CN107533224A - 用于无阻挡观看的可佩戴光学显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用户可佩戴光学显示系统，所述用户可佩戴光学显示系统包括：用户可附接段，所述用户可附接段用于将所述用户可佩戴光学显示系统可拆卸地安装到用户头部；部分透射部分反射透镜，所述部分透射部分反射透镜与所述用户可附接段耦接并且被配置成面向所述用户的至少一只眼睛；以及电光单元，所述电光单元与所述用户可附接段和所述部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接，所述电光单元包括：处理器；以及光投射单元，所述光投射单元与所述处理器耦接，所述光投射单元被配置成将光束发射到所述部分透射部分反射透镜上；其中所述电光单元被配置成相对于所述用户可附接段定位成使得当所述用户可佩戴光学显示系统被安装在所述用户上时，所述电光单元位于所述用户的眉间区。

Description

用于无阻挡观看的可佩戴光学显示系统
本公开技术领域
本发明公开的技术整体涉及光学系统，并且具体地讲，涉及可佩戴光学显示系统。
本公开的技术的背景
眼镜和太阳镜(即，护目镜)等结合有电子装置的头戴式光学仪器和装置通常是本领域中已知的。此类装置的例子包括头戴式显示器(HMD)，也称为头盔显示器，头戴式显示器被戴在用户头上，并且包括诸如电子显示器的图像源，图像源产生指向一只眼睛的图像(在单目情况下)或指向该用户双眼的图像(在双目情况下)。另一种类型的头戴式装置为光学头戴式显示器(OHMD)，光学头戴式显示器是透视式HMD(也称为“光学透视式HMD”)，允许用户透过其进行观看并在上面观看生成的图像。
示例性现有技术装置是在转让给谷歌公司的名称为“Wearable Device withInput and Output Structures”的Olsson等人的美国专利申请公开No.：US 2013/0044042A1中公开的，并且涉及头戴式装置，该头戴式装置用于接收用户输入并在它的显示器上呈现信息。头戴式装置包括框架、两个透镜元件、透明显示器、机载计算系统、第一投射器、第二投射器、摄像机、传感器和手指可操作触摸板。框架包括中心框架支撑件、多个透镜元件、中心框架支撑件、延伸侧臂。延伸侧臂被配置成将头戴式装置固定到用户的脸、鼻子和耳朵上。机载计算系统、摄像机、传感器和手指可操作触摸板通常位于延伸侧臂之一上。摄像机被配置成捕获图像。传感器包括陀螺仪或加速度计。手指可操作触摸板通过感测用户的手指移动来接收用户输入。第一投射器耦接到延伸侧臂之一的内表面并且被配置成将显示投射到透镜元件之一的内表面上。类似地，第二投射器耦接到另一延伸侧臂的内表面并且被配置成投射到另一透镜元件的内表面上。透镜元件用作组合器。其他实施方案包括耦接到延伸侧臂之一或中心框架支撑件的单个透镜元件。单个透镜元件包括在用户观看时覆盖计算机生成的图形的显示器。机载计算系统被配置成接收和分析来自摄像机和手指可操作触摸板的数据并且生成图像以用于由透镜元件输出。
本发明公开的技术的概述
本公开的技术的目的是提供一种新颖且用户可佩戴的光学显示系统，该光学显示系统以投射光的形式向佩戴该系统的用户提供信息，而不阻挡用户的能视域(FOR)。根据本公开的技术，因此提供了一种用户可佩戴光学显示系统，该用户可佩戴光学显示系统包括用户附接段、部分透射部分反射透镜和电光单元。用户附接段用于将用户可佩戴光学显示系统可拆卸地安装到用户头部。部分透射部分反射透镜，其与用户附接段耦接，被配置成面向用户的至少一只眼睛。电光单元与用户附接段和部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接。电光单元包括处理器和光投射单元。处理器与光投射单元耦接。光投射单元被配置成将光束发射到部分透射部分反射透镜上。电光单元被配置成相对于用户附接段定位成使得当用户可佩戴光学显示系统被安装在用户上时，电光单元位于用户的眉间区。
根据本公开的技术的另一个实施方案，提供了一种光学显示系统，该光学显示系统被配置成用于附接到用户可佩戴光学装置。用户可佩戴光学装置包括用户附接段和部分透射部分反射透镜。光学显示系统包括电光单元和至少一个耦接件。部分透射部分反射透镜与用户附接段耦接。用户附接段被配置成用于将用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户头部。部分透射部分反射透镜被配置成面向用户的至少一只眼睛。电光单元包括处理器和光学投射单元。处理器与光投射单元耦接。光投射单元被配置成将光束发射到部分透射部分反射透镜上。至少一个耦接件被配置成将电光单元与用户附接段和部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接。电光单元可配置成相对于用户附接段定位成使得当用户可佩戴光学装置被安装在用户上时，电光单元位于用户的眉间区。
根据本公开的技术的又一个实施方案，提供了一种光学显示系统，该光学显示系统被配置成用于附接到用户可佩戴光学装置。用户可佩戴光学装置包括用户附接段，该用户附接段被配置成用于将用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户头部。光学显示系统包括电光单元、部分透射部分反射透镜和至少一个耦接件。电光单元包括处理器、光投射单元和至少一个耦接件。处理器与光投射单元耦接。光投射单元被配置成将光束发射到部分透射部分反射透镜上。部分透射部分反射透镜与电光单元耦接。部分透射部分反射透镜被配置成面向用户的至少一只眼睛。至少一个耦接件被配置成将电光单元和部分透射部分反射透镜与用户附接段耦接。电光单元可配置成相对于用户附接段定位成使得当用户可佩戴光学显示系统被安装在用户上时，电光单元位于用户的眉间区。
根据本公开的技术的另一个实施方案，提供了用于向用户呈现图像的光学显示系统。光学显示系统包括部分透射部分反射透镜和电光子系统。部分透射部分反射透镜被配置成面向用户的至少一只眼睛。电光子系统被配置成相对于部分透射部分反射透镜具有固定位置。电光子系统包括图像生成器、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和曲面镜。图像生成器被配置成生成并辐射光束以形成图像。图像生成器、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和曲面镜相对于彼此位于固定位置，以允许图像沿着光路行进穿过第一透镜，然后穿过第二透镜，然后从曲面镜反射并再次穿过第二透镜和穿过第一透镜，然后朝向第三透镜，然后穿过第四透镜，且然后从部分透射部分反射透镜朝向用户的至少一只眼睛反射。
附图简述
通过下面结合附图进行的详细描述，将更加全面地理解和领会本公开的技术，附图中：
图1是根据第一实施方案的单目平视显示器(HUD)眼镜的前视图的示意图；
图2是根据第二实施方案的双目HUD眼镜的前视图的示意图；
图3是穿过图1所示实施方案的光学系统的光路的示意图，为了清晰起见，在平面折叠轻微展开；
图4是图2所示实施方案的顶视图的示意图；
图5是根据图1的实施方案的光学透镜和镜封闭在机械壳体中的单目HUD眼镜的后视图的示意图；
图6A是根据本公开的技术的另一个实施方案构造和操作的用户可佩戴光学显示系统的示意图；
图6B是图6A的用户可佩戴光学显示系统呈分解视图的示意图；
图7A是示出了图6A的用户可佩戴光学显示系统在用户上呈安装构型的示意图；
图7B是示出了图6A的用户可佩戴光学显示系统在用户身上呈安装构型的侧视图的示意图；
图8是根据本公开的技术的图6A至图7B的实施方案构造和操作的电光单元(更详细强调其电子元件)的示意图；
图9是穿过根据本公开的技术的图6A至图7B的实施方案构造和操作的光投射单元(强调其光学元件)的光路示意图；
图10A是示出了向佩戴用户可佩戴光学显示系统的用户提供的典型垂直能视域的示意图；
图10B是示出了向佩戴用户可佩戴光学显示系统的用户提供的典型水平能视域的示意图；
图11是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的另一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统的包括电光单元和部分透射部分反射透镜的一个主要部分与包括框架的另一个主要部分之间的耦接构型的示意图；
图12是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的又一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统的包括电光单元的一个主要部分与包括部分透射部分反射透镜和框架的另一个主要部分之间的耦接构型的示意图；
图13是示出了根据本公开的技术的特定实施方案构造和操作的光学适应性方案的一个方面的示意图；
图14是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的另一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统的包括框架和电光单元的一个主要部分与包括部分透射部分反射透镜的另一个主要部分之间的耦接构型的示意图；以及
图15是示出了根据本公开的技术的又一个实施方案构造和操作的用户可佩戴光学显示系统与用户头部的示例性替代耦接的示意图。
