CN113272722B - 用于近眼显示器(ned)的光学架构 - Google Patents

用于近眼显示器(ned)的光学架构 Download PDF

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Abstract

一种装置，包括显示器(110，410，510，610)和AR眼镜透镜(300)。AR眼镜透镜(300)耦接到显示器(110，410，510，610)并且包括显示校正器透镜(310)、主棱镜透镜(320)、以及透视校正器透镜(330)。显示校正器透镜(310)包括第一光学褶皱。主棱镜透镜(320)耦接到显示校正器透镜(310)并且包括第二光学褶皱和第三光学褶皱。透视校正器透镜(330)耦接到主棱镜透镜(320)。一种方法(800)包括：第一，生成图像(810)；第二，在显示校正器透镜内折射图像(820)；第三，在显示校正器透镜内反射图像(830)；第四，在显示校正器透镜内折射图像(840)；第五，在主棱镜透镜内折射图像(850)；第六，在主棱镜透镜内反射图像(860)；第七，在主棱镜透镜内反射图像(870)；第八，在主棱镜透镜内向用户的眼睛折射图像(880)。

Description

用于近眼显示器(NED)的光学架构
相关申请的交叉引用
本申请要求Futurewei Technologies,Inc.在2019年1月8日提交、申请号为62/789,728、发明名称为“用于近眼显示器(NED)的光学架构”的美国临时专利申请的优先权，其内容结合于此作为参考。
技术领域
公开的实施例总体上涉及近眼显示器，并且特别涉及用于近眼显示器的光学架构。
背景技术
NED也可以称为HMD或智能眼镜，其通过将计算机生成的图像投射到用户的眼睛中以在用户的FOV中创建虚拟图像来提供AR、MR或VR体验。计算机生成的图像具有建设性，这意味着这些图像会被添加到用户的自然环境中，或者计算机生成的图像具有破坏性，这意味着这些图像会掩盖用户的自然环境。自然环境可以是用户在其自然FOV中所看到的。因此，用户可能会看到虚拟图像和用户的自然FOV的结合。
发明内容
在实施例中，一种装置包括显示器和AR眼镜透镜；AR眼镜透镜耦接到显示器并且包括：包括第一光学褶皱(optical fold)的显示矫正器透镜；耦接到显示矫正器透镜并且包括第二光学褶皱和第三光学褶皱的主棱镜透镜；以及耦接到主棱镜透镜的透视矫正器透镜。在任何前述实施例中，该装置是NED。在任何前述实施例中，该装置还包括耦接到显示器和AR眼镜透镜的保持器。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜、主棱镜透镜、以及透视矫正器透镜是自由曲面棱镜(freeform prism)。在任何前述实施例中，第一光学褶皱是包括镜面涂层的表面。在任何前述实施例中，第二光学褶皱是包括AR涂层的表面。在任何前述实施例中，第三光学褶皱是包括BS涂层的表面。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜是包括PMMA材料的低色散透镜，主棱镜透镜是包括第一PC材料的第一高色散透镜，透视矫正器透镜是包括第二PC材料的第二高色散透镜。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜是包括PC材料的高色散透镜，主棱镜透镜是包括第一PMMA材料的第一低色散透镜，透视矫正器透镜是包括第二PMMA材料的第二高色散透镜。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜还包括第三表面，第三表面是正屈光(positively powered)的并且面向主棱镜透镜，并且其中，主棱镜透镜还包括第四表面，第四表面是负屈光(negatively powered)的并且面向显示矫正器透镜。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜还包括第三表面，第三表面是负屈光的并且面向主棱镜透镜，并且其中，主棱镜透镜还包括第四表面，第四表面是正屈光的并且面向显示矫正器透镜。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜是折叠棱镜。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜是透镜和折叠镜的组合。在任何前述实施例中，第一光学褶皱是平坦表面(plano surface)。在任何前述实施例中，第一光学褶皱是弯曲表面。在任何前述实施例中，第一光学褶皱包括衍射结构。在任何前述实施例中，显示矫正器透镜是三角棱镜。在任何前述实施例中，显示器是OLED显示器。在任何前述实施例中，显示器是uLED显示器。在任何前述实施例中，显示器是LCOS显示器。在任何前述实施例中，显示器是DLP显示器。
