CN105899998A - 可穿戴显示装置 - Google Patents

Abstract

提供了可穿戴显示设备及其光导元件，该显示设备包括：显示元件，被配置为投射形成虚像的第一光线；以及光导元件，被配置为将来自显示元件的第一光线和从可穿戴显示设备的外部输入的第二光线引导到预定位置。该光导元件包括：第一光学表面，面向显示元件；第二光学表面和第三光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；以及第四光学表面，被配置为将所反射的第一光线反射到预定位置。第一到第三光学表面是平面，而第四光学表面是旋转非对称反射表面。

Description

可穿戴显示装置

技术领域

与示范性实施例一致的装置和方法涉及可穿戴显示设备。

背景技术

一些可商用的身体可穿戴显示设备可以包括：输入/输出(I/O)设备，被配置为穿戴在身体的一部分上；以及主电路设备或电池，被配置为单独的模块类型。被配置为单独的模块类型的电路设备或电池可以通过电线连接到I/O设备。由于这种类型的电子设备不便于携带和使用，电子设备可以主要用在有限的环境中，例如，室内。

头戴式显示设备根据输出图像信息的显示器的结构被分类为视频透视型或光学透视型。视频透视型是指合成通过相机获得的图像和从计算机提供的图像信息以便以合成形式向用户提供图像和图像信息的头戴式显示设备的类型。视频透视型有这样的问题，由于用户将仅仅基于通过相机获得的图像来辨识周围事物，所以用户可能与真实的周围环境隔离开来。

同时，光学透视型是指将从计算机提供的虚像信息投射到由用户直接辨识的周围环境从而允许用户与周围环境融和(harmony)的头戴式显示设备的类型。但是，光学透视型有这样的问题，即虚像信息的分辨率可能由于光强度而被显著地改变。当然，虚像信息的分辨率可以被强制地设置为高。但是，这是便携式电子设备所不希望的，因为在高分辨率时功率消耗也会增加。另外，相关技术的光学透视型显示设备具有这样的问题：它们比较厚、由于发生像差(aberration)而导致图像质量较差、制造工艺复杂、比较重等等。

发明内容

技术问题

至少一个示范性实施例的目的是解决、缓解、或者去除上述问题和/或缺点中的至少一个。

一个或多个示范性实施例的各方面提供了一种紧凑和轻便的可穿戴显示设备，其中由制造公差造成的像差不经常发生。

技术方案

根据示范性实施例的一个方面，提供可穿戴显示设备，包括：显示元件，被配置为投射形成虚像的第一光线；以及光导元件，被配置为将来自显示元件的第一光线和从可穿戴显示设备的外部输入的第二光线引导到预定位置，其中，该光导元件包括：第一光学表面，来自显示元件的第一光线通过其被输入；第二光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；第三光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；以及第四光学表面，被配置为将由第二光学表面和第三光学表面反射的、所反射的第一光线，反射到所述预定位置，其中，第一光学表面、第二光学表面、以及第三光学表面是平面，并且其中，第四光学表面是旋转非对称反射表面(arotationally asymmetric reflective surface)。

第四光学表面的顶点(apex)与第三光学表面之间的距离可以小于第二光学表面与第三光学表面之间的距离的一半。

第二光学表面和第三光学表面可以彼此平行；以及第四光学表面可以相对于垂直于第二光学表面和第三光学表面的方向倾斜。

第四光学表面可以传输一些第一光线，并将剩余的第一光线反射到预定位置。

第一光线的主光线(chief ray)可以被第二光学表面和第三光学表面完全反射2n次，其中n是自然数。

可穿戴显示设备还可以包括在第一光学表面与显示元件之间的透镜系统，并且透镜系统被配置为折射从显示元件投射的第一光线。

第二光学表面与第一光学表面之间的角度可以不等于第二光学表面与显示元件的表面之间的角度。

光导元件还可以包括：光导部分，包括第一光学表面、第二光学表面、第三光学表面、以及第四光学表面；以及补偿部分，结合到光导部分的第四光学表面，其中，光导部分和补偿部分可以具有符号相反和绝对值相同的焦度。

光导元件还可以包括：在第二光学表面与第三光学表面之间的主体，并且其具有恒定的厚度；在第一光学表面与第二光学表面之间的第一部分，并且其具有朝向显示元件逐渐增加的厚度；以及在第三光学表面与第四光学表面之间的第二部分，并且其具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度。

光导元件还可以包括：在第二光学表面与第三光学表面之间的主体，并且其具有恒定的厚度；在第一光学表面与第二光学表面之间的第一部分，并且其具有朝向显示元件逐渐减小的厚度；以及在第三光学表面与第四光学表面之间的第二部分，并且其具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度。

可穿戴显示设备还可以包括：第一窗口和第二窗口，在可穿戴显示设备的正面(front side)上；以及控制器，控制第一窗口和第二窗口的透射率(transmissivities)。

控制器可以被配置为通过控制施加到第一窗口和第二窗口的电压来控制第一窗口和第二窗口的透射率。

控制器可以被配置为根据周围环境的光强度控制第一窗口和第二窗口的透射率。

可穿戴显示设备还可以包括被配置为测量周围环境的光强度的传感器。

可穿戴显示设备还可以包括被配置为感测触摸和悬浮(hovering)手势中的至少一个的触摸传感器。

触摸传感器可以被配置为辨识指纹；并且可穿戴显示设备还可以包括控制器，被配置为当通过触摸传感器输入第一指纹数据时，比较第一指纹数据和先前存储的第二指纹数据，以及当第一指纹数据和第二指纹数据根据比较彼此对应时，执行映射到第二指纹数据的功能。

所映射的功能可以是解锁功能、应用运行功能、用户账户改变功能、以及多媒体控制功能之一。

可穿戴显示设备还可以包括：通信器，被配置为从外部电子设备接收触摸信息；以及控制器，被配置为根据接收到的触摸信息将显示在可穿戴显示设备上的虚像改变为另一个虚像。

可穿戴显示设备还可以包括：第一相机，被配置为捕捉关于光导元件的位置的前主题(front subject)的图像；第二相机，被配置为捕捉关于光导元件的位置的更低主题(lower subject)的图像；以及控制器，被配置为从通过第二相机捕捉的图像中辨识手或手指，根据所辨识的手或所辨识的手指的手势将显示在可穿戴显示设备上的虚像改变为另一个虚像。

可穿戴显示设备还可以包括在第二光学表面或第三光学表面上的遮光构件，用于吸收一些第一光线或提取一些第一光线到光导元件的外部。

可穿戴显示设备还可以包括被配置为移动光导元件的致动器。

可穿戴显示设备还可以包括：光源，被配置为朝向预定位置输出第三光线；以及图像传感器，被配置为通过光导元件接收第三光线的反射的部分。

可穿戴显示设备还可以包括被配置为一起移动光导元件和图像传感器的至少一个致动器。

可穿戴显示设备还可以包括在面向光导元件的显示元件的表面上的透明玻璃盖，用于保护显示元件的表面。

根据另一个示范性实施例的一个方面，提供用于显示设备的光导元件，该光导元件包括：第一光学表面，被配置为从显示设备的显示元件接收第一光线；第二光学表面，被配置为反射通过第一光学表面接收的第一光线；第三光学表面，被配置为反射通过第一光学表面接收的第一光线；以及第四光学表面，被配置为将由第二光学表面和第三光学表面反射的、所反射的第一光线朝向预定位置反射以形成虚像，并将从外部输入的第二光线朝向预定位置传输，其中，第一光学表面、第二光学表面、以及第三光学表面是平面，并且其中，第四光学表面是旋转非对称反射表面。

第四光学表面的顶点和第三光学表面之间的距离可以小于第二光学表面和第三光学表面之间的距离的一半。

第二光学表面和第三光学表面可以彼此平行；以及第四光学表面可以相对于垂直于第二光学表面和第三光学表面的方向倾斜。

第四光学表面可以传输一些第一光线，并将剩余的第一光线朝向预定位置反射。

第一光线的主光线可以由第二光学表面和第三光学表面完全反射2n次，其中n是自然数。

光导元件还可以包括：光导部分，包括第一光学表面、第二光学表面、第三光学表面、以及第四光学表面；以及补偿部分，连接到光导部分的第四光学表面，其中，光导部分和补偿部分可以具有符号相反和绝对值相同的焦度。

光导元件还可以包括：在第二光学表面和第三光学表面之间的主体，并且其具有恒定的厚度；在第一光学表面和第二光学表面之间的第一部分，并且其具有朝向显示元件逐渐增加的厚度；以及在第三光学表面和第四光学表面之间的第二部分，并且其具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度。

光导元件还可以包括：在第二光学表面和第三光学表面之间的主体，并且其具有恒定的厚度；在第一光学表面和第二光学表面之间的第一部分，并且其具有朝向显示元件逐渐减小的厚度；以及在第三光学表面和第四光学表面之间的第二部分，并且其具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度。

光导元件还可以包括在第二光学表面或第三光学表面上的遮光构件，用于吸收一些第一光线或提取一些第一光线到光导元件的外部。

根据另一个示范性实施例的一个方面，提供了显示设备，包括：显示元件，被配置为输出形成虚像的第一光线；以及光导元件，被配置为将来自显示元件的第一光线朝向预定位置引导，其中，光导元件包括：第一光学表面，来自显示元件的第一光线通过其输入；第二光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；第三光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；以及第四光学表面，被配置为将由第二光学表面和第三光学表面反射的、所反射的第一光线反射到预定位置，其中，第四光学表面是旋转非对称反射表面。

第四光学表面的顶点和第三光学表面之间的距离可以小于第二光学表面和第三光学表面之间的距离的一半。

第二光学表面和第三光学表面可以彼此平行；以及第四光学表面可以相对于垂直于第二光学表面和第三光学表面的方向倾斜。

第四光学表面可以传输一些第一光线，并将剩余的第一光线反射到预定位置。

第一光线的主光线可以由第二光学表面和第三光学表面反射2n次，其中n是自然数。

有益效果

至少一个示范性实施例提供了一种紧凑和轻便的可穿戴显示设备，其中由制造公差造成的像差不经常发生。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，上述以及其它方面、特征、以及优点将更加清晰，其中：

