使用VR显示器中的菲涅耳透镜的光场曲率的优化的制作方法

本公开大体上涉及虚拟现实显示器，且更具体涉及虚拟现实显示器中的光学透镜组件。

背景技术：

场曲率(也称为“佩兹伐(Petzval)场曲率”)(其表现为弯曲的物/像平面)是成像系统中最主导的像差之一，且尤其是在虚拟现实(VR)系统中，因为它们通常具有大的视场(FOV)。在近眼显示系统中，场曲率现象特别成问题，其中对于给定的注视方向，小的眼睛的瞳孔大小导致小的数值孔径(例如，大约0.05)，且因此较低阶的像差(诸如上述场曲率)占主导地位。头戴式显示器(HMD)装置和其他近眼显示系统通常利用正非球面透镜，其使得图像显示平面朝向透镜弯曲，而不管透镜的哪一侧具有非球面曲率。常规地，通过在正非球面透镜的设计中强制非球面参数来使像平面平坦化或者使用附加的负焦度(negative power)光学元件来抵消由正非球面透镜引入的场曲率，实现由这样的透镜引入的场曲率的减小。任一方法都导致图像分辨率的不期望的折衷，且补偿性负焦度光学元件的使用导致较厚和较重的光学系统，这在HMD装置中实现时可能增加用户的不适感。

附图说明

通过参考附图，本公开可以被更好地理解，且其众多特征和优点对于本领域技术人员变得显而易见。相同附图标记在不同附图中的使用指示类似或相同的项目。此外，出于说明的目的，附图中各种特征的尺寸可以相对于其他特征的尺寸而放大。

图1是根据一些实施例的采用具有相对菲涅耳表面的透镜组件以提供平衡场曲率的近眼显示系统的横截面视图。

图2是示出根据一些实施例的使用具有相对的菲涅耳表面的透镜组件提供平衡场曲率的横截面视图。

图3是示出根据一些实施例的用于调整透镜组件的相对菲涅耳表面的设计参数以实现期望的净场曲率的过程的图。

图4是示出根据一些实施例的图1的透镜组件的各种实施方式的横截面视图。

图5是示出根据一些实施例的用于制造具有相对菲涅耳表面的透镜组件的示例方法的横截面视图。

图6是根据一些实施例的采用正连续非球面表面和相对菲涅耳表面用于平衡场曲率的透镜组件的横截面视图。

图7是根据一些实施例的采用正连续非球面表面和具有狭长棱镜的相对菲涅耳表面的透镜组件的横截面视图，所述棱镜提供全内反射(TIR)效应。

图8是根据本公开的至少一个实施例的实现具有平衡场曲率的透镜组件的头戴式显示器(HMD)装置的后视图的图。

具体实施方式

正非菲涅耳非球面透镜总是在透镜的方向上(即，朝向透镜)引入场曲率。因此，无论这样的透镜被定向为非球面表面朝向用户的眼睛还是朝向显示面板，通过透镜呈现的像平面都朝向眼睛弯曲。然而，呈现影像的显示面板通常是平坦的，且显示面板轮廓与弯曲像平面之间的这种差异导致离焦像差和其他与场曲率相关的像差。然而，发明人已发现正非球面菲涅耳透镜(即，具有非零非球面项的菲涅耳表面)由于局部曲率随着这样的透镜的孔径位置而变化的事实而以不同的方式操作。当非球面菲涅耳透镜的菲涅耳棱镜在面对用户眼睛的侧上时，所得像平面朝向用户的眼睛弯曲，而当菲涅耳棱镜在面对显示面板的侧上时，所得像平面朝向显示面板弯曲。即，菲涅耳透镜的场曲率的方向是取决于在菲涅耳棱镜所在的侧。因此，本文更详细描述，可以充分利用菲涅耳棱镜侧/定向与引入的场曲率的方向之间的这种关系来采用具有两个相对表面的透镜组件，每一表面在与由相对表面引入的场曲率相反的方向上引入场曲率，且因此两个表面所引入的场曲率至少部分彼此抵消，从而产生了提供基本上平坦的像平面的净场曲率，或者在一些实施例中，可以定制所述关系以提供具有指定曲率(例如，与近眼显示系统中采用的弯曲显示面板的曲率匹配的曲率)的像平面。这个所得的净场曲率在本文称作“平衡”场曲率，因为它可以与期望的像平面曲率紧密对准。