实施方案的详述
本公开的技术通过提供一种用户可佩戴光学显示系统来克服现有技术的缺点，该系统以投射光(例如，图像)的形式向佩戴该系统的用户提供信息，而不阻挡用户的能视域(FOR)。FOR可通常被定义为可在给定时刻由用户的稳定眼睛感知的物理环境的所有点。用户可佩戴光学显示系统包括用户附接段(诸如框架、眼镜、条带等)、部分透射部分反射透镜(通常是透视式的)和电光单元(也称为电光子系统)。用户附接段被构造、配置且操作用于将用户可佩戴光学显示系统可拆卸地安装到用户头部。部分透射部分反射透镜与用户附接段耦接且被配置成面向用户的至少一只眼睛。电光单元与用户附接段和部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接。电光单元包括处理器和与处理器耦接的光投射单元。光投射单元被构造、配置且操作用于将光束发射到部分透射部分反射透镜上。电光单元相对于用户附接段配置且定位成使得当用户可佩戴光学显示系统被安装在用户上(由用户佩戴)时，电光单元位于用户的眉间区。眉间区域在本文中被定义为覆盖眉间的区域，眉间在人体中是位于眉毛之间且鼻子上方的解剖区域。在电光单元和用户附接段(例如，框架)的这种相对构型中，用户可佩戴光学显示系统为用户提供在用户的FOR内对视觉环境的无阻挡观看能力并且同时能够在该FOR内呈现数据(例如，以光编码数据例如图像、符号数据、文本、图形等的形式)。
用户可佩戴光学显示系统，其以紧凑形式构造以致基本上容纳在用户的眉间区(当佩戴时)并且通常重量较轻，向用户提供光编码数据或可互换地光编码信息(即，以数据编码的光或持有信息的光)的近眼呈现(例如，投射)。部分透射部分反射透镜允许生成的光编码数据至少部分地背离其表面朝向用户的眼睛反射，同时允许来自由用户观看的周围或前向物理环境的进入光至少部分透射穿过其中。有效地，部分透射部分反射透镜被配置、构造且操作为光学组合器，该光学组合器使光编码数据能够与物理环境的观看场景叠加(重叠)。叠加可以在用户的FOR中的任何地方与用户的视线同轴对齐。根据一种呈现，光编码数据被投射成使得它被呈现在用户的FOR的中心。另选地，光编码数据被呈现在用户的FOR的其他位置(例如，右侧、上侧等)。与现有技术的用户可佩戴装置相比，这些现有技术的用户可佩戴装置将其系统的操作(功能)元件的实质部分(大部分)在用户可佩戴装置的框架结构中或沿着用户可佩戴装置的框架结构容纳、并入和/或设置，本公开的技术提供了用户可佩戴光学显示系统，该用户可佩戴光学显示系统采用一种不同的方法，其中主要功能元件(例如，光学元件、透镜和电子设备)的大部分位于佩戴用户可佩戴光学显示系统的用户的眉间区。其他现有技术装置将各种功能元件(除透视镜本身之外)诸如近眼显示器定位在用户眼睛前方，使得它们至少部分地(或甚至完全地)阻挡或限制用户固有的FOR。将光学元件诸如半透明折叠镜、分光器、近眼显示器等定位于用户眼睛前方的现有技术系统可能不符合护目镜的安全规定和标准。本公开的技术的用户可佩戴光学显示系统在部分透射部分反射透镜的构造和/或制造中使用防破碎材料，使得其展现防破碎和耐冲击的品质，并且进一步符合一般来说护目镜且具体地讲用于运动应用的护目镜(诸如，太阳镜)的安全标准。此外，部分透射部分反射透镜被构造且光学地设计为薄的(例如，厚度约0.8-2.5毫米之间)，以便减少诸如棱镜偏差的失真效应并减轻重量。
本公开的技术一般适用于各种使用和用户，并且尤其适用于用户眼睛持续注意动态物理环境的活动情形期间(例如，“四处奔走中”、“移动中”)需要视觉信息的情况(尽管物理地不活动情形诸如阅读期间的适用性也是可行的)。可以理解的是，本公开的技术在运动范围(例如，骑自行车、骑摩托车、赛车、滑雪、高空跳伞等)中具有适用性，其中通常具有快速变化的动态环境，其中对用户FOR的任何遮蔽都不能受到损害，因为它可能成为一个安全问题。本公开的技术不特别限于确定范围，因为它同样可以适用于各种范围或领域，诸如：军事应用(例如，在作战情况期间)；在车辆的操纵、处理、指挥、操作或驾驶期间；在飞机或其他船舶(例如，轮船)的引航期间；在工厂的制成产品的验证期间；在计算机游戏中；等等。
被设计用于军事用途的头戴式显示器或平视显示器(HUD)可能无法满足民用理想或必要的规格。例如，与许多军事HUD相关联的体积、重量和费用可能会阻止这些设计渗透到民用，且特别是娱乐市场。
本发明提供了一种HUD系统，其被设计为一般比其他现有技术设计更小和更轻。各种实施方案适合普通大小的眼镜，提供增强的图像，产生高达35度的视场(对角线视场)，并与许多便携式电子装置介接。
一般来讲，在图1中示出根据本文公开的一些实施方案的遮护板平视显示器，而在图2中示出另一个。这些遮护板实施方案呈卷绕眼镜的形式，但也可以采用基于头盔的形式、基于镜的形式和其他形式。本文使用的术语“遮护板”是指在佩戴者的视野内的对象，其部分地透射光并且以及部分地反射光(例如，生成的图像被遮护板反射)。例如，遮护板可以是具有部分反射特性的透镜、镜或其他(至少部分反射的)对象，无论词语“遮护板”是否通常用于描述它。
转向图1，单目HUD眼镜100包括框架110、至少两个杆120和遮护板130。光学系统140在遮护板130的表面上生成对于HUD眼镜100的佩戴者的至少一只眼睛可见的图像。在各种实施方案中，这图像包括数据、与用户相关的图像、与用户活动有关的数据。在一些实施方案中，图像涉及游戏、电子邮件或电影图像，而在其他实施方案中，图像包括用户相关的生理数据(诸如心率、血压或其他数据)、驾驶和导航数据等。
图2所示的第二实施方案示出了包括一对光学系统240和245的双目HUD眼镜；每个光学系统均向用户的至少一只眼睛提供图像。除了上面结合图1讨论的显示器之外，在各种实施方案中，这些光学系统还可操作以显示数据、图像、立体图像、3D图像等。
图3示出了基本类似地起作用的光学系统140、240和245(在图1和图2中示出)中的至少一个的光路的示意图。为了清楚起见，在图3的示意图中，已从光路中去除由平面镜162产生的光学折叠。在图3所示的实施方案中，数据源170向图像生成器152提供信息，该图像生成器利用该信息为平视显示器生成图像。图像生成器152可以是有机发光二极管(OLED)、液晶显示器(LCD)等。
由图像生成器152产生(即，生成和照射)的图像的光线在其被曲面(例如，球面、非球面、双曲面、椭圆面、抛物面、超环面)镜156反射之前和之后穿过透镜154、薄的塑性弯月形“校正器”透镜两者。在一个实施方案中，球面镜156和柱面透镜154的这种组合校正由球面遮护板反射器130引起的象散和失真。在本发明的实施方案中，镜156优选为球面前表面镜。另选地，镜156为充当曼京镜的后表面镜。它可由任何合适的材料包括塑料制成。透镜158与透镜160和透镜154光学匹配，以便放置和准直用户眼睛的瞳孔131处的图像。在本发明的实施方案中，透镜160、158和154是塑性弯月形透镜。在透镜160与透镜158之间出现中间图像。系统的各种透镜和镜可由玻璃、塑料或任何其他合适的材料制成。各种透镜和镜采用不同塑料的组合提供系统的良好的消色差，从而减少对较庞大的较重的玻璃型消色差透镜的需求。
最后，图像被HUD眼镜的遮护板130朝向观察者的瞳孔131反射。在本发明的实施方案中，遮护板130是球面的，而在其他实施方案中，遮护板130可以是非球面的、抛物面的、超环面的等。此外，在本发明的实施方案中，遮护板130通常具有均匀反射率、部分反射率或沿着观看方向(例如，垂直方向)变化的反射率，如同在某些传统太阳镜的透镜中一样。实施球面遮护板的设计通常比一些其他现有技术设计更灵活，且对制造中的微小变化较不敏感。
在本发明的实施方案中，图像生成器152优选地是来自eMagin的OLED型超视频图形阵列(SVGA)微显示器。其他实施方案可以使用来自Kopin或来自类似源(例如，制造商)的LCD型SVGA显示器。这些显示器中的任何一个可以在单色以及全色模式下使用。然而，在该示例性实施方案中，OLED型显示器是优选的，因为通常具有高亮度能力以及低功耗。
透镜154和160优选地由诸如丙烯酸或聚碳酸酯的轻质塑料材料制成，尽管可以使用其他透镜材料诸如尿烷类单体。类似地，镜156可以是球面、非球面、抛物面、超环面等形状，以便与透镜154以及与系统的其余部分形成适当的组合。在各种实施方案中，镜156由塑料、玻璃、金属或其他材料制成。镜156和162可以使用复制过程来制作。透镜158优选由聚苯乙烯或聚碳酸酯型塑料制成。
遮护板130优选地由塑料制成，并且在各种实施方案中可以是着色的、未着色的、用可变和/或光敏动态着色处理的或在一侧涂覆有薄膜反射涂层的。该薄膜可以应用于整个内部侧(面向用户)，或仅部分地应用(例如，面向部分或贴片)。具体地讲，遮护板130优选地由聚碳酸酯塑料或其他展现防破碎和耐冲击性能的材料制成，以增强眼睛的安全性。遮护板130使用各种方法诸如机械方法和/或化学方法(例如，经由粘合剂)附接到框架110。
图2所示的眼镜包括包含光学系统240、245并且每个都向用户的眼睛中的相应一个提供平视显示图像的光学系统对。每个光学系统均包括图像生成器252、透镜254、镜256、透镜258、镜262、透镜260和可用于反射生成的HUD图像的遮护板230。
