CN112285928B - 头戴式设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及头戴式设备。头戴式设备可包括光投射显示元件，该光投射显示元件直接耦接到包括波导的组件。此类直接耦接可通过将光投射显示元件直接结合到透镜或其他光学部件来实现，该透镜或其他光学部件继而直接耦接到波导。此类光学模块可被装配在头戴式设备的外部以用于精确对准，并且随后被安装为集成单元。这些措施可有助于保持部件对准，同时允许头戴式设备重量轻且尺寸小。

Description

头戴式设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年7月22日提交的名称为“OPTICAL MODULE FOR HEAD-MOUNTABLEDEVICE”的美国临时申请62/877,245的权益，其全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本说明书整体涉及头戴式设备，并且更具体地涉及用于头戴式设备诸如眼镜的光学模块。

背景技术

用户可佩戴头戴式设备以在该用户的视野内显示视觉信息。头戴式设备可用作虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统和/或混合现实(MR)系统。用户可观察由头戴式设备提供的输出，诸如在显示器上提供的视觉信息。显示器可任选地允许用户观察在头戴式设备外部的环境。由头戴式设备提供的其他输出可包括音频输出和/或触觉反馈。用户可通过提供输入以供头戴式设备的一个或多个部件进行处理来进一步与该头戴式设备交互。例如，在设备安装到用户的头部的同时，该用户可以提供触觉输入、语音命令和其他输入。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供一种头戴式设备，包括：框架；臂，所述臂从所述框架延伸出；以及光学模块，所述光学模块包括：透镜，所述透镜定位在所述框架内；波导，所述波导直接结合到所述透镜；和显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且直接结合到所述透镜，使得在所述臂相对于所述框架的整个移动期间，所述显示元件保持相对于所述波导的对准，所述显示元件被配置为将光投射到所述波导。

根据本公开的第二方面，提供一种头戴式设备，包括：框架；以及光学模块，所述光学模块包括：透镜，所述透镜耦接到所述框架并且提供以围绕凹陷部的径向对称性分布的多个突出部；波导，所述波导耦接到所述透镜；和显示元件，所述显示元件至少部分地定位在所述凹陷部内并且结合到所述多个突出部中的每个突出部，使得在所述突出部的整个热膨胀期间，所述显示元件保持相对于所述波导的对准，所述显示元件被配置为将光投射到所述波导。

根据本公开的第三方面，提供一种头戴式设备，包括：框架；光学模块，所述光学模块包括：透镜，所述透镜耦接到所述框架；波导，所述波导耦接到所述透镜；显示元件，所述显示元件直接结合到所述透镜；弹性密封件，所述弹性密封件位于所述透镜和所述显示元件之间，其中所述弹性密封件将所述波导和所述显示元件之间的空间与外部环境隔离，所述显示元件被配置为将光投射穿过所述空间并到达所述波导。

附图说明

本主题技术的一些特征在所附权利要求书中被示出。然而，出于解释的目的，在以下附图中阐述了本主题技术的若干实施方案。

图1示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的透视图。

图2示出了根据本公开的一些实施方案的头戴式设备的框图。

图3示出了根据本公开的一些实施方案的图1的头戴式设备的分解透视图。

图4示出了根据本公开的一些实施方案的图1的头戴式设备的光学模块的分解剖视图。

图5示出了根据本公开的一些实施方案的图1的头戴式设备的一部分的分解剖视图。

图6示出了根据本公开的一些实施方案的图1的头戴式设备的一部分的剖视图。

具体实施方式

下面示出的具体实施方式旨在作为本主题技术的各种配置的描述并且不旨在表示本主题技术可被实践的唯一配置。附图被并入本文并且构成具体实施方式的一部分。具体实施方式包括具体的细节旨在提供对本主题技术的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说将清楚和显而易见的是，本主题技术不限于本文示出的具体细节并且可在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。

头戴式设备，诸如智能眼镜、头戴式显示器、头戴式耳机、护目镜、平视显示器等，可以执行所制造的可穿戴设备包括的部件(例如，传感器、电路和其他硬件)确定的一系列功能。可能期望可头戴式设备重量轻且尺寸小，使得用户在长时间段内佩戴头戴式设备时感觉负担减轻。然而，还可能期望以耐用且有弹性的组装布置方式提供头戴式设备的部件，使得它们的部件在整个使用范围内保持在优选的布置方式。

具体地，头戴式设备的显示部件的正确操作可对变形敏感。例如，在光投射显示元件被配置为将光投射到波导上的情况下，优选地保持显示元件和波导的相对对准以实现最佳性能。通常，波导和光投射显示元件可各自固定到具有稳固结构支撑的框架。然而，这些措施可能导致不期望的重而大的部件。

本公开的头戴式设备可提供直接耦接到包括波导的组件的光投射显示元件。此类直接耦接可通过将光投射显示元件直接结合(bonding)到透镜或其他光学部件来实现，该透镜或其他光学部件继而直接耦接到波导。此类光学模块可被装配在头戴式设备的外部以用于精确对准，并且随后被安装为集成单元。这些措施可有助于保持部件对准，同时允许头戴式设备重量轻且尺寸小。

以下参考图1至图6讨论这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

根据一些实施方案，例如如图1所示，头戴式设备10包括框架20，该框架利用一个或多个臂40佩戴在头部上。框架20可定位在用户的眼睛的前面以在用户的视野内提供信息。框架20可提供鼻垫或另一个特征部以放置在用户的鼻部上。框架20还包括一个或多个光学模块50和位于鼻垫上方并连接多个光学模块50的桥接件32。

