CN117940820A - 紧凑型折反射投影仪 - Google Patents

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Abstract

一种用于护目镜的紧凑型投影仪，包括用于对图像进行消色差并减小投影仪的尺寸的折射透镜。紧凑型投影仪包括两个全内反射(TIR)棱镜、偏振分束器、四分之一波片以及组合了折射和反射能力，称为折反射，的折射透镜。在一个示例中，光源产生被引导通过收集器、进入到第一TIR棱镜中、到达偏振分束器和到达显示面板的光。显示面板调制光并产生图像。图像被引导通过分束器进入到第二TIR棱镜中，通过四分之一波片，然后到达折射透镜。折射透镜将图像反射回第二TIR棱镜，然后该图像出射至波导。在第二示例中，显示器生成照明图像，然后如在第一示例中那样处理该照明图像。

Description

紧凑型折反射投影仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年9月13日提交的美国专利申请序列号为17/473,536的优先权，其内容通过引用全部并入本文。
技术领域
本主题涉及投影仪领域。
背景技术
诸如用在眼镜装置中等的许多类型的投影仪生成用户可观看的图像。
附图说明
附图仅通过示例而非限制的方式描绘了一个或更多个实现方式。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
图1A是护目镜装置的示例性硬件配置的侧视图，其示出了带有图像显示器的右光学组件，并且基于检测到的用户的头部或眼部移动将视场调整应用到呈现在图像显示器上的用户界面；
图1B是图1A的护目镜装置的镜腿的顶部截面视图，描绘了可见光相机、用于追踪护目镜装置的用户头部移动的头部移动追踪器以及电路板；
图2A是护目镜装置的示例性硬件配置的后视图，该护目镜装置包括镜架上的眼部扫描仪，该眼部扫描仪用于在***中使用，以用于标识护目镜装置的用户；
图2B是另一护目镜装置的示例性硬件配置的后视图，该护目镜装置包括镜腿上的眼部扫描仪，该眼部扫描仪用于在***中使用，以用于标识护目镜装置的用户；
图2C和图2D是护目镜装置的示例性硬件配置的后视图，包括两种不同类型的图像显示器；
图3示出了图2A的护目镜装置的后透视图，描绘了红外发射器、红外相机、镜架前部、镜架背部和电路板；
图4是穿过图3的护目镜装置的红外发射器和镜架所截取的截面视图；
图5图示了检测眼部注视方向；
图6图示了检测眼部位置；
图7描绘了由左可见光相机捕获的作为左原始图像以及由右可见光相机捕获的作为右原始图像的可见光的示例；
图8A图示了形成虚拟图像和光瞳，显示装置和投影仪被定位成使得投影仪的出瞳与波导的输入耦合器并置；
图8B图示了当显示面板需要外部照明时，采用第二傅里叶变换透镜(收集器)从光源捕获照明；
图8C图示了紧凑型投影仪的示图；
图8D图示在一侧上涂覆为反射镜的曼金(Mangin)折射透镜，其具有使图像消色差的衍射元件；
图8E图示了包括被配置成对图像进行消色差的两个元件的折射透镜；
图8F图示了被配置成使图像消色差的两个元件和输入耦合器附近的光瞳透镜；
图8G图示了被配置成消色差图像的两个元件、输入耦合器附近的光瞳透镜和LCoS面板附近的场透镜；
图8H图示了由图8G中描述的***产生的示例性MTF；
图8I图示了作为波导的输入耦合器的转向棱镜；
图8J图示了非远心光瞳、面板和穿过照明下TIR棱镜的光路；
图8K图示了利用LED、CPC、微透镜阵列、傅立叶透镜、照明棱镜和硅基液晶(LCoS)面板的照明***(非远心光瞳)；
图8L图示了使用投影仪的方法；以及
图9图示了包括投影仪的眼镜装置的电子部件的框图。
具体实施方式
本公开针对一种用于护目镜的紧凑型投影仪，该紧凑型投影仪包括用于对图像进行消色差处理以及减小投影仪的尺寸的折射透镜。紧凑型投影仪包括两个全内反射(TIR)棱镜、偏振分束器、四分之一波片以及组合了折射和反射能力(称为折反射)的折射透镜。在一个示例中，光源产生被引导通过收集器、进入第一TIR棱镜、到达偏振分束器和到达显示面板的光。显示面板调制光并产生图像。图像被引导通过分束器进入到第二TIR棱镜，通过四分之一波片，然后到达折射透镜。折射透镜将图像反射回第二TIR棱镜，然后该图像出射至波导。在第二示例中，显示器生成照明图像，然后如在第一示例中那样处理该照明图像。
示例的另外的目的、优点和新颖特征将部分地在以下说明中进行阐述，并且对于本领域的普通技术人员而言在检查以下和附图时将部分了解，或者可以通过示例的生产或操作来学习。本主题的目的和优点可以通过所附权利要求中特别指出的方法、手段和组合来实现和获得。
在以下详细说明中，通过示例的方式阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，对于本领域技术人员应当清楚的是，可以在没有此类细节的情况下实践本教导。在其他示例中，众所周知的方法、过程、部件和电路已经在相对高级而没有详细地进行了描述，以便避免不必要地使本教导的多个方面不清楚。
如本文所使用的术语“耦接”是指任何逻辑、光学、物理或电连接、链接等，通过一个***元件生成或供应的信号或光被赋予至另一个经耦接的元件。除非另有描述，否则经耦接的元件或装置不一定直接连接到彼此，且可通过可修改、操纵或运载光或信号的中间部件、元件或通信介质分离。
诸如在任一附图中所示的护目镜装置、相关联的部件以及结合了眼睛扫描器和相机的任何完整装置的取向仅是通过示例的方式给出的，用于展示和讨论的目的。在针对特定可变光学处理应用的操作中，护目镜装置可以被定向在适合于该护目镜装置的特定应用的任何其他方向上，例如上、下、侧向或任何其他定向。而且，在本文所使用的范围内，任何方向术语(诸如，前、后、向内、向外、朝向、左、右、横向、纵向、上、下、上部、下部、顶部、底部和侧面)仅仅通过示例的方式使用，并且不限制任何光学部件或如本文中另外描述的构造的光学部件的部件的方向或取向。
现在详细参考在附图中所示的并且在下文所讨论的示例。
图1A是护目镜装置100的示例性硬件配置的侧视图，护目镜装置100包括具有图像显示器180D(图2A)的右光学组件180B。护目镜装置100包括形成立体相机的多个可见光相机114A-114B(图7)，其中，右可见光相机114B位于右镜腿110B上。
左可见光相机114A和右可见光相机114B具有对可见光范围波长敏感的图像传感器。可见光相机114A-114B中的每一个均具有不同的面向前方的覆盖角，例如，可见光相机114B具有所描绘的覆盖角111B。覆盖角是可见光相机114A-114B的图像传感器拾取电磁辐射并生成图像的角度范围。此类可见光相机114A-114B的示例包括高分辨率互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和视频图形阵列(VGA)相机，诸如640p(例如，640×480像素，总共0.3百万像素)、720p或1080p。来自可见光相机114A-114B的图像传感器数据与地理位置数据一起被捕获，由图像处理器数字化，并且存储在存储器中。
