CN107820592A - 用于在可穿戴式平视显示器中进行适眼区扩大的***、设备和方法 - Google Patents

用于在可穿戴式平视显示器中进行适眼区扩大的***、设备和方法 Download PDF

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Abstract

描述了用于通过在基于扫描激光的可穿戴式平视显示器(“WHUD”)中进行出射光瞳复制来进行适眼区扩大的***、设备和方法。在此描述的WHUD各自包括扫描激光投射器(“SLP”)、全息组合器、以及被定位在其间的光路中的光学复制器。针对由SLP生成的每个光信号，所述光学复制器接收所述光信号，并且有效地从所述SLP的N个空间上分离的虚拟位置中的对应一个将所述光信号的N＞1个实例中的每一个朝向所述全息组合器重定向。所述全息组合器将所述光信号的所述N个实例中的每一个会聚到所述用户的所述眼睛处的N个空间上分离的出射光瞳中的对应一个。以此方式，所述出射光瞳的多个实例被分布在所述眼睛的区域之上，并且所述WHUD的所述适眼区被扩大。

Description

用于在可穿戴式平视显示器中进行适眼区扩大的***、设备 和方法
技术领域
本发明的***、设备和方法总体上涉及基于扫描激光的显示技术，并且具体地涉及扩大基于扫描激光的可穿戴式平视显示器的适眼区(eyebox)。
背景技术
可穿戴式平视显示器
头戴式显示器是以下电子设备：被穿戴在用户的头部上，并且当如此被穿戴时，将至少一个电子显示器固定在用户的至少一只眼睛的可视场内，而不管用户的头部的位置或取向如何。可穿戴式平视显示器是以下头戴式显示器：使用户能够看到显示内容，但是也不会阻碍用户看到其外部环境的能力。可穿戴式平视显示器的“显示器”组件是透明的抑或在用户的视场的***，从而使得它并不完全妨碍用户看到其外部环境的能力。可穿戴式平视显示器的示例包括：仅列举几个而言，GoogleOptinventEpson以及Sony
可穿戴式平视显示器的光学性能是其设计中的重要因素。然而，当涉及到面戴式设备时，用户还非常关心美观。庞大的眼镜(包括太阳眼镜)框行业明显地突显了这一点。独立于可穿戴式平视显示器的性能限制，可穿戴式平视显示器的许多前述示例至少部分地因为它们缺乏时尚吸引力而努力寻找其在消费者市场中的魅力。迄今为止所呈现的大多数可穿戴式平视显示器采用了大显示器组件，并且因此，与常规眼镜框相比，迄今为止所呈现的大多数可穿戴式平视显示器要庞大很多且较不时髦。
可穿戴式平视显示器的设计上的挑战是：在仍提供具有足够的视觉质量的显示内容的同时使面戴式装置的体积最小化。本领域需要有着在美观上更具吸引力的设计的可穿戴式平视显示器，所述可穿戴式平视显示器能够向用户提供高质量图像而不限制用户看到其外部环境的能力。
适眼区
在诸如步枪瞄准镜和可穿戴式平视显示器的近眼光学设备中，用户在其内可看到所述设备所提供的特定内容/影像的眼睛(相对于设备本身的)位置范围总体上被称为“适眼区”。其中，内容/影像仅从单个眼睛位置或小范围的眼睛位置可见的应用具有“小适眼区”，并且其中，内容/影像从更宽广范围的眼睛位置可见的应用具有“大适眼区”。适眼区可以被认为是定位在光学设备附近的空间体积。当用户的眼睛(并且更具体地，用户的眼睛的瞳孔)位于这个体积之内并且面向设备时，用户能够看到设备所提供的所有内容/影像。当用户的眼睛位于这个体积之外时，用户不能够看到设备所提供的至少一些内容/影像。
适眼区的几何形状(即，大小和形状)是可以极大地影响用户对可穿戴式平视显示器的体验的重要特性。例如，如果可穿戴式平视显示器具有当用户凝视正前方时以用户的瞳孔为中心的小适眼区，那么当用户甚至略微偏离中心(诸如，略微向左、略微向右、略微向上、或略微向下)凝视时，可穿戴式平视显示器所显示的一些或所有内容可能对用户消失。此外，如果具有小适眼区的可穿戴式平视显示器被设计成针对一些用户将所述适眼区对准在瞳孔上，那么适眼区将不可避免地相对于其他用户的瞳孔不对准，因为并非所有用户都具有相同的面部结构。除非可穿戴式平视显示器被有意地设计成提供可扫视的显示(即，并不总是可见的而是仅当用户在某一方向上凝视时才可见的显示)，否则对于可穿戴式平视显示器来说，具有大适眼区总体上是有利的。
用于提供具有大适眼区的可穿戴式平视显示器的所演示技术总体上需要向显示器添加更庞大的光学组件。本领域中总体上缺乏使最小体积(相对于常规眼镜框)的可穿戴式平视显示器能够提供大适眼区的技术。
发明内容
一种可穿戴式平视显示器可以被概括为包括：支撑结构，所述支撑结构在使用中被穿戴在用户的头部上；扫描激光投射器，由所述支撑结构承载；全息组合器，由所述支撑结构承载，其中，所述全息组合器在所述支撑结构被穿戴在所述用户的所述头部上时被定位在所述用户的眼睛的视场内；以及光学复制器，由所述支撑结构承载并且被定位在所述扫描激光投射器与所述全息组合器之间的光路中，所述光学复制器包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被安排用于接收由所述扫描激光投射器生成的光信号，并且将所述光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向，其中，N是大于1的整数，并且其中，所述全息组合器包括被定位并取向用于将所述光信号的所述N个实例中的每一个朝向所述用户的所述眼睛重定向的至少一个全息图。所述全息组合器的所述至少一个全息图可以将所述光信号的所述N个实例全都彼此在空间上平行地朝向所述用户的所述眼睛的对应区重定向。所述光学复制器的至少一个光学元件可以被安排用于有效地从所述扫描激光投射器的N个空间上分离的虚拟位置中的对应虚拟位置将所述光信号的所述N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
所述支撑结构可以具有眼镜框的总体形状和外观。所述可穿戴式平视显示器可以进一步包括处方眼镜镜片，其中，所述全息组合器由所述处方眼镜镜片承载。
所述全息组合器的所述至少一个全息图可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个。所述全息组合器可以包括至少N个复用全息图，并且所述至少N个复用全息图中的每一个可以将所述光信号的所述N个实例中的对应一个会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。所述扫描激光投射器可以包括红色激光二极管、绿色激光二极管、以及蓝色激光二极管，并且所述全息组合器可以包括波长复用全息组合器，所述波长复用全息组合器包括至少一个红色全息图、至少一个绿色全息图、以及至少一个蓝色全息图。在这种情况下，所述至少一个红色全息图可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，所述至少一个绿色全息图可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，并且所述至少一个蓝色全息图可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。所述全息组合器可以包括波长复用且角度复用的全息组合器，所述波长复用且角度复用的全息组合器包括至少N个角度复用红色全息图、至少N个角度复用绿色全息图、以及至少N个角度复用蓝色全息图，并且所述至少N个角度复用红色全息图中的每一个可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，所述至少N个角度复用绿色全息图中的每一个可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，并且所述至少N个角度复用蓝色全息图中的每一个可以将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。
所述扫描激光投射器与所述全息组合器之间的所述光路可以包括所述扫描激光投射器的总扫描范围θ，并且所述光学复制器的至少一个光学元件可以被安排用于接收对应于所述扫描激光投射器对所述总扫描范围θ的扫掠的所有光信号，并且将对应于所述扫描激光投射器对所述总扫描范围θ的所述扫掠的所有光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
所述光信号可以包括包含至少两个像素的图像，并且所述光信号的所述N个实例中的每一个可以包括所述图像的对应实例。可替代地，所述光信号的所述N个实例中的每一个包括同一图像的不同实例中的同一像素的对应实例。
所述可穿戴式平视显示器可以进一步包括：眼睛追踪器，由所述支撑结构承载，被定位并取向用于确定所述用户的所述眼睛的凝视方向；以及至少一个可控制快门，由所述支撑结构承载并且被定位在所述光学复制器与所述全息组合器之间的至少一条光路中，所述至少一个可控制快门可控制来选择性地阻断由所述光学复制器朝向所述全息组合器重定向的所述光信号的所述N个实例中除至少一个实例之外的所有实例，所述光信号的所述N个实例中未被所述至少一个可控制快门阻断的所述至少一个实例对应于所述光信号的所述N个实例中的以下至少一个实例：当由所述全息组合器重定向时，所述至少一个实例由所述全息组合器基于由所述眼睛追踪器确定的所述用户的所述眼睛的所述凝视方向而朝向所述用户的所述眼睛的含有所述用户的所述眼睛的瞳孔的区重定向。
一种操作可穿戴式平视显示器的方法，所述可穿戴式平视显示器包括扫描激光投射器、光学复制器以及全息组合器，所述全息组合器在所述可穿戴式平视显示器被穿戴在用户的头部上时被定位在所述用户的眼睛的视场内，可以被概括为包括：由所述扫描激光投射器生成第一光信号；由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向，其中，N是大于1的整数；以及由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向。所述方法可以进一步包括：由所述光学复制器从所述扫描激光投射器接收所述第一光信号；以及由所述光学复制器将所述第一光信号复制成所述第一光信号的所述N个实例。由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向可以包括：由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例彼此在空间上平行地朝向所述用户的所述眼睛的对应区重定向。由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向可以包括：由所述光学复制器有效地从所述扫描激光投射器的N个空间上分离的虚拟位置中的对应虚拟位置将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向可以包括：由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。所述全息组合器可以包括至少两个复用全息图，并且由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳可以包括：由对应复用全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
所述扫描激光投射器可以包括红色激光二极管、绿色激光二极管、以及蓝色激光二极管；由所述扫描激光投射器生成的所述第一光信号可以包括红色分量、绿色分量、以及蓝色分量；并且所述全息组合器可以包括波长复用全息组合器，所述波长复用全息组合器包括至少一个红色全息图、至少一个绿色全息图、以及至少一个蓝色全息图。在这种情况下，由对应复用全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳可以包括：由所述至少一个红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；由所述至少一个绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；以及由所述至少一个蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。所述全息组合器可以包括波长复用且角度复用的全息组合器，所述波长复用且角度复用的全息组合器包括至少两个角度复用红色全息图、至少两个角度复用绿色全息图、以及至少两个角度复用蓝色全息图。在这种情况下，由所述至少一个红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳可以包括：由对应角度复用红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；由所述至少一个绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳在这种情况下，包括：由对应角度复用绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；以及由所述至少一个蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳可以包括：由对应角度复用蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
