CN103765294B - 用于头戴式显示器的轻质目镜 - Google Patents

Abstract

一种目镜包含目镜框架、输入耦合偏振分束器PBS、末端反射器和输出耦合PBS。所述目镜框架界定空气腔，且包含用于将计算机产生的图像CGI光接收到所述目镜框架中的照明区以及待与用户的眼睛对准的观看区。所述输入耦合PBS被支撑在所述目镜框架内所述照明区处以将所述CGI光重新引导到沿着所述空气腔朝向所述观看区延伸的前向传播路径。所述末端反射器经安置以在所述目镜框架内沿着反向传播路径往回反射所述CGI光。所述输出耦合PBS被支撑在所述观看区处以使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，且重新引导沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光离开所述目镜框架的朝向眼睛侧。

Description

用于头戴式显示器的轻质目镜

技术领域

本发明大体涉及光学元件的领域，且特定来说(但不排除其它)涉及近眼式光学***。

背景技术

头戴式显示器(“HMD”)是一种佩戴在头部上或周围的显示装置。HMD通常并入有某种近眼式光学***以在人眼的几厘米内发出光图像。单眼显示器称为单筒HMD，而双眼显示器称为双筒HMD。一些HMD仅显示计算机产生的图像(“CGI”)，而其它类型的HMD能够在现实视图上叠加CGI。此后一类型的HMD可充当用于实现扩增现实的硬件平台。利用扩增现实，观看者眼中世界的图像以也称为平视显示器(“HUD”)的上覆CGI扩增。

HMD具有许多实际和休闲应用。航空航天应用允许飞行员在不将其视线离开飞行路径的情况下看见重要飞行控制信息。公共安全应用包含地图的策略性显示和热成像。其它应用领域包含视频游戏、交通运输和电信。随着技术发展当然会存在新发现的实际和休闲应用；这些应用中的许多应用归因于用于实施现有HMD的常规光学***的成本、大小、重量、视场和效率而受到限制。

附图说明

参看以下图式描述本发明的非限制性和非详尽实施例，图式中，除非另外指定，否则相同参考数字贯穿各图指代相同零件。

图1A说明使用输入透镜和两个镜面的第一常规近眼式光学***。

图1B说明使用角度灵敏二向色镜的第二常规近眼式光学***。

图1C说明使用全息衍射光栅的第三常规近眼式光学***。

图2是根据本发明的实施例的目镜的横截面图。

图3是根据本发明的实施例的目镜的透视图。

图4是根据本发明的实施例的目镜的照明模块的横截面图。

图5A和5B说明根据本发明的实施例的目镜的末端反射器的横截面图。

图6A和6B说明根据本发明的实施例的线栅偏振器的前视图和侧视图。

图7是说明根据本发明的实施例目镜将近眼式图像递送给用户的操作过程的流程图。

图8是根据本发明的实施例以目镜实施的双筒HMD的俯视图。

具体实施方式

提供用于头戴式显示器(“HMD”)目镜的操作的***、设备和方法的实施例。在以下描述中，陈述许多特定细节以提供对实施例的彻底理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可在没有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下或以其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以免混淆某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各处短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现不一定全部指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或一个以上实施例中以任何适宜的方式组合。

图1A说明使用输入透镜和两个镜面的第一常规近眼式光学***101。图像源105输出由两个镜面110和115反射的图像，所述图像形成接近眼睛的图像120。图像源105通常安装在头部上方或头部的侧部，而镜面110和115使观看者面部的前方周围的图像向其眼睛120弯曲。由于人眼通常不能聚焦于放置在几厘米内的物体，所以此***需要***在第一镜面110与图像源105之间的透镜125。透镜125通过将图像源105定位在透镜125的焦点f内部而产生比镜面115的实际位置从眼睛向后移位更远的虚拟图像。光学***101受到由镜面110和115的广度以及透镜125的大体积限制的相对小的视场影响。可通过将镜面110和115放置在高折射率材料内以压缩入射角而或多或少地改进所述视场，但波导的厚度快速增加以实现较大视场。