在一些实施例中，此透镜组件被实现为具有两个相对菲涅耳表面的透镜组件，使得在菲涅耳表面中的一者所引入的一个方向上的场曲率被在相对菲涅耳表面所引入的相反方向上的场曲率至少部分抵消。此外，透镜组件并不限于两个相对的菲涅耳表面，而作为替代可以用多于两个相对的菲涅耳表面实现，每一菲涅耳表面引入对应的场曲率，且透镜组件的净场曲率由菲涅耳表面中的每一者的场曲率的有效“相加”而产生。在其他实施例中，此透镜组件被实现为具有面对用户眼睛的正连续(即，非菲涅耳)非球面表面和面对显示面板的相对菲涅耳表面的透镜主体。

图1示出根据一些实施例的利用提供平衡场曲率的透镜组件的近眼显示系统100的横截面图。近眼显示系统100可以包含例如HMD装置、抬头显示器等等。近眼显示系统100包含至少一个显示面板102和设置在显示面板102与用户眼睛104之间的透镜组件106，使得用户通过透镜组件106来查看显示面板102。因而，由透镜组件106引入的与显示面板102呈现的像平面不匹配的任何场曲率通常表现为从显示面板102的中心(或从透镜组件106的光轴109与显示面板102相交的点)向外越来越失焦。

为了抵消此场曲率效应，透镜组件106采用具有两个相对表面110、112的透镜主体108，其中表面110面对用户的眼睛且表面112面对显示面板102。如图1中描绘，表面110具有设置在其上且以朝向眼睛104的方向定向(即，从透镜主体108向外朝向用户的眼睛104)的正非球面菲涅耳棱镜。同样地，表面112具有形成在其上且定向在相反方向，即朝向显示面板102的方向(即，从透镜主体108向外朝向显示面板102)上的正非球面菲涅耳棱镜。如本文所使用，术语“菲涅耳表面”指代在其上形成或以其他方式设置有正非球面菲涅耳棱镜(也经常被称作菲涅耳“小平面(facet)”)的透镜的表面或其他层，且因此表面110、112在本文称作“菲涅耳表面110、112”。透镜组件106可以使用多种制造技术中的任一者来如此形成。为了说明，透镜主体108可以由光学塑料或玻璃构成，且菲涅耳表面110、112在制造透镜组件106时作为模制过程的一部分形成。替选地，菲涅耳表面110、112可以经由例如压印(embossing)、激光烧蚀或其他加工技术形成在塑料或玻璃透镜坯料中。此外，如下文参考图6详细描述，透镜组件106可以通过接合两个独立的菲涅耳透镜来形成，每一透镜具有菲涅耳表面和相对的平表面。

如上所述，因为菲涅耳表面110、112是相对的菲涅耳表面，且因此，在相反方向上引入场曲率，所引入的场曲率至少部分地抵消并因此产生更好地匹配意图的像平面曲率的净场曲率。图2更详细示出此平衡的场曲率效应。如横截面图201所描绘，具有定向朝向眼睛104(如瞳孔200所表示)的菲涅耳棱镜的菲涅耳表面110引入在眼睛104的方向上的场曲率，且因此产生朝向眼睛104弯曲的像平面204。相反地，如横截面图202示出，具有定向朝向显示面板102的菲涅耳棱镜的菲涅耳表面112引入在远离眼睛104的方向上的场曲率，且因此产生远离眼睛104弯曲的像平面206。因此，如横截面图203所示，当菲涅耳表面110、112两者被实现为透镜组件106中的相对透镜表面时，菲涅耳表面110、112所引入的场曲率至少部分彼此抵消(因为它们在相反方向上)，且透镜组件106的净场曲率产生具有较不严重曲率的像平面208，且因此展现出减少或消除的聚焦像差。

