用于可佩戴平视显示器的光学组合透镜的制作方法

文档序号:26007462发布日期:2021-07-23 21:26阅读:93来源:国知局
用于可佩戴平视显示器的光学组合透镜的制作方法

本发明总体上涉及衬底导向组合器,尤其涉及衬底导向组合器在透镜中的集成以及这种组合透镜在可佩戴平视显示器中的使用。



背景技术:

可佩戴平视显示器使用光学组合器来组合现实世界和虚拟图像。可佩戴平视显示器中使用的光学组合器主要有两类:自由空间组合器和衬底导向组合器。全息组合器是自由空间组合器的示例,并且光导(或波导)组合器是衬底导向组合器的示例。全息组合器使用一个或多个全息图来将光从光源重定向到目标。在光导组合器中,光通常通过内耦合元件进入光导,通过全内反射(tir)沿着光导的长度传播,并且通常通过输出耦合元件离开光导。在具有眼镜形式的可佩戴平视显示器中,光学组合器被集成到装配在支撑框架中的至少一个透镜中,其中该至少一个透镜可以是或可以不是处方透镜。对于旨在长时间佩戴在头上的可佩戴平视显示器,期望组合透镜集成是轻质的,同时提供任何期望的处方。



技术实现要素:

在一个方面,光学组合透镜包括第一透镜、第二透镜、与第一透镜和第二透镜堆叠的光导、物理耦合到光导并定位成将光接收到光导内的输入耦合器、物理耦合到光导并定位成从光导输出光的输出耦合器、限定在堆叠内且在第一透镜和光导之间的第一介质间隙、以及限定在堆叠内且在光导和第二透镜之间的第二介质间隙。

第一透镜可以是弯月形透镜。第一透镜可以具有零光焦度。第一透镜和输出耦合器可以具有为正或负的组合光焦度。

第一透镜可以具有为零、正或负的光焦度。

第二透镜可以具有为零、正或负的光焦度。

第一透镜可以是平凸透镜。

第二透镜可以是双凹透镜、平凹透镜或弯月形透镜。

第一介质间隙和第二介质间隙中的每一个可以包含折射率低于光导的折射率的相应介质。

光导可以物理耦合到第一透镜和第二透镜。

第一介质间隙可以被限定在第一透镜的内表面和光导之间。光导可以通过第一透镜内表面和光导之间的粘合层物理地耦合到第一透镜。第一透镜内表面和光导之间的粘合层可以是沿着第一透镜内表面的外围延伸的环的形式,并且可以在第一介质间隙周围提供气密密封。

第二介质间隙可以被限定在第二透镜的内表面和光导之间。光导可以通过第二透镜内表面和光导之间的粘合层物理地耦合到第二透镜。第二透镜内表面和光导之间的粘合层可以是沿着第二透镜内表面的外围延伸的环的形式,并且可以在第二介质间隙周围提供气密密封。

光导可以通过边缘支撑结构物理地耦合到第一透镜和第二透镜,该边缘支撑结构将第一透镜、光导和第二透镜以间隔开的关系保持在堆叠中。边缘支撑结构可以围绕堆叠的外围,并且在堆叠外围附近密封第一和第二介质间隙。边缘支撑结构可以与第一透镜的边缘一体形成。

输入耦合器可以物理耦合到不与第一透镜和第二透镜对准的光导的输入区域。

光学组合透镜还可以在堆叠中包括红外全息图。红外全息图可以物理耦合到第二透镜。

输入耦合器和输出耦合器中的每一个可以包括全息图、体积衍射光栅、表面浮雕光栅中的至少一种。输入耦合器和输出耦合器中的每一个可以是透射耦合器或反射耦合器。

光导可以是平面光导。

光学组合透镜可以具有眼镜的形状。

在第二方面,可佩戴平视显示器包括在使用中佩戴在受试者的头部上的支撑结构、耦合到支撑结构的显示光源以及如上所述的光学组合透镜。光学组合器的第一透镜和输出耦合器的光焦度可以选择成将来自显示光源的显示定位在选定的焦距处,并且第二透镜的光焦度可以基于眼镜处方被可选地选择。显示光源可以是投影仪、扫描激光投影仪或微显示器。