在实施例中，一种装置包括用于生成图像的显示器以及AR眼镜透镜，AR眼镜透镜耦接到显示器并且包括显示矫正器透镜和主棱镜透镜，显示矫正器透镜用于：第一，折射图像，第二，反射图像，第三，折射图像，主棱镜透镜耦接到显示矫正器透镜并且用于：第一，折射图像，第二，反射图像，第三，反射图像，第四，向用户的眼睛折射图像。在任何前述实施例中，AR眼镜透镜还包括透视矫正器透镜，透视矫正器透镜耦接到主棱镜透镜并且用于：第一，折射FOV；第二，折射FOV；第三，折射FOV；第四，向用户的眼睛折射FOV。
在实施例中，一种装置包括用于生成图像的显示器以及AR眼镜透镜，AR眼镜透镜耦接到显示器并且包括显示矫正器透镜和主棱镜透镜，显示矫正器透镜用于：第一，反射图像，第二，折射图像，第三，折射图像，主棱镜透镜耦接到显示矫正器透镜并且用于：第一，折射图像，第二，反射图像，第三，反射图像，第四，向用户的眼睛折射图像。在任何前述实施例中，AR眼镜透镜还包括透视矫正器透镜，透视矫正器透镜耦接到主棱镜透镜并且用于：第一，折射FOV；第二，折射FOV；第三，折射FOV；第四，向用户的眼睛折射FOV。
在实施例中，一种方法包括：第一，生成图像；第二，在显示矫正器透镜内折射图像；第三，在显示矫正器透镜内反射图像；第四，在显示矫正器透镜内折射图像；第五，在主棱镜透镜内折射图像；第六，在主棱镜透镜内反射图像；第七，在主棱镜透镜内反射图像；第八，在主棱镜透镜内向用户的眼睛折射图像。
在实施例中，一种方法包括：第一，生成图像；第二，在显示矫正器透镜内反射图像；第三，在显示矫正器透镜内折射图像；第四，在显示矫正器透镜内折射图像；第五，在主棱镜透镜内折射图像；第六，在主棱镜透镜内反射图像；第七，在主棱镜透镜内反射图像；第八，在主棱镜透镜内向用户的眼睛折射图像。
在实施例中，一种方法包括：模制具有第二表面的显示矫正器透镜；用镜面涂层涂覆第二表面，以形成第一光学褶皱(optical fold)；模制具有第五表面和第六表面的主棱镜透镜；用AR涂层涂覆第五表面，以形成第二光学褶皱；用BS涂层涂覆第六表面，以形成第三光学褶皱；模制透视矫正器透镜；将主棱镜透镜接合到透视矫正器透镜，以形成第一透镜子组件；将显示矫正器透镜接合到第一透镜子组件，以形成第二透镜子组件。在任何前述实施例中，该方法还包括模制保持器。在任何前述实施例中，该方法还包括：获得显示器；将显示器接合到保持器，以形成显示器子组件。在任何前述实施例中，该方法还包括：在第二透镜子组件和显示器子组件之间执行多轴对准；以及响应于多轴对准，将第二透镜子组件接合到显示器子组件，以形成NED。在任何前述实施例中，该方法还包括对NED执行计量。
以上实施例中任何实施例可以与其他以上实施例中任何实施例结合，以创建新的实施例。通过结合附图和权利要求的以下具体实施方式，将更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
为了更透彻地理解本公开，现在结合附图和具体实施方式参考以下简要描述，其中，相同的附图标记表示相同的部分。
图1A是NED的图片。
图1B是图1A中的NED的部分的图片。
图2是光学图。
图3是根据本公开实施例的AR眼镜透镜的示意图。
图4是根据本公开实施例的射线图。
图5是根据本公开另一实施例的射线图。
图6是根据本公开又一实施例的射线图。
图7是示出根据本公开实施例的NED制造方法的流程图。
图8是示出根据本公开实施例的NED操作方法的流程图。
图9是示出根据本公开另一实施例的NED操作方法的流程图。
图10是示出根据本公开实施例的AR眼镜透镜制造方法的流程图。
具体实施方式
首先应理解，虽然以下提供了一个或多个实施例的说明性实施方式，但是公开的系统和/或方法可以使用任何数量的当前已知或现有的技术来实现。本公开不限于以下示出的说明性实施方式、附图、以及技术(包括本文示出和描述的示例性设计和实施方式)，而是可以在所附权利要求的范围及其等同物的全部范围内进行修改。
以下缩写适用：
AOI：入射角(angle of incidence)
AR：抗反射(anti-reflective)、增强现实(augmented reality)
BS：分束器(beam splitter)
DLP：数字光处理(digital light processing)
FOV：视场(field of view)