框架20和/或臂40可用于围绕头戴式设备10的外围区域，以及将任何内部部件支撑在其装配位置。例如，框架20和/或臂40可包封并支撑各种内部部件(包括例如集成电路芯片、处理器、传感器、输入/输出设备、存储器设备和其他电路)，以为头戴式设备10提供计算和功能操作，如本文进一步所讨论。

光学模块50可以透射来自物理环境的光以供用户观看。此类光学模块50可包括光学特性，诸如用于基于来自物理环境的入射光进行视力矫正的透镜。除此之外或另选地，光学模块50可将信息作为显示提供在用户的视野内。此类信息可基于将光投射到光学模块50的一个或多个元件上和/或与之通信的显示元件80的操作来显示。如图1所示，显示元件80可至少部分地驻留在臂40中的一个或多个臂中和/或框架20中。例如，显示元件80可至少部分地驻留在从框架20延伸到臂40中的腔42内。所显示信息还可将物理环境的视图排除在外或除物理环境之外附加地(例如，与之叠加)提供。

物理环境是指人们在没有电子系统帮助的情况下能够感测和/或交互的物理世界。物理环境诸如物理公园包括物理物品，诸如物理树木、物理建筑物和物理人。人们能够诸如通过视觉、触觉、听觉、味觉和嗅觉来直接感测物理环境和/或与物理环境交互。

相反，计算机生成现实(CGR)环境是指人们经由电子系统感知和/或交互的完全或部分模拟的环境。在CGR中，跟踪人的物理运动的一个子集或其表示，并且作为响应，以符合至少一个物理定律的方式调节在CGR环境中模拟的一个或多个虚拟对象的一个或多个特征。例如，CGR系统可以检测人的头部转动，并且作为响应，以与此类视图和声音在物理环境中变化的方式类似的方式调节呈现给人的图形内容和声场。在一些情况下(例如，出于可达性原因)，对CGR环境中虚拟对象的特征的调节可以响应于物理运动的表示(例如，声音命令)来进行。

人可以利用其感官中的任一者来感测CGR对象和/或与CGR对象交互，包括视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。例如，人可以感测音频对象和/或与音频对象交互，该音频对象创建3D或空间音频环境，该3D或空间音频环境提供3D空间中点音频源的感知。又如，音频对象可以使能音频透明度，该音频透明度在有或者没有计算机生成的音频的情况下选择性地引入来自物理环境的环境声音。在某些CGR环境中，人可以感测和/或只与音频对象交互。

CGR的示例包括虚拟现实和混合现实。

虚拟现实(VR)环境是指被设计成对于一个或多个感官完全基于计算机生成的感官输入的模拟环境。VR环境包括人可以感测和/或交互的多个虚拟对象。例如，树木、建筑物和代表人的化身的计算机生成的图像是虚拟对象的示例。人可以通过在计算机生成的环境内人的存在的模拟、和/或通过在计算机生成的环境内人的物理运动的一个子组的模拟来感测和/或与VR环境中的虚拟对象交互。

与被设计成完全基于计算机生成的感官输入的VR环境相比，混合现实(MR)环境是指被设计成除了包括计算机生成的感官输入(例如，虚拟对象)之外还引入来自物理环境的感官输入或其表示的模拟环境。在虚拟连续体上，混合现实环境是完全物理环境作为一端和虚拟现实环境作为另一端之间的任何状况，但不包括这两端。

在一些MR环境中，计算机生成的感官输入可以对来自物理环境的感官输入的变化进行响应。另外，用于呈现MR环境的一些电子系统可以跟踪相对于物理环境的位置和/或取向，以使虚拟对象能够与真实对象(即，来自物理环境的物理物品或其表示)交互。例如，系统可以导致运动使得虚拟树木相对于物理地面看起来是静止的。

混合现实的示例包括增强现实和增强虚拟。

增强现实(AR)环境是指其中一个或多个虚拟对象叠加在物理环境或其表示之上的模拟环境。例如，用于呈现AR环境的电子系统可具有透明或半透明显示器，人可以透过该显示器直接查看物理环境。该系统可以被配置成在透明或半透明显示器上呈现虚拟对象，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。另选地，系统可以具有不透明显示器和一个或多个成像传感器，成像传感器捕获物理环境的图像或视频，这些图像或视频是物理环境的表示。系统将图像或视频与虚拟对象组合，并在不透明显示器上呈现组合物。人利用系统经由物理环境的图像或视频而间接地查看物理环境，并且感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。如本文所用，在不透明显示器上显示的物理环境的视频被称为“透传视频”，意味着系统使用一个或多个图像传感器捕获物理环境的图像，并且在不透明显示器上呈现AR环境时使用那些图像。进一步另选地，系统可以具有投影系统，该投影系统将虚拟对象投射到物理环境中，例如作为全息图或者在物理表面上，使得人利用该系统感知叠加在物理环境之上的虚拟对象。

增强现实环境也是指其中物理环境的表示被计算机生成的感官信息进行转换的模拟环境。例如，在提供透传视频中，系统可以对一个或多个传感器图像进行转换以施加与成像传感器所捕获的视角不同的选择视角(例如，视点)。又如，物理环境的表示可以通过图形地修改(例如，放大)其部分而进行转换，使得经修改部分可以是原始捕获图像的代表性的但不是真实的版本。再如，物理环境的表示可以通过以图形方式消除其部分或将其部分进行模糊处理而进行转换。