为了提供立体视觉，可见光相机114A-114B可以耦接至图像处理器(图9的元件912)，以用于与捕获场景的图像的时间戳一起进行数字化处理。图像处理器912包括用于从可见光相机114A-114B接收信号并将来自可见光相机114A-114B的那些信号处理成适于存储在存储器(图9的元件934)中的格式的电路。时间戳可由图像处理器912或控制可见光相机114A-114B的操作的其他处理器添加。可见光相机114A-114B允许立体相机模拟人类双目视觉。立体相机提供基于分别来自具有相同时间戳的可见光相机114A-114B的两个捕获的图像(图7的元件758A-758B)来再现三维图像(图7的元件715)的能力。这种三维图像715允许沉浸式类生活的体验，例如以用于虚拟现实游戏或视频游戏。对于立体视觉，在给定时刻生成一对图像758A-758B——一个图像用于左可见光相机114A和右可见光相机114B中的每一个。当(例如，通过图像处理器912)将来自面向前方的左见光相机114A和右可见光相机114B的视场(FOV)111A-111B的一对生成的图像758A-758B拼接在一起时，通过光学组件180A-180B提供深度感知。
在示例中，用户界面视场调整***包括护目镜装置100。护目镜装置100包括镜架105、从镜架105的右外侧部170B延伸的右镜腿110B以及包括光学组件180B以向用户呈现图形用户界面的透视图像显示器180D(图2A-图2B)。护目镜装置100包括连接到镜架105或左镜腿110A以捕获场景的第一图像的左可见光相机114A。护目镜装置100进一步包括连接到镜架105或右镜腿110B以(例如，与左可见光相机114A同时)捕获场景的与第一图像部分重叠(图7的元件713)的第二图像的右可见光相机114B。虽然在图1A-图1B中未示出，但是用户界面视场调整***进一步包括处理器932，处理器932耦接至护目镜装置100并且连接至可见光相机114A-114B；存储器934，处理器932可访问存储器934；以及在存储器934中的程序，例如存储器934在护目镜装置100本身或用户界面视场调整***的另一部分中。
虽然在图1A中未示出，护目镜装置100还包括头部移动追踪器(图1B的元件109)或眼部移动追踪器(图2B的元件213)。护目镜装置100进一步包括光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D以及图像显示驱动器(图9的元件942)，光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D分别用于呈现显示图像的序列，图像显示驱动器耦接到光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D，以控制光学组件180A-180B的图像显示器180C-180D呈现显示图像715的序列，这在下文进一步详细描述。护目镜装置100进一步包括存储器934以及可访问图像显示驱动器942和存储器934的处理器932。护目镜装置100进一步包括在存储器(图9的元件934)中的程序。处理器932对程序的执行将护目镜装置100配置成执行功能，这些功能包括经由透视图像显示器180C-180D呈现显示图像的序列的初始显示图像的功能，该初始显示图像具有对应于初始头部方向或初始眼部注视方向的初始视场(图5的元件230)。
处理器932对程序的执行进一步将护目镜装置100配置成通过以下各项来检测护目镜装置的用户的移动：(i)经由头部移动追踪器(图1B的元件109)追踪用户头部的头部移动，或(ii)经由眼部移动追踪器(图2B、图5的元件213)追踪护目镜装置100的用户的眼部的眼部移动。处理器932对程序的执行进一步将护目镜装置100配置成基于所检测到的用户的移动来确定对初始显示图像的初始视场的视场调整。视场调整包括对应于连续的头部方向或连续的眼部方向的连续的视场。处理器932对程序的执行进一步将护目镜装置100配置成基于视场调整生成显示图像的序列的连续的显示图像。处理器932对程序的执行进一步将护目镜装置100配置成经由光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D呈现连续的显示图像。
图1B是图1A的护目镜装置100的镜腿的顶部截面图，描绘了右可见光相机114B、头部移动追踪器109和电路板。左可见光相机114A的构造和位置基本上类似于右可见光相机114B，除了连接和耦接位于左外侧部170A上之外。如图所示，护目镜装置100包括右可见光相机114B和电路板，该电路板可以是柔性印刷电路板(PCB)140。左铰链126A将左镜腿110A连接到护目镜装置100的左镜腿延伸部分125A。在一些示例中，左可见光相机114A、柔性PCB140或其他电连接器或触点的部件可以位于左镜腿延伸部125A或左铰链126A上。右铰链126B将右镜腿110B连接到护目镜装置100的右镜腿延伸部分125B。在一些示例中，右可见光相机114B、柔性PCB 140或其他电连接器或触点的部件可位于右镜腿延伸部125B或右铰链126B上。
如图所示，护目镜装置100具有头部移动追踪器109，头部移动追踪器109包括例如惯性测量单元(IMU)。惯性测量单元是使用加速度计和陀螺仪(有时还有磁力计)的组合来测量和报告身体的特定力、角速度以及有时身体周围的磁场的电子装置。惯性测量单元通过使用一个或更多个加速度计检测线性加速度并且使用一个或更多个陀螺仪检测旋转速率来工作。惯性测量单元的典型配置包含用于三个轴中的每一个的每个轴的一个加速度计、陀螺仪和磁力计：用于左右运动的水平轴(X)、用于顶底运动的竖直轴(Y)以及用于上下运动的深度或距离轴(Z)。加速度计检测重力向量。磁力计像产生方向参考的罗盘一样定义磁场中的旋转(例如，面向南、北等)。这三个加速度计用于检测沿着以上定义的水平、竖直和深度轴的加速度，这可以相对于地面、护目镜装置100或佩戴护目镜装置100的用户来定义。
护目镜装置100通过经由头部移动追踪器109追踪用户头部的头部移动来检测护目镜装置100的用户的移动。头部移动包括在图像显示器上呈现初始的显示图像期间在水平轴、竖直轴或它们的组合上的头部方向从初始头部方向的变化。在一个示例中，经由头部移动追踪器109追踪用户头部的头部移动包括经由惯性测量单元109测量水平轴(例如，X轴)、竖直轴(例如，Y轴)或它们的组合(例如，横向或对角线移动)上的初始头部方向。经由头部移动追踪器109追踪用户头部的头部移动进一步包括在呈现初始显示图像期间经由惯性测量单元109测量在水平轴、竖直轴或它们的组合上的连续头部方向。
