CN113614608A - 用于近眼显示器的自由曲面光学透镜结构 - Google Patents

Abstract

一种近眼显示器(NED)，包括具有主棱镜透镜和透明校正透镜的增强现实(AR)透镜，其中AR透镜包括向钝形尖端逐渐变窄的底部边缘；以及微显示面板，耦合到AR透镜并包括：配置为处理用于向佩戴NED的用户显示的内容的处理器；和耦合到处理器并配置为将所述内容投影到AR透镜的显示器。

Description

用于近眼显示器的自由曲面光学透镜结构

相关申请的交叉引用

不适用。

技术领域

所公开的实施例总体上涉及近眼显示器，具体地涉及用于近眼显示器的光学架构。

背景技术

近眼显示器(NED)，也称为头戴式显示器(HMD)或智能眼镜，通过将计算机生成的图像投影到用户的眼睛中以在用户的视野(FOV)中创建虚拟图像，提供增强现实(AR)、混合现实(MR)或虚拟现实(VR)体验。计算机生成的图像是相长的，意味着它们增加了用户的自然环境；或者，计算机生成的图像是相消的，意味着它们掩盖了用户的自然环境。自然环境可以是用户在其自然FOV中看到的环境。因此，用户可以看到虚拟图像和用户的自然FOV的组合。

发明内容

根据本公开的第一个方面，提供了一种近眼显示器(NED)，包括增强现实(AR)透镜，所述增强现实(AR)透镜包括主棱镜透镜和透明校正透镜，其中AR透镜包括向钝形尖端逐渐变窄的底部边缘，以及微显示面板，耦合到AR透镜并包括：配置为处理用于向佩戴NED的用户显示的内容的处理器；和耦合到处理器并配置为将所述内容投影到AR透镜的显示器。

在根据第一方面的NED的第一实施方式中，AR透镜包括向用户显示来自外部环境的内容和光的光学区域，其中光学区域包括主棱镜透镜、透明校正透镜和AR透镜的底部边缘的一部分。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第二实施方式中，AR透镜的光学区域的两侧和AR透镜的底部边缘的整个长度都是逐渐变窄的。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第三实施方式中，AR透镜的光学区域和底部边缘包括透明塑料材料。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第四实施方式中，底部边缘逐渐变窄为三棱柱、梯形棱柱或半半球。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第五实施方式中，AR透镜的光学区域的底部边缘可拆卸地连接到逐渐变窄的斜面边缘。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第六实施方式中，斜面边缘至少部分地围绕AR透镜的光学区域。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第七实施方式中，在将来自外部环境的光呈现给用户之前，内容通过AR透镜的显示校正透镜和主棱镜透镜。

在根据第一方面或第一方面的任何在先实施方式的NED的第八实施方式中，使AR透镜的底部边缘或光学区域逐渐变窄减小了AR透镜的表观厚度。

根据本公开的第二方面，提供了一种用于制造NED的方法。所述方法包括提供一种AR透镜，所述AR透镜包括主棱镜透镜和透明校正透镜，将NED框架连接到AR透镜，并将AR透镜的底部边缘逐渐变窄为钝形尖端。

在根据第二方面的方法的第一实施方式中，使接近透明校正透镜的AR透镜的底部边缘逐渐变窄包括将斜面边缘连接到AR透镜的光学区域，其中光学区域向用户显示来自外部环境的内容和光，其中光学区域包括主棱镜透镜、透明校正透镜和AR透镜的底部边缘的一部分。

在根据第二方面或第二方面的任何在先实施方式的方法的第二实施方式中，使用胶水将斜面边缘连接到AR透镜的光学区域。

在根据第二方面或第二方面的任何先前实施方式的方法的第三实施方式中，使接近透明校正透镜的AR透镜的底部边缘逐渐变窄包括抛光AR透镜的光学区域的侧面和底部边缘，其中所述光学区域向用户显示来自外部环境的内容和光，并且其中所述光学区域包括所述主棱镜透镜、所述透明校正透镜和所述AR透镜的底部边缘的一部分。

根据本公开的第三方面，提供了一种NED，包括AR透镜，所述AR透镜包括显示校正透镜、主棱镜透镜和透明校正透镜，其中所述AR透镜包括向钝形尖端逐渐变窄的底部边缘；以及微显示面板，耦合到AR透镜并且包括配置为处理用于通过AR透镜向佩戴NED的用户显示的内容的处理器。

在根据第三方面的NED的第一实施方式中，AR透镜包括向用户显示来自外部环境的内容和光的光学区域，其中光学区域包括主棱镜透镜、透明校正透镜和AR透镜的底部边缘的一部分。