图1是示出根据示范性实施例的显示设备的配置的视图；

图2是示出根据示范性实施例的显示设备的外表(external appearance)的透视图；

图3示出了根据示范性实施例的第一窗口的配置；

图4示出了根据示范性实施例的第一投影仪的配置；

图5a和图5b示出了根据示范性实施例的光导元件的像差特性；

图6示出了根据另一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图7示出了根据再一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图8a和图8b示出了根据再一个示范性实施例的光导元件的像差特性；

图9示出了根据再一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图10和图11是用于描述显示设备的透射率控制的视图；

图12和图13a和图13b是用于描述根据示范性实施例的基于指纹的快捷键运行的视图；

图14是用于描述根据示范性实施例的根据指纹输入的用户账户改变功能的视图；

图15是用于描述根据示范性实施例的使用外围电子设备的显示设备的屏幕控制方法的视图；

图16示出了用于描述根据示范性实施例的使用相机的显示设备的屏幕控制方法的视图；

图17示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图18示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图19a到图19d举例说明了根据一个或多个示范性实施例的各种鬼像预防(ghost prevention)构件；

图20示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪的配置；

图21和图22是用于描述图20的第一投影仪的操作的视图；

图23示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪的配置；以及

图24是用于描述图23的第一投影仪的操作的视图。

具体实施方式

本公开可以各种各样地改变并且可以具有各种示范性实施例。附图中举例说明的示范性实施例将在下面被更加详细的描述。然而，应当理解，本公开不限于这些示范性实施例，而是本公开包括在本公开的范围内的所有修改、等同、以及替换。

虽然包括诸如第一、第二等的序数的术语可以用于描述各种元素，但是结构元素不受所述术语的限制。所述术语仅仅用来区别一个元素与另一个元素。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一结构元素可以称为第二结构元素。类似地，第二结构元素也可以称为第一结构元素。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联项的任何以及全部的组合。术语“……中的至少一个”，当在一列元素前时，代表所述元素的任何或部分或整个组合。

本申请使用的术语只用于描述示范性实施例的目的，而不意图限制本发明概念。如这里所使用的，单数形式意图也包括复数形式，除非在上下文中清楚地另外指出。在描述中，应当理解，术语“包括”或者“具有”指示特征、数字、步骤、操作、结构元素、部分、或它们的组合的存在，但并不预先排除一个或多个另一特征、数字、步骤、操作、结构元素、部分、或它们的组合的存在或添加的可能性。

除非不同地定义，否则这里使用的所有术语，包括技术术语或科学术语，可以具有与本公开所属技术领域的技术人员所理解的相同的含义。在一般使用的辞典中定义的术语将被解释为具有等于在相关技术领域中上下文的意义的含义，并且将不会被解释为具有理想或过于形式化的含义，除非在本说明书中清楚地定义。

而且，在示范性实施例的描述中，“模块”或“单元”可以执行至少一个功能或操作，并且可以具体实现为硬件或软件或具体实现为硬件和软件的组合。而且，多个“模块”或多个“单元”可以整合到至少一个模块中，以便具体实现为至少一个处理器，除了具体实现为特定硬件的“模块”或“单元”以外。

图1是示出根据示范性实施例的显示设备100的配置的视图。

显示设备100包括输入/输出(I/O)模块110、存储单元120(例如，存储器)、传感器单元130(例如，传感器)、通信单元140(例如，通信器)、电池150、电力管理单元155(例如，电力管理器)、第一投影仪180、第二投影仪185、第一窗口190、第二窗口195、以及控制单元200(例如，控制器)。传感器130包括触摸传感器160、第一相机170、以及第二相机175。

I/O模块110被配置为接收用户输入，转发(relay)或通知用户输入，从外部接收数据，和/或将数据输出到外部。I/O模块110可以包括至少一个扬声器111、至少一个麦克风112、至少一个按钮113、连接器、小键盘、或它们的组合，但是应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此。

扬声器111可以根据控制单元200的控制将与各种数据(例如，无线数据、广播数据、数字音频文件、数字视频文件、照相等)相对应的声音输出到显示设备100的外部。扬声器111可以输出与显示设备100执行的功能(即，操作)相对应的声音。一个扬声器111或两个或更多个扬声器111可以布置在显示设备100的外壳中的一个位置或两个或更多个位置。

麦克风112从显示设备100的外部接收或捕获语音或声音以生成电信号，并将所生成的信号输出到控制单元200。一个麦克风112或两个或更多个麦克风112可以布置在显示设备100的外壳中的一个位置或两个或更多个位置。这里，信号可以被称为数据或信息，或者数据可以被称为数据信号。

按钮113被提供以接收用户输入，并且可以用于打开/关闭显示设备100，选择和/或检索菜单项或项目等。按钮113可以包括电源按钮、音量按钮、菜单按钮、主页按钮、后退按钮、检索按钮(向左按钮、向右按钮、向上按钮、向下按钮等)、或者它们的组合中的至少一个。一个按钮113或两个或更多个按钮113可以布置在显示设备100的外壳上的一个位置或两个或更多个位置。

连接器可以用作用于互连显示设备100和外部电子设备或电源的接口。连接器可以直接或经由有线电缆连接到外部电子设备或电源的连接器。通过连接器连接，控制单元200可以将存储在存储单元120中的数据发送到电子设备，或者从电子设备接收数据。此外，显示设备100可以经由连接到连接器的有线电缆从电源接收电力以便对电池150进行充电。

小键盘可以从用户接收按键输入以控制显示设备100。键盘可以包括布置在显示设备100上的物理小键盘、由第一投影仪180和/或第二投影仪185显示的虚拟小键盘等中的至少一个。

传感器单元130包括检测显示设备100的状态或周围环境的状态的至少一个传感器。例如，传感器单元130可以包括：接近传感器，检测用户是否靠近显示设备100；运动/方位传感器，检测显示设备100的移动(例如，显示设备100的转动、加速度、减速度、或振动)；照明传感器，检测外围发光强度；第一相机和第二相机，对主题(subject)照相；触摸传感器，感测用户的触摸或悬浮手势；或它们的组合。此外，运动/方位传感器可以包括加速度传感器、重力传感器、地磁传感器、陀螺仪传感器、冲击传感器、全球定位系统(GPS)模块、以及指南针传感器中的至少一个。传感器单元130可以检测显示设备100的状态，以便将代表显示设备100的状态的信号发送到控制单元200。例如，GPS模块可以从围绕地球的轨道上的多个GPS卫星接收电磁波，并使用从GPS卫星到显示设备100的到达时间来计算显示设备100的位置。指南针传感器计算显示设备100的姿势或方位角。

触摸传感器160可以将与至少一个触摸输入相对应的信号发送到控制单元200。用户可以使用用户的身体的一部分(例如，手指)或任何其它触摸输入机制、方法、或设备来触摸所述触摸传感器160，并且触摸传感器160可以接收用户的触摸输入。此外，触摸传感器160可以接收根据触摸的连续移动(即，拖曳输入)的输入。触摸输入信息可以包括触摸坐标和/或触摸状态。所述触摸状态可以是其中触摸传感器160被推动的鼠标下移状态(例如，点击状态、输入状态等)、其中手指被从触摸传感器160释放的鼠标上移状态(例如，释放状态)、其中手指或触摸输入机制在触摸传感器160被推动的状态中在触摸传感器160上滑动的拖曳状态。控制单元200从触摸输入信息中确定菜单项或项目的选择或移动、以及诸如写输入的用户输入信息，并执行与用户输入信息相对应的功能(例如，电话连接、相机拍照、消息编写/观看、或数据传输)。

在本示范性实施例中，触摸不限于触摸传感器160和触摸输入机制之间的接触，而可以包括无接触输入(例如，当触摸传感器160和触摸输入机制彼此分开时)。这样的无接触触摸输入可以被称为悬浮或悬浮输入，或者可以被称为手势输入。触摸传感器160可以实施为电阻型、电容型、红外型、声波型、电磁共振(EMR)型、或者它们的组合。

触摸传感器160可以具有指纹感测功能，从而当用户的手指与触摸传感器160的表面接触时，触摸传感器160生成与手指的指纹图案相对应的指纹信息。此外，触摸传感器160可以具有开关结构，用于根据用户的推动生成推动感测数据。触摸传感器160将所生成的指纹数据和/或推动感测数据输出到控制单元200。替换地或另外地，触摸传感器160可以感测用户的指纹输入方向以生成指纹输入方向数据，并将所生成的指纹输入方向数据输出到控制单元200。也就是说，指纹信息可以包括指纹图案信息、推动感测数据、指纹输入方向信息中的至少一个。

控制单元200可以从自触摸传感器160接收的指纹信息中辨识用户的指纹。控制单元200可以映射并在存储单元120中存储至少一个指纹和至少一个可运行的功能或相应的用户。此外，存储单元120可以存储先前注册的用户的指纹信息，而控制单元200可以在存储单元120中检索与从触摸传感器160接收的指纹信息匹配的指纹信息，以确定映射到检索到的指纹信息的用户或功能。当功能被映射到检索到的手指信息时，控制单元200可以运行所映射的功能。

例如，可运行的功能可以是解锁功能、应用运行功能、用户账户改变功能、多媒体控制功能、应用任务或进程运行功能、模式切换或设置功能、参数控制功能(例如，音量、亮度、缩放、应用设置、通知设置等)等。

解锁功能是指通过指纹输入释放显示设备100的锁定的功能。例如，当在预定长度的时间内没接收到用户输入时，控制单元200可以限制显示设备100的功能运行。解锁功能是指释放功能运行限制的功能。应用运行功能是指运行例如游戏应用、社交网络服务(SNS)应用、文档准备应用、多媒体应用等的功能，或者运行例如电话应用或消息应用以执行自动地连接到先前设置的接触点的功能的功能。用户账户改变功能是指选择多个用户账户之一的功能。多媒体控制功能是指显示，例如，音量控制菜单或再现菜单的功能，或执行诸如音量增加、音量减少或无声的音量控制的功能，或者诸如倒带、快退、暂停、或再现的多媒体控制。

第一相机170和第二相机175中的每一个可以包括透镜系统和图像传感器，并且还可以包括，例如，闪光设备。第一相机170和第二相机175中的每一个可以将通过透镜系统输入(或者捕获或拍照)的光线转换为电图像信号(例如，数字图像)以便将转换后的图像信号输出到控制单元200。而且，用户可以通过相机170和相机175中的每一个拍照或捕获视频图像或静止图像。此外，相机170和相机175中的每一个可以被提供来接收通过用户的运动或手势的用户输入。