图1B说明使用角度灵敏二向色镜的第二常规近眼式光学***102。光学***102包含安置在波导140内的单一输入耦合镜面130和两个输出耦合二向色镜135。此***使用来自放置在无穷远处的虚拟图像的准直输入光且使用全内反射(“TIR”)沿着波导140向下朝向输出耦合二向色镜135导引输入光。为在眼睛120处产生有用图像，输入光的每一入射角应对应于所发射光的单一输出角。由于光可潜在地在向下轨道(射线段145)或向上轨道(射线段150)上反射离开输出镜面135，所以每一输入角可潜在地导致多个输出角，借此破坏输出图像。为克服此问题，光学***102使用角度灵敏二向色镜135，所述角度灵敏二向色镜使具有足够接近法线的入射角的光通过，同时反射具有足够倾斜入射角的光。然而，使一些入射角通过同时反射其它入射角的二向色镜110的性质限制了光学***100的视场且降低了***的光学效率。另外，这些二向色镜涂层不提供锐角截断，从而产生重像效应。角度灵敏二向色镜涂层需要复杂且定制的涂层设计，其不具成本效益。

图1C说明使用全息衍射光栅的第三常规近眼式光学***103。光学***103类似于光学***102，但使用全息衍射光栅150替代镜面130和135。衍射光栅150是低效反射器，因为其仅反射较高阶衍射同时使第一阶衍射通过，第一阶衍射含有光学波前中的能量的最大部分。除了是较差的光学反射器外，输入和输出衍射光栅必须彼此精确调谐，否则输出图像将遭受色彩分离。实现输入与输出光栅150之间足够的匹配需要对制造公差的极端控制，这通常较困难且成本较高。

图2和3说明根据本发明的实施例与HMD一起使用的目镜200。图2说明目镜200的横截面图，而图3说明目镜200的透视图。目镜200的所说明的实施例包含目镜框架205、图像源、输入耦合偏振分束器(“PBS”)210、输出耦合PBS215、透明板220、偏振旋转器225和末端反射器。目镜框架205的所说明的实施例包含照明区230和观看区235。图像源的所说明的实施例包含照明模块240和显示面板245。末端反射器的所说明的实施例包含凸透镜250和反射层255。参看图3，在一个实施例中，目镜200进一步包含透明侧部薄片260。

在一个实施例中，目镜框架205界定空气腔且将内部组件保持在适当位置。在所说明的实施例中，输入耦合PBS210和输出耦合PBS215以与前向传播路径203成倾斜角(例如，45度)安装在目镜框架205内。前向传播路径203在目镜框架205内从照明区230向观看区235延伸。在图3中说明的实施例中，框架205包含细长部件207和横向部件209。横向部件209耦合在数对细长部件207之间以稳固地支撑框架。在一个实施例中，前向传播路径203与细长部件207大体平行，且与横向部件209大体垂直。目镜框架205可由金属(例如，镁金属)制成，且可进一步制作为刚性金属线框。在一些实施例中，保护性鞘套层(例如，透明侧部薄片260；注意，仅说明两个，但所有四侧都可加上鞘套以进行保护)可固定到目镜框架205以保护内部组件。保护性鞘套可在观看区235中为透明的(例如，玻璃、石英、丙烯酸塑料、透明塑料、PMMA、ZEONEX-E48R等)以允许周围场景光270穿过目镜200的周围场景侧201和朝向眼睛侧202而到达眼睛120。观看区235的半透明性质允许目镜200通过以CGI光扩增周围场景光270而向用户提供扩增现实。

照明模块240可使用发光二极管(“LED”)源(或多色LED阵列)实施，其经由输入耦合PBS210照明显示面板245。照明模块240可输出未偏振光(例如，P和S线性偏振分量两者)或输出偏振光(例如，仅P偏振分量)。照明模块240和显示面板245可在目镜200的任一侧上以相对配置安装到照明区230中的框架205的外侧。