在根据第三方面或第三方面的任何在先实施方式的NED的第二实施方式中，接近底部边缘的AR透镜的光学区域的两侧和AR透镜底部边缘的整个宽度是逐渐变窄的。

在根据第三方面或第三方面的任何在先实施方式的NED的第三实施方式中，AR透镜的光学区域包括透明塑料材料。

在根据第三方面或第三方面的任何在先实施方式的NED的第四实施方式中，底部边缘逐渐变窄为三棱柱、梯形棱柱或半半球。

在根据第三方面或第三方面的任何在先实施方式的NED的第五实施方式中，AR透镜的光学区域可分离地连接到在AR透镜的底部边缘处逐渐变窄的斜面边缘。

在根据第三方面或第三方面的任何在先实施方式的NED的第六实施方式中，斜面边缘至少部分地围绕AR透镜的光学区域。

上述任何实施例可与上述任何其它实施例组合以创建新实施例。通过以下结合附图和权利要求的详细描述，将更清楚地理解这些和其他特征。

附图说明

为了更全面地理解本公开，现在参考以下结合附图和详细描述的简要描述，其中相似的附图标记表示相似的部分。

图1A是示出根据本公开的各种实施例的NED的外部的图。

图1B是示出根据本公开的各种实施例的NED的内部的图。

图2A是示出根据本公开的各种实施例的NED内的AR透镜的图。

图2B是示出根据本公开的各种实施例的AR透镜内的显示路径的光线图。

图2C是示出根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘的AR透镜的前视图的图。

图2D是示出根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘的AR透镜的俯视图的图。

图3A是示出根据本公开的各种实施例的NED的AR结构的外部的图。

图3B是示出根据本公开的各种实施例的NED的AR结构的内部的图。

图4A是示出根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘的AR透镜结构的侧视图的图。

图4B是示出根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘的AR透镜结构的前视图的图。

图5A-D是示出根据本公开的各种实施例的可以连接到AR透镜的底部边缘以形成钝形底部边缘的斜面边缘的各种视图的图。

图6A-B是示出根据本公开的各种实施例的具有成型为梯形棱柱的钝形底部边缘的AR透镜结构的各种视图的图。

图7A-B是示出根据本公开的各种实施例的具有成型为半半球的钝形底部边缘的AR透镜结构的各种视图的图。

图8是示出根据本公开的各种实施例的使用具有钝形底部边缘的AR透镜制造NED的方法的流程图。

具体实施方式

首先应当理解，尽管下面提供了一个或多个实施例的说明性实施方式，但是所公开的系统和/或方法可以使用任意数量的技术来实施，无论这些技术是当前已知的还是存在的。本公开不应以任何方式限制于下文所示的包括本文所示和描述的示例性设计和实施方式的示例性实施方式、附图和技术，而可以在所附权利要求的范围内以及其全部等效范围内进行修改。

NED是一种专门的头戴式目镜设备，通过自由曲面光学透镜提供模拟的视觉环境，使用户可以看到所生成内容的数字显示以及自然环境或外部环境。通常，NED中包含的AR透镜为自由曲面透镜，与标准太阳镜或处方眼镜相比，其相对较厚。例如，自由曲面透镜的厚度约为5mm至15mm。一个典型的自由曲面透镜显得厚而大，边缘突出而锐利，当用户佩戴时，它相对靠近用户的脸和眼睛。因此，NED中包括的典型自由曲面镜头对用户来说不舒服，对用户有潜在危险，并且对考虑是否购买NED的客户没有吸引力。

本文公开的实施例旨在改造自由曲面透镜，使其在透镜的光学部分最靠近佩戴NED的用户的眼睛处包括钝形底部边缘，而不是锐形边缘。钝形底部边缘将减少自由曲面透镜的表观厚度，同时在操作NED时也能提供更舒适和安全的用户体验。

图1A-B是示出根据本公开的各种实施例的NED 100的外部和内部的图。具体而言，图1A是示出NED 100的外表面的示意图，图1B是示出NED 100的内部的示意图，其面向佩戴NED 100的用户。

如图1所示，NED 100包括一个框架103和两个外透镜106。框架103将NED 100固定到使用者的头部。如图1所示，框架103包括镜腿109，镜腿109是框架103侧面上的臂，从框架103上的铰链延伸到佩戴NED 100的用户的耳朵上方，以使NED 100保持在用户的脸上。