透镜系统允许从外部输入光线汇聚形成主题的图像。透镜系统可以包括一个或多个透镜，其中透镜中的每一个可以是例如凸透镜、非球面镜头等。透镜系统相对于穿过其中心的光轴是对称的，并且光轴被定义为中心轴。图像传感器检测由通过透镜系统输入的外部光线形成的光学图像作为电图像信号。图像传感器包括以M×N矩阵结构排列的多个像素单元，其中每一个像素单元可以包括光电二极管和多个晶体管(例如，2T像素、3T像素、4T像素、5T像素等)。像素单元积累由输入光线生成的电荷，并且由积累的电荷生成的电压代表输入光线的发光强度。在其中静止图像或视频图像的图像被处理的情况下，从图像传感器输出的图像信号通过从像素单元输出的电压的集合(也就是说，像素值)来配置，并且图像信号代表一个帧(也就是说，静止图像)。此外，帧包括M×N像素。作为图像传感器，可以使用，例如，电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等。

图像传感器可以操作图像传感器的所有像素或者可以只操作所有像素当中感兴趣区域的像素，其中从像素输出的图像数据被输出到控制单元200。

第一相机170可以用于参考(例如，相对于)用户的眼睛的位置拍照并辨识前主题。第二相机175可以用于参考用户的眼睛的位置拍照更低主题(例如，用户的手)。

第二相机175可以是红外相机，并且第二相机175可以包括输出红外线的红外光源、和检测从主题反射的红外线并将检测到的红外线转换为电图像信号或数据(例如，数字图像)以便输出转换后的电图像信号或数据的图像传感器。

通信单元140可以是有线、无线、或者有线/无线的通信单元。通信单元140通过外部通信网络和大气将数据从控制单元200有线地或无线地发送到电子设备，或者通过外部通信网络或大气有线地或无线地从电子设备接收数据，并将数据发送到控制单元200。

通信单元140可以按照其性能而包括移动通信模块(例如，移动通信发送器或收发器)、无线局域网(LAN)模块(例如，LAN发送器或收发器)、以及短程通信模块(例如，短程通信发送器或收发器)中的至少一个。

移动通信模块允许显示设备100根据控制单元200的控制使用至少一个天线通过移动通信网络与电子设备进行通信。移动通信模块与便携式电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、或者任何具有诸如网际协议(IP)的网络地址或电话号码的其它通信设备发送或接收用于语音呼叫、视频呼叫、短消息服务(SMS)或多媒体消息服务(MMS)的无线信号。

无线LAN模块可以根据控制单元200的控制经由，例如，接入点(AP)连接到互联网。无线LAN模块支持电气与电子工程师协会(IEEE)的无线LAN标准(IEEE802.11x)。

短程通信模块可以根据控制单元200的控制执行与外部短程通信设备的短程通信。短程通信方法可以是蓝牙、红外数据协会(IrDA)、WiFi直接通信、近场通信(NFC)、或者它们的组合。

电力管理单元155可以根据控制单元200的控制将电力供应给显示设备100。电力管理单元155可以连接到一个电池150或两个或更多电池150。此外，电力管理单元155可以通过连接到连接器的有线电缆将从外部电源输入的电力供应给显示设备100。

控制单元200可以使用来自相机170和175的图像、存储在存储单元120中的图像、或者存储在存储单元120中的数据以帧为单位来处理图形用户界面(GUI)，并且可以通过第一投影仪180和/或第二投影仪185将转换为适合于第一投影仪180和/或第二投影仪185的屏幕输出特性(例如，大小、图像的质量、以及分辨率)的图像帧输出到外部，或者将图像帧存储在存储单元120中。以下，虽然在本公开中GUI被具体地描述为由第一投影仪180和/或第二投影仪185形成的虚像的示例，但是GUI是“虚像”的示例，并且术语“虚像”在某种意义上可以用来包括(或显示)不是实际对象的虚拟对象，诸如GUI或静止图像。

控制单元200可以通过第一投影仪180和/或第二投影仪185向用户提供与各种服务(例如，电话呼叫、数据传输、广播、拍照等)相对应的虚像。此外，控制单元200可以通过虚像向用户提供静止图像或视频图像。也就是说，在本公开中，虚像可以代表表达为静止图像或视频图像的屏幕。

第一投影仪180和第二投影仪185具有相同的或类似的配置，并且投影仪180和185中的每一个向用户的一只或两只眼睛投射形成由控制单元200提供的虚像的光线。根据一个或多个其它示范性实施例，可以包括多于两个的投影仪，或者可以包括单一的投影仪。在单一投影仪的情况下，单一投影仪可以向各种区域投射光线。

第一窗口190和第二窗口195被布置在显示设备100的前侧，并且具有相同的或类似的配置。窗口190和195中的每一个具有根据控制单元200的控制而改变的透射率。根据一个或多个其它示范性实施例，可以包括多于两个的窗口，或者可以包括单一的窗口。在单一窗口的情况下，单一窗口可以被划分成一个或多个区域。

控制单元200控制显示设备100的总体操作，并且控制显示设备100中的其它组件以执行虚像提供方法。控制单元200可以包括单核处理器、双核处理器、三核处理器、四核处理器、多核处理器等。控制单元200可以接收从广播站发送的广播信号(例如，电视(TV)广播信号、无线电广播信号、数据广播信号等)和附加广播信息(例如，电子节目指南(EPG)、电子服务指南(ESG)等)。可替换地或另外地，控制单元200可以通过扬声器111再现存储在存储单元120中的或通过通信单元140接收的数字音频信号(例如，具有mp3、wma、ogg、wav等的文件扩展名的文件)。此外，控制单元200可以通过第一投影仪180和/或第二投影仪185再现存储在存储单元120中的或通过通信单元140接收的数字视频文件(例如，具有mpeg、mpg、mp4、avi、mov、mkv等的文件扩展名的文件)。控制单元200可以根据用户命令、菜单项、图标选择、通过传感器单元130或I/O模块110输入的事件信息等，通过第一投影仪180和/或第二投影仪185向用户显示由控制单元200使用存储在存储单元120中的或从通信单元140接收的数据来配置、获得、或生成的图像数据(例如，GUI)。这时，图像可以是静止图像或视频图像。

图2是示出根据示范性实施例的显示设备100的外表的透视图。

显示设备100可以是具有，例如，一般眼镜外观的便携式终端(或便携式通信终端)或可穿戴设备。显示设备100具有形成显示设备100的外表面的外壳210，并且图1中示出的显示设备100的组件被安装在外壳210内部，或安装在外壳210中以便部分地暴露于外部。

外壳210包括固定了第一窗口190和第二窗口195以分别对应于左眼和右眼的前框架211，以及从前框架211的相对端延伸的第一镜腿(temple frame)212和第二镜腿213。根据另一个示范性实施例，显示设备可以不包括第一镜腿212和第二镜腿213，但是可以包括附接到另一个外壳或框架的前框架211。此外，根据各种示范性实施例，前框架211以及第一镜腿212和第二镜腿213可以被整体地提供，或者提供为可连接的不同的项目。以下，右眼睛和左眼睛可以分别称为第一眼睛和左眼。在本公开中，第一窗口190和第二窗口195可以称为第一窗镶板(window panel)和第二窗镶板。

在前框架211的外表面上，布置了第一相机170、第二相机175、电源按钮114、以及触摸传感器160。

第一相机170被布置在第一窗口190和第二窗口195之间的前框架211的一部分(也就是说，与普通眼镜的眼镜梁相对应的部分)上。但是，应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此，并且第一相机170可以布置在第一窗口190或第二窗口195的附近(例如，上面或紧挨着)。

第二相机175和触摸传感器160被布置在前框架211的侧表面。但是，应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此。例如，根据另一个示范性实施例，触摸传感器160可以布置在前框架211或不同的框架的另一个侧表面或另一个表面上。

在前框架211的上表面上，电源按钮114被布置来开启/关闭显示设备100的电源。但是，应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此。例如，根据另一个示范性实施例，电源按钮114可以布置在前框架211的侧表面上，或者布置在显示设备100的不同部分。

第一投影仪180的第一光导构件430被布置在用户的右眼和第一窗口190之间，而第二投影仪185的第二光导构件435被布置在用户的左眼和第二窗口195之间。

以下，第一窗口190的配置将被描述为第一窗口190和第二窗口195的代表性的示例。

图3示出了根据示范性实施例的第一窗口190的配置。第一窗口190具有其透射率(即，透光度)通过由控制单元200施加的信号或电压来改变的特征。

第一窗口190可以是，例如，电致变色玻璃(electrochromic glass)、悬浮颗粒设备(Suspended Particle Device，SPD)、或液晶(LC)。但是，应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此。例如，根据另一个示范性实施例，第一窗口190可以是光致变色玻璃(photochromic glass)或热致变色玻璃(thermochromic glass)，它们不能通过施加信号而被有源地控制，并且具有通过与具有预定频率的光起反应或与温度变化起反应而改变的透射率。

第一窗口190可以通过各种方法来制造，例如，通过将透射率可控制的物质涂盖在玻璃上，或者将透射率可控的薄膜附着在玻璃上。

在本示范性实施例中，电致变色玻璃被用作第一窗口190。

第一窗口190包括：第一绝缘衬底310；第二绝缘衬底315；层压(laminate)在第一绝缘衬底310的上表面上的第一传导电极320；层压在第二绝缘衬底315下表面上的第二传导电极325；绝缘隔离片(spacer)330，其将第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315彼此隔离，并且封闭在第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315之间的空间；以及充满或包括在第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315之间的空间的电致变色层340和电解质350。

第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315中的每一个可以用透明塑料制造或者包括透明塑料，其中塑料可以是以下各项中的一种，例如，聚丙烯酸酯、聚醚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺等。

第一传导电极320可以由透明的导体制造，并且可以包括，例如，无机材料，诸如，氧化铟锡(ITO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、锑掺杂氧化锡(ATO)、等，或者有机传导材料，诸如聚乙炔、聚噻吩等。