图3示出根据一些实施例的用于设计透镜组件106的相应菲涅耳表面110、112以便实现期望的像平面的示例过程。如上所述，菲涅耳表面110、112中的每一者引入在基于菲涅耳表面的定向的方向上的场曲率。因而，可以确定或选择菲涅耳表面110、112中的每一者的各个设计参数以便实现特定的净场曲率，其可以被指定以便紧密匹配显示面板102的曲率(或显示面板102可以弯曲以匹配此净场曲率所提供的像平面)。即，如图3中所示，用于设计透镜组件106的透镜设计过程可以包含调整过程302和调整过程304中的一者或两者，其中通过调整过程302来调整或优化菲涅耳表面110的一个或多个设计参数以提供预期场曲率306，通过调整过程304来调整或优化菲涅耳表面112的一个或多个设计参数以提供预期场曲率308，且使得所得场曲率306、308至少部分抵消或组合以产生意图的像平面310。注意可以迭代地执行调整过程302、304，使得对一个菲涅耳表面进行的调整可以触发对另一菲涅耳表面的重新调整，等等。此外，应了解，两个图案化表面(诸如两个菲涅耳表面110、112)的叠加可以产生莫尔(Moiré)效应。因此，除了设计菲涅耳表面110、112的参数以实现特定的净场曲率之外，在调整过程302、304期间，菲涅耳表面110、112中的每一者的小平面的间距可以独立地变化以减少或最小化这样的莫尔效应。

调整过程302、304可以通过各种市售或专有透镜设计优化工具中的任一种来实现，诸如由Zemax,LLC提供的OpticStudio(TM)或LensMechanix(TM)软件平台或Synopsis Inc.所提供的Code V(TM)软件平台。这样的工具可以调整影响由菲涅耳表面设计引入的场曲率的形式和范围的各种设计参数中的任一者。为了说明，菲涅耳表面的场曲率是菲涅耳表面的焦度的函数，且因此菲涅耳表面110、112的相应焦度可以相对于另一者来调整，使得所得设计提供匹配期望的像平面310的净场曲率。

作为另一示例，常规非球面表面的弯曲表面高度z(r)可以由以下表达式来表示：

其中：r表示径向孔径位置，R表示球形曲率半径，k表示圆锥常数，且n和αn表示非球面系数。由于正非球面菲涅耳透镜表示常规非球面透镜的“压缩”，所以此表达式还可以用以描述菲涅耳表面的菲涅耳棱镜的参数。参数R和k尤其对菲涅耳表面所引入的特定场曲率具有影响。因此，透镜优化器工具可以改变或调整菲涅耳表面110、112的设计的参数R和k，直到识别出这些参数的合适的一组值且这产生像平面310的期望的净场曲率。此外，在一些实施例中，透镜组件106通过将两个(或更多)独立菲涅耳透镜组合成单个透镜主体108来制造。由于菲涅耳透镜的材料的组成还可以影响透镜所展现的特定场曲率，所以为了实现特定的净场曲率，可以对每一菲涅耳透镜实现不同的材料组成，使得组合结果是基本匹配期望的净场曲率的净场曲率。

如图2的像平面208和图3的像平面310所示，菲涅耳表面110、112可以经设计和实现而使得由透镜组件106的净场曲率所产生的像平面可以具有弯曲轮廓或基本平坦的(平面)轮廓。可以设计像平面中的特定曲率量，以便匹配显示面板102的曲率。例如，如果显示面板102是平面的，则菲涅耳表面110、112可以经设计而使得净场曲率产生基本平坦的像平面，诸如图3中像平面310所展示。替选地，如果显示面板102是弯曲的，则菲涅耳表面110、112可以经设计而使得净场曲率基本匹配显示面板102的曲率。然而，在一些实施方式中，实现匹配显示面板102的曲率的像平面可能要求不期望的折衷，诸如降低的分辨率。在这样的实例中，在具有与显示面板102充分相关的净场曲率之间可以满足平衡，或者显示面板102可以稍微弯曲以匹配由特定设计产生的净场曲率。

尽管图1-3示出具有两个菲涅耳表面110、112的透镜组件106的特定示例实施方式，但透镜组件106不限于此特定示例实施方式。图4示出透镜组件106的各个替选示例实施方式方面。注意，来自不同实施方式的方面也可以在各个组合中组合。如图4的实施方式401所描绘，图1-3的实施方式包含使用透镜主体108的分别远离主表面402、403向外延伸的菲涅耳棱镜的菲涅耳表面110、112的实施方式。然而，如实施方式404所展示，形成表面110、112的菲涅耳棱镜的槽替选地可以形成为分别从主表面406、407延伸到透镜主体108中。

