CN106164746A - 作为组合器的具有薄膜的近眼显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近眼组合器显示器，该近眼组合器显示器利用二向色反射器和/或设置为定位在所述眼睛视野内的薄膜的反射偏振片。副像可反射离开所述反射偏振片和/或二向色层朝向所述眼睛，并且可被叠加在通过所述眼睛观察的主要的外界景物图像上。该薄膜的位置和取向可根据需要独立地调节。

Description

作为组合器的具有薄膜的近眼显示系统

背景技术

有两种主要类型的近眼显示器：仅向眼睛提供数字图像的那些，以及组合真实外界景物与副像诸如数字图像的那些，其被称作组合器或组合光学件。仅数字近眼显示器的示例包括在夜视单筒望远镜和夜视双筒望远镜中使用的显示器，以及用于游戏或模拟的沉浸式显示器(护目镜、头盔)，该沉浸式显示器完全阻挡外界景物。

发明内容

本公开提供了近眼显示器，该近眼显示器利用二向色反射器和/或被设置为定位在眼睛视野内的薄膜的反射偏振片，其中副像被朝向眼睛反射离开反射偏振片和/或二向色层。薄膜的位置和取向可根据需要独立地调节。在一个方面，本公开提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统包括：薄膜，该薄膜能够至少部分地设置在眼睛的视野内，该薄膜具有第一主表面和相对第二主表面；以及图像成形装置，该图像成形装置被定位成朝向薄膜的第一主表面投射图像光束。薄膜将穿过相对第二主表面的第一光束朝向眼睛透射，并且将图像光束的至少一部分朝向眼睛反射。

在另一方面，本公开提供了一种近眼显示系统，该近眼显示系统包括：反射偏振片，该反射偏振片能够至少部分地设置在眼睛的视野内，该反射偏振片与第一偏振方向对准并且具有第一主表面和相对的第二主表面；图像成形装置，该图像成形装置被定位成朝向反射偏振片的第一主表面投射图像光束，该成像光束包括在第一偏振方向偏振的光；以及光学元件，该光学元件被定位成与反射偏振片相邻并且与图像成形装置相对。光学元件还包括：透镜；反射表面，该反射表面邻近反射偏振片的相对第二主表面，该反射表面能够透射穿过透镜的第一光束；以及被延迟器，该延迟器定位在反射表面和反射偏振片之间。反射偏振片、延迟器和反射表面能够共同将成像光束的第一部分和第一光束的第二部分朝向眼睛导向。

上述发明内容并非旨在描述本发明所公开的每个公开的实施方案或每种实施方式。以下附图和具体实施方式更具体地举例说明示例性实施方案。

附图说明

整个说明书参考附图，在附图中，类似的附图标号表示类似的元件，并且其中：

图1示出近眼显示系统的示意性剖视图；

图2示出近眼显示系统的示意性剖视图；

图3示出近眼显示系统的示意性剖视图；

图4示出近眼显示系统的示意性剖视图；并且

图5示出近眼显示系统的透视图；

这些附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号指示类似的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一附图中用相同标号标记的部件。

具体实施方式

本公开描述了近眼组合器显示器，该近眼组合器显示器利用二向色反射器和/或设置为定位在眼睛视野内的薄膜的反射偏振片。副像被朝向眼睛反射离开反射偏振片和/或二向色层，并且可被叠加在通过眼睛观察的主要的外界景物图像上。薄膜的位置和取向可根据需要独立地调节。

在以下说明中参考附图，这些附图构成本文的一部分，并且其中通过举例说明的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，不应认为以下详细说明具有限制性意义。

除非另外指明，否则本发明中使用的所有的科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本发明给出的定义旨在有利于理解本文频繁使用的一些术语，并无限制本发明范围之意。

除非另外指明，否则说明书和权利要求书中所使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。

除非内容另外明确指定，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代对象的实施方案。除非上下文另外清楚指明，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。

空间相关的术语包括但不限于“下面”、“上面”、“在...下面”、“在...之下”、“在...之上”和“在顶部”，如果在本文中使用，则用于便于描述一个元件相对于另一个元件的空间关系。除了图中示出的或本文所述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，则先前描述的在其他元件下方或下面的部分就在那些其他元件上方。

如本文所用，例如当元件、组件或层描述为与另一元件、组件或层形成“一致界面”，或在另一元件、组件或层“上”、“连接到”、“联接到”或“接触”另一元件、组件或层，其意为直接在...上，直接连接到，直接联接到或直接接触，或例如居间的元件、组件或层可能在特定元件、组件或层上，或连接到、联接到或接触特定元件、组件或层。例如当元件、部件或层被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到另一元件”、“直接与另一元件联接”或“直接与另一元件接触”时，则没有居间的元件、部件或层。