第二传导电极325可以由透明或不透明的传导材料制造，并且可以包括，例如，ITO、FTO、诸如铝(Al)的金属、ATO等中的至少一个。

包括电致变色材料的电致变色层340被布置在第一传导电极320上。电致变色层340可以以薄膜的形式布置在第一传导电极320上。

第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315由隔离片330固定，而第一绝缘衬底310和第二绝缘衬底315之间的间隙充满电解质350。电解质350供应了与电致变色材料起反应的氧化/还原材料。电解质350可以是液体电解质或固体聚合物电解质。其中溶解了例如锂盐(诸如LiOH或LiClO4)、钾盐(诸如KOH)、或钠盐(诸如NaOH)的溶液可以用作液体电解质，但是应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此。固体电解质可以是，例如，多(2丙烯胺(acrylamino)2甲基丙烷磺酸)、多(环氧乙烷)等。

形成或包括在电致变色层340中的材料，即，电致变色材料，可以包括金属有机复合材料，其中金属和具有能够形成与金属的协调的功能团的有机化合物彼此结合(bonded)。金属可以包括轻金属、过渡金属、镧系元素金属、碱金属等中的至少一个。具体地，金属可以包括铍(Be)、钡(Ba)、铜(Cu)、锌(Zn)、铯(Ce)、镁(Mg)、铝(Al)、钛(Ti)等中的至少一个。功能团可以包括羧基、吡啶基团、咪唑基等中的至少一个。有机化合物可以包括紫精衍生物、蒽醌衍生物等中的至少一个。

以下，第一投影仪180的配置将被描述为第一投影仪180和第二投影仪185的代表性的示例。

图4示出了根据示范性实施例的第一投影仪180的配置。

第一投影仪180包括显示元件410、透明玻璃盖420、以及透明光导元件430。

显示元件410向光导元件430投射/输出形成虚像的光线。显示元件410可以具有矩形平板形状，但是应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此，并且可以具有各种形状中的任何一种。显示元件410根据从控制单元200输入的数据以像素为单位来显示图像。显示元件410包括与预置分辨率相对应的像素元件，并且通过驱动像素元件来显示图像。例如，显示元件410可以包括以M×N(例如，1190×720或854×480)矩阵结构排列的像素元件。显示元件410可以是，例如，发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)、硅上液晶(LCOS)等。

玻璃盖420被堆叠或提供在显示元件410的表面上，从而保护显示元件410的表面。玻璃盖420可以具有矩形平板形状，但是应当理解，一个或多个其它示范性实施例不限于此，并且可以具有各种形状中的任何一种。

光导元件430通过内部反射将从显示元件410输入的光线461引导到第四光学表面434，第四光学表面434是位于光导元件430内的反射表面。此外，光导元件430朝向用户的眼睛投射/输出由第四光学表面434反射的光线461，并且使得来自显示设备100的外部的光线462(即，外部光线)穿过第四光学表面434以便投射/输出朝向用户的眼睛。以下，从显示元件410输入的光线461可以被称为第一光线，而从显示设备100的外部输入的光线462可以被称为第二光线。

光导元件430具有棱形形状，并且具有第一光学表面至第四光学表面431、432、433和434。光导元件430包括光导部分440和补偿部分450，它们通过作为反射表面的第四光学表面434彼此分开。在光导元件430的显示元件410侧上的光导部分440包括：主体441，布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460的恒定的厚度(或者在光导元件430的横向上的厚度)；第一部分442，布置在在第一光学表面431和第二光学表面432之间，并且具有朝向显示元件逐渐增加的厚度；以及第二部分443，布置在第三光学表面433与第四光学表面434之间，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。如下所述，视轴460可以被定义为垂直于彼此平行的第二光学表面432和第三光学表面433、并且穿过第四光学表面434的中心或中心部分的轴。

光导元件430在除了相对侧部分(即，第一部分442和第二部分443)的剩余部分(即，主体441)中可以具有恒定的厚度。

第一光学表面431面向显示元件410，并且将从显示元件410入射/输入的形成虚像的光线461发送到光导元件430的内部。

第二光学表面432面向第一窗口190，并且第三光学表面433面向用户的眼睛。第二光学表面432和第三光学表面433将穿过第一光学表面431以便被发送到光导元件430的内部的光线460完全反射以前进到第四光学表面434。也就是说，所发送的光线461是从第二光学表面432和第三光学表面433中的每一个反射，而无需穿过第二光学表面432和第三光学表面433。

第四光学表面434部分地反射输入其的一些光线461，并且允许剩余的光线461穿过它。此外，第四光学表面434允许从显示设备100的外部输入其的一些光线642穿过它，并且反射剩余的光线462。第四光学表面434通过由第二光学表面432和第三光学表面433完全反射来准直和反射输入其的光线461。

第一光学表面到第三光学表面431、432和433是平面(flat face)，而第四光学表面434是旋转非对称和非球面表面(rotationally asymmetric andaspheric surface)。

第二光学表面432和第三光学表面433彼此平行，并且垂直于用户的眼睛的视轴460。

为了减少主体441的厚度t1，第四光学表面434被放置成相对于用户的眼睛的视轴460倾斜。为了减少由于倾斜而造成的所反射的光线461的像散，第四光学表面434被形成或提供为旋转非对称和非球面表面。例如，第四光学表面434可以相对于用户的眼睛的视轴460形成40度或更大的角度。

符号“d2”指示从第四光学表面434的顶点沿着用户的眼睛的视轴460(在所示出的y-z坐标轴中的起点)到第三光学表面433的距离。当第四光学表面434的顶点被放置在光导元件430内部，并且满足条件d2<t1/2时，可以减少所反射的光线461的像差和减少主体441的厚度t1。当d2≥t1/2时，主体441的厚度t1增加，以便减少所反射的光线461的像差，从而不超过预置阈值。当第四光学表面434的顶点不存在于光导元件430内部时(例如，当d2≤0时，即，当顶点位于第三光学表面433以下时)，可能难以正确地测量第四光学表面434，例如，当光导元件430通过注入成型来制造时，并且因此，可能难以校正模具来补偿制造公差。结果，可能难以减少所反射的光线461的像差。

符号“L”指示在光导元件430的第一光学表面431的中心和第四光学表面434的中心(或视轴460或主光线和第四光学表面434的交点)之间的距离。距离L被设置，从而导向或发送到光导元件430的内部的光线461被第二光学表面和第三光学表面完全反射2n次(其中n是自然数)。2n次的完全反射允许显示元件410根据用户的眼睛的视轴460关于第二光学表面432的位置被放置得更接近用户的眼睛，从而能够减少在远离用户的眼睛的方向上从显示设备100向外伸出的空间。结果，能够减少可视量(visual volume)(即，由其他人观察到或觉察到的显示设备100的量)。

符号“α1”指示形成在第二光学表面432和第一光学表面431之间的角度，而符号“α2”指示形成在第二光学表面432和显示元件410的表面412(也就是说，屏幕)之间的角度。当满足条件α1≠α2时，能够减少用于所反射的光线的像场(image field)的曲率。

第二光学表面432和第三光学表面433是彼此平行的平面，并且具有零(0)焦度(或折射焦度)。在这个条件下，能够减少由于光学表面的偏离中心或倾斜而导致的所反射的光线的像差的发生。

从显示元件410输出的光线461通过光导元件430输入到用户的眼睛，并且与显示在显示元件410的屏幕412上的图像相比，用户看到扩大的虚像。在图4中，符号“I”指示用户的眼睛的位置。光导部分440和补偿部分450可以具有符号相反和绝对值相等的焦度。例如，补偿部分450可以被结合或连接到光导部分440的第四光学表面434。当光导部分440和补偿部分450具有符号相反和绝对值相等的焦度时，输入到补偿部分450的外部光线462的入射角和从光导部分440输出的外部光线462的投射角彼此相等，例如，就好像光线穿透或穿过透明的平板的情况一样。也就是说，外部光线462穿透或穿过光导元件430而没有被用户看到扭曲。

由于具有部分传输/部分反射特性的第四光学表面434，用户能够同时看到周围的场景和虚像。

第四光学表面434可以由以下数学式1定义：

数学式1

【数学式1】

$\begin{array}{c}z=\frac{{\mathrm{CUXx}}^2+{\mathrm{CUYy}}^2}{1+\sqrt{1-(1+KX){\mathrm{CUX}}^2{x}^2-(1+KY){\mathrm{CUY}}^2{y}^2}}\\ +AR{\{(1-AP)x^2+(1+AP)y^2\}}^2+BR{\{(1-BP)x^2+(1+BP)y^2\}}^3\\ +CR{\{(1-CP)x^2+(1+CP)y^2\}}^4+DR{\{(1-DP)x^2+(1+DP)y^2\}}^5\end{array}$

在数学式1中，z代表在{x,y}坐标上基本上垂直于z轴的第四光学表面434的凹陷值(也就是说，z轴坐标(毫米单位))，CUX代表第四光学表面434的x轴曲率(x轴曲率半径RX(毫米单位)的倒数，即，1/RX)，CUY代表第四光学表面434的y轴曲率(y轴曲率半径RX(毫米单位)的倒数，即，1/RY)，KX代表x轴圆锥常数，KY代表y轴圆锥常数，AR、BR、CR和DR代表关于旋转对称的第四阶、第六阶、第八阶、以及第十阶系数，以及AP、BP、CP和DP代表关于旋转非对称的第四阶、第六阶、第八阶、以及第十阶系数。

例如，第四光学表面434可以具有RX 76.244、RY 85.870、KY-10.64144、AR-2.19904E-10、BR 6.45377E-15、CR 1.20241E-10、DR 2.85792E-11、KX-0.64786、AP-60.41586、BP 95.02635、CP-0.64648、以及DP-1.26622。