增强虚拟(AV)环境是指其中虚拟或计算机生成的环境结合来自物理环境的一个或多个感官输入的模拟环境。感官输入可以是物理环境的一个或多个特征的表示。例如，AV公园可以具有虚拟树木和虚拟建筑物，但人的脸部是从对物理人拍摄的图像逼真再现的。又如，虚拟对象可以采用一个或多个成像传感器所成像的物理物品的形状或颜色。再如，虚拟对象可以采用符合太阳在物理环境中的位置的阴影。

有许多不同类型的电子系统使人能够感测和/或与各种CGR环境交互。示例包括头戴式系统、基于投影的系统、平视显示器(HUD)、集成有显示能力的车辆挡风玻璃、集成有显示能力的窗户、被形成为设计用于放置在人的眼睛上的透镜的显示器(例如，类似于隐形眼镜)、耳机/听筒、扬声器阵列、输入系统(例如，具有或不具有触觉反馈的可穿戴或手持式控制器)、智能电话、平板电脑、以及台式/膝上型计算机。头戴式系统可具有集成不透明显示器和一个或多个扬声器。另选地，头戴式系统可被配置为接受外部不透明显示器(例如，智能电话)。头戴式系统可结合用于捕获物理环境的图像或视频的一个或多个成像传感器、和/或用于捕获物理环境的音频的一个或多个麦克风。头戴式系统可具有透明或半透明显示器，而不是不透明显示器。透明或半透明显示器可以具有媒介，代表图像的光通过该媒介被引导到人的眼睛。显示器可以利用数字光投影、OLED、LED、uLED、硅基液晶、激光扫描光源或这些技术的任意组合。媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。在一个实施方案中，透明或半透明显示器可被配置成选择性地变得不透明。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置成将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。

再次参见图1，框架20可以利用臂40支撑在用户的头部上。与镜腿部件36一样，臂40可沿用户头部的相对侧环绕或延伸。臂40还可包括用于环绕或以其他方式接合用户耳部的耳机38。应当理解，可应用其他构型来将头戴式设备10固定到用户的头部。例如，除了头戴式设备10的所例示的部件之外或作为其代替，可使用一个或多个绑带、条带、束带、盖、帽或其他部件。又如，臂可围绕用户的头部延伸到框架20的两侧。

框架20可耦接到臂40中的一个或多个臂(包括镜腿部件36和/或耳机38)或与之一体化(例如，整体化)。例如，包括框架20的连续支撑结构可支撑光学模块50以及显示元件80。虽然臂40的至少一部分可任选地相对于框架20移动(例如，耳机38围绕铰链44并且相对于镜腿部件36枢转)，但应当理解，在至少一些实施方案中，框架20和/或臂40可形成支撑光学模块50以及显示元件80两者的连续结构，以便于光学模块50及其对应的显示元件80的相对对准。这样，臂40可指远离框架20的部分延伸并且支撑光学模块50的支撑结构(例如，镜腿部件36)的至少一部分。

在一些实施方案中，每个光学模块50可包括显示元件80(例如，光投射器)和波导。显示元件80可包括用于以所需方式投射光的任何和所有部件。例如，显示元件80可包括光源，诸如RGB模块、偏振器、分束器、准直仪、透镜等。光学模块50可包括允许所接收光的内部反射的波导，以及一个或多个其他光学部件，诸如校正透镜。

现在参见图2，头戴式设备的部件可被提供并可操作地连接以实现本文所述的性能。图2示出了根据本公开的一个或多个实施方案的头戴式设备10的简化框图。应当理解，可在头戴式设备10的框架和/或一个或多个臂中的任一者或两者上设置本文所述的部件。

如图2所示，头戴式设备10可包括具有一个或多个处理单元的处理器92，这些处理单元包括或被配置为访问其上存储有指令的存储器。该指令或计算机程序可被配置为执行相对于头戴式设备10所述的操作或功能中的一者或多者。处理器92可以被实现为能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。例如，处理器92可以包括以下项中的一者或多者：微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他适当配置的计算元件。

头戴式设备10还可以包括用于向用户显示视觉信息的显示元件80。显示元件80可以提供视觉(例如，图像或视频)输出。显示元件80可以是或包括不透明、透明和/或半透明的显示器。显示元件80可具有透明或半透明介质，表示图像的光穿过该透明或半透明介质被引导到用户的眼睛。显示元件80可以利用数字光投影、OLED、LED、uLED、硅基液晶、激光扫描光源、或这些技术的任意组合。媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。在一个实施方案中，透明或半透明显示器可被配置成选择性地变得不透明。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置成将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。头戴式设备10可包括光学子组件，该光学子组件被配置为帮助光学地调整和正确地投影由显示元件80显示的基于图像的内容以供近距离观看。光学子组件可以包括一个或多个透镜、反射镜或其他光学设备，如本文进一步论述的。

头戴式设备10可包括一个或多个传感器94。该传感器94可以是或包括用于捕获在头戴式设备10外部的环境的视图的相机。相机可包括光学传感器，诸如光电二极管或光电二极管阵列、电荷耦合器件(CCD)和/或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件、光伏电池、光阻部件、激光扫描器等。相机可被配置为捕获位于相机的视场内的场景或主题的图像。

附加地或另选地，传感器94可以是或包括指向外部环境的一个或多个环境传感器。此类环境传感器可以包括检测头戴式设备10的环境中的一个或多个条件的任何传感器。例如，环境传感器160可包括成像设备、热传感器、接近传感器、运动传感器、湿度传感器、化学传感器、光传感器、磁力仪、陀螺仪、加速度计、全球定位传感器、倾斜传感器和/或UV传感器。环境传感器可以被配置为感测基本上任何类型的特性，诸如但不限于图像、压力、光、触摸、力、温度、位置、运动等。