如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”、“含有”等等均以其开放性意义使用，并且一般是指“包括但不限于”。应当理解，术语“由...组成”和“基本上由...组成”包含在术语“包括”等等之中。

组合或“组合器”近眼显示器通常依赖于使用光学件既将真实外界景物透射给用户、又将副像(例如，数字图像)投射至眼睛。一种类型的组合器显示器可使用半透镜，诸如50％可见光透射率(VLT)镜，其可透射外界景物的一部分，并且也可反射副像的一部分。另一种类型的组合器显示器可使用反射或弱反射偏振片，其可几乎完全地将外界景物的一种偏振态透射至用户，并且也可几乎完全地(或至少部分地)将偏振的副像反射至用户。另一种类型的组合器显示器可使用二向色、“凹口”或“梳”型反射器，其可将光(如，第一波长范围的光)波长的谱带反射至某种程度，但也可透射其他波长谱带(如，第二波长范围的光或更多波长范围的光)或部分地透射波长的反射谱带。可用于本发明的头戴式显示器的另外描述包括(例如)：具有代理人案卷号75083US002、提交于2014年3月18日的名称为“LowProfile Image Combiner for Near-Eye Displays”(“用于近眼显示器的薄型图像组合器”)的共同待审美国专利申请和代理人案卷号也为75976US002、与本申请同一天提交的名称为“Head Mounted Display and Low Conspicuity Pupil Illuminator”(“头戴式显示器和低醒目性瞳孔照明器”)的共同待审美国专利申请。

如本文所提供的近眼平视显示器由薄膜组成，该薄膜能够将真实世界的视图透射至用户的眼睛，同时还能够反射或透射副像，诸如经由数字显示器产生的副像。在一个具体实施方案中，薄膜包括涂层或膜，该膜具有二向色、“凹口”或“梳”型透射分布和反射分布。在一个具体实施方案中，薄膜包括反射偏振片，该反射偏振片反射一个偏振态(例如，第一偏振方向)并且不同程度地透射另一偏振态(例如，与第一偏振方向正交的第二偏振方向)。在一些情况下，薄膜还可包括延迟层诸如四分之一波长延迟器和/或可与透镜一起使用，该透镜也具有反射和/或延迟层。在一些情况下，透镜和薄膜的组合形状可对副像、真实外界景物图像、或这两者进行放大。

薄膜的这种透射/反射分布(无论是取决于偏振、取决于波长还是独立的)使用户能够同时看见基于真实世界的波长和/或偏振态的“组合”有副像的真实世界的视图以及副像。薄膜自身或与另一反射元件和/或膜和/或涂层结合可基于穿过弯曲表面的折射和/或来自弯曲表面的反射对图像进行放大。

图1示出根据本公开的一个方面的近眼显示系统100的示意性剖视图。近眼显示系统100包括图像成形装置120，该图像成形装置被定位成投射具有朝向薄膜110的第一主表面112导向的主光线121的图像光束。在一些情况下，薄膜110可包括反射偏振片，诸如聚合物反射偏振片。在一些情况下，薄膜110可包括半透镜。在一些情况下，薄膜110可包括涂覆或粘结到第一主表面112、相对的第二主表面114，或薄膜110的两个表面的一个或多个二向色层。在一些情况下，薄膜110还可包括围绕其周边的保护性外缘116，该保护性外缘可由柔顺性材料诸如硅橡胶组成，以便保护用户免受薄膜可能的锋利边缘的伤害。

薄膜110可由附接到框架140的支撑件118至少部分地定位在眼睛160的视野内，该框架可类似于一副眼镜被定位在用户的头部上(未示出)。支撑件118固定薄膜110相对于眼睛160和其他部件的位置和取向，并且可具有调节功能，该调节功能对应于介于薄膜110和其他光学部件包括图像成形装置120之间的枢转“P”、旋转“R”和平移“T”。在一些情况下，薄膜110可旋转出眼睛160的视野。在一个具体实施方案中，薄膜110可具有如图1所示的弯曲表面，以对图像光束进行一些放大，该图像光束具有由眼睛160接收的主光线121。在一些情况下，近眼显示系统还可包括光学元件诸如透镜130，该透镜也被附连到框架140，并且具有第一主透镜表面132和相对的第二主透镜表面134，这些透镜表面可对外界景物150进行一些放大或其他眼睛矫正。