输入耦合PBS210定位在照明区230内，在照明模块240与显示面板245之间。输入耦合PBS240可实施为线栅偏振器、多层薄膜偏振器或其它。输入耦合PBS210操作以使第一线性偏振的光大体通过，同时大体上反射第二偏振的光。所述两个线性偏振通常为正交线性偏振。显示面板245(例如，LCOS、LCD面板等)将图像数据提供到由照明模块240输出的照明光上以经由图像像素阵列的选择性反射而输出计算机产生的图像(“CGI”)光。显示面板245的反射将入射灯光的偏振旋转90度。

入射灯光反射后，CGI光(其已在偏振方面旋转了90度)即刻由输入耦合PBS210重新引导且沿着前向传播路径203沿目镜200向下传播。在一个实施例中，CGI光沿着前向传播路径203沿目镜200向下被引导而不需要全内反射(“TIR”)。换句话说，CGI光形成的光锥的横截面形状和发散度经限定以使得光线在不需要TIR离开目镜200的侧部(例如，透明侧部薄片260)的情况下到达末端反射器。在一个实施例中，光锥发散角(例如，15度)由图案化到照明模块240、显示面板245或目镜框架205内其它地方上的全黑膜控制。

前向传播路径203经由目镜框架205内的空气腔延伸到反射层255。由目镜框架205保护的空气腔作为轻质光中继器而操作以保护光学路径。在一个实施例中，细长部件207的长度经选择以使得末端反射器的焦平面大体与显示面板245的发射孔径一致。为实现焦平面与显示面板245的发射孔径对准，目镜框架205的长度和反射层255的曲率半径可结合彼此而选择。

观看区235的所说明的实施例包含由输出耦合PBS215形成的反射表面。在一个实施例中，观看区235部分透明，其允许外部(周围)场景光270穿过目镜200的外部场景侧201和朝向眼睛侧202以到达眼睛120。部分透明实施例促进扩增现实(“AR”)，其中CGI光叠加在外部场景光270上而到达用户眼睛120。在另一实施例中，观看区235实质上不透明(或甚至选择性不透明)，这促进使用户沉浸在由CGI光显示的虚拟环境中的虚拟现实(“VR”)。

输出耦合PBS215经配置以使与输入耦合PBS210通过的偏振正交的线性偏振(例如，S偏振)通过，同时反射其它线性偏振(例如，P偏振)。输入耦合PBS210可实施为线栅偏振器(见图6A和6B)、多层薄膜偏振器或其它。在所说明的实施例中，偏振旋转器225为夹在透明板220与凸透镜250之间以消除四分之一波板的膜实施例中的缺陷并允许光学元件的抗反射涂层通过输出耦合PBS215进入末端反射器中的四分之一波板偏振旋转器。CGI光在被反射层225反射之后在其经由前向传播路径203和反向传播路径204两次穿过四分之一波板期间在偏振方面旋转90度。在一个实施例中，包含凸透镜250和反射层255的末端反射器反射CGI光并使CGI光准直，使得沿着反向传播路径204行进的CGI光大体准直。如先前陈述，末端反射器的焦平面可经配置以与显示面板245的发射孔径一致或近似一致。使CGI光准直有助于眼睛120在近眼式配置中(例如，目镜200放置在眼睛120的10cm内且通常小于眼睛120的5cm)聚焦于发射离开朝向眼睛侧202的CGI光。CGI光归因于输出耦合PBS215的倾斜定向(例如，相对于侧部201和202近似45度)而被引导朝向眼睛120。在其它实施例中，末端反射器在不完全使CGI光准直的情况下会减小CGI光的发散度。在另外其它实施例中，末端反射器可实施为平面反射表面。