为了检查，结合图1所述的实施方案涉及HUD光学系统140，该HUD光学系统使用与曲面镜156对准的透镜154，并且图像经过该透镜两次(即，第一次是在被曲面镜156反射之前，而第二次是在被反射之后)。此外，本文的公开内容示出了HUD显示系统，该HUD显示系统使用与透镜154组合的两个非双透镜158和160，其中在透镜158与160之间形成中间图像。
转向图5，图5是根据图1的实施方案的光学透镜和镜封闭在机械壳体中的单目HUD眼镜的后视图的示意图。在图5所示的实施方案中，光学组件180经由附接特征172、174和176附接到框架110。在各种其他实施方案中，这些特征可以在数量和位置以及支撑光学组件180以及具体地讲支撑遮护板130和眼镜100的相对位置的类型(例如，使用螺钉、焊接接头、模制柱附件和其他附接方法)方面发生变化。如图5所示，光学组件180包括容纳所有透镜和镜以及图像生成器152的塑料壳体。在图5的本发明的实施方案中，光学组件180的生成器部分182包括图像生成器152(根据所示的视图生成朝向左侧的输出图像(未示出))、透镜154和镜156，如上文所述。光学组件180的输出部分184包括透镜158和160(图5中未示出)和折叠镜162(图5中未示出)。从输出部分184生成的输出图像被遮护板130并朝向用户的瞳孔131(图5中未示出)反射。
在各种实施方案中，用于创建出现在显示器上的信息、图像和/或视频的动态显示的数据在不同实施方案中以各种方式由数据源170动态地提供给第一图像生成器(例如，图像生成器152)。例如，可以以字符形式(即，数字、字母、符号)显示数据，以及显示用户符号、图形、视频图像或其任何组合。该数据可以由外部装置诸如传感器(例如，通过使用全球定位系统(GPS)获得的位置数据、生物特征等)或智能电话(例如，图像、媒体、文本、数字和符号数据等)提供给图像生成器152。类似地，静止图像、动态变化的图形以及文本、数字和符号数据可以由视频游戏、便携式媒体播放器等产生，并且例如经由有线和/或无线数据传输技术(包括例如Wi-Fi、Wi-MAX等)传送到图像生成器152。
上文结合图1至图5所述的实施方案描述了一种光学系统，其主要电光学部件相对于佩戴该系统的用户位于基本上位于用户眉毛上方的前额区。相反，以下实施方案公开了一种用户可佩戴电光系统，该用户可佩戴电光系统的电光单元(即，容纳主要电光部件)相对于佩戴该系统的用户在鼻子上方和眉毛之间完全定位，或者也称为眉间(在人体中)，其细节将在下面的实施方案中描述和阐明。
现在参考图6A、图6B、图7A和图7B。图6A是根据本公开的技术的另一实施方案构造和操作的用户可佩戴光学显示系统(一般标记为300)的示意图。图6B是图6A的用户可佩戴光学显示系统呈分解视图的示意图。图7A是示出了在用户上呈安装构型的图6A的用户可佩戴光学显示系统的示意图。图7B是示出了在用户身上呈安装构型的图6A的用户可佩戴光学显示系统的侧视图的示意图。用户可佩戴光学显示系统300包括通常呈框架302形式的用户附接段、部分透射部分反射透镜304和(至少部分地)容纳在电光单元壳体308中的电光单元306(也称为电光单元306的本体)。用户附接段302，其以框架(例如，类似眼镜)的形式实施，包括两个镜腿310L和310R(杆部分)、耦接在镜腿310L与310R之间的桥310B(“桥状部”)和鼻梁架312。术语“用户附接段”和“框架”在这里是可互换的，并且是指被配置且操作用于与用户可佩戴光学显示系统300的佩戴者耦接的对象。框架302还可以包括可拆卸前段313。镜腿310R、310L和鼻梁架312被构造且操作用于将用户可佩戴光学显示系统300分别支撑在用户270的耳朵274R、274L和鼻子276上(图7A和图7B)。框架302使用户可佩戴光学显示系统300能够可拆卸地安装到用户270的头部272，如图7A和图7B所示。部分透射部分反射透镜304与框架302耦接，并且被配置为面向佩戴可佩戴光学显示系统300的用户270的眼睛278R和278L。
参考图6B，电光单元壳体308经由多个耦接件与框架302机械地耦接，该多个耦接件包括独立的耦接件(本文中也可以互换地表示为“附接特征”、“耦接特征”和耦接件)，其被实施为螺钉3141、3142、3143、螺丝螺母3161、3162、3163和刚性耦接板317。具体地讲，框架302与电光单元306之间的耦接是经由通过框架302的相应接纳通孔318F并通过刚性耦接板317的相应接纳通孔318C的螺钉3141、3142、3143实现的，使得它们分别接合螺母3161、3162、3163。电光单元壳体308的本体包括凹槽318G，其被构造且操作用于牢固地容纳螺母座3161、3162和3163。凹槽318G可以是螺纹的，以及螺母座3161、3162和3163也是螺纹的。另选地，可以采用其他形式的耦接来诸如通过化学耦接(例如，通过使用粘合剂)、热耦接和粘结、磁耦接(例如，通过使用磁体)、它们的组合(例如，使用机械耦接)等耦接框架302和电光单元306(通常经由电光单元壳体308)。另选地，电光单元壳体308与部分透射部分反射透镜304机械地耦接。进一步另选地，电光单元壳体308与框架302和部分透射部分反射透镜304耦接。用户可佩戴光学显示系统300通常呈眼镜(例如，太阳镜)的形式，其中部分透射部分反射透镜304通常可以形成为两个不同的部分，一个透镜(304L)面向用户270的左眼278L，另一个透镜(304R)面向用户270的右眼278R。每个透镜片304R和304L的包括曲率的光学性质(例如，球面、非球面、双曲面、椭圆面、抛物面、超环面等)彼此相同或可以不同。另选地，部分透射部分反射透镜304形成为单一部分。
电光单元306相对于框架302定位成使得当用户可佩戴光学显示系统300被安装到用户270上时，电光单元306基本上位于用户270的眉间区280(图7A)。眉间区280在本文中被定义为覆盖眉间(也称为眉中间)的区域，其为人体中位于眉毛之间且位于鼻子上方的解剖区域。如图7A和图7B所示，在安装(附接)构型中，用户可佩戴光学显示系统300通过镜腿310L和310R与用户270的侧面(镜腿)区域即耳朵274L和274R(图7B所示的右侧)的接合和支撑以及通过鼻梁架312与用户270的鼻子276的接合而被牢固地保持在用户270上的适当位置。在安装构型中，眉间区280(或其至少一部分)通常可位于桥状部310B的中间区域处。
鼻梁架312可以包括用于耦接到部分透射部分反射透镜304的细长凹槽319(图6B)，使得细长凹槽319的至少一部分与部分透射部分反射透镜304的至少一个(切出)边缘部分接合。细长凹槽319可以形成为固定地容纳各种厚度的部分透射部分反射透镜304。鼻梁架可由各种材料诸如橡胶、塑料金属、其组合等制成。通常，鼻梁架312与部分透射部分反射透镜304耦接，且另外宽度通常可变以便适应不同用户的不同鼻子尺寸，以及提供用户可佩戴光学显示系统相对于用户眼睛位置的精确且稳定定位。鼻梁架312可以包括鼻垫(未示出)，以便针对用户270的鼻子276提供舒适滑动配合。优选地，鼻梁架312与电光单元壳体308(图6B中未示出)耦接，如将在本公开的技术的其他实施方案中所描述的那样。进一步另选地，鼻梁架312与电光单元壳体308和框架302中的任一个耦接(或与两者耦接以增强机械支撑)。
现在进一步参考图8和图9。图8是根据本公开的技术的图6A至图7B的实施方案构造和操作的电光单元(更详细强调其电子元件)的示意图。图9是穿过根据本公开的技术的图6A至图7B的实施方案构造和操作的光投射单元(更强调其光学元件)的光路示意图。参考图8，电光单元306包括处理器320、光投射单元322、存储器装置324、用户接口326以及任选地通信模块328。光投射单元322、存储器装置324、用户接口326和通信模块328与处理器320耦接。电光单元306由电源(未示出)供电。电源可以以可容纳在镜腿310L和310R(未示出)中的至少一个电池的形式来实施。另选地或除此之外，太阳能阵列可以与框架302和/或部分透射部分反射透镜304(例如，通过采用本领域已知的透明太阳能阵列(例如，太阳能窗口技术))集成。
具体参考图9并且返回参考图7A，光投射单元322包括：图像生成器340；透镜342、344、348和350；以及曲面镜346，从而如图所示形成光学布置和光线路径。任选地，布置在沿着光路的图像生成器340和透镜342之间的位置处的平面折叠镜341(在图9中未示出折叠光束)可以被配置且操作用于折叠(图7A)所生成的光束，如图所示，如图7A所示。折叠镜341有助于最小化光投射单元322的空间尺寸，使得电光单元306可以基本上满足基本上位于用户270的眉间区280处的空间约束。进一步任选地，布置在沿着光路的透镜348和350之间的位置处的平面折叠镜349(在图9中未示出折叠光束)可以被配置且操作用于折叠(即，镜面反射)从透镜348折射的出射光束。光束(即，在图9中例示为光线且在图7A例示为主要光线–由粗体虚线表示)的光路源自图像生成器340，穿过透镜342、344，从曲面镜346反射，再次穿过(即，折射)透镜344和342，然后穿过透镜348和350，并且在适当的过程中，从部分透射部分反射透镜304向用户270的眼睛278R和278L中的至少一个反射，如将更详细地描述的。