前面的一般描述和下面的详细描述是本发明的示例,并且旨在提供用于理解要求保护的本发明的本质的概述或框架。附图被包括在内以提供对本发明的进一步理解,并且被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出了本发明的各种实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理和操作。

附图说明

在附图中,相同的附图标记表示相似的元件或动作。附图中的元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如,各种元件的形状和角度不一定按比例绘制,并且这些元件中的一些被任意放大和定位以提高附图的易读性。此外,所绘制的元件的特定形状不一定旨在传达关于特定元件的实际形状的任何信息,并且仅仅是为了便于在附图中识别而选择的。

图1a是根据一个说明性实施方式的光学组合透镜的横截面图,该光学组合透镜包括弯月形透镜、平面光导和双凹透镜。

图1b是图1a的光学组合透镜的示意图,示出了通过平面光导传播的光。

图1c是图1b的变体,示出了由光导携带的作为反射耦合器的输入耦合器。

图1d是弯月形透镜的等距视图,该弯月形透镜具有沿着弯月形透镜的内凹表面的外围延伸的粘合环。

图1e是双凹透镜的等距视图,该双凹透镜具有沿着双凹透镜的内凹表面的外围延伸的粘合环。

图2a是弯月形透镜的横截面图,示出了在弯月形透镜的内凹表面上形成平坦外围部分。

图2b是图2a的弯月形透镜的横截面图,示出了从弯月形透镜的凹表面径向延伸的平坦外围表面。

图2c是在弯月形透镜和平面光导之间形成的不同厚度的粘合层的横截面图。

图2d是弯月形透镜的横截面图,该弯月形透镜具有凸缘和形成在凸缘和平面光导之间的粘合层。

图2e是弯月形透镜的横截面图,该弯月形透镜具有台阶状凸缘和形成在台阶状凸缘和平面光导之间的粘合层。

图3a是双凹透镜的横截面图,示出了在双凹透镜的内凹表面上形成平坦外围部分。

图3b是图3a的双凹透镜的横截面图,示出了从双凹透镜的凹表面径向延伸的平坦外围表面。

图3c是在双凹透镜和平面光导之间形成的不同厚度的粘合层的横截面图。

图3d是双凹透镜的横截面图,该双凹透镜具有凸缘和形成在凸缘和平面光导之间的粘合层。

图3e是双凹透镜的横截面图,该双凹透镜具有偏移凸缘和形成在偏移凸缘和平面光导之间的粘合层。

图4a是光学组合透镜的横截面图,该光学组合透镜包括保持透镜和光导的堆叠的边缘支撑结构。

图4b是光学组合透镜的横截面图,该光学组合透镜包括施加到透镜和光导的堆叠的外围的密封带。

图5a是示出具有非零光焦度的弯月形透镜和平面光导的示意图,其中校正光焦度函数没有应用于平面光导的输出区域中的输出耦合器。

图5b是示出图5a的弯月形透镜和平面光导的示意图,其中将校正光焦度函数应用于输出耦合器。

图6a是根据另一说明性实施方式的光学组合透镜的横截面图,该光学组合透镜包括平凹透镜、弯月形透镜和光导。

图6b是根据另一说明性实施方式的光学组合透镜的横截面图,该光学组合透镜包括两个弯月形透镜和一个光导。

图7是根据另一说明性实施方式的包括平凸透镜、双凹透镜和光导的光学组合透镜的横截面图。

图8是示出图1a的光学组合透镜的双凹透镜的横截面图,该双凹透镜携带红外全息图。

图9a是示出了眼镜形状的根据图1a、4a、4b、6a、6b、7和8中的任一个的光学组合透镜的前视图。

图9b是示出了包括图9a的光学组合透镜的可佩戴平视显示器的前视图。

图9c是示出了被耦合进和耦合出图9b的光学组合透镜中的光导的光的示意图。

具体实施方式

在以下描述中,阐述了某些具体细节,以便提供对各种公开的实施方式和实施例的透彻理解。然而,相关领域的技术人员将认识到,可以在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下或者利用其它方法、部件、材料等来实施实施方式和实施例。在其它情况下,没有详细示出或描述与便携式电子设备和头戴式设备相关联的众所周知的结构,以避免不必要地模糊对实施方式或实施例的描述。为了连续性,并且为了简明起见,相同或相似的附图标记可以用于多个图中相同或相似的对象。为了简洁起见,术语“对应于”可以用来描述不同附图的特征之间的对应关系。除非另有说明,否则当第一图中的特征被描述为对应于第二图中的特征时,第一图中的特征被认为具有第二图中的特征的特性,并且反之亦然。