所述方法可以进一步包括：由所述扫描激光投射器生成至少第二光信号；由所述光学复制器将所述至少第二光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向；以及由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述至少第二光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
所述方法可以进一步包括：生成对应于所述扫描激光投射器对总扫描范围θ的扫掠的光信号；由所述光学复制器接收对应于所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的所述光信号；由所述光学复制器将所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向；以及由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
所述可穿戴式平视显示器可以进一步包括眼睛追踪器和至少一个可控制快门，并且所述方法进一步包括：由所述眼睛追踪器确定所述用户的所述眼睛的凝视方向；以及由所述至少一个可控制快门选择性地阻断从所述光学复制器朝向所述全息组合器重定向的所述光信号的所述N个实例中除至少一个实例之外的所有实例。在这种情况下，由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向可以包括：针对所述第一光信号的所述N个实例中未被所述至少一个可控制快门阻断的所述至少一个实例，由所述全息组合器基于由所述眼睛追踪器确定的所述用户的所述眼睛的所述凝视方向而将所述第一光信号的所述N个实例中的所述至少一个实例朝向所述用户的所述眼睛的包含所述用户的所述眼睛的瞳孔的区重定向。
所述第一光信号可以包括包含至少两个像素的图像，并且由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向可以包括：由所述光学复制器将同一图像的N个对应实例朝向所述全息组合器重定向。
由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向可以包括：由所述光学复制器将同一图像的不同实例中的同一像素的N个对应实例朝向所述全息组合器重定向。
附图说明
在所述附图中，相同的参考号标识相似的元件或者动作。附图中元件的尺寸和相对位置不一定是按比例绘制的。例如，不同元件的形状以及角度不一定是按比例绘制的，并且这些元件中的一些被任意地放大和定位以提高附图的易读性。另外，所绘出的所述元件的特定形状不一定旨在传递与所述特定元件的实际形状有关的任何信息，并且选取它们只是为了方便在图中识别。
图1是根据本发明的***、设备和方法的提供由多个光学复制出射光瞳组成的大适眼区的可穿戴式平视显示器的局部剖面透视图。
图2A是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制进行的适眼区扩大。
图2B是根据本发明的***、设备和方法的来自图2A的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了通过针对扫描激光投射器对总扫描范围θ的扫掠复制出射光瞳进行的适眼区扩大。
图2C是根据本发明的***、设备和方法的来自图2A和2B的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制进行的适眼区扩大，其中，同一显示内容的对应实例彼此在空间上平行地朝向对应出射光瞳被投射。
图3A是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制和可控制快门机构进行的适眼区扩大。
图3B是根据本发明的***、设备和方法的来自图3A的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了可控制快门针对扫描激光投射器对总扫描范围θ的扫掠的操作。
图4是在二维上示出了根据本发明的***、设备和方法的示例性全息组合器的原理图，所述示例性全息组合器会聚四个复制光信号实例以便形成扩大的适眼区，所述适眼区包括用户的眼睛处或其附近的四个空间上分离的出射光瞳。
图5是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的可穿戴式平视显示器的原理图，所述原理图示出了通过使用示例性光学复制器来复制出射光瞳进行的适眼区扩大。
图6是示出了根据本发明的***、设备和方法的操作可穿戴式平视显示器的方法的流程图。
具体实施方式
在以下说明中，列举了某些特定的细节以便提供对所披露的不同实施例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或在使用其他方法、组件、材料等的情况下，也可以实践实施例。在其他情况下，未详细地示出或描述与便携式电子设备和/或头戴式设备相关联的众所周知的结构，以便避免不必要地模糊对所述实施例的说明。
除非上下文另有要求，否则贯穿说明书和所附权利要求书，“包括”一词及其多种变体(诸如，“包括了(comprises)”和“包括着(comprising)”)将以一种开放式的和包含性的意义来进行解释，即作为“包括，但不限于”。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“一种实施例”的引用意味着可以将特定特征、结构、或特性以任何适合的方式在一个或多个实施例中进行组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的，除非文中另外明确指明，否则单数形式的“一种”、“一个”以及“所述”包括复数对象。还应注意，除非内容另外明确指明，否则通常以其最广泛的意义采用术语“或者”，也就是说如意味着“和/或”。
在此提供的本披露小标题以及摘要只是为了方便起见，而并非解释所述实施例的范围或含义。
在此描述的不同实施例提供用于在基于扫描激光的可穿戴式平视显示器(“WHUD”)中进行适眼区扩大的***、设备和方法。总体上，基于扫描激光的WHUD是其中扫描激光投射器(“SLP”)将光栅扫描绘制到用户的眼睛上的虚拟视网膜显示器的形式。在没有任何另外的措施的情况下，SLP将光投射在被叫做显示器的出射光瞳的固定区域之上。为了使用户看到显示内容，出射光瞳典型地需要与用户的眼睛的入射光瞳对准、由其涵盖、或与其重叠。当显示器的出射光瞳完全包含在眼睛的入射光瞳内时，SLP的全扫描范围(即，显示器的全分辨率和/或视场)对于用户是可见的。由于这个原因，基于扫描激光的WHUD典型地采用相对小的出射光瞳，所述出射光瞳等于或小于用户的眼睛的入射光瞳的预期大小(例如，在直径上小于或等于约4mm)。
基于扫描激光的WHUD的适眼区由显示器在用户的眼睛处或其附近的出射光瞳的几何形状限定。采用小出射光瞳以便实现最大显示分辨率和/或视场的基于扫描激光的WHUD典型地有着具有相对小的适眼区的缺点。例如，可以使出射光瞳与用户的眼睛的中心对准，从而使得当用户凝视正前方时，眼睛的瞳孔位于“适眼区之内”，但是万一用户扫视偏离中心的任何位置，眼睛的瞳孔就可能快速离开适眼区。可以通过增加出射光瞳的大小来实现更大的适眼区，但这典型地以降低显示分辨率和/或减小视场为代价。根据本发明的***、设备和方法，可以通过光学地复制相对小的出射光瞳并在空间上将出射光瞳的多个复制品或实例分布在用户眼睛的相对更大(与单个出射光瞳独自的区域相比)的区域之上，来扩大基于扫描激光的WHUD的适眼区。以此方式，针对对应于用户的凝视方向范围的眼睛位置范围中的每一个，显示器出射光瞳的至少一个完整实例(整体地作为单个实例抑或作为多个实例的对应部分的组合)可以包含在眼睛的瞳孔的周界内。换言之，本发明的***、设备和方法描述了通过在基于扫描激光的WHUD中复制出射光瞳进行的适眼区扩大。
贯穿本说明书和所附权利要求书，术语“复制”(例如，在“出射光瞳复制”的上下文中)被用来总体上指代其中产生基本上同一事物(例如，出射光瞳)的多个实例的情况。术语“出射光瞳复制”旨在总体上涵盖产生出射光瞳的同时(例如，在时间上平行)的实例的途径以及产生出射光瞳的顺序(例如，在时间上连续或“重复”)的实例的途径。
图1是根据本发明的***、设备和方法的提供由多个光学复制的出射光瞳组成的大适眼区的WHUD 100的局部剖面透视图。WHUD 100包括支撑结构110，所述支撑结构在使用中被穿戴在用户的头部上并且具有眼镜(例如，太阳眼镜)框的总体形状和外观。支撑结构110承载多个组件，包括：SLP 120、全息组合器130和光学复制器150。SLP 120和光学复制器150的部分可以包含在支撑结构11O的内部体积内；然而，图1提供了局部剖视图，其中，已经移除了支撑结构110的区，以便呈现SLP 120和光学复制器150的否则可能被隐藏的可见部分。
贯穿本说明书和所附权利要求书，术语“承载(carries)”以及诸如“由......承载(carried by)”的变体总体上被用来指代两个对象之间的物理偶联。物理偶联可以是直接物理偶联(即，通过两个对象之间的直接物理接触)或可以由一个或多个另外的对象介导的间接物理偶联。因此，术语承载以及诸如“由......承载”的变体意在总体上涵盖所有方式的直接和间接物理偶联，包括但不限于：在其间存在或不存在任何数量的中间物理对象的情况下，承载在......上、承载在......内、物理偶联到......上、和/或由......支撑。
SLP 120可以包括多个激光二极管(例如，红色激光二极管、绿色激光二极管、和/或蓝色激光二极管)和至少一个扫描镜(例如，单个二维扫描镜或两个一维扫描镜，所述扫描镜可以是例如基于MEMS的或基于压电的)。SLP 120可以通信偶联到(并且支撑结构110可以进一步承载)处理器以及存储处理器可执行数据和/或指令的非瞬态处理器可读存储介质或存储器，所述处理器可执行数据和/或指令在由处理器执行时，致使处理器控制SLP120的操作。为了便于说明，图1未显现出处理器或存储器。
当支撑结构110被穿戴在用户的头部上时，全息组合器130被定位在用户的至少一只眼睛的视场内。全息组合器130是足够光学透明的，以便允许来自用户的环境的光(即，“环境光”)穿过，从而到达用户的眼睛。在图1所展示的示例中，支撑结构110进一步承载透明眼镜镜片140(例如，处方眼镜镜片)，并且全息组合器130包括至少一个全息材料层，所述全息材料层被粘附到、附连到眼镜镜片140上，与眼镜镜片层叠，承载在眼镜镜片之中或之上，或以其他方式与眼镜镜片集成。至少一个全息材料层可以包括感光聚合物膜(诸如从拜耳材料科技有限公司(Bayer MaterialScience AG)可获得的或卤化银化合物，并且可以例如使用美国临时专利申请序列号62/214,600中描述的任何技术与透明镜片140集成。全息组合器130在至少一个全息材料层之中或之上包括至少一个全息图。由于当支撑结构110被穿戴在用户的头部上时，全息组合器130被定位在用户的眼睛的视场中，全息组合器130的至少一个全息图被定位并取向用于将源自SLP 120的光朝向用户的眼睛重定向。具体地，至少一个全息图被定位并取向用于接收源自SLP 120的光信号，并将所述光信号会聚到在用户的眼睛处或其附近的至少一个出射光瞳。
光学复制器150被定位在SLP 120与全息组合器130之间的光路中。光学复制器150包括至少一个光学元件(例如，至少一个镜片、反射器、部分反射器、棱镜、衍射器、衍射光栅、镜子或其他光学元件，或者此类光学元件的至少一种配置、组合和/或安排)，所述至少一个光学元件被安排用于接收由SLP120生成并输出的光信号，产生所述光信号的多个(例如，N个，其中，N是大于1的整数)复制品或实例，并且将所述光信号的N个实例中的对应实例朝向全息组合器130重定向。有利地，光学复制器150可以是静态且无源的组件，在没有功率消耗或任何移动部件的情况下，所述组件接收由SLP 120生成的光信号作为输入并且提供那个光信号的N个复制实例作为输出，所述信号的N个复制实例彼此在时间上基本上并行，并且如稍后将更详细描述的，彼此在空间上分离，从而使得N个实例中的每一个似乎源自(即，“有效地”源自)SLP120的N个不同的空间上分离的“虚拟位置”中的对应一个，这区别于似乎源自SLP 120的真实位置。
贯穿本说明书和所附权利要求书，经常引用一个或多个“(多个)虚拟位置”，诸如“SLP的N个空间上分离的虚拟位置”。对象的“真实位置”是它在真实三维空间中的实际位置。对象的“虚拟位置”是真实空间中的位置，***的光学器件致使来自对象的光有效地源自于所述位置，即使对象的真实位置可能在别处。换言之，***的光学器件致使来自对象的光沿循以下光路：如果在追溯过程中忽略***的光学器件，所述光路将追溯到与对象在空间中的“真实位置”空间上分离的空间中的“虚拟位置”。作为简单的示例，平面镜前面的对象在所述平面镜的另一侧上具有“虚拟位置”。“虚拟位置”可以是光路中的一个或多个介入的光学元件的结果。当一个或多个光学元件将来自SLP的光信号重定向时，SLP的虚拟位置指代真实空间中的位置，在没有任何介入的光学器件的情况下，SLP将需要被定位在所述位置处，以便提供具有同一轨迹的光信号。***的光学器件致使光信号沿循以下轨迹：如果***中不存在这类光学器件，所述轨迹将对应于不同的原点。光信号似乎“有效地”源自SLP的不同的或“虚拟的”位置。