在其中末端反射器使CGI光准直的实施例中，由输出耦合PBS215到朝向眼睛侧202上的投影确定眼框(眼睛120内可看见CGI光的区)。输出耦合PBS215的大小由目镜200的横截面大小和形状确定。参看图3，在一个实施例中，目镜200可具有实例横截面尺寸D2＝D3＝10mm。在其它实施例中，尺寸D2和D3不需要相等(例如，D2＝10.2mm且D3＝7.7mm)。目镜200的总长D1可基于典型用户的鬓角与眼睛的分隔距离和/或末端反射器的焦平面距离来选择。举例来说，末端反射器可具有近似等于80mm的曲率半径，且目镜200可具有近似等于29.5mm的长度D1。当然，可使用其它比率和尺寸。

图4是根据本发明的实施例的照明模块400的横截面图。照明模块400表示图2和3中说明的照明模块240的一个可能实施方案。照明模块400的所说明的实施例包含灯405、光扩展区410、反射表面415、亮度增强膜(“BEF”)420和425，以及偏振器430。

灯405可实施为单色LED、LED的多色阵列(例如，RGB)，或安装到光扩展区410的侧部的其它光源。从灯405发射的光照明扩展区410，扩展区410将光均匀地散布在较大横截面上。在实施例中，扩展区410实施为透明聚合物体积，其中反射表面415(例如，金属涂层)在其暴露的侧部上。扩展区410安置在两个堆叠的BEF420和425上。这些膜具有光功率且操作以减小灯光的发散度。在一个实施例中，BEF420和425为相对彼此旋转90度的微棱镜层。在所说明的实施例中，BEF420和425的堆叠安置在偏振器430上，偏振器430操作以将灯光偏振为单一线性偏振分量(例如，P偏振)以用于经由输入耦合PBS210照明显示面板245。因此，偏振器430经配置以输出具有输入耦合PBS210对其大体上透明的偏振分量的光。在一个实施例中，组件410、420、425和430在不使用胶水的情况下夹紧在一起。

图5A和5B说明根据本发明的实施例的末端反射器500的横截面图。末端反射器500是图2和3说明的末端反射器的一个可能实施方案。末端反射器500的所说明的实施例包含凸透镜505和涂覆在凸透镜505的凸端上方的凹反射器510。凸透镜505由大体上透明材料(例如，玻璃、石英、丙烯酸塑料、透明塑料、聚碳酸酯、PMMA、ZEONEX-E48R等)制成。凹反射器510由安置在凸透镜505上方的反射材料(例如，金属涂层)制成。在其中目镜框架205界定空气腔且前向传播路径203穿过空气与实心表面的组合(例如，输入耦合PBS210、输出耦合PBS215、透明板220、偏振旋转器225和凸透镜250)的实施例中，凹反射器510可为超环面镜，其具有两个不同曲率半径R1和R2以校正散光光学像差。举例来说，R1可近似为81.87mm，且R2可近似为83.20mm。当然，可使用其它半径组合。在其它实施例中，目镜200可制作为其中内嵌有输入耦合和输出耦合PBS的实心件。在其它实施例中，末端反射器可制作为简单凹镜，而无凸透镜。此外，凹反射器510可为非球面表面、自由形态表面或其它。

图6A和6B说明根据本发明的实施例的线栅偏振器(“WGP”)600的前视图和侧视图。WGP600表示输入耦合PBS210和/或输出耦合PBS215中的任一者或两者的一个可能实施方案。WGP600的所说明的实施例包含大体彼此平行延伸的多个金属线605(或电线)。在一个实施例中，金属线605安置在衬底610上，衬底610可为透明衬底。在一个实施例中，金属线605可内嵌在衬底610内或被保护层615覆盖。金属线605可由铝、锡、铜或其它导电材料制成。衬底610(和保护层615)可由玻璃、石英、丙烯酸塑料，或例如Zeonex、PMMA、聚碳酸酯等其它透明材料制成。在一些实施例中，衬底610可包含一个或一个以上滤光器涂层(例如，抗反射涂层、彩色涂层、暗化涂层或其它)。邻近金属线605之间的间距通常经选择为低于待偏振的波长。仅作为实例，所述间距可选择为约100nm，而金属线605的厚度可选择为约30nm。当然，其它间距和厚度可根据应用和所要偏振特性而选择。