在本公开中,除非上下文另有要求,否则在整个说明书和随后的权利要求书中,单词“包括(comprise)”及其变体,例如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应被解释为开放的、包含的意思,即“包括但不限于”。

在本公开中,提及“一个实施方式”或“实施方式”或“一个实施例”或“实施例”意味着特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施方式或一个或多个实施例中组合。

在本公开中,单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该”包括复数指代物,除非内容清楚地另有规定。还应该注意的是,术语“或”通常以其最广泛的意义使用,也就是说,作为“和/或”的意思,除非内容另有明确规定。

本公开的标题和摘要仅是为了方便,并不解释实施例的范围或含义。

图1a示出了根据一个说明性实施方式的光学组合透镜100。光学组合透镜100包括由第一透镜108、光导112和第二透镜116构成的堆叠104。光导112设置在第一透镜108和第二透镜116之间。在图示的示例中,光导112延伸跨过第一透镜108和第二透镜116的整个宽度。在图示的示例中,光导112具有延伸超过第一透镜108和第二透镜116的整个宽度的输入区域112a(即,输入区域112a不与第一透镜108和第二透镜116对准)。在图示的示例中,第一透镜108是具有外凸表面120和内凹表面124的弯月形透镜。第一弯月形透镜108的表面120、124被相应的透镜厚度分开。光导112具有顶部光导表面128和底部光导表面132。在图示的示例中,第二透镜116是具有内凹表面136和外凹表面140的双凹透镜。第二双凹透镜116的表面136、140被相应的透镜厚度分开。

第一弯月形透镜108的外凸表面120可以是光学组合透镜100的世界侧,并且第二双凹透镜116的外凹表面140可以是光学组合透镜100的眼睛侧。第一弯月形透镜108的内凹表面124与顶部光导表面128成相对关系。内凹表面124和顶部光导表面128在堆叠104内限定第一介质间隙144。术语“介质间隙”是指可以包含介质的间隙或空腔或空间,介质可以是气体材料、液体材料或固体材料。第二双凹透镜116的内凹表面136与底部光导表面132成相对关系。内凹表面136和底部光导表面132在堆叠104内限定第二介质间隙148。在一个实施方式中,介质间隙144、148中的每一个被气密密封。密封件可以形成在堆叠104的外围处或附近。

本文使用的术语“光导”将被理解为是指使用全内反射(tir)来传输准直光的组合器。对于显示器应用,准直光可以是准直图像,并且光导将准直图像传递并复制到眼睛。通过光导112传播的光可以是可见光(例如,包括红光、绿光和蓝光的任意组合)。在一些情况下,通过光导112传播的光也可以包括红外光。在一个示例中,光导112是透射光的光学衬底。在一个实施方式中,介质间隙144、148中的每一个包含折射率与光导112的折射率基本不同的介质,允许光通过tir沿着光导112行进。在一个示例中,介质间隙144、148中的每一个中的介质是空气。在其它示例中,介质间隙144、148中的每一个中的介质可以是除空气之外的其它气体材料,例如氮气。在其它示例中,介质间隙144、148中的每一个中的介质可以是液体材料、油、粘合材料或光学材料。介质间隙144、148中的介质可以相同或可以不同。在其它示例中,光导112可以是包括两个包层之间的芯的电介质波导,其中芯与包层相比具有更高的折射率,并且光在芯内传播。在图示的示例中,光导112是平面光导(即,具有平面或直线几何形状)。可替代地,光导112可以是弯曲光导,其中光导表面128、132中的至少一个是弯曲表面(即,不平放或不在平面内)。