符号“d1”代表第四光学表面434的顶点和视轴460之间的距离。在本示范性实施例中，d1可以是5.5毫米。也就是说，第四光学表面434可以与视轴460偏离中心5.5毫米。第四光学表面434的顶点不与第四光学表面434的中心重合，而是与第四光学表面434的中心偏离(即，沿着与第二光学表面432或第三光学表面433平行的方向的第四光学表面434的宽度的中间位置)。第四光学表面434的顶点可以指从z轴的角度来看、第四光学表面434的最高点或最低点，并且例如根据数学式1，该点在第四光学表面434的定义中成为坐标轴的原点。符号“d2”指示第四光学表面434的顶点和第三光学表面433之间的距离，其中距离可以是0.823毫米。符号“α3”指示由在第四光学表面434的顶点的切线(也就是说，y轴)和第三光学表面433形成的角度，其中在本示范性实施例中，该角度可以是28.36度。符号“α1”指示由第二光学表面432和第一光学表面431形成的角度，其中角度可以是59.72，而符号“α2”指示由第二光学表面432和显示元件410的表面412(也就是说，屏幕)形成的角度，其中该角度可以是28.39。主体441的厚度t1可以是5.5毫米，而第一部分442的厚度t2可以是7.876毫米。主光线C是指在从显示元件410输出的光线当中穿过视轴460的光线。符号“L”指示在显示元件410侧上光导元件430的第一光学表面431的中心(或者主光线与第一光学表面431相遇的点)和第四光学表面434的中心(或者主光线与第四光学表面434相遇的点)之间的距离，其中该距离可以是27.444毫米。在第一光学表面431和玻璃盖420之间的距离沿着主光线可以是3.06毫米，而玻璃盖420的厚度可以是1.425毫米。光导元件430可以形成为ZE-E48R(Zeonex等级E48R)，而玻璃盖420可以形成为BSC7(玻璃代码517.642)。如上所述，L被设置从而导向或被发送到光导元件430的内部的主光线被从第二光学表面432和第三光学表面433完全反射2n次(其中n是自然数)(在本示范性实施例中，四次)。

图5a和图5b示出了根据示范性实施例的光导元件430的像差特性。

图5a示出了光导元件430的纵向球面像差(longitudinal sphericalaberration)，其中纵向球面像差按照波长的改变而改变。

在图5a中，水平轴代表纵向球面像差系数，而垂直轴代表从光轴的中心到图像的边缘的归一化距离(normalized distance)。

如图5a中所示，能够看到根据波长的变化而在纵向球面像差中有一点改变，从而光导元件430的纵向球面像差的发生率是低的。

图5b示出了用于光导元件430的像散像差和像场的曲率，它们是在波长587.56纳米获得的结果。在图5b中，实线代表切线方向上的像散像差，虚线代表径向(sagittal direction)上的像散像差。

在图5b中，实线和虚线之间的差代表像散像差，而实线的曲率代表像场的曲率。

图5b示出了像散像差的改变量和像场的曲率的改变量，其中水平轴代表像散像差或像场的曲率的系数，而垂直轴代表从虚像的中心到虚像的边缘的距离。

从图5b中，从虚像的中心到虚像的边缘能够看出，在像散像差和像场的曲率中有一点改变，从而光导元件430的像散像差和像场的曲率的发生率是低的。

图6示出了根据另一个示范性实施例的第一投影仪180a的配置。在图6中示出的第一投影仪180a具有与图4中示出的第一投影仪180的配置基本上相同或类似的配置，除了光导元件430a的补偿部分没有包括在第一投影仪180a中以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。

光导元件430a具有棱形，并且包括第一光学表面到第四光学表面431、432、433和434。光导元件430a包括：布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间的主体441，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460(或光轴)的恒定的厚度(或光导元件430a的横向上的厚度)；布置在第一光学表面431和第二光学表面432之间的第一部分442，并且具有朝向显示元件410的逐渐增加的厚度；以及布置在第三光学表面433和第四光学表面434之间的第二部分443，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。

图7示出了根据再一个示范性实施例的第一投影仪180b的配置。在图7中示出的第一投影仪180b具有与图4中示出的第一投影仪180的配置基本上相同或类似的配置，除了光导元件430b的光导部分440b具有相同形状的相对侧部分，以及透镜系统470被进一步排列在第一光学表面434和玻璃盖420之间以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。

光导元件430b具有棱形，并且包括第一光学表面到第四光学表面431b、432、433和434。光导元件430b包括通过作为反射表面的第四光学表面434彼此分开的光导部分440b和补偿部分450。光导部分440b包括：布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间的主体441，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460(或光轴)的恒定的厚度(或以光导元件430a的横向的厚度)；布置在第一光学表面431b和第二光学表面432之间的第一部分442b，并且具有朝向显示元件410的逐渐减小的厚度；以及布置在第三光学表面433和第四光学表面434之间的第二部分443，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。

透镜系统470被排列在玻璃盖420和第一光学表面431b之间，并且具有漫射已经从显示元件410输出并已经穿过玻璃盖420的光线461和将漫射光线输入到第一光学表面431b的功能。透镜系统470可以包括多个透镜表面，每个透镜表面折射输入其中的光线461。多个透镜表面可以由至少一个第一透镜471提供。例如，第一透镜471可以包括胶合双重透镜(cemented doubletlens)，其中凹透镜和凸透镜彼此胶合。例如，透镜系统470还可以包括偏振分光器(PBS)472，其使得输入光线中垂直于光线传播方向的第一方向的偏振分量穿过，并反射垂直于光线的传播方向和第一方向两者的第二方向的偏振分量。例如，PBS可以导致第一方向的偏振分量通过第一透镜471入射在第一光学表面431b上。

符号“t1”指示光导元件的主体441的厚度。为了减少主体441的厚度t1，第四光学表面434被放置成倾斜向用户的眼睛的视轴460。为了减少由于倾斜导致的所反射的光线的像散像差，第四光学表面434被形成在旋转非对称和非球面表面中。

符号“d2”指示沿着用户的眼睛的视轴460从第四光学表面434的顶点到第三光学表面433的距离。第四光学表面434的顶点被放置在光导元件430内部，并且当满足条件d2<t1/2时，可以减少由第四光学表面434反射的光线461的像差并且可以减少主体441的厚度t1。当d2≥t1/2时，主体441的厚度t1增加，以便减少所反射的光线461的像差，以便超过预置阈值。当第四光学表面434的顶点不存在于光导元件430b内部时(例如，d2≤0，即，当顶点被放置在第三光学表面433下面时)，可能难以正确地测量第四光学表面434，例如，当光导元件430b通过注入成型制造时，并且因此，可能难以校正模具来补偿制造公差。因此，可能难以减少所反射的光线461的像差。

符号“L”指示第一光学表面431b的中心和第四光学表面434的中心之间的距离(或视轴460或主光线与第四光学表面434相交的点)。距离L被设置从而导向或被发送到光导元件430b的内部的光线被从第二光学表面432和第三光学表面433完全反射2n次(其中n是自然数)。2n次完全反射允许显示元件410根据用户的眼睛的视轴参考第二光学表面432的位置被放置得更靠近用户的眼睛，从而能够减少在远离用户的眼睛的方向上从显示设备100向外伸出的空间。结果，能够减少可视量(即，被其他人观察到或觉察到的显示的量)。

符号“α1”指示由第二光学表面432和第一光学表面431b形成的角度，而符号“α2”指示由第二光学表面432和显示元件410的表面(也就是说，屏幕)形成的角度。当满足条件α1≠α2时，能够减少用于所反射的光线461的像场的曲率。

第二光学表面432和第三光学表面433是彼此平行的平面，并且具有零(0)焦度(或折射焦度)。在这个条件下，能够减少由于光学表面的偏离中心或倾斜而导致的所反射的光线的像差的发生率。

从显示元件410输出的光线461通过光导元件430b被输入到用户的眼睛，与显示在显示元件410的屏幕上的图像相比，用户看到扩大的虚像。在图7中，符号“I”指示用户的眼睛的位置。光导部分440b和补偿光导部分450可以具有符号相反和绝对值相等的焦度。例如，补偿部分450可以结合或连接到光导部分440b。当光导部分440b和补偿部分450具有符号相反和相等绝对值的焦度时，如光线透过或穿过透明平板的情况，例如，输入到补偿部分450的外部光线462的入射角和从光导部分440b输出的外部光线462的投射角彼此相等。也就是说，外部光线462透过或穿过光导元件430b而没有被用户看到失真。

由于具有部分传输/部分反射特性的第四光学表面434，用户能够同时看到周围的场景和虚像。

图8a和图8b示出了根据再一个示范性实施例的光导元件430b的像差特性。

图8a示出了光导元件430b的纵向球面像差，其中纵向球面像差按照波长的改变而改变。

在图8a中，水平轴代表纵向球面像差系数，而垂直轴代表从光轴的中心到图像的边缘的归一化距离。

如图8a中所示，能够看到根据波长的变化而在纵向球面像差中有一点改变，从而光导元件430b的纵向球面像差的发生率是低的。

图8b示出了光导元件430b的像散像差和像场的曲率，它们是在587.5618纳米波长获得的结果，其中实线代表切线方向上的像散像差，而虚线代表径向上的像散像差。

在图8b中，实线和虚线之间的差代表像散像差，而实线的曲率代表像场的曲率。

图8b示出了像散像差的改变量和像场的曲率的改变量，其中水平轴代表像散像差或像场的曲率的系数，而垂直轴代表从虚像的中心到虚像的边缘之间的距离。

从图8b中，从虚像的中心到虚像的边缘能够看出，在像散像差和像场的曲率中有一点改变，从而光导元件430b的像散像差和像场的曲率的发生率是低的。

图9示出了根据再一个示范性实施例的第一投影仪180c的配置。第一投影仪180c具有与在图7中示出的第一投影仪180b的配置基本上相同或类似的配置，除了光导元件430c的补偿部分没有包括在第一投影仪180c中以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。

光导元件430c具有棱形，并且包括第一光学表面到第四光学表面431b、432、433和434。光导元件430c包括：布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间的主体441，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460(或光轴)的恒定的厚度；布置在第一光学表面431b和第二光学表面432之间的第一部分442b，并且具有朝向显示元件410的逐渐增加的厚度；以及布置在第三光学表面433和第四光学表面434之间的第二部分443，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。

图10和图11是用于描述显示设备100的光线透射率控制的视图。第一窗口190和第二窗口195的透射率可根据控制单元200的控制来调节，从而能够增强虚像的可见度，诸如GUI。根据各种示范性实施例，第一窗口190和第二窗口195之一或全部两者的透射率是可调节的，并且可以一起调节或分别调节(即，彼此独立)。而且，透射率可以根据用户输入、根据预置设定(例如，基于一天当中的时间、季节、或所获得的环境信息)、基于感测或测量的参数(例如，周围环境的发光强度)等来调节。

由于第一窗口190和第二窗口195中的每一个的光线透射率能够根据施加的电压的改变来调节，所以能够减少第一投影仪180和/或第二投影仪185的输出。结果，能够减少第一投影仪180和/或第二投影仪185的整个功率消耗和发热，并且能够增加显示设备100的电池150的使用时间。