图2A是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的WHUD 200的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制进行的适眼区扩大。WHUD 200可以基本上类似于来自图1的WHUD 100，尽管在图2A中为了减少混乱而没有展示支撑结构(例如，支撑结构110)。与WHUD 100一样，WHUD 200包括SLP 220(所述SLP包括RGB激光器模块221和至少一个基于MEMS的扫描镜222)、由眼镜镜片240承载的全息组合器230、以及光学复制器250。如前所述，全息组合器230和眼镜镜片240的组合是足够透明的，以便允许环境光295穿过，从而到达用户的眼睛290。
SLP 220相对于全息组合器230被定位在第一位置260(即，“真实”位置)处，并且被示出为正在生成(例如，投射)第一光信号270。光学复制器250被定位在SLP 220与全息组合器230之间的光路中，从而使得光学复制器250在从SLP 220到全息组合器230的途中中断(例如，接收)光信号270。如前所述，光学复制器250包括至少一个光学元件(例如，至少一个镜片、反射器、部分反射器、棱镜、衍射器、衍射光栅、镜子或其他光学元件，或者此类光学元件的至少一种配置、组合和/或安排)，所述至少一个光学元件被安排用于接收来自SLP 220的光信号270并将光信号270的N个实例中的对应实例朝向全息组合器230重定向。在图2A所展示的示例中，光学复制器250将光信号270的四个实例(即，N＝4)朝向全息组合器230重定向：由具有大划线的线表示的光信号270的实例271、由实线表示的光信号270的实例272、由点线表示的光信号270的实例273、以及由具有交替的大划线和短划线的线表示的光信号270的实例274。光信号270的四个实例(即，N＝4)在图2A中仅出于说明性目的而用作示例。在替代实现方式中，根据本发明的***、设备和方法，光学复制器可以产生光信号的任何数量的实例(例如，取决于具体实现方式，N可以是大于1的任何整数)。
SLP 220在真实空间中相对于全息组合器230被定位在第一真实位置260处。光学复制器250(例如，其至少一个光学元件)被安排用于有效地从SLP220的N＝4个空间上分离的虚拟位置261、262、263和264中的对应虚拟位置将光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的对应实例朝向全息组合器230重定向。确切地，光学复制器250(例如，被安排用于)有效地从SLP220的第一虚拟位置261将光信号270的第一实例271朝向全息组合器230重定向，有效地从SLP 220的第二虚拟位置262将光信号270的第二实例272朝向全息组合器230重定向，有效地从SLP 220的第三虚拟位置263将光信号270的第三实例273朝向全息组合器230重定向，并且有效地从SLP 220的第四虚拟位置264将光信号270的第四实例274朝向全息组合器230重定向。有效地由光学复制器250建立的SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的每一对应虚拟位置与SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的其他虚拟位置在空间上分离，从而使得光信号270的每个对应实例271、272、273和274有效地从空间中的不同位置照射在全息组合器230上。有利地，SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的每一个可以对应于SLP 220的对应的位置和取向。换言之，相对于SLP220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的其他虚拟位置，虚拟位置261、262、263和264中的每一个可以对应于SLP 220的对应的移位和旋转。WHUD 200中的情况就是这样，对于WHUD 200，如本领域普通技术人员将会明白的，图2A中连接SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的每一个的线将是曲线。
光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的每一个由光学复制器250输出并且由全息组合器230接收。如前所述，全息组合器230包括至少一个全息图，所述少一个全息图操作(例如，被设计、制作、编码、记录、和/或总体上定位并取向)来将光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的每一个朝向用户的眼睛290重定向。有利地，全息组合器230的至少一个全息图可以将光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的每一个会聚到用户的眼睛290处或其附近的N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个。确切地：光学复制器250有效地从SLP 220的第一虚拟位置261将光信号270的第一实例271朝向全息组合器230定向，并且全息组合器230将光信号270的第一实例271会聚到眼睛290处或其附近的第一出射光瞳281；光学复制器250有效地从SLP 220的第二虚拟位置262将光信号270的第二实例272朝向全息组合器230定向，并且全息组合器230将光信号270的第二实例272会聚到眼睛290处或其附近的第二出射光瞳282；光学复制器250有效地从SLP 220的第三虚拟位置263将光信号270的第三实例273朝向全息组合器230定向，并且全息组合器230将光信号270的第三实例273会聚到眼睛290处或其附近的第三出射光瞳283；光学复制器250有效地从SLP 220的第四虚拟位置264将光信号270的第四实例274朝向全息组合器230定向，并且全息组合器230将光信号270的第四实例274会聚到眼睛290处或其附近的第四出射光瞳284。WHUD 200的适眼区280由其中出射光瞳281、282、283和/或284中的至少一个与眼睛290的瞳孔对准和/或照射在瞳孔上的眼睛290的瞳孔位置(或凝视方向)的总范围给定。在没有光学复制器250的情况下，光信号270的单个实例(例如，第二实例272)将在单个出射光瞳(例如，第二出射光瞳282)处照射在眼睛290上，从而提供相对小的适眼区。在这种配置中，万一用户在致使眼睛290移动远离单个出射光瞳(例如，第二出射光瞳282)的方向上凝视，显示内容就将从用户的视角消失。根据本发明的***、设备和方法，光学复制器250复制光信号270以便产生光信号270的N＝4(其中，4是说明性示例)个实例271、272、273和274，并且因为这四个实例271、272、273和274中的每一个对应地有效地源自SLP 220的不同的空间上分离的虚拟位置261、262、263和264，全息组合器230将这四个实例271、272、273和274中的每一个会聚到眼睛290处或其附近的对应的空间上分离的出射光瞳281、282、283和284。空间上分离的出射光瞳281、282、283和284被分布在眼睛290的与单个出射光瞳(其具有与出射光瞳281、282、283和284中的任一个相同的大小)独自相比覆盖更宽瞳孔位置(例如，凝视方向)范围的区域之上。因此，适眼区280通过在WHUD 200中进行出射光瞳复制而得以扩大。
总体上，图2A所示的第一光信号270可以体现各种各样的不同形式，包括但不限于：单个光信号、图像的单个像素、图像的多个像素、或包括至少两个像素的图像本身。当第一光信号270对应于图像(例如，包括至少两个像素)时，由光学复制器250产生的第一光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的每一个可以包括同一图像的对应实例。当第一光信号270对应于图像的一个或多个像素时，第一光信号270的N＝4个实例271、272、273和274中的每一个可以包括同一图像的不同实例中的相同一个或多个像素的对应实例。
图2B是根据本发明的***、设备和方法的来自图2A的WHUD 200的原理图，所述原理图示出了通过针对SLP 220对总扫描范围θ的扫掠复制出射光瞳进行的适眼区扩大。图2B示出了来自图2A的同一WHUD 200的操作的不同阶段。图2中也包括来自图2A的许多相同元件，但是图2中仅显现出特定于以下对图2B的描述的那些元件。
在图2B所描绘的WHUD 200的操作中，SLP 220扫掠通过其总扫描范围θ。贯穿本说明书和所附权利要求书，SLP的“总扫描范围”指代SLP在正常使用过程中在其下操作来投射光信号的并且总体上由SLP 220中的至少一个扫描镜222的运动范围确定的角度和/或方向的全范围。在此描述的SLP总体上操作来绘制光栅扫描，并且“总扫描范围”总体上涵盖SLP操作来绘制的全光栅扫描的外周界。这可以通过例如以下SLP来实现：所述SLP采用操作来在两个正交维度上进行扫描的单个扫描镜或者各自操作来在两个正交维度中的对应一个内进行扫描的两个单独的扫描镜。示例性SLP可以具有总扫描范围θ，所述总扫描范围包括第一维度(例如，水平维度)上的第一扫描范围以及第二维度(例如，垂直维度)上的第二扫描范围。第一扫描范围和第二扫描范围各自可以是在0°与180°之间，尽管在实践中，它们各自可以是在更窄的范围内，诸如在10°与60°之间。第一扫描范围和第二扫描范围中的相对扫描范围影响WHUD的宽高比。
针对SLP 220的总扫描范围θ，WHUD 200的光学复制器250被定位在SLP220与全息组合器230之间的光路(例如，所有光路)中。光学复制器250的至少一个光学元件被安排用于接收在SLP 220对总扫描范围θ的扫掠过程中由SLP 220生成的所有光信号(例如，单个光学元件可以被安排用于接收所有光信号，或者多个光学元件可以被安排成使得每个光信号由所述多个光学元件的至少一个接收)，并且将所有光信号的N(例如，在所展示示例中，N＝4)个实例中的对应实例朝向全息组合器230重定向。换言之，以与在图2A所展示的WHUD 200的示例性操作中第一光信号270被光学复制器250复制为第一光信号270的四个实例271、272、273和274的方式类似的方式，图2B展示了WHUD 200的示例性操作，其中，对应于SLP220对总扫描范围θ的第一扫掠的所有光信号被光学复制器250复制为对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的四个实例。为了减少混乱，对应于总扫描范围θ的所有光信号的四个实例未在图2B中显现出，而是使用与图2A中用于在第一光信号270的实例271、272、273和274之间进行区别相同的可区别的线来绘出。也就是说，对应于对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的第一实例(由具有大划线的线表示)由光学复制器250从SLP 220的第一虚拟位置261朝向全息组合器230重定向；对应于对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的第二实例(由实线表示)由光学复制器250从SLP 220的第二虚拟位置262朝向全息组合器230重定向；对应于对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的第三实例(由点线表示)由光学复制器250从SLP 220的第三虚拟位置263朝向全息组合器230重定向；并且对应于对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的第四实例(由具有交替的大划线和短划线的线表示)由光学复制器250从SLP 220的第四虚拟位置264朝向全息组合器230重定向。全息组合器230的至少一个全息图接收对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的N＝4个实例，并且将对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的每一对应实例会聚到眼睛290处或其附近的N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个。
在图2A中，第一光信号270的N＝4个实例271、272、273和274全都被示出为入射在全息组合器230的几乎同一区处或几乎同一区上。同样地，在图2B中，对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的N＝4个实例全都被示出为入射在全息组合器230的同一完全重叠的区域之上。在两种情况下，这种配置是示例性的，并且在实践中，根据具体实现方式，可以优选替代配置。总体上，对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的每个实例可以入射在全息组合器230的对应区或区域上(并且由其接收)，并且全息组合器230的这些对应区域可以或可以不完全重叠(例如，这类区域可以部分重叠或对应于分离的非重叠区域)。