经由头部移动追踪器109追踪用户头部的头部移动进一步包括基于初始头部方向和连续头部方向两者确定头部方向的变化。检测护目镜装置100的用户的移动进一步包括响应于经由头部移动追踪器109追踪用户头部的头部移动，确定头部方向的变化超过在水平轴、竖直轴或它们的组合上的偏差角阈值。偏差角阈值在约3°至10°之间。如本文所使用的，当提及角度时，术语“约”是指偏离所述量±10％。
沿着水平轴的变化通过例如调整三维对象的可见性的隐藏、显示或其他方式来将三维对象(诸如字符、Bitmojis、应用图标等)滑入和滑出视场。在一个示例中，例如，当用户向上看时，沿竖直轴的变化显示天气信息、一天中的时间、日期、日历预约等。在另一个示例中，当用户在竖直轴线上向下看时，护目镜装置100可以关机。
右镜腿110B包括镜腿本体211和镜腿盖，其中，在图1B的横截面中省略了镜腿盖。多种互连电路板(诸如PCB或柔性PCB)设置在右镜腿110B内部，多种互连电路板包含用于右可见光相机114B、麦克风130、扬声器132的控制器电路、低功率无线电路(例如，用于经由BluetoothTM的无线短程网络通信)、高速无线电路(例如，用于经由WiFi的无线局域网通信)。
右可见光相机114B耦接至柔性PCB 240或设置在柔性PCB 240上并且由可见光相机覆盖透镜覆盖，该可见光相机覆盖透镜通过形成在右镜腿110B中的开口瞄准。在一些示例中，连接到右镜腿110B的镜架105包括用于可见光相机覆盖透镜的开口。镜架105包括被配置成远离用户的眼部面向外的正面侧部。用于可见光相机覆盖透镜的开口形成在正面侧部上并且穿过正面侧部。在该示例中，右可见光相机114B具有与护目镜装置100的用户的右眼的视线或视角共线的面向外的覆盖角111B。可见光相机覆盖透镜还可粘附至右镜腿110B的面向外的表面，其中，开口形成有面向外的覆盖角，但是在不同的向外方向上。该耦接还可以是经由介入部件间接的。
左(第一)可见光相机114A连接至左光学组件180A的左透视图像显示器180C，以生成第一连续显示图像的第一背景场景。右(第二)可见光相机114B连接至右光学组件180B的右透视图像显示器180D，以生成第二连续显示图像的第二背景场景。第一背景场景和第二背景场景部分重叠以呈现连续显示图像的三维可观察区域。
柔性PCB 140设置在右镜腿110B内部并且耦接到被容纳在右镜腿110B中的一个或更多个其他部件。尽管示出为形成于右镜腿110B的电路板上，但右可见光相机114B可形成于左镜腿110A、镜腿125A-125B或镜架105的电路板上。
图2A是护目镜装置100的示例性硬件配置的后视图，该护目镜装置100包括镜架105上的眼部扫描仪213，该眼部扫描仪213用于在***中使用，以用于确定护目镜装置100的佩戴者/用户的眼部位置和注视方向。如图2A所示，护目镜装置100呈被配置成用于由用户佩戴的形式，护目镜装置100在图2A的示例中是眼镜。护目镜装置100可以采用其他形式并且可以结合其他类型的镜框，例如，头帽、头戴耳机、或头盔。
在眼镜示例中，护目镜装置100包括镜架105，该镜架105包括经由适配于用户的鼻子的鼻桥106连接至右边框107B的左边框107A。左边框107A和右边框107B包括保持相应的光学元件180A-180B(诸如透镜和透视显示器180C-180D)的相应孔口175A-175B。如本文所使用的，术语透镜是指覆盖具有弯曲和平坦表面的玻璃或塑料的透明或半透明片，弯曲和平坦表面致使光会聚/发散或引起很少的会聚/发散或不引起会聚/发散。
虽然被示出为具有两个光学元件180A-180B，但取决于护目镜装置100的应用或预期用户，护目镜装置100可以包括其他布置，诸如单个光学元件。如进一步所示，护目镜装置100包括邻近镜架105的左外侧部170A的左镜腿110A及邻近镜架105的右外侧部170B的右镜腿110B。镜腿110A-110B可集成到相应侧部170A-170B上的镜架105中(如所图示的)或实施为附接至相应侧部170A-170B上的镜架105的单独部件。可替代地，镜腿110A-110B可集成到附接至镜架105的镜腿(未示出)中。
在图2A的示例中，眼部扫描仪213包括红外发射器115和红外相机120。可见光相机通常包括蓝光滤波器以阻挡红外光检测，在示例中，红外相机120是可见光相机，诸如低分辨率视频图形阵列(VGA)相机(例如，640×480像素，总共0.3百万像素)，其中，移除了蓝色滤波器。红外发射器115和红外相机120共置在镜架105上，例如，两者被示出为连接到左边框107A的上部部分。镜架105或左镜腿110A和右镜腿110B中的一个或更多个包括电路板(未示出)，该电路板包括红外发射器115和红外相机120。红外发射器115和红外相机120可通过例如焊接连接到电路板。
可以实施红外发射器115和红外相机120的其他布置，包括其中红外发射器115和红外相机120两者都在右边框107B上或者在镜架105上的不同位置中的布置，例如，红外发射器115在左边框107A上并且红外相机120在右边框107B上。在另一示例中，红外发射器115在镜架105上并且红外相机120在镜腿110A-110B中的一个上，或反之亦然。红外发射器115可基本上连接在镜架105、左镜腿110A或右镜腿110B上的任何位置，以发射红外光的图案。类似地，红外相机120可基本上连接在镜架105、左镜腿110A或右镜腿110B上的任何位置，以捕获红外光的发射图案中的至少一个反射变化。
红外发射器115和红外相机120布置成通过眼部的部分或全部视场向内面向用户的眼部，以便标识相应的眼部位置和注视方向。例如，红外发射器115和红外相机120直接定位在眼部的前方、镜架105的上部部分中或镜架105的任一端部处的镜腿110A-110B中。
图2B是另一护目镜装置200的示例性硬件配置的后视图。在这个示例配置中，护目镜装置200被描绘为包括在右镜腿210B上的眼部扫描仪213。如所示出的，红外发射器215和红外相机220共置于右镜腿210B上。应当理解的是，眼部扫描仪213或眼部扫描仪213的一个或更多个部件可以位于左镜腿210A上和护目镜装置200的其他位置(例如，镜架205)上。红外发射器215和红外相机220与图2A的红外发射器和红外相机类似，但是眼部扫描仪213可以变化以对不同光波长敏感，如之前在图2A中所描述的。
类似于图2A，护目镜装置200包括：镜架105，该镜架105包括经由鼻桥106连接至右边框107B的左边框107A；并且左边框107A和右边框107B包括保持包括透视显示器180C-180D的相应光学元件180A-180B的相应孔口。