作为另一示例，实施方式401描绘菲涅耳表面110、112的菲涅耳棱镜延伸远离透镜主体108的单体透镜主体108。然而，如实施方式408所示出，透镜组件106作为替代可以实现为两个单独的菲涅耳透镜410、412，其中菲涅耳透镜410更靠近眼睛104(图1)且具有菲涅耳表面414，其中菲涅耳表面414具有向内延伸朝向相对的菲涅耳透镜412(且朝向显示面板102)的菲涅耳棱镜，而菲涅耳透镜412更靠近显示面板102且具有菲涅耳表面416，其中菲涅耳表面416具有向内延伸朝向相对的菲涅耳透镜410(且朝向眼睛104)的菲涅耳棱镜。因而，在这样的实施方式中菲涅耳表面416构成菲涅耳表面110，而菲涅耳表面414构成菲涅耳表面112。

此外，虽然图1-3示出使用两个相对的菲涅耳表面110、112来获得平衡的净场曲率的透镜组件106的示例，但透镜组件106可以利用设置在眼睛104与显示面板102之间的多于两个的菲涅耳表面。为了说明，图4的实施方式418描绘示例实施方式，其中透镜组件106包括实现在三个菲涅耳透镜中的四个菲涅耳透镜表面，其中四个菲涅耳表面中的每一者基于形成在其上的菲涅耳棱镜的定向而赋予特定的场曲率，且所得四个场曲率相加或组合以提供对应的净场曲率。

作为另一示例，不同于具有基本平面的轮廓，如实施方式420所示，透镜组件106替选地可以具有弯曲轮廓，且因此在面对用户眼睛104的侧上具有弯曲的菲涅耳表面421(对应于菲涅耳表面110)以及在面对显示面板102的侧上具有弯曲的菲涅耳表面422(对应于菲涅耳表面112)。可以利用透镜组件106的弯曲轮廓，例如，以减少或消除来自菲涅耳棱镜的非活动牵引面(inactive draft face)的光散射。透镜组件106的曲率整体上影响透镜组件106的整体净场曲率，因为在其他条件相同的情况下，在菲涅耳表面110、112中引入曲率倾向于在与由菲涅耳表面110、112的组合引入的净场曲率相反的方向上引入相对成比例的曲率。然而，与由菲涅耳表面的焦度引发的场曲率相比，由于在透镜组件106的轮廓中引入曲线引起的净场曲率的此变化通常非常小。因此，由透镜组件106的弯曲轮廓引入的场曲率可以通过调整菲涅耳非球面系数来补偿。弯曲透镜组件106可以被制成维持弯曲轮廓(例如，通过使用刚性材料模制透镜主体108以刚性维持弯曲轮廓)，或透镜主体108可以形成为柔性且因此透镜主体108可以安装在弯曲位置中以便提供期望的弯曲轮廓。

如上所述，透镜组件106可以通过模制或加工在相对表面上具有菲涅耳表面110、112的单体透镜主体108来制造。然而，由于镜片主体108两侧上的菲涅耳小平面，此方法可能具有脱模问题。同样地，此方法通常将需要由相同材料或类似材料构成的两个菲涅耳表面110、112。因此，如图5所示出，透镜组件106作为替代可以通过组合两个独立的菲涅耳透镜501、502来制造。如所描绘，菲涅耳透镜501、502中的每一者具有菲涅耳表面(对应于菲涅耳表面110、112)和相对的平表面，且透镜组件106通过将菲涅耳透镜501、502的平表面定向成彼此紧密接近面对而形成。为了减少或消除两个平表面之间的边界处的杂散光反射和其他非意图的光折射，可以使用光学粘合剂504来接合菲涅耳透镜501、502。这种方法许可利用仅具有一个菲涅耳表面的更容易制造的菲涅耳透镜，且还许可使用具有不同材料组成的菲涅耳透镜来形成透镜组件106，且由此允许进一步由对应的菲涅耳表面引入的特定场曲率的设计控制。此外，虽然图5描绘两个菲涅耳透镜的组合，但此相同方法可以扩展以组合多于两个菲涅耳透镜以提供具有多于两个相对菲涅耳表面的透镜组件106的实施方式。同样地，不用于接合菲涅耳透镜501、502的两个平表面，这些透镜的菲涅耳表面作为替代可以经由光学粘合剂或其他手段而接合在一起，从而产生透镜组件106作为单体透镜主体的实施方式408(图4)。

