用于虚拟现实和混合现实的交叉配置的紧凑型光学器件
相关申请的交叉引用
本申请包含与Benitez等人的PCT/US2014/067149(“PCT1”)和具有共同发明人的PCT/US2016/014163(“PCT6”)相关的主题，这些申请通过引用整体并入本文。本申请还涉及并要求于2018年1月26日提交的美国临时申请62/622,525的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及视觉显示，尤其涉及头戴式显示技术。
背景技术
引用的参考文献
Rolland,J.P.“Wide angle,off-axis,see-through head-mounted display”。Opt.Eng.(关于推动光学设计软件中的信封的特刊)2000，39，1760-1767；(“Rolland”)
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Droessler,J.G.；Rotier,D.J.“Tilted cat helmet mounted display”，Opt.Eng.1995，29(8)，24–49(“Droessler 1”)
Chen C.V等人的US 5,822,127(“Chen 2”)
Droessler,J.G.的US 6,147,807(“Droessler 2”)
Cheng,D.，Wang,Y.，Hua,H.的US 9,244,277(“Cheng”)
Hua,H.，Gao,C.的US 9,729,232(“Hua”)
Wang等人的“The Light Field Stereoscope”，SIGGRAPH2015，(“Wang”)
上述每一篇均通过引用整体并入本文。
2.定义
3.现有技术
头戴式显示器(HMD)技术是个快速发展的领域。理想的头戴式显示器组合了高分辨率、大视场、重量轻且分布均匀以及具有小维度的结构。
与本申请相关的现有技术包括使用基于离轴反射镜的设计作为“Rolland”和“Cheng”设计，其不使用本文提出的交叉配置。另一方面，“Droessler 1”和“Chen 2”描述了在眼睛前方具有半透明反射镜的离轴系统，该反射镜具有光学损耗，这与在本文公开的一些实施例中在眼睛前方基本上无损的基于TIR或基于滤光器的反射相反。
“Droessler 2”示出了使用TIR反射的自由形式棱镜，如本文中的一些实施例那样(但不使用交叉配置)，并且包括附加的自由形式棱镜以向HMD提供看穿能力，如本文给出的一些实施例那样。
最后，“Cheng”公开了具有多个显示器的对称多通道TIR自由形式棱镜配置，具有正倍率，但处于非交叉配置；而“Hua”引入了具有正倍率的TIR自由形式棱镜用于显示器、第二光学系统以通过TIR自由形式棱镜捕获眼睛瞳孔的图像来对其进行跟踪，使得棱镜加相机光学器件传感器在传感器上具有负倍率。本文的实施例在交叉配置中具有正或负倍率，并且包括包含用于眼睛跟踪的相机的可能性，尽管与“Hua”是非常不同的配置。
PCT1公开了与本申请相关的多个概念，如opixel、ipixel、群集、映射功能、虚拟屏幕的凝视区域等，而PCT6公开了也与本发明相关的超分辨率技术，基于(1)使用沿着显示器的可变倍率来在虚拟屏幕的ipixel可以直接被凝视的地方将虚拟屏幕的ipixel示为更密集，并在FOV的其余部分中示为更稀疏(courser)，以及(2)考虑眼睛旋转以最大化当眼睛注视每个ipixel时的该ipixel的图像质量，因此凝视向量指向ipixel。
发明内容
本发明包括一种用于虚拟或混合现实应用的设备，该设备使用交叉配置中的光学系统，这允许其对于非常宽的FOV获得空前的紧凑性。
公开了一种显示设备，其包括一个或多个显示器，可操作以生成包括多个物体像素的实像。该设备包括光学系统，该光学系统包括被布置为从实像生成沉浸式虚像的多个通道。沉浸式虚像包括多个图像像素，每个通道将来自物体像素的光投射到相应的瞳孔范围。
瞳孔范围包括直径为21到27毫米的假想球体的表面上的区域，并且包括在球体中心处对着角15度全角的圆。
物体像素被分组为群集，每个群集与通道相关联，使得通道从物体像素产生包括图像像素的部分虚像，并且部分虚像组合以形成所述沉浸式虚像。
通过给定通道落在瞳孔范围上的成像光线来自相关联的群集的像素，并且从给定群集的物体像素落在所述瞳孔范围上的成像光线通过相关联的通道。
从相关联的群集的单个物体像素生成从给定通道朝着瞳孔范围出射并且虚拟地来自沉浸式虚像的任何一个图像像素的成像光线。
至少两个通道的群集基本上包含在由假想球体中心经过的平面所定义的相对的半空间中。
两个通道中的每个通道包括一个表面，形成部分虚像的成像光线在到达瞳孔范围之前在该表面上经受最后反射。
两个通道的每个表面基本上包含在包含其相应的群集的相对的半空间中。
在实施例中，所有物体像素属于单个显示器。
在实施例中，至少一个显示器表面的形状是部分圆柱形的。
在实施例中，至少一个显示器表面是弯曲的。
可选地，所有物体像素属于两个平面显示器。
在一个实施例中，至少一个表面被配置为透射两个通道之一的光线并反射两个通道中另一个通道的光线。
显示器可以包括公共光学表面，两个通道的所有成像光线在该光学表面上折射。可选地，两个通道的所有成像光线也在所述公共光学表面上反射。在实施例中，反射是全内部的。在实施例中，反射是通过滤光器实现的。滤光器可以是平坦的。滤光器可以是反射型偏振器、二向色滤光器、角度选择性透明滤光器或半透明反射镜。
在实施例中，两个通道的最后反射表面及其公共光学表面可以是固体介电材料块的三个面。
可以设想，每个最后反射表面的一部分也可以允许成像光线的透射。可选地，所述表面的透射和反射通过滤光器实现。滤光器优选地是反射型偏振器、二向色滤光器、角度选择性透明滤光器或半透明反射镜。
在实施例中，两个通道中的至少每个通道的最后反射表面是材料薄板的表面。
两个通道的最后反射表面可以是半透明的，以允许看穿(see-through)可视化。
可以添加吸收或反射表面以消除伪像的产生。
可以针对看穿可视化添加折射校正器元件。
在一个实施例中，两个通道的反射表面可以包括间隔开的反射器的堆叠，以减少会聚适应失配。
可以设想，在实施例中，显示器可以在小于整个半球的立体角内定向发光。可以使用显示器顶部的角度选择性透明滤光器来确定方向性。
优选地，显示器中的至少一个是光场显示器。
可以设想，两个通道中的至少一个可以是具有(i)正倍率、(ii)负倍率或(iii)一个方向上的正倍率和基本垂直的方向上的负倍率的光学系统。
在实施例中，两个通道可以基本上被包含在相对的半空间中，在视场的中央部分中形成部分虚像，而其它通道形成视场的外周部分的部分虚像。
任何实施例都可以包括安装夹具，该安装夹具可操作以将设备维持在相对于正常人的头部基本恒定的位置，其中一只眼睛在假想球体的位置。
可以设想，光学系统可以被布置为产生部分虚像，其中，当所述眼睛处于其瞳孔在瞳孔范围内的眼睛位置时，至少一个部分虚像包含通过人眼投射到所述眼睛的1.5mm中央凹上的部分，所述部分虚像的所述部分具有比当所述眼睛处于其瞳孔在瞳孔范围内的不同眼睛位置时投射在所述眼睛的视网膜的外周部分上时更高的分辨率。优选地，与在所述眼睛的视网膜的外周部分上形成部分虚像的光线相比，在中央凹上形成部分虚像的光线是从不同的群集发射的。
还可以设想，虚像的像素在视场的中心可能比在视场的外部区域更密集。
根据以下优选实施例的详细描述，如附图所示，本发明的前述和其它特征以及本发明的优点将变得更加清楚。如将认识到的，在不脱离本发明的情况下，本发明能够在各个方面进行修改。因而，附图和说明书本质上应当被认为是说明性，而不是限制性的。
附图说明
本发明的上述和其它方面、特征和优点将从结合附图给出的以下更具体的描述中变得清晰，其中：
与示出本发明的图1B相比，图1A示出了现有技术的实施例。
图2图示了本发明的用途。
图3示出了本发明的一个实施例以及在其它图中使用的穿过其的2D切口。
图4示出了本发明的一般实施例。
图5示出了一个优选实施例，其中通过使用光学器件和滤光器组合两个显示器的发射来产生虚像。
图6示出了具有一个单个弯曲的显示器的实施例。
图7图示了在凝视和外周方向上的感知差异。
图8示出了类似于图5的光学器件的组合。
图9图示了具有负倍率的光学器件。
图10图示了具有正倍率的光学器件。
图11图示了在一个方向上具有正倍率并且在垂直方向上为负的光学器件。
图12图示了不同光学器件的并联和串联组合。
图13示出了针对两个不同显示器具有单独的发射颜色的CIE图。
图14示出了光学器件，其显示器发射偏振光并且其滤光器是偏振器。
图15示出了光学器件，其显示器发射非偏振光并且其滤光器是偏振器。
图16示出了使用偏振光的光学器件，它基本上是对称的，并且其滤光器使用1/4波长延迟器和偏振器。
图17示出了使用偏振光的光学器件，它基本上是对称的，并且其1/4波长延迟器与用作滤光器的偏振器在物理上分开。
图18示出了吸收偏振器的结构，以防止伪像。
图19示出了类似于图5的光学器件，但是具有用于改善图像质量的附加光学部件。
图20示出了光学器件，其来自两个分开的显示器的通道被底部透镜分开，具有导数不连续性。
图21示出了类似于图20的光学器件，但是其中底部透镜和主光学器件是一个单个元件。
图22示出了由用于增加视场的侧面光学器件和中央主光学器件组成的不对称光学器件。
图23示出了光学器件，在其底部表面具有附加的反射镜和偏振器，以确保当TIR失败时的反射并防止伪像。
图24示出了由中央光学器件和与两个显示器匹配的两个投影仪组成的光学器件。
图25示出了具有用于看穿配置的校正器元件和投影仪的配置。