在操作期间，当WGP600用包含具有第一线性偏振620的分量和具有第二线性偏振625的分量的未偏振光照明时，具有偏振620的分量大体上被反射，而具有偏振625的分量大体上不受影响而穿过。线性偏振620的电场沿着金属线605的长度垂直激励电子，这导致这些分量沿着反射路径被辐射。相比之下，偏振625的电场在金属线605上横向激励电子。由于金属线605内的电子被水平限定，所以具有偏振625的分量穿过金属线605。当然，如果WGP600用实质上仅具有偏振625的偏振光照明，那么所述光将大体上穿过。相比之下，如果WGP600用实质上仅具有偏振620的偏振光照明，那么所述光将大体上反射。在所说明的实施例中，线性偏振620与线性偏振625正交。

偏振光穿过WGP600或借此反射的角度随至少入射光的波长和金属线605之间的栅格间距而变。此外，通过相对于输入光(例如，相对于CGI光)旋转WGP600，可使得WGP600使P或S偏振通过或将其反射。因此，在一个实施例中，输入耦合PBS210和输出耦合PBS215两者制造有以正交定向(例如线栅偏振器中的电线的90度相对物理定向)安装在目镜框架205内的WGP，借此不需要安置在输入耦合PBS210与输出耦合PBS215之间的二分之一波板偏振旋转器。在一个实施例中，仅输入耦合PBS210是使用WGP制造，而输出耦合PBS215是使用多层薄膜PBS制造，其中输入耦合位置处的WGP经定向以使相对于输出耦合PBS215正交的偏振通过。

图7是说明根据本发明的实施例目镜200将近眼式图像递送给用户的操作过程700的流程图。一些或所有过程框在过程700中出现的次序不应视为限制性的。事实上，受益于本发明的所属领域的一般技术人员将理解，一些过程框可以未说明的多种次序或甚至并行执行。

在过程框705中，照明模块240发射未偏振的灯光或具有经选择以穿过输入耦合PBS210的第一线性偏振(例如，说明为P偏振)的灯光。在穿过输入耦合PBS210(过程框710)后，未偏振光即刻变为偏振的，之后照明显示面板245。显示面板245通过选择性地激活显示面板内的图像像素而将图像数据调制到入射灯光上。当图像像素被激活时，其反射其灯光的一部分(过程框715)。如此，所反射CGI光的偏振相对于输入耦合PBS210反射的偏振(例如，说明为S偏振)旋转90度。从显示面板245发射的CGI光反射回到输入耦合PBS245上，输入耦合PBS245沿着前向传播路径203重新引导CGI光(过程框720)。应了解，P和S偏振的名称(进而P被透射且S被反射)仅为例示性的。可实施其它偏振定向和所透射/反射组合。

经重新引导的CGI光在空气腔内沿着目镜框架205向下传播。在一个实施例中，目镜框架205的长度仅提供图像源与末端反射器之间的间隔偏移且不需要操作以限定或导引光波。因此，在这些实施例中，CGI光在无TIR且无外部表面反射的情况下沿着目镜200向下通过。在过程框725中，CGI光沿着前向传播路径203穿过观看区235。由于输出耦合PBS215经配置以大体上使与由输入耦合PBS210反射的偏振分量相同的偏振分量通过(即，输入耦合PBS210和输出耦合PBS215反射相对于彼此正交的偏振分量且透射相对于彼此正交的偏振分量)，所以CGI光大体上在不受影响的情况下穿过输出耦合PBS215。

在过程框730中，CGI光接着沿着前向传播路径203穿过偏振旋转器225。如此，CGI光的偏振为圆偏振，因为偏振旋转器225的所说明的实施例为四分之一波板旋转器。