HMD：头戴式显示器(head-mounted display)
J/cm2：焦耳每平方厘米(Joules per square centimeter(s))
LCOS：硅基液晶(liquid crystal on silicon)
uLED：微型发光二极管(micro light-emitting diode)
mm：毫米(millimeter(s))
mPa·s：毫帕-秒(millipascal-second(s))
MR：混合现实(mixed reality)
nm：纳米(nanometer(s))
NED：近眼显示器(near-eye display)
OLED：有机LED(organic LED)
PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)
PC：聚碳酸酯(polycarbonate)
VR：虚拟现实(virtual reality)
TIR：全内反射(total internal reflection)
图1A是NED 100的图片。NED 100包括显示器110、波导120、以及保持器130。显示器110是OLED显示器、μLED显示器、LCOS显示器、DLP显示器或生成图像并将图像投射到波导120中的其他显示器。显示器110不在用户的视线范围内。波导120是光学玻璃，其允许图像在其中反射或折射。保持器130固定显示器110和波导120并为显示器110和波导120提供结构支撑，并且保持器130将NED 100固定到用户的头部。保持器130是单个部件或固定在一起的多个部件。
图1B是图1A中的NED 100的部分140的图片。部分140包括显示器110和波导120，但是不包括保持器130。波导120具有宽度、长度、高度。宽度也可以称为厚度。可以看出，波导120类似于眼镜中的透镜。然而，波导120可能比这种透镜更宽。
图2是光线图200。光线图200包括来自图1A和图1B中的NED 100的显示器110和波导120。另外，光线图200包括用户的眼睛210。如图所示，显示器110将射线投射到波导120中，该射线在波导120内反射多次，并且该射线以朝向眼睛210的方向离开波导120。该射线是光波的理想表示。光波的组合构成图像。图像的路径称为显示路径。
光学褶皱是反射光波的任何光学表面。光学褶皱可以实现更小更轻的光学器件。波导120的一种方法是包括两个平坦表面的衍射波导，这两个平坦表面形成多个光学褶皱。光波通过衍射光栅进入和离开波导120，然后通过TIR在两个平坦表面上反射。这种方法实现了用户的视线中的最薄波导120。但是，对于不同的波长和不同的AOI，衍射效率不同。因此，眼睛210观察到的图像的亮度和颜色均匀性较差。另外，衍射光栅是纳米级的，因此制造过程复杂且昂贵。此外，由于平坦度和平行度要求，波导120需要是易碎且重的玻璃材料。因此，期望提供具有更好的光学性能、更低的成本和更好的可靠度的NED。
波导120的另一种方法是不包括衍射光栅，而只包括反射和折射光学表面。由于反射和折射光学表面通常具有相当均匀的波长和AOI响应，因此该方法可以提高图像亮度和颜色均匀性。然而，显示器110通常对于厚度最小化而言处于不期望的方向，并且显示路径没有足够的自由度用于像差校正。
本文公开了用于NED的光学架构的实施例。实施例提供具有三个光学褶皱的AR眼镜透镜。AR眼镜透镜在用户的视线中。AR眼镜透镜包括提供第一光学褶皱的显示矫正器透镜和提供第二光学褶皱和第三光学褶皱的主棱镜透镜。第一光学褶皱是折叠棱镜或折叠镜上的镜面涂层。第一光学褶皱使AR眼镜透镜的宽度减小多达约40％，并且使AR眼镜透镜的高度减小多达约13％。
图3是根据本公开实施例的AR眼镜透镜300的示意图。AR眼镜透镜300可以实现图1A和图1B中的波导120。AR眼镜透镜300的宽度约为9mm、长度约为28mm、高度约为24mm。AR眼镜透镜300包括显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、透视矫正器透镜330。
显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、透视矫正器透镜330可以是自由曲面棱镜。自由曲面棱镜是包括至少一个自由曲面的棱镜。自由曲面是不具有关于垂直平均平面(mean plane)的轴的平移对称性或旋转对称性的表面。与非自由曲面棱镜(non-freeformprism)相比，自由曲面棱镜提供更小的尺寸、更简单的制造工艺、以及更好的性能特征。
