CN206741082U - 与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器 - Google Patents
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Abstract
一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器，该头戴式显示器包含弯曲目镜，其引导在视野区域外围设置的输入表面处接收的显示光，并沿着朝向眼睛的方向将显示光发射到视野区域中。弯曲目镜包含光学合路器，凹面的面向眼睛表面，凸面的面对世界表面，以及设置在面向眼睛表面与面对世界表面之间的弯曲光导，以经由全内反射将显示光从输入表面引导到视野区域。光学合路器设置在视野区域处的弯曲目镜内，以将显示光重新引导向朝向眼睛的方向。光学合路器包含反射元件的图案，反射元件由填隙区域分隔。填隙区域使穿过面对世界表面入射的环境光通过，使得视野区域部分透视。
Description
技术领域
本公开总体上涉及光学器件领域，并且特别地，涉及一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器。
背景技术
安装在头部的显示器(“HMD”)或头戴式显示器是一种穿戴在头部上或周围的显示装置。HMD通常整合某种近眼光学系统，以产生置于用户前方几米的放大的虚像。单眼显示器称为单眼用HMD，而双眼显示器称为双眼用HMD。一些HMD仅显示计算机生成图像(“CGI”)，而其他类型的HMD 能够将CGI叠加在现实世界视野之上。后一种类型的HMD典型地包含某种形式的透视目镜，并且可以充当用于实现增强现实的硬件平台。凭借增强现实，用交叠的CGI增强观看者的世界图像也称为抬头显示器(“HUD”)。
HMD具有许多实际的和休闲的应用。航天航空应用允许飞行员在不将视线移开飞行路径的情况下看到至关重要的飞行控制信息。公共安全应用包含地图和热成像的战术显示器。其他应用领域包含视频游戏、交通及电信。随着技术发展，必定有新发现的实际的和休闲的应用；然而，很多这些应用受限于用来实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率及成像质量。
实用新型内容
本实用新型的目的为提供一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器，其可以在用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率和/或成像质量中的一个或多个方面提供改善的特性。
本实用新型公开一种与头戴式显示器一同使用的设备，设备包括：弯曲目镜，引导在视野区域外围设置的输入表面处接收的显示光，并且将显示光沿着朝向眼睛的方向发射到视野区域中，弯曲目镜包含：面向眼睛表面，为凹面；面对世界表面，为凸面，并且与面向眼睛表面相反；弯曲光导，设置在面向眼睛表面与面对世界表面之间，以经由全内反射将显示光从输入表面引导到视野区域；以及光学合路器，设置在视野区域的弯曲目镜内，以将显示光从弯曲光导重新引导向输出的朝向眼睛的方向，其中光学合路器包含反射元件的图案，反射元件由填隙区域分隔，其中反射元件反射显示光，并且填隙区域使穿过面对世界表面入射的环境光通过，使得视野区域为部分透视。
头戴式显示器包括在外围位置处产生显示光的显示面板；以及弯曲目镜，用于将显示光引导到从外围位置偏移的视野区域并且沿着朝向眼睛的方向发射显示光。该弯曲目镜包含面向眼睛表面，为凹面；面对世界表面，为凸面，并且与面向眼睛表面相反；弯曲光导，设置在面向眼睛表面与面对世界表面之间，以经由全内反射将显示光从输入表面引导到视野区域；以及光学合路器，设置在视野区域处的弯曲目镜内，以将显示光从弯曲光导重新引导向输出的朝向眼睛的方向，其中光学合路器包含反射元件的图案，该反射元件由填隙区域分隔，其中该反射元件反射显示光，并且填隙区域使穿过面对世界表面入射的环境光通过，使得视野区域为部分透视；以及框架组件，支撑弯曲目镜和显示面板，用于穿戴在用户的头部上，使视野区域设置在用户的眼睛前方。