就二向色反射层而言，基于二向色层的反射和透射分布部分地反射对应于二向色层的反射谱带的主光线121的波长谱带。同样，通过薄膜110透射至眼睛160的外界景物150的那些波长谱带被二向色层衰减。就反射偏振片而言，垂直于反射偏振片“快”光轴的主光线121的偏振态将被反射。同样，外界景物150的偏振态将被反射偏振层衰减。遇到薄膜110后，主光线121反射离开薄膜110并且朝向眼睛160。

这样，外界景物150可至少部分地沿外界景物光线151透射并且与通过图像成形装置120形成的主光线121“组合”。可将薄膜110置于眼睛160和另一透镜130之间，该透镜具有零屈光度或矫正处方，并且具有或不具有其他功能诸如部分透射、色彩增强、对比度增强、光致变色或偏振滤光。就具有偏振滤光器(诸如偏光太阳镜)的透镜130而言，偏振滤光器的快光轴应与反射偏振片的快光轴对准，以使外界景物150通过薄膜110的透射最大化。

图2示出根据本公开的一个方面的近眼显示系统200的示意性剖视图。近眼显示系统200包括图像成形装置220，该图像成形装置被定位成投射具有朝向薄膜210的第一主表面212导向的主光线221的图像光束。薄膜210可由附接到框架240的支撑件218至少部分地定位在眼睛260的视野内，该框架可类似于一副眼镜被定位在用户的头部上(未示出)。支撑件218固定薄膜210相对于眼睛260和其他部件的位置和取向，并且可具有调节功能，该调节功能对应于介于薄膜210和其他光学部件包括图像成形装置220之间的枢转“P”、旋转“R”和平移“T”。在一些情况下，薄膜210可旋转出眼睛260的视野。在一个具体实施方案中，薄膜210可具有如图2所示的平坦表面；然而，薄膜210相反可具有如图1所示的弯曲外形，以对图像光束进行一些放大。在一些情况下，薄膜210还可包括围绕其周边的保护性外缘216，该保护性外缘可由柔顺性材料诸如硅橡胶组成，以便保护用户免受薄膜可能的锋利边缘的伤害。

在一些情况下，近眼显示系统还可包括光学元件诸如眼科或弯月形透镜230，该透镜也被附连到框架240，并且具有第一主透镜表面232和相对的第二主透镜表面234，这些透镜表面可对外界景物250进行一些放大或其他眼睛矫正。半透反射镜233，诸如二向色反射层或局部反射层可设置在透镜230的表面上或嵌入透镜内。就二向色反射层而言，对应于二向色层的反射谱带的主光线221的波长谱带基于二向色层的反射和透射分布被部分地反射。同样，通过薄膜210透射至眼睛260的外界景物250的那些波长谱带被二向色层衰减。就半透反射镜而言，主光线221的一部分将被反射。同样，外界景物150的一部分将被半透反射镜衰减。

在一个具体实施方案中，薄膜210包括反射偏振片211，该反射偏振片与第一偏振方向对准并且与薄膜210的第一主表面212相邻。图像成形装置220生成具有朝向薄膜210导向的主光线221的图像。图像成形装置220可随机发射偏振光或基本线性的偏振光。就由基本线性的偏振光组成的图像而言，主要偏振态应与反射偏振片211的第一偏振方向(即，快光轴)对准，该反射偏振片与薄膜210的第一主表面212相邻，使得图像被初始地透射。

图像光束(具有来自图像成形装置220的主光线221)的第一偏振方向光透射穿过薄膜210的反射偏振片211，并且遇到与薄膜210的反射偏振片211和相对第二主表面214相邻的四分之一波长延迟器213。四分之一波长延迟器213将主光线转换成第一圆形偏振光线222。四分之一波长延迟器213可与反射偏振片211相邻，在薄膜210的相对第二主表面214上与反射偏振片211相对，或在眼科或弯月形透镜的表面上，或定位在光路中的其他位置，如别处所述。

第一圆形偏振光线222遇到半透反射镜233，该半透反射镜可在透镜230的表面上(示出)或嵌入透镜内(未示出)。就二向色反射层而言，对应于二向色层的反射谱带的图像的波长谱带被反射。就局部反射层诸如半透镜涂层而言，图像将反射至镜涂层为反射性的程度。该层的反射产生第二圆形偏振光线223，该偏振光线具有相比于第一圆形偏振光线222反相(用手习惯)的圆偏振。

第二圆形偏振光线223遇到四分之一波长延迟器213并且被转换成基本线性的偏振光线，其中偏振轴基本上垂直于反射偏振片211的快光轴。该光线反射离开反射偏振片211，穿过四分之一波长延迟器213并且变成第三圆形偏振光线224。第三圆形偏振光线224反射自半透反射镜233，变成具有反相(用手习惯)的第四圆形偏振光线225，并且在穿过四分之一波长延迟器213后被转换成基本线性的偏振光线，该光线具有与反射偏振片211的快光轴基本上对准的偏振态，并且图像光线226朝向眼睛260透射穿过薄膜210。