图2C-图2D是护目镜装置100的示例性硬件配置的后视图，该护目镜装置100包括两种不同类型的透视图像显示器180C-180D。在一个示例中，光学组件180A-180B的这些透视图像显示器180C-180D包括集成的图像显示器。如图2C所示，光学组件180A-180B包括任何合适类型的合适的显示矩阵180C-180D，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、波导显示器或任何其他此类显示器。
光学组件180A-180B还包括一个或更多个光学层176，一个或更多个光学层176可以包括透镜、光学涂层、棱镜、反射镜、波导、光带以及任何组合的其他光学部件。光学层176A-N可以包括棱镜，该棱镜具有合适的尺寸和配置并且包括用于从显示矩阵接收光的第一表面和用于向用户的眼部发射光的第二表面。光学层176A-N的棱镜在左边框107A和右边框107B中形成的相应孔口175A-175B的全部或至少一部分上延伸，以允许当用户的眼部正在通过相应的左边框107A和右边框107B观看时用户看到棱镜的第二表面。光学层176A-N的棱镜的第一表面从镜架105面向上并且显示矩阵覆盖棱镜，使得由显示矩阵发射的光子和光撞击第一表面。棱镜被定尺寸和定形状成使得光在棱镜内被折射并且被光学层176A-N的棱镜的第二表面引向用户的眼部。在此方面，光学层176A-N的棱镜的第二表面可以是凸形的，以将光引向眼部的中心。棱镜可以可选地被定尺寸和定形状成放大由透视图像显示器180C-180D投影的图像，并且光行进通过棱镜，使得从第二表面观察到的图像在一个或更多个维度上大于从透视图像显示器180C-180D发射的图像。
在另一个示例中，光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D包括如图2D所示的投影图像显示器。光学组件180A-180B包括投影仪150，投影仪150可以是使用扫描镜的三色投影仪、检流计、激光投影仪或其他类型的投影仪。在操作过程中，光源(诸如投影仪150等)被布置在眼镜装置100的镜腿125A-125B之一中或之上。光学组件180A-180B包括跨光学组件180A-180B的透镜的宽度或跨透镜的前表面与后表面之间的透镜深度间隔开的一个或更多个光带155A-N。在图8A至图8J中示出了投影仪的详细示例。
当由投影仪150投影的光子行进穿过光学组件180A-180B的透镜时，光子遇到光带155A-N。当特定光子遇到特定光带时，该光子或者被重新引向用户的眼部，或者它传递到下个光带。投影器150的调制与光带的调制的组合可控制特定光子或光束。在示例中，处理器932(图9)通过启动机械、声学或电磁信号来控制光带155A-N。尽管被示出为具有两个光学组件180A-180B，但是护目镜装置100可以包括其他布置，诸如单个或三个光学组件，或者根据护目镜装置100的应用或预期用户，光学组件180A-180B可以已经布置了不同的布置。
如图2C至图2D进一步所示，护目镜装置100包括邻近镜架105的左外侧部170A的左镜腿110A和邻近镜架105的右外侧部170B的右镜腿110B。镜腿110A-110B可集成在相应外侧部170A-170B上的镜架105中(如图所示)或实施为附接至相应侧部170A-170B的镜架105的单独部件。可替代地，镜腿110A-110B可集成到附接至镜架105的镜腿125A-125B中。
在一个示例中，透视图像显示器包括第一透视图像显示器180C和第二透视图像显示器180D。护目镜装置100包括第一孔口175A和第二孔口175B，第一孔口175A和第二孔口175B保持相应的第一光学组件180A和第二光学组件180B。第一光学组件180A包括第一透视图像显示器180C(例如，图2C的显示矩阵或光带155A-N’和投影仪150A)。第二光学组件180B包括第二透视图像显示器180D，例如，图2C的显示矩阵或光带155A-N”以及投影仪150B)。连续显示图像的连续视场包括水平、竖直或对角测量的约15°至30°之间的和更具体地24°的视角。具有连续视场的连续显示图像表示通过将呈现在第一图像显示器和第二图像显示器上的两个显示图像拼接在一起而可见的组合的三维可观察区域。
如本文所使用的，“视角”描述与呈现在光学组件180A-180B的左图像显示器180C和右图像显示器180D中的每一个上的显示图像相关联的视场的角度范围。“覆盖角”描述可见光相机114A-114B或红外相机220的透镜可以成像的角度范围。通常，由透镜生成的图像圆足够大以完全覆盖膜或传感器，可能包括一些渐晕(即，与图像中心相比，图像的亮度或饱和度朝着***减小)。如果透镜的覆盖角未填满传感器，则图像圆将是可见的，通常具有朝向边缘的强渐晕，并且有效视角将被限于覆盖角。“视场”旨在描述可观察区域的领域，护目镜装置100的用户可以经由呈现在光学组件180A-180B的左图像显示器180C和右图像显示器180D上的显示图像通过他或她的眼部看到该可观察区域的领域。光学组件180A-180B的图像显示器180C可以具有覆盖角在15°至30°之间(例如，24°)的视场，并且具有480×480像素的分辨率。
图3示出了图2A的护目镜装置的后透视图。护目镜装置100包括红外发射器215、红外相机220、镜架前部330、镜架背部335和电路板340。在图3中可以看出，护目镜装置100的镜架的左边框的上部部分包括镜架前部330和镜架背部335。用于红外发射器215的开口形成在镜架背部335上。
如在镜架的左边框的上部中间部分中所环绕的截面4中所示，电路板(其为柔性PCB 340)被夹在镜架前部330与镜架背部335之间。还更详细地示出了左镜腿110A经由左铰链126A附接至左镜腿325A。在一些示例中，眼部移动追踪器213的部件(包括红外发射器215、柔性PCB 340或其他电连接器或触点)可以位于左镜腿325A或左铰链126A上。
图4是穿过与图3的护目镜装置的环绕截面4相对应的红外发射器215和镜架的截面图。在图4的截面中图示了护目镜装置100的多个层，如图所示，镜架包括镜架前部330和镜架背部335。柔性PCB 340设置在镜架前部330上并且连接至镜架背部335。红外发射器215设置在柔性PCB340上并且由红外发射器覆盖透镜445覆盖。例如，红外发射器215回流焊到柔性PCB340的背部。通过使柔性PCB 340经受熔化焊料膏的受控热量来连接两个部件，回流焊将红外发射器215附接至形成在柔性PCB 340的背部上的接触焊盘。在一个示例中，回流焊用于将红外发射器215表面安装在柔性PCB340上并电连接这两个部件。然而，应当理解的是，例如，通孔可以用于经由互连将来自红外发射器215的引线连接至柔性PCB 340。