在过程框735中，CGI光被反射层255沿着反向传播路径204往回反射。在一个实施例中，反射层255为凹的且具有大体上使沿着反向传播路径204反射的CGI光准直的形状。使CGI光准直会具有在无穷远或接近无穷远处虚拟移位CGI图像的效应，借此有助于人眼120将CGI图像对焦。当然，末端反射器可在不完全使光准直的情况下减小发散度，借此在小于无穷远的位置处(例如，1到3米处)使虚拟图像移位。

在过程框740中，沿着反向传播路径204行进的所反射CGI光再次穿过偏振旋转器225，从而致使反向圆偏振的CGI光在与前向路径正交的偏振方向上线性偏振。因此，在第二次穿过偏振旋转器225之后，CGI光具有大体上被输出耦合PBS215反射的偏振(例如，说明为P偏振)。在过程框745中，CGI光被输出耦合PBS215反射且被重新引导离开目镜200穿过朝向眼睛侧202朝向眼睛120。

图8是根据本发明的实施例使用一对近眼式光学***801的头戴式显示器(“HMD”)800的俯视图。每一近眼式光学***801可用目镜200的实施例实施。近眼式光学***801安装到框架组合件，框架组合件包含鼻梁805、左耳臂810和右耳臂815。尽管图8说明双筒实施例，但HMD800也可实施为仅具有单一目镜的单筒HMD。

两个近眼式光学***801紧固到可佩戴在用户头部上的眼镜布置中。左耳臂810和右耳臂815搁置在用户耳朵上，而鼻部组合件805搁置在用户鼻部上。框架组合件经设定形状和大小以将观看区235定位在用户的对应眼睛120的前方。当然，可使用具有其它形状的其它框架组合件(例如，具有耳臂和鼻梁支撑件的面罩、单一邻接头戴式耳机部件、头带、防风镜型护目镜等)。

HMD800的所说明的实施例能够向用户显示扩增现实。每一目镜的观看区允许用户经由外部场景光270看到现实图像。左和右(双筒实施例)CGI光830可由耦合到目镜的相应图像源的一个或两个CGI引擎(未说明)产生。CGI光830作为叠加在现实世界上以作为扩增现实的虚拟图像而被用户看到。在一些实施例中，外部场景光270可被阻挡或选择性地阻挡以提供头戴式虚拟现实显示或抬头显示。

本发明的所说明的实施例的以上描述(包含摘要中描述的内容)不希望为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。虽然本文出于说明性目的描述本发明的特定实施例和实例，但在本发明的范围内的各种修改是可能的，如相关领域的技术人员将了解。

鉴于以上详细描述可对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中揭示的特定实施例。而是，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，应根据所确立的权利要求阐释原则解释所附权利要求书。

Claims (25)

1.一种用于头戴式显示器的目镜，所述目镜包括：

界定空气腔的目镜框架，所述目镜框架包含用于将计算机产生的图像CGI光接收到所述目镜框架中的照明区以及待与用户的眼睛对准的观看区；

输入耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述照明区处以将所述CGI光重新引导到沿着所述空气腔朝向所述观看区延伸的前向传播路径；

反射器，其安置在所述目镜框架的与所述照明区相对的末端处以在所述目镜框架内沿着反向传播路径往回反射所述CGI光，其中所述反射器包括具有多个曲率半径的超环面镜；

输出耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述观看区处以使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，且重新引导沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光离开所述目镜框架的朝向眼睛侧，其中所述输出耦合偏振分束器反射与所述输入耦合偏振分束器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量；以及

偏振旋转器，其安置在所述输出耦合偏振分束器与所述反射器之间所述CGI光的所述前向和反向传播路径中，其中所述超环面镜安置在所述偏振旋转器和所述输出耦合偏振分束器之后的所述前向传播路径中，且所述偏振旋转器安置在所述超环面镜与所述输出耦合偏振分束器之间。