图10示出了用户在室内观看TV的情况。

参考图10，用户在用户穿戴显示设备100的状态下，在室内观看TV 510。而且，在具有较低周围发光强度的房间中，由于由第一投影仪180和第二投影仪185形成的第一虚像520和第二虚像525的可见度较高，第一窗口190和第二窗口195的透射率被设置为相对较高。例如，控制单元200可以设置第一窗口190和第二窗口195的透射率为最大、30％、或更大。在本示范性实施例中，第一虚像520和第二虚像525彼此相等，除了它们的显示器位置以外。

图11示出了用户在露天环境中看到周围场景的情况。

参考图11，用户在用户穿戴显示设备110的状态下，在露天环境中观看周围的场景530。而且，在具有较高周围发光强度的露天环境中，由于由第一投影仪180和第二投影仪185形成的第一虚像520和第二虚像525的可见度较低，第一窗口190和第二窗口195的透射率被设置为相对较低。例如，控制单元200可以设置第一窗口190和第二窗口195的透射率为最小的、10％、或更小。

在图10和图11中，第一虚像520和第二虚像525不是形成在第一窗口190和第二窗口195上的图像，而是显示给用户的图像。在图10和图11中，虚像中的每一个被显示为不透明的。然而，虚像可以显示为部分地或完全地透明，从而位于虚像下面的周围场景能够被透视过。

控制单元200通过传感器单元130测量周围发光强度。当周围发光强度低于第一预置参考发光强度或者周围发光强度处于第一发光强度范围时，控制单元200增加第一窗口190和第二窗口195的透射率(即，透射率被设置为相对较高)，而当周围发光强度大于第二预置参考发光强度或者周围发光强度处于第二发光强度范围时，控制单元200减小第一窗口190和第二窗口195的透射率(即，透射率被设置为相对较低)。当周围发光强度处于第三发光强度范围时，控制单元200可以将第一窗口190和第二窗口195的透射率维持现状。参考发光强度可以是当前设置的周围发光强度，并且当周围发光强度没有改变时，控制单元200可以将第一窗口190和第二窗口195的透射率维持现状。控制单元200可以将当前设置的周围发光强度和/或透射率存储在存储单元120中。

存储单元120可以存储代表彼此对应的周围发光强度值和透射率(和/或窗口190和窗口195中的每一个的施加的电压值)的数据表格，并且控制单元200通过，例如，映射、内插、或基于数据表格的数学公式的计算，计算与周围发光强度值相对应的目标透射率(和/或窗口190和窗口195中的每一个的施加的电压值)。控制单元200将与所计算的透射率相对应的电压施加到窗口190和窗口195中的每一个，并且更具体地，施加到玻璃中的每一个以调整窗口190和窗口195中的每一个的透射率到目标透射率。根据各种示范性实施例，控制单元200可以对全部窗口190和窗口195两者一起执行上述过程，或者对于窗口190和窗口195中的每一个分别地执行上述过程。在后一种情况下，一个或多个传感器单元130可以用来测量周围发光强度。

图12和图13a和图13b是用于描述根据示范性实施例的基于指纹的快捷键运行的视图。

参考图12，触摸传感器160可以具有指纹感测功能。例如，用户可以将用户的右手610的拇指指纹611、食指指纹612、中指指纹613、无名指指纹614、以及小手指(即，小手指)指纹615中的至少一个与显示设备100的功能或用户账户映射到一起。

在本示例中，用户将电话应用620映射在拇指指纹611上，并且将消息应用625映射在无名指指纹614上。

参考图13a，当用户输入拇指指纹到触摸传感器160时，控制单元200响应于用户输入运行电话应用。控制单元200使用存储在存储单元120中的数据配置呼叫应用窗口710，并通过投影仪180和投影仪185向用户显示所配置的呼叫应用窗口710。

电话应用在呼叫应用窗口710上显示用于输入电话号码的小键盘714和菜单项712，诸如小键盘变换、近期记录、联系人信息、以及书签。

参考图13b，当用户输入无名指指纹到触摸传感器160时，控制单元200响应于用户输入运行消息应用。控制单元200使用存储在存储单元120中的数据配置消息应用窗口720，并通过投影仪180和投影仪185向用户显示所配置的消息应用窗口720。

消息应用在消息应用窗口720上显示用于输入文本的小键盘724和菜单项722，诸如消息传输和文件附件。

图14是用于描述根据示范性实施例的根据指纹输入的用户账户改变功能的视图。

在本示例中，分别映射到第一指纹到第四指纹的第一用户账户到第四用户账户821、822、823和824被存储在存储单元120中。

当用户输入指纹到触摸传感器160时(见由参考标号810指示的步骤)，控制单元200从存储单元120检索与从触摸传感器160接收的指纹信息匹配的指纹信息，从而能够确定映射到检索到的指纹信息的用户账户。替换地，存储单元120可以存储映射到用户的第一指纹到第四指纹的第一用户账户到第四用户账户821、822、823和824(例如，用户账户、电子邮件账户、ID)。在本示例中，与当前使用的第一用户账户821相对应的项目被以重点标记来显示，根据用户的指纹输入选择第四用户账户824，并且控制单元200通过投影仪180和投影仪185向用户显示根据第四用户账户824的虚像830。

图15是用于描述根据示范性实施例的使用外围电子设备的显示设备100的屏幕控制方法的视图。

控制单元200可以通过通信单元140执行与显示设备100周围的外围电子设备的短程通信，以便使用外围电子设备提供显示设备100的屏幕控制服务。在本示例中，显示设备100可以与可穿戴电子设备进行通信，诸如包括短程通信模块的智能手表930或便携电话920。所述短程通信可以是，例如，近场通信(NFC)、射频标识(RFID)、蓝牙、低功耗蓝牙(BLE)、ZigBee、红外(IR)通信、Wi-Fi直连、家庭射频(RF)、或数字生活网络联盟(DLNA)。在短程通信中，控制单元200可以通过通信单元140从电子设备接收用户的触摸922或932信息，并且根据触摸信息将显示在显示设备100上的虚像改变为另一个虚像。例如，控制单元200可以通过通信单元140将显示在显示设备100上的虚像信息发送到智能手表930或便携电话920，并且基于从智能手表930或便携电话920接收的触摸922或932信息执行图像改变，诸如光标921在虚像中的移动、项目选择、焦点(高亮项目选择)移动、或其它项目的显示。

此外，当从便携电话920接收触摸信息时，控制单元200可以向便携电话920发送虚像信息，包括由于虚像的限制大小而没有显示在显示设备上的其它项目(例如，诸如游戏应用、音乐应用、以及相机应用的各种应用)，以及当前显示在显示设备100上的项目(也就是说，如图所示的电话应用、联系人信息应用、消息应用、主菜单应用)。而且，控制单元200根据从便携电话920接收的触摸信息执行显示设备100的立即的屏幕改变。例如，当用户通过便携电话920向显示设备100发送音乐应用的选择信息时，控制单元200可以将主屏幕改变到音乐应用屏幕以显示音乐应用屏幕。

图16示出了用于描述使用相机的显示设备100的屏幕控制方法的视图。

第一相机170可以用于拍照相对于用户的眼睛的位置(或光导元件的位置)的前主题和辨识所述前主题的目的。第二相机175可以用于拍照相对于用户的眼睛的位置的更低主题和辨识所述更低主题(例如，用户的手)的目的。

图16(a)示出了通过第一相机170拍照的前图像1010，而图16(b)示出了通过第二相机175拍照的下图像1020。控制单元200可以从通过第二相机175拍照的下图像1020中辨识用户的手或手指1030，并且根据手或手指1030的手势改变显示在显示设备上的虚像。例如，当用户向右移动手指1030(见箭头1035)时，控制单元200可以执行虚像改变，诸如在显示在显示设备100上的虚像中向右移动光标，选择右边项目，向右移动焦点(用户选择指示)，或显示分配给向右方向的其它项目。

图17示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪180d的配置。在图17中示出的第一投影仪180d具有与在图7中示出的第一投影仪180b的配置基本上相同或类似的配置，除了透明玻璃盖420没有包括在第一投影仪180d中以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。

光导元件430b具有长棱形，并且包括第一光学表面到第四光学表面431b、432、433和434。光导元件430b包括通过作为反射表面的第四光学表面434彼此分开的光导部分440b和补偿部分450。根据另一个示范性实施例，补偿部分450可以省略。光导部分440b包括：布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间的主体441，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460(或光轴)的恒定的厚度(或以光导元件430b的横向的厚度)；布置在第一光学表面431b和第二光学表面432之间的第一部分442b，并且具有朝向显示元件410的逐渐减小的厚度；以及布置在第三光学表面433和第四光学表面434之间的第二部分443，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。

透镜系统470被排列在玻璃盖420和第一光学表面431b之间，并且具有漫射从显示元件410输出的光线1121到1125和将漫射光线输入到第一光学表面431b的功能。透镜系统470可以包括多个透镜表面，每个透镜表面折射输入的光线1121到1125，其中多个透镜表面可以由至少一个第一透镜471提供。例如，第一透镜471可以包括胶合双重透镜，其中凹透镜和凸透镜彼此胶合。例如，透镜系统470还可以包括偏振分光器(PBS)472，其使得输入光线1121到1125中垂直于光线1121到1125的传播方向的第一方向的偏振分量穿过，并反射垂直于全部光线1121到1125的传播方向和第一方向的第二方向的偏振分量。例如，PBS可以导致第一方向的偏振分量通过第一透镜471入射在第一光学表面431b上。

从显示元件410输出的光线1121到1125通过光导元件430b被输入到用户的眼睛，与显示在显示元件410的屏幕上的图像相比，用户看到扩大的虚像。由于具有部分传输(穿过)/部分反射特性的第四光学表面434，用户可以同时(即，同步)看到周围场景和虚像。

从显示元件410输出的光线1121到1125当中的第一光线到第三光线1121、1122和1123沿着正常的(也就是说，设计的)路线前进，并输入到用户的眼睛1110以形成正常的(也就是说，清楚的)虚像，并且从显示元件410输出的光线1121到1125当中的第四光线1124和第五光线1125沿着异常的(也就是说，非设计的)路线前进，然后输入到用户的眼睛1110以形成形状与正常虚像的至少一部分相同或不同但是看起来模糊的鬼像(即，异常的)。