显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、透视矫正器透镜330是包括PMMA材料的低色散透镜或包括PC材料的高色散透镜。低色散透镜具有至少一个正屈光(positively-powered)表面以会聚光波。高色散透镜具有至少一个负屈光(negatively-powered)表面以发散光波。
主棱镜透镜320是大体上为楔形的透镜。显示矫正器透镜310和主棱镜透镜320充当双合透镜(doublet)以减小图像的色差。为此，显示矫正器透镜310和主棱镜透镜320中的一个是低色散透镜，而另一个是高色散透镜。透视矫正器透镜330保持不变形的自然FOV，并且抵消由于环境光从透视矫正器透镜330经过并通过主棱镜透镜320而引起的来自主棱镜透镜320的变形。为此，主棱镜透镜320和透视矫正器透镜330均为低色散透镜或均为高色散透镜。
图4是根据本公开实施例的射线图400。射线图400示出了显示器410；图3中的AR眼镜透镜300的显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、透视矫正器透镜330的表面；并且显示矫正器透镜310是折叠棱镜。显示器410相对于y轴成大约42°角，并且可以实现图1A和图1B中的显示器110。在图4中，显示矫正器透镜310是包括PMMA材料的低色散透镜，主棱镜透镜320是包括第一PC材料的第一高色散透镜，透视矫正器透镜330是包括第二PC材料的第二高色散透镜。第一PC材料和第二PC材料可以相同或不同。在折叠棱镜中，光波在反射之前和之后在非空气介质中传播。
第一表面420、第二表面430、第三表面440是图3中的显示矫正器透镜310的表面。第一表面420包括AR涂层，折射图像，相对于y轴成约60°角，并且具有约0°-57.1°的AOI。第二表面430包括镜面涂层，反射图像，相对于y轴成约-2°角，并且具有约39°-59°的AOI。负角是沿逆时针方向测量的，而正角是沿顺时针方向测量的。因此，-2°等于358°。第三表面440未涂覆涂层，折射图像，包括相对于y轴成约-45°角的中心线，并且是正屈光的。第三表面440面向图3中的主棱镜透镜320。
第四表面450、第五表面460、第六表面470是图3中的主棱镜透镜320的表面。第四表面450未涂覆涂层，折射图像，相对于y轴成约-45°角，具有约0°-44.4°的AOI，并且是负屈光的。第四表面450面向显示矫正器透镜310。第五表面460包括AR涂层，折射且反射图像，相对于y轴成约3°角，并且对于折射具有约0°-21.2°的AOI，对于反射具有约47.45°-59.63°的AOI。第六表面470包括BS涂层，反射图像，相对于y轴成约27°角，并且具有约22°-35.8°的AOI。
第七表面480和第八表面490构成图3中的透视矫正器330。第七表面480未涂覆涂层，折射图像，并且相对于y轴成约27°角。第八表面490包括AR涂层，折射图像，相对于y轴成约0°角，并且具有约0°-18.53°的AOI。
第二表面430提供第一光学褶皱，第五表面460提供第二光学褶皱，第六表面470提供第三光学褶皱。与具有两个光学褶皱的类似的AR眼镜透镜组件相比，通过包括三个光学褶皱，图3中的AR眼镜透镜300可以使宽度减小多达约40％并使高度减小多达约13％。
在操作中，显示器410生成图像并将该图像投射到显示矫正器透镜310中。尽管单个射线表示图像，但是该图像是不同波长的光波的组合。图像通过第一表面420折射，从第二表面430反射出去，通过第三表面440和第四表面450折射，从第五表面460反射出去，从第六表面470反射出去，通过第五表面折射460，并且进入用户的眼睛。同时，用户的FOV通过第八表面490、第七表面480、第六表面470、第五表面460折射，然后进入用户的眼睛。
图5是根据本公开另一实施例的射线图500。射线图500类似于图4中的射线图400。具体地，类似于射线图400，射线图500示出了显示器510；显示矫正器透镜310的第一表面520、第二表面530、第三表面540；主棱镜透镜320的第四表面550、第五表面560、第六表面570；透视矫正器透镜330的第七表面580和第八表面590；并且显示矫正器透镜310是折叠棱镜。
然而不同于图4，在图5中，显示矫正器透镜310是包括PC材料的高色散透镜，主棱镜透镜320是包括PMMA材料的第一低色散透镜，透视矫正器透镜330是包括PMMA材料的第二低色散透镜。第一PMMA材料和第二PMMA材料可以相同或不同。不同于相对于y轴成约42°角的显示器410，显示器510相对于y轴成约26°角。不同于相对于y轴成约-2°角的第二表面430，第二表面530相对于y轴成约-13°角。不同于正屈光的第三表面440，第三表面540是负屈光的。最后，不同于负屈光的第四表面450，第四表面550是正屈光的。