输入耦合器152设置在光导112的输入区域112a中,以将光耦合到光导112中。通常,术语“耦合器”将被理解为指任何类型的光栅结构,包括但不限于衍射光栅、全息图、全息光学元件(例如,使用一个或多个全息图的光学元件)、体积衍射光栅、体积全息图、表面浮雕衍射光栅和/或表面浮雕全息图。耦合器可以是透射型的,意味着耦合器透射光并在透射期间对光应用设计的光学功能,或者是反射型的,意味着耦合器反射光并在反射期间对光应用设计的光学功能。

图1b示出了通过tir沿着光导112行进的光(图1b相对于图1a稍微简化了,例如,为了避免使附图混乱,省略了横截面影线)。在图1b所示的示例中,输入耦合器152被示为透射耦合器。如果输入耦合器152是反射耦合器,输入耦合器152将被定位成更靠近光导112的顶部,在那里,耦合器将能够接收入射光并将光反射到光导中,如图1c所示。输出耦合器156设置在光导112的输出区域112b中。输出区域112b在光导112的与第二透镜116对准的部分中。输出耦合器156可以是透射型或反射型的。在图1b和图1c中,输出耦合器156被示为透射耦合器。然而,输出耦合器152也可以可替代地是反射耦合器。图1c还示出了输入耦合器152不必是与输出耦合器156相同类型的耦合器。

回到图1a,在一个示例中,粘合层160设置在第一弯月形透镜108和光导112之间,以将第一弯月形透镜108附接到光导112。在一个示例中,粘合层160是沿着第一弯月形透镜108的内凹表面124的外围延伸的环的形式,如图1d所示。应当理解,图1d所示的透镜形状是为了说明的目的,并且没有意图限制。回到图1a,在粘合层160是环的示例中,粘合层160围绕第一介质间隙144的外围,或者在堆叠104的外围封闭第一介质间隙144。在一个示例中,粘合层160具有密封特性,并且可以防止湿气和灰尘进入第一介质间隙144,从而为第一介质间隙144提供气密密封。在一个示例中,平坦(或平面)外围表面164从内凹表面124的外围径向延伸,并且粘合层160形成在平坦外围表面164和光导112之间。作为示例,用于形成平坦外围表面164的一个过程是首先形成弯月形透镜108,如图2a所示,然后将弯月形透镜108的凹侧平坦地研磨一定量d1。图2b示出了在这种研磨以包括平坦外围表面164之后的弯月形透镜108。在替代实施方式中,平坦外围表面可以不从内凹表面124的外围径向延伸,并且粘合层160可以形成在内凹表面124的弯曲外围部分和顶部光导表面128之间,如图2c所示。在这种情况下,粘合层160将具有变化的层厚度,如图2c所示。

在另一个示例中,如图2d所示,凸缘166可以围绕第一弯月形透镜108的外围形成。在这种情况下,粘合层160可以形成在凸缘166的平坦(或平面)表面166a和顶部光导表面128之间。在图2d中,凸缘166的平坦表面166a与内凹表面124的外围齐平。图2e示出了一个示例,其中围绕第一弯月形透镜108的外围形成的凸缘167具有平坦表面167a,该平坦表面167a相对于内凹表面124的外围轴向偏移距离d3。图2d和图2e所示的带有凸缘的示例弯月形透镜可以使用特殊的模具形成。

