具有眼睛处方的透视近眼式显示器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体来说设及光学器件的领域，且特定来说（但非排他性地）设及近眼式 显示器。
【背景技术】
[0002] 在光学器件的领域中，组合器是一种从所述组合器的同一侧（反射/反射或透射/ 透射）或从所述组合器的两个不同侧（反射/透射）将两个图像组合在一起的光学设备。 很多时候，光学组合器用于抬头显示器（"HUD")(有时称为头戴式显示器（"HMD")或近眼 式显示器）中，所述显示器允许用户观看叠加在外部视图上的计算机产生的图像（"CGI")。 所述HUD使用户能够在不必远离其通常的视点而看的情况下观看所述CGI。术语HUD起源 于其在航空电子学中的使用，其使飞行员能够在抬头向前看时观看信息，此与向下看仪表 盘形成对比。常规HUD包含倾斜二向色板、全息组合器、成角度透明衬底及复合共辆透镜。
[0003] 存在组合器的两种版本。第一版本在不对任一场添加任何透镜作用的情况下组合 两个场（通常为倾斜二向色板或复合共辆透镜）。第二版本除组合功能性W外还包含透镜 作用功能性，其通常为用于来自显示器的场的离轴非球面透镜作用。透镜作用功能性用于 将源自显示器的虚拟图像移位到远场中或距组合器特定距离处，且赋予所述图像某一视场 W使用户能够使虚拟图案W目标大小聚焦。
[0004] 由于根据定义近眼式显示器是接近于用户的眼睛而佩戴的，因此HUD可在生理上 干扰常规处方矫正性眼镜。在一些配置中，HUD可佩戴在处方矫正性眼睛上方，但此类配置 通常为怪异且不舒适的。常规近眼式显示器并不十分适合用于需要处方矫正性镜片的用 户，除非用户选择佩戴隐形镜片。然而，需要处方矫正性镜片的许多人出于多种原因而并不 选择佩戴隐形镜片，且因此在佩戴HUD时就只剩下不太合意的选项。
【附图说明】
[0005] 参考W下各图描述本发明的非限制性及非详尽实施例，其中在所有各视图中相似 参考编号指代相似部件，除非另有规定。所述图式未必按比例绘制，而重点放在图解说明正 描述的原理上。
[0006] 图1是图解说明关于将眼睛处方并入于透视近眼式显示器的挑战的功能框图。
[0007] 图2是图解说明根据本发明的实施例容纳眼睛处方的透视近眼式显示器的功能 框图。
[000引图3图解说明根据本发明的实施例用容纳眼睛处方的夹屯、式衍射光学组合器实 施的透视近眼式显示器。
[0009] 图4是根据本发明的实施例的夹屯、式衍射光学组合器的平面图。
[0010] 图5是图解说明根据本发明的实施例用于使用光刻制作夹屯、式衍射光学组合器 的工艺的流程图。
[0011] 图6A到6F图解说明根据本发明的实施例用于使用光刻制作夹屯、式衍射光学组合 器的制作步骤。
[0012] 图7是根据本发明的实施例使用各自容纳眼睛处方的两个透视显示器的双目头 戴式显示器的俯视图。
【具体实施方式】
[0013] 本文中描述容纳矫正性眼睛处方的透视近眼式显示器的设备、系统及制作方法的 实施例。在W下描述中，陈述众多特定细节W提供对所述实施例的透彻理解。然而，相关领 域的技术人员将认识到，可在无所述特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组 件、材料等实践本文中所描述的技术。在其它实例中，为避免使某些方面模糊，未详细展示 或描述众所周知的结构、材料或操作。
[0014] 在本说明书通篇中对"一个实施例"或"一实施例"的提及意指结合所述实施例所 描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中 各个地方短语"在一个实施例中"或"在一实施例中"的出现未必全部指代同一实施例。此 夕F，可在一或多个实施例中W任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
[0015] 图1是图解说明关于将眼睛处方并入到透视近眼式显示器100中的挑战的功能框 图。显示器100包含图像源105及透视光学组合器110。光学组合器110操作W将从图像 源105输出的图像光115与通过光学组合器110的外部场景光120覆叠或W其它方式组合。 经组合图像沿着从光学组合器110的向眼侧朝向眼睛125延伸的组合观看路径被引导到眼 睛 125。
[0016] 针对不佩戴隐形镜片的用户将矫正性眼睛处方容纳到显示器100中对于W不会 过度地增加重量或不会W其它方式牺牲工业设计的具成本效益的方式来实现此目的提出 了一些挑战。举例来说，如果矫正性镜片130恰好定位于光学组合器110的外部场景侧上 方，那么图像光115不会接收到任何处方矫正。对应地，如果矫正性镜片135定位于光学组 合器110的向眼侧上方，那么与外部场景光120的仅单次横越相比，图像光115会两次横越 此镜片，从而导致对两个图像应用不等的处方矫正。
[0017] 图2是图解说明根据本发明的实施例容纳眼睛处方的透视显示器200的功能框 图。透视显示器200克服了上文结合显示器100所描述的挑战且能够对图像光及外部场景 光两者应用有效地一致处方矫正同时维持所要的工业设计。本文中所论述的矫正性处方可 用于矫正近视、远视或其它视觉缺陷。可在近眼式配置（例如头戴式显示器（"HMD")或抬 头显示器（"HUD"))中实施透视显示器200。也可存在其它应用。
[0018] 显示器200的所图解说明实施例包含图像源205、光学组合器210、对图像光220 应用第一矫正性处方的图像透镜215及对外部场景光230应用第二矫正性处方的外部场景 透镜225。
[0019] 使用图像透镜215针对用户的矫正性处方来调整从图像源205输出的显示光220。 在所图解说明实施例中，图像透镜215实质上小于外部场景透镜225,因为其仅需横跨图像 源205的发射孔口而非用户的视场。举例来说，图像透镜215可大致为隐形镜片的大小。图 像源205与图像透镜215在光学组合器210的向眼侧后方物理上偏移（例如，横向），W照 射光学组合器210的向眼侧。此配置使图像源205及图像透镜215能够接近用户的太阳穴 区域（例如，在眼镜框架的耳臂内侧）定位，且十分适于紧凑且所要的工业设计。
[0020] 在一个实施例中，图像透镜215被插入到安置于图像源205的发射孔口前方的架 座中，借此促进用户可借W在其处方改变时或在不同用户佩戴显示器200时更换图像透镜 215的可替换设计。所述架座可为图像透镜215被插入或滑动到其中的狭槽、夹式附接件、 较接扣或夹、透明胶、摩擦配合或其它方式。在替代实施例中，图像透镜215为可根据用户 的需要而改变其矫正性处方的可调整透镜。举例来说，图像透镜215可实施为流体透镜、折 射率匹配流体透镜或一对互补背对背式滑动透镜（例如，类似于由UKbasedAdlens化提供 的Alvarez透镜）或其它透镜。图像透镜215可实施为折射或衍射透镜。
[0021] 使用外部场景透镜225针对用户的矫正性处方来调整透射穿过光学组合器210的 外部场景光230。外部场景透镜225覆叠在光学组合器210的外部场景侧上。外部场景透 镜225覆盖用户的视场的至少相当大部分W对用户的外部视图应用其处方矫正。
[0022] 在一个实施例中，外部场景透镜225可互换地安装于光学组合器210的前方W促 进用户可借W在其处方改变时或在不同用户佩戴显示器200时更换外