根据本公开的技术，用户可佩戴光学显示系统300被配置且操作用于生成并将光编码数据(即，包含数据的光)以光表示(例如，图像、图形信息、符号系统等)的形式投射到部分透射部分反射透镜304上，部分透射部分反射透镜304被同时配置和操作，以至少部分地将光(即，以数据编码或包含信息)朝向佩戴该系统的用户的眼睛反射，以及至少部分地透射来自用户能视域的场景中的进入光(即，相对于用户的面向外的环境)。部分透射部分反射透镜304基本上用作光学准直的透明(或半透明)显示器，使得能够覆盖投射到其表面上的图像和其他数据，而不阻挡用户观看的场景。处理器320(图8)被配置且操作用于生成数据(未示出)，例如以传送图像数据和/或图形表示数据的电信号的形式，并将该数据发送到光投射单元322。数据通常被存储、检索并且此外还可以在存储器装置324中被操纵和修改，存储器装置324通常以非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、闪存、磁存储装置(例如，硬盘)、铁电只读存储器(F-RAM)、光学存储器(例如，光盘)等)以及易失性存储器(例如，RAM)的形式实现。
光投射单元322被配置且操作用于从处理器320接收数据，基于从其接收的数据生成光编码数据，并将光编码数据投射到部分透射部分反射透镜304上。在本文中可互换使用的术语“光编码数据”和“光编码信息”通常是指用数据编码的光，并且更具体地讲，是指包含在至少一个域中展现的信息的光，例如光谱域(即，波长-颜色)、空间域(例如，一维或多维，例如一维(1-D)图像(例如，点或像素)、二维(2-D)图像、三维(3-D)图像)、时域(例如，改变–帧速率)、偏振域(例如，通过使用光偏振编码技术)等。例如，在编码数据为2-D彩色视频的情况下，生成和投射的光编码数据在以下域中展现出变化：时域(即，随着连续图像帧的变化而变化)；空间域(即，随着图像空间的变化而变化，如同图像帧内移动对象的情况中一样)；颜色域(即，表示图像中的对象的不同颜色)；以及光强度域(即，例如表示亮度)。
具体地讲，光投射单元322的图像生成器340(图9)从处理器320接收数据(由箭头338表示)，并且生成准直光束(用数据编码)，该准直光束在图9中以代表性方式作为从图像生成器340朝向透镜342发出(辐射)的多个光线。透镜342，其通常为凸凹(弯月形)透镜，折射该光束并将折射光束朝向透镜344中继，透镜344相对于透镜342光学对准。透镜344折射从透镜342中继的折射光束，并将光束引向曲面镜346，曲面镜346与透镜344光学对准。透镜344通常是凹凸(弯月形)透镜，并且曲面镜346通常是凹球面(前表面或替代地，后表面)镜。另选地，镜346可以展现与球面镜不同的曲率，诸如非球面、双曲面、椭圆面、抛物面、超环面等。光学元件组(组合)，其包括透镜342、透镜344和曲面镜346，被构造并且被光学地布置以校正由例如部分透射部分反射透镜304的曲率等光学特性引起的像散和失真等像差。从透镜344到达的折射光束撞击曲面镜346，使得因此反射的光束被引导(再次)穿过透镜344和透镜342，从而相对于进入的折射光束形成一个角度。因此，来自曲面镜346的反射光束再次折射穿过透镜342和344，此时发出的折射光束被引向透镜348。
曲面镜346以及透镜342和344的组合允许从图像生成器340生成和辐射的进入光束两次穿过(折射穿过)透镜342和344，从而能够预先校正当光束被部分透射部分反射透镜304反射时引起的像散和失真。一般来讲，在倾斜像散中，与来自对象平面中径向线和切向线的离轴光线在图像空间中以不同的距离聚焦。透镜342与透镜344在光学布置中的作用是通过减小光学元件的整体焦距来增加光学系统的光学功率，且从而能够有效减少光投射单元322的物理尺寸并且进一步实现调整以最小化象散和失真。
透镜348接收来自透镜342和透镜344的折射光束，将光束折射并中继到透镜350。透镜348和350通常是双凸型(尽管可以使用其他类型，例如平凸)。透镜348被光学构造并且操作用于在位于透镜348和透镜350之间的光路的位置的中间图像平面352处形成中间图像。所定位的光束折叠镜349进一步位于沿着该光路的透镜348与350之间的位置处，其被光学构造且操作用于将来自透镜348的光束朝向透镜350(图7A)以镜面反射。折叠镜349进一步有助于最小化光投射单元322的空间尺寸，使得电光单元306可以基本上满足基本上位于用户270的眉间区280处的空间约束。中间图像的形成便于放大所输出的生成图像，并且扩大呈现给用户的视野(FOV)。形成的中间图像是由于曲面镜344以及透镜342和342的光学布置(和光学特性)而产生的像差补偿图像(或像差校正图像)。这种像差补偿形成的中间图像在至少部分地由部分透射部分反射透镜304的曲率产生的像差之前，使得入射到其上并从中反射的光线被像差校正。
部分透射部分反射透镜304被构造且操作用于部分地反射从图像源(即，图像生成器340)入射到其上的光束，并且部分地透射来自周围环境(即，场景)中外部半透明视图的进入光。有效地，部分透射部分反射透镜304用作光组合器，使得来自图像源的光和来自外部场景的光被组合以形成组合图像(未示出)，该组合图像被指向并提供给用户的至少一只眼睛。部分透射部分反射透镜304可以被认为包括面向用户的表面356和大致彼此相对的面向外的表面358。部分透射部分反射透镜304通常具有曲率(例如，球面、椭球面等)。部分透射部分反射透镜304被构造为在光学上为薄透镜(即，面向用户的表面356和面向外的表面358的曲率半径几乎为一个且相同)，以便最小化或至少降低光学失真效应，如棱镜偏差等。棱镜偏差是由于折射而导致的光线路径的方向的变化。
部分透射部分反射透镜304通常由刚性、耐用的透镜级材料诸如玻璃(例如，光学冠状玻璃)、聚碳酸酯、等)以及至少一个反射光学涂层(其厚度(至少在某种程度上)确定其反射特性)构造。反射透射比，其通常取决于入射在部分透射部分反射透镜304上的光的波长，可以变化。典型的反射百分比通常在20％-40％之间；而典型的总透射百分比在8％-70％之间。从这些百分比得出的任何比都是可行的。具体地讲，部分透射部分反射透镜304可能存在超过一个反射透射比(其可以不同或相同)。一个反射透射比与撞击在面向用户的表面356上的光(由图像生成器340产生)相关联，另一个与撞击在部分透射部分反射透镜304的面向外表面358上的光相关联。根据一个实现，面向外的表面358的反射率可以大于面向用户的表面356的反射率。其他不同的实现可以是可能的，例如，其中面向外的表面358(即，和/或部分透射部分反射透镜304的至少一部分)可以嵌入呈微晶形式的卤化银(银盐)，其赋予透镜光致变色性质。任选地，防反射涂层也可以施加到面向外的表面358上。此外，任选地，防磨蚀涂层也可以施加到部分透射部分反射透镜304。进一步任选地，防雾涂层可以施加到部分透射部分反射透镜304上。进一步任选地，部分透射部分反射透镜304可以被涂覆和/或并入光偏振材料，其通常增强通过透镜观看到的图像的对比度(例如，在积雪环境中尤其明显)。部分透射部分反射透镜304在其结构和/或制造中采用防破碎(“防破碎”)材料(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、它们的组合等)，使得其展现防破碎和耐冲击的质量。此外，部分透射部分反射透镜304一般符合已知护目镜且特别是用于运动应用的护目镜(例如，太阳镜)的安全标准。
在光束从部分透射部分反射透镜304反射之后，其朝向用户270的至少一只眼睛(由光线箭头指示)穿过光圈(止动件)354。可以控制光圈354的开口(经由处理器320)，以允许不同程度的光通量(即，辐射通量密度或辐照度)通过其中并控制光准直程度。光圈354可以以例如在数字照相机中使用的机电光圈机构的形式来实现。另选地，光圈354是用户的一只眼睛中的瞳孔(未示出)。
通信模块328被配置且操作用于传送和接收往返电光单元306的数据。例如，通信模块328可以接收数据，以首先将其转换为光表示数据，且然后由光投射单元322投射到部分透射部分反射透镜304上。通信模块328被进一步配置且操作用于与诸如Wi-Fi路由器、计算机服务器、启用的装置、启用互联网的装置等外围通信装置(未示出)进行通信。用户接口326被配置且操作用于分别相对于用户接收、发射和提供(例如，呈现)数据。用户接口326优选地是人机接口(HMI)，其可以包括图形用户接口(GUI)(例如，经由触摸屏)、语音用户接口、手势用户接口、用户运动跟踪接口、用户注视跟踪输入接口、基于文本的用户接口、非命令用户接口(推测用户行为)等。用户接口326可以与框架302耦接，诸如沿着镜腿310L、310R和桥状部310B(未示出)。此外，用户接口326可以包括至少一个麦克风(未示出，例如，用于接收语音命令)以及至少一个扬声器(未示出，例如用于生成声音以传送给用户和用户周围环境)。
图像生成器340被配置且操作为近眼显示器，通常以有机发光二极管(OLED)显示器的形式实现。另选地，图像生成器340可以采用其他类型的显示器技术，例如液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(ELD)、硅基液晶(LCoS/LCOS)显示器、有源矩阵液晶显示器(AMLCD)、量子点显示器(QLED)等中的那些。
用户可佩戴光学显示系统300为佩戴该系统的用户270提供对用户的能视域(FOR)内视觉场景的无阻挡观看能力，并且同时能够在该FOR内向用户呈现光编码数据。与通过将至少一些不透明的功能元件定位在用户眼睛的前面来至少部分地阻挡用户的FOR从而减少用户的FOR的现有技术系统相比，本公开的技术的系统被光学地配置且构造成展现出减小的物理尺寸，例如允许电光单元306基本上位于用户的眉间区，以便最小化对用户FOR的硬件阻挡。