框架103还为NED 100的各种部件，诸如两个外透镜106固定或提供结构支撑。在一个实施例中，两个外透镜106使用塑料注塑成型，并使用胶水粘合到框架103上，或与框架103一体形成。在一个实施例中，使用围绕每个外透镜106延伸的眼线将两个外透镜106插入并固定在框架103上。外透镜106由透明、部分透明或着色材料，诸如部分透明塑料材料和/或聚碳酸酯材料制成。在一些实施例中，佩戴NED 100的用户可透过外透镜106观看用户周围的外部环境和/或来自外部环境的光。下文将参考图1B进一步描述，NED 100还包括位于NED100内部(例如，更靠近用户眼睛)的两个AR透镜，其中AR透镜将NED 100的微显示面板产生的内容与用户周围的外部环境叠加。

图1B是示出根据本公开的各种实施例的NED 100的内部的图。如图1B所示，NED100还包括两个AR透镜110，框架103还包括铰链112、连接桥114和支架115。每个AR透镜110是光学玻璃，其允许图像在内部反射或折射。在一个实施例中，每个AR透镜110是自由曲面光学透镜，下面参考图2A-D进一步描述。

铰链112将镜腿109互连到框架103上的支架115上。连接桥114是框架103中心的拱形件，包括两个鼻垫116，当用户佩戴NED 100时，鼻垫116位于用户的鼻子上。

支架115支撑NED 100的一个或多个部件，诸如电池129、相机131和/或微显示面板121。在一个实施例中，微显示面板121是可以包括显示器122、处理器123和/或存储器126的面板。应当理解，NED 100可以包括图1B中未明确示出的其他部件，其中每个部件可以是微显示面板121的一部分和/或由支架115支撑。

微显示面板121的显示器122是发射型微显示器，例如有机发光二极管(LED)(OLED)、微发光二极管(μLED)、硅基液晶(LCOS)显示器、数字光处理(DLP)显示器或生成图像并将图像投影到AR透镜110中的另一显示器。处理器123可以是中央处理单元(CPU)，包括一个或多个多核处理器，并且耦合到存储器126。在一个实施例中，处理器123被配置为生成通过AR透镜110并与外部环境或来自外部环境的光叠加的图像、帧或视频。在一些情况下，微显示面板121可以同时指显示器122和处理器123。存储器126可以是用于临时存储内容的高速缓存，例如，随机存取存储器(RAM)。存储器126还可以包括用于存储相对较长内容的长期存储器，例如只读存储器(ROM)。在一个实施例中，存储器126存储由处理器123产生或由相机131捕获的内容。电池129可以是NED 100的电源。在某些情况下，镜腿109还可用于支撑和保护NED 100的部件。

如图1B所示，AR透镜110位于外部透镜106的内部。AR透镜110还连接到框架103，下面参考图2A-B进一步描述框架103的结构。图1B示出两个AR透镜110。右侧的AR透镜110示出具有约90度(°)角的锐形边缘的典型底部边缘118，而左侧的AR透镜110示出具有圆形或光滑边缘的钝形底部边缘120的实施例。在一个实施例中，钝形底部边缘120以与佩戴NED 100的用户面部平行的坡度向下逐渐变窄。如图1B所示，左侧的AR透镜110包括与大致平行于佩戴NED 100的用户的面部的圆形坡度成角度的平滑边缘。下面参考图4-7进一步描述关于钝形底部边缘120的附加细节。

当用户佩戴NED 100时，AR透镜110的底部边缘118相对靠近用户的面部和眼睛。然而，AR透镜110的底部边缘118通常包括具有约90度角的锐形边缘。当用户佩戴NED 100时，AR透镜110的锐形边缘可能偶尔伤害或划伤用户的面部。此外，AR透镜110的锐形边缘使AR透镜在深度方面(在Z方向上)具有厚而大的外观。

本文公开的实施例使AR透镜110的底部边缘118逐渐变窄，以形成钝形底部边缘120，如图1B中左侧AR透镜110所示，该钝形底部边缘120是圆形的、光滑的和/或钝的，以防止用户被AR透镜110伤害。此外，AR透镜110的钝形底部边缘120使得AR透镜110在Z方向上看起来更薄。在一些实施例中，钝形底部边缘120不仅在Y方向上沿底部边缘118平滑或圆化，而且在X方向上沿AR透镜110的侧壁132平滑或圆化。下面参考图3A-B、4A-B、5A-D、6A-B和7A-B进一步描述关于钝形底部边缘120的附加细节。

现在参考图2A-D，所示为示出根据本公开的各种实施例的AR透镜110的组成和显示路径的图。具体地，根据本公开的各种实施例，图2A是示出AR透镜110的侧视图的图，图2B是示出AR透镜110内的显示路径的光线图，图2C是示出具有钝形底部边缘120的AR透镜110的前视图的图，图2D是示出具有钝形底部边缘120的AR透镜110的俯视图。