图26示出了具有成角度的投影仪以提高紧凑性的配置。
图27示出了其中成角度的投影仪与中央光学器件形成单个元件的配置。
图28示出了具有折叠的投影仪以提高紧凑性的配置。
图29示出了其中投影仪是折叠的光学器件并且与中央光学器件形成单个元件的配置。
图30示出了具有基于偏振光的紧凑型投影仪的配置。
图31示出了当显示器是LCoS时图30中的投影仪的照明系统。
图32示出了使用投影仪和滤光器的空中配置。
图33示出了使用用于看穿配置的滤光器或反射镜的空中配置。
图34示出了允许可调光的看穿的空中配置。
图35示出了本发明的可能穿戴。
图36示出了类似于图33的配置，但是其中投影仪在3D空间中旋转。
图37示出了类似于图33的配置，但是其中投影仪在3D空间中旋转。
图38示出了基于反射镜(或用于看穿的滤光器)的具有折叠的投影仪的空中配置。
图39示出了具有折叠的投影仪的坚固配置。
图40示出了其中虚像在两个距离处创建以减少会聚-适应失配的空中配置。
图41示出了四重实施例。
图42示出了可以用作可互换(commutable)反射镜的液晶和偏振器的堆叠。
图43示出了用于以可互换距离显示虚像的空中配置。
图44示出了用于以可互换距离显示虚像的坚固配置。
图45示出了其投影仪具有可互换配置的坚固配置。
图46示出了本发明的优选实施例，其示出了用于对其表面进行数学描述的局部坐标系。
图47示出了针对不同凝视方向的图46中的配置的光线。
图48示出了图46中的配置的凝视光线和周围视觉的光线。
图49示出了定义图46中的实施例的瞳孔范围的光线。
图50示出了图46中所示的实施例的透视图。
图51示出了图46中所示的实施例的透视图。
图52示出了用于计算延迟器的厚度和旋转的几何形状。
图53示出了将到达中央凹的光线与到达中央凹外部的视网膜的光线分开的实施例。
图54示出了为弯曲的显示器设计的配置。
图55示出了与图54中相同的配置，但是现在是三维视图。
图56示出了具有中央主光学器件和侧面投影仪的实施例。
图57示出了图56中的光学器件的三维视图。
图58示出了在其中央主光学器件的一些表面上具有半透明反射镜的实施例。
图59示出了具有允许看穿配置的校正元件的实施例。
具体实施方式
通过参考以下对本发明的详细描述和附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，所述附图阐述了利用本发明原理的说明性实施例。
本发明中的实施例包括光学设备(每只眼睛)，该光学设备通过使用包括被布置为从实像生成沉浸式虚像的多个通道的光学系统将来自一个或多个数字显示器的光传输到眼睛的瞳孔范围的区域。沉浸式虚像包括多个图像像素，每个通道将光从物体像素投射到相应的瞳孔范围。瞳孔范围包括直径为21到27毫米的假想球体表面上的区域，并且在球体的中心处包括对着15度全角的圆。
物体像素被分组为群集，每个群集与通道相关联，使得通道从物体像素产生包括图像像素的部分虚像，并且部分虚像组合以形成所述沉浸式虚像。
通过给定通道落在瞳孔范围上的成像光线来自相关联的群集的像素，并且从给定群集的物体像素落在所述瞳孔范围上的成像光线通过相关联的通道。
从相关联群集的单个物体像素生成从给定通道朝着瞳孔范围出射并且虚拟地来自沉浸式虚像的任何一个图像像素的成像光线。
至少两个通道的群集基本上包含在由假想球体中心经过的平面所定义的相对的半空间中。
两个通道中的每个通道都包括一个表面，形成部分虚像的成像光线在到达瞳孔范围之前在该表面上经受最后一次反射。
两个通道的每个表面基本上都包含在相对的半空间中，该半空间包含其相应的群集。
现在参考附图，与本发明的类似功能的实施例102(图1B)相比，图1A示出了现有技术的实施例101(US 9,244,277B2，其公开内容通过引用整体并入本文)。在这两种情况下，视场被拆分为两个通道，具有对应的显示器103或104。本发明明显更紧凑。
图2示出了本发明的优选实施例，其包括显示器201和202以及光学器件203。这个组件被放置在眼睛的前面，从而提供场景的宽视图视觉。另一个类似的套件放置在另一只眼睛的前面。这两个设备的组合图像产生三维效果。在另一个实施例中，所述组件可以旋转90度，使得显示器201和202不是水平方向而是垂直方向。
在本发明中使用的所述显示器可以是光场显示器，其将允许减少视轴调焦失配并且提供从显示器发射的光的方向性以消除引起伪像或杂散光的光线。
图3示出了与图2类似的元件，但现在是孤立的。显示器301和302发射的光在光学器件303内行进，通过眼睛304的瞳孔305进入眼睛304，并在视网膜上在眼睛的后部形成图像。还示出了平面306，其通过虚线307将光学器件和眼睛切成两半。
可以用定义视场的圆锥体切割光学器件303(类似于图2中所示的)。光学器件303还可以用平面切割，以便为鼻子留出额外的空间。
图4示出了一般实施例401。平面402通过眼球中心的中心将空间拆分为两个半空间。所述实施例包括至少两个通道，这至少两个通道基本上容纳在相对的所述半空间中。这些通道中的每一个捕获来自一个显示器404的光并且包括将光朝着眼睛反射的最后一个表面403。所述通道包括一个表面，在该表面上形成部分虚像的成像光线在到达瞳孔范围405之前经受最后的反射。
图5示出了穿过图3所示的组件的切口307。光学器件503的表面504是基本上透射由显示器501发射的光并且基本上反射由显示器502发射的光的滤光器。光学器件503的表面505是基本上透射由显示器502发射的光并且基本上反射由显示器501发射的光的滤光器。光学元件503由透明材料制成。
从显示器501发射的光线506在它进入光学器件503时将在表面504处折射。然后，它在光学元件503的表面507处经历全内反射(TIR)，朝着反射它的表面505被重定向。然后，它在光学器件503的表面507处朝着眼睛508折射。眼睛瞳孔510指向光学器件503。
因而，从显示器502发射的光线509在它进入光学器件503时将在表面505处折射。然后，它在光学元件503的表面507处经历全内反射(TIR)，朝着反射它的表面504被重定向。然后，它在光学器件503的表面507处朝向眼睛508折射。
当与现有技术相比时，这个配置允许显示器501和502两者共享公共光学器件503，从而减小了设备的整体尺寸。
可以使用不同的方法来使光学表面504对由显示器501发射的光基本上透明并且对由显示器502发射的光基本上反射。可以将那些相同的方法应用于光学表面505，该光学表面对由显示器502发射的光基本上透明并且对由显示器501发射的光基本上反射。
显示器501和502可以是定向的(在优选的方向锥上发射大多数光)以提高效率并减少杂散光。
从显示器502的边缘513发射并到达瞳孔510中心的光线509定义了这个横截面中的视场，该视场在这个对称配置中是角度512的两倍(这个设备的非对称版本容易从这一点得出)。另一方面，当与眼球表面相交时，从显示器502的另一个边缘515发射并由滤光器504在其边缘点511处反射的光线516定义瞳孔范围514的边缘517。最后，照亮FOV内瞳孔范围514的所有光线都应当满足TIR条件，尤其是光线518，它是由滤光器504在其边缘511处反射之后到达瞳孔范围的边缘519处的眼球表面的光线。
在另一个实施例中，滤光器504和505可以是透射一些光线同时反射其它光线的角度选择性透明滤光器(参见https://luxlabs.co/optical-angular-selective-material/，其通过引用整体并入本文)。
图6示出了类似于图5中公开的实施例503的实施例601，但是被设计用于单个弯曲的显示器602。
图7示出了类似于图6所示的实施例701。从显示器705上的点702发射的光线将作为光线束离开光学器件，该光线束包括形成点702的虚像的光线703和704。
当眼睛瞳孔706在方向707上凝视时，光线704被直接看到，并且这些光线在中央凹上形成图像。因此，非常重要的是，光线704的图像质量高，因为中央凹可以分辨出高质量的图像。
当眼睛瞳孔709在方向710上凝视时，以宽角度708看到光线703。点702的虚像的这个外周视觉差，因为眼睛无法在宽角度下很好地分辨物体。为此，由光线703形成的虚像的图像质量不需要与由光线704形成的虚像的图像质量一样高。而且，由于眼睛通常(在90％的时间内)凝视在与向前方向上的轴成40度全角的圆锥体内，并且通常光学器件的边将虚拟屏幕的凝视区域物理上限制为60度全角的圆锥体，因此ipixel到opixel的映射优选地不均匀地进行(即，具有不可变的倍率)，使得ipixel在40度全角圆锥中更密集，并且其密度朝着虚拟屏幕的外部区域逐渐减小，直到FOV的边缘。
图8示出了包括与图5中的光学器件503相似的两个光学器件801和802的实施例。这个新实施例对所有光学器件801和802使用单个显示器。根据图5中所公开的，显示器在其分区803、804和805中发射具有不同特性的光，使得所发射的光在不同的滤光器中或者透射或者反射。在另一个实施例中，不同分区803、804和805可以是分开的部件。
图9示出了从显示器903发射的其光线901和902在光学器件905内部交叉从而在那里形成焦散曲线(caustic)的实施例。从显示器904发射的光线对于它们与光学器件905的光学表面的相互作用具有对称的行为。这个光学器件具有负倍率，因为随着图像处的角度θ增加，显示器903处的对应坐标x减小。
在另一个实施例中，光学器件可以在一个方向上具有正倍率，而在基本上垂直的方向上具有负倍率。