在操作中，显示器510生成图像并将该图像投射到显示矫正器透镜310中。图像通过第一表面520折射，从第二表面530反射出去，通过第三表面540和第四表面550折射，从第五表面560反射出去，从第六表面570反射出去，通过第五表面560折射，并且进入用户的眼睛。同时，用户的FOV通过第八表面590、第七表面580、第六表面570、第五表面560折射，然后进入用户的眼睛。
图6是根据本公开又一实施例的射线图600。射线图600类似于图4中的射线图400。具体地，类似于射线图400，射线图600示出了显示器610；显示矫正器透镜310的第一表面620、第二表面630、第三表面640；主棱镜透镜320的第四表面650、第五表面660、第六表面670；透视矫正器透镜330的第七表面680和第八表面690。
然而不同于图4，在图6中，显示矫正器透镜310是包括PC材料的高色散透镜，主棱镜透镜320是包括PMMA材料的第一低色散透镜，透视矫正器透镜330是包括PMMA材料的第二低色散透镜。第一PMMA材料和第二PMMA材料可以相同或不同。不同于图4中是折叠棱镜的显示矫正器透镜310，图6中的显示矫正器透镜310是透镜和折叠镜的组合。在折叠镜中，光波在反射之前和之后在空气中传播。不同于相对于y轴成约42°角的显示器410，显示器610相对于y轴成约33°角。不同于在显示路径中在第二表面430之前并且相对于y轴成约60°角的第一表面420，第一表面620在显示路径中在第二表面630之后并且相对于y轴成约-62°角。不同于相对于y轴成-2°角的第二表面430，第二表面630相对于y轴成约-14°角。不同于正屈光的第三表面440，第三表面640是负屈光的。最后，不同于负屈光的第四表面450，第四表面650是正屈光的。
在操作中，显示器610生成图像并将该图像投射到显示矫正器透镜310中。图像从第二表面630反射；通过第一表面620、第三表面640、第四表面650折射；从第五表面660反射；从第六表面670反射；通过第五表面660折射；并且进入用户的视线。同时，用户的FOV通过第八表面690、第七表面680、第六表面670、第五表面660折射，然后进入用户的眼睛。
图4中的第二表面430、图5中的第二表面530、以及图6中的第二表面630可以包括平坦表面或弯曲表面，并且可以包括衍射结构。平坦表面是完全平坦的表面，而曲面是任何不是平坦表面的表面。弯曲表面和衍射结构各自提供用于校正像差的额外自由度。另外，图4或图5中的显示矫正器透镜310可以是具有两个折射表面和一个反射表面的三角棱镜，其中，该反射表面是第二表面430、530之一。此外，图6中的第二表面630可以与其他光学部件组合以减少部件数量和制造过程中的组装步骤。
图7是示出根据本公开实施例的NED制造方法700的流程图。在步骤710，获得显示。例如，显示器是显示器410、510或610。在步骤720，模制保持器、显示矫正器透镜、主棱镜透镜、以及透视矫正器透镜。例如，制造商使用塑料注射成型来模制保持器130、显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、以及透视矫正器透镜330。
在步骤730，对显示矫正器透镜、主棱镜透镜、以及透视矫正器透镜进行涂覆。例如，制造商以参考图4、图5或图6描述的方式对显示矫正器透镜310、主棱镜透镜320、透视矫正器透镜330进行涂覆。在步骤740，将主棱镜透镜接合到透视矫正器透镜，以形成第一透镜子组件。例如，制造商使用胶将主棱镜透镜320接合到透视矫正器透镜330。具体地，制造商可以将第六表面470、570或670粘合到第七表面480、580或680。在步骤750，将显示矫正器透镜接合到第一透镜子组件，以形成第二透镜子组件。例如，制造商使用胶将显示矫正器透镜310接合到第一透镜子组件。具体地，制造商将第三表面440、540或640粘合到第四表面450、550或650。
在步骤760，将显示器接合到保持器，以形成显示器子组件。例如，制造商使用胶将显示器110、410、510或610接合到保持器130。在步骤770，在第二透镜子组件和显示器子组件之间执行多轴对准。例如，制造商执行六轴对准。在步骤780，响应于多轴对准，将第二透镜子组件接合到显示器子组件，以形成NED。例如，该制造形成NED 100。最后，在步骤790，对NED执行计量。例如，制造商确认NED 100满足各种公差要求，如果满足公差要求则保留NED100，如果不满足公差要求则丢弃或拆卸NED 100。
