[发明专利]具有处方整合的自由空间光学组合器

说明书

技术领域

本公开大体上涉及光学领域，特别但并非排他地涉及近眼显示器。

背景技术

在光学领域中，组合器是将来自组合器的相同侧(反射/反射或透射/透射)或者来自组合器的两个不同侧(反射/透射)的两个图像组合到一起。光学组合器时常被使用于平视显示器(“HUD”)，其有时被称为头戴式显示器(“HMD”)，或者被使用于近眼显示器，其允许用户观看叠加到外部视图上的计算机生成的图像(“CGI”)。HMD使得用户能够观看CGI，而不必将目光从他惯常的视点移开。术语HMD源自于其在航空电子技术中的用途，其使得飞行员能够在抬头向前看的同时查看信息，而不必低头看着仪表板。常规的HMD包括倾斜的二向色板、全息组合器、成角度的透明基板和复合共轭透镜。

存在两个版本的组合器。第一个版本组合两个场，而未对两者之中任一场添加任何透镜效应(lensing)(通常是倾斜的二向色板或复合共轭透镜)。除组合功能之外，第二个版本还包括透镜效应功能，其通常是对来自显示器的场的离轴非球面透镜效应。透镜效应功能被使用于将源自显示器的虚拟图像置换成远场或与组合器相距特定距离，并且给予图像一定的视野以使得用户能够将虚拟图像聚焦成目标大小。

按照定义，近眼显示器被佩戴在用户的眼睛附近，因此HMD能够与常规的处方矫正眼镜在物理上发生干涉。在一些配置中，HMD可以被佩戴在处方矫正眼镜之上，但这样的配置通常笨拙且不舒适。常规的近眼显示器并不适合用于需要处方矫正镜片的用户，除非用户选择佩戴隐形眼镜。然而，许多需要处方矫正镜片的人选择不佩戴隐形眼镜的原因各不相同，并且因此在佩戴HMD时只剩下不尽理想的选择。

附图说明

参照以下附图来描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中在各个视图中，相同的附图标记指代相同的部分，除非另作说明。附图并非必然按比例绘制，而重点在于说明所述原理。

图1是图示出将眼科处方与透视型近眼显示器结合的挑战的功能性框图。

图2A和图2B是图示出根据本公开的实施例的包括处方透视型目镜的头戴式显示器的不同视图的功能性框图。

图3是图示出根据本公开的实施例的使用反射型全息元件或衍射光学元件所实现的处方透视型目镜的剖视图。

图4A和图4B是根据本公开的实施例的使用部分反射的锯齿形表面所实现的处方透视型目镜的剖视图。

图5是图示出根据本公开的实施例的制造处方透视型目镜的方法的流程图。

图6图示出根据本公开的实施例的用于制造处方透视型目镜的铸造技术。

图7图示出根据本公开的实施例的用于制造处方透视型目镜的复合铸造技术。

图8图示出根据本公开的实施例的用于制造处方透视型目镜的注入模制技术。

图9是根据本公开的实施例的使用两个处方透视型目镜的双目头戴式显示器的俯视图。

具体实施方式

本文描述出结合矫正性眼处方的透视型近眼显示器的系统、设备和制造方法的实施例。在下文中阐明众多具体细节，以便全面理解所述实施例。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文所述的技术能够在没有这些具体细节中的一个或多个的情况下或者在具有其他方法、部件、材料等的情况下实践。在其他实例中，并未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以免使某些方面混淆。

在本说明书全文中引用“一个实施例”或者“实施例”意指结合该实施例所述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书全文各处中出现短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”并非必然全部指代相同的实施例。另外，特定的特征、结构或者特性可以通过任何合适方式而被组合到一个或多个实施例中。

图1是图示出将眼处方结合到透视型近眼显示器100中的挑战的功能性框图。显示器100包括图像源105和透视型光学组合器110。光学组合器110操作以使从图像源105输出的图像光115与穿过光学组合器110的外景光120重叠或以其他方式对其组合。组合图像沿着从光学组合器110的朝眼侧向眼睛125延伸的组合观看路径而被导向眼睛125。