图10示出了从显示器1003发射的其光线1001和1002不在光学器件1005内部交叉并且因此它们的焦散曲线在光学器件外部的实施例。从显示器1004发射的光线对于它们与光学器件1005的光学表面的相互作用具有对称的行为。这个光学器件具有正倍率，因为随着图像处的角度θ增加，显示器1003处的对应坐标x增加。
图11示出了其中从显示器1101发射的光线被镜子1106和1107朝着眼睛瞳孔反射的配置。从显示器1101沿着方向x发射的示例性光线1102和1103在到达眼睛瞳孔之前在设备内部交叉。从显示器1101沿着方向y发射的示例性光线1105、1102和1104在到达眼睛瞳孔之前没有在设备内部交叉。然后，这个设备在方向x和y上具有相反符号(负和正)的倍率。一般而言，一个光学器件在x方向上可以具有正或负倍率，并且在y方向上可以具有正或负倍率，从而导致在图像形成处理中映射显示和虚拟图像的四种可能性。
图12示出了光学器件的串联和并联组合的示例。在这个实施例中，滤光器1205、1204、1210和1207基本上反射由显示器1201发射的光，并且基本上透射由显示器1202发射的光。而且，滤光器1206、1203、1209和1208基本上反射由显示器1202发射的光，并且基本上透射由显示器1201发射的光。通过从显示器1201发射的示例性光线1211和从显示器1202发射的示例性光线1212来说明实施例内部的光路。在这个示例性配置中，整个实施例具有左右对称性。显示器1201、1202及其对称可以是在其范围上具有变化的发射特性的一个单个元件。
在这个实施例中，从显示器1202发射的光线可以直接穿过滤光器1204、1205和1207，但是将被滤光器1209反射，从而阻止其直接到达眼睛。
图13示出了CIE 1931颜色空间1301。返回参考图5中的实施例，显示器501通过发射其颜色坐标由R1、G1、B1给出的红、绿和蓝(RGB)光来形成图像。而且，显示器502通过发射其颜色坐标由R2、G2、B2给出的RGB光来形成图像。对于两个显示器，可能的色域是三角形R1、G1、B1和R2、G2、B2的相交部分1302。
在可能的实施例中，光学器件503的滤光器504是二向色镜，其基本上透射由显示器501发射的光并且因此透射颜色R1、G1、B1的光，并且基本上反射由显示器502发射的光并且因此反射颜色R2、G2、B2。而且，光学器件503的滤光器505是二向色镜，其基本上透射由显示器502发射的光并且因此透射颜色R2、G2、B2的光，并且基本上反射由显示器501发射的光并且因此反射颜色R1、G1、B1的光。
图14示出了包括发射偏振光的显示器1401和1404的实施例。显示器1401可以是液晶显示器(LCD)，其发射在图的平面上线性偏振的光，如箭头1402所指示的。显示器1404也可以是LCD，但是它发射在垂直于图的平面的方向上线性偏振的光，如圆圈和居中的点(指向读者的箭头尖端)1405所指示的。在这个实施例中，光学表面1403是对由显示器1401发射的偏振光基本透明并且对由显示器1404发射的偏振光基本反射的滤光器。光学表面1407是对由显示器1404发射的偏振光基本透明并且对由显示器1401发射的偏振光基本反射的滤光器。表面1403和1407是反射型偏振器，例如线栅偏振器或双折射多层偏振器。两者都可以通过塑料表面上的反射型偏振膜的插入注射模制或层压来制成，例如使用Asahi KaseiWGF产品(用于前者)和3M APDF或DBEF产品。如果表面1403和1407是平坦的或圆柱形的，那么这种层压或插入模制是相当容易的，因为在该处理中膜的材料没有受到应力，但是如果表面是双弯曲的，那么也可以通过在施加压力或真空的情况下在热构象中以最小的变形完成它来执行，或者例如如Wang等人的US 9,581,527B1中所述的那样(其公开内容通过引用整体并入本文)。为了在表面1403和1407的接合处获得最小的无源区域，反射型偏振器膜可以不到达拐角，而是可以在那里沉积金属反射镜1413。
在图14所示的实施例中，光线1406的路径在其与光学器件的相互作用中于是类似于图5中的光线506的路径。而且，光线1409的路径在其与光学器件的相互作用中类似于图5中的光线509的路径。
当眼睛在瞳孔范围内眼睛瞳孔的旋转1408所指示的不同方向1410或1411上移动时，它将凝视光线1409或光线1406。
一般而言，在光学器件内部行进的光的两个偏振具有任意朝向，只要它们彼此垂直使得它们可以被反射型偏振器1403和1407区分即可。
图15示出了包括显示器1501的实施例，显示器1501发射非偏振光1502。其光遇到吸收偏振器1503，该吸收偏振器1503仅在图的平面上使线性偏振通过，如箭头1504所指示的，并吸收具有其它偏振的光。显示器1506发射非偏振光1508。其光遇到吸收偏振器1507，该吸收偏振器1507仅在垂直于图的平面的方向上使线性偏振通过，如圆圈和居中的点(指向读者的箭头尖端)所指示的，并吸收具有其它偏振的光。
光学器件1510类似于图14中的光学器件1412。穿过所述光学器件的光的特性和方向在图14和图15中也相似，并且光线1511和1512的路径与光线1409和1406的路径相似。
图16示出了包括显示器1601的实施例，显示器1601在图的平面上发射线性偏振光，如箭头1602所指示的。沿着光线1614的路径，这个光穿过偏振器1603，该偏振器透射这个偏振，但是反射其垂直，如圆圈和居中的点1604所指示的。然后，光穿过1/4波长延迟器1605，该延迟器将线性偏振变换成圆形偏振(如螺旋线1606所指示的)。然后，光在光学器件1607的顶表面1608处折射进入光学器件1607。然后，它在光学器件的底表面1609处经受TIR，然后再次在光学器件的顶表面1610处折射，从而到达1/4波长延迟器1611，该1/4波长延迟器1611将光的偏振变换成线性，但是在垂直于图的平面的方向上。然后，这个光被偏振器1612(类似于1603)反射，并再次穿过1/4波长延迟器1611，从而再次将偏振变为圆形。该光线然后在顶表面1610处折射，然后在底表面1609处折射，从而离开光学器件1607朝向眼睛1613。
光线1615的路径始于显示器1616，并且当其穿过光学系统时具有相似但对称的事件序列。
类似于图15中的实施例，显示器1601可以由与吸收偏振器组合的发射非偏振光的显示器替代，该吸收偏振器仅使偏振光通过。
点1616(光学器件1607的尖端与偏振器1603和1612的端部)之间的距离应当尽可能小，以避免当眼睛向前(图中的垂直方向)凝视时虚像中的伪影。
虽然光学器件1607的顶表面1608和1610优选地是弯曲的，但是偏振器1603和1612以及波长延迟器1605和1611优选地是平坦的。
图17示出了包括显示器1701的实施例，显示器1701在图的平面上发射线性偏振光。沿着从显示器1701发射的光线1702的路径，它首先遇到反射型偏振器1703，该偏振器在图的平面上透射偏振光。然后，它前进到光学器件1705的顶表面1704，在那里它被折射。然后，它穿过1/4波长延迟器1706，在那里其偏振变为圆形。在光学器件1705的底表面1707上的TIR之后，光线再次穿过1/4波长延迟器1706，在那里其偏振再次改变为线性，但是现在沿着垂直于图的平面的方向。然后，它在光学器件1705的顶表面1708处折射，并到达类似于1703的反射型偏振器1709。在那里，光线被反射回光学器件1705的顶表面1708，在那里它再次朝着1/4波长延迟器1706折射，在那里其偏振再次变为圆形。最终，光线在表面1707处折射出光学器件并进入眼睛。
显示器1710类似于显示器1701，并发射光线1711，其与光学系统的相互作用与光线1702的相互作用对称。
点1712(光学器件1705的尖端与偏振器1703和1709的端部)之间的距离应当尽可能小，以避免当眼睛向前(图中的垂直方向)凝视时虚像中的伪影。
虽然光学器件1705的顶表面1704和1708优选地是弯曲的，但是偏振器1703和1709优选地是平坦的。
可以添加附加的滤光器1713和1714以避免从显示器直接朝着眼睛的光泄漏，如光线1715例示的，光线1715由显示器1701发射并折射进入和离开光学器件1705，但被滤光器1713阻挡以防止其到达眼睛并产生伪像。
图18示出了吸收偏振器的结构1801以抑制伪像。
在使用延迟器板的图17的具有正倍率的实施例中，在穿过延迟器1706之后，由偏振器1713和1714抑制来自显示器1701和1710的未经受TIR的光(诸如示例性光线1715)。
为了避免由于马尔他(Maltese)十字效应(其包括两个交叉的偏振器不会抵消偏斜入射的透射这一事实)而出现伪像，可以将其中一个偏振器或两个偏振器制造为非平行的通过方向。如果如结构1801中那样定制偏振器1713和1714，那么不会出现Maltese十字。
这个概念可以应用于专利中的其它实施例。
图19示出了包括两个显示器1901和1902、滤光器1903和1904、中央光学器件1905以及可选的透镜1906、1907和1908的实施例。在此，滤光器1903基本上透射由显示器1901发射的光，并且基本上反射由显示器1902发射的光。而且，滤光器1904基本上透射由显示器1902发射的光，并且基本上反射由显示器1901发射的光。
如示例性光线1909所示，由显示器1901发射的光穿过透镜1907和滤光器1903，从而折射到中央光学器件1905中。光线在中央光学器件1905的底表面1910处经受TIR，在滤光器1904处反射回去，以通过其底表面1910折射出光学器件1905，从而穿过光学器件1906并朝着眼睛前往。在实施例中，从显示器1902发射的示例性光线1911在其与不同光学元件的相互作用中具有对称的行为。