除此之外或另选地，传感器94可以是或包括用于跟踪佩戴头戴式设备10的用户的特征的一个或多个用户传感器。例如，用户传感器可以执行面部特征检测、面部运动检测、面部识别、眼动跟踪、用户心情检测、用户情绪检测、语音检测等。此类眼动跟踪可以用于确定要由显示元件80显示的信息的位置和/或要由头戴式设备10分析的视图的一部分(例如，对象)。又如，用户传感器可以是用于跟踪生物识别特征(诸如健康和活动量度)的生物传感器。

头戴式设备10可包括用于使用任何合适的通信协议与一个或多个服务器或其他设备进行通信的通信元件96。例如，通信元件96可支持Wi-Fi(例如，802.11协议)、以太网、蓝牙、高频系统(例如，900MHz、2.4GHz和5.6GHz通信系统)、红外、TCP/IP(例如，TCP/IP层中的每一个层中使用的任何协议)、HTTP、BitTorrent、FTP、RTP、RTSP、SSH、任何其他通信协议或它们的任何组合。通信元件96还可包括用于发送和接收电磁信号的天线。

头戴式设备10可包括用于支撑其操作的一个或多个其他部件。例如，头戴式设备10可包括电池(未示出)，该电池可对头戴式设备10的部件进行充电和/或供电。电池还可对连接到头戴式设备10的部件充电和/或供电。又如，头戴式设备10可包括输入/输出部件(未示出)，该输入/输出部件可包括用于允许用户提供输入和/或接收输出的任何合适的部件。输入/输出部件可包括例如一个或多个按钮、表冠、按键、拨号盘、触控板、麦克风、扬声器、触觉设备等。

现在参见图3，头戴式设备可包括易于安装到头戴式设备的框架和/或臂中的集成光学模块。集成光学模块可根据需要单独装配以提供部件的精确对准。

如图3所示，光学模块50可包括耦接到显示元件80的一个或多个光学部件，诸如透镜和/或波导。光学模块50还可包括其他部件，诸如与光学模块50的其他部件集成的传感器94(例如，相机)。光学模块50的部件可彼此牢固地耦接(例如，结合)，以相对于彼此保持相对位置。此类耦接可独立于头戴式设备10的其他部件并且在耦接到头戴式设备10的其他部件之前实现，如本文进一步讨论的。

在装配光学模块50之后，光学模块50可耦接到头戴式设备10的支撑结构。光学模块50的至少一些部件(例如，透镜、波导等)可定位在框架20的开口22内。除此之外或另选地，光学模块50的至少一些部件(例如，显示元件80、传感器94等)可定位在对应臂40的腔42内。光学模块50的部件可耦接(例如，结合)到框架20和/或臂40的对应部分。

虽然图3中仅示出一个光学模块50与头戴式设备10的其他部件分开，但应当理解，光学模块50的特征可适用于由头戴式设备10提供的多个光学模块50中的任一者或两者。例如，每个光学模块50可被定位成使其至少一些部件位于框架20的开口22内和/或其至少一些部件位于对应臂40的腔42内。

现在参见图4至图6，头戴式设备可提供直接耦接到包括波导的组件的光投射显示元件。此类直接耦接可通过将光投射显示元件直接结合到透镜或其他光学部件来实现，该透镜或其他光学部件继而直接耦接到波导。如本文所用，部件直接耦接，其中它们通过不超过单个居间结构(诸如结合部(bond)、熔结区域、粘合剂等)接合在一起。

如图4所示，光学模块50可包括位于内透镜56和外透镜52之间的波导54。内透镜56可定位在光学模块50的用户侧上(例如，当佩戴头戴式设备时面朝用户)，并且外透镜52可定位在光学模块50的世界侧上(例如，当佩戴头戴式设备时背向用户)。

波导54可接收来自显示元件80的光，如本文进一步讨论的。内透镜56可提供用于将光从显示元件80通过内透镜56并传输到波导54的窗口64或其他结构。

波导54可设置有用于将光从显示元件80传输至用户的一个或多个特征部。例如，波导54可包括反射表面。当来自显示元件80的光进入波导54时，其可以大于临界角的入射角入射到第一表面，超过该临界角发生全内反射。光可参与全内反射并在相对表面之间反射直到其到达观察区域。在观察区域处，光可离开波导54(例如，以小于临界角的角度)。虽然图4的波导54被示出为大致直线的，但应当理解，可提供多种形状和尺寸以实现本文所讨论的结果。

内透镜56可对从波导54向用户传输的光施加光学效应。例如，内透镜56可以是负透镜或发散透镜。来自波导54的给定光束在穿过内透镜56之后可似乎从超过内透镜56和/或光学模块50的特定点发出(例如，从外部环境发出)。

外透镜52也可对从外部环境向用户传输的光施加光学效应。应当理解，在来自波导54的光叠加在外部环境的视图上的情况下，内透镜56可对来自波导54的光和来自外部环境的光两者施加效应。虽然可能期望内透镜56对来自波导54的光产生影响，但还可能期望从外部环境传送光而没有净光学效应或具有与仅由内透镜56提供的光学效应不同的光学效应。这样，外透镜52可施加光学效应，该光学效应消除、抵消、补充或以其他方式改变内透镜56对来自外部环境的入射光的影响。例如，外透镜52可以是正透镜或会聚透镜。来自外部环境的给定光束可穿过外透镜52并接收第一光学效应。相同的光束可进一步穿过波导54和内透镜56以利用预期的光学效应到达用户的眼睛。