这样，外界景物250可至少部分地沿外界景物光线251透射并且与通过图像成形装置220形成的图像光线226“组合”。可将薄膜210置于眼睛260和另一透镜230之间，该透镜具有零屈光度或矫正处方，并且具有或不具有其他功能诸如部分透射、色彩增强、对比度增强、光致变色或偏振滤光。就具有偏振滤光器(诸如偏光太阳镜)的透镜230而言，偏振滤光器的快光轴应与反射偏振片211的快光轴对准，以使外界景物250通过薄膜210的透射最大化。

在一个具体实施方案中，反射偏振片211、半透反射镜233、四分之一波长延迟器213、透镜230、薄膜210或它们的组合的曲率可经由通过弯曲表面的折射和/或从弯曲表面的反射对原始图像进行放大。

图3示出根据本公开的一个方面的近眼显示系统300的示意性剖视图。近眼显示系统300包括图像成形装置320，该图像成形装置被定位成投射具有朝向薄膜310的第一主表面312导向的主光线321的图像光束。薄膜310可由附接到框架340的支撑件318至少部分地定位在眼睛360的视野内，该框架可类似于一副眼镜被定位在用户的头部上(未示出)。支撑件318固定薄膜310相对于眼睛360和其他部件的位置和取向，并且可具有调节功能，该调节功能对应于介于薄膜310和其他光学部件包括图像成形装置320之间的枢转“P”、旋转“R”和平移“T”。在一些情况下，薄膜310可旋转出眼睛360的视野。在一个具体实施方案中，薄膜310可具有如图3所示的平坦表面；然而，薄膜310相反可具有如图1所示的弯曲外形，以对图像光束进行一些放大。在一些情况下，薄膜310还可包括围绕其周边的保护性外缘316，该保护性外缘可由柔顺性材料诸如硅橡胶组成，以便保护用户免受薄膜可能的锋利边缘的伤害。

在一些情况下，近眼显示系统还可包括光学元件诸如眼科或弯月形透镜330，该透镜也被附连到框架340，并且具有第一主透镜表面332和相对的第二主透镜表面334，这些透镜表面可对外界景物350进行一些放大或其他眼睛矫正。半透反射镜333，诸如二向色反射层或局部反射层可设置在透镜330的表面上或嵌入透镜内。就二向色反射层而言，基于二向色层的反射和透射分布部分地反射对应于二向色层的反射谱带的主光线321的波长谱带。同样，通过薄膜310透射至眼睛360的外界景物350的那些波长谱带被二向色层衰减。就半透反射镜而言，主光线321的一部分将被反射。同样，外界景物150的一部分将被半透反射镜衰减。

在一个具体实施方案中，薄膜310包括反射偏振片311，该反射偏振片与第一偏振方向对准并且与薄膜310的第一主表面312相邻。图像成形装置320生成具有朝向薄膜310导向的主光线321的图像。图像成形装置320可随机发射偏振光或基本线性的偏振光。就由基本线性的偏振光组成的图像而言，主要偏振态应与反射偏振片311的第一偏振方向(即，快光轴)对准，该反射偏振片与薄膜310的第一主表面312相邻，使得图像被初始地透射。

图像光束(具有来自于图像成形装置320的主光线321)的第一偏振方向光透射穿过薄膜310的反射偏振片311，并且遇到设置在半透反射镜333上、与第一主透镜表面332相邻的四分之一波长延迟器335。四分之一波长延迟器335和/或半透反射镜333中的每一个可在透镜330的表面上(示出)或嵌入透镜内(未示出)。就二向色反射层而言，对应于二向色层的反射谱带的图像的波长谱带被反射。就局部反射层诸如半透镜涂层而言，图像将反射至镜涂层为反射性的程度。该层的反射产生第二圆形偏振光线323，该偏振光线具有相比于第一圆形偏振光线322反相(用手习惯)的圆偏振。

四分之一波长延迟器335将主光线321转换成反射自半透反射镜333的圆形偏振光线，从而改变圆偏振方向，并且再次穿过四分之一波长延迟器335，从而变成旋转光线322，该旋转光线具有与第一偏振方向正交的第二偏振方向。旋转光线322反射自半透反射镜311，并且再次穿过将旋转光线321转换成反射自半透反射镜333的圆形偏振光线的四分之一波长延迟器335，从而改变圆偏振方向，并再次通过四分之一波长延迟器335，从而变成具有偏振方向的图像光线323，然后该图像光线穿过反射偏振片311，并且朝向眼睛360导向。