在这个实施例中，透镜1907、1908和1906中的一些或全部可以存在或可以不存在。而且，这些透镜可以具有与中央光学器件1905的折射率不同的折射率。通过消除透镜1906、1907或1908与中央光学器件1905之间的气隙，可以将一些胶合到中央光学器件，从而形成单个块。这些配置可以用于例如色度校正。
虽然示出了单个的透镜1906、1907和1908，但是总体上，这些透镜中的每一个可以是一连串的多个透镜。
图20示出了与图19所示的实施例类似的实施例，但是具有底部透镜1906的修改版本2001。为了简单起见，未示出顶部透镜1907和1908，但是在实施例中它们可以存在或可以不存在。从显示器2002发射的光线2004穿过滤光器2005，从而进入中央光学器件2008，在那里，它基本上在中央光学器件2008的底表面2007的左半处经受TIR。在滤光器2006处反射之后，它再次进入中央光学器件2008，从而在基本上在中央光学器件2008的底表面2007的右半处折射之后离开中央光学器件2008。
透镜2001的底表面的2009处的导数的不连续性加入到通过光学器件2008内部的不同通道来自显示器2002和2003的光。
图21示出了与图20中的实施例类似的实施例，但是其中部件2001和2008已经被组合到单个元件2101中。从显示器2103发射的光线2102穿过滤光器2104，从而折射到光学器件2101中，在那里在其左底表面2105处它经受TIR，然后折射出光学器件2101以在或者滤光器2106或者反射镜2107处反射，再次折射到光学器件2101中以再次折射出光学元件2101，从而到达眼睛。从显示器2109发射的光线2108对于光线2102的行为具有对称的行为。
在这个实施例中，滤光器2104基本上透射由显示器2103发射的光，并且基本上反射由显示器2109发射的光。而且，滤光器2106基本上透射由显示器2109发射的光，并且基本上反射由显示器2103发射的光。
光学器件2101的底表面在点2110处具有导数的不连续性，点2110将光学器件内部行进的光的左和右通道分开。
图22示出了由显示器2201和2202以及光学器件2203组成的不对称实施例。由显示器2201发射的光线2204通过滤光器2205折射到光学器件2203中，该滤光器2205基本上透射由显示器2201发射的光并且基本上反射由显示器2202发射的光。然后，这个光线在底表面2206处经受TIR，并且在滤光器2207处反射，该滤光器2207基本上反射由显示器2201发射的光并且基本上透射由显示器2202发射的光。然后，光线通过光学器件2203的底表面2206折射出光学器件2203，从而朝着眼睛前去。
由显示器2202发射的另一个光线2208通过光学器件2203的顶表面2209折射到光学器件2203中。然后，它在镜像表面2210处反射、在顶表面2209处经历TIR，并在表面2212处折射出光学元件2203，从而朝着眼睛前去。
光线2211相对于光线2204具有对称的行为。
由表面2209、2210、2212定义的部件可以具有不同的性质，例如透镜或透镜的集合。
图23示出了类似于图5中的实施例503的实施例2303。它包括类似于图5中的部件501、502、504和505的显示器2301和2302、滤光器2304和2305。这个新实施例包括滤光器2311，其基本上透射由显示器2302发射的光(如由穿过其的光线2309所指示的)，并且基本上吸收由显示器2301发射的光。然后，从显示器2301发射的光线2313被滤光器2311吸收，从而防止它直接到达眼睛2308并在那里产生不期望的次级图像(伪像)。因而，滤光器2312基本上透射由显示器2301发射的光(如由穿过其的光线2306所指示的)，并且基本上吸收由显示器2302发射的光。
元件2310可以是基本上反射由显示器2301发射的光并且基本上透射由显示器2302发射的光的滤光器。如果TIR在光学器件中的这些极端位置处失败，那么这将允许从显示器2301发射的光的反射。因而，元件2314可以是基本上反射由显示器2302发射的光并且基本上透射由显示器2301发射的光的滤光器。
在替代配置中，元件2310和2314是反射镜，从而再次保证即使TIR在边缘处失败，光仍在光学器件2303内部反射。在这种情况下，光学器件2303的孔径2306被反射镜2310和2314减小。
在给定的配置中，元件2310、2311、2312和2314中的全部或一些可以存在或可以不存在。
在另一个实施例中，可以使显示器2301和2302具有方向性，从而避免发射诸如光线2313之类的光，因此需要结合滤光器2311和2312。这可以通过使用如US 7,467,873B2中所述的用膜覆盖所述显示器来实现，该专利的公开内容通过引用并入本文。
图24示出了具有负倍率的实施例2401。从显示器2402发射的光首先穿过构成投影仪的不同光学元件2403。然后，这个光穿过滤光器2404，该滤光器2404基本上透射由显示器2402发射的光并且基本上反射由显示器2405发射的光。然后，光在实施例2401的底表面2406处通过TIR(全内反射)继续其路径，然后它在基本上透射由显示器2405发射的光并且基本上反射由显示器2402发射的光的滤光器2407或反射镜2410处反射。最后，光在其到达眼睛的途中在表面2406处折射。
这个配置还可以包括滤光器2408，滤光器2408基本上透射由显示器2402发射的光并且基本上吸收由显示器2405发射的光。这防止来自显示器2405的在底表面2406处没有TIR的光直接到达眼睛从而产生伪像。因而，可选的滤光器2409基本上透射由显示器2405发射的光，并且基本上吸收由显示器2402发射的光。
在一个配置中，元件2410和2411是镜像表面。在另一个配置中，元件2404和2411是具有上面针对2404描述的特性的单个滤光器。而且，元件2407和2410是具有上面针对2407描述的特性的单个滤光器。
在另一个配置中，光学元件2403是透镜，其将包括至少用于绿色子像素光谱颜色的系统的色差校正的手段(并通过软件校正蓝色和红色子像素的质心位置)，并且可以用标准技术来完成这种校正，例如将正负元件组合、具有相同或不同的色散系数、形成胶合双峰或使用空气空间、并且包括或不包括衍射相息图(kinoform)。
图25示出了与图24相同的实施例2401，但是添加了校正器元件2501。在这个新配置中，滤光器2404基本上反射由显示器2405发射的光，如示例性光线2504所指示的，并且基本上透射由显示器2402发射的光。而且，滤光器2404对于从设备外部的环境传入的光部分透明，如光线2502所例示的。校正器元件2501将校正由元件2503产生的图像的降级，使得通过整个设备看到的周围环境的图像具有良好的质量。
在这个实施例中，示例性光线2504可以是偏振的，在这种情况下，滤光器2404反射光线2504的偏振并且透射垂直偏振。
在另一个实施例中，显示器2402发射窄波长范围的红、绿和蓝光(R1、G1、B1)，并且显示器2405发射也是窄波长范围的不同的红、绿和蓝光(R2、G2、B2)。在此，滤光器2404反射R2、G2、B2并且对所有其它波长透明。这允许由显示器2402发射的R1、G1、B1以及外部光2502通过。而且，滤光器2407反射R1、G1、B1并且对所有其它波长透明。这允许由显示器2405发射的R2、G2、B2以及外部光通过。对来自外部的光的部分透明性允许眼睛既看到由光学器件生成的图像，又看到来自外部世界的图像。
图26示出了类似于图24所示的实施例2401的实施例2601。实施例2601包含折叠光学器件2602和2603。从显示器2605发射的光线2604将沿着其通过实施例的路径直到到达眼睛。在途中，它在一些配置中也可以通过TIR起作用的镜像表面2606处反射。光线2607相对于光线2604具有对称的行为。
一般而言，折叠光学器件2602和2603的所有表面都是弯曲的。为了改善图像质量，还可以包括一个或多个附加光学器件2608。
在一些配置中，可以使用附加的滤光器2610和2611。在此，滤光器2610基本上透射由显示器2609发射的光，并且基本上反射由显示器2605发射的光。因而，滤光器2611基本上透射由显示器2605发射的光，并且基本上反射由显示器2609发射的光。这防止在这些表面处发生TIR失败。
图27示出了包括光学器件2701以及显示器2702和2703的实施例2700。在光学器件2701中，滤光器2706基本上透射显示器2702的发射并且基本上反射显示器2703的发射。而且，滤光器2707基本上透射显示器2703的发射并且基本上反射显示器2702的发射。由显示器2702发射的光线2704通过表面2704折射到光学器件2701中，在表面2705(可以通过TIR起作用或被镜像)处反射、穿过滤光器2706、在光学器件2701的底表面2708处通过TIR反射、在滤光器2707或反射镜2709处反射并且通过光学器件2701的底表面2708折射出光学器件2701。
由显示器2703发射的光线2710相对于光线2704在其通过光学器件2701的路径中具有对称的行为。
图28示出了包括中央折叠光学器件2801和侧部折叠光学器件2802的实施例。从显示器2804发射的示例性光线2803通过表面2805折射到左光学器件2802中，然后在表面2806处经受TIR，在镜像表面2807处反射并且通过表面2806折射出光学器件2802。然后，它通过滤光器2808进入光学器件2801，在光学器件2801的底表面2809处经受TIR，在反射镜2812或在滤光器2810处反射，并且通过表面2809折射出光学器件2801以到达眼睛。在这个实施例中，滤光器2808基本上透射由显示器2804发射的光，并且基本上反射由显示器2811发射的光。而且，滤光器2810基本上反射由显示器2804发射的光，并且基本上透射由显示器2811发射的光。