尽管采用两个或多于两个相对菲涅耳表面的透镜组件106提供针对平衡场曲率的薄的紧凑解决方案，但在一些实施方式中，多个菲涅耳表面可能是不合适或不切实际的。例如，如透镜组件106中所实现，使用两个菲涅耳表面可以导致来自小平面的尖锐边缘的过多光散射。因此，如图6中所示，近眼显示系统100可以作为替代使用透镜组件606来代替透镜组件106，由此透镜组件606包含具有相对的非球面表面610、612的透镜主体608，其中非球面表面610面对用户的眼睛104且具有常规连续非球面轮廓，而非球面表面612面对显示面板102且实现菲涅耳棱镜。如上所述，连续的正非球面表面引入朝向透镜弯曲的场曲率，而不管非球面表面在透镜的哪一侧上。因此，非球面表面610引入朝向眼睛104的场曲率。相比而言，由于表面612的菲涅耳棱镜朝向显示面板102延伸，所以表面612所展现的场曲率在显示面板102的方向上弯曲。因此，可以选择或以其他方式设计表面610、612的相应焦度或其他参数，以便实现期望的净场曲率，如上文类似地描述。

在一些情况下，透镜组件606的实施方式可以提供优于透镜组件106的特定优点。举例而言，通过使用连续非球面表面610，透镜组件606的一些屈光度由此弯曲表面引起，且因此对相对的菲涅耳表面612需要更少的焦度。此外，与具有两个菲涅耳表面的实施方式相比，通过减小总菲涅耳面积，与透镜组件106的类似实施方式相比，透镜组件606通常展现更少的光散射。

图7示出根据一些实施例的可以实现在近眼显示系统100中以替代多个菲涅耳表面透镜组件106的透镜组件706的另一示例。在所描绘示例中，透镜组件706包括透镜，透镜具有面对用户眼睛104且具有其上设置有菲涅耳棱镜(例如，棱镜714、715)的大体凹的(或负)非球面轮廓的表面710，以及面对显示面板102且具有无菲涅耳棱镜的正连续非球面轮廓的表面712。如所示，表面710的菲涅耳棱镜具有狭长的轮廓，以便为从表面712传播到表面710的光提供反射和折射表面二者，由此为入射光提供全内反射(TIR)效应。通过如此实现，显示器侧表面712是折射性的且引发负场曲率，而眼睛侧表面710是反射性的且引发正场曲率。因此，如果要追踪从显示器到眼睛的光线，则折射表面是遇到的第一表面，且反射表面是第二表面，且因此提供本文所述的平衡场曲率效应。

图8示出根据至少一个实施例的被配置成实现近眼显示系统100的示例HMD装置800。HMD装置800通过使用绑在用户头上或以其他方式安装在用户头上的设备来安装到用户的头部，使得HMD装置800固定地接近用户的面部而定位且因此随着用户的移动而移动。然而，在一些情形下，用户可以将平板计算机或其他手持式装置保持在用户的脸部并约束手持式装置的移动，使得即使用户的头部移动，手持式装置对用户头部的定向仍是相对固定的。在这样的实例下，以此方式操作的手持式装置也可以被认为是HMD装置800的实施方式，即使它没有经由物理附件“安装”到用户的头部。

HMD装置800包括具有表面804的壳体802，以及面部衬垫806和一组带子或线束(为清楚起见，图8中省略)，以将壳体802安装在用户的头部上，使得用户面对壳体802的表面804。在所描绘实施例中，HMD装置800是双目HMD，且因此具有设置在表面804处的左眼显示面板808和右眼显示面板810(其中显示面板808、810共同或单独表示显示面板102的实施例)。显示面板808、810可以被实现为独立显示面板(即通过独立的显示驱动器硬件部件驱动的独立显示器阵列)，或显示面板808、810可以被实现为单个显示面板的逻辑分离区(例如，逻辑上分为左“半部分”和右“半部分”的单个显示器阵列)。壳体802进一步包含与左眼显示面板808对准的目镜透镜组件812和与右眼显示面板810对准的目镜透镜组件814。替选地，在一些实施例中，HMD装置800可以被实现为单眼HMD，其中单个图像通过左和右目镜组件812、814或者直接在没有介入的透镜的情况下呈现给用户的双眼。透镜组件812、814各自可以实现本文所公开的透镜组件中的任一者，诸如透镜组件106、606、706或其组合。因此，透镜组件812、814可以展现与显示面板808、810良好匹配的净场曲率，其可以是基本平坦的或弯曲的。因此，HMD装置800可以展现减少的聚焦像差和其他像差，原本这些像差会存在于利用具有明显过多场曲率的常规非球面透镜的HMD实施方式中。