为了进一步详细说明通过用户可佩戴光学显示系统300给用户提供的增强型FOR，现在进一步参考图10A和图10B。图10A是示出了提供给佩戴用户可佩戴光学显示系统的用户的典型垂直能视域的示意图。图10B是示出了提供给佩戴用户可佩戴光学显示系统的用户的典型水平能视域的示意图。图10A示出了用户270的头部272的右侧视图，其示出了相对于水平(水平面，例如水平线)视角轴370提供给用户270的典型垂直FOR，用户270佩戴用户可佩戴光学显示系统300(为了清楚起见，未示出)。在水平视角轴370上方(即，向上垂直观看方向)的垂直FOR约为50°-55°之间。提供给用户270的位于水平视角轴370下方(即，向下垂直观看方向)的垂直FOR约为70°-80°之间。因此，提供给用户270的总垂直FOR约为120°-135°之间。
图10B示出了用户270的头部272的顶视图，其示出了相对于(右眼)中心线轴线372(即，“中央视线(LOS)轴”或“中央向前视线方向”)提供给用户270的典型水平FOR，用户270佩戴用户可佩戴光学显示系统300(未示出)。用户270的(右)眼278R到中心线轴372的左边(即，沿着向左方向)的水平FOR为约62°。用户270的(右)眼278R到中心线轴372的右边(即，沿着向右方向)的水平FOR为约94°。(左)眼278L的典型水平FOR(即相对于左中心线轴(未示出))与(右)眼278R相似。因此，向用户270的每只眼睛提供的总水平FOR为约156°。
根据本公开的技术的另一实施方案，提供了一种光学显示系统，该光学显示系统被配置为用于耦接到用户可佩戴光学装置(例如，护目镜诸如眼镜、太阳镜等)，其中用户可佩戴装置包括框架，该框架被配置为将用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户的头部。该耦接件可以是可拆卸的(例如夹子)或固定的(例如在永久附件中)。实质上，光学显示系统被配置、构造和操作成与不同用户的用户可佩戴光学装置的各种(例如，不同)框架耦接。这些框架可以由不同的材料构造、可以形成为不同的形状和大小(即，适用于不同的用户)以及展现不同的颜色、设计(例如，适应不同的用户偏好)等。
为了进一步详细说明本发明的实施方案的细节，现在参考图11，图11是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的另一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统(一般标记为400)的包括电光单元和部分透射部分反射透镜的一个主要部分与包括框架的另一个主要部分之间的耦接构型的示意图。结合图11示出和描述的本发明的实施方案的所有部件与结合图6A、图6B、图7A、图7B、图8、图9、图10A和图10B描述的前述实施方案中所示的相应元件相同(并且因此保持相同的参考号)。图11所示的耦接构型示出了两个主要部分之间的耦接件，其中一个主要部分是框架302(表示为主要部分402)，另一个主要部分404包括电光单元306(显示具有壳体308)和部分透射部分反射透镜304(以及通常为鼻梁架312)。进一步示出了多个耦接件(耦接特征)，也表示为附件特征3141、3142和3143(被实施为螺钉)和前段313。如图11所示，至少部分地容纳电光单元306的电光单元壳体308与部分透射部分反射透镜304和鼻梁架312(机械地，粘性地等)耦接。根据图11所示的当前耦接构型，主要部分402和404经由多个耦接特征3141、3142和3143(例如，以螺钉的形式实现)耦接在一起。主要部分402和404的耦接通过耦接特征3141、3142和3143实现，这些耦接特征3141、3142和3143穿过框架302的相应接收通孔318F，并且分别与和电光单元壳体308的本体耦接的互补接收构件(未示出–例如，图6B的螺母座)接合。刚性耦接板317通常被配置并用于增强耦接(即，主要部分402和404)。一旦主要部分402和404被耦接，电光单元306被配置为相对于框架302定位成使得当光学显示系统400被安装在用户上时，电光单元306基本上位于用户的眉间区。
另选地，不使用刚性耦接板317，并且耦接特征3141、3142和3143直接耦接到电光单元壳体308的本体。可以使用其他形式的机械耦接件(未示出)，例如通过使用夹子(卡扣)紧固件、铆钉或销、互补或配合互锁部分(例如，套筒和轴、螺柱和凹槽、集成的突起和狭槽等)等。另选地，可以采用其他类型的耦接方法(未示出)，例如通过使用粘合剂材料、热塑性接合技术、包括主要部分404(例如金属刚性耦接板317)的金属部分与主要部分402(框架302)的相应对应金属特征(未示出)的焊接或铜焊等。进一步另选地，耦接方法的组合可以一起使用(例如，机械和化学耦接)。
根据本公开的技术的另一实施方案，提供了一种光学显示系统，该光学显示系统被配置为用于耦接到用户可佩戴光学装置(例如，护目镜诸如眼镜、太阳镜等)，其中用户可佩戴装置包括用户附接段(例如，框架)和部分透射部分反射透镜(或透镜)，其被配置为将用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户的头部。
与结合图11所描述的前述实施方案类似，该耦接件可以是可拆卸的或固定的。基本上，光学显示系统被配置、构造且操作用于与不同用户的用户可佩戴光学装置(例如，眼镜、太阳镜等)的各种(例如，不同)框架和透镜耦接。框架可以由不同的材料(例如，塑料、金属、尼龙等)构造、可以形成为不同的形状和大小(即，适用于不同的用户)以及展现不同的颜色、设计(例如，适应不同的用户偏好)等。与框架耦接的部分透射部分反射透镜可以具有和/或展现出各种光学特性。一般来讲，本文中以单数或复数形式引用的、归因于或有关于特定对象的术语“光学特性”是指光学科学中的任何属性、质量、性状、性质和现象，其定义、影响、表征、确定、描述了该对象并与该对象相关联。部分透射部分反射透镜304的示例性光学特性包括屈光度、折射率、曲率、阿贝数、功率误差、透镜引起的象散、透射系数、反射系数、光谱(例如，紫外)截止波长、光谱透射和反射轮廓、透镜尺寸(例如，厚度)、透镜颜色(例如，彩色)等。
为了进一步详细说明本发明的实施方案的细节，现在参考图12，图12是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的又一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统(一般标记为450)的包括电光单元的一个主要部分与包括部分透射部分反射透镜和框架的另一个主要部分之间的耦接构型的示意图。结合图12示出和描述的本发明的实施方案的所有部件与结合图6A、图6B、图7A、图7B、图8、图9、图10A和图10B描述的实施方案中所示的各个元件相同(并且因此保持相同参考号)。图12所示的耦接构型显示了两个主要部分之间的耦接件。一个主要部分，标记为452，包括框架302和部分透射部分反射透镜304二者。另一个主要部分，标记为454，包括电光单元306(示出为具有壳体308与鼻梁架312)。进一步示出了多个耦接件(耦接特征)，其也表示为附接特征3141、3142和3143(实施为螺钉)和前段313(包括在主要部分452中)。至少部分地容纳电光单元306的电光单元壳体308与鼻梁架312(机械地、粘性地等)耦接。
与结合图11所描述的前述实施方案类似，结合图12所描述的本发明的实施方案公开了一种(不同的)耦接构型，其中主要部分452和454通过多个耦接特征3141、3142和3143耦接在一起(例如，示出为以螺钉的形式实现)。为了实现耦接，主要部分452和454最初相对于彼此定位成使得耦接特征3141、3142和3143的每个能够穿过框架302的相应接收通孔318F并且分别与和电光单元壳体308的本体耦接的互补接收构件(未示出，例如，图6B的螺母座)接合。通常，刚性耦接板317通常被配置并用于增强耦接件(即，主要部分452和454)。另选地，不使用刚性耦接板317，并且耦接特征3141、3142和3143直接耦接到电光单元壳体308的本体。一旦主要部分452和454被耦接，电光单元306被配置为相对于框架302定位成使得当光学显示系统450被安装在用户上时，电光单元306基本上位于用户的眉间区。
可以使用其他形式的机械耦接件(未示出)，例如通过使用夹子(卡扣)紧固件、铆钉或销、互补或配合互锁部分(例如，套筒和轴、螺柱和凹槽、集成的突起和狭槽等)等。另选地，可以采用其他类型的耦接方法(未示出)，例如通过化学耦接(例如，通过使用粘合剂材料)、热塑性接合技术、磁耦接(例如，通过使用例如稀土类型的磁体)、包括主要部分454(例如金属刚性耦接板317)的金属部分与主要部分452(框架302)的相应对应金属特征(未示出)的焊接或铜焊等。根据该耦接构型，鼻梁架312通常也可以以与上面结合图6A和6B所描述的方式与部分透射部分反射透镜304耦接。