在另一个配置中，元件2808和2813是具有上面针对2808描述的特性的单个滤光器。而且，元件2810和2812是具有上面针对2810描述的特性的单个滤光器。
图29示出了包括发射偏振光的显示器2902的实施例2901，例如，在垂直于图的平面的方向上发射偏振光(垂直偏振)。所述光的示例性光线2909通过表面2903折射到光学器件2901中，然后在滤光器2904处反射，该滤光器2904基本上反射垂直偏振并且基本上透射平行偏振(在图的平面上)。所述光线然后遇到作为1/4波长延迟器的表面2905和在其后面的反射镜，该反射镜反射所述光线并将其偏振旋转90度，从而成为平行偏振。所述光线然后穿过滤光器2904、在底表面2906处经受TIR，并且再次在反射镜2907处或在基本上透射垂直偏振并且基本上反射平行偏振的滤光器2908处反射。所述光最后通过光学器件2901的底表面2906折射出光学器件2901并进入眼睛。
从显示器2911发射的光线2910与光学器件2901具有对称的相互作用，但是具有垂直偏振。
图30示出了一个实施例，其包括发射偏振光(相对于彼此具有垂直偏振)的显示器3001和3014、基本上透射由显示器3014发射的穿过光学器件3017之后的光并且基本上反射由显示器3001发射的穿过光学器件3003之后的光的滤光器3015、基本上透射由显示器3001发射的穿过光学器件3003之后的光并且基本上反射由显示器3014发射的穿过光学器件3017之后的光的滤光器3016、反射镜3010和3012、基本上反射由显示器3001发射的偏振光并且基本上透射在垂直方向上偏振的光的滤光器3005、以及基本上反射由显示器3014发射的偏振光并且基本上透射在垂直方向上偏振的光的滤光器3018。
在这个示例性配置中，显示器3001发射在垂直于图的平面的方向上偏振的光，如示例性光线3002所示的。这个光线在表面3004处折射到光学器件3003中，在滤光器3005处反射，穿过1/4波长延迟器3006，在反射镜3007处反射，再次穿过1/4波长延迟器3006，并以其旋转90°的偏振出现，其现在在图的平面上。然后，它穿过滤光器3005，通过表面3008折射出光学器件3003，并通过滤光器3016折射到光学器件3009中。然后，它在光学器件3009的底表面3011处经受TIR，在滤光器3015或反射镜3012处反射，并通过光学器件3009的底表面3011折射出光学器件3009，从而朝向眼睛前去。
从显示器3014发射的示例性光线3013相对于示例性光线3002仅在垂直偏振的情况下具有对称的行为。
图31示出了在显示器3001是硅上液晶(LCoS)的情况下的光学器件3003。来自LED3101的光被光学器件3102收集和准直，并通过吸收偏振器3103被发送，该吸收偏振器3103吸收一个偏振并透射另一个偏振。然后，这个偏振光穿过偏振器3005，该偏振器3005透射一个偏振并反射另一个偏振。然后，所述光被LCoS显示器反射，从而返回具有垂直偏振的光，该光现在在偏振器3005处朝着反射镜3007反射。
图30中的作为LCoS的显示器3014可以以类似的方式被照亮。
图32示出了空隙实施例，其包括基本上透射显示器3205的发射并且基本上反射由显示器3206的发射的滤光器3201和3204，以及基本上透射显示器3206的发射并基本上反射显示器3205的发射的滤光器3202和3203。在不同的配置中，元件3210和3211可以是反射镜或部分反射镜。在其它配置中，元件3201和3210形成具有针对3201描述的特性的单个滤光器，并且元件3202和3211形成具有针对3202描述的特性的单个滤光器。
显示器3205和3206分别发射它们的光通过光学组3207和3208。在此，滤光器3203和3204由透明板3210支撑。
在一个特定配置中，显示器3205和3206发射相对于彼此垂直偏振的偏振光。在那种情况下，滤光器3201和3204基本上透射由显示器3205发射的偏振并且基本上反射由显示器3206发射的偏振。而且，滤光器3202和3203基本上透射由显示器3206发射的偏振并且基本上反射由显示器3205发射的偏振。元件3210和3211可以是分别具有3201和3202的特性的反射镜或滤光器。
滤光器3203和3204彼此不接触，并且它们之间存在间隙。
在另一个实施例中，元件3210和3211是部分反射镜，从而允许一些外部光通过，如光线3209所例示的，以允许也看到外部世界。
在另一个配置中，显示器3205发射窄波长范围的红、绿和蓝光(R1、G1、B1)，并且显示器3206发射不同窄波长范围的红、绿和蓝光(R2、G2、B2)。在那种情况下，滤光器3201、3210和3204基本上反射由显示器3206发射的波长R2、G2、B2，并且基本上透射所有其它波长。而且，滤光器3202、3211和3203基本上反射由显示器3205发射的波长R1、G1、B1，并且基本上透射所有其它波长。在这个配置中，其波长不同于R1、G1、B1和R2、G2、B2的外部光穿过所有滤光器，并且允许还看到外部世界，从而在眼睛中创建来自外部世界的图像和通过光学设备创建的图像的叠加。这通过光线3209来例示。
在另一个实施例中，元件3210和3211是反射镜，在这种情况下，外部世界将是不可见的。
图33示出了包括显示器3301的实施例，显示器3301可以发射非偏振光或(例如)在垂直于图的平面的方向上偏振的偏振光。其光穿过光学组3302，在反射镜3303处反射，并再次在滤光器3304处朝着眼睛反射。在此，滤光器3304反射由显示器3301发射的偏振光。来自周围环境的非偏振光3305将被过滤，只有其在图的平面上的分量将穿过滤光器3304。眼睛然后将能够看到来自显示器3301的图像以及由穿过滤光器3304的光3305的分量所携带的周围环境的图像。于是，这个实施例可以用作增强现实或混合现实光学器件。
由显示器3306发射的光线在它们通过光学器件前进、穿过光学组3307、在反射镜3308处反射并再次在滤光器3304处反射时具有对称的行为。显示器3301和3306将也可能具有不同的偏振，在这种情况下，滤光器3304的两半也将是不同的。
如果滤光器3304被反射镜代替，那么外部光3305将被那些反射镜3304阻挡，并且来自周围的光3305将是不可见的。在那种情况下，显示器3301和3306可以发射非偏振光，因为整个设备使用透镜和反射镜(折射和反射)的组合工作。
在另一个配置中，显示器3301和3306发射窄发射光谱的红、绿和蓝光。部件3304是二向色镜，其反射这些窄波长的颜色并透射所有其它光，从而允许通过3304看到外部世界。
在另一个配置中，类似于图24中的配置，中央光学器件可以被制成为固体块。在那种情况下，反射镜3303和3308现在将由中央光学器件的底表面处的TIR代替。这将是图24中的配置的情况，其中由显示器2402发射的光将在底表面2406处经受TIR，并且朝着2410被重定向并仅在2410处而不在2407处反射。因而，由显示器2405发射的光将在底表面2406处经受TIR，并且朝着2411被重定向并仅在2411处而不在2404处反射。
图34示出了与图33所示的实施例类似的实施例。在这个新实施例中，显示器3301(例如)在垂直于图的平面的方向上发射偏振光(垂直偏振)。这个光在偏振器3406处反射，该偏振器反射垂直偏振并透射在图的平面上线性偏振的光(平行偏振)。还包括液晶3402和偏振器3404，该偏振器透射平行偏振并且吸收(优选地)或反射垂直偏振。
液晶3402可以处于它透射平行偏振的状态，在这种情况下，由元件3404、3402和3406组成的堆叠透射平行偏振，并且来自外部世界的该光可以到达眼睛。而且，液晶可以处于它将入射光的偏振旋转90°的状态。现在，通过液晶的透射光将在偏振器3406处反射，从而阻止其到达眼睛。中间状态对于液晶是有可能的，在这种情况下，由元件3404、3402和3406组成的堆叠可以将具有平行偏振的光的透射从完全透射变为零透射。例如，当外部世界与显示器3301或3306的虚像的亮度相比而言太亮时，可以使用此。在那种情况下，外部光的亮度可以被调暗以更紧密地匹配虚像的亮度。
可以通过向所述液晶施加电压来实现液晶在不同状态之间的互换。
在通过堆叠3404、3402和3406可以看到外部世界的状态下，这个实施例可以被用作增强现实设备。在没有外部光穿过堆叠3404、3402和3406的状态下，这个实施例可以被用作虚拟现实设备。
显示器3306可以发射与显示器3301相同的偏振，在这种情况下，偏振器3405和3403与3406和3404相同。在替代实施例中，显示器3301和3306发射其偏振彼此垂直的光，并且偏振器3405和3403不同于3406和3404。
在另一个配置中，可以将堆叠3403、3401、3405或3404、3402、3406的部分区域设置为偏振光的部分或全部透射，而将其余区域设置为阻挡传入的光。这允许来自外部世界的传入的光的选择性透射或阻挡，其可以被用于调整来自不同方向的传入的光的亮度。在另一个配置中，传入的光的这种选择性透射可以与眼睛跟踪组合。
图35示出了光学器件3501和3502，其可以类似于图24或图33中的那些。当调整瞳孔距离3503时，这些实施例的显示器可能彼此接触。为了避免这种情况，光学器件3501和3502可以相对于水平倾斜，使得当针对小瞳孔距离3503进行调整时，显示器和对应的光学组现在将进一步分开。