2.根据权利要求1所述的目镜，其中所述目镜框架包括金属框架，所述金属框架包含：

细长部件，其从所述照明区向所述观看区延伸且大体平行于所述前向传播路径而延伸；以及

横向部件，其刚性地将所述细长部件固持在一起。

3.根据权利要求2所述的目镜，其中所述金属框架包括镁金属框架。

4.根据权利要求2所述的目镜，其进一步包括：

大体上透明侧部薄片，其安装到所述金属框架以保护所述金属框架内部的组件，其中所述目镜在所述观看区中使周围场景光穿过所述目镜的周围场景侧和朝向眼睛侧以用所述CGI光扩增所述周围场景光。

5.根据权利要求4所述的目镜，其中所述大体上透明侧部薄片包括玻璃、石英、或透明塑料。

6.根据权利要求4所述的目镜，其中所述大体上透明侧部薄片包括丙烯酸塑料。

7.根据权利要求4所述的目镜，其中所述大体上透明侧部薄片包括PMMA。

8.根据权利要求1所述的目镜，其中所述输入耦合偏振分束器包括第一线栅偏振器。

9.根据权利要求8所述的目镜，其中所述输出耦合偏振分束器包括第二线栅偏振器，其中所述第二线栅偏振器的电线经定向以与所述第一线栅偏振器的电线大体上正交而延伸。

10.根据权利要求8所述的目镜，其中所述输出耦合偏振分束器包括薄膜偏振器，所述薄膜偏振器反射与所述第一线栅偏振器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量。

11.根据权利要求1所述的目镜，其进一步包括：

照明模块，其安置在所述照明区处；以及

反射显示面板，其安置在所述照明区处以用于响应于所述照明模块的照明而产生所述CGI光，

其中所述反射显示面板安置在所述照明区中所述目镜的与所述照明模块相对的侧上，其中所述输入耦合偏振分束器安置在所述照明模块与所述反射显示面板之间。

12.根据权利要求11所述的目镜，其中所述照明模块包括：

透明扩展体积；

发光二极管，其安装到所述透明扩展体积的侧部以用灯光照明所述透明扩展体积；

第一亮度增强膜，其邻近于所述透明扩展体积而安置以沿着第一轴减小所述灯光的发散度；

第二亮度增强膜，其邻近于所述第一亮度增强膜而安置以沿着第二轴减小所述灯光的所述发散度；以及

偏振器，其安置在所述第二亮度增强膜与所述输入耦合偏振分束器之间。

13.根据权利要求1所述的目镜，其中所述反射器包括涂覆到凸透镜的表面上的凹面镜。

14.一种用于向用户的眼睛显示计算机产生的图像CGI光的头戴式显示器HMD，所述HMD包括：

目镜，其包含：

界定空气腔的目镜框架，所述目镜框架包含用于将计算机产生的图像CGI光接收到所述目镜框架中的照明区以及待与用户的眼睛对准的观看区；

图像源，其在所述照明区处安装到所述目镜框架以用于产生所述CGI光；

输入耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述照明区处以将从所述图像源接收的所述CGI光重新引导到沿着所述空气腔朝向所述观看区延伸的前向传播路径；

末端反射器，其安置在所述目镜框架的与所述照明区相对的末端处以在所述目镜框架内沿着反向传播路径往回反射所述CGI光，其中所述末端反射器包括具有多个曲率半径的超环面镜；以及

输出耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述观看区处以使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，且重新引导沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光离开所述目镜框架的朝向眼睛侧，其中所述输出耦合偏振分束器反射与所述输入耦合偏振分束器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量，其中所述超环面镜安置在所述输出耦合偏振分束器之后的所述前向传播路径中；以及