这样，外界景物350可至少部分地沿外界景物光线351透射并且与通过图像成形装置320形成的图像光线323“组合”。薄膜310置于眼睛360和另一透镜330之间，该透镜具有零屈光度或矫正处方，并且具有或不具有其他功能诸如部分透射、色彩增强、对比度增强、光致变色或偏振滤光。就具有偏振滤光器(诸如偏光太阳镜)的透镜330而言，偏振滤光器的快光轴应与反射偏振片211的快光轴对准，以使外界景物350通过薄膜310的透射最大化。

在一个具体实施方案中，反射偏振片311、半透反射镜333、四分之一波长延迟器313、透镜330、薄膜310或它们的组合的曲率可经由通过弯曲表面的折射和/或从弯曲表面的反射对原始图像进行放大。

图4示出根据本公开的一个方面的近眼显示系统400的示意性剖视图。近眼显示系统400包括图像成形装置420，该图像成形装置被定位成投射具有朝向薄膜410的第一主表面412导向的主光线421的图像光束。在一些情况下，薄膜410可至少部分地定位在眼睛460的视野内，并且能够可释放地附接到框架440，该框架可类似于一副被眼镜定位在用户的头部上(未示出)。在一些情况下，除连接至框架440之外或作为其替代，薄膜410还能够可释放地附接到眼科或弯月形透镜430。在一个具体实施方案中，薄膜410可具有如图4所示的平坦表面；然而，薄膜410相反可具有如图1所示的弯曲外形，以对图像光束进行一些放大。在一些情况下，薄膜410还可包括围绕其周边的保护性外缘(未示出)，该保护性外缘可由柔顺性材料诸如硅橡胶组成，以便保护用户免受薄膜可能的锋利边缘的伤害。

在一些情况下，近眼显示系统还包括光学元件诸如眼科或弯月形透镜430，该透镜也被附连到框架440，并且具有第一主透镜表面432和相对的第二主透镜表面434，这些透镜表面可对外界景物450进行一些放大或其他眼睛矫正。半透反射镜433，诸如二向色反射层或局部反射层可设置在透镜430的表面上或嵌入透镜内。就二向色反射层而言，基于二向色层的反射和透射分布部分地反射对应于二向色层的反射谱带的主光线421的波长谱带。同样，通过薄膜410透射至眼睛460的外界景物450的那些波长谱带被二向色层衰减。就半透反射镜而言，主光线421的一部分将被反射。同样，外界景物150的一部分将被半透反射镜衰减。

在一个具体实施方案中，薄膜410包括反射偏振片411，该反射偏振片与第一偏振方向对准并且与薄膜410的第一主表面412相邻。图像成形装置420生成具有朝向薄膜410导向的主光线421的图像。图像成形装置420可随机发射偏振光或基本线性的偏振光。就由基本线性的偏振光组成的图像而言，主要偏振态应与反射偏振片411的第一偏振方向(即，快光轴)对准，该反射偏振片与薄膜410的第一主表面412相邻，使得图像被初始地透射。

图像光束(具有来自图像成形装置420的主光线421)的第一偏振方向光透射穿过薄膜410的反射偏振片411，并且遇到与薄膜410的反射偏振片411和相对第二主表面414相邻的四分之一波长延迟器413。四分之一波长延迟器413将主光线转换成第一圆形偏振光线422。四分之一波长延迟器413可与反射偏振片411相邻，在薄膜410的相对第二主表面414上与反射偏振片411相对，或在眼科或弯月形透镜的表面上，或定位在光路中的其他位置，如别处所述。应当理解，四分之一波长延迟器413可相反地被定位成如图3中所示，即与半透反射镜433相邻，在该情况下薄膜410包括反射偏振片411，而不具有相邻的四分之一波长延迟器413。

第一圆形偏振光线422遇到半透反射镜433，该半透反射镜可在透镜430的表面上(示出)或嵌入透镜内(未示出)。就二向色反射层而言，对应于二向色层的反射谱带的图像的波长谱带被反射。就局部反射层诸如半透镜涂层而言，图像将反射至镜涂层为反射性的程度。该层的反射产生第二圆形偏振光线423，该偏振光线具有相比于第一圆形偏振光线422反相(用手习惯)的圆偏振。