根据本公开的技术的本发明的实施方案，电光单元306被配置为可操作地包括光学地适应于具有和/或展现出不同光学特性的不同部分透射部分反射透镜304。考虑到主要部分452，另一个主要部分454被配置为与其耦接，电光单元306需要进一步光学地符合部分透射部分反射透镜304的光学特性。换句话说，不同的用户对于光学校正护目镜可能具有不同的光学或验光处方和/或要求，继而光学校正护目镜可以通过部分透射部分反射透镜的光学特性的不同要求来展现。为此，本公开的技术提供光学适应性方案，其中电光单元306被配置且操作用于接收(或存储)与部分透射部分反射透镜304的不同光学特性有关的数据作为输入。一旦部分透射部分反射透镜304的光学特性已知，电光单元306被配置且操作用于对由图像生成器340(图9)生成的所生成图像(即，光编码数据)进行调整(如果适用)。处理器320(图9)可以计算这些调整。为了进一步阐明本公开的技术的这个方面的细节，进一步参考图13，图13是示出了根据本公开的技术的特定实施方案构造和操作的光学适配性方案(一般标记为470)的一个方面的示意图。
图13示出了示出用于将给定部分透射部分反射透镜304的光学特性与投射在该透镜(即，304)上的图像的光学特性相匹配的光学适应性方案的一般概述的示意图。假设部分透射部分反射透镜304的光学特性是已知的(通常来自制造商)，这些光学特性与特定于透镜的光学特性数据474(图13中的箭头474)相关联。实质上，特定于透镜的光学特性数据474是与特定透镜的光学特性有关的数据。该特定于透镜的光学特性数据474可以通过各种方式传送到电光单元306。例如，特定于透镜的光学特性数据474(即，或者所述特性的至少一部分或由所述特性衍生)通过本领域已知的通信方法(例如，互联网、自组织计算机连接或网络、无线射频技术和标准(例如，Wi-Fi、蜂窝通信等)(统称为476)传送到电光单元306的通信模块328。另外或另选地，特定于透镜的光学特性数据474(即，或者所述特性的至少一部分或由所述特性衍生，包括与所述特性相关联的数据)由用户270、技术人员、机器人等(统称为478)直接输入到用户接口326(例如，经由互联网、经由输入代码等等)。另外或进一步另选地，特定于透镜的光学特性数据474(即，或者所述特性的至少一部分或衍生物)可以由制造商、装配厂、供应商、经销商、营销商等(统称为480)输入并存储在存储器装置480中(例如，作为各种透镜及其对应的光学特性的查找表)。特定于透镜的光学特性数据474被传送到处理器320，处理器320被配置且操作用于对输出到光投射单元322的图像数据和/或图形表示数据进行修改(如果适用)，使得投射到部分透射部分反射透镜304上的光编码数据482基本上满足要呈现给用户270的内容。换句话说，考虑到不同的透镜展现出不同的光学特性，以不是意图的方式，可以改变(例如，变形、失真)与透镜交互(例如，通过反射、折射)的任何光编码数据(例如，以图像的形式)，从而改变从镜头反射并呈现给用户的图像。为了规避这种可能的改变，处理器320使用已知的特定于透镜的光学特性数据474对图像数据应用预先修改。图像数据的修改可以通过数学计算(经由算法、变换等)并存储在存储器装置324中(例如，作为查找表、算法、数学函数等)。
根据本公开的技术的另一个实施方案，提供了一种光学显示系统，该光学显示系统被构造为允许与展现出不同光学特性的各种部分透射部分反射透镜耦接。根据本实施方案，用户附接段(例如，框架)和电光单元作为单个实体耦接在一起，该实体被配置且操作用于接收部分透射部分反射透镜并耦接到其上，该部分透射部分反射透镜适于并且可选择为具有不同的光学特性(例如，包括有色透镜、处方透镜等)。为了进一步详细说明本发明的实施方案的细节，现在参考图14，图14是以部分分解图示出了在根据本公开的技术的另一个实施方案构造和操作的图6A的用户可佩戴光学显示系统的包括框架和电光单元的一个主要部分与包括部分透射部分反射透镜的另一个主要部分之间的耦接构型(一般表示为500)的示意图。结合图14示出和描述的本发明的实施方案的所有部件与结合图6A、图6B、图7A、图7B、图8、图9、图10A和图10B描述的前述实施方案中所示的相应元件相同(并且因此保持相同的参考号)。
图14示出了呈耦接构型500的用户可佩戴光学显示系统，其中有两个主要部分，即502和504。主要部分502包括框架302、电光单元306、鼻梁架312和可拆卸前段313。主要部分504包括部分透射部分反射透镜304。如下所述获得主要部分502与504之间的耦接件。该耦接件可以是可拆卸的(即，临时的)或固定的(即，永久的)。第一，部分透射部分反射透镜304与框架302对准，如图14所示。第二，部分透射部分反射透镜304的上部至少部分地邻接(即，插入并容纳在)弯曲纵向凹槽303，该弯曲纵向凹槽沿着框架302的桥状部310B延伸，该桥状部将框架302的两个镜腿部302R和302L连接。弯曲纵向凹槽303的曲率和部分透射部分反射透镜304的顶部接合部的曲率基本相匹配。部分透射部分反射透镜304的下部分包括与鼻梁架312的细长凹槽319互补接合的切出部。第三，部分透射部分反射透镜与框架302之间的耦接件可以进一步通过使用耦接件来增强，耦接件也被表示为附接特征(未示出，例如螺钉、销等)，从而提供增强的机械结合。附接特征被配置成每个分别穿过部分透射部分反射透镜304的通孔315中的一个，且进入框架302的对应接收孔(未示出)中。最后，如图14所示，可拆卸前段313通过部分透射部分反射透镜304的切出部与框架302互补接合，以将主要部分502和504牢固地固定在一起。以上结合图13描述的光学适应性方案可以在本发明的实施方案中用于使电光单元306的操作(例如，生成的图像的光学特性)与部分透射部分反射透镜304的特定光学特性相匹配。
本公开的技术允许不同类型的耦接件用于将用户可佩戴光学显示系统与用户的头部耦接。在迄今为止呈现、描述和示出的实施方案中，典型耦接件呈被配置为主要由耳朵支撑的细长镜腿(眼镜镜腿)的形式，并且便于由头部的镜腿(侧面)区域进行辅助支撑。要强调的是，本公开的技术不限于特定耦接件，而是与各种耦接方法兼容。例如，其他类型的耦接件可以包括包围用户头部的柔性可调节条带、由用户佩戴的头盔或帽子等。为了描述这种替代耦接件，现在参考图15，图15是示出了根据本公开的技术的又一个实施方案构造和操作的用户可佩戴光学显示系统与用户头部(通常称为550)的示例性替代耦接件的示意图。结合图15示出和描述的本发明的实施方案的所有部件与结合图6A、图6B、图7A、图7B、图8、图9、图10A和图10B描述的前述实施方案中所示的各个元件相同(并且因此保持相同的参考号)，电光单元306的框架302和主体308的一部分除外。
图15示出了以柔性可调节条带552(即，紧固件类型)的形式实现的用户可附接段的另一例子。电光单元306的本体或壳体308在结构上已经相对于图6A所示的结构略微修改，以便从周围环境覆盖和遮蔽电子器件(例如，处理器、存储器、互连件等)。任选地，可以采用本领域已知的天气密封技术。用户可佩戴光学显示系统550体现了对壳体308的额外修改，以便包括细长支撑结构554R和554L，其被构造成至少部分地一般遵循部分透射部分反射透镜304的上部边缘部556的范围和曲率。一个或两个细长支撑结构554R和554L通常包括图15中示出的呈通孔558R和558L形式的附接特征，用于将柔性可调节条带552耦接到其上。柔性可调节条带552被构造且操作成是长度可调的，以允许紧固到不同的头部尺寸(例如，大小、周长)，同时具有弹性以使得能够快速且容易地从头部脱离(脱离安装)。柔性可调节条带552基本上是可以呈现其他形式、配置和形状的头带。另选地，柔性可调节条带552的其他变型包括例如：环绕头带(未示出)；并入有头顶部交叉带构型的环绕头带(未示出)、双条带构型(未示出)、并入有下巴条带的条带(未示出)；具有线框头盔构型的头带(未示出)；一般头部覆盖物；等等。柔性可调节条带552可以由织物、皮革、金属、橡胶、纸、其组合等制成。应当理解，可以对在实施方案中所示的和描述的各种组件的结构、属性、质量、尺寸、设计、构型(等)进行各种变化、布置、改变和修改(等)，而不脱离本公开的技术的精神。
本领域技术人员应理解，本公开的技术不限于上文具体示出和描述的那些内容。相反，本公开的技术的范围仅由随附权利要求限定。

Claims (75)

1.一种用户可佩戴光学显示系统，所述用户可佩戴光学显示系统包括：
用户附接段，所述用户附接段用于将所述用户可佩戴光学显示系统可拆卸地安装到用户头部；
部分透射部分反射透镜，所述部分透射部分反射透镜与所述用户附接段耦接，并且被配置成面向所述用户的至少一只眼睛；以及
电光单元，所述电光单元与所述用户附接段和所述部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接，所述电光单元包括：
处理器；以及
光投射单元，所述光投射单元与所述处理器耦接，所述光投射单元被配置成将光束发射到所述部分透射部分反射透镜上；
其中所述电光单元被配置成相对于所述用户附接段定位成使得当所述用户可佩戴光学显示系统被安装在所述用户上时，所述电光单元位于所述用户的眉间区。
2.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述用户附接段为包括桥状部和两个杆部的框架。
3.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括鼻梁架，所述鼻梁架与所述电光单元和所述部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接。