回到图1a,在一个示例中,粘合层168设置在第二双凹透镜116和光导112之间,以将第二双凹透镜116附接到光导112。在一个示例中,粘合层168是沿着第二双凹透镜116的内凹表面136的外围延伸的环的形式,如图1e所示。应当理解,图1e所示的透镜形状是为了说明的目的,并且没有意图限制。回到图1a,在粘合层168是环的示例中,粘合层168围绕第二介质间隙148的外围,或者在堆叠104的外围处封闭第二介质间隙148。在一个示例中,粘合层168具有密封特性,并且可以防止湿气和灰尘进入第二介质间隙148,从而气密密封介质间隙148。在一个示例中,平坦(或平面)外围表面172从内凹表面136的外围径向延伸,并且粘合层168形成在平坦外围表面172和光导112之间。作为示例,用于形成平坦外围表面172的一个过程是首先形成双凹透镜116,如图3a所示,然后将双凹透镜116的凹侧平坦地研磨一定量d2。图3b示出了在这种研磨以包括平坦外围表面172之后的双凹透镜。在替代实施方式中,平坦外围表面可以不从内凹表面136的外围径向延伸,并且粘合层168可以形成在内凹表面136的弯曲外围部分和底部光导表面132之间,如图3c所示。在这种情况下,粘合层168将具有变化的层厚度,如图3c所示。

在另一个示例中,如图3d所示,凸缘174可以围绕第二双凹透镜116的外围形成。在这种情况下,粘合层168可以形成在凸缘174的平坦(或平面)表面174a和底部光导表面132之间。在图3d中,凸缘174的平坦表面174a与内凹表面136的外围齐平。图3e示出了示例,其中围绕第二双凹透镜108的外围形成的凸缘175具有平坦表面175a,该平坦表面175a相对于内凹表面136的外围轴向偏移距离d4。图3d和图3e中所示的具有凸缘的示例双凹透镜可以用特殊的模具形成。

回到图1a,在一个实施方式中,第一透镜108、第二透镜116和光导112由透明材料制成,这将允许将光学组合透镜100用作眼镜。第一透镜108和第二透镜116可以由任何合适的透镜材料(诸如塑料,例如聚碳酸酯或玻璃)制成。一种或多种涂层,例如抗划伤涂层、抗反射(ar)涂层和/或ir阻挡涂层,可以施加到第一透镜108的外表面120。在一个示例中,至少ar涂层被施加到第一透镜108和第二透镜116的外表面和内表面。考虑到前面描述的光导112的折射率要求,光导112也可以由透镜材料或与透镜材料兼容的材料制成。

在一个实施方式中,至少输出耦合器156由透明材料制成。在替代实施方式中,输出耦合器156和输入耦合器152都可以由透明材料制成。耦合器152、156可以通过将耦合器粘附或以其它方式附接到光导或者通过修改光导的部分以提供光学耦合功能而物理耦合到光导112。

涂层可以施加到光导112,以增强光导的功能。例如,如图1b所示,反射涂层180可以施加在光导112的与输入耦合器152相对的表面上,以防止通过该表面的光损失。

回到图1a,粘合层160、168中的粘合材料可以是与透镜和光导材料相容的任何粘合材料。在某些情况下,粘合材料可以是光学透明的。优选地,粘合材料具有密封性能,例如无孔材料,以便将湿气和灰尘保持在介质间隙144、148之外。在一些情况下,粘合材料可以是具有粘附到透镜108、116和光导112的材料的性质的uv可固化树脂。

除了第一透镜108和光导112之间以及第二透镜116和光导112之间的粘合层之外,可以使用将部件固定在堆叠104中的其它方法。在一个示例中,如图4a所示,第一透镜108、光导112和第二透镜116可以通过边缘支撑结构176保持在一起。第一透镜108的边缘、光导112的边缘和第二透镜116的边缘可以通过例如粘合材料固定到边缘支撑结构176。边缘支撑结构176可以是环形式,其围绕堆叠104的外围并在堆叠104外围处密封介质间隙144、148。边缘支撑结构176还可以用作第一透镜108和光导112之间以及光导112和第二透镜116之间的间隔物(或提供间隔)。边缘支撑结构112可以由透明材料制成,或者可以包括孔(或透明部分),以允许光行进到光导112的输入区域112a中的输入耦合器152。在一些情况下,边缘支撑结构176可以在第一透镜108的边缘处集成为凸缘,例如,具有这种凸缘的第一透镜108可以通过模制形成。图4b中示出了另一个示例,其中密封带177沿着堆叠104的外围施加。密封带177将第一透镜108、第二透镜116和光导112保持在一起,同时在堆叠104的外围处密封介质间隙144、148。密封带177可以包括孔180,光导112的包括输入耦合器152的部分可以通过该孔突出。密封带177也可以用作第一透镜108和光导112之间以及光导112和第二透镜116之间的间隔物(或提供间隔)。