第二圆形偏振光线423遇到四分之一波长延迟器413并且被转换成基本线性的偏振光线，其中偏振轴基本上垂直于反射偏振片411的快光轴。该光线反射离开反射偏振片411，穿过四分之一波长延迟器413并且变成第三圆形偏振光线424。第三圆形偏振光线424反射自半透反射镜433，变成具有反相(用手习惯)的第四圆形偏振光线425，并且在穿过四分之一波长延迟器413后被转换成基本线性的偏振光线，该光线具有与反射偏振片411的快光轴基本上对准的偏振态，并且图像光线426朝向眼睛460透射穿过薄膜410。

这样，外界景物450可至少部分地沿外界景物光线451透射并且与通过图像成形装置420形成的图像光线426“组合”。可将薄膜410置于眼睛460和另一透镜430之间，该透镜具有零屈光度或矫正处方，并且具有或不具有其他功能诸如部分透射、色彩增强、对比度增强、光致变色或偏振滤光。就具有偏振滤光器(诸如偏光太阳镜)的透镜430而言，偏振滤光器的快光轴应与反射偏振片411的快光轴对准，以使外界景物450通过薄膜410的透射最大化。

在一个具体实施方案中，反射偏振片411、半透反射镜433、四分之一波长延迟器413、透镜430、薄膜410或它们的组合的曲率可经由通过弯曲表面的折射和/或从弯曲表面的反射对原始图像进行放大。

图5示出根据本公开的一个方面的近眼显示系统500的透视图。图5中所示出的元件510-540和510’-540’中的每一个对应于图1中所示出的先前已描述的类似编号的元件110-140。例如，图5中所示的薄膜510对应于图1中所示的薄膜110，等等。可对相应的薄膜、透镜和其他部件进行修改并将层或涂层施加于其上，如别处所述。

近眼显示系统500包括第一图像成形装置520和任选的第二图像成形装置520’，该第一图像成形装置被定位成朝向第一薄膜510投射图像光，该第二图像成形装置被定位成朝向任选的第二薄膜510’投射副像光，如别处所述。第一薄膜510和任选的第二薄膜510’中的每一个可通过第一支撑件518和任选的第二支撑件518’至少部分地被定位在用户眼睛(未示出)的视野内，所述支撑件附接到第一框架540和第二框架540’，所述框架可类似于一副眼镜被定位在用户头部上(未示出)。第一光学支撑件518和任选的第二光学支撑件518’固定第一薄膜510和任选的第二薄膜510’相对于眼睛和其他部件的位置和取向。第一光学支撑件518和任选的第二光学支撑件518’可包括调节功能，该调节功能对应于介于第一薄膜510和任选的第二薄膜510’以及其他光学部件(包括第一图像成形装置520和任选的第二图像成形装置520’)之间的枢转“P”、旋转“R”和平移“T”。在一些情况下，例如如图5所示的薄膜，诸如任选的第二薄膜510’可旋转出眼睛的视野。近眼显示系统500还包括光学元件诸如第一透镜530和第二透镜530’，所述透镜也附连到第一框架540和第二框架540’，并且也包括将第一透镜530和第二透镜530’连接在一起的跨接件545。

应当理解，本文所描述的任何近眼显示系统可与眼睛监视装置诸如具有代理人案卷号74976US002、与本申请同一天提交的名称为“Head Mounted Display and LowConspicuity Pupil Illuminator”(“头戴式显示器和低醒目醒瞳孔照明器”)的共同待审美国专利申请中所描述的那些组合。可检测的眼睛监视属性包括以下中的一者或多者：眼睛的观察方向、瞳孔的直径和直径的变化、眼睑的眨动、眼睛跟踪对象和眼睛扫视运动。眼睛跟踪参数可包括眼睛转动的速度以及对象的运动与眼睛的运动之间的滞后或相位。眼睛扫视运动可包括运动的持续时间、速度和图案。本文所述的薄膜可用于为瞳孔照明器和图像接收光学件提供反射表面，以及为近眼显示器提供反射表面，如本领域的普通技术人员可容易理解的那些。

以下为本公开的实施方案的列表。

项1为一种近眼显示系统，包括：薄膜，该薄膜能够至少部分地设置在眼睛的视野内，该薄膜具有第一主表面和相对的第二主表面；以及图像成形装置，该图像成形装置被定位成朝向薄膜的第一主表面投射图像光束，其中薄膜将穿过相对第二主表面的第一光束朝向眼睛透射，并朝向眼睛反射图像光束的至少一部分。