例如，在第二光学表面432的一部分1131和/或第三光学表面433的一部分1132上，其中没有从光导部分440b的内部入射第一光线到第三光线1121、1122和1123(或入射不多于预置阈值的少量光线)，但是入射第四光线1124和/或第五光线1125(例如，仅仅第四光线1124和/或第五光线1125入射)，可以形成或提供鬼像预防构件(或遮光构件)，以便将没有被导向用户的眼睛1110的第四光线1124和/或第五光线1125提取到光导部分440b的外部(例如，使用散射、反射、和/或传输)，或者吸收第四光线1124和/或第五光线1125。

例如，在第四光学表面434的部分1133上，其中没有入射第一光线到第三光线1121、1122和1123，但是仅仅入射第四光线1124和/或第五光线1125，可以形成或提供鬼像预防构件(或遮光构件)，以便将没有被导向用户的眼睛1110的第四光线1124和/或第五光线1125提取到光导部分440b的外部(例如，使用散射、反射、和/或传输)，或者吸收第四光线1124和/或第五光线1125。

例如，在第四光学表面434的部分1134上，其中没有入射第四光线1124和/或第五光线1125(或入射不多于预置阈值的少量光线)，但是入射第一光线到第三光线1121、1122和1123(例如，仅仅第一光线到第三光线1121、1122和1123入射)，可以形成或提供反射薄膜，以便至少部分地反射第一光线到第三光线1121、1122和1123朝向用户的眼睛1110，从而没有导向用户的眼睛1110的第四光线1124和/或第五光线1125能够通过没有形成或提供反射薄膜的第四光学表面434的剩余部分被提取到光导部分440b的外部(例如，使用散射或传输)。

图18示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪180e的配置。在图18中示出的第一投影仪180e具有与图17中示出的第一投影仪180d的配置相同或类似的配置，除了第一投影仪180e还包括鬼像预防构件1231和反射薄膜1234以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。而且，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180e还可以包括提供在显示元件410的表面上的透明玻璃盖。而且，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180e可以不包括补偿部分450。

鬼像预防构件1231可以形成或提供在第二光学表面432和/或第三光学表面433的部分上，其中没有从光导部分440b的内部入射第一光线到第三光线1121、1122和1123，但是入射形成鬼像的光线。鬼像预防构件1231可以将没有导向用户的眼睛1110的形成鬼像的光线提取到光导部分440b的外部(例如，使用散射、反射或传输)或吸收光线。例如，鬼像预防构件1231可以形成在第二光学表面432的一部分上，其中没有入射第一光线到第三光线1121、1122和1123，但是入射形成鬼像的光线。

反射薄膜1234可以形成在(例如，只形成在)第四光学表面434的一部分上，其中没有入射形成鬼像的光线，但是只入射第一光线到第三光线1121、1122和1123。反射薄膜1234可以至少部分地反射第一光线到第三光线1121、1122和1123朝向用户的眼睛1110，并且至少部分地穿过/传输从第一投影仪180e的外部输入的光线。

图19a到图19d举例说明根据各种示范性实施例的各种鬼像预防构件1310、1320、1330、以及1340。

参考图19a，第一鬼像预防构件1310可以形成或提供在主体441的第二光学表面432上以散射(或漫射)输入光线。例如，第一鬼像预防构件1310可以通过使用模具的光导元件430b/光导部分440b的注入成型来形成，或者通过利用砂纸或类似的磨料来打磨第二光学表面432来形成。

参考图19b，第二鬼像预防构件1320可以形成或提供在主体441的第二光学表面432上以吸收入射光线。第二鬼像预防构件1320可以通过在第二光学表面432上涂覆或打印遮光墨水(例如，黑墨水)来形成。

参考图19c，第三鬼像预防构件1330可以形成或提供在主体的第二光学表面432上以吸收入射光线。第三鬼像预防构件1330可以通过使用胶粘构件1332(例如，胶粘带或光学透明胶粘(OCA)带)附加遮光薄膜1332(例如，黑色薄膜)来形成。

参考图19d，凹槽形式的第四鬼像预防构件1340可以形成或提供在主体441的第二光学表面432上以至少部分地反射入射光线以穿过第三光学表面433，或者至少部分地穿过/传输入射在第二光学表面432上的光线。第四鬼像预防构件1340可以通过使用模具的光导元件430b/光导部分440b的注入成型来形成，或者通过利用V形或U形切割工具切割第二光学表面432来形成。

图20示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪180f的配置，而图21和图22是用于描述图20的第一投影仪180f的操作的视图。在图20中示出的第一投影仪180f与图17中示出的第一投影仪180d基本上相同或类似，除了第一投影仪180f还包括支撑491、外壳492、第一光源481和第二光源482、第二透镜483、图像传感器484、以及致动器485以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。

光导元件430b具有棱形，并且包括第一光学表面到第四光学表面431b、432、433和434。光导元件430b包括通过作为反射表面的第四光学表面434彼此分开的光导部分440b和补偿部分450。根据另一个示范性实施例，第一投影仪180f可以不包括补偿部分450。光导部分440b包括：布置在第二光学表面432和第三光学表面433之间的主体441，并且具有沿着看向前侧的用户的眼睛的视轴460(或光轴)的恒定的厚度(或以光导元件430a的横向的厚度)；布置在第一光学表面431b和第二光学表面432之间的第一部分442b，并且具有朝向显示元件410的逐渐减小的厚度；以及布置在第三光学表面433和第四光学表面434之间的第二部分443，并且具有在远离显示元件410的方向上逐渐减小的厚度。而且，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180f还可以包括提供在显示元件410的表面上的透明玻璃盖。而且，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180f还可以包括鬼像预防构件和/或反射薄膜。

透镜系统470a被排列在显示元件410和第一光学表面431b之间，并且具有漫射从显示元件410输出的第一光线1120和将漫射光线输入到第一光学表面431b的功能。透镜系统470a可以包括多个透镜表面，每个透镜表面折射输入其的光线，其中多个透镜表面可以由至少一个第一透镜471提供。例如，第一透镜471可以包括胶合双重透镜，其中凹透镜和凸透镜彼此胶合。例如，透镜系统470a还可以包括分光器(BS)472a，其穿过输入其的第一光线1120(例如，可见光)并反射输入其的第二光线(例如，IR光线)。例如，从显示元件410输出的第一光线1120顺序地穿过分光器472a和第一透镜471以便入射在第一光学表面431b上。

第一光源481和第二光源482中的每一个可以投射第二光线朝向用户的眼睛1110。从用户的眼睛1110反射的第二光线可以输入到光导元件430b。

第二透镜483能够使得从光导元件430b输出的第二光线汇聚在图像传感器484的光线接收面(或表面)上。

图像传感器484可以将通过第二透镜483输入的第二光线转换为电图像信号(例如，数字图像)并将电图像信号输出到控制单元200。

第二支撑491可以具有棱柱形状，其一端打开(opened)，横侧和另一端关闭(closed)。支撑491可以至少部分地容纳在其中，并且支撑光导元件430b、透镜系统470a、显示元件410、第二透镜483、以及图像传感器484。例如，在第一部分442b侧上的光导元件430b的一部分被固定地插入支撑491中，并且透镜系统470a、显示元件410、第二透镜483、以及图像传感器484可以固定地容纳在支撑491中。

致动器485包括能够执行向后和向前移动的臂486，并且臂486的一端可以固定到支撑491。致动器485可以使第一臂486a沿着光导元件430b的纵向(或垂直于看向前侧的用户的眼睛1110的视轴(或光轴)的方向)向前或向后移动以对应于根据来自控制单元200的控制信号的距离或位置。根据臂486、支撑491、以及光导元件430b的移动，固定到支撑的透镜系统470a、显示元件410、第二透镜483、以及图像传感器484还可以沿着光导元件430b的纵向移动(见箭头493)。

外壳492可以具有棱柱形状，其一端打开(opened)，横侧和另一端关闭(closed)。外壳492可以至少部分地容纳在其中，并且支撑所述支撑491和致动器485。例如，支撑491和致动器485固定地容纳在外壳492中。

参考图21，第一光源481和第二光源482中的每一个可以朝向用户的眼睛1110投射第二光线1130(例如，IR光线)。从用户的眼睛1110反射的第二光线1130可以输入到光导元件430b。

第二光线1130可以通过第三光学表面433入射在第四光学表面434上，而第二光线1130可以由第四光学表面434反射。第二光学表面432和第三光学表面433可以将由第四光学表面434反射的第二光线1130完全反射到第一光学表面431b。

在已经穿过第一光学表面431b之后，第二光线1130可以通过第一透镜471输入到分光器472a，而分光器472a可以将第二光线1130反射朝向第二透镜483。

第二透镜483可以使得从分光器472a输出的第二光线1130汇聚在图像传感器484的光线接收面(或表面)上。图像传感器484可以将通过第二透镜483输入的第二光线1130转换为电图像信号(例如，数字图像)并将电图像信号输出到控制单元200。

例如，控制单元200可以从通过图像传感器484获得的用户的眼睛1110的图像中辨识与用户的眼睛1110的虹膜1112相对应的虹膜图像部分，并且比较从辨识的虹膜图像部分中提取的特征的信息(例如，边缘、角、图像图案、或轮廓)与已经先前存储在存储单元120中的用户的虹膜的注册的特征信息。当所提取的特征信息和先前存储的特征信息彼此重合，控制单元200可以确定检测到了注册的用户。

例如，响应于检测到注册的用户，控制单元200可以向外部电子设备(例如，服务器、通过短程通信连接的外围电子设备等)发送注册的用户的认证/秘密信息(例如，虹膜信息、用户识别信息、用户私密信息)，或者运行预置的操作或功能(例如，解锁功能、应用运行功能、用户账户改变功能、多媒体控制功能等)。

例如，控制单元200可以从通过图像传感器484获得的用户的眼睛1110的图像中辨识眼睛图像部分。可以使用有关技术的眼睛辨识方法来执行眼睛识别，其中，举例来说，可以使用存储在存储单元120中的眼睛的轮廓或模板。例如，控制单元200可以通过多个用户的眼睛执行眼睛学习，并且基于眼睛学习从输入图像中辨识眼睛。眼睛学习信息可以存储在存储单元120中。