现在参考图2A，所示为示出AR透镜110的侧视图的图。图2A的AR透镜110包括显示校正透镜203、主棱镜透镜206和透明校正透镜209。显示校正透镜203、主棱镜透镜206和透明校正透镜209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。自由曲面是指对于垂直于平均平面的轴没有平移对称或旋转对称的曲面。与非自由曲面棱镜相比，自由曲面棱镜提供了相对较小的尺寸、相对简单的制造工艺和相对更好的性能特征。

显示校正透镜203、主棱镜透镜206和透明校正透镜209是包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的低色散透镜或包括聚碳酸酯(PC)材料的高色散透镜。低色散透镜具有至少一个正功率面以会聚光波。高色散透镜具有至少一个负功率面以发散光波。

显示校正透镜203提供AR透镜110的第一光学折叠和用于像差校正和显示质量改进的自由度。主棱镜透镜206提供第二和第三光学折叠。主棱镜透镜206通常是楔形透镜。显示校正透镜203和主棱镜透镜206一起用作双合透镜以减小图像的色差。为此，显示校正透镜203或主棱镜透镜206中的一个是低色散透镜，而另一个是高色散透镜。

透明校正透镜209在用户的眼睛和用户正在观看的外部环境之间的透明路径中校正来自主棱镜透镜206的失真，并且帮助形成外部环境的未失真视图。透明校正透镜209保持不失真的自然FOV，并抵消由于环境光从透明校正透镜209穿过主棱镜透镜206而导致的来自主棱镜透镜206的失真。为此，主棱镜透镜206和透明校正透镜209都是低色散透镜或高色散透镜。

现在参考图2B，所示为示出内容将穿过例如图2A的AR透镜110的显示路径(虚线)的光线图210。光线图210示出微显示面板121。光线图210还描绘了图2A的AR透镜110的显示校正透镜203、主棱镜透镜206和透明校正透镜209的各种曲面，下文将进行更全面地说明。

图2B的光线图210描绘了与图2A的显示校正透镜203的形状相对应的第一表面220、第二表面230和第三表面240。第四表面250、第五表面260和第六表面270对应于图2A的主棱镜透镜206的形状。图2B的光线图210的第七表面280和第八表面290对应于图2A的透明校正透镜209的形状。

在一个实施例中，显示校正透镜203的第三表面240与主棱镜透镜206的第四表面250毗邻或相对。例如，可以使用胶水将显示校正透镜203的第三表面240粘合到主棱镜透镜206的第四表面250。

在操作中，微显示面板121生成图像并将图像投影到显示校正透镜203中。虽然一条光线代表图像，但图像是不同波长光波的组合。

图像在第一表面220折射，在第二表面230反射，并在第三表面240和第四表面250折射以进入主棱镜206。然后，图像在第五表面260反射，在第六表面270反射，在第五表面260折射，并进入用户的眼睛。同时，用户的FOV在第八表面290、第七表面280、第六表面270和第五表面260折射，然后进入用户的眼睛。

现在参考图2C，所示为示出根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘120的AR透镜110的前视图291的图。AR透镜110可以包括光学区域293。光学区域293是AR透镜110的一部分，佩戴NED 100的用户可以透过该部分观看用户周围的外部环境以及由微显示面板121生成和显示的图像或内容。在一个实施例中，光学区域293包括主棱镜透镜206、透明校正透镜209和AR透镜110的底部边缘118的一部分。

如AR透镜110的前视图291所示，当AR透镜包括钝形底部边缘120时，将非光学层294设置在AR透镜110的光学区域293的至少一部分周围。如参考图2A-B所述，钝形底部边缘120的非光学层294是透明或部分透明材料层，其不包括包括在AR透镜110中的任何棱镜或折叠。

现在参考图2D，所示为根据本公开的各种实施例的具有钝形底部边缘120的AR透镜110的俯视图295。如图2D所示，非光学层294设置在AR透镜110的侧壁132周围。

公开号为2012/0081800美国专利和申请号为62/789,728的美国专利中进一步描述了关于实施为自由曲面透镜的AR透镜110的结构和显示路径的附加细节。

图3A是示出图1的NED 100的AR结构300的外部(例如，NED 100面向外部环境的部分)的图，图3B是示出NED 100的AR结构300的内部(例如，NED 100面向用户眼睛的部分)的图。