通过以上简要总结的结构，本实用新型可以提供一种与头戴式显示器一同使用的设备以及该头戴式显示器。对此，可以改善用于实施现有HMD的常规光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视野、效率和/或成像质量方面的特性。
附图说明
参考下面的附图描述了本实用新型非限制性和非穷举的实施例，其中在各图通篇中相同附图标记指代相同部分，除非另有指明。在适当的情况下，并非元素的全部示例都需要标记，以免使附图混乱。附图不一定按比例，而是将重点放在图示所描述的原理上。
图1是根据本公开的实施例的与头戴式显示器一同使用的光学系统的截面图。
图2是根据本公开的实施例的包含弯曲目镜的头戴式显示器的立体图。
图3是根据本公开的实施例的弯曲目镜和显示面板的立体图。
图4A、图4B以及图4C都示出根据本公开的实施例的匹配在一起以形成弯曲目镜的第一透镜体和第二透镜体的不同透视图。
图5A、图5B、图5C及图5D示出根据本公开的实施例的用于在弯曲目镜内实施光学合路器的反射元件的不同图案。
图6提供根据本公开的实施例的表征指示性弯曲光导的表面的下垂方程 (sagequation)。
具体实施方式
本文描述了用于具有图案化光学合路器的弯曲目镜的设备、系统和操作方法的实施例。下面的说明书中，提出了许多具体细节，以提供实施例的彻底理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，可以在没有一个或多个该具体细节的情况下或用其他方法、部件、材料等等的情况下实践本文描述的技术。在其他情况下，未示出或详细描述已知的结构、材料或操作，以避免使某些方面模糊。
此说明书通篇引用的“一个实施例”或“实施例”意指关于实施例描述的特定特征、结构、或特性包含在本实用新型的至少一个实施例中。因此，本说明书通篇中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构或特性能够以任意适当形式组合。
图1是根据本公开的实施例的与头戴式显示器一同使用的光学系统100 的截面图。光学系统100的图示实施例包含显示面板105、偏振旋转器110、棱镜115及弯曲目镜120。弯曲目镜120的图示实施例包含其中设置弯曲光导127的第一透镜体125、第二透镜体130、光学合路器135、输入表面140、凸面的面对世界表面145及凹面的面向眼睛表面150。
光学系统100非常适用于与具有近眼配置的头戴式显示器一同使用。当与头戴式显示器集成时，弯曲目镜120通过视野区域160外围设置的输入表面140接收由显示面板105产生的显示光155，并且沿着朝向眼睛的方向将显示光155发射到视野区域160中，视野区域160朝向眼盒(eyebox)170 内的用户的眼睛165。在一个实施例中，通过输入表面140与光学合路器135 之间的全内反射，将显示光155在弯曲光导127内引导。在其他实施例中，可以施加角度选择性反射涂层(例如，多层二向色性薄膜堆叠体)，以促进弯曲光导127内具有足够倾斜度的反射，同时透射接近法向的角度。在图示的实施例中，弯曲目镜120为透视的，允许用户看见穿过面对世界表面145 入射的环境光。
操作期间，显示面板105产生显示光155，以形成显示图像(例如，计算机生成图像)。可以使用各种显示技术来实施显示面板105，包含液晶 (“LC”)显示器、发光二极管(“LED”)显示器、有机LED(“OLED”)显示器、硅上LC(“LCoS”)显示器，或其他微显示器技术。
在图示的实施例中，将显示光155可选地导向穿过偏振旋转器110。偏振旋转器110取向为将显示光155的线偏振与弯曲光导127的中心线对准，以降低双折射中的不对称度。中心线沿着弯曲光导127中心的对称轴。在一个实施例中，偏振旋转器110为半波板旋转器，其关于显示面板105的发射表面的法向量(轴106)具有角度旋转β。偏振旋转器110可以用于显示面板105为偏振显示器(例如，LCoS、微LCD)的情况下的实施例中。
在进入弯曲光导127中之前，还将显示光155导向穿过棱镜115。棱镜 115设置为接近输入表面140，以对于由弯曲光导127内的反射(例如，全内反射)造成的横向色像差预补偿显示光155。横向色像差导致彩色图像的色彩分量横向地分离或偏移，其有损图像质量。棱镜115设计为对于此色分离预补偿。