应当理解，光学模块50的部件可例如利用外透镜52和/或内透镜56按照适用于给定用户的方式提供对入射光的视力矫正。这种矫正可以是球面的、非球面的、非复曲面的、柱面的、单视觉的、多焦点的、渐进式的和/或可调节的。应当理解，光学模块50的部件可根据需要包括其他光学部件，以产生所需的光学效应。例如，外透镜52、波导54、内透镜56和/或其他光学部件可包括一个或多个漫射器、滤光器、偏振器、棱镜、分束器、衍射光栅、反射镜和/或窗口。此类部件可被定位在光学模块50的其他部件附近、内部或外部的任何位置处。

光学模块50的部件可以保持适当对准的方式装配在一起。例如，内透镜56可具有便于显示元件80与之牢固对准的特征和特性。透镜(例如，内透镜56)可包括玻璃、塑料(例如，聚碳酸酯)和/或提供所需光学特性(例如，折射率)、重量和强度的另一种材料。内透镜56的强度可提供一平台，当显示元件80耦接到该平台时，该平台保持(例如，相对位置和取向的)牢固对准。

如图4和图5中进一步所示，内透镜56可以包括一个或多个突出部66，以在内透镜56的一部分内形成凹陷部62。该凹陷部62可具有被构造成接纳显示元件80的末端部分82的尺寸和形状。显示元件80的末端部分82可插入内透镜56的凹陷部62内，并且例如用结合部70耦接到突出部66中的每一突出部。结合部70可包括任何固定机构，包括但不限于粘合剂、焊接件、过盈配合部、紧固件、和/或它们的组合。

包括突出部66的内透镜56可以是单体式结构，而不是单独部件的组件。如本文所用，单体式结构是一体形成的单件。例如，内透镜56可以是单体结构。通过提供单体式内透镜56，该内透镜56不包含在组装部件中发生的尺寸变化。因此，单体式内透镜56可被制造成更精确且一致的尺寸，并且提供牢固地支撑显示元件80所需的强度。

突出部66可围绕显示元件80的末端部分82的周边分布。这种分布可关于显示元件80的中心轴线径向对称(例如，环形对称)。结合部70可类似地分布在突出部66和显示元件80的末端部分82之间的位置处。在突出部66和/或结合部70热膨胀的情况下，每个经历膨胀的区域可由于分布的径向对称性而被其他区域抵消。因此，突出部66和/或结合部70的热膨胀可不具有将导致显示元件80相对于内透镜56和/或波导54移位的净效应。应当理解，可提供任何数量的突出部和对应的结合部70。例如，突出部66可以是形成凹陷部62的连续环形结构。另选地，可以任何数量(例如，2、3、4、5、6、7、8、9、10或多于10)提供多个突出部66。

除此之外或另选地，显示元件80可包括由内透镜56的一部分接合的一个或多个突出部。例如，内透镜56可包括用于接纳显示元件80的突出部的一个或多个凹陷部。显示元件80的突出部和内透镜56的凹陷部可围绕显示元件80的中心轴线以径向对称性(例如，环形地)分布。可在突起部和凹陷部之间提供对应的结合部。因此，突出部和/或结合部的热膨胀可以不具有将导致显示元件80相对于内透镜56和/或波导54移位的净效应。

可将弹性密封件78设置在显示元件80的末端部分82和凹陷部62之间。光学模块50的弹性密封件78和/或其他部件(例如，耦接件)密封光学模块50的内部部分和/或部件免受外部环境的影响。此类密封可防止或限制颗粒和/或流体渗透到光学模块50的内部部分中。例如，波导54可定位在形成于内透镜56和外透镜52之间的腔内，并且弹性密封件78(除其他特征部之外)可将波导54与外部环境隔离。此类密封可与窗口64一起提供，该窗口提供从显示元件80到波导54的通路。

内透镜56和/或外透镜52可彼此耦接(例如，接合)。此类接合可包括任何固定机构，包括但不限于粘合剂、焊接件、过盈配合部、紧固件、和/或它们的组合。此类结合可定位在内透镜56和/或外透镜52的内(即，用户侧)表面、外(即，世界侧)表面和/或径向表面(即，连接内表面和外表面)上。

如图5中进一步所示，波导54可耦接(例如，结合)到内透镜56和/或外透镜52。在波导54直接耦接到内透镜56并且内透镜56直接耦接到显示元件80的情况下，波导54至少经由与内透镜56的耦接保持相对于显示元件80的(例如，相对位置和取向的)对准。波导54可仅通过内透镜56耦接到显示元件80。另选地，波导54可直接耦接到显示元件80。

如图6所示，光学模块50可定位在头戴式设备10的框架20和/或臂40内。例如，内透镜56、波导54和/或外透镜52可定位在框架20的开口22内。内透镜56、波导54和/或外透镜52可耦接(例如，结合)到框架20。此类结合可包括任何固定机构，包括但不限于粘合剂、焊接件、过盈配合部、紧固件、和/或它们的组合。

除此之外或另选地，显示元件80和/或传感器94可定位在臂40的腔42内。显示元件80和/或传感器94可耦接(例如，结合)到臂40。此类结合可包括任何固定机构，包括但不限于粘合剂、焊接件、过盈配合部、紧固件、和/或它们的组合。