在诸如基于扫描激光的WHUD 100和/或基于扫描激光的WHUD 200的虚拟视网膜显示器中，可能没有在用户的眼睛之外形成的“图像”。典型地，没有微型显示器或投影屏幕或其中投射图像对第三方可见的其他地方；相反，图像可以完全形成于用户的眼睛内。由于这个原因，对于基于扫描激光的WHUD可能有利的是被设计成适应眼睛形成图像的方式。
针对进入眼睛的光信号(例如，光线、波前、来自SLP的入射光束或类似物)，眼睛(或更准确地，眼睛和人类大脑的组合)可以基于视网膜由光信号照耀的区来确定光信号被定位在用户的视场中的“哪里”。照耀视网膜的同一区的两个光信号可以出现在用户的视场中的同一位置中。视网膜由任何给定光信号照耀的的特定区由光信号进入眼睛所处的角度而不是位置来确定。因此，倘若两个光信号在它们进入用户的眼睛时具有相同的入射角，那么两个光信号可以出现在用户的视场中的同一位置中，即使它们进入用户的瞳孔的不同位置也是如此。眼睛的晶状体的几何形状是这样以使得：以相同角度进入眼睛(不管光信号进入眼睛的位置/地点)的任何两个光信号总体上可以被定向到视网膜的同一区，并且因此总体上可以出现在用户的视场中的同一位置中。
在至少一些实现方式中，在此描述的基于扫描激光的WHUD将同一图像的多个实例基本上同时地投射到眼睛的视网膜上。即使多个实例在时间上分离，时间间隔也可以小到足以是用户不可发现的。如果同一图像的多个实例中的任两个不在眼睛的视网膜上对准/重叠，那么图像的这两个实例可能不在用户的视场中对准/重叠，并且可能发生诸如重影的不良效应。为了确保同一图像的多个实例(各自对应于对应的出射光瞳)在视网膜上对准/重叠，从而使得图像的多个实例在用户的视场中对准/重叠，基于扫描激光的WHUD可以有利地被配置用于将任何给定光信号的多个实例(各自对应于对应的出射光瞳，并且各自表示同一显示内容的对应实例)彼此在空间上平行地朝向眼睛定向。更确切地，并且参考图2A，光学复制器250和/或全息组合器230可以被配置(单独地或组合地)，从而使得全息组合器230将第一光信号270的N＝4个实例271、272、273和274全都彼此在空间上平行地朝向用户的眼睛290的对应区(即，朝向来自图2B的N＝4个空间上分离的出射光瞳281、282、283和284中的对应出射光瞳)重定向。
图2C是根据本发明的***、设备和方法的来自图2A和2B的WHUD 200的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制进行的适眼区扩大，其中，同一显示内容(例如，(多个)像素)的对应实例彼此在空间上平行地朝向对应出射光瞳被投射。为了突显图2C的实现方式中示出的一些特征，将首先指出图2B的相应方面。
在图2B的实现方式中，对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的N＝4个实例中的对应实例全都在全息组合器230上彼此对准并完全重叠。因此，N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的每一个从全息组合器230的基本上同一区域会聚到眼睛290处或其附近。因为N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的每一个源自全息组合器230的基本上同一区域，但是会聚到眼睛290的对应的空间上分离的区，所以N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的每一个必须包括具有N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的至少另一个无法提供的入射角(在眼睛290处)的至少一些光信号。例如，会聚到出射光瞳281的光信号(由大划线表示)包括会聚到出射光瞳282的光信号(由实线表示)中所不包括的至少一些入射角，并且反之亦然。如前所述，光信号在其进入眼睛时的入射角确定光(或光信号所体现的图像的像素)将出现在用户的视场中的哪里。具有对一个出射光瞳唯一的入射角的光信号仅能在那个出射光瞳与用户的瞳孔对准时(例如，在用户的凝视方向包括那个出射光瞳时)被投射到用户。因此，当多个空间上分离的出射光瞳全都源自全息组合器230上的基本上同一空间区域时，仅那个空间区域的有限子区可以用于提供所有出射光瞳共有的入射角，并且因此，仅SLP 220的总扫描范围θ的有限部分可以用于跨所有空间上分离的出射光瞳提供一致的图像复制。使在SLP220的总扫描范围θ的N＝4个实例在全息组合器230上对准并重叠可以简化光学复制器250和/或全息组合器230的设计的一些方面，但是也可能限制可以跨所有出射光瞳复制的SLP 220的可用分辨率和/或视场。
在图2C的实现方式中，光学复制器250被修改(例如，在几何形状、取向和/或组成上)，以便使对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的N＝4个实例的相对轨迹相较于它们在图2B的实现方式中的相应轨迹漂移。对应于SLP 220对总扫描范围θ的扫掠的所有光信号的N＝4个实例(像在图2B中一样，在图2C中对应地由不同线类型表示)在图2C中并不像它们在图2B中那样在全息组合器230对准或完全重叠。相反，SLP 220的总扫描范围θ的N＝4个实例在空间上被分布在全息组合器230的区域之上，并且各自被定位成使得：当由全息组合器230朝向眼睛290处或其附近的N＝4个空间上分离的出射光瞳281、282、283和284中的对应出射光瞳重定向并会聚时，对应的相应光信号全都基本上彼此平行。也就是说，由全息组合器230会聚到N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的每一对应出射光瞳的光信号全都包括来自全息组合器230的相同的反射角以及相应地相对于眼睛290的相同的入射角。与图2B的实现方式相比，在图2C的实现方式中，N＝4个出射光瞳281、282、283和284全都不包括具有N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的其他出射光瞳中的每一个中并未同样包括的入射角(相对于眼睛290，或相对于全息组合器230的反射角)的光信号。图2C中的实现方式的N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的每一个包括SLP 220的整个扫描范围θ，并且因此图2C所描绘的WHUD 200的实现方式与图2B所描绘的WHUD 200的实现方式相比可以在更大的视场和/或更高的分辨率下跨多个出射光瞳提供一致的图像复制，这以增加光学复制器250和/或全息组合器230的复杂性为代价。
如前所述，全息组合器230包括由至少一个全息膜层嵌入、编码、记录或以其他方式承载的至少一个全息图。全息膜可以包括例如感光聚合物膜(诸如来自拜耳材料科技有限公司的HX)或卤化银化合物。至少一个全息图的性质可以取决于具体实现方式。
作为第一示例，全息组合器230可以包括单个全息图，所述单个全息图有效地操作为用于具有由SLP 220提供的(多个)波长的光的快速会聚(例如，约1cm内的会聚、约2cm内的会聚、或约3cm内的会聚)镜。在这个第一示例中，承载第一全息图的全息膜可以具有相对宽的带宽，这意味着记录在全息膜中的全息图可以赋予SLP 220在全息组合器230处的相对宽的入射角范围内投射的所有光信号上基本上相同的光学效应或功能。出于本发明的***、设备和方法的目的，与全息图和全息膜相关的术语“宽带宽”是指大于或等于由全息图或全息膜的任何给定的点、区或位置从光学复制器接收的所有光信号的总入射角范围的角度带宽。作为示例，WHUD 200可以在全息组合器230中实现具有大于或等于约8°的角度带宽的宽带宽全息图。在这种情况下，虚拟位置261、262、263和264之间的空间间隔可以是这样以使得全息组合器230的任何给定的点、区或位置接收跨越全息组合器230处的8°(或更小)的入射角范围的光信号(即，跨越所有实例271、272、273和274)。
与常规镜像行为一致，对于由全息组合器230承载的单个宽带宽快速会聚全息图，入射在全息组合器230上的一定范围的光信号的入射角可以影响被全息组合器230重定向的那个范围的光信号的反射角。由于全息组合器230总体上在WHUD 200的正常操作过程中相对于SLP 220被固定在适当地方，因此一定范围的光信号的入射角至少部分地由光学复制器250致使所述范围的光信号有效地所源自的SLP 220的特定虚拟位置261、262、263或264确定。然后，所述范围的光信号被全息组合器230所会聚到的出射光瞳281、282、283或284的空间位置至少部分地由那个范围的光信号来自全息组合器230的反射角确定。虚拟位置261、262、263和264中的每一个在全息组合器230处的对应入射角范围(总体上但不一定具有至少一些重叠)内提供光信号，并且因此全息组合器230将来自虚拟位置261、262、263和264中的每一个的光信号会聚到出射光瞳281、282、283和284中的对应一个。这就是以下情况的原因：参考例如图2B，有效地源自虚拟位置261的、具有一定范围的相对小的入射角(与有效地源自虚拟位置262、263和264的SLP 220的总扫描范围θ的其他实例相比)的SLP220的总扫描范围θ的实例(由具有大划线的线表示)映射到具有一定范围的相对小的反射角(与其他出射光瞳282、283和284相比)的出射光瞳281，并且有效地源自虚拟位置264的、具有一定范围的相对大的入射角(与有效地源自虚拟位置261、262和263的SLP 220的总扫描范围θ的其他实例相比)的SLP 220的总扫描范围θ的实例(由具有交替的大划线和短划线的线表示)映射到具有一定范围的相对大的反射角(与其他出射光瞳281、282和283相比)的出射光瞳284。
作为第二示例，全息组合器230可以替代地包括任何数量的复用全息图而不是单个全息图。当例如使用多个波长的光信号(例如，由SLP 220生成的红色、绿色和蓝色光信号)时，复用全息图可以是有利的；并且/或者复用全息图可以有利于提供将有效地源自SLP220的不同虚拟位置的光信号分离的另一装置。对于其中SLP 220仅提供单个波长的光信号(例如，仅红色光信号、仅绿色光信号、或仅蓝色光信号)的实现方式，上述“单个全息图”示例可以是适合的；但是对于其中SLP 220提供多个波长的光信号的实现方式，对于全息组合器230可能有利的是针对SLP 220所提供的每个对应波长的光信号(例如，由SLP 220提供的每个对应标称波长的光信号，因为激光二极管总体上可以提供在窄波带内的光信号)包括对应波长复用全息图。因此，当SLP 220包括各自提供对应标称波长的光信号的三个不同激光二极管(例如，红色激光二极管、绿色激光二极管和蓝色激光二极管)时，对全息组合器230可能有利的是包括各自被设计用于针对具有三个标称波长中的对应一个的光信号进行工作(例如，“重放”)的三个波长复用全息图(例如，红色全息图、绿色全息图和蓝色全息图)。在这个示例中，至少一个“红色全息图”(即，被设计用于针对具有对应于红光的波长的光信号进行重放的至少一个全息图)可以将SLP 220的总扫描范围θ的N＝4个实例中的每一个的对应红色分量会聚到N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个，至少一个“绿色全息图”(即，被设计用于针对具有对应于绿光的波长的光信号进行重放的至少一个全息图)可以将SLP 220的总扫描范围θ的N＝4个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个，并且至少一个“蓝色全息图”(即，被设计用于针对具有对应于蓝光的波长的光信号进行重放的至少一个全息图)可以将SLP 220的总扫描范围θ的N＝4个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个。
作为第三示例，除去抑或除了多个波长复用全息图，全息组合器230可以包括至少N个角度复用全息图。也就是说，对于具有SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264以及N＝4个出射光瞳281、282、283和284的实现方式，全息组合器230可以包括至少N＝4个角度复用全息图(或者当还采用波长复用时，N＝4组角度复用全息图，如稍后所论述的)。N＝4个角度复用全息图中的每一个可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的N＝4个虚拟位置261、262、263和264中的对应一个的光信号进行重放，并且将这类光信号会聚到N＝4个出射光瞳281、282、283和284中的对应一个。也就是说，第一角度复用全息图可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的第一虚拟位置261的光信号进行重放，并且将这类光信号会聚到第一出射光瞳281；第二角度复用全息图可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的第二虚拟位置262的光信号进行重放，并且将这类光信号会聚到第二出射光瞳282；第三角度复用全息图可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的第三虚拟位置263的光信号进行重放，并且将这类光信号会聚到第三出射光瞳283；并且第四角度复用全息图可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的第四虚拟位置264的光信号进行重放，并且将这类光信号会聚到第四出射光瞳284。