框架组合件，其用以支撑所述目镜以佩戴在所述用户的头部上，其中所述观看区定位在所述用户的所述眼睛的前方。

15.根据权利要求14所述的HMD，其中所述HMD包括双筒HMD，所述双筒HMD包含由所述框架组合件支撑在所述用户的另一眼睛前方的另一目镜。

16.根据权利要求14所述的HMD，其中所述目镜进一步包含：

偏振旋转器，其安置在所述输出耦合偏振分束器与所述超环面镜之间所述CGI光的所述前向和反向传播路径中。

17.根据权利要求14所述的HMD，其中所述目镜框架包括金属框架，所述金属框架包含：

细长部件，其从所述照明区向所述观看区延伸且大体平行于所述前向传播路径而延伸；以及

横向部件，其刚性地将所述细长部件固持在一起。

18.根据权利要求17所述的HMD，其中所述目镜进一步包括：

大体上透明侧部薄片，其安装到所述金属框架以保护所述金属框架内部的组件，其中所述目镜在所述观看区中使周围场景光穿过所述目镜的周围场景侧和朝向眼睛侧以用所述CGI光扩增所述周围场景光。

19.根据权利要求14所述的HMD，其中所述输入耦合偏振分束器包括第一线栅偏振器。

20.根据权利要求19所述的HMD，其中所述输出耦合偏振分束器包括第二线栅偏振器，其中所述第二线栅偏振器的电线经定向以与所述第一线栅偏振器的电线大体上正交而延伸。

21.根据权利要求19所述的HMD，其中所述输出耦合偏振分束器包括薄膜偏振器，所述薄膜偏振器反射与所述第一线栅偏振器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量。

22.根据权利要求14所述的HMD，其中所述图像源包括：

照明模块；以及

反射显示面板，其用于响应于所述照明模块的照明而产生所述CGI光，其中所述反射显示面板安置在所述照明区中所述目镜的与所述照明模块相对的侧上，其中所述输入耦合偏振分束器安置在所述照明模块与所述反射显示面板之间。

23.一种用于头戴式显示器的目镜，所述目镜包括：

目镜框架，其包含用于将计算机产生的图像CGI光接收到所述目镜框架中的照明区以及待与用户的眼睛对准的观看区；

输入耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述照明区处以将所述CGI光重新引导到朝向所述观看区延伸的前向传播路径，其中所述输入耦合偏振分束器包括第一线栅偏振器；

末端反射器，其安置在所述目镜框架的与所述照明区相对的末端处以在所述目镜框架内沿着反向传播路径往回反射所述CGI光，其中所述末端反射器包括具有多个曲率半径的超环面镜；以及

输出耦合偏振分束器，其被支撑在所述目镜框架内所述观看区处以使沿着所述前向传播路径行进的所述CGI光通过，且重新引导沿着所述反向传播路径行进的所述CGI光离开所述目镜框架的朝向眼睛侧，

其中所述输出耦合偏振分束器包括薄膜偏振器，该薄膜偏振器反射与所述第一线栅偏振器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量，其中所述超环面镜安置在所述输出耦合偏振分束器之后的所述前向传播路径中；以及

大体上透明侧部薄片，其安装到所述目镜框架以保护所述输入耦合偏振分束器和所述输出耦合偏振分束器，其中所述目镜框架界定空气腔，且所述前向传播路径沿着所述空气腔内延伸，其中所述透明侧部薄片在所述观看区中使周围场景光穿过周围所述目镜的场景侧和朝向眼睛侧，其中所述输出耦合偏振分束器反射与所述输入耦合偏振分束器反射的所述CGI光的偏振分量大体上正交的所述CGI光的偏振分量。

24.根据权利要求23所述的目镜，其进一步包括：

偏振旋转器，其安置在所述输出耦合偏振分束器与所述超环面镜之间所述CGI光的所述前向与反向传播路径中。

25.根据权利要求23所述的目镜，其中所述目镜框架包括金属框架，所述金属框架包含：

细长部件，其从所述照明区向所述观看区延伸且大体平行于所述前向传播路径而延伸；以及

横向部件，其刚性地将所述细长部件固持在一起。