由于光学模块50被装配以形成整体单元，因此应当理解，光学模块50可任选地仅耦接到框架20或臂40。例如，内透镜56、波导54和/或外透镜52可耦接(例如，结合)到框架20，而不提供光学模块50与臂40的任何直接耦接(即，仅通过框架20耦接到臂40)。因此，臂40相对于框架20的变形可通过允许光学模块50相对于臂40的移动来允许光学模块50保持其内部对准。又如，显示元件80和/或传感器94可耦接(例如，结合)到臂40，而不提供光学模块50与框架20的任何直接耦接(即，仅通过臂40耦接到框架20)。因此，臂40相对于框架20的变形可通过允许光学模块50相对于框架20的移动来允许光学模块50保持其内部对准。

传感器94可设置有经由光学模块50的部件到外部环境的观察和/或其他通路。例如，内透镜56、波导54和/或外透镜52可提供用于将光从外部环境传输到传感器94的窗口或其他结构。

因此，本公开的实施方案提供了一种头戴式设备，该头戴式设备提供直接耦接到包括波导的组件的光投射显示元件。此类直接耦接可通过将光投射显示元件直接结合到透镜或其他光学部件来实现，该透镜或其他光学部件继而直接耦接到波导。此类光学模块可被装配在头戴式设备的外部以用于精确对准，并且随后被安装为集成单元。这些措施可有助于保持部件对准，同时允许头戴式设备重量轻且尺寸小。

为了方便起见，下文将本公开的各方面的各种示例描述为条款。这些示例以举例的方式提供，并且不限制主题技术。

条款A：一种头戴式设备，该头戴式设备包括：框架；臂，所述臂从所述框架延伸出；以及光学模块，该光学模块包括：定位在框架内的透镜；波导，所述波导直接结合到所述透镜；以及显示元件，该显示元件定位在臂内并且直接结合到透镜，使得在臂相对于框架的整个移动期间，显示元件保持相对于波导的对准，该显示元件被配置为将光投射到波导。

条款B：一种头戴式设备，该头戴式设备包括：框架；以及光学模块，该光学模块包括：透镜，该透镜耦接到框架并且提供以围绕凹陷部的径向对称性分布的多个突出部；波导，所述波导耦接到所述透镜；以及显示元件，该显示元件至少部分地定位在凹陷部内并且结合到多个突出部中的每个突出部，使得在该突出部的整个热膨胀期间，显示元件保持相对于波导的对准，该显示元件被配置为将光投射到波导。

条款C：一种头戴式设备，该头戴式设备包括：框架；光学模块，该光学模块包括：透镜，该透镜耦接到框架；波导，所述波导耦接到所述透镜；显示元件，所述显示元件直接结合到所述透镜；弹性密封件，所述弹性密封件位于所述透镜和所述显示元件之间，其中所述弹性密封件将所述波导和所述显示元件之间的空间与外部环境隔离，所述显示元件被配置为将光投射穿过所述空间并到达所述波导。

上述条款中的一个或多个可包括下述特征中的一个或多个。应当注意，以下条款中的任一者可彼此以任何组合来组合，并被置于相应的独立条款中，例如，条款A、B或C。

条款1：臂从框架延伸出

条款2：显示元件定位在臂内并且仅通过透镜耦接到臂。

条款3：该透镜为单体结构，该单体结构包括在其间形成凹陷部的突出部，其中显示元件的末端部分牢固地耦接到每个突出部。

条款4：透镜形成窗口，并且该显示元件被配置为将光穿过窗口和/或弹性密封件投射到波导。

条款5：光学模块还包括位于透镜和显示元件之间的弹性密封件，其中该弹性密封件将波导和显示元件之间的空间与外部环境隔离。

条款6：该透镜为第一透镜；所述光学模块还包括第二透镜；并且该波导位于第一透镜与第二透镜之间，其中外部环境透过第一透镜、波导和第二透镜为可见的。

条款7：第一透镜耦接到第二透镜以将波导与外部环境隔离。

如上所述，本技术的一个方面可以包括收集和使用得自各种来源的数据。本公开预期，在一些实例中，这些所采集的数据可包括唯一地识别或可用于联系或定位特定人员的个人信息数据。此类个人信息数据可包括人口统计数据、基于位置的数据、电话号码、电子邮件地址、twitter ID、家庭地址、与用户的健康或健身等级相关的数据或记录(例如，生命信号测量、药物信息、锻炼信息)、出生日期、或任何其他识别信息或个人信息。

本公开认识到在本发明技术中使用此类个人信息数据可用于使用户受益。例如，健康和健身数据可用于向用户的总体健康状况提供见解，或者可用作使用技术来追求健康目标的个人的积极反馈。

本公开设想负责采集、分析、公开、传输、存储或其他使用此类个人信息数据的实体将遵守既定的隐私政策和/或隐私实践。具体地，此类实体应当实行并坚持使用被公认为满足或超出对维护个人信息数据的隐私性和安全性的行业或政府要求的隐私政策和实践。此类政策应该能被用户方便地访问，并应随着数据的采集和/或使用变化而被更新。来自用户的个人信息应当被收集用于实体的合法且合理的用途，并且不在这些合法使用之外共享或出售。此外，应在收到用户知情同意后进行此类采集/共享。此外，此类实体应考虑采取任何必要步骤，保卫和保障对此类个人信息数据的访问，并确保有权访问个人信息数据的其他人遵守其隐私政策和流程。另外，这种实体可使其本身经受第三方评估以证明其遵守广泛接受的隐私政策和实践。此外，应当调整政策和实践，以便采集和/或访问的特定类型的个人信息数据，并适用于包括管辖范围的具体考虑的适用法律和标准。例如，在美国，对某些健康数据的收集或获取可能受联邦和/或州法律的管辖，诸如健康保险流通和责任法案(HIPAA)；而其他国家的健康数据可能受到其他法规和政策的约束并应相应处理。因此，在每个国家应为不同的个人数据类型保持不同的隐私实践。