对于采用角度复用的实现方式，对于包括角度复用全息图的全息膜可能有利的是具有相对窄的带宽。具体地，对于全息膜可能有利的是具有小于或约等于以下两个光信号的对应入射角之间的最小差的角带宽，这两个光信号入射在全息组合器230的同一点、区或位置上，但有效地源自不同的虚拟位置261、262、263、264。作为示例，WHUD 200可以在全息组合器230中实现具有小于或等于约4°的角带宽的窄带宽角度复用全息图。在这种情况下，有效地源自虚拟位置261并入射在全息组合器230上的第一点处的光信号的第一实例271(在全息组合器230处)的入射角与有效地源自虚拟位置262并入射在全息组合器230上的同一第一点处的(不同)光信号272的第二实例272(在全息组合器230处)的入射角之间的差可以小于或等于约4°。以此方式，全息组合器230中的每个对应的角度复用全息图可以被设计用于针对有效地源自SLP 220的虚拟位置261、262、263和264中的对应一个的光信号实质性地、排他地进行重放，并且针对有效地源自SLP 220的虚拟位置261、262、263和264中的其他虚拟位置的光信号实质性地不进行重放(例如，非实质性地进行重放)。
总体上，全息组合器230可以包括至少N个复用全息图，并且所述至少N个复用全息图中的每一个可以将来自光学复制器250的光信号的N个实例中的对应一个会聚到用户的眼睛290处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个。
一些实现方式可以采用波长复用和角度复用两者。例如，采用角度复用和多个波长的光信号的实现方式(例如，多色SLP)有利地也可以采用波长复用。在这种情况下，全息组合器230可以包括波长复用且角度复用的全息组合器，所述全息组合器包括至少N个角度复用红色全息图、至少N个角度复用绿色全息图、以及至少N个角度复用蓝色全息图。所述至少N个角度复用红色全息图中的每一个可以将任何给定光信号的N个实例中的每一个的对应红色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个，所述至少N个角度复用绿色全息图中的每一个可以将任何给定光信号的N个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个，并且N个角度所述至少复用蓝色全息图中的每一个可以将任何给定光信号的N个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个。
采用多个复用全息图的全息组合器230的实现方式可以包括在单个全息膜层之中或之上(即，全都在同一层之中或之上)的多个全息图，或者可以包括多个全息膜层，其中，每个全息膜层承载至少一个对应全息图。全息组合器230可以包括或可以不包括至少一个体积式全息光学元件。总体上，全息组合器230可以包括承载任何数量的全息图的单个全息膜层，或者全息组合器230可以包括多个全息膜层(例如，层叠在一起的多个层)，其中，每个对应的全息膜层承载任何数量的对应全息图。
全息组合器230在几何形状上可以是基本上平坦的或平面的，或者如图2A、2B和2C所展示，全息组合器230可以体现某种曲率。在一些实现方式中，全息组合器230可以体现曲率，因为全息组合器230由具有某种曲率的处方眼镜镜片240承载。必要时，全息组合器230可以包括美国临时专利申请序列号62/268,892中描述的用于曲面全息光学元件的***、设备和/或方法。
在此描述的不同实施例提供用于通过在基于扫描激光的WHUD中复制出射光瞳来进行适眼区扩大的***、设备和方法。每个复制出射光瞳与用户的眼睛处或其附近的对应的空间上分离的位置对准，因为复制所述光信号的光学复制器使复制光信号在空间上分离，从而使得每个复制光信号似乎有效地源自SLP的不同的空间上分离的虚拟位置。效果与使用多个SLP替代光学复制器的情况相同，其中每个SLP被定位在虚拟位置中的对应一个中，并且其中每个SLP朝向全息组合器投射光信号的对应实例；然而，使用光学复制器在节省功率和最小化硬件体积方面具有相当大的优势。
虽然使用光学复制器替代多个空间上分离的SLP具有许多优点，但是以下事实可能引起一个潜在的缺点：光信号的复制实例必须全都体现基本上同一光信号。当例如图像的每个复制实例被使得有效地源自SLP的不同的空间上分离的虚拟位置时，这可能是有问题的。在那种情况下，图像的每个复制实例可以经受唯一的光学畸变组合。例如，有效地源自第一虚拟位置的图像的第一复制实例可以经受由通过光学复制器的图像的第一实例的唯一路径和/或对应于SLP的第一虚拟位置的入射角范围(在全息组合器230和/或眼睛290处)造成的第一组光学畸变(例如，图像歪斜、梯形失真、像差等)，而有效地源自第二虚拟位置的图像的第二复制实例可以经受由通过光学复制器的图像的第二实例的唯一路径和/或对应于SLP的第二虚拟位置的入射角范围(在全息组合器230和/或眼睛290处)造成的第二组光学畸变。如果图像的第一复制实例和第二复制实例都对应于由SLP限定的图像的同一最初版本，那么可能没有机会来针对特定于图像的第一实例和第二实例的畸变在光学上进行调谐、调整、校正或以其他方式进行补偿。尽管图像的复制实例在分辨率上可以是光学相同的，但是用户所看到的图像的所得复制实例可能不是相同的，因为图像的每个实例可能经受单独的图像畸变。根据本发明的***、设备和方法，这个问题(必要时)可以通过以下方式来克服：包括可控制快门机构以便在任何给定时间可控制地阻断投射光信号除一个实例之外的所有实例，所述光信号的未被快门阻断的所述一个实例对应于所述光信号的在那个时间会聚到与所述用户的凝视方向对准的特定出射光瞳的实例。
图3A是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的WHUD 300的原理图，所述原理图示出了通过出射光瞳复制和可控制快门机构352进行的适眼区扩大。WHUD 300可以基本上类似于图2A、2B和2C的WHUD 200，但具有以下补充：WHUD 300包括眼睛追踪器351(由为了减少混乱而未在图3A中示出的WHUD 300的支撑结构承载)，所述眼睛追踪器被定位并取向用于确定用户的眼睛390的凝视方向；并且WHUD 300包括至少一个可控制快门352(由WHUD 300的支撑结构承载)，所述至少一个可控制快门被定位在光学复制器350与全息组合器330之间的至少一条光路中(例如，所有光路中)。
在图3A所描绘的WHUD 300的所展示操作中，第一光信号370由SLP 320生成并且被投射朝向光学复制器350(例如，被投射到其中或其上)。如同在WHUD 200中，光学复制器350复制第一光信号370以便产生第一光信号370的N＝4(其中，4再次仅用作非限制性示例)个实例371、372、373和374，并且将第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374朝向全息组合器330重定向。然而，如前所述，第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374中的每一个可能经受对应(例如，唯一)的一种光学畸变或一组光学畸变，在由第一光信号370表示的图像(或图像的(多个)部分)的相应实例被同时呈现给用户的情况下，所述光学畸变或所述一组光学畸变可能致使相应实例失准。根据本发明的***、设备和方法，可以通过在任何给定时间仅向用户呈现第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374中的仅一个来防止这种失准。为此，眼睛追踪器351确定眼睛390的瞳孔的位置(例如，用户的凝视方向)，并且可控制快门352可控制来选择性地阻断由光学复制器350朝向全息组合器330重定向的第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374中除至少一个实例(例如，图3A中的372)之外的所有实例。第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374中未被可控制快门352阻断的所述至少一个实例(例如，图3A中的372)对应于第一光信号370的N＝4个实例371、372、373和374中的以下至少一个实例：当由全息组合器330重定向时，所述至少一个实例由全息组合器330基于由眼睛追踪器351确定的眼睛390的凝视方向而朝向用户的眼睛390的含有眼睛390的瞳孔的区(图3A中的出射光瞳382)重定向。因此，响应于眼睛追踪器351确定眼睛390的瞳孔与出射光瞳382最对准(相对于WHUD 300中的其他可用出射光瞳)，可控制快门352选择性地允许仅第一光信号370的第二实例372穿过并由全息组合器330接收和重定向。可控制快门352选择性地阻断第一光信号370的第一实例371、第三实例373和第四实例374，因为第一光信号370的第一实例371、第三实例373和第四实例374全都映射到不与用户的当前凝视方向对准的出射光瞳，并且可能对用户对由第一光信号370表示的图像(或图像的(多个)部分)的感知促成所不希望的光学畸变。
图3B是根据本发明的***、设备和方法的来自图3A的WHUD 300的原理图，所述原理图示出了可控制快门352针对SLP 320对总扫描范围θ的扫掠的操作。可控制快门352的操作可以与SLP 320的操作同步，从而使得可控制快门352在任何给定时间在其内提供仅有限的透射区，并且所述有限的透射区对应于由SLP 320生成并且由光学复制器350重定向(例如，由或通过其重导引)的光信号的特定实例(例如，图3B中的373)的轨迹，所述特定实例将由全息组合器330朝向与如由眼睛追踪器351确定的眼睛390的当前凝视方向最佳对准的特定出射光瞳383重定向。因此，即使SLP 320对总扫描范围θ的扫掠跨越光学复制器350的多个区，可控制快门352也可以按与SLP 320的扫掠速度基本上匹配的速度改变，从而认识的可控制快门352的透射区随着SLP320对总扫描范围θ的扫掠而移动(例如，跟随所述扫掠)。以此方式，SLP 320对总扫描范围θ的完整扫掠的单个实例可以透射穿过可控制快门352，而SLP320对总扫描范围θ的扫掠的其他复制实例可以由可控制快门352阻断。
当可控制快门352用于选择性地阻断/透射光信号的N多个实例中的对应实例(例如，基于如由眼睛追踪器确定的眼睛的瞳孔位置)时，SLP可以被校准以便限定每个光信号，其方式为使得光信号适应、补偿、和/或总体上考虑到与当前配置的可控制快门352将透射的光信号的特定实例有关系的(多种)特定光学畸变。眼睛追踪器351和/或可控制快门352中的至少一个可以提供关于WHUD 300的当前“活跃”出射光瞳的反馈，并且SLP 320可以选择性地按以下模式操作：对光信号应用补偿和/或适应措施，以便考虑到特定于对应于当前“活跃”出射光瞳的(多条)光路的(多种)光学畸变。
根据具体实现方式，可控制快门352可以包括各种各样不同的结构中的任一种。例如，可控制快门352可以包括一个或多个基于MEMS的或基于压电的元件，以用于物理地使位于光学复制器350与全息组合器330之间的(多条)光路中的一个或多个不透表面、位于SLP320中或SLP 320与可控制快门352之间的一个或多个可控制(例如，可平移和/或可旋转)反射器或折射器、一个或多个可控制偏振滤波器连同一个或多个可控制偏振器等等平移和/或旋转。
根据具体实现方式，眼睛追踪器351可以采用各种各样不同的眼睛追踪技术中的任一种。例如，眼睛追踪器351可以采用以下各项中描述的任何或所有***、设备和方法：美国临时专利申请序列号62/167,767；美国临时专利申请序列号62/271，135；美国临时专利申请序列号62/245,792；和/或美国临时专利申请序列号62/281,041。
如前所述，WHUD 300可以包括至少一个处理器以及通信地偶联到其上的至少一个非瞬态处理器可读存储介质或存储器。至少一个存储器可以存储处理器可执行数据和/或指令，当由至少一个处理器执行时，所述数据和/或指令致使所述至少一个处理器控制出眼睛追踪器351、可控制快门352和/或SLP 320中的任一个或全部的操作。
图2A、2B、2C、3A和3B所描绘的本发明的***、设备和方法的说明性示例全都总体上以二维示出，并且总体上展示了其中多个出射光瞳跨用户的眼睛在一个维度上在空间上分离的适眼区配置。在实践中，在此描述的扩大适眼区配置可以包括在用户的眼睛的区域之上以任何二维配置安排的任何数量N的复制出射光瞳。图4中提供了具有N＝4个复制出射光瞳的示例性配置。
图4是在二维上示出了根据本发明的***、设备和方法的示例性全息组合器430的原理图，所述示例性全息组合器会聚四个复制光信号实例以便形成扩大的适眼区480，所述适眼区包括用户的眼睛490处或其附近的四个空间上分离的出射光瞳481、482、483和484。出射光瞳481、482、483和484分布在眼睛490处或其附近的二维区域之上，以便覆盖眼睛490的宽范围的瞳孔位置(例如，凝视方向)。只要眼睛490的瞳孔位于适眼区480内，出射光瞳481、482、483和484中的至少一个(在一些情况下，出射光瞳481、482、483和484中的至少两个的组合)将通过瞳孔向眼睛490提供光信号，并且用户将能够看到投射图像。就光路而言，出射光瞳481、482、483和484中的每一个可以接收对应于SLP的总扫描范围θ的对应复制实例的光信号。