项2为根据项1所述的近眼显示系统，其中薄膜包括二向色层，该二向色层能够反射至少第一波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项3为根据项1或项2所述的近眼显示系统，其中薄膜包括二向色层，该二向色层能够反射第一波长范围的光和第二波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项4为根据项1至项3所述的近眼显示系统，其中薄膜包括二向色层，该二向色层能够反射第一波长范围的光、第二波长范围的光以及第三波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项5为根据项1至项4所述的近眼显示系统，其中薄膜包括反射偏振片，该反射偏振片能够反射第一偏振态的光并透射正交的第二偏振态的光。

项6为根据项5所述的近眼显示系统，其中图像光束包括第一偏振态的光，并且第一光束包括正交的第二偏振态的光。

项7为根据项1至项6所述的近眼显示系统，其中薄膜包括能够反射约一半的图像光束的宽带半透镜。

项8为根据项1至项7所述的近眼显示系统，其中薄膜包括放大反射光学件。

项9为根据项1至项8所述的近眼显示系统，还包括邻近第二主表面定位的光学元件。

项10为根据项9所述的近眼显示系统，其中光学元件包括透镜、部分光透射膜或涂层、色彩增强膜或涂层、对比度增强膜或涂层、光致变色膜或涂层、偏振膜或涂层，或它们的组合。

项11为根据项1至项10所述的近眼显示系统，其中第一光束为外界景物图像的可视部分。

项12为根据项1至项11所述的近眼显示系统，其中薄膜包括弹性体保护性边缘。

项13为根据项12所述的近眼显示系统，其中弹性体保护性边缘包括丁基橡胶、硅橡胶、聚氨酯等等。

项14为根据项1至项13所述的近眼显示系统，其中薄膜是可移除的并且是可重新定位的。

项15为一种近眼显示系统，包括：反射偏振片，该反射偏振片能够至少部分地设置在眼睛的视野内，该反射偏振片与第一偏振方向对准并且具有第一主表面和相对的第二主表面；图像成形装置，该图像成形装置被定位成朝向反射偏振片的第一主表面投射图像光束，该成像光束包括在第一偏振方向偏振的光；光学元件，该光学元件被定位成邻近反射偏振片并且与图像成形装置相对，该光学元件包括：透镜；反射表面，该反射表面与反射偏振片的相对第二主表面相邻，该反射表面能够透射穿过透镜的第一光束；以及延迟器，该延迟器定位在反射表面和反射偏振片之间，其中反射偏振片、延迟器和反射表面能够共同将成像光束的第一部分和第一光束的第二部分朝向眼睛导向。

项16为根据项15所述的近眼显示系统，其中透镜包括放大透镜。

项17为根据项15或项16所述的近眼显示系统，其中反射偏振片包括具有平坦表面、弯曲表面或它们的组合的薄膜。

项18为根据项17所述的近眼显示系统，其中薄膜包括弹性体保护性边缘。

项19为根据项18所述的近眼显示系统，其中弹性体保护性边缘包括丁基橡胶、硅橡胶、聚氨酯等等。

项20为根据项17至项19所述的近眼显示系统，其中薄膜是可移除的并且是可重新定位的。

项21为根据项15至项20所述的近眼显示系统，其中延迟器附连到反射偏振片的第二主表面、附连到反射表面、附连到反射偏振片的第二主表面以及反射表面两者、或者从反射偏振片和反射表面两者移位。

项22为根据项15至项21所述的近眼显示系统，其中延迟器为四分之一波长延迟器，该四分之一波长延迟器具有与第一偏振方向呈45度对准的快光轴。

项23为根据项15至项22的所述近眼显示系统，其中反射表面包括二向色反射器或宽带半透镜。

项24为根据项23所述的近眼显示系统，其中二向色反射器能够反射至少第一波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项25为根据项23或项24所述的近眼显示系统，其中二向色反射器能够反射第一波长范围的光和第二波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项26为根据项23至项25所述的近眼显示系统，其中二向色反射器能够反射第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

项27为根据项15至项26所述的近眼显示系统，其中透镜还包括部分光透射膜或涂层、色彩增强膜或涂层、对比度增强膜或涂层、光致变色膜或涂层、偏振膜或涂层，或它们的组合。

项28为根据项1至项27所述的近眼显示系统，还包括靠近眼睛的固定框架。

项29为根据项1至项28所述的近眼显示系统，其中图像成形装置包括发射性微显示器。

项30为根据项29所述的近眼显示系统，其中发射性微显示器包括OLED显示器。

除非另外指明，否则说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理性能的所有数字应当被理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。

本文中所引用的所有参考文献及出版物全文以引用方式明确地并入本文中，但与本发明直接冲突的部分除外。虽然本文已经举例说明并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开的范围的情况下，可用多种另选和/或等同形式的具体实施来代替所示出的和所描述的具体实施方案。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何调整或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求书及其等同形式的内容限制。