请注意，并不需要在总体描述中描述的上述所有活动或元素，可能不需要特定活动或装置的一部分，且可以执行一个或多个另外的活动，或者包含除了所描述之外的其他元素。此外，列出活动的顺序不必是它们执行的顺序。而且，已参考特定实施例来描述概念。然而,本领域的技术人员了解，可以在不偏离所附权利要求书所阐述的本公开的范围的情况下进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性而非限制性意义，且所有这样的修改意图包含在本公开的范围内。

上文已关于特定实施例来描述益处、其他优点和问题的解决方案。然而，可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的益处、优点、问题的解决方案以及任何特征不应被理解为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。此外，上文所公开的特定实施例仅是说明性的，因为所公开主题可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。除了在所附的权利要求书中描述的之外，不意图对于本文所示的构造或设计的细节进行限制。因此显而易见的是，可以更改或修改上文公开的特定实施例，且所有这样的变化都被认为在所公开主题的范围内。因此，本文寻求的保护如所附的权利要求书中所述。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种设备(100)，包括：

透镜组件(106)，包括具有相对的第一表面(110)和第二表面(112)的透镜主体(108)；

其中，所述第一表面包括相对于所述透镜主体的光轴定向在第一方向的引入在所述第一方向上的第一场曲率的菲涅耳棱镜；以及

其中，所述第二表面包括定向在与所述第一方向相反的第二方向上的引入在所述第二方向上的第二场曲率以提供净场曲率的菲涅耳棱镜。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述第一方向和所述第二方向从所述透镜主体向外延伸。

3.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述第一方向和所述第二方向延伸到所述透镜主体中。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一方向上的场曲率大于所述第二方向上的场曲率。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述透镜主体包括：

第一平面菲涅耳透镜(501)，包括所述第一表面的菲涅耳棱镜；

第二平面菲涅耳透镜(502)，包括所述第二表面的菲涅耳棱镜；以及

光学粘合剂(504)，所述光学粘合剂将所述第一平面菲涅耳透镜的表面接合到所述第二平面菲涅耳透镜的表面。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述透镜主体具有以下中的一个：弯曲轮廓或平面轮廓。

7.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

其中，所述透镜组件包括基本平行于所述第一表面和所述第二表面的第三表面，所述第三表面包括定向在所述第一方向或所述第二方向中的一个上的菲涅耳棱镜。

8.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述第一表面处的菲涅耳棱镜的至少一个参数不同于所述第二表面处的菲涅耳棱镜的至少一个对应参数。

9.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

头戴式显示装置(800)，包括：

显示面板(808)；以及

透镜组件(812)，所述透镜组件被安装为使得所述透镜组件的所述光轴与所述显示面板相交。

10.一种设备，包括：

非球面透镜主体(606)，具有相对的第一凸状表面(612)和第二凸状表面(610)；

其中，所述第一凸状表面包括菲涅耳棱镜；以及

其中，所述第二凸状表面限定没有菲涅耳棱镜的凸状连续非球面轮廓。

11.根据权利要求11所述的设备，其中：

所述菲涅耳棱镜定向在从所述第一表面向外延伸的方向上。

12.根据权利要求11所述的设备，其中：

所述第一表面的菲涅耳棱镜引入在第一方向上的场曲率；以及

所述凸状连续非球面轮廓引入在与所述第一方向相反的第二方向上的场曲率。

13.根据权利要求14所述的设备，其中，所述第一方向上的场曲率是以下中的一个：基本等于所述第二方向上的场曲率；或大于所述第二方向上的场曲率。

14.根据权利要求11所述的设备，进一步包括：

头戴式显示装置(800)，包括：

显示面板(808)；以及

透镜主体(812)，所述透镜主体被安装为使得所述透镜主体的光轴与所述显示面板相交。