不管前述情况如何，本公开还预期用户选择性地阻止使用或访问个人信息数据的实施方案。即本公开预期可提供硬件元件和/或软件元件，以防止或阻止对此类个人信息数据的访问。例如，就广告递送服务而言，本发明的技术可被配置为在注册服务期间或之后任何时候允许用户选择“选择加入”或“选择退出”参与对个人信息数据的收集。在另一示例中，用户可以选择不为目标内容递送服务提供情绪相关数据。在另一个示例中，用户可选择限制情绪相关数据被保持的时间长度，或完全禁止基础情绪状况的开发。除了提供“选择加入”和“选择退出”选项外，本公开设想提供与访问或使用个人信息相关的通知。例如，可在下载应用时向用户通知其个人信息数据将被访问，然后就在个人信息数据被应用访问之前再次提醒用户。

此外，本公开的目的是应管理和处理个人信息数据以最小化无意或未经授权访问或使用的风险。一旦不再需要数据，通过限制数据收集和删除数据可最小化风险。此外，并且当适用时，包括在某些健康相关应用程序中，数据去标识可用于保护用户的隐私。可在适当时通过移除特定标识符(例如，出生日期等)、控制所存储数据的量或特异性(例如，在城市级别而不是在地址级别收集位置数据)、控制数据如何被存储(例如，在用户之间聚合数据)、和/或其他方法来促进去标识。

因此，虽然本公开广泛地覆盖了使用个人信息数据来实现一个或多个各种所公开的实施方案，但本公开还预期各种实施方案也可在无需访问此类个人信息数据的情况下被实现。即，本发明技术的各种实施方案不会由于缺少此类个人信息数据的全部或一部分而无法正常进行。例如，可通过基于非个人信息数据或绝对最低数量的个人信息诸如与用户相关联的设备所请求的内容、对内容递送服务可用的其他非个人信息或公开可用的信息来推断偏好，从而选择内容并将该内容递送至用户。

除非特别指出，否则以单数形式提及的元素并不意味着是唯一的，而是指一个或多个。例如，“一个”模块可指一个或多个模块。以“一个”，“一种”，“该”或“所述”为前缀的元素在没有进一步的限制的情况下不排除存在另外的相同的元素。

标题和副标题(如果有的话)仅用于方便，并不限制本发明。“示例性”一词用于表示用作示例或说明。在使用术语“包括”、“具有”等的意义上，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式是包含性的，因为在用作权利要求中的过渡词时解释为包含。诸如第一和第二等的关系术语可用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。

短语诸如方面、该方面、另一方面、一些方面、一个或多个方面、具体实施、该具体实施、另一具体实施、一些具体实施、一个或多个具体实施、实施方案、该实施方案、另一实施方案、一些实施方案、一个或多个实施方案、配置、该配置、其他配置、一些配置、一个或多个配置、主题技术、公开、本公开、其他变型等等都是为了方便，并不意味着涉及这样的一个或多个短语的公开对于主题技术是必不可少的，或者此类公开适用于主题技术的所有配置。涉及此类一个或多个短语的公开可适用于所有配置或一个或多个配置。涉及此类一个或多个短语的公开可提供一个或多个示例。短语诸如方面或一些方面可指代一个或多个方面，反之亦然，并且这与其他前述短语类似地应用。

在一系列项目之前的短语“至少一个”，用术语“和”或“或”分开项目中的任一者，将列表作为整体修改而不是列表中的每个成员。短语“至少一个”不需要选择至少一个项目；相反，该短语允许包括任何一个项目中的至少一个和/或项目的任何组合中的至少一个和/或每个项目中的至少一个的含义。举例来说，短语“A、B和C中的至少一个”或“A、B或C中的至少一个”中的每个短语仅指A、仅指B或仅指C；A、B和C的任意组合；和/或A、B和C中的每一个中的至少一个。

应该理解，公开的步骤、操作或过程的具体顺序或层次是示例性方法的说明。除非另有明确说明，否则可理解的是，步骤、操作或过程的具体顺序或层次可以不同的顺序执行。步骤、操作或过程中的一些可同时执行。所附方法权利要求书(如果有的话)以示例顺序呈现各个步骤、操作或过程的元素，并不意味着限于所呈现的特定顺序或层次。这些可以串行、线性、并行或不同的顺序执行。应当理解，所描述的指令、操作和系统通常可一起集成在单个软件/硬件产品中，或者被封装到多个软件/硬件产品中。

在一个方面，术语耦接等可指代直接耦接。另一方面，术语耦接等可指间接耦接。

术语诸如顶部、底部、前部、后部、侧部、水平、竖直等是指任意的参照系，而不是指通常的重力参照系。因此，此类术语可在重力参考系中向上、向下、对角或水平延伸。

提供本公开是为了使本领域的技术人员能够实践本文所述的各个方面。在一些情况下，以框图形式示出了熟知的结构和部件，以便避免使本主题技术的概念模糊。本公开提供了本主题技术的各种示例，并且本主题技术不限于这些示例。这些方面的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且这里描述的原理可应用于其他方面。

本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物通过引用明确地并入本文，并且旨在被权利要求书所涵盖。此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。根据35U.S.C.§112第六段的规定，不需要解释任何权利要求元素，除非使用短语“方法用以”明确陈述了该元素，或者就方法权利要求而言，使用短语“步骤用以”陈述了该元素。