在这个配置中，光学器件3501相对于水平逆时针旋转，光学器件3502相对于水平顺时针旋转。在另一个配置中，光学器件3501相对于水平逆时针旋转，光学器件3502也相对于水平逆时针旋转。在那种情况下，光学器件3501的右显示器将是向上的，而3502的左显示器将是向下的，并且当调整瞳孔距离时，它们将通过彼此。
图36示出了与图33所示的实施例类似的实施例的透视图。显示器3601、光学组3602、反射镜3603和滤光器3609相对于平面3604对称。反射镜3605绕轴3606旋转，从而导致显示器3607和光学组3608的旋转，显示器3607和光学组3608相对于平面3604不再对称。
一般而言，反射镜3605可以在任何方便的方向上定向，从而调整显示器3607和光学组3608的朝向。
图37示出了与图33所示的实施例类似的实施例。从显示器3701发射的光穿过光学组3702，在反射镜3703处反射，并且再次在滤光器或反射镜3704处朝着眼睛反射。用于图像形成的另一个通道开始于显示器3705，穿过光学组3706，在反射镜3707处反射，然后在滤光器或反射镜3708处朝着眼睛反射。
图38示出了与图33所示的实施例类似的实施例。这个新实施例3801包括显示器3802，显示器3802的发射通过侧面光学器件3803的表面3804折射到侧面光学器件3803中。然后，它在表面3805处通过TIR反射，再次在镜像表面3806处反射，并通过侧面光学器件3803的表面3805折射出侧面光学器件3803。然后，这个光在反射镜或滤光器3807处朝着眼睛反射。来自显示器3808的发射相对于显示器3802的发射具有对称的行为。
图39示出了一个实施例，其中从眼睛瞳孔3902以相反方向发射的光线3901通过光学器件3903的底表面3904折射到光学器件3903中，然后它在顶表面3905处反射，在底表面3904处经受TIR并通过表面3906折射出光学器件3903。然后，它通过侧面光学器件3907的表面3908折射到侧面光学器件3907中，在表面3909处反射，在表面3908处经受TIR，并通过侧面光学器件3907的表面3910折射出侧面光学器件3907，从而到达显示器3911。
在优选实施例中，表面3909是部分透射的，并且在传感器3912上形成眼睛瞳孔3902的图像。所述图像可以用于跟踪眼睛的移动。
图40示出了包括显示器4001和4002、光学组4005和4006、滤光器4007和4009以及反射镜4008和4010的实施例。在此，滤光器4007和4009基本上反射由显示器4001发射的光，并且基本上透射由显示器4002发射的光。元件4009和4010在顶点4011处接触。
由显示器4001发射的光穿过光学组4005，在滤光器4007处反射，然后在4009处朝着眼睛反射。由显示器4002发射的光穿过光学组4006，在反射镜4008处反射，穿过滤光器4007和4009，在反射镜4010处反射，并且在其朝着眼睛的途中再次穿过滤光器4009。
在另一个配置中，由显示器4001发射的光在元件4010处反射，并且由显示器4002发射的光在元件4009处反射。在这种配置中，滤光器4009基本上反射由显示器4002发射的光，并且基本上透射由显示器4001发射的光。
堆叠的反射器4009和4010间隔开或使用间隔物将它们分开。
在3D配置中，显示器4001和4002以及对应的光学组4005和4006的相对朝向可以通过重新定向元件4007和4008而改变。
显示器4001的虚像将被放置在距眼睛距离d1处，而显示器4002的虚像将被放置在距眼睛另一个距离d2处。显示器4001将点亮其对应的3D点距眼睛最接近距离d1的像素，而显示器4002将点亮其对应的3D点距眼睛最接近距离d2的像素，从而减小会聚-适应失配。
在另一个配置中，显示器4001发射窄波长范围的红、绿和蓝光(R1、G1、B1)，并且显示器4002发射不同窄波长范围的红、绿和蓝光(R2、G2、B2)。在那种情况下，元件4010是基本上反射由显示器4002发射的波长R2、G2、B2并且基本上透射所有其它波长的滤光器。而且，滤光器4007和4009基本上反射由显示器4001发射的波长R1、G1、B1，并且基本上透射所有其它波长。在这个配置中，其波长不同于R1、G1、B1和R2、G2、B2的外部光穿过所有滤光器，并且允许还看到外部世界，从而在眼睛中创建来自外部世界的图像和通过光学设备创建的图像的叠加。这导致了多通道、多焦点的看穿实施例。
光学组4005和4006可以是两个分开的光学器件，或者是如PCT1中所述的两通道系统。
整个实施例本质上是对称的，并且由显示器4003和4004发射的光的路径本质上与由显示器4001和4002发射的光的路径对称。在其它配置中，元件向左和向右的相对朝向可以变化。
图41示出了四重实施例，其横截面类似于图33中所示的横截面。从显示器4102发射的示例性光线4101穿过光学组4103，在反射镜4104处反射，然后在反射镜4105处朝着眼睛反射。从显示器4106、4107、4108发射的光线具有相似但对称的路径。
图42示出了由液晶4201、4203和4205以及反射型偏振器4202、4204和4206组成的堆叠。在这个示例中，所述反射型偏振器透射水平偏振并且反射垂直偏振。而且在这个示例中，液晶4201允许偏振光4207从左到右通过，从而到达反射型偏振器4202，该反射型偏振器4202还将光透射到液晶4203，液晶4203将光的偏振旋转90°。所述光然后在反射型偏振器4204处反射，再次穿过将偏振旋转回到其原始朝向的液晶4203，穿过反射型偏振器4202和液晶4201，从而从右到左离开堆叠。在这个示例中，整个堆叠的行为就像反射镜4204。取决于什么液晶4201、4203或4205旋转光的偏振，所述光将分别在反射型偏振器4202、4204或4206处反射。如果所有液晶层设置为状态4201，那么整个堆叠将透射传入的光。通过向液晶施加电压来实现液晶在状态4201和4203之间的互换。
一般而言，这个堆叠可以具有任意数量的对，每个对由液晶和反射型偏振器组成。液晶层或反射型偏振器层中的任何一个可以是平坦的或弯曲的。
由液晶引入的偏振的旋转可以改变，从而改变在下一个偏振器处反射的光的量。
图43示出了实施例4301。使用这些实施例中的两个，一个用于左眼，一个用于右眼，以向观看者呈现3D图像。实施例4301包括在彼此垂直的方向上发射偏振光的显示器4302和4303。
以光线4310为例，从显示器4302发射的光穿过光学组4306，并在滤光器4304处反射，该滤光器基本上反射由显示器4302发射的光，并且基本上透射由显示器4303发射的光。然后，所述光在堆叠4305处反射并通过滤光器4312折射到透镜4308中，滤光器4312基本上透射由显示器4302发射的光并且基本上反射由显示器4303发射的光。光线4310然后折射出底透镜4308，从而到达眼睛。显示器4303的发射具有对称的行为，如光线4311所例示的，并且在堆叠4307处反射。
可互换堆叠式反射器(堆叠)4305或4307中的元件间隔开或使用间隔物将它们分开。
透镜4308具有倾斜不连续性4309，该不连续性对于从显示器4302和4303发射的光分开左右通道。
堆叠4305或4307的结构如图42中所示。堆叠4305中的偏振器基本上透射由显示器4302发射的光，并且基本上反射其垂直偏振。堆叠4307中的偏振器基本上透射由显示器4303发射的光，并且基本上反射其垂直偏振。来自显示器4302的光在堆叠4305中的不同反射型偏振器p1，p2，p3，...处的反射导致显示器4302在距眼睛不同距离d1，d2，d3，...处的虚像。当堆叠在p1，p2，p3，...处的反射之间互换时，显示器4302将点亮更接近距离d1，d2，d3，...的3D点(ipixel)对应的像素，从而减小会聚-适应失配。
在另一个配置中，在距离d1处生成亮度为b1的虚像，在距离d2处生成亮度为b2的另一个(后一个)虚像，两者都具有相同的3D点(ipixel)。虚像的变化的亮度是由显示器的变化的亮度引起的。通过改变在距离d1和d2处投影的图像的亮度，结果产生的内容将看起来位于距离d1和d2之间。
在另一个实施例中，堆叠4305和4307被反射镜代替，在这种情况下，显示器4302和4303的虚像在固定距离处形成。
这些设备的一些用户可能需要眼镜来校正视力。在这种情况下，堆叠4302可以用于在用户可见的距离处投影虚像，从而减少或消除穿戴附加校正透镜的需要。
图44示出了包括两个显示器4402和4403的实施例4401。如光线4404所例示的，显示器4402的发射穿过光学组4405，通过表面4407折射到光学器件4406中。然后，它在光学器件4406的底表面4408处经受TIR，在堆叠4409处反射，通过光学器件4406的底表面4408折射出光学器件4406，并穿过气隙4410和底透镜4411，从而到达眼睛。显示器4403的发射具有对称的行为，如光线4412所例示的，并且在堆叠4413处反射。透镜4411具有倾斜不连续性4414，该不连续性对于从显示器4402和4403发射的光分开左右通道。
堆叠4409的结构如图42中所示，并且类似于图43中的堆叠4305。来自显示器4402的光在堆叠4409中的不同反射型偏振器p1，p2，p3，...处的反射导致显示器4402在距眼睛不同距离d1，d2，d3，...处的虚像。当堆叠在p1，p2，p3，...处的反射之间互换时，显示器4402将点亮更接近距离d1，d2，d3，...的3D点对应的像素，从而减小会聚-适应失配。