图2A、2B、2C、3A和3B中绘出的示例性光学复制器250和350是带小面的棱镜结构。这类结构仅出于说明性目的而示出，并且并不意图将在此描述的光学复制器的组成限制于棱镜带小面结构或具有类似几何形状的结构。尽管在某些实现方式中，带小面的棱镜结构可以适合作为光学复制器，但是如前所述，在此描述的光学复制器可以根据具体实现方式包括各种各样不同组件中的任一种。图5中提供了如在此描述的光学复制器的构造和操作的非限制性示例。
图5是处于操作中的根据本发明的***、设备和方法的WHUD 500的原理图，所述原理图示出了通过使用示例性光学复制器550复制出射光瞳进行的适眼区扩大。WHUD 500包括：支撑结构(为了减少混乱而未在图5中示出)，所述支撑结构可以总体上与典型眼镜框相似；以及SLP，所述SLP包括激光器模块521(例如，RGB激光器模块)和至少一个扫描镜522。在使用中，激光器模块521产生各自表示有待向用户显示的图像的对应部分的一系列激光信号570。光信号570从激光器模块521被定向到至少一个扫描镜(诸如基于MEMS的数字微镜)522，所述至少一个扫描镜能够可控制地改变(例如，在取向、曲率等上进行改变)以便将光信号570朝向全息组合器530的选定区反射。全息组合器530将光信号570重定向(例如，反射和/或任选地会聚)朝向用户的眼睛590并且到用户的视场中。为了增大WHUD 500的有效适眼区，WHUD 500进一步包括光学复制器550。在所展示实施例中，光学复制器550包括相对于光信号570的光路串联地安排在扫描镜522与全息组合器530中间的一组三个部分反射器551、552和553。本领域技术人元件应当熟悉作为部分反射器551、552和553的(多种)不同光学设备，包括但不限于：分束器、半镀银镜、分色镜式棱镜、分色或介电光学涂层、以及类似物。光学复制器550中的每个部分反射器551、552和553反射每个光信号570的对应部分(例如，Ri％，其中，i指示特定部分反射器)并且透射任何未被反射部分(即，Ti＝(1-Ri)％。以此方式，光学复制器550有效地将每个光信号570复制成三个空间上分离的且时间上并行的实例571a、572a和573a。光信号570被每个部分反射器551、552和553反射的部分可以被设计成使得每个所得实例571a、572a和573a具有基本上相同的亮度。例如，光信号570初始地可以具有亮度X。光学复制器550中的第一部分反射器551可以将光信号570的R551％反射为第一实例571a，并且使光信号570的T551％透射穿过以到达光学复制器550中的第二部分反射器552。光学复制器550中的第二部分反射器550可以将光信号570透射穿过光学复制器550中的第一部分反射器551的部分的R552％反射为第二实例572a，并且使光信号570透射穿过第一部分反射器551的部分的T552％透射。光学复制器550中的第三部分反射器553可以将光信号570透射穿过光学复制器550中的第二部分反射器552的部分的全部(即，R553＝100％)反射为实例573a。在这种情况下，第三部分反射器553可以根本不是“部分”反射器，而是全反射镜或其他基本上完全的反射器。总体上，在R553＞R552＞R551的情况下，可以实现跨复制实例571a、572a和573a一致的亮度。光学复制器550包括三个部分反射器551、552和553以便产生每个光信号570的三个实例571a、572a和573a，尽管在实践中，可以使用任何数量的部分反射器来产生光信号的任何相应数量的实例。通过由光学复制器550将光信号570复制为多个实例571a、572a和573a，每个实例571a、572a和573a最终将图像的同一部分转送到用户的眼睛590的不同区，从而使得用户能够从各种不同的眼睛位置看到图像的那个部分。因为实例571a、572a和573a中的每一个表示图像的同一部分，全息组合器530的示例性实现方式被设计用于将实例571a、572a和573a中的每一个基本上彼此平行地朝向眼睛590的对应区重定向(如图2C中的实现方式中所描述)。
光学复制器550中的部分反射器551、552和553可以是基本上彼此平行的。在这种情况下，从光学复制器550发出的光信号570的众多实例571a、572a和573a可以是实质上彼此平行的，并且WHUD 500的适眼区在大小上可以有效地增大约光信号570的这组平行实例571a、572a和573a所跨越的总宽度。为了进一步扩大适眼区，光学复制器550中的部分反射器551、552和553可以相对于彼此被取向成处于微小角度，从而使得光信号570的实例571a、572a和573a在由光学复制器550发出时相对于彼此发散。这样，光信号570的实例571a、572a和573a可以跨越更大区域并且达到眼睛590上的扩展更宽的区。
图5展示了扫描镜522的对应地与由激光器模块521发出的两个不同光信号570a和570b对应的两种不同配置(由实线表示的第一配置和由点线表示的第二配置)。在穿过光学复制器550之后，第一实线配置的扫描镜522产生第一光信号570a的三个实例571a、572a和573a(也由实线表示)，这三个实例照射在全息组合器530上的三个点上。第一光信号570a的三个实例571a、572a和573a中的每一个对应于由第一光信号570a表示的图像的部分的对应复制实例。因此，三个实例571a、572a和573a中的每一个彼此在空间上平行地由全息组合器530朝向眼睛590处的对应的空间上分离的出射光瞳581、582和583重定向(类似于图2C的示例性实现方式)。第二点线配置的扫描镜522产生第二光信号570b的三个实例571b、572b和573b(也由点线表示)，这三个实例也照射在全息组合器530上的三个点上。第二光信号570b的三个实例571b、572b和573b中的每一个对应于由第二光信号570b表示的图像的部分的对应复制实例。因此，三个实例571b、572b和573b中的每一个彼此在空间上平行地由全息组合器530朝向眼睛590处的对应的空间上分离的出射光瞳581、582和583重定向。因为第一光信号570a和第二光信号570b各自表示图像的不同部分，所以实例571a、572a和573a全都以与实例571b、572b和573b不同的角度由全息组合器530朝向眼睛590重定向。全息组合器530将第一光信号570a的第一实例571a和第二光信号570b的第一实例571b会聚到第一出射光瞳581，将第一光信号570a的第二实例572a和第二光信号570b的第二实例572b会聚到第二出射光瞳582，并且将第一光信号570a的第三实例573a和第二光信号570b的第三实例573b会聚到第三出射光瞳583。
光学复制器550利用三个部分反射器551、552和553以便产生第一光信号570a的三个实例571a、572a和573a，这三个实例以对应地不同的角度和/或从扫描镜522和/或激光器模块521的对应地不同的虚拟位置被朝向全息组合器530定向。然而，仅出于示例性目的而在图5的实现方式中的光学复制器550中使用部分反射器551、552和553，并且根据本发明的***、设备和方法，可以在光学复制器550中采用复制光信号570的其他***、设备、结构、方法和/或技术。在一些实现方式中，光学复制器550的效应或功能可以被构建到全息组合器530中或由其实现。也就是说，WHUD的一些结构可以排除离散光学复制器550，并且替代地基于从全息组合器530复制光信号570来实现这种复制。例如，全息组合器530可以包括：由第一全息材料层承载的第一全息图，所述第一全息图反射照射光信号的第一部分R1并且使剩余部分T1＝1-R1透射；由第二全息材料层承载的第二全息图，所述第二全息图反射光信号的透射穿过所述第一全息材料层的部分的第二部分R2并且使剩余部分T2＝1-R2透射，等等。为了将光信号的所得复制品或实例与全息组合器530的层之间的小距离否则将允许相比更远地扩展开，可以采用全息组合器530中的依次的层之间的衍射(例如，通过针对依次的相邻层使用具有相应衍射系数的不同材料)。可替代地，全息组合器530可以采用单个层，所述单个层被设计用于在从其反射光信号时产生多个衍射级，其中，每个衍射级对应于所反射光信号的对应实例。
除了通过出射光瞳复制提供适眼区扩大的不同WHUD***和设备，在此描述的不同实施例还包括通过出射光瞳复制来扩大WHUD的适眼区的方法。
图6是示出了根据本发明的***、设备和方法的操作WHUD的方法600的流程图。WHUD可以基本上类似于WHUD 100、WHUD 200或WHUD 300(基于以下对特定动作的描述适当地)，并且总体上包括SLP、光学复制器和全息组合器。方法600包括三个动作601、602以及603，可是本领域的技术人员将理解，在替代性实施例中，可以省略某些动作和/或可以添加另外的动作。本领域技术人员还将认识到所示出的行动的所展示的顺序仅出于示例性目的并且可以在替代性实施例中改变。出于方法600的目的，术语“用户”指代穿戴WHUD的人。
在601处，WHUD的SLP生成第一光信号。第一光信号可以表示完整第一图像或第一图像的一部分。例如，第一光信号可以表示图像的一个或多个像素。
在602处，光学复制器将第一光信号的N个实例中的对应实例朝向全息组合器重定向，其中，N是大于1的整数。总体上，在动作601与602中间，光学复制器可以接收来自SLP的第一光信号并且将第一光信号复制(例如，光学地***、分化、分叉、分开、加倍或以其他方式复制)成第一光信号的N个实例。当第一光信号表示包括至少两个像素的图像时，在602处，光学复制器可以将图像的N个对应实例朝向全息组合器重定向。当第一光信号表示图像的一个或多个像素时，在602处，光学复制器可以将图像的一个或多个像素的N个对应实例朝向全息组合器重定向。如上所述，光学复制器可以有效地从所述SLP的N个空间上分离的虚拟位置中的对应虚拟位置将第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
在603处，全息组合器将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例朝向用户的眼睛重定向。如稍后更详细描述的，第一光信号的一个或多个实例可以由可控制快门选择性地阻断，并且因此，可以未由全息组合器从光学复制器接收。取决于具体实现方式，全息组合器可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例彼此在空间上平行地朝向用户的眼睛重定向。全息组合器可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例朝向用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳会聚。
在一些实现方式中，全息组合器可以包括全息图，基于由第一光信号的每个实例所对应于的SLP的特定虚拟位置造成的第一光信号的实例的入射角(在全息组合器处)，所述全息图将第一光信号的实例朝向用户的眼睛处的对应出射光瞳重定向。即使在这样的实现方式中，全息组合器也可以包括至少两个波长复用全息图，以便对应地针对第一光信号的具有不同波长的至少两个分量(诸如，第一光信号的至少两个颜色分量)进行重放(例如，执行动作603的重定向和/或会聚)。例如，SLP可以包括红色激光二极管、绿色激光二极管和蓝色激光二极管，并且第一光信号可以包括红色分量、绿色分量和蓝色分量。在这种情况下，全息组合器可以包括红色全息图、绿色全息图和蓝色全息图，并且：红色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳，绿色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳，并且蓝色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
在一些实现方式中，全息组合器可以包括至少两个复用全息图，并且每个全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的对应实例的会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳。继续以上示例，全息组合器可以包括至少两个角度复用红色全息图、至少两个角度复用绿色全息图、以及至少两个角度复用蓝色全息图。在这种情况下，对应角度复用红色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳，对应角度复用绿色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳，并且对应角度复用蓝色全息图可以将从光学复制器接收的第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
方法600可以按不同的方式扩展。例如，SLP可以生成至少第二光信号(例如，对应于至少第二图像、或第一图像的至少第二像素、或第一图像的至少第二组像素)，光学复制器可以将所述至少第二光信号的N个实例中的对应实例朝向全息组合器重定向，并且全息组合器可以将从光学复制器接收的所述至少第二光信号的每个实例会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳。类似地，SLP可以生成对应于SLP对总扫描范围θ的扫掠的光信号，光学复制器可以接收SLP的总扫描范围θ并且将SLP的总扫描范围θ的N个实例的对应实例朝向全息组合器重定向，并且全息组合器可以将从光学复制器接收的SLP的总扫描范围θ的每个实例会聚到用户的眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