标题、背景、附图的简要说明、摘要和附图在此被结合到本公开中，并且被提供作为本公开的说明性示例，而不是作为限制性描述。认为它们不会被用来限制权利要求的范围或含义。另外，在详细描述中可看出，为了使本公开简化的目的，描述提供了例示性示例，并且各种特征在各种具体实施中被组合在一起。公开的方法不应被解释为反映所要求保护的主题需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开的配置或操作的所有特征。权利要求由此被并入到具体实施方式中，每个权利要求本身作为单独要求保护的主题。

权利要求不旨在限于本文所述的方面，而是要被赋予与权利要求的语言一致的全部范围，并且涵盖所有的法律等同物。尽管如此，这些权利要求都不包含不符合适用专利法要求的主题，也不应该以此类方式解释。

Claims (20)

1.一种头戴式设备，包括：

框架；

臂，所述臂从所述框架延伸出；以及

光学模块，所述光学模块包括：

透镜，所述透镜定位在所述框架内；

波导，所述波导直接结合到所述透镜；和

显示元件，所述显示元件定位在所述臂内并且直接结合到所述透镜，使得在所述臂相对于所述框架的整个移动期间，所述显示元件保持相对于所述波导的对准，所述显示元件被配置为将光投射到所述波导，

其中，所述光学模块耦接到所述框架和所述臂中的一者，而不提供所述光学模块与所述框架和所述臂中的另一者的任何直接耦接，以允许所述光学模块相对于所述框架和所述臂中的所述另一者的移动。

2.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述显示元件仅通过所述透镜耦接到所述臂。

3.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述透镜为单体结构，所述单体结构包括在其间形成凹陷部的突出部，其中所述显示元件的末端部分牢固地耦接到所述突出部中的每个突出部。

4.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述透镜形成窗口，并且所述显示元件被配置为将所述光穿过所述窗口投射到所述波导。

5.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述光学模块还包括相机，所述相机耦接到所述显示元件并且被配置为捕获外部环境的图像。

6.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中所述光学模块还包括位于所述透镜和所述显示元件之间的弹性密封件，其中所述弹性密封件将所述波导和所述显示元件之间的空间与外部环境隔离。

7.根据权利要求1所述的头戴式设备，其中：

所述透镜为第一透镜；

所述光学模块还包括第二透镜；并且

所述波导位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，其中外部环境透过所述第一透镜、所述波导和所述第二透镜为可见的。

8.一种头戴式设备，包括：

框架；

光学模块，所述光学模块包括：

透镜，所述透镜耦接到所述框架并且提供以围绕凹陷部的径向对称性分布的多个突出部；

波导，所述波导耦接到所述透镜；和

显示元件，所述显示元件至少部分地定位在所述凹陷部内并且结合到所述多个突出部中的每个突出部，使得在所述突出部的整个热膨胀期间，所述显示元件保持相对于所述波导的对准，所述显示元件被配置为将光投射到所述波导；以及

臂，所述臂从所述框架延伸出，

其中，所述光学模块耦接到所述框架，而不提供所述光学模块与所述臂的任何直接耦接，以允许所述光学模块相对于所述臂的移动。

9.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中所述透镜是单体结构，所述单体结构包括形成所述凹陷部的所述突出部。

10.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中所述透镜形成窗口，并且所述显示元件被配置为将所述光穿过所述窗口投射到所述波导。

11.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中：

所述透镜为第一透镜；

所述光学模块还包括第二透镜；并且

所述波导位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，其中外部环境透过所述第一透镜、所述波导和所述第二透镜为可见的。

12.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中所述光学模块还包括相机，所述相机耦接到所述显示元件并且被配置为捕获外部环境的图像。

13.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中所述光学模块还包括位于所述透镜和所述显示元件之间的弹性密封件，其中所述弹性密封件将所述波导和所述显示元件之间的空间与外部环境隔离。

14.根据权利要求8所述的头戴式设备，其中所述显示元件定位在所述臂内并且仅通过所述透镜耦接到所述臂。

15.一种头戴式设备，包括：

框架；

光学模块，所述光学模块包括：

透镜，所述透镜耦接到所述框架；

波导，所述波导耦接到所述透镜；

显示元件，所述显示元件直接结合到所述透镜；

弹性密封件，所述弹性密封件位于所述透镜和所述显示元件之间，其中所述弹性密封件将所述波导和所述显示元件之间的空间与外部环境隔离，所述显示元件被配置为将光投射穿过所述空间并到达所述波导；以及

臂，所述臂从所述框架延伸出，

其中，所述光学模块耦接到所述框架，而不提供所述光学模块与所述臂的任何直接耦接，以允许所述光学模块相对于所述臂的移动。

16.根据权利要求15所述的头戴式设备，其中所述透镜形成窗口，并且所述显示元件被配置为将所述光穿过所述窗口和所述弹性密封件投射到所述波导。

17.根据权利要求15所述的头戴式设备，其中：

所述透镜为第一透镜；

所述光学模块还包括第二透镜；并且

所述波导位于所述第一透镜与所述第二透镜之间，其中外部环境透过所述第一透镜、所述波导和所述第二透镜为可见的。

18.根据权利要求17所述的头戴式设备，其中所述第一透镜耦接到所述第二透镜以将所述波导与所述外部环境隔离。

19.根据权利要求15所述的头戴式设备，其中所述光学模块还包括相机，所述相机耦接到所述显示元件并且被配置为捕获所述外部环境的图像。

20.根据权利要求15所述的头戴式设备，其中所述显示元件定位在所述臂内并且仅通过所述透镜耦接到所述臂。

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