回到图1a,光学组合透镜100提供四个表面120、124、136、140,眼镜处方可以建立在这些表面上。弯曲内表面124、136将影响介质间隙144、148的尺寸,这将影响光学组合透镜100的整体重量和尺寸。对于给定的光导厚度,可以适当地选择表面120、124、136、140的曲率半径,以实现期望的处方,同时还实现相对薄且轻的透镜。图1a所示的所有透镜表面120、124、136、140都具有曲率。然而,一些表面,例如内表面124、136,可以是平面的,这将在后面描述。

在一些示例中,第一弯月形透镜108可以被制成具有零光焦度。对于零厚度的理想弯月形透镜,通过使透镜的凸表面和凹表面的曲率半径相等,可以实现零光焦度。然而,因为第一弯月形透镜108不具有零透镜厚度,所以表面120、124的曲率半径需要稍微不相等,以考虑透镜厚度的影响。在第一弯月形透镜108具有零光焦度的示例中,第二透镜116(其可以是双凹透镜或其它透镜类型)可以具有负或正的光焦度,例如以提供处方功能,或者零光焦度。在其它示例中,第一弯月形透镜108可以具有负或正的光焦度,并且第二透镜116(其可以是双凹透镜或其它透镜类型)可以具有负、正或零光焦度。当光学组合透镜100与显示器一起使用时,负和正光焦度的上限和下限可以由光学组合透镜100提供的期望处方和/或显示器性能来控制。

使第一弯月形透镜108具有零光焦度的一个潜在优点是能够从输出耦合器156的设计中消除对世界侧光焦度的补偿。这可以参考图5a和图5b来理解。图5a示出了从弯月形透镜108出来并穿过光导112的世界侧光被聚焦。同时,从输出耦合器156出来的光导光被准直。可以对输出耦合器156施加校正,如图5b中的输出耦合器156a所示,使得从输出耦合器(图5b中的156a)出来的光导光与世界侧光对准或者也被聚焦。另一方面,如果第一弯月形透镜108由零光焦度制成,则没有必要对输出耦合器施加校正来补偿世界侧光和光导光之间的光焦度差异。具有零光焦度的弯月形透镜既不会发散光,也不会会聚光。如果第一弯月形透镜108具有零光焦度,则第二透镜116(其可以是双凹透镜或其它类型的透镜)可用于携带眼镜处方。

在另一个实施方式中,光学耦合器156和第一弯月形透镜108之间的光焦度差异可能是有用的,即,可以对输出耦合器156应用“校正”,以实现第一弯月形透镜108和光学耦合器156之间的特定光焦度差异(即,第一弯月形透镜108和输出耦合器156的组合光焦度是正的或负的)。例如,可以利用这种差异将显示器放置在相对于光学组合透镜的期望距离处,或者补偿光路中的失真。一般来说,透镜在特定距离处聚焦的光焦度为d=1/f,其中d是以屈光度为单位的光焦度,并且f是以米为单位的焦距。理论上,具有+0.5屈光度的光焦度的透镜将在大约2米(f=2米)处放置显示器。在这种情况下,外凸表面120、内凹表面124和输出耦合器156形成其光焦度可被选择为实现+0.5屈光度(或其它期望的光焦度)的表面。作为任意示例,外凸表面120可以具有+2屈光度的光焦度,内凹表面124可以具有-1屈光度的光焦度,并且光耦合器156可以具有-0.5屈光度的光焦度。例如,如果光耦合器156是全息图,则可以用期望的光焦度记录全息图。通常,弯月形透镜108的外凸表面120、第一弯月形透镜108的内凹表面128和输出耦合器156中的每一个都可以被设计成具有正、负或零光焦度。如果输出耦合器156具有光焦度功能,那么在选择第一弯月形透镜108和第二透镜116(其可以是双凹透镜或其它类型的透镜)的光焦度方面将有更多的自由。