在图示的实施例中，相对于弯曲目镜120来取向显示面板105和棱镜 115，使得从显示面板105的像素输出的显示光155的主光线175被引导穿过弯曲光导127，并且导向为实质上穿过眼盒170的中心。显示面板105的每个像素具有其自身的主光线，其理想地为从给定的显示器像素投射出的中心法向光线。理想地，设计弯曲目镜120，使得来自每个像素的主光线穿过眼盒170的中心，由于每个像素的在显示面板105上的不同位置，每个主光线以不同角度穿过中心。换而言之，将显示面板105上的像素位置解译为眼盒170处的光线角度。此理想情况提供眼盒170上亮度均匀度的改善。然而，实践中理想目标可能无法实现。相应地，本文中我们将给定像素的主光线175 定义为对于该给定像素从显示面板105发射的在某圆锥内的光线，该圆锥具有距法向(如从显示面板105的发射表面测量的)3度的弧度。此“主光线”对于实际实施方式足够接近于法向。通过相对于弯曲光导127来取向显示面板105和棱镜115，并且将弯曲光导127设计为具有适当的几何结构，当从眼盒170观看、当主光线175实质上穿过眼盒170的中心时，显示图像感知为具有高度均匀的亮度。包含棱镜115有助于缩小输入表面140的尺寸，同时有助于像素和横向色像差的补偿。相比之下，可以通过将显示面板105倾斜为相对于输入表面140较大的倾角，省略棱镜115；然而，这样做导致较大的输入表面140，其改变弯曲目镜120接近输入表面140的端部形状，并且降低图像亮度。
随着将显示光155从输入表面140通过弯曲光导127引导到视野区域 160，弯曲光导127的曲率赋予每次反射或折射屈光度。弯曲目镜120在输入表面140处赋予折射屈光度，并且一经显示光155发射到面向眼睛表面150 外赋予折射屈光度。弯曲目镜120的图示的实施例经由四次全内反射相互作用以及一次反射离开光学合路器135来赋予反射屈光度。屈光度相互作用整体地用于放大显示图像，并将虚像移置，使得用户可以在近眼配置中将图像带到焦点。应当理解，弯曲目镜120可以实施为具有其他次数的反射跳跃，来将显示光155从外围输入区域传输到光学合路器135。
图6表现下垂方程，连同表1表现示例性系数值，该系数值指定弯曲光导127的表面的示例性曲率，表面包含：面向眼睛表面150(S1)、光学合路器表面135(S2)、朝外面对表面(S3)及输入表面140(S4)。表面S1- 表面S4全部位于透镜体125上，并且限定弯曲光导127。表2还表现用于定位表面S1至S4的示例性坐标。当然，可以实施其他曲率、平坦表面及坐标。特别地，尽管将表面S1和表面S3的图示的实施例描述为球形表面，在其他实施例中，可以将一个或多个这些表面描述为自由形态表面、旋转对称非球形表面、变形非球形表面、圆环表面、泽尔尼克多项式表面、径向基函数表面、x-y多项式表面，非均匀有理b-样条表面，或不同表面。
表1：系数表
表2：坐标表
回到图1，使用反射元件的图案来实施光学合路器135，图案由填隙区域分隔。反射元件反射显示光155，同时填隙区域使穿过面对世界表面145 入射的环境光156通过，使得视野区域160(和光学合路器135)为部分透视。在一个实施例中，填隙区域为相邻反射元件之间的间隙。
图5A-图5D图示了由填隙区域分隔的反射元件的示例性图案。图5A- 图5D图示了光学合路器135的示例性实施方式。图5A图示了由填隙区域 515分隔的反射元件510的示例性网格图案505。在图5A中，反射元件510 为矩形元件。图5B图示了由填隙区域530分隔的反射元件525的示例性网格图案520。在图5B中，反射元件525为圆形或椭圆形元件。图5C示出了由填隙区域545分隔的反射元件540的示例性网格图案535。在图5C中，反射元件540为六边形形状的元件。图5D示出了由填隙区域555分隔的反射元件550的示例性径向图案545。在图5D中，反射元件550为圆形或椭圆形的元件。应当理解，可以将反射元件实施为具有其他几何形状，并且设置为其他分布图案。例如，反射元件可以具有贝塞尔形，或可以经由多项式分布、伪随机分布图案或不同的分布模式来描述分布图案。此外，分布图案和元件形状的组合不限于图5A-图5D中所示的论证性组合。