在另一个实施例中，光学器件4406和4411形成由低折射率材料结合的单个部件。在另一个实施例中，堆叠4409和4413被反射镜代替，在这种情况下，显示器4402和4403的虚像在固定距离处形成。
图45示出了与图26中所示的实施例类似的实施例4501。从显示器4502发射的光穿过包含堆叠4504的光学组4503，然后进入光学器件4505，它从光学器件4505重定向到眼睛，如路径或光线4507所例示的。在堆叠4504中的不同光学表面处的光的反射允许实施例4501在不同距离处生成虚像，其可以用于减小会聚-适应失配，如在图43或图44的实施例中的情况那样。
从显示器4506发射的光相对于由显示器4502发射的光具有对称的行为。
与两个显示器一起工作的棱镜(具有光偏振器和延迟器)的详细示例
这部分更详细地描述了先前在图5中描述的实施例或其变体之一的光学设计。图46中所示的实施例包括一个用Zeonex 48R制成的棱镜透镜，其中，光线在3个自由形式的表面上经受4次偏转(1个光学表面被使用两次)，并且两个显示器的纵横比为16:10并且对角线为1.8”。光学设计是通过多项式展开的系数的多参数优化来完成的，优选地使用正交基础。在本文描述的实施例中，用以下等式描述表面：
其中Pm(x,y)是10阶多项式，即，m＝10，c2i,j是下表1中列出的优化表面系数，并且P2i((x-(xmax+xmin)/2)/xmax)和Pj((y-(ymax+ymin)/2)/ymax)是勒让德(Legendre)多项式，它们在分别在x和y方向上用xmin和xmax、ymin和ymax限制的区域内正交。所有表面在yz平面(即，平面x＝0(图46中所示的图的平面))中都具有平面对称性，因此Legendre多项式P2i((x-(xmax+xmin)/2)/xmax)仅具有偶数阶单项式。棱镜表面之一(最接近人眼的一个)在xz和yz平面中具有平面对称性，因此在这种情况下，Legendre多项式Pj((y-(ymax+ymin)/2)/ymax)也仅具有偶数单项式。
Legendre多项式的显式表示包括：
其中后者通过简单的单项式表述Legendre多项式，并涉及二项式系数的乘法公式，并且其中
图46示出了yz平面(x＝0(其中z轴指向上方，并且y轴指向右侧))中每个表面多项式描述的局部坐标系。眼球中心在位置4601处，并且我们将其用作全局坐标系的中心(x,y,z)＝(0,0,0)。眼球被标记为4602。用于显示器4604的局部坐标系原点4603具有坐标(x,y,z)＝(0,13.0677629,37.1086837)。用于第二数字显示器4606的具有原点4605的局部坐标系被放置在(x,y,z)＝(0,-13.0677629,37.1086837)处。数字显示器4606是数字显示器4604相对于包含轴4607的全局坐标系的平面y＝0的镜像图像。数字显示器4604和4606均在yz平面中围绕其局部坐标系的x轴倾斜39.8535度。旋转是绕x轴左旋的(注意的是，以4603和4611为中心的局部坐标系的y轴指向右，而以4605和4613为中心的局部坐标系的y轴指向左)。表面1被标记为4608并且其局部坐标原点4609被放置在(x,y,z)＝(0,0,27.37859755021159291477)处。表面2被标记为4610并且其局部坐标原点4611被放置在(x,y,z)＝(0,8.9605,37.8051267)处。表面2在yz平面中围绕其局部坐标系的x轴倾斜36.04414070202度。再一次，旋转是绕x轴左旋的。标记为4612的表面3是表面2相对于y＝0全局坐标系平面的镜像图像。表面3在其局部坐标系4613中的多项式表示等同于表面2在其局部坐标系4611中的表示。表面3的倾斜等同于表面2的倾斜，每个倾斜在其自己的局部系统中执行。坐标以mm为单位给出。表1列出了所有表面的多项式的系数。前四行是C1:xmin，C2:xmax，C3:ymin和C4:ymax，它们描述了x方向上的xmin和xmax以及垂直的y方向上的ymin和ymax之间的矩形区域，其中每个多项式是正交的。表1的接下来的行C5至C117是针对为这个实施例设计的每个表面的十阶Legendre多项式Pm(x,y)的系数。由于在全局坐标系表示中，表面3是表面2相对于平面y＝0的镜像图像，因此表面3将具有如下系数：所述系数在Pj((y-(ymax+ymin)/2)/ymax)中具有奇数j，与表面2相比更改了符号。其余系数完全相同。表面1相对于xz和yz平面(分别为x＝0和y＝0平面)具有平面对称性，而表面2以及因此表面3仅相对于平面x＝0具有平面对称性。表1中未出现的系数等于零。
表1
表2和表3示出了使用4mm瞳孔直径的图46中的一些被选设计视域的多色斑点的均方根(RMS)直径。这个设计的焦距约为22mm。对于每只眼睛的两个1.8”(45.72mm)对角线16:10显示器，水平视场为100度，并且垂直视场为110度。表中的角度χ和γ具有与PCT公开WO2016118643A1“Display device with total internal reflection”的第[0160]段中相同的定义，该公开通过引用整体并入本文。
当眼睛凝视所述视域时，表2与图47中所示的情况对应，因此人眼感知的圆周角对于所有视域为0，因此光学分辨率应当是对于这个视域的最大值。表2示出，虽然RMS直径对于角度χ(deg)的最高值有所增加，但可以很好地分辨出小至20-30微米的opixel。
图47示出了图46中所示的实施例。还示出了分别在传入的光线4701或4702的方向上凝视的眼睛的两个示例性瞳孔朝向4703和4704。眼睛在这些凝视方向上具有高分辨率，因此对于光线4701和4702，图像质量必须良好。
表3与当眼睛向前凝视时图48中所示的情况对应，因此人眼感知的圆周角不是零，而是等于θ。因此，可以在不影响人类对光学质量的感知的情况下降低光学分辨率。为此，对于相同的视域，表3中的RMS值比表2中的高得多。
图48示出了图46中所示的相同实施例。在此，眼睛在传入的光线4801的方向上向前凝视，如瞳孔位置4803所指示的。眼睛还将在传入的光线4802的方向上看到外周图像，该光线以与凝视方向成角度θ到达眼睛。对于这个外周视域4802的眼睛分辨率低于对于视域4801的眼睛分辨率。光线4802的图像质量于是可以低于光线4801的图像质量。
图49示出了图46中所示的实施例。从显示器4606的边缘4901发射的光线4902定义瞳孔范围4903的程度。
图50示出了图46中所示的实施例的透视图5001。
图51示出了图46中所示的实施例的透视图5101。
延迟器的厚度和旋转的计算
水平线性偏振器的光在穿过两个连续的λ/4延迟器后变为垂直线性偏振。当光在延迟器之间经受全内反射(TIR)时，这种情况改变，因为由TIR造成的相位延迟对于视域的2个分量而言是不同的。这种情况在图52中进行概述。
入射光线5201找到延迟器5202(由双折射材料制成的膜，有时通过拉伸聚合物膜来制造)，然后找到折射棱镜5203，在那里它经受TIR(光线的分段5204和5205)，然后离开棱镜，以找到完全相同的延迟器5206，在此之后，光线存在于这个配置(光线的分段5207)。光线在棱镜的两侧上的入射是折射，因此不在电场的两个分量之间引起相位差。
电向量在垂直于入射平面的TE分量和称为TM的其余分量中分解。延迟器的快轴和慢轴相对于向量场的TE和TM分量倾斜。特别地，第一延迟器的慢轴相对于轴TE旋转角度δ(图52示出了针对小的正δ角的情况)。配置第二延迟器，使从5207去到5201的对称光线与从5201去到5207的光线具有相同的结构。这意味着当从5205去到5207时，第二延迟器相对于轴TE旋转角度-δ。
为了相对于输入5201处的偏振状态计算输出5207处的偏振状态(琼斯(Jones)向量)，我们需要计算全局Jones矩阵M，它简单地是3个分量的Jones矩阵的乘积：2个倾斜的延迟器和一个TIR。
简单地通过使用旋转矩阵R(δ)来计算倾斜的延迟器矩阵：
矩阵R(δ)此后被称为R+，而其逆(即，R(-δ))被称为R-。不旋转的延迟器的Jones矩阵为Γ：
其中，相位Γ＝2π(nslow-nfast)L/λ0，nslow和nfast是双折射材料的两个折射率，L是膜厚度，λ0是真空中的波长。
TIR的Jones矩阵可以写成
其中rTE和rTM是菲涅耳(Fresnel)反射系数
于是
以下方程式使每个分量之前和之后的Jones向量有联系：
于是
如果当ETM1＝0时ETE4＝0，那么必然m11＝0。由于m11是复数，因此该最后一个方程式包含2个标量方程式。在这种情况下，输出视域仅包含TM分量，值为ETM4＝m21ETE1。
图53示出了与图29中的配置共享相似性的配置，但是该配置将到达中央凹的光线与到达中央凹外部的视网膜的其余光线分开。光线5301和5302穿过眼睛瞳孔5303，从而到达中央凹5304。这些光线还穿过眼睛的中心处的瞳孔5305。当眼睛瞳孔5303绕眼睛的中心旋转时，中央凹5304也是如此，并且到达中央凹的光线仍然穿过瞳孔5305。由于人眼在中央凹处具有高分辨率，因此这些光线也应当优选地具有高分辨率。以较宽的角度穿过眼睛瞳孔5303的其它光线(诸如光线5306)不穿过瞳孔5305并在中央凹外部的位置5307处到达视网膜。在中央凹以外，人眼的分辨率较低，并且这些光线可以具有较低的分辨率。
于是可以将穿过或不穿过眼睛的中心处的瞳孔5305作为用于将到达中央凹的高分辨率光线与到达中央凹外部的视网膜的低分辨率光线分开的标准。