在图6a所示的可替代光学组合透镜100’中,平凹透镜116’(而不是双凹透镜)被用作第二透镜。在该实施方式中,第二平凹透镜116’的平坦或平面表面136’与底部光导表面132成相对关系,并且第二平凹透镜116’的凹表面140’是光学组合透镜的眼睛侧。第二介质间隙148’通过光导112和第二平凹透镜116’之间的适当间隔物117设置在光导112和平凹透镜116’之间,任何合适的间隔物结构都可以用于提供光导112和第二平凹透镜116’之间的间隔,该间隔产生第二介质间隙148’。光学组合透镜100’的其余特征如上面针对光学组合透镜100所描述的,并且为了连续性,在图6a中保留了光学组合透镜100所使用的附图标记。固定透镜/光导堆叠时的任何变体、光学组合透镜100的任何材料选择考虑以及上述和以下进一步描述的任何光焦度选择都适用于该替代实施方式。

在图6b所示的可替代光学组合透镜100”中,弯月形透镜116”(而不是双凹透镜或平凹透镜)被用作第二透镜。在该实施方式中,第二弯月形透镜116”的凸表面136”与底部光导表面132成相对关系,并且第二弯月形透镜116”的凹表面140”是光学组合透镜的眼睛侧。通过在光导112和第二弯月形透镜116”之间保持适当的间隔,例如使用透镜支架182或其它边缘支撑结构或间隔物,如以上针对光学组合透镜的其它实施方式所述的,在光导112和弯月形透镜116”之间提供了第二介质间隙148”。光学组合透镜100”的其余特征如上面针对光组合透镜100所述的,并且为了连续性,在图6b中保留了光学组合透镜100所使用的附图标记。固定透镜/光导堆叠时的任何变体、光学组合透镜的任何材料选择考虑以及上面和下面进一步描述的任何光焦度选择都适用于该替代实施方式。

在图7所示的可替代光学组合透镜100”’中,平凸透镜108”’(而不是弯月形透镜)被用作第一透镜。第一平凸透镜108”’具有外凸表面120”’和内平面表面124”’。在该实施方式中,第一平凸透镜108”’的内平面表面124”’与顶部光导表面128成相对关系,并且第一平凸透镜108”’的外凸表面120”’是光学组合透镜的世界侧。第一介质间隙144”’通过使用透镜支架182或其它边缘支撑结构或间隔件在内平面表面124”’和顶部光导表面128之间保持适当的间隔而设置在光导112和平凸透镜108”’之间,如以上针对光学组合透镜的其它实施方式所述的。在这个示例中,双凹透镜116被用作第二透镜,在第二双凹透镜116和底部光导表面132之间形成了介质间隙148。在其它示例中,平凹透镜或弯月形透镜可以用作第二透镜116。光学组合透镜100”’的其余特征如上面针对光学组合器100所描述的,并且为了连续性,在图7中保留了光学组合透镜100所使用的附图标记。固定透镜/光导堆叠时的任何变体、光学组合透镜的任何材料选择考虑以及上述和以下进一步描述的任何光焦度选择都适用于该替代实施方式。

出于说明目的,表1显示了处方和相应透镜表面的理论示例,其中表面以屈光度表示。还给出了示例透镜重量和边缘厚度,其中透镜由具有为0.7mm的边缘厚度的60mm透镜毛坯形成。边缘厚度将是第一透镜、第二透镜和光导的组合边缘厚度。对于表1中的示例,第一透镜是弯月形透镜,第二透镜是双凹透镜,光导是平面光导,并且光导的厚度是0.5mm。在表1中,sph表示球体。表1中给出的示例适用于任意的眼镜框。