此外，如前所述，WHUD可以包括眼睛追踪器以及通信偶联到所述眼睛追踪器上(直接地，抑或通过一个或多个其他设备，诸如处理器和/或存储器)的至少一个可控制快门。在这种情况下，眼睛追踪器可以确定用户的眼睛的凝视方向(例如，瞳孔位置)，并且至少一个可控制快门可以选择性地阻断从光学复制器朝向全息组合器重定向的光信号的N个实例中除至少一个实例之外的所有实例。针对第一光信号的N个实例中未被至少一个可控制快门阻断的所述至少一个实例(即，“未被阻断实例”)，全息组合器可以基于由眼睛追踪器确定的用户的眼睛的凝视方向而将第一光信号的未被阻断实例朝向用户的眼睛的包含用户的眼睛的瞳孔的区重定向。
根据本发明的***、设备和方法，可以通过复制一个或多个出射光瞳来扩大视网膜扫描投射器的适眼区。在这种途径中，给定出射光瞳可以具有约等于或小于眼睛的瞳孔的直径的限定大小，诸如约4mm或更小(例如，约2mm)，从而使得当出射光瞳照射在用户的(物理)瞳孔上(例如，例如，与瞳孔对准或覆盖瞳孔)时，来自图像的所有光进入眼睛。然而，当用户移动其眼睛时，出射光瞳与用户瞳孔之间可能失去对准，并且投射图像可能从用户的视场消失。因此，在在此描述的“通过出射光瞳复制进行的适眼区扩大”途径中，可以将多个出射光瞳投射并平铺在用户的眼睛之上，从而使得针对多个、许多、大多数或所有眼睛位置，至少一个出射光瞳与用户的眼睛对准。
贯穿本说明书和所附权利要求书，术语“约”有时关于具体值或量来使用。例如，“约2cm”内的快速会聚。除非具体上下文另有要求，否则术语约总体上意指±15％。
在此描述的“光学复制器”是光学设备。部分反射器安排的光学复制器的非限制性示例在图5中展示出(并且参考图5进行描述)；然而，本发明的***、设备和方法并不意图局限于来自图5的光学复制器的示例性实现方式。如在此描述的光学复制器可以包括任何数量和/或安排的分束器、棱镜、半镀银面、分色镜(dichroics)、介电涂层、和/或如在此描述的本领域技术人员会采用来光学地复制光信号或图像的(多种)任何其他光学设备。本领域技术人员应当理解，取决于具体实现方式的要求，在此描述的光学复制可以单独地或组合地使用宽范围的不同光学设备来实现。因此，本发明的***、设备和方法表示如在此描述的其中光学设备或光学设备安排光学地复制光信号或图像的实现方式。
本领域技术人员应当理解，本发明的***、设备和方法可以应用于或以其他方式合并到采用SLP之外的一种或多种光源的WHUD体系结构中。例如，在一些实现方式中，在此描述的SLP可以由另一光源代替，所述另一光源诸如包括一个或多个发光二极管(“LED”)、一个或多个有机LED(“OLED”)、一个或多个数字光处理器(“DLP”)的光源。这类非激光实现方式可以有利地采用另外的光学器件来瞄准、聚焦和/或以其他方式定向所投射光信号。除非具体上下文另有要求，否则本领域技术人员应当理解，贯穿本发明的***、设备和方法对“SLP”的引用是代表性的，并且其他光源(必要时，与其他光学器件组合)可以被应用于或被适配用于达到与在此描述的SLP相同的通用目的。
本领域技术人员应当理解，本发明的***、设备和方法可以应用或以其他方式合并到采用全息组合器之外的一种或多种透明组合器的WHUD体系结构中。例如，在一些实现方式中，在此描述的全息组合器可以由服务基本上相同的通用目的的非全息设备代替，诸如棱镜膜、承载微透镜阵列的膜、和/或波导结构。这类非全息实现方式可以或可以不采用另外的光学器件。除非具体上下文另有要求，否则本领域技术人员应当理解，贯穿本发明的***、设备和方法对“全息组合器”的引用是代表性的，并且其他透明组合器(必要时，与其他光学器件组合)可以被应用或适配于用于服务与在此描述的全息组合器相同的通用目的。
本领域技术人员应当理解，在此描述的通过出射光瞳复制来进行适眼区扩大的不同实施例可以应用于非WHUD应用中。例如，本发明的***、设备和方法可以应用于非可穿戴式平视显示器和/或其他投影显示器中，包括虚拟现实显示器，其中，全息组合器不必一定是透明的。
在双目实现方式(即，其中，显示内容被投射到用户的双眼中的实现方式)中，可以通过有意地将不同的视场投射到用户的每只眼睛来增大总视场。这两个视场可以重叠，从而使得双眼看到视场的中心处的内容，同时左眼看到更多的视场左侧处的内容，并且右眼看到更多的视场右侧处的内容。
在采用多个出射光瞳的一些实现方式中，所有出射光瞳可以任选地是始终活跃的。可替代地，还采用眼睛追踪的实现方式可以仅激活对应于用户正在看的位置(基于眼睛追踪)的出射光瞳，同时可以去激活用户的视场之外的一个或多个出射光瞳。
在一些实现方式中，可以主动改变投射器的扫描范围，以便增大眼睛正在看的方向上或所占据出射光瞳中的分辨率。这是如美国临时专利申请序列号62/134,347中描述的非均匀图像分辨率的示例。
适眼区扩大可以有利地使用户能够于在宽范围的方向上凝视的同时看到所显示内容。此外，适眼区扩大还可以使具有更宽范围的眼睛安排的更多种多样的用户能够经由给定WHUD充分地看到所显示内容。诸如瞳孔间距、眼睛形状、相对眼睛位置等的解剖学细节可能在用户间都有所不同。在此描述的不同适眼区扩大方法可以用于提供对于具有解剖学差异的多种多样的用户更加鲁棒(并且因此更加可由用户使用)的WHUD。为了更进一步适应用户间的物理变化，在此描述的不同WHUD可以包括使用户能够可控地调整一个或多个出射光瞳相对于他们自己的(多个)眼睛的物理位置和/或对准的一个或多个机械结构。这类机械结构可以包括一个或多个铰链、刻度盘、弯曲部、榫槽或其他可滑动偶联的组件等。可替代地，在此传授的途径可以有利地避免对包括这类另外的机械结构的需要，从而允许与否则可获得相比更小的包装和更少的重量。
在一些实现方式中，可以使用一根或多根光学来沿着在此所展示的一些路径引导光信号。
在此描述的不同实现方式可以任选地采用美国临时专利申请序列号62/288,947中描述的用于防止适眼区退化的***、设备和方法。
在此描述的WHUD可以包括用于从用户的环境收集数据的一个或多个传感器(例如，麦克风、照相机、温度计、指南针、高度计和/或其他传感器)。例如，一个或多个照相机可以用于向WHUD的处理器提供反馈并且影响任何给定图像在(多个)显示器上应当被显示的位置。
在此描述的WHUD可以包括一个或多个自带功率源(例如，一个或多个电池)、用于发送/接收无线通信的无线收发器、和/或用于偶联到计算机和/或给一个或多个自带功率源充电的系留连接器端口。
在此描述的WHUD可以按各种各样的方式中的一种或多种接收和响应来自用户的命令，包括但不限于：通过麦克风的语音命令；通过按钮、开关或触敏表面的触摸命令；和/或通过手势检测***的基于手势的命令，如在例如美国非临时专利申请序列号14/155,087、美国非临时专利申请序列号14/155,107、PCT专利申请PCT/US2014/057029、和/或美国临时专利申请序列号62/236,060中所描述，所有所述专利通过引用以其全部内容结合在此。
在此描述的WHUD的不同实现方式可以包括美国临时专利申请序列号62/117,316、美国临时专利申请序列号62/156,736、和/或美国临时专利申请序列号62/242,844中所描述的任何或所有技术。
贯穿本说明书和所附权利要求书，如在“通信路径”、“通信偶联”中及在如“通信地偶联”的变体中的术语“通信”总体上用于指代用于传递和/或交换信息的任何工程化安排。示例性通信路径包括但不限于：导电路径(例如，导电电线、导电迹线)、磁性路径(例如，磁性介质)、和/或光路(例如，光纤)，并且示例性通信偶联包括但不限于：电偶联、磁性偶联、和/或光偶联。
贯穿本说明书和所附权利要求书，通常使用不定式动词形式。示例包括但不限于：“来检测”、“来提供”、“来传输”、“来通信”、“来处理”、“来路由”等。除非具体上下文另有要求，以开放的、包容性意义使用此类不定式动词形式，即如“以至少检测”、“以至少提供”、“以至少传送”等。
对所展示的实施例的以上说明(包括在摘要中所描述的)并非旨在是穷尽的或者旨在把所述实施例限定于所披露的所述确切的形式。尽管出于说明性目的在此描述了多个具体的实施例和示例，但是相关领域的技术人员将认识到，可以做出不同的等价修改而不脱离本披露的精神与范围。各实施例的在此所提供的教导可以应用于其他便携式和/或可穿戴电子设备，而不必一定是以上总体所描述的示例性可穿戴电子设备。
例如，前述详细描述已经通过使用框图、示意图、和示例阐述了设备和/或过程的各实施例。在此类框图、示意图、和示例包含一项或多项功能和/或操作的情况下，本领域技术人员将理解到，此类框图、流程图、或示例内的每项功能和/或操作均能够由广泛范围的硬件、软件、固件、或其任何虚拟组合来单独地和/或共同地实现。在一个实施例中，可以由特定用途集成电路(ASIC)实现本主题。然而，本领域技术人员将认识到，在此所披露的实施例整体地或部分地可以在标准集成电路中等效地实现，作为由一个或多个计算机所执行的一个或多个计算机程序(例如，作为在一个或多个计算机***上运行的一个或多个程序)，作为由一个或多个控制器(例如，微控制器)所执行的一个或多个程序，作为由一个或多个处理器(例如，微处理器、中央处理单元、图形处理单元)所执行的一个或多个程序，作为固件，或作为其任何虚拟组合，并且认识到根据本披露的教导，设计电路和/或编写用于软件和/或固件的代码将在本领域普通技术人员的技术范围内。
当逻辑被实现为软件并且被存储在存储器中时，逻辑或信息可以被存储在任何处理器可读介质上，以便由或结合任何处理器相关的***或方法使用。在本披露的上下文中，一个存储器是一个处理器可读介质，所述处理器可读介质是含有或存储一个计算机和/或处理器程序的一个电子、磁性、光学、或其他物理设备或装置。逻辑和/或信息可以被体现在任何处理器可读介质中，以便由或结合指令执行***、装置、或设备使用，所述指令执行***、装置、或设备诸如基于计算机的***、含有处理器的***、或可以从所述指令执行***、装置、或设备提取指令并且执行与逻辑和/或信息相关联的指令的其他***。
在本说明书的上下文中，“非瞬态处理器可读介质”可以是可以存储与逻辑和/或信息相关联的程序以便由或结合所述指令执行***、装置、和/或设备使用的任何元件。所述处理器可读介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外、或半导体***、装置或设备。所述计算机可读介质的更具体的实例(非穷尽列表)将包括以下各项：便携式计算机磁盘(磁卡、致密闪存卡、安全数字卡等)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM、EEPROM、或闪存)、便携式光盘只读存储器(CDROM)、数字磁带、以及其他非瞬态介质。
可将以上所描述的各实施例进行组合以提供进一步实施例。在与在此的具体传授内容和定义相一致的程度上，包括但不限于以下各项的本说明书中所引用的和/或泰米实验室公司(Thalmic Labs Inc.)所拥有的申请数据表中所列出的所有美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请以及非专利申请都通过引用以其全文结合在此：美国临时专利申请序列号62/214,600、美国临时专利申请序列号62/268,892、美国临时专利申请序列号62/167,767、美国临时专利申请序列号62/271,135、美国临时专利申请序列号62/245,792、美国临时专利申请序列号62/281,041、美国临时专利申请序列号62/134,347、美国临时专利申请序列号62/288,947、美国非临时专利申请序列号14/155,087、美国非临时专利申请序列号14/155,107、PCT专利申请PCT/US2014/057029、美国临时专利申请序列号62/236,060、美国临时专利申请序列号62/117,316、美国临时专利申请序列号62/156,736、以及美国临时专利申请序列号62/242,844。如有必要，可以对实施例的方面进行修改，以利用各专利、申请和出版物中的***、电路及概念来提供更进一步的实施例。
鉴于以上的详细说明，可以对实施例做出这些和其他改变。总之，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书局限于本说明书和权利要求书中所披露的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例、连同所述权利要求有权获得的等效物的整个范围。相应地，权利要求书并不受到本披露的限制。

Claims (27)

1.一种可穿戴式平视显示器，包括：
支撑结构，所述支撑结构在使用中被穿戴在用户的头部上；
扫描激光投射器，由所述支撑结构承载；
全息组合器，由所述支撑结构承载，其中，所述全息组合器在所述支撑结构被穿戴在所述用户的所述头部上时被定位在所述用户的眼睛的视场内；以及