现在参考图3A，所示为示出根据本公开各种实施例的图1的NED 100的AR结构300的外部的图。AR结构300包括AR透镜110、杆303和接合点311。杆303包括支撑AR透镜110的一个或多个水平杆。使用接合点311将AR透镜110固定在杆303上。在一个实施例中，使用接合点311将AR透镜110固定到位，所述接合点311可包括一个或多个螺钉。在一个实施例中，各接合点311具有两个孔，例如，可连接或锁定在杆303上。接合点311的孔允许接合点311以及AR透镜110沿杆303水平滑动(例如，沿X轴方向)。这样，可以调整AR透镜110在单个NED 100中的位置，以考虑具有不同瞳孔距离(例如，用户左眼瞳孔和用户右眼瞳孔之间的距离)的不同用户。微显示面板121位于接近杆303的AR透镜110上方。图3A还示出了柔性电路板309，其绕杆303弯曲，并提供到NED 100各部分的电气连接。

如上所述，图3A示出了面向外部环境的NED 100的AR结构300的外部。如图3A所示，显示校正透镜203位于每个AR透镜110内的透明校正透镜209的上方。在一个实施例中，接合点311位于显示校正透镜203的侧面。

对于图3A所示的NED 100，左侧的AR透镜110不包括钝形底部边缘120，而右侧的AR透镜110包括钝形底部边缘。左侧和右侧的AR透镜110都包括光学区域293。光学区域293包括AR透镜110的底部边缘118，其接近透明校正透镜209。光学区域293还包括宽度312和高度313。如图3A所示的NED 100右侧的AR透镜110所示，钝形底部边缘120围绕光学区域293的整个宽度312和高度313。

现在参考图3B，所示为示出根据本公开各种实施例的图1的NED 100的AR结构300的内部的图。图3B中所示的AR结构300的内部与图3A中所示的AR结构300的外部相似，图3B中也示出了杆303和微显示面板121，其位于面板支架366内，面板支架366可耦合至杆303。然而，尽管图3A示出了NED 100面向外部环境的部分，图3B示出了NED 100面向用户眼睛的部分。因此，如图3B所示，AR结构300的内部包括AR透镜110的主棱镜透镜206。

现在参考图4A-B，所示为根据本公开各种实施例的具有钝形底部边缘120的AR透镜110结构的各种视图。具体地，图4A示出了具有钝形底部边缘120的AR透镜110结构的侧视图，图4B示出了具有钝形底部边缘120的AR透镜110结构的前视图(例如，外部)。

现在参考图4A，所示为示出根据本公开各种实施例的具有钝形底部边缘120的AR透镜110结构的侧视图400的图。使用面板支架366将包括显示校正透镜203、主棱镜透镜206和透明校正透镜209的AR透镜110与微显示面板121耦合或结合在一起。在一个实施例中，例如，使用胶水将面板支架366连接到AR透镜110。例如，使用螺钉将AR透镜耦合到接合点311。

在一个实施例中，AR透镜110包括围绕AR透镜110的光学区域293的边缘的钝形底部边缘120。如上所述，AR透镜110的光学区域293包括主棱镜透镜206、透明校正透镜209和AR透镜110的底部边缘118的至少一部分。

在一个实施例中，钝形底部边缘120可向下(在Y方向上)逐渐变窄至钝形尖端403，其坡度或角度基本平行于用户眼睛周围用户脸部的坡度或角度。如图4A所示，AR透镜110最底部点的深度406逐渐变窄或减小，以达到钝形尖端403。在一个实施例中，钝形尖端403是钝形底部边缘120的最底部部分。在一个实施例中，钝形尖端403是平滑或圆形边缘，在该边缘处AR透镜110的最底部部分的深度406减小到最小阈值。

与AR透镜110的标准底部边缘118不同，钝形底部边缘120不包含任何锐形边缘或具有约90度角的任何边缘。相反，在一个实施例中，钝形底部边缘120的所有边缘，包括钝形尖端403，都是圆的或平滑的，以防止任何锐形边缘接触用户的面部并可能伤害用户。

这样，当用户佩戴NED 100或从用户面部移除NED 100时，AR透镜110上没有可能划伤或以其他方式伤害用户眼睛或面部的突边缘。此外，钝形底部边缘120还使AR透镜110具有比典型AR透镜110薄的外观。因此，AR透镜110的钝形底部边缘120减小了AR透镜110的表观厚度，同时在触摸NED 100时还实现了更舒适的用户体验。