镜架背部335包括用于红外发射器覆盖透镜445的红外发射器开口450。红外发射器开口450形成在镜架背部335的面向后的侧部上，镜架背部335的面向后的侧部被配置成向内面向用户的眼部。在该示例中，柔性PCB 340可以经由柔性PCB粘合剂460连接至镜架前部330。红外发射器覆盖透镜445可以经由红外发射器覆盖透镜粘合剂455连接到镜架背部335。该耦接还可以是经由介入部件间接的。
在示例中，处理器932利用眼部追踪器213确定如图5所示的佩戴者眼部234的眼部注视方向230以及如图6所示的眼动范围内的佩戴者眼部234的眼部位置236。眼部追踪器213是使用红外光照明(例如，近红外、短波长红外、中波长红外、长波长红外或远红外)来捕获来自眼部234的红外光的反射变化的图像以确定相对于透视显示器180D的眼部234的瞳孔232的注视方向230以及眼部位置236的扫描仪。
图7描绘了用相机114A-114B捕获可见光的示例。可见光由具有圆形视场(FOV)111A的左可见光相机114A捕获。所选择的矩形左原始图像758A用于图像处理器912(图9)的图像处理。可见光由具有圆形FOV 111B的右可见光相机114B捕获。由图像处理器912选择的矩形右原始图像758B用于处理器912的图像处理。基于对左原始图像758A和右原始图像758B的处理，三维场景的三维图像715(下文称为沉浸式图像)由处理器912生成并由显示器180C、180D显示，并且其可由用户看见。
增强现实(AR)装置经常采用在用户眼睛前方的波导组合器来创建虚拟图像，该虚拟图像覆盖穿过组合器的真实世界的图像。组成虚拟图像的光由输入耦合机构(例如，衍射光栅或棱镜)注入到波导中，并且经由全内反射(TIR)传播通过波导。然后，通过输出耦合机构(例如，衍射光栅)从波导提取光，并且在距波导一定距离处形成光瞳，其中用户可以定位他们的眼睛以观看虚拟图像。
参考图8A，为了形成虚拟图像和光瞳，显示装置和投影仪被定位成使得投影仪的出瞳与波导的输入耦合器并置。在这种情况下，投影透镜充当傅里叶变换透镜，其对显示面板成像并且在投影仪出射光瞳处从面板的空间像素产生像素的角分布。
参考图8B，当显示面板需要外部照明时，如在基于硅基液晶(LCoS)的架构中，第二傅里叶变换透镜(收集器)可以用于捕获来自光源的照明。然后，该***可以被认为是在孔径光阑处具有显示面板的两个傅里叶变换透镜(或两个中继透镜半部)。然后，光源在波导的输入耦合器处成像。
参考图8C，示出了基于TIR偏振分束器棱镜的紧凑型投影仪150，以及结合折射和反射能力(通常称为折反射)的镜像透镜成像***。图8C图示了使用包括LCoS空间光调制器的显示面板的投影仪150，但是在其他示例中，可以使用不同的光面板，诸如由德克萨斯州达拉斯的德州仪器制造的数字光处理有机发光二极管(OLED)或微发光二极管(uLED)显示器等，如将简短描述的。
图8C描绘使用LCoS显示面板802的根据本公开的紧凑型投影仪150的架构。发射光806(诸如红色、绿色和蓝色(RGB)光等)产生自光源804，诸如发光二极管(LED)，光源804由处理器932(图9)控制。光806由收集器808(诸如复合抛物面聚光器和收集透镜等)收集。光806穿过线偏振器810并进入下TIR棱镜812的右面。光806从下TIR棱镜812的下表面814全内反射并且被导向下TIR棱镜812的上表面816。在下TIR棱镜812的上表面816处是偏振分束器(PBS)元件820，诸如薄膜沉积或聚合物膜材料(诸如由明尼苏达州圣保罗的3M制造的PBS-1000)。PBS元件820反射单线偏振的光并透射正交线偏振的光。在这种情况下，输入线偏振器810被定向成使得进入下TIR棱镜812并到达PBS元件820的光806是s偏振的(而不是p偏振的)。PBS元件820反射s偏振光并将其引导到LCoS面板802，LCoS面板802由处理器932控制。
当LCoS面板802的像素被设置为亮状态时，LCoS面板802作为四分之一波片(QWP)和反射镜操作。在这种情况下，s偏振光进入LCoS面板802，通过QWP和反射镜旋转到正交p状态，然后被引导回PBS元件820。PBS元件820透射p状态光并且将其传递到上TIR棱镜822。注意，PBS元件820包括夹着线偏振器826的两个PBS膜824。这种夹层增强了装置的对比度，但是对于操作而言不是必需的，并且可以仅使用一个PBS膜824。
当LCoS面板802像素被设置成暗状态时，面板充当简单的反射镜。s偏振光被反射回PBS元件820。PBS元件820反射s偏振光并通过下TIR棱镜812将其发送回光源804。该s偏振光从未到达波导，因此构成暗像素。
当LCoS面板802像素处于亮状态时，来自LCoS面板802的p光穿过上TIR棱镜822并到达四分之一波片830。四分之一波片830将光806的状态从线性改变到圆形。四分之一波片830可以是被层压以对红光、绿光和蓝光生成消色差的四分之一波(AQW)响应的延迟膜的堆叠。也可以使用由液晶聚合物制造的AQW的其他形式。
圆偏振光806然后通过折射透镜832。折射透镜832在透镜832的背面上具有反射镜涂层834以充当反射镜。这种类型的折射透镜通常被称为曼金透镜(尽管反射镜透镜通常与元件的折射部分中的负透镜能力相关联)。圆偏振光806在反射镜834处反射时改变倾向(handedness)，并且接着行进回到四分之一波片830，从而在其传播时收集几何光学功率。该反折射透镜用作投影透镜。圆偏振光806再次穿过四分之一波片830并且变成s偏振光。s偏振光在PBS元件820处反射并且被发送到上TIR棱镜822的上边缘836。光806然后在上边缘836处反射，并且被发送出作为上TIR棱镜822的左面的出射端口838。要注意的是，四分之一波片830可层压到上TIR棱镜822上以减少反射和更高对比度，或者它可以是通过将高质量棱镜表面用作TIR反射器来增强图像质量的单独元件。
离开上TIR棱镜822的出射端口838的光806可以通过附加透镜840(诸如场透镜(但更多地充当光瞳透镜)等)并且然后通过圆形或线性偏振器841被发送。***创建LCoS面板802的傅里叶变换，其与波导844的输入耦合器842并置。输入耦合器842可为波导844的与棱镜组件相对侧上的小光栅。输入耦合器842还可为附接到波导844的棱镜，该棱镜将光以一角度注入到波导844中，使得光TIR在波导844内部。
场透镜也可***在下TIR棱镜812和LCoS面板802之间以改进***调制传递函数(MTF)和下图像失真。
此TIR PBS棱镜组件和折反射的图像***创建适用于将图像注入波导844中的非常紧凑型LCoS投影仪150。