表1

在图8所示的可替代光学组合透镜100””中,红外全息图184被添加到第二双凹透镜116,或耦合到第二双凹透镜116,或由第二双凹透镜116携带,例如,以允许使用光学组合透镜100”’来使用红外光进行眼睛跟踪和/或视网膜成像。红外全息图184重定向入射到全息图上的红外光的至少一部分,其中该部分的大小取决于全息图的回放效率,并且透射其它光,诸如可见光,通常不改变其它光。这也可以被描述为红外全息图184响应红外光而不响应可见光。红外全息图184可以被编码、携带、嵌入在全息材料的单一材料中或单一材料上或以其它方式通常包含在全息材料的单一材料中,例如光聚合物和/或卤化银化合物。红外全息图184可以例如通过粘附添加到第二双凹透镜116的表面136、140中的任一个,或者甚至可以嵌入第二双凹透镜116中。由于红外全息图184对可见光不响应,所以如果光在可见光范围内,或者不在红外全息图184响应的波长范围内,红外全息图184对来自输出耦合器156的光不应有任何影响。在红外全息图184是反射全息图的情况下,红外全息图184将重定向入射到光学组合透镜100”’的眼睛侧的红外光,即入射到第二双凹透镜116的外表面140上的红外光。在使用平凹透镜或弯月形透镜作为第二透镜116的光学组合透镜变体中,第二平凹透镜或第二弯月形透镜可以以上面参考图8描述的相同方式携带红外全息图184。此外,第一透镜108在图8中显示为弯月形透镜,但是在其它实施方式中可以是平凸透镜。

图9a示出了形成为眼镜形状的光学组合透镜100。(可替代地,前面描述的光学组合透镜变体100’、100”、100”’、100””中的任何一个可以形成为眼镜的形状)图9b示出了由可佩戴平视显示器(whud)192的支撑结构188携带的光学组合透镜100。出于说明的目的,支撑结构188是可以戴在受试者头部的眼镜框的形式。如图所示,支撑结构188包括前框架196和附接到前框架196的相对侧的镜腿198a、198b。在一个示例中,光学组合透镜100被装配到前框架196中的透镜固定件195中。第二透镜200安装在前框架196中的透镜固定件197中。透镜200可以是光学组合透镜或普通眼镜。此外,透镜200可以携带或不携带眼镜处方。

参考图9c,显示光源204(例如,投影仪、扫描激光投影仪(slp)、微显示器等)可以被携带在镜腿198a(也在图9b中)中。在所示示例中,显示光源204是slp,包括发射激光的光引擎204a和在目标上扫描激光的光学扫描仪(例如,扫描镜)204b。显示光源204发射指向输入耦合器152的光。来自显示光源204的光通过输入耦合器152进入光导112,通过tir沿光导112行进,并通过输出耦合器156离开光导112。通过输出耦合器156离开的光行进穿过第二透镜116。在使用中,离开第二透镜116的光进入佩戴可佩戴平视显示器的用户的眼睛208的瞳孔,使得用户能够看到显示的图像。在图9c所示的设置中,上述任何其它光学组合器变体可以代替光学组合器100。

虽然在图9c中未示出,但是可以在显示光源204和输入耦合器152之间和/或在输入耦合器152和输出耦合器156之间和/或在输出耦合器156和用户眼睛之间使用附加的光学器件,以便为用户的眼睛观看使显示光成形。作为示例,棱镜可以用于将来自显示光源204的光引导到输入耦合器152中,使得光以适当的角度耦合到输入耦合器152中,以促进光通过tir在光导112中传播。此外,出射光瞳扩展器(epe),例如折叠光栅,可以布置在输入耦合器152和输出耦合器156之间的中间级中,以接收由输入耦合器152耦合到光导112中的光,扩展光,并将光重定向到输出耦合器156,其中输出耦合器156然后将光耦合出光导112。

包括在本公开的摘要中描述的内容在内的图示实施例的以上描述并不旨在穷举或将实施例限制到所公开的精确形式。尽管为了说明的目的在此描述了特定的实施例和示例,但是相关领域的技术人员将会认识到,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以进行各种等同的修改。在此提供的各种实施例的教导可以应用于其它便携式和/或可佩戴电子设备,不一定是上面总体描述的示例性可佩戴电子设备。

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