在一个实施例中，钝形底部边缘120向下逐渐变窄或减小以达到钝形尖端403，钝形尖端403可以是钝形尖端403处的一个点。在一个实施例中，钝形尖端403上的点仍可以是平滑的或钝的，以便在减少AR透镜110的表观厚度的同时防止划伤用户的脸。

现在参考图4B，所示为根据本公开各种实施例的AR透镜110结构的外部侧视图420。图4B所示的AR透镜110结构的外部侧视图420是AR结构300面向外部环境的一侧(如上关于图3A所述)。外部侧视图420示出了：钝形底部边缘120不仅在光学区域293的底部边缘118处相对于Y轴沿着光学区域293的宽度312向下(或纵向)逐渐变窄至钝形尖端403，也在光学区域293的侧壁132处相对于X轴沿光学区域293的高度313水平(或横向)变平滑。

AR透镜110的钝形底部边缘120可以直接构造为AR透镜110的底部边缘，或者可以是耦合到AR透镜110的底部边缘的单独附件。在第一实施例中，光学区域293围绕边缘进行后处理或抛光，以使光学区域293的边缘变窄。

在第二实施例中，与AR透镜110分离并将在下文参考图5A-D进一步描述的斜面边缘连接到AR透镜110的底部边缘118，以形成钝形底部边缘120。在本实施例中，斜面边缘可以使用塑料注塑成型，然后使用胶水连接到AR透镜110的底部边缘118。

现在参考图5A-D，所示为根据本公开的各种实施例的斜面边缘500的各种视图，斜面边缘500连接至AR透镜110的底部边缘118以形成钝形底部边缘120。图5A示出了根据本公开各种实施例的斜面边缘500的前视图。在一个实施例中，斜面边缘500是可连接到AR透镜110的底部边缘118的U形嵌件。斜面边缘500包括两侧503和底面506。类似于上文参照图4A-B描述的钝形底部边缘120，斜面边缘500向下逐渐变窄至圆形底面533，所述圆形底面533是圆形或光滑的边缘。斜面边缘500以与用户眼睛周围的用户面部的坡度或角度基本平行的坡度或角度逐渐变窄。在一个实施例中，斜面500的底面506相对于Y轴向下逐渐变窄。在一个实施例中，各侧面503相对于X轴逐渐变窄。如图5A所示，左侧面503在X方向上水平向左逐渐变窄，右侧面503在X方向上水平向右逐渐变窄。

图5B示出了根据本公开各种实施例的斜面边缘500的侧视图。斜面边缘500向外、向下和围绕边缘逐渐变窄，以逐渐减小斜面边缘500相对于Z轴的深度406。如图5B所示，斜面边缘500从侧面511和512逐渐变窄或倾斜，以形成脊509。脊509是包覆斜面边缘500的侧面503和底面506的圆形平滑边缘。脊509基本呈钝角，以防止锐形边缘存在于斜面边缘500的底部。

图5C是示出根据本公开各种实施例的斜面边缘500的俯视图的图。如图5C所示，斜面边缘500呈三棱柱形，因此可包括三角端515。斜面边缘500从侧面511和512逐渐变窄或倾斜，以形成脊509。图5C进一步示出了斜面边缘500的内表面517。在一个实施例中，内表面517粘合到AR透镜110的底部边缘118。例如，内表面517使用塑料注塑成型，并使用胶水粘合到AR透镜110的底部边缘118。

图5D是示出根据本公开各种实施例的斜面边缘500的仰视图的图。具体地，图5D示出了斜面边缘500的底面506和侧面503。如图5D所示，底面506相对于Y轴从两个边缘520和522逐渐变窄，形成脊509和钝形尖端403。

在一个实施例中，斜面边缘500由类似于上述参考钝形底部边缘120的材料制成。例如，斜面边缘500由基本透明的塑料或聚碳酸酯材料制成。在图5A-D所示的斜面边缘500的实施例中，边缘和脊509的逐渐变窄保护用户不受AR透镜110的锐形边缘的影响，同时使AR透镜110看起来更薄且更吸引眼球。

虽然图5A-D是为了描述被分离并连接到底部边缘118以形成AR透镜110的钝形底部边缘120的斜面边缘500，AR透镜110自身可被后处理以包括基本类似于斜面边缘500的钝形底部边缘120。从这个意义上来说，不是原始AR透镜110的一部分并且没有粘合到AR透镜110上的钝形底部边缘120具有包覆AR透镜110的光学区域293的相同的脊509。虽然图5A-D示出了三棱柱形状的斜面边缘500，斜面边缘500可以是任何其他形状，只要斜面边缘500相对于Y轴和相对于X轴的侧面逐渐变窄。