光学复制器，由所述支撑结构承载并且被定位在所述扫描激光投射器与所述全息组合器之间的光路中，所述光学复制器包括至少一个光学元件，所述至少一个光学元件被安排用于接收由所述扫描激光投射器生成的光信号，并且将所述光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向，其中，N是大于1的整数，并且其中，所述全息组合器包括被定位并取向用于将所述光信号的所述N个实例中的每一个朝向所述用户的所述眼睛重定向的至少一个全息图。
2.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述全息组合器的所述至少一个全息图将所述光信号的所述N个实例全都彼此在空间上平行地朝向所述用户的所述眼睛的对应区重定向。
3.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述光学复制器的至少一个光学元件被安排用于有效地从所述扫描激光投射器的N个空间上分离的虚拟位置中的对应虚拟位置将所述光信号的所述N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
4.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述支撑结构具有眼镜框的总体形状和外观。
5.如权利要求4所述的可穿戴式平视显示器，进一步包括：
处方眼镜镜片，其中，所述全息组合器由所述处方眼镜镜片承载。
6.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述全息组合器的所述至少一个全息图将所述光信号的所述N个实例中的每一个会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的N个出射光瞳中的对应一个。
7.如权利要求6所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述全息组合器包括至少N个复用全息图，并且其中，所述至少N个复用全息图中的每一个将所述光信号的所述N个实例中的对应一个会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。
8.如权利要求6所述的可穿戴式平视显示器，其中：
所述扫描激光投射器包括红色激光二极管、绿色激光二极管、以及蓝色激光二极管；并且
所述全息组合器包括波长复用全息组合器，所述波长复用全息组合器包括至少一个红色全息图、至少一个绿色全息图、以及至少一个蓝色全息图，并且其中，所述至少一个红色全息图将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，所述至少一个绿色全息图将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，并且所述至少一个蓝色全息图将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。
9.如权利要求8所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述全息组合器包括波长复用且角度复用的全息组合器，所述波长复用且角度复用的全息组合器包括至少N个角度复用红色全息图、至少N个角度复用绿色全息图、以及至少N个角度复用蓝色全息图，并且其中，所述至少N个角度复用红色全息图中的每一个将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，所述至少N个角度复用绿色全息图中的每一个将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个，并且所述至少N个角度复用蓝色全息图中的每一个将所述光信号的所述N个实例中的每一个的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的所述N个出射光瞳中的对应一个。
10.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述扫描激光投射器与所述全息组合器之间的所述光路包括所述扫描激光投射器的总扫描范围θ，并且其中，所述光学复制器的至少一个光学元件被安排用于接收对应于所述扫描激光投射器对所述总扫描范围θ的扫掠的所有光信号，并且将对应于所述扫描激光投射器对所述总扫描范围θ的所述扫掠的所有光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
11.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述光信号包括包含至少两个像素的图像。
12.如权利要求11所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述光信号的所述N个实例中的每一个包括所述图像的对应实例。
13.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，其中，所述光信号的所述N个实例中的每一个包括同一图像的不同实例中的同一像素的对应实例。
14.如权利要求1所述的可穿戴式平视显示器，进一步包括：
眼睛追踪器，由所述支撑结构承载，被定位并取向用于确定所述用户的所述眼睛的凝视方向；以及
至少一个可控制快门，由所述支撑结构承载并且被定位在所述光学复制器与所述全息组合器之间的至少一条光路中，所述至少一个可控制快门可控制来选择性地阻断由所述光学复制器朝向所述全息组合器重定向的所述光信号的所述N个实例中除至少一个实例之外的所有实例，所述光信号的所述N个实例中未被所述至少一个可控制快门阻断的所述至少一个实例对应于所述光信号的所述N个实例中的以下至少一个实例：当由所述全息组合器重定向时，所述至少一个实例由所述全息组合器基于由所述眼睛追踪器确定的所述用户的所述眼睛的所述凝视方向而朝向所述用户的所述眼睛的含有所述用户的所述眼睛的瞳孔的区重定向。
15.一种操作可穿戴式平视显示器的方法，所述可穿戴式平视显示器包括扫描激光投射器、光学复制器以及全息组合器，所述全息组合器在所述可穿戴式平视显示器被穿戴在用户的头部上时被定位在所述用户的眼睛的视场内，所述方法包括：
由所述扫描激光投射器生成第一光信号；
由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向，其中，N是大于1的整数；以及
由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
由所述光学复制器从所述扫描激光投射器接收所述第一光信号；以及
由所述光学复制器将所述第一光信号复制成所述第一光信号的所述N个实例。
17.如权利要求15所述的方法，其中，由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向包括：由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例彼此在空间上平行地朝向所述用户的所述眼睛的对应区重定向。
18.如权利要求15所述的方法，其中，由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向包括：由所述光学复制器有效地从所述扫描激光投射器的N个空间上分离的虚拟位置中的对应虚拟位置将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向。
19.如权利要求15所述的方法，其中，由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向包括：由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述全息组合器包括至少两个复用全息图，并且其中，由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳包括：由对应复用全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
21.如权利要求20所述的方法，其中：
所述扫描激光投射器包括红色激光二极管、绿色激光二极管、以及蓝色激光二极管；
由所述扫描激光投射器生成的所述第一光信号包括红色分量、绿色分量、以及蓝色分量；并且
所述全息组合器包括波长复用全息组合器，所述波长复用全息组合器包括至少一个红色全息图、至少一个绿色全息图、以及至少一个蓝色全息图，并且其中，由对应复用全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳包括：
由所述至少一个红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；
由所述至少一个绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；以及
由所述至少一个蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述全息组合器包括波长复用且角度复用的全息组合器，所述波长复用且角度复用的全息组合器包括至少两个角度复用红色全息图、至少两个角度复用绿色全息图、以及至少两个角度复用蓝色全息图，并且其中：
由所述至少一个红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳包括：由对应角度复用红色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应红色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；
由所述至少一个绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳包括：由对应角度复用绿色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应绿色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳；并且
由所述至少一个蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳包括：由对应角度复用蓝色全息图将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例的对应蓝色分量会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
23.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
由所述扫描激光投射器生成至少第二光信号；
由所述光学复制器将所述至少第二光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向；以及
由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述至少第二光信号的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
24.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
生成对应于所述扫描激光投射器对总扫描范围θ的扫掠的光信号；
由所述光学复制器接收对应于所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的所述光信号；
由所述光学复制器将所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向；以及
由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述扫描激光投射器的所述总扫描范围θ的每个实例会聚到所述用户的所述眼睛处或其附近的对应出射光瞳。
25.如权利要求15所述的方法，其中，所述可穿戴式平视显示器进一步包括眼睛追踪器和至少一个可控制快门，所述方法进一步包括：
由所述眼睛追踪器确定所述用户的所述眼睛的凝视方向；以及
由所述至少一个可控制快门选择性地阻断从所述光学复制器朝向所述全息组合器重定向的所述光信号的所述N个实例中除至少一个实例之外的所有实例，并且其中：
由所述全息组合器将从所述光学复制器接收的所述第一光信号的每个实例朝向所述用户的所述眼睛重定向包括：针对所述第一光信号的所述N个实例中未被所述至少一个可控制快门阻断的所述至少一个实例，由所述全息组合器基于由所述眼睛追踪器确定的所述用户的所述眼睛的所述凝视方向而将所述第一光信号的所述N个实例中的所述至少一个实例朝向所述用户的所述眼睛的包含所述用户的所述眼睛的瞳孔的区重定向。
26.如权利要求15所述的方法，其中，所述第一光信号包括包含至少两个像素的图像，并且由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向包括：由所述光学复制器将同一图像的N个对应实例朝向所述全息组合器重定向。
27.如权利要求15所述的方法，其中，由所述光学复制器将所述第一光信号的N个实例中的对应实例朝向所述全息组合器重定向包括：由所述光学复制器将同一图像的不同实例中的同一像素的N个对应实例朝向所述全息组合器重定向。
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