侧和右侧，用于耦合到布置在近眼显示系统中的一对透射透镜的外表面上的相应左右透镜光学输入中(如下面所描述的图8所示)。通过分别操作照明系统431和432，当在slm 439上同时显示对应的rgb调制图案时，可以将左右图像数据投射到一对透射透镜中的各个透镜。
46.图8是近眼显示系统800的一部分的正视图，其具有眼镜865中的左透镜和右透镜，
分别供佩戴者的左眼和右眼查看。系统800包括来自图7的紧凑型光学投影700，其具有直列式光学投影和两个照明源。紧凑型光学投影仪被安装在近眼显示系统865的佩戴者的视野上方。如图8中所示，它可以包括在中心耦合的一对透镜以形成一个元件。光学折叠元件745接收来自投影仪700的调制光并将其折叠两次(一次向下并且一次进入眼镜865的光学输入中)以将调制光学耦合到左输入光瞳853和右输入光瞳851中。每个输入光瞳853、851耦合到相应的扩展透镜，然后耦合到相应的反射波导。反射波导将扩展图像传送到对应的左眼框866和右眼框867以供佩戴者查看。使用两个照明源对左右图像进行时分复用，以将不同的图像投射到观察者的左眼和右眼，但是有些布置可能将相同的图像投射到双眼。系统800可以用作vr系统，其中观察者浏览视域，并且透镜将投射的视频图像与佩戴者前面的场景进行光学组合。此外，通过添加不透明的屏蔽物或覆盖物，系统800可用作ar显示设备(下面描述)，其中观察者仅看到来自投影仪700的图像。例如，可以向观察者显示3d电影或3d游戏视频。
47.图9a和图9b示出可以使用紧凑型光学投影仪形成的替代布置，该紧凑型光学投影仪具有直列式投影和具有包括波导的透射透镜的光学折叠元件(如上所述)。图9a示出系统900的侧视图，并且图9b示出俯视图。图9a和图9b示出单个透镜元件565或双透镜865，并且图像可以被投射到一个或两个透镜。如图9a最清楚地显示，在该替代布置中，紧凑型光学投影仪(如上所述的400或700)可以被安装到可佩戴的近眼显示器的镜腿件(temple piece)，并且紧凑型光学投影仪的输出朝向透镜(如上所述的565或865)的后表面处的光学输入被向前引导。来自紧凑型光学投影仪的调制光被引导到透镜元件的输入光瞳中。在另一替代布置中，紧凑型光学投影仪的外壳和可佩戴的近眼显示器的镜腿件被组合成单个外壳。紧凑型光学投影仪可以为如上所述的系统中的一个或两个透镜供应图像。另一替代布置具有针对每个透镜的相应紧凑型光学投影仪，因此第一紧凑型光学投影仪被安装在右镜腿件上，并且第二紧凑型光学投影仪被安装在左镜腿件上，但第二紧凑型光学投影仪增加了系统的总成本和重量。为了支撑和进一步固定近眼显示系统900，将听筒903附接到镜腿901。直列式紧凑型光学投影仪尺寸的减小提高了佩戴者在这种布置中的舒适度。
48.图10是上面所描述的近眼显示系统适合用作ar系统1000的布置的侧视图。在图10中，可佩戴的近眼显示器(如图5所示)通过在透镜565上方添加用于阻挡环境光的不透明盖或屏蔽物1001来进行调适，同时还防止佩戴者查看透镜565前面的对象。紧凑型光学投影400和光学折叠元件445再次耦合到透镜565，因此视频图像在透镜565的视域(在图10的侧视图中不可见)中被显示给观察者。以此方式，近眼显示系统可以作为沉浸式vr系统进行操作。
49.图11是用于投影仪系统的附加电路系统的框图。空间光调制器(诸如dmd)包括各种电子部件(诸如电子电路系统)，以将用于显示的数字视频信息(dvi)加载到空间光调制器中，并控制用于空间光调制器的照明源(例如led或灯)。图11是与上面所描述的紧凑型光学投影系统一起使用的示例布置1100的简单电路图。微处理器、混合信号处理器、数字信号处理器(dsp)、微控制器单元(mcu)或其他可编程设备1101执行指令，这些指令使其输出用于显示的数字视频信号。多种来源可以提供图11中标记为dvi的数字视频信号，诸如互联网浏览器和存储在视频卡、闪存卡、usb驱动器、固态驱动器(ssd)、相机、个人电脑、游戏机、智能手机、摄像机等中的文件。微处理器1101耦合到数字dmd控制器1103，该数字dmd控制器是
另一数字视频处理集成电路。模拟控制器ic 1107控制照明源431的强度和功率。dmd控制器1103向dmd 439提供数字数据以调制照射到dmd表面的照明光，并且模拟dmd控制器1107向dmd 439提供功率和模拟信号。来自照明源led 431的光线被提供给照明部件435(诸如上文所描述的盖棱镜和楔形棱镜)，并且光线照射dmd 439的镜子。如上所述，用于投影的反射光离开dmd 439的表面并行进到投影光学器件430中。集成电路1103、1107一起使dmd 439和光学部件将数字视频信号投影为图像。
50.图11的示例集成电路包括可从德克萨斯仪器股份有限公司获得的混合信号处理器，诸如任何msp430afe系列处理器。有用的dmd控制器ic的示例包括dlpc3430 dmd控制器和可以提供数字控制器和模拟控制器功能两者的dlpc2601 asic设备。来自德克萨斯仪器股份有限公司的有用的模拟dmd控制器设备包括dlpa2000设备。例如，led控制器设备可用于打开和关闭rgbled。组合的模拟和数字dmd控制器设备可以向dmd提供信号和用于控制照明源的信号(例如dlpc300)。
51.空间光调制器dmd 439可以是从德州仪器公司商购的各种尺寸的数字微镜设备(dmd)。可用的dmd设备包括：vsp(“超小像素”)技术设备，其提供菱形微镜阵列，这些微镜在对角轴线上从平面定位倾斜 /-12度；以及trp(“倾斜和滚动像素”)技术设备，其提供块形微镜阵列，这些微镜在复合运动中首先在一个方向上水平倾斜，然后在第二方向上竖直倾斜，从平面方位倾斜 /-17度。也可以使用来自其他来源的dmd设备。每个dmd设备提供数千甚至数百万个微镜，这些微镜可通过更改每个微镜的存储单元中的存储值来单独寻址。
52.为了实现完整的投影系统，用于dmd设备和为红色、绿色和蓝色led以及透镜聚焦马达提供功率的模拟和数字控制ic可以从德克萨斯仪器股份有限公司获得。来自德克萨斯仪器股份有限公司的dmd设备包括dlp2010dmd，其为提供宽vga(wvga)分辨率的0.2英寸对角设备。许多其他dmd设备是可用的。尽管德克萨斯仪器股份有限公司的这些设备在此列出作为对本说明书的布置有用的集成电路的示例，但许多其他集成电路也是有用的。
53.在还结合了本说明书的附加方面的替代布置中，可以使用其他类型的空间光调制器设备来实施空间光调制器439。例如，可以使用硅上液晶(lcos)设备。这些设备(如数字微镜设备(dmd))包括可单独控制的反射元件，以将图像调制成投射的光线。也可以使用lcd空间光调制器。这些附加的替代布置提供了本说明书的附加有利方面。
54.在权利要求的范围内，对所描述的示例进行修改是可能的，并且其他示例也是可能的。