现在参考图6A-B，所示为根据本公开的各种实施例的具有成型为梯形棱柱600的钝形底部边缘120的AR透镜110结构的各种视图的图。成型为梯形棱柱600的钝形底部边缘120可形成为AR透镜110的一部分。替代地，成型为梯形棱柱600的钝形底部边缘120可以是单独的斜面边缘，例如斜面边缘500，其可以连接或粘合到AR透镜110的底部边缘118上。

如图6A所示，包覆AR透镜110的钝形底部边缘120成型为梯形棱柱600，其包括梯形端部603和梯形平面609。如图6A所示，钝形底部边缘120从侧面逐渐变窄或倾斜，形成梯形平面609。与脊509类似，梯形平面609是包覆钝形底部边缘120的侧面和底面的平面。在一个实施例中，梯形平面609可以具有相对于Z轴的最小阈值深度。

如图6B所示，成型为梯形棱柱600的钝形底部边缘120在光学区域293的边缘之外、之下和周围逐渐变窄，以逐渐减小钝形底部边缘120相对于Z轴的深度406，类似于斜面边缘500。在图6A-B中所示的钝形底部边缘120的实施例中，边缘和梯形平面609的逐渐变窄、平滑或圆化保护用户不受AR透镜110的锐形边缘的影响，同时使得AR透镜110看起来更薄并且更吸引眼球。

现在参考图7A-B，所示为根据本公开的各种实施例的具有成型为半半球700的钝形底部边缘120的AR透镜110结构的各种视图的图。成型为半半球700的钝形底部边缘120可形成为AR透镜110的一部分。替代地，成型为半半球700的钝形底部边缘120可以是单独的斜面边缘，例如斜面边缘500，其可以连接或粘合到AR透镜110的底面118上。

如图7A所示，成型为半半球700的钝形底部边缘120包括半圆端703。如图6A所示，钝形底部边缘120从侧面逐渐变窄或变圆，以沿光学区域293的边缘形成半半球或圆顶形状。

如图7B所示，成型为钝形底部边缘120的钝形底部边缘120在光学区域293的边缘之外、之下和周围逐渐变窄至凸起形状的圆形，以逐渐减小钝形底部边缘120在Z方向上的深度406，类似于斜面边缘500。在图7A-B中所示的钝形底部边缘120的实施例中，钝形底部边缘120的半半球700或圆顶形状保护用户不受AR透镜110的锐形边缘的影响，同时使AR透镜110看起来更薄且更吸引眼球。

图8是示出根据本公开的各种实施例的用于制造NED 100的方法800的流程图。制造商实施方法800。替代地，多个制造商实施方法800。在一个实施例中，方法800可在NED100的框架103成型在一起后实施，以至少包括上面参考图1A-B和2A-B所示和所描述的部件。

在步骤803处，构造并提供AR透镜110，其中AR透镜110至少包括主棱镜透镜206和透明校正透镜209。在一个实施例中，AR透镜110的构造类似于上面参考图2A-D所述的方式。在一个实施例中，AR透镜110还包括显示校正透镜203，其中主棱镜透镜206基本位于显示校正透镜203和透明校正透镜209之间。

在步骤806处，AR透镜110连接到NED 100的框架103。例如，将作为与底部边缘118相对且接近显示校正透镜203的边缘的AR透镜110的顶部边缘连接到NED 100的框架103。在一个实施例中，AR透镜110使用螺钉连接到NED 100的框架103。例如，制造商使用螺钉将AR透镜110的顶部边缘连接到NED 100的框架103。

在步骤809处，对靠近透明校正透镜209的AR透镜110的光学区域293进行平滑或圆化以形成钝形底部边缘。在一个实施例中，AR透镜110在AR透镜110的光学区域293的侧面和底面上构造有平滑或圆形边缘。例如，制造商抛光AR透镜110的光学区域293的侧面和底面，以使AR透镜110的光学区域293逐渐变窄。在另一个实施例中，可构造为三棱柱(见图5)、梯形棱柱(见图6)或半半球(见图7)的斜面边缘500可耦合至AR透镜110的底部边缘118。例如，制造商使用胶水将使用塑料注塑成型的斜面边缘500连接到AR透镜110的底部边缘118。

在一个实施例中，装置包括具有主棱镜透镜206和透明校正透镜209的AR透镜110。在一个实施例中，AR透镜包括接近透明校正透镜209的底部边缘118。在一个实施例中，AR透镜110的底部边缘118被平滑或圆化以形成钝形底部边缘120。在一个实施例中，微显示面板121耦合到AR透镜110，并包括被配置为处理用于向佩戴NED 100的用户显示的内容的处理器123和耦合到处理器123并被配置为将内容投影到AR透镜110的显示器122。