以上描述的基本架构还可以与其他显示面板一起使用，其中一些简化但潜在地有一些光损耗。例如，uLED显示面板直接从其像素发射光。uLED显示面板可被放置在与LCoS显示面板802相同的位置，并且光可朝向PBS元件820发射。处于p偏振状态的光将穿过PBS元件820，到达四分之一波片830，到达曼金透镜832，并且返回穿过四分之一波片830，在此处其变成s偏振的。s偏振光然后从PBS元件820反射，在上TIR棱镜822的上边缘836处反射，并且在输入耦合器处创建uLED面板像素的傅里叶变换。uLED显示面板通常发射非偏振光，因此所发射的光的仅一半将穿过成像***。另一半将反映在PBS元件820的初始拦截处，并且然后被从PBS元件820发送出去。对于该装置，可以使用单个PBS层824，并且不需要收集器或输入线偏振器来进行操作。可以以完全相同的方式使用有机LED(OLED)显示面板。
另一选项是使用由德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司制造的显示面板。非常类似于LCoS显示面板，/>显示面板是空间光调制器并且不从面板发射光。它需要外部光源。/>显示面板需要离轴到达显示面板的照明。/>反射镜在一个方向上倾斜以将光转移到投影透镜(亮像素)中，并且在相反方向上倾斜以引导光远离投影透镜(暗像素)。如果光被离轴引导，穿过线偏振器进入照明下部TIR棱镜812，并且在照明下部TIR棱镜812和/>显示面板之间添加四分之一波片，则***以与LCoS***相同的方式操作。通过偏振照明，典型的/>投影仪的亮度降低了2。
参考图8D，图示了包括在一侧上涂覆为反射镜834的曼金折射透镜的透镜832，其具有使图像消色差的衍射元件。透镜832还可以是单个透镜和负色散液晶聚合物相透镜的组合，以使图像消色差。
图8E图示了包括被配置成对图像进行消色差的两个元件的透镜832，一个是冠玻璃(crown glass)850并且另一个是火石玻璃852。
图8F图示了被配置成对图像进行消色差的两个元件850、852以及靠近输入耦合器的光瞳透镜854。光瞳透镜854改进了成像***的调制传递函数(MTF)。
图8G图示了被配置成消色差图像的两个元件850、852、输入耦合器附近的光瞳透镜854和LCoS面板802附近的场透镜856。场透镜856的添加改善了成像***的径向失真。
图8H图示了由图8G中描述的***产生的示例MTF。在该示例中，像素化面板的奈奎斯特频率为166个周期/毫米，并且所有场点均高于0.35调制对比度。
图8I图示了作为至波导的输入耦合器的转向棱镜。
图8J图示了非远心光瞳、面板以及通过照明下TIR棱镜812的光路。远心光瞳位于距像素化面板802非常远的位置(基本上无穷大)。非远心光瞳位于距面板802有限距离处。通过在装置的成像部分中创建非远心光瞳，穿过照明下棱镜812的光束覆盖区减小，且因此减小照明下棱镜812的尺寸。
图8K图示了利用LED、复合抛物面聚光器(CPC)、微透镜阵列、傅立叶透镜、照明棱镜和LCoS面板的照明***(非远心光瞳)。
图8L图示了使用投影仪150的方法860。
在框862处，光源804由处理器932控制并且生成光806。光源804在不同的时间(诸如交替地或顺序地等)产生红、绿和蓝(RGB)光806。
在框864处，光806被引导穿过收集器808和线性偏振器810，并且然后进入到下TIR棱镜812的右面。光806然后从下TIR棱镜812的下边缘814反射并且朝向PBS分束器820。PBS分束器820是s偏振的(而不是p偏振的)。PBS元件820反射s偏振光806并将其引导到LCoS面板802，LCoS面板802由处理器932控制。
在框866处，LCoS面板802由处理器932控制并调制接收光806以创建图像。当LCoS面板802的像素被设置为亮状态时，LCoS面板802作为四分之一波片(QWP)和反射镜操作。在这种情况下，s偏振光806进入LCoS面板802，通过QWP和反射镜旋转到正交p状态，然后被引导回PBS元件820。PBS元件820透射p状态光并且将其传递到上TIR棱镜822。
在框868处，来自LCoS面板的图像通过上TIR棱镜822的上边缘836和通过四分之一波片830被引导至折射透镜832。折射透镜832对图像进行消色差处理。折射透镜832在透镜832的背面上具有反射镜涂层834以用作反射镜，诸如曼金透镜等。四分之一波片830将光806的状态从线性改变到圆形。圆偏振光806在反射镜834处反射时改变倾向，并且接着行进回到四分之一波片830，从而在其传播时收集几何光学功率。该反折射透镜用作投影透镜。
在框870处，圆偏振光806再次穿过四分之一波片830并且变成s偏振光。s偏振光在PBS元件820处反射并且被发送到上TIR棱镜822的上边缘836。光806然后在上边缘836处反射，并且被发送出上TIR棱镜822的出射端口838，穿过输入耦合器842，并且进入到波导844中。
图9描绘了包括布置在眼镜100、200中的示例电子部件的高级功能框图。所示出的电子部件包括处理器932、存储器934和透视图像显示器180C、180D。
存储器934包括用于由处理器932执行以实现眼镜100/200的功能的指令，包括用于处理器932控制图像715的指令。处理器932从电池950接收电力并执行存储在存储器934中或者与处理器932集成在芯片上的指令以执行眼镜100/200的功能，并且经由无线连接与外部装置通信。
用户界面调整***900包括可穿戴装置，该可穿戴装置是具有眼睛移动追踪器213(例如，在图2B中示出为红外发射器215和红外相机220)的护目镜装置100。用户界面调整***900还包括经由多种网络连接的移动装置990和服务器***998。移动装置990可以是智能电话、平板计算机、膝上型计算机、接入点或能够使用低功率无线连接925和高速无线连接937两者与护目镜装置100连接的任何其他这样的装置。移动装置990连接到服务器***998和网络995。网络995可以包括有线连接和无线连接的任何组合。
护目镜装置100包括至少两个可见光相机114A-114B(一个与左外侧部170A相关联并且一个与右外侧部170B相关联)。护目镜装置100进一步包括光学组件180A-180B的两个透视图像显示器180C-180D(一个与左外侧部170A相关联并且一个与右外侧部170B相关联)。护目镜装置100还包含图像显示驱动器942、图像处理器912、低功率电路920和高速电路930。图9所示的用于护目镜装置100、200的部件位于镜腿中的一个或更多个电路板(例如PCB或柔性PCB)上。可替代地或另外地，所描绘的部件可以位于护目镜装置100、200的镜腿、镜架、铰链或鼻桥中。左可见光相机114A和右可见光相机114B可包括数字相机元件，诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦接装置、透镜或可用于捕获数据(包括具有未知对象的场景的图像)的任何其他相应的可见或光捕获元件。