在步骤710至步骤760中的每个步骤之后，制造商可以执行质量检查。方法700中描述的胶是光学透明的。胶可以具有约200mPa·s–3,000mPa·s的粘合剂粘度。制造商可以使用微针注射器气动涂胶，然后使用波长约为365nm–405nm且强度约为1J/cm2–6J/cm2的紫外光固化胶。代替于胶，部件可以机械地固定在一起。
图8是示出根据本公开实施例的NED操作方法800的流程图。NED 100根据射线图400或500实施方法800。在步骤810，第一，生成图像。例如，显示器110、410或510生成图像。
在步骤820，第二，在显示矫正器透镜内折射图像。例如，第一表面420或520在显示矫正器透镜310内折射图像。在步骤830，第三，在显示矫正器透镜内反射图像。例如，第二表面430或530在显示矫正器透镜310内反射图像。在步骤840，第四，在显示矫正器透镜内折射图像。例如，第三表面440或540在显示矫正器透镜310内折射图像。
在步骤850，第五，在主棱镜透镜内折射图像。例如，第四表面450或550在主棱镜透镜320内折射图像。在步骤860，第六，在主棱镜透镜内反射图像。例如，第五表面460或560在主棱镜透镜320内反射图像。在步骤870，第七，在主棱镜透镜内反射图像。例如，第六表面470或570在主棱镜透镜320内反射图像。最后，在步骤880，第八，在主棱镜透镜内向用户的眼睛折射图像。例如，第五表面460或560在主棱镜透镜320内向眼睛210折射图像。
步骤810至步骤880的顺序表示步骤810至步骤880之间的相对顺序。因此，其他步骤可以在步骤810至步骤880之前、之中或之后发生。例如，用户的FOV可以在透视矫正器透镜330内折射。
图9是示出根据本公开另一实施例的NED操作方法900的流程图。NED 100根据射线图600实施方法900。在步骤910，第一，生成图像。例如，显示器110或610生成图像。
在步骤920，第二，在显示矫正器透镜内反射图像。例如，第二表面630在显示矫正器透镜310内反射图像。在步骤930，第三，在显示矫正器透镜内折射图像。例如，第一表面620在显示矫正器透镜310内折射图像。在步骤940，第四，在显示矫正器透镜内折射图像。例如，第三表面640在显示矫正器透镜310内折射图像。
在步骤950，第五，在主棱镜透镜内折射图像。例如，第四表面650在主棱镜透镜320内折射图像。在步骤960，第六，在主棱镜透镜内反射图像。例如，第五表面660在主棱镜透镜320内反射图像。在步骤970，第七，在主棱镜透镜内反射图像。例如，第六表面670在主棱镜透镜320内反射图像。最后，在步骤980，第八，在主棱镜透镜内向用户的眼睛折射图像。例如，第五表面660在主棱镜透镜320内向眼睛210折射图像。
步骤910至步骤980的顺序表示步骤910至步骤980之间的相对顺序。因此，其他步骤可以在步骤910至步骤980之前、之中或之后发生。例如，用户的FOV可以在透视矫正器透镜330内折射。
图10是示出根据本公开实施例的AR眼镜透镜制造方法1000的流程图。制造商实施方法1000。或者，多个制造商实施方法1000。
在步骤1010，模制具有第二表面的显示矫正器透镜。例如，制造商模制具有第二表面430、530或630的显示矫正器透镜310，如针对图7中的步骤720所述。在步骤1020，用镜面涂层涂覆第二表面，以形成第一光学褶皱。例如，制造商用镜面涂层涂覆第二表面430、530或630，如针对图7中的步骤730所述。
在步骤1030，模制具有第五表面和第六表面的主棱镜透镜。例如，制造商模制具有第五表面460、560或660和第六表面470、570或670的主棱镜透镜320，如针对图7中的步骤720所述。在步骤1040，用AR涂层涂覆第五表面，以形成第二光学褶皱。例如，制造商用AR涂层涂覆第五表面460、560或660，如针对图7中的步骤730所述。在步骤1050，用BS涂层涂覆第六表面，以形成第三光学褶皱。例如，制造商用BS涂层涂覆第六表面470、570或670，如针对图7中的步骤730所述。
在步骤1060，模制透视矫正器透镜。例如，制造商模制透视矫正器透镜330，如针对图7中的步骤720所述。
在步骤1070，将主棱镜透镜接合到透视矫正器透镜，以形成第一透镜子组件。例如，制造商将主棱镜透镜320接合到透视矫正器透镜330，以形成第一透镜子组件，如针对图7中的步骤740所述。最后，在步骤1080，将显示矫正器透镜接合到第一透镜子组件，以形成第二透镜子组件。例如，制造商将显示矫正器透镜310接合到第一透镜子组件，如针对图7中的步骤750所述。