4.根据权利要求3所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述鼻梁架被配置成提供所述可佩戴光学显示系统相对于所述用户的鼻子的精确定位。
5.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜为曲面的。
6.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述光投射单元包括图像生成器，所述图像生成器被配置成生成并辐射用信息编码的所述光束。
7.根据权利要求6所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述光投射单元还包括：
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；以及
曲面镜。
8.根据权利要求7所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述图像生成器、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述曲面镜相对于彼此位于固定位置，以允许所述光束沿着光路行进穿过所述第一透镜，然后穿过所述第二透镜，然后从所述曲面镜反射并再次穿过所述第二透镜和穿过所述第一透镜，然后朝向所述第三透镜，然后穿过所述第四透镜，且然后从所述部分透射部分反射透镜朝向所述用户的至少一只眼睛反射。
9.根据权利要求8所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括平面镜，所述平面镜被定位在所述图像生成器与所述第一透镜之间，用于在所述光路上反射所述光束。
10.根据权利要求8所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括平面镜，所述平面镜被定位在所述第三透镜与所述第四透镜之间，用于在所述光路上反射所述光束。
11.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜被配置成使由所述光投射单元生成的所述光束朝向所述用户的至少一只眼睛部分地反射，并且使相对于所述用户从面向前方的环境中进入的光部分地透射穿过。
12.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述处理器将待投射的数据传送到所述光投射单元。
13.根据权利要求12所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括存储器装置，所述存储器装置与所述处理器耦接，用于存储所述数据。
14.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括用户接口，所述用户接口与所述处理器耦接，被配置成接收来自所述用户的输入。
15.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括通信模块，所述通信模块与所述处理器耦接，被配置成用于以下至少一项：接收数据；以及发射数据。
16.根据权利要求6所述的用户可佩戴光学显示系统，其中在所述光束中编码的所述信息在选自由以下各项组成的列表的至少一个域中展现：
光谱域；
空间域；
时间域；
光强度域；以及
偏振域。
17.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其还包括电光单元本体，所述电光单元本体至少部分地包围所述电光单元。
18.根据权利要求7所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述曲面镜选自由以下各项组成的镜类型列表：
球面镜；
非球面镜；
双曲面镜；
椭圆面镜；
抛物面镜；以及
超环面镜。
19.根据权利要求7所述的用户可佩戴光学显示系统，其中包括所述第一透镜、所述第二透镜和所述曲面镜的光学元件的组合被配置成校正至少部分地由于所述部分透射部分反射透镜的弯曲表面引起的光学像差。
20.根据权利要求19所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述光学像差包括象散和失真中的至少一个。
21.根据权利要求7所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述光束由所述第一透镜和所述第二透镜折射，然后从所述曲面镜反射，这样由所述第二透镜和所述第一透镜再次折射。
22.根据权利要求7所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜的组合增加了所述光投射单元的光功率。
23.根据权利要求8所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述第三透镜形成中间图像，所述中间图像出现在沿着所述光路定位在所述第三透镜与所述第四透镜之间的中间图像平面上。
24.根据权利要求11所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜将由所述光投射单元生成的所述光束和从所述面向前方的环境中进入的光组合。
25.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜为被构造成减少包括棱镜偏差在内的光学失真效应的薄透镜。
26.根据权利要求11所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜对于入射光具有约20％-40％之间的反射性和8％-70％之间的透射性。
27.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜被构造成展现选自由以下各项组成的列表的至少一个光学性质：
光致变色性质；
防反射性质；
防磨蚀性质；
防雾性质；以及
光偏振性质。
28.根据权利要求8所述的用户可佩戴光学显示系统，其中沿着所述光路在所述部分透射部分反射透镜与所述用户的所述至少一只眼睛之间定位有光圈，用于可变地允许光穿过。
29.根据权利要求14所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述用户接口与所述用户附接段至少部分地耦接。
30.根据权利要求6所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述图像生成器为选自由以下各项组成的列表的类型：
有机发光二极管(OLED)；
液晶；
电致发光；
硅上液晶(LCos/LCOS)；
有源矩阵液晶；以及
量子点。
31.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中将所述电光单元定位在所述眉间区处为所述用户提供了基本上无阻挡的能视域(FOR)。
32.根据权利要求31所述的用户可佩戴光学显示系统，其中相对于水平面沿着向上垂直方向提供给所述用户的所述FOR为约50°与55°之间。
33.根据权利要求31所述的用户可佩戴光学显示系统，其中相对于水平面沿着向下垂直方向提供给所述用户的所述FOR为约70°与80°之间。
34.根据权利要求31所述的用户可佩戴光学显示系统，其中相对于所述用户的右眼中央视线(LOS)轴沿着向左方向提供给所述用户的右眼的所述FOR为至少约62°，并且相对于所述LOS轴沿着向右方向提供给所述用户的右眼的所述FOR为至少约94°。
35.根据权利要求31所述的用户可佩戴光学显示系统，其中相对于所述用户的左眼中央视线(LOS)轴沿着向右方向提供给所述用户的左眼的所述FOR为至少约62°，并且相对于所述LOS轴沿着向左方向提供给所述用户的左眼的所述FOR为至少约94°。
36.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述用户可附接段选自由以下各项组成的列表：
眼镜框架；
太阳镜框架；
条带；
柔性条带；
柔性可调节条带；
头带；
并入有顶端交叉条带的头带；
双条带；
并入有下巴条带的条带；
具有线框头盔构型的头带；
头盔；
帽子；以及
一般头部覆盖物。
37.根据权利要求17所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述电光单元本体包括至少一个支撑结构，所述至少一个支撑结构允许与所述用户可附接段耦接。
38.一种被配置成用于附接到用户可佩戴光学装置的光学显示系统，所述用户可佩戴光学装置包括用户附接段和与所述用户附接段耦接的部分透射部分反射透镜，所述用户附接段被配置成用于将所述用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户头部，所述部分透射部分反射透镜被配置成面向所述用户的至少一只眼睛，所述光学显示系统包括：
电光单元，所述电光单元包括：
处理器；以及
光投射单元，所述光投射单元与所述处理器耦接，所述光投射单元被配置成将光束发射到所述部分透射部分反射透镜上；以及