眼部移动追踪程序实施用户界面视场调整指令，包括用于致使护目镜装置100经由眼部移动追踪器213追踪护目镜装置100的用户的眼部的眼部移动。其他实施的指令(功能)致使护目镜装置100、200基于所检测到的用户的对应于连续眼部方向的眼部移动来确定对初始视场111A-111B的视场调整。进一步实施的指令基于视场调整生成显示图像序列的连续显示图像。连续显示图像经由用户界面被生成为对用户的可见输出。可见输出出现在光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D上，该透视图像显示器180C-180D被图像显示驱动器942驱动，以呈现显示图像序列，显示图像包括具有初始视场的初始显示图像和具有连续视场的连续显示图像。
如图9所示，高速电路930包括高速处理器932、存储器934和高速无线电路936。在示例中，图像显示驱动器942耦接至高速电路930并且由高速处理器932操作，以便驱动光学组件180A-180B的左图像显示器180C和右图像显示器180D。高速处理器932可以是能够管理护目镜装置100所需的任何通用计算***的高速通信和操作的任何处理器。高速处理器932包括使用高速无线电路936来管理高速无线连接937到无线局域网(WLAN)上的高速数据传输所需的处理资源。在某些示例中，高速处理器932执行操作***，诸如LINUX操作***或护目镜装置100的其他此类操作***，并且该操作***被存储在存储器934中以供执行。除了任何其他职责之外，执行护目镜装置100的软件架构的高速处理器932被用来利用高速无线电路936管理数据传输。在某些示例中，高速无线电路936被配置成实施电气与电子工程师协会(IEEE)802.11通信标准，在此也被称为Wi-Fi。在其他示例中，其他高速通信标准可以由高速无线电路936实施。
护目镜装置100、200的低功率无线电路924和高速无线电路936可以包括短程收发器(BluetoothTM)和无线广域网、局域网或广域网收发器(例如，蜂窝或WiFi)。移动装置990(包括经由低功率无线连接925和高速无线连接937进行通信的收发器)可以使用护目镜装置100的架构的细节来实施，网络995的其他元件也是如此。
存储器934包括能够存储多种数据和应用的任何存储装置，除其他事项之外，所述数据和应用包括色图、由左可见光相机114A和右可见光相机114B和图像处理器912生成的相机数据以及由图像显示驱动器942在光学组件180A-180B的透视图像显示器180C-180D上显示而生成的图像。虽然存储器934被示出为与高速电路930集成，但是在其他示例中，存储器934可以是护目镜装置100的独立的独立运行元件。在某些此类示例中，电气路由线可提供通过包括高速处理器932的芯片从图像处理器912或低功率处理器922到存储器934的连接。在其他示例中，高速处理器932可以管理存储器934的寻址，使得低功率处理器922将在需要涉及存储器934的读取或写入操作的任何时间引导高速处理器932。
服务器***998可以是作为服务或网络计算***的一部分的一个或更多个计算装置，计算装置例如包括处理器、存储器和用于通过网络995与移动装置990和护目镜装置100、200进行通信的网络通信接口。护目镜装置100、200与主计算机连接。例如，护目镜装置100经由高速无线连接937与移动装置990配对或经由网络995连接到服务器***998。
护目镜装置100的输出部件包括视觉部件，诸如在图2C-图2D中所描述的光学组件180A-180B的左图像显示器180C和右图像显示器180D(例如，显示器，诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、发光二极管(LED)显示器、投影仪或波导)。光学组件180A-180B的图像显示器180C-180D由图像显示驱动器942驱动。护目镜装置100的输出部件进一步包括声学部件(例如，扬声器)、触觉部件(例如，振动马达)、其他信号发生器等等。护目镜装置100、200、移动装置990和服务器***998的输入部件可以包括字母数字输入部件(例如，键盘、被配置成接收字母数字输入的触摸屏、光学键盘或其他字母数字输入部件)、基于点的输入部件(例如，鼠标、触摸板、轨迹球、操纵杆、运动传感器或其他点装置)、触觉输入部件(例如，物理按钮、提供触摸或触摸手势的位置和力的触摸屏或其他触觉输入部件)、音频输入部件(例如麦克风等)。
眼镜装置100可以可选地包括附加***装置元件。此类***装置元件可以包括环境光和光谱传感器、生物计量传感器、附加传感器或与眼镜装置100集成的显示元件。例如，***装置元件可包含任何I/O部件，I/O部件包括输出部件、运动部件、位置部件或本文描述的任何其他此类元件。护目镜装置100可以采用其他形式并且可以结合其他类型的框架，例如，头帽、头戴耳机或头盔。
例如，用户界面视场调整900的生物计量组件包括用于检测表达(例如，手部表达、面部表达、声音表达、身体姿势或眼部追踪)、测量生物信号(例如，血压、心率、体温、出汗或脑电波)、标识人(例如，语音标识、视网膜标识、面部标识、指纹标识或基于脑电图的标识)等的部件。运动部件包括加速度传感器部件(例如，加速度计)、重力传感器部件、旋转传感器部件(例如，陀螺仪)等。位置部件包括用以生成位置坐标的位置传感器部件(例如，全球定位***(GPS)接收器部件)、用于生成定位***坐标的WiFi或BluetoothTM收发器、高度传感器组件(例如，检测可从中得出高度的空气压力的高度计或气压计)、定向传感器部件(例如，磁力计)等。也可以通过无线连接925、937经由低功率无线电路924或高速无线电路936从移动装置990接收这种定位***坐标。
根据某些示例，“应用(application)”或“应用(applications)”是执行在程序中定义的功能的程序。可采用不同编程语言来创建以多种方式(诸如面向对象的编程语言(例如，Objective-C、Java或C++)或过程编程语言(例如，C或汇编语言))结构化的应用中的一个或更多个。在具体示例中，第三方应用(例如，由不同于特定平台的供应商的实体使用ANDROIDTM或IOSTM软件开发包(SDK)开发的应用)可以是在移动操作***(诸如IOSTM、ANDROIDTM、Phone或另一移动操作***)上运行的移动软件。在该示例中，第三方应用可调用由操作***提供的API呼叫，以促进本文所描述的功能。