光学器件5300由若干元件组成。显示器5308和5309发射偏振光。在这个图示中，由所述显示器发射的光在垂直于图的平面的方向上偏振(垂直偏振)。所述显示器可以是两个分开的部件或一个单个显示器的两个分段。显示器5318和5319也发射偏振光，但是偏振垂直于显示器5308和5309的偏振。在这个示例性配置中，由显示器5318和5319发射的光在图的平面上偏振(平行偏振)。表面5312和5314是基本上透射平行偏振并且基本上反射垂直偏振的滤光器。表面5320是基本上透射垂直偏振并且基本上反射平行偏振的滤光器。表面5313被镜像并且包含在其左侧的1/4波长延迟器。表面5315也被镜像并且还包含在其左侧的1/4波长延迟器和反射镜。表面5317被镜像。
从显示器5308发射的示例性光线5301和5302具有垂直偏振。这些光线通过光学器件5300的表面5310折射到光学器件5300中，并在滤光器5312处反射。所述光线然后到达元件5313以穿过1/4波长延迟器，在其后面的反射镜处反射并再次穿过所述延迟器，从而以其旋转90°的偏振出现，其现在是平行的。所述光线现在穿过滤光器5312，在底表面5316处经受TIR，在反射镜5317或者滤光器5320处反射，并且通过光学器件5300的底表面5316折射出光学器件5300。然后，所述光线通过眼睛瞳孔5303进入眼睛，穿过在眼睛的中心处的瞳孔5305并到达在眼睛后部的中央凹5304。
从显示器5309发射的另一个示例性光线5306具有垂直偏振。所述光线通过光学器件5300的表面5311折射到光学器件5300中，并在滤光器5314或反射镜5313处反射。所述光线然后到达元件5315以穿过1/4波长延迟器，在其后面的反射镜处反射并再次穿过所述延迟器，从而以其旋转90°的偏振出现，其现在是平行的。所述光线现在穿过滤光器5314和5312，在底表面5316处经受TIR，在反射镜5317或者滤光器5320处反射，并且通过光学器件5300的底表面5316折射出光学器件5300。然后，所述光线通过眼睛瞳孔5303进入眼睛，不穿过眼睛的中心处的瞳孔5305，并到达眼睛后部的中央凹5304外部的位置5307处的视网膜。
与图29中所示的光学器件具有相似性的光学器件5300在元件5313上形成瞳孔5305的图像。然后考虑从眼睛朝着光学器件5300在相反方向上行进的光，穿过瞳孔5305的光线将在5313处到达其图像，并在那里反射。最终，这些光线将到达显示器5308。如果在相反方向上行进，那么光线5301和5302就是这种情况。但是，穿过眼睛瞳孔5303而不是瞳孔5305的反向光线将错过元件5313，并且将沿着光学器件通过不同通道朝着显示器5309移动。如果在相反方向上移动，那么光线5306就是这种情况。
如上面所提到的，到达中央凹的光线5301和5302需要高分辨率，并且出于这个原因，捕获来自显示器5308的光的表面5310处开始的通道优选地具有较大的焦距。而且，诸如5306之类的不到达中央凹的光线不需要高分辨率，并且出于这个原因，捕获来自显示器5309的光的表面5311处开始的通道优选地具有较短的焦距。
光学器件5300的左侧的光学表面相对于右侧的光学表面具有对称属性，类似于图29中所公开的。因而，通过左侧行进的光线具有与右侧的对应光线的偏振垂直的偏振。
在不同的配置中，元件5313和滤光器5314彼此分开，优选地在滤光器5314的左侧具有元件5313(并且在光学器件5300的左侧具有对称配置)。
图54示出了与图7中的光学器件类似的光学器件5401，其被设计用于弯曲的显示器5402。还示出了一些示例性光线5403。微透镜5404的阵列加宽了系统的视场。所述透镜可以具有短焦距，从而导致低分辨率，以在宽角度下匹配眼睛的低分辨率。这个实施例允许对瞳孔间距(IPD)进行更宽范围的机械调整。在另一个实施例中，这个光学器件可以与两个分开的显示器(优选地是平坦的)一起使用，而不是与单个弯曲的显示器一起使用。
图55示出了配置5501，其与图54中的配置相同，但是现在在三维视图中。弯曲的显示器5402具有线性对称性，并且可以通过弯曲平面显示器来获得。光学器件5401是自由形式的。
在优选实施例中，FOV在水平方向上是不对称的(在外侧方向上较大，而在鼻内方向上较小)。对于光学器件5401的两侧，微透镜的数量也可以不同。
图56示出了由透明材料制成的中央主光学器件5602以及侧面投影仪5603和5604所组成的优选实施例5601的横截面。
中央光学器件的表面5610是滤光器，其基本上透射由显示器5611发射的光并且基本上反射由显示器5612发射的光。表面5613是滤光器，其基本上透射由显示器5612发射的光并且基本上反射由显示器5611发射的光。
在一个实施例中，表面5614基本上透射从显示器5612发射的光并且基本上反射从显示器5611发射的光。这将防止从显示器5611发射的光的失败的TIR。而且，表面5615基本上透射从显示器5611发射的光并且基本上反射从显示器5612发射的光。这将防止从显示器5612发射的光的失败的TIR。
在另一个实施例中，表面5614基本上透射从显示器5612发射的光并且基本上吸收从显示器5611发射的光。这将防止从显示器5611发射的杂散光到达眼睛。而且，表面5615基本上透射从显示器5611发射的光并且基本上吸收从显示器5612发射的光。这将防止从显示器5612发射的杂散光到达眼睛。
主光学器件5602可以使其表面的部分被镜像，诸如5609或5616。在另一个实施例中，表面5609可以是类似于5610的滤光器，并且表面5616可以是类似于5613的滤光器。
侧面投影仪5603可以是用于校正色差的由不同折射率材料制成的两个零件5605和5606所组成的双合透镜。侧面投影仪5603也可以具有镜像表面，诸如5607或5608，以防止在其一些表面处的失败的TIR。侧面投影仪5604具有相似但基本对称的配置。
在另一个实施例中，投影仪5603可以是一个单个零件，并且可以通过使用衍射表面来实现色差的所述校正。再次，侧面投影仪5604具有相似但基本对称的配置。
图57示出了类似于图56所示的实施例的三维视图。光学活动表面5701至5706是自由形式的。该实施例在其光学部件的光学功能上基本上是左右对称的。还示出了显示器5707和5708。
图58示出了类似于图56的实施例的横截面。在这个实施例中，中央主光学器件5602的表面5801是半透明反射镜，其反射率和透射率可以在其整个表面上变化。还包括吸收光的元件5802。这个配置可以与高双折射材料一起使用，因为其工作原理不取决于光的偏振。
吸收元件5802应当光学耦合到中央主光学器件5602，以防止宽入射角下的TIR。
图59示出了与图58中的配置相似的配置。表面5901是半透明的反射镜。附加元件5902校正由中央主光学器件5602引入的失真，从而允许眼睛以看穿的配置看到外部世界，如传入的光线5903所指示的。一般而言，元件5903的光学表面是自由形式的，就像这个实施例中的所有光学活动表面一样。在图25中的相关配置中也是这种情况。
本文所引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用并入本文，其程度就好像每个参考文献被单独地且具体地指示以通过引用并入本文并在本文完整阐述了一样。
在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)术语“一”和“一个”和“该”和类似指代的使用应当被解释为涵盖单数和复数形式，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“有”应当被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。术语“连接”应当被解释为部分或全部包含在其中、附接或结合在一起，即使存在介入其间的某物。
除非另有说明，否则本文中数值范围的叙述仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独数值的速记方法，并且将每个单独数值并入说明书中，就好像在本文进行了单独阐述一样。
本文描述的所有方法可以以任何合适的次序执行，除非本文另有指示或与上下文明显矛盾。除非另外要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明的实施例并且不对本发明的范围施加限制。各种实施例和元件可以根据需要以任何合适的方式互换或组合。
说明书中的任何语言都不应当被解释为指示任何未要求保护的要素对于本发明的实践是必不可少的。
对于本领域技术人员将清晰的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。无意将本发明限制到所公开的一种或多种具体形式，而是相反，其意图是涵盖落入如所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同物。因此，本发明旨在覆盖本发明的修改和变化，条件是它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。
虽然已经描述了具体的实施例，但是对实践本发明的当前设想模式的前述描述不应当被理解为限制性的，而仅仅是出于描述本发明的某些一般原理的目的。可以从所描述的具体实施例进行变化。例如，以上交叉引用的专利和申请描述了可以有利地与本申请的教导相结合的系统和方法。虽然已经描述了具体的实施例，但是技术人员将理解可以如何组合不同实施例的特征。
应当参考权利要求书来确定本发明的全部范围，并且可以将权利要求书中的任何两个或更多个的特征进行组合。