控制单元200可以检测所辨识的眼睛的用户的凝视方向。控制单元200可以使用有关技术的眼睛跟踪或眼睛检测技术检测用户的凝视方向。控制单元200可以从虹膜或瞳孔的姿态、姿势、或位置中检测到凝视方向(或，视线/视线方向/查找方向)。控制单元200可以响应于检测到用户的凝视方向执行预置操作或功能(例如，屏幕卷动、屏幕改变、对象选择、聚焦移动、或目标移动)。

参考图21，可以基于第四光学表面434和眼睛1110之间的距离、第四光学表面434和图像传感器484之间的距离、以及第四光学表面434的大小/面积来确定第一投影仪180f的视角(或可以在静止状态由图像传感器484在一个视点检测到的主题的一部分1141(在本示例中对应于眼睛1110))。

参考图22，当第一投影仪180f的视角不能完全覆盖眼睛1110时，控制单元200可以执行控制，从而眼睛1110在第一投影仪180f移动时被拍照。

控制单元200可以发送控制信号，用于将臂486移动到致动器485。致动器485可以将臂486向前朝向光导元件430b移动以对应于根据控制单元200的控制信号的距离或位置。根据臂486、支撑491、以及光导元件430b的向前移动，固定到支撑491的透镜系统470a、显示元件410、第二透镜483、以及图像传感器484也以远离致动器485或外壳492的方向移动(见箭头494)。

图22示出了第一投影仪430b的视角(或者可以在静止状态由图像传感器484在一个视点检测到的主题(在本示例中，对应于眼睛1110)的一部分1142)根据光导元件430b(和第四光学表面434)的移动而移动的状态。

图23示出了根据又一个示范性实施例的第一投影仪180g的配置，而图24是用于描述图23的第一投影仪180g的操作的视图。图23中示出的第一投影仪180g具有与在图20中示出的第一投影仪180f的配置基本上相同或类似的配置，除了使用了第一支撑491a和第二支撑491b而不是一个支撑491，以及使用了第一致动器485a和第二致动器485b而不是一个致动器485以外。因此，相同的组件将被以相同参考标号来表示，并且以下冗余的描述将被省略。根据另一个示范性实施例，第一投影仪180g可以不包括补偿部分450。而且，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180g还可以包括提供在显示元件410的表面上的透明玻璃盖。此外，根据另一个示范性实施例，第一投影仪180g还可以包括鬼像预防构件和/或反射薄膜。

第一支撑491a可以具有棱柱形状，其相对端打开(opened)，侧表面关闭(closed)。第一支撑491a可以容纳在其中，并且支撑光导元件430b的至少一部分。例如，在第一部分442b侧上的光导元件430b的一部分可以被固定地插入第一支撑491a中。

第二支撑491b可以具有棱柱形状，其一端打开(opened)，侧表面和另一端关闭(closed)。第二支撑491b可以至少部分地容纳在其中，并且支撑至少第二透镜483和图像传感器484。例如，第二透镜483和图像传感器484可以被容纳，并且固定在第二支撑491b中。

第一致动器485a包括能够执行向前和向后移动的第一臂486a，其中第一臂486a的一端可以固定到第一支撑491a。第一致动器485a可以使第一臂486a沿着光导元件430b的纵向(或垂直于看向前侧的用户的眼睛1110的视轴(或光轴)的方向)移动以对应于根据来自控制单元200的控制信号的距离或位置。根据第一臂486a的移动，第一支撑491a和固定到第一支撑491a的光导元件430b还可以沿着光导元件430b的纵向移动(见箭头495)。

第二致动器485b包括能够执行向前和向后移动的第二臂486b，其中，第二臂486b的一端可以固定到第二支撑491b。第二致动器485b可以使第二臂486b沿着光导元件430b的纵向(或垂直于看向前侧的用户的眼睛1110的视轴(或光轴)的方向)移动以对应于根据来自控制单元200的控制信号的距离或位置。根据第二臂486b的移动，第二支撑491b和固定到第二支撑491b的光导元件430b还可以沿着光导元件430b的纵向移动(见箭头496)。

参考图23，可以基于第四光学表面434和眼睛1110之间的距离、第四光学表面434和图像传感器484之间的距离、以及第四光学表面434的大小/面积来确定第一投影仪180g的视角(或可以在静止状态由图像传感器484在一个视点检测到的主题的一部分1143(在本示例中对应于眼睛1110))。

参考图24，当第一投影仪180g的视角不能完全覆盖眼睛1110时，控制单元200可以执行控制，从而眼睛1110在第一投影仪180g移动时被拍照。

控制单元200可以发送用于将第一臂486a移动前往第一致动器485a的控制信号。第一致动器485a可以将第一臂486a向前朝向光导元件430b移动以对应于根据控制单元200的控制信号的距离或位置。根据第一臂486a的向前移动，第一支撑491a和固定到第一支撑491a的光导元件430b也以远离第一致动器485a或外壳492的方向移动(见箭头497)。

控制单元200可以发送控制信号，用于将第二臂486b移动到第二致动器485b。第二致动器485b可以将第二臂486b向前朝向光导元件430b移动以对应于根据控制单元200的控制信号的距离或位置。根据第二臂486b、第二支撑491b、以及第二透镜483的向前移动，固定到第二支撑491b的图像传感器484也以远离第二致动器485b或外壳492的方向移动(见箭头498)。

图24示出了第一投影仪180g的视角(或者可以在静止状态由图像传感器484在一个视点检测到的主题(对应于在本示例中的眼睛1110)的一部分1144)根据光导元件430b(和第四光学表面434)的移动而移动的状态。

根据按照控制单元200的控制的第一致动器485a和第二致动器485b的操作，光导元件430b、第二透镜483、以及图像传感器484可以一起向前移动或向后移动。

将理解，至少一个示范性实施例可以以软件、硬件、或者它们的组合的形式来实施。例如，在图1中示出的显示设备100中，诸如存储单元120、通信单元140、以及控制器200的组件可以分别实施为包括，例如，电路、至少一个处理器等的设备。任何这样的软件可以存储在，例如，易失性或非易失性存储器设备中，诸如只读存储器(ROM)，存储器，诸如随机存取存储器(RAM)，存储器芯片，存储器设备，或集成电路(IC)，可记录光学或磁性介质，诸如光盘(CD)、数字多功能盘(DVD)、蓝光盘(BD)、磁盘、或磁带，而不管其被擦除的能力或其被重新记录的能力。还能够理解，包括在便携式终端中的存储器是适合于存储包括由处理器设备运行、由此实施示范性实施例的指令的程序的机器可读设备的一个示例。因此，一个或多个示范性实施例包括程序和存储这样的程序的机器可读存储介质，所述程序包括用于实施在本说明书中的任何权利要求中定义的装置或方法的代码。而且，所述程序可以由预定介质电子地传递，诸如通过有线或无线连接传递的通信信号，并且本公开适当地包括所述程序的等同物。

虽然在上面的描述中描述了示范性实施例，但是能够进行各种修改而不脱离本发明构思的范围。因此，不应该由上述示范性实施例来确定本发明的范围，而是由以下权利要求以及它们的等同物来确定。

Claims (15)

1.一种可穿戴显示设备，包括：

显示元件，被配置为投射形成虚像的第一光线；以及

光导元件，被配置为将来自显示元件的第一光线和从可穿戴显示设备的外部输入的第二光线引导到预定位置，

其中，所述光导元件包括：

第一光学表面，来自显示元件的第一光线通过其被输入；

第二光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；

第三光学表面，被配置为反射通过第一光学表面输入的第一光线；以及

第四光学表面，被配置为将由第二光学表面和第三光学表面反射的，所反射的第一光线，反射到预定位置，

其中，第一光学表面、第二光学表面、以及第三光学表面是平面，并且

其中，第四光学表面是旋转非对称反射表面。

2.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，第四光学表面的顶点与第三光学表面之间的距离小于第二光学表面与第三光学表面之间的距离的一半。

3.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中：

第二光学表面和第三光学表面彼此平行；以及

第四光学表面相对于垂直于第二光学表面和第三光学表面的方向倾斜。

4.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，第四光学表面传输一些第一光线，并将剩余的第一光线反射到预定位置。

5.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，第一光线的主光线被第二光学表面和第三光学表面完全反射2n次，其中n是自然数。

6.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，第二光学表面与第一光学表面之间的角度不等于第二光学表面与显示元件的表面之间的角度。

7.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中：

所述光导元件还包括：

光导部分，包括第一光学表面、第二光学表面、第三光学表面、以及第四光学表面，以及

补偿部分，结合到光导部分的第四光学表面，

其中，所述光导部分和补偿部分具有符号相反和绝对值相同的焦度。

8.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述光导元件还包括：

在第二光学表面与第三光学表面之间、并且具有恒定的厚度的主体；

在第一光学表面与第二光学表面之间、并且具有朝向显示元件逐渐增加的厚度的第一部分；以及

在第三光学表面与第四光学表面之间、并且具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度的第二部分。

9.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，其中，所述光导元件还包括：

在第二光学表面与第三光学表面之间、并且具有恒定的厚度的主体；

在第一光学表面与第二光学表面之间、并且具有朝向显示元件逐渐减小的厚度的第一部分；以及

在第三光学表面与第四光学表面之间、并且具有在远离显示元件的方向上逐渐减小的厚度的第二部分。

10.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，还包括：

第一窗口和第二窗口，在可穿戴显示设备的正面上；以及

控制器，控制第一窗口和第二窗口的透射率。

11.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，还包括：

第一相机，被配置为捕捉关于光导元件的位置的前主题的图像；

第二相机，被配置为捕捉关于光导元件的位置的更低主题的图像；以及

控制器，被配置为从通过第二相机捕捉的图像中辨识手或手指，根据所辨识的手或所辨识的手指的手势将显示在可穿戴显示设备上的虚像改变为另一个虚像。

12.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，还包括在第二光学表面或第三光学表面上的遮光构件，其吸收一些第一光线或提取一些第一光线到光导元件的外部。

13.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，还包括致动器，被配置为移动光导元件。

14.如权利要求1所述的可穿戴显示设备，还包括：

光源，被配置为朝向预定位置输出第三光线；以及

图像传感器，被配置为通过光导元件接收第三光线的反射的部分。

15.如权利要求14所述的可穿戴显示设备，还包括至少一个致动器，被配置为一起移动光导元件和图像传感器。