将理解的是，本文中所使用的术语和表达具有普通含义，如对于它们相应的相对查询和研究领域而言符合此类术语和表达，除了本文中已经另外阐述具体含义之外。诸如第一和第二等之类的关系术语可仅用来将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开来，而不必要求或暗指这些实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”或其任何其他变型旨在覆盖非排他性的包括，使得包括或包含一系列元件或步骤的过程、方法、物品或装置不仅仅包括那些元件或步骤，而且还可以包括未明确列出的或对此类过程、方法、物品或装置固有的其他元件或步骤。在没有进一步限制的情况下，前面有“一个(a)”或“一种(an)”的元件不排除在包括该元件的过程、方法、物品或装置中存在另外的相同元件。
除非另有说明，否则在本说明书(包括在以下权利要求书中)中阐述的任何和所有测量、值、评级、位置、幅值、大小和其他规范都是近似的、不精确的。这样的量旨在具有与它们涉及的功能以及与它们所属领域常规的相一致的合理范围。例如，除非另有明确说明，参数值等可与所述量偏差多达±10％。
此外，在以上详细说明中，可以看出，出于简化本公开的目的，不同特征在不同示例中被组合在一起。本公开的该方法不应被解释为反映所要求保护的示例需要比在每个权利要求中明确陈述的特征更多的特征的意图。相反，如以下权利要求反映的，要保护的主题位于比任何单个公开的示例的所有特征少的特征中。因此，以下权利要求由此并入详细说明中，其中每个权利要求独立地作为单独要求保护的主题。
虽然前述内容已描述了被认为是最佳模式和其他示例的内容，但应理解的是，可以在其中做出不同修改，并且在此公开的主题可以不同形式和示例来实现，并且它们可以应用于许多应用中，在此仅描述了其中的一些应用。所附权利要求旨在要求保护落入本概念的真实保护范围内的任何和所有修改和变型。

Claims (20)

1.一种用于眼镜的投影仪，包括：
光源，所述光源被配置成产生光；
显示器，所述显示器被配置成调制所述光并且生成图像；
控制器，所述控制器被配置成控制所述光源和所述显示器；
第一全内反射(TIR)棱镜，所述第一全内反射棱镜被配置成将来自所述光源的所述光路由到所述显示器；
第二全内反射棱镜，所述第二全内反射棱镜在界面处耦接到所述第一全内反射棱镜并被配置成路由来自所述显示器的光；
偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述第一全内反射棱镜与所述第二全内反射棱镜之间的界面处；
四分之一波片，所述四分之一波片被配置成接收来自所述第二全内反射棱镜的光；
折射透镜，所述折射透镜被配置成将穿过所述四分之一波片的光反射回到所述第二全内反射棱镜内；以及
所述第二全内反射棱镜被配置成将来自所述折射透镜的反射光引导至被配置成耦接至波导的输出端。
2.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述折射透镜包括曼金透镜。
3.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述折射透镜包括第一透镜和被配置成使所述图像消色差的反射镜。
4.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述折射透镜被配置成形成来自所述显示器的光的傅立叶变换。
5.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述偏振分束器被配置成反射和偏振来自所述光源的光。
6.根据权利要求5所述的投影仪，其中，所述偏振分束器被配置成反射单线偏振的光并且透射正交线偏振的光。
7.根据权利要求1所述的投影仪，进一步包括布置在所述光源与所述第一全内反射棱镜之间的收集器。
8.根据权利要求1所述的投影仪，进一步包括耦接至所述第二全内反射棱镜输出端的偏振器。
9.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述偏振分束器包括夹着线偏振器的两个层。
10.一种投影仪，包括：
显示器；
控制器，所述控制器被配置成控制所述显示器并且生成图像；
第一全内反射(TIR)棱镜，所述第一全内反射棱镜被配置成路由所述图像；
第二全内反射棱镜，所述第二全内反射棱镜在界面处耦接到所述第一全内反射棱镜并被配置成路由来自所述显示器的图像；
偏振分束器，所述偏振分束器布置在所述第一全内反射棱镜与所述第二全内反射棱镜之间的界面处；
四分之一波片，所述四分之一波片被配置成接收来自所述第二全内反射棱镜的图像；
折射透镜，所述折射透镜被配置成将穿过所述四分之一波片的图像反射回到所述第二全内反射棱镜中；以及
所述第二全内反射棱镜被配置成将所述图像从所述折射透镜引导至被配置成耦接至波导的输出端。
11.一种投影仪的使用方法，包括：
使用光源产生光；
使用第一全内反射(TIR)棱镜将来自所述光源的光路由到显示器；
使用控制器控制所述光源和所述显示器；
调制所述光以在所述显示器上产生图像；
使用在界面处耦接到所述第一全内反射棱镜的第二全内反射棱镜路由来自所述显示器的光，其中，偏振分束器设置在所述第一全内反射棱镜和所述第二全内反射棱镜之间的所述界面处；
在四分之一波片处接收来自所述第二全内反射棱镜的光；
利用折射透镜将穿过所述四分之一波片的光反射回到所述第二全内反射棱镜中；以及
使用所述第二全内反射棱镜将反射的光从所述折射透镜引导至被配置成耦接至波导的输出端。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述折射透镜包括曼金透镜。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述折射透镜包括第一透镜以及使所述图像消色差的反射镜。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述折射透镜形成来自所述显示器的光的傅立叶变换。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述偏振分束器反射和偏振来自所述光源的光。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述偏振分束器反射单线偏振的光并且透射正交线偏振的光。
17.根据权利要求11所述的方法，进一步包括设置在所述光源与所述第一全内反射棱镜之间的收集器。
18.根据权利要求11所述的方法，进一步包括耦接至所述第二全内反射棱镜输出端的偏振器。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述偏振分束器包括夹住线偏振器的两个层。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述折射透镜包括冠玻璃和火石玻璃。
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