此外，在各种实施例中描述和图示为分离的或单独的技术、系统、子系统和方法可以在不脱离本公开的范围的情况下与其他系统、部件、技术或方法组合或集成。显示或讨论为耦合的其他项目可以是直接耦合的，也可以是间接耦合的，或者通过一些接口、设备或中间部件进行通信，无论是电气的、机械的还是其他的。本领域技术人员可以确定改变、替换和变更的其他示例，并且可以在不脱离本文公开的精神和范围的情况下进行。

Claims (20)

1.所要求保护的是：

一种近眼显示器(NED)，包括：

增强现实(AR)透镜，包括主棱镜透镜和透明校正透镜，其中所述AR透镜包括向钝形尖端逐渐变窄的底部边缘；以及

耦合至所述AR透镜的微型显示面板，包括：

处理器，配置为处理用于向佩戴所述NED的用户显示的内容；以及

显示器，耦合至所述处理器并配置为将所述内容投影到所述AR透镜。

2.根据权利要求1所述的NED，其中所述AR透镜包括向所述用户显示来自外部环境的所述内容和光的光学区域，其中所述光学区域包括所述主棱镜透镜、所述透明校正透镜和所述AR透镜的所述底部边缘的一部分。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的NED，其中所述AR透镜的光学区域的两侧和所述AR透镜的所述底部边缘的整个长度是逐渐变窄的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的NED，其中所述AR透镜的光学区域和所述底部边缘包括透明塑料材料。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的NED，其中所述底部边缘逐渐变窄为三棱柱、梯形棱柱或半半球。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的NED，其中所述AR透镜的光学区域的底部边缘可拆卸地连接到逐渐变窄的斜面边缘上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的NED，其中斜面边缘至少部分围绕所述AR透镜的光学区域。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的NED，其中在将来自所述外部环境的光呈现给所述用户之前，所述内容通过所述AR透镜的显示校正透镜和所述主棱镜透镜。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的NED，其中使所述AR透镜的所述底部边缘或光学区域逐渐变窄减小所述AR透镜的表观厚度。

10.一种用于制造近眼显示器(NED)的方法，包括：

提供一种增强现实(AR)透镜，包括主棱镜透镜和透明校正透镜；

将所述NED的框架连接到所述AR透镜；以及

将所述AR透镜的底部边缘逐渐变窄为钝形尖端。

11.根据权利要求10所述的方法，其中使接近所述透明校正透镜的所述AR透镜的所述底部边缘逐渐变窄包括将斜面边缘连接到所述AR透镜的光学区域，其中所述光学区域向用户显示来自外部环境的内容和光，并且其中所述光学区域包括所述主棱镜透镜、所述透明校正透镜和所述AR透镜的所述底部边缘的一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述斜面边缘使用胶水连接到所述AR透镜的所述光学区域。

13.根据权利要求10所述的方法，其中使接近所述透明校正透镜的所述AR透镜的所述底部边缘逐渐变窄包括包括抛光所述AR透镜的光学区域的侧面和底部边缘，其中所述光学区域向用户显示来自外部环境中的内容和光，并且其中所述光学区域包括所述主棱镜透镜、所述透明校正透镜和所述AR透镜的所述底部边缘的一部分。

14.一种近眼显示器(NED)，包括：

增强现实(AR)透镜，包括显示校正透镜、主棱镜透镜和透明校正透镜，其中所述AR透镜包括向钝形尖端逐渐变窄的底部边缘；以及

微显示面板，耦合到所述AR透镜并包括配置为处理用于通过所述AR透镜向佩戴所述NED的用户显示的内容的处理器。

15.根据权利要求14所述的NED，其中所述AR透镜包括向所述用户显示来自外部环境的所述内容和光的光学区域，其中所述光学区域包括所述主棱镜透镜、所述透明校正透镜和所述AR透镜的所述底部边缘的一部分。

16.根据权利要求14至15中任一项所述的NED，其中接近所述底部边缘的所述AR透镜的光学区域的两侧和所述AR透镜的所述底部边缘的整个宽度是逐渐变窄的。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的NED，其中所述AR透镜的光学区域包括透明塑料材料。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的NED，其中所述底部边缘逐渐变窄为三棱柱、梯形棱柱或半半球。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的NED，其中所述AR透镜的光学区域可分离地连接到在所述AR透镜的所述底部边缘处逐渐变窄的斜面边缘。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的NED，其中斜面边缘至少部分围绕所述AR透镜的光学区域。

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