Claims (30)

1.一种近眼显示系统，包括：

薄膜，所述薄膜能够至少部分地设置在眼睛的视野内，所述薄膜具有第一主表面和相对的第二主表面；以及

图像成形装置，所述图像成形装置被定位成朝向所述薄膜的所述第一主表面投射图像光束；

其中所述薄膜将穿过所述相对的第二主表面的第一光束朝向所述眼睛透射，并且将所述图像光束的至少一部分朝向所述眼睛反射。

2.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括二向色层，所述二向色层能够反射至少第一波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

3.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括二向色层，所述二向色层能够反射第一波长范围的光和第二波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

4.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括二向色层，所述二向色层能够反射第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

5.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括反射偏振片，所述反射偏振片能够反射第一偏振态的光并透射正交的第二偏振态的光。

6.根据权利要求5所述的近眼显示系统，其中所述图像光束包括所述第一偏振态的光，并且所述第一光束包括所述正交的第二偏振态的光。

7.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括能够反射约一半的所述图像光束的宽带半透镜。

8.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括放大反射光学件。

9.根据权利要求1所述的近眼显示系统，还包括光学元件，所述光学元件邻近所述第二主表面定位。

10.根据权利要求9所述的近眼显示系统，其中所述光学元件包括透镜、部分光透射膜或涂层、色彩增强膜或涂层、对比度增强膜或涂层、光致变色膜或涂层、偏振膜或涂层，或它们的组合。

11.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述第一光束为外界景物图像的可视部分。

12.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括弹性体保护性边缘。

13.根据权利要求12所述的近眼显示系统，其中所述弹性体保护性边缘包括丁基橡胶、硅橡胶、聚氨酯等。

14.根据权利要求1所述的近眼显示系统，其中所述薄膜是可移除的并且是可重新定位的。

15.一种近眼显示系统，包括：

反射偏振片，所述反射偏振片能够至少部分地设置在眼睛的视野内，所述反射偏振片与第一偏振方向对准并且具有第一主表面和相对的第二主表面；

图像成形装置，所述图像成形装置被定位朝向所述反射偏振片的所述第一主表面投射图像光束，所述成像光束包括在所述第一偏振方向偏振的光；

光学元件，所述光学元件被定位成与所述反射偏振片相邻并且与所述图像成形装置相对，所述光学元件包括：

透镜；

反射表面，所述反射表面与所述反射偏振片的所述相对的第二主表面相邻，所述反射表面能够透射穿过所述透镜的第一光束；以及

延迟器，所述延迟器定位在所述反射表面和所述反射偏振片之间，

其中所述反射偏振片、所述延迟器和所述反射表面能够共同将所述成像光束的第一部分和所述第一光束的第二部分朝向所述眼睛导向。

16.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述透镜包括放大透镜。

17.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述反射偏振片包括具有平坦表面、弯曲表面或它们的组合的薄膜。

18.根据权利要求17所述的近眼显示系统，其中所述薄膜包括弹性体保护性边缘。

19.根据权利要求18所述的近眼显示系统，其中所述弹性体保护性边缘包括丁基橡胶、硅橡胶、聚氨酯等。

20.根据权利要求17所述的近眼显示系统，其中所述薄膜是可移除的并且是可重新定位的。

21.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述延迟器附连到所述反射偏振片的所述第二主表面、附连到所述反射表面、附连到所述反射偏振片的所述第二主表面以及所述反射表面两者、或者从所述反射偏振片和所述反射表面两者移位。

22.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述延迟器为四分之一波长延迟器，所述四分之一波长延迟器具有与所述第一偏振方向呈约45度对准的快光轴。

23.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述反射表面包括二向色反射器或宽带半透镜。

24.根据权利要求23所述的近眼显示系统，其中所述二向色反射器能够反射至少第一波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

25.根据权利要求23所述的近眼显示系统，其中所述二向色反射器能够反射第一波长范围的光和第二波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

26.根据权利要求23所述的近眼显示系统，其中所述二向色反射器能够反射第一波长范围的光、第二波长范围的光和第三波长范围的光，并且透射其他波长范围的光。

27.根据权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述透镜还包括部分光透射膜或涂层、色彩增强膜或涂层、对比度增强膜或涂层、光致变色膜或涂层、偏振膜或涂层，或它们的组合。

28.根据权利要求1或权利要求15所述的近眼显示系统，还包括靠近所述眼睛的固定框架。

29.根据权利要求1或权利要求15所述的近眼显示系统，其中所述图像成形装置包括发射性微显示器。

30.根据权利要求29所述的近眼显示系统，其中所述发射性微显示器包括OLED显示器。