至少一个耦接件，所述至少一个耦接件被配置成将所述电光单元与所述用户附接段和所述部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接，其中所述电光单元被配置成相对于所述用户附接段定位成使得当所述用户可佩戴光学装置被安装在所述用户上时，所述电光单元位于所述用户的眉间区。
39.根据权利要求38所述的光学显示系统，其中所述至少一个耦接件采用选自由以下各项组成的列表的耦接方法：
机械耦接；
化学耦接；
热耦接；以及
磁耦接。
40.根据权利要求38所述的光学显示系统，其中所述用户附接段可附接到所述光学显示系统并且可从所述光学显示系统拆卸。
41.一种被配置成用于附接到用户可佩戴光学装置的光学显示系统，所述用户可佩戴光学装置包括被配置成用于将所述用户可佩戴光学装置可拆卸地安装到用户头部的用户附接段，所述光学显示系统包括：
电光单元，所述电光单元包括：
处理器；以及
光投射单元，所述光投射单元与所述处理器耦接，所述光投射单元被配置成将光束发射到所述部分透射部分反射透镜上；
部分透射部分反射透镜，所述部分透射部分反射透镜与所述电光单元耦接，所述部分透射部分反射透镜被配置成面向所述用户的至少一只眼睛，以及
至少一个耦接件，所述至少一个耦接件被配置成将所述电光单元和所述部分透射部分反射透镜与所述用户附接段耦接，其中所述电光单元被配置成相对于所述用户附接段定位成使得当所述用户可佩戴光学显示系统被安装在所述用户上时，所述电光单元位于所述用户的眉间区。
42.根据权利要求41所述的光学显示系统，其中所述用户附接段经由至少一个附接特征与所述电光单元的本体和壳体中的任一个耦接。
43.根据权利要求41所述的光学显示系统，其中所述电光单元可附接到所述用户可附接段和所述部分透射部分反射透镜并且可从所述用户可附接段和所述部分透射部分反射透镜拆卸。
44.根据权利要求41所述的光学显示系统，其还包括鼻梁架，所述鼻梁架可附接到所述部分透射部分反射透镜和所述电光单元中的任一个并且可从所述部分透射部分反射透镜和所述电光单元中的任一个拆卸。
45.根据权利要求41所述的光学显示系统，其中所述电光单元被配置成在操作上包括光学适应于展现不同光学特性的不同的所述部分透射部分反射透镜。
46.根据权利要求45所述的光学显示系统，其中所述光学特性至少部分地选自由以下各项组成的列表：
屈光度；
折射率；
曲率；
阿贝数；
功率误差；
透镜引起的象散；
透射系数；
反射系数；
光谱截止波长；
光谱透射和反射轮廓；
透镜尺寸；以及
透镜颜色。
47.根据权利要求45所述的光学显示系统，其中所述处理器被配置成接收与所述部分透射部分反射透镜的所述光学特性有关的特定于透镜的光学特性数据并且修改由所述光投射单元生成的所述光束中所包含的光编码信息。
48.根据权利要求47所述的光学显示系统，其还包括存储器装置，所述存储器装置与所述处理器耦接，用于存储所述特定于透镜的光学特性数据。
49.根据权利要求47所述的光学显示系统，其还包括通信模块，所述通信模块与所述处理器耦接，用于接收所述特定于透镜的光学特性数据的至少一部分。
50.根据权利要求47所述的光学显示系统，其还包括用户接口，所述用户接口与所述处理器耦接，用于接收所述特定于透镜的光学特性数据的至少一部分和与所述特定于透镜的光学特性数据相关联的数据中的至少一个。
51.根据权利要求1所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜至少部分地由允许所述部分透射部分反射透镜满足防破碎和耐冲击标准中的至少一个的材料构造。
52.一种用于向用户呈现图像的光学显示系统，所述光学显示系统包括：
部分透射部分反射透镜，所述部分透射部分反射透镜被配置成面向所述用户的至少一只眼睛；以及
电光子系统，所述电光子系统被配置成相对于所述部分透射部分反射透镜具有固定位置，所述电光子系统包括：
图像生成器，所述图像生成器被配置成生成并辐射光束，以形成所述图像；
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；以及
曲面镜；
其中所述图像生成器、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述曲面镜相对于彼此处于固定位置，以允许所述图像沿着光路行进穿过所述第一透镜，然后穿过所述第二透镜，然后从所述曲面镜反射并再次穿过所述第二透镜和穿过所述第一透镜，然后朝向所述第三透镜，然后穿过所述第四透镜，且然后从所述部分透射部分反射透镜朝向所述用户的所述至少一只眼睛反射。
53.根据权利要求52所述的光学显示系统，其还包括平面镜，所述平面镜被定位在所述图像生成器与所述与所述第一透镜之间，用于沿着所述光路反射所述光束。
54.根据权利要求52所述的光学显示系统，其还包括平面镜，所述平面镜被定位在所述第三透镜与所述第四透镜之间，用于沿着所述光路反射所述光束。
55.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜被配置成使由所述光投射单元生成的所述光束朝向所述用户的至少一只眼睛部分地反射，并且使相对于所述用户从面向前方的环境中进入的光部分地透射穿过。
56.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述光束用在选自由以下各项组成的列表的至少一个域中展现的信息编码：
光谱域；
空间域；
时间域；
光强度域；以及
偏振域。
57.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述曲面镜选自由以下各项组成的镜类型列表：
球面镜；
非球面镜；
双曲面镜；
椭圆面镜；
抛物面镜；以及
超环面镜。
58.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中包括所述第一透镜、所述第二透镜和所述曲面镜的光学元件的组合被配置成校正由所述部分透射部分反射透镜的弯曲表面引起的光学像差。
59.根据权利要求58所述的光学显示系统，其中所述光学像差包括象散和失真中的至少一个。
60.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述第一透镜和所述第二透镜的组合增加了所述光投射单元的光功率。
61.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述第三透镜形成中间图像，所述中间图像出现在沿着所述光路定位在所述第三透镜与所述第四透镜之间的中间图像平面上。
62.根据权利要求55所述的光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜将由所述光投射单元生成的所述光束和从所述面向前方的环境中进入的光组合。
63.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜为被光学地构造成减少包括棱镜偏差在内的光学失真效应的薄透镜。
64.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜被配置成展现选自由以下各项组成的列表的至少一个光学性质：
光致变色性质；
防反射性质；
防磨蚀性质；
防雾性质；以及
光偏振性质。
65.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中沿着所述光路在所述部分透射部分反射透镜与所述用户的所述至少一只眼睛之间定位有光圈，用于可变地允许光穿过。
66.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述图像生成器为选自由以下各项组成的列表的类型：
有机发光二极管(OLED)；
液晶；
电致发光；
硅上液晶(LCos/LCOS)；
有源矩阵液晶；以及
量子点。
67.根据权利要求52所述的光学显示系统，其还包括电光子系统本体，所述电光子系统本体至少部分地包围并支撑所述电光子系统的部件。
68.根据权利要求67所述的光学显示系统，其还包括用户附接段，所述用户附接段与所述电光子系统本体耦接，用于将所述光学显示系统可拆卸地安装到所述用户的头部。
69.根据权利要求68所述的光学显示系统，其中所述用户附接段为包括桥状部和两个杆部的框架。
70.根据权利要求68所述的光学显示系统，其中所述电光子系统被配置成相对于所述用户附接段定位成使得当所述光学显示系统被安装在所述用户上时，所述电光子系统位于所述用户的眉间区。
71.根据权利要求52所述的光学显示系统，其还包括鼻梁架，所述鼻梁架与所述电光子系统和所述部分透射部分反射透镜中的至少一个耦接。
72.根据权利要求71所述的光学显示系统，其中所述鼻梁架被配置成提供所述可佩戴光学显示系统相对于所述用户的鼻子的精确定位。
73.根据权利要求52所述的光学显示系统，其中所述部分透射部分反射透镜为曲面的。
74.根据权利要求70所述的光学显示系统，其中将所述电光单元定位在所述眉间区处为所述用户提供了基本上无阻挡的能视域(FOR)。
75.根据权利要求67所述的用户可佩戴光学显示系统，其中所述电光单元本体包括至少一个支撑结构，所述至少一个支撑结构允许与所述用户可附接段耦接。
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