一种装置包括显示器元件和AR眼镜透镜元件，AR眼镜透镜元件耦接到显示器元件并且包括：包括第一光学褶皱的显示矫正器透镜元件；耦接到显示矫正器透镜元件并且包括第二光学褶皱元件和第三光学褶皱元件的主棱镜透镜元件；以及耦接到主棱镜透镜元件的透视矫正器透镜元件。
除非另有说明，否则术语“大约”是指包括随后数值的±10％的范围。尽管本公开中已经提供了几个实施例，但是可以理解，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以以许多其他特定形式来实现所公开的系统和方法。本示例视为说明性的而非限制性的，并且本发明无意限于本文给出的细节。例如，各种元件或部件可以组合或集成在另一系统中，或者某些特征可以省略或不实现。
此外，在各种实施例中描述和示出为离散或分离的技术、系统、子系统、以及方法可以与其他系统、部件、技术或方法组合或集成，而不脱离本公开的范围。示出或讨论为耦接的其他项可以直接耦接，或者可以通过某种接口、设备或中间组件以电气、机械或其他方式间接耦接或通信。改变、替换、以及变更的其他示例可以由本领域技术人员确定并且做出，而不脱离本文公开的精神和范围。

Claims (30)

1.一种近眼显示器（NED）装置，包括：
显示器；以及
增强现实（AR）眼镜透镜，耦接到所述显示器并且包括：
显示矫正器透镜，包括第一光学褶皱（optical fold）和第三表面，
主棱镜透镜，耦接到所述显示矫正器透镜并且包括第二光学褶皱、第三光学褶皱、以及第四表面，以及
透视矫正器透镜，耦接到所述主棱镜透镜，其中，
所述第三表面是正屈光的并且面向所述主棱镜透镜，所述第四表面是负屈光的并且面向所述显示矫正器透镜；或者
所述第三表面是负屈光的并且面向所述主棱镜透镜，所述第四表面是正屈光的并且面向所述显示矫正器透镜。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置是近眼显示器（NED）。
3.根据权利要求1所述的装置，还包含耦接到所述显示器和所述增强现实眼镜透镜的保持器。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜、所述主棱镜透镜、以及所述透视矫正器透镜是自由曲面棱镜。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光学褶皱是包括镜面涂层的表面。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二光学褶皱是包括抗反射（AR）涂层的表面。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第三光学褶皱是包括分束器（BS）涂层的表面。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜是包括聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料的低色散透镜，所述主棱镜透镜是包括第一聚碳酸酯（PC）材料的第一高色散透镜，所述透视矫正器透镜是包括第二聚碳酸酯材料的第二高色散透镜。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜是包括聚碳酸酯（PC）材料的高色散透镜，所述主棱镜透镜是包括第一聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料的第一低色散透镜，所述透视矫正器透镜是包括第二聚甲基丙烯酸甲酯材料的第二高色散透镜。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜是折叠棱镜。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜是透镜和折叠镜的组合。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光学褶皱是平坦表面。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光学褶皱是弯曲表面。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一光学褶皱包括衍射结构。
15.根据权利要求1所述的装置，其中，所述显示矫正器透镜是三角棱镜。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述显示器是有机发光二极管（OLED）显示器。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述显示器是微型发光二极管（uLED）显示器。
18.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述显示器是硅基液晶（LCOS）显示器。
19.根据权利要求1至15中任一项所述的装置，其中，所述显示器是数字光处理（DLP）显示器。
20.一种近眼显示器（NED）装置，包括：
显示器，用于生成图像；以及
增强现实（AR）眼镜透镜，耦接到所述显示器并且包括：
显示矫正器透镜，用于顺序地：
第一，折射所述图像，
第二，反射所述图像，以及
第三，折射所述图像，以及
主棱镜透镜，耦接到所述显示矫正器透镜并且用于顺序地：
第一，折射所述图像，
第二，反射所述图像，
第三，反射所述图像，以及
第四，向用户的眼睛折射所述图像。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述增强现实眼镜透镜还包括透视矫正器透镜，所述透视矫正器透镜耦接到所述主棱镜透镜并且用于顺序地：
第一，折射视场（FOV）；
第二，折射所述折射视场；
第三，折射所述折射视场；以及
第四，向所述用户的眼睛折射所述折射视场。
22.一种近眼显示器（NED）装置，包括：
显示器，用于生成图像；以及
增强现实（AR）眼镜透镜，耦接到所述显示器并且包括：
显示矫正器透镜，用于顺序地：
第一，反射所述图像，
第二，折射所述图像，以及
第三，折射所述图像，以及
主棱镜透镜，耦接到所述显示矫正器透镜并且用于顺序地：
第一，折射所述图像，
第二，反射所述图像，
第三，反射所述图像，以及
第四，向用户的眼睛折射所述图像。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述增强现实眼镜透镜还包括透视矫正器透镜，所述透视矫正器透镜耦接到所述主棱镜透镜并且用于顺序地：
第一，折射视场（FOV）；
第二，折射所述折射视场；
第三，折射所述折射视场；以及
第四，向所述用户的眼睛折射所述折射视场。
24.一种近眼显示器（NED）操作方法，包括顺序地：
第一，生成图像；
第二，在显示矫正器透镜内折射所述图像；
第三，在所述显示矫正器透镜内反射所述图像；
第四，在所述显示矫正器透镜内折射所述图像；
第五，在主棱镜透镜内折射所述图像；
第六，在所述主棱镜透镜内反射所述图像；
第七，在所述主棱镜透镜内反射所述图像；以及
第八，在所述主棱镜透镜内向用户的眼睛折射所述图像。
25.一种近眼显示器（NED）操作方法，包括顺序地：
第一，生成图像；
第二，在显示矫正器透镜内反射所述图像；
第三，在所述显示矫正器透镜内折射所述图像；
第四，在所述显示矫正器透镜内折射所述图像；
第五，在主棱镜透镜内折射所述图像；
第六，在所述主棱镜透镜内反射所述图像；
第七，在所述主棱镜透镜内反射所述图像；以及
第八，在所述主棱镜透镜内向用户的眼睛折射所述图像。
26.一种近眼显示器（NED）制造方法，包括：
模制具有第二表面和第三表面的显示矫正器透镜；
用镜面涂层涂覆所述第二表面，以形成第一光学褶皱（optical fold）；
模制具有第四表面、第五表面和第六表面的主棱镜透镜；
用抗反射（AR）涂层涂覆所述第五表面，以形成第二光学褶皱；
用分束器（BS）涂层涂覆所述第六表面，以形成第三光学褶皱；
模制透视矫正器透镜；
将所述主棱镜透镜接合到所述透视矫正器透镜，以形成第一透镜子组件；以及
将所述显示矫正器透镜接合到所述第一透镜子组件，以形成第二透镜子组件，其中，
所述第三表面是正屈光的并且面向所述主棱镜透镜，所述第四表面是负屈光的并且面向所述显示矫正器透镜；或者
所述第三表面是负屈光的并且面向所述主棱镜透镜，所述第四表面是正屈光的并且面向所述显示矫正器透镜。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括模制保持器。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
获得显示器；以及
将所述显示器接合到所述保持器，以形成显示器子组件。
29.根据权利要求26所述的方法，还包括：
在所述第二透镜子组件和所述显示器子组件之间执行多轴对准；以及
响应于所述多轴对准，将所述第二透镜子组件接合到所述显示器子组件，以形成近眼显示器（NED）。
30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，还包括对所述近眼显示器执行计量。
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