在一个实施例中，反射元件实施为不透明反射体。示例性不透明反射体包含足够厚的金属层(例如，铝、银，等等)，其实质上反射入射到给定反射元件的表面上的全部可见光。可以使用其他不透明反射材料。在其他实施例中，反射元件可以为部分反射体或分束器(例如，薄银涂层，多层电介质薄膜，等等)。在任一实施例中，将部分反射体对填隙元件的总表面积填充系数选择为使得光学合路器135总体上透射性大于反射性。在一个实施例中，光学合路器135为总体上对于入射可见光小于30％的反射性。在反射元件为不透明反射体的情况下的实施例中，反射元件对填隙区域(例如，间隙)的总表面积填充系数小于30％由反射元件覆盖，以实现总体上小于30％的反射度。相应地，通过调整反射元件的填充系数，可以调整光学合路器135的总体反射度。在一个实施例中，光学合路器135为总体15％反射性和85％透射性。当然，可以实施其他反射性/透射性比例，以实现对穿过面对世界表面 145入射的环境光156部分透射的视野区域160，使得视野区域160为透视的。
光学合路器135的单个反射元件的尺寸调整为避免显示光155在反射时的衍射。相应地，反射元件的表面积和周界形状可以选择为具有在可见波长处实质上不引起衍射的最小化尺寸和形状。例如，反射元件可以具有大于100 μm的直径或宽度(或大于7,850μm2的表面积)。在各种实施例中，反射元件具有在100μm至500μm之间的直径或宽度。当然，可以使用其他(更小或更大)的几何尺寸，只要特征尺寸不小到在反射中引起多度的衍射(实质上损害图像质量)，并且不大到在环境光156中引入可视遮挡。然而，值得注意的是，预期500μm特征尺寸(例如，500μm直径或宽度)为足够小而对近眼配置中的用户不可见。
图2为根据本公开的实施例的头戴式显示器200的透视图，其合并了具有弯曲目镜120的左实例和右实例的光学系统100的左实例和右实例。弯曲目镜120安装到框架组件，其包含鼻梁205、左耳臂210，以及右耳臂215。左耳臂210和右耳臂215内的内部腔220和225可以含有各种电子器件，包含微处理器、接口、一个或多个无线收发器、电池、扬声器、控制器等等。在一个实施例中，鼻梁205或耳臂的面向前方的角部210、215中的任一个可以包含拍照模块，其用于捕捉外部场景的面向前方的图像或用户的(一个或两个)眼睛的面向后方的图像。尽管图2示出了双眼用实施例，头戴式显示器200也可以实施为单眼用显示器，其仅具有当配戴时仅与用户的一只眼睛对准的一个弯曲目镜120。
在图示的实施例中，将弯曲目镜120修边，以符合框架组件的形状并固定到眼镜布置中，以能够将头戴式显示器200佩戴在用户的头上。左耳臂210 和右耳臂215置于用户的耳朵上，而鼻梁205置于用户的鼻子上。将框架组件造型并尺寸化为将视野区域160(包含光学合路器135)设置在用户的眼睛前方。在一个实施例中，相对于用户的眼睛设置光学合路器135，使得用户稍微向下看(例如，7度)，并且向左或向右(例如，15度)来观看显示图像。可以实施其他角度，并且可以采用具有其他形状的其他框架组件(例如，单个连续耳机构件、头带、护目镜型的眼睛，等等)。操作视野区域160 内的光学合路器135，以将显示光155重新导向到每只眼睛，同时允许环境光156穿过，从而为用户提供现实世界的扩增视野。
图3是根据本公开的实施例的弯曲目镜120和显示面板105的透视图。如图所示，弯曲光导127引导显示光155从显示面板105输出，并且穿过输入表面140接收到光学合路器135。图3还示出了如何从匹配在一起的两个透镜体125和130形成弯曲目镜120。在图示的实施例中，弯曲光导127完全设置在透镜体125内，而透镜体130完成整体目镜，以在不扭曲环境光156 和干净的工业设计的情况下提供透视镜片。
图4A、图4B及图4C示出了根据本公开的实施例的透镜体125和130 的不同分解图。图4B和图4C图示了仅透镜体125的分解图(各自从不同角度)，而图4A示出了仅透镜体130的分解图。如图所示，透镜体130包含薄部分405、厚部分410及过渡表面415，过渡表面415设置在薄部分405 与厚部分410之间的过渡处。相似地，透镜体125的图示的实施例包含薄部分420、厚部分425及过渡表面430，过渡表面430设置在薄部分420与厚部分425之间的过渡处。在一个实施例中，使用透明粘合剂将透镜体125匹配到透镜体130，透明粘合剂的折射率小于透镜体125和130的折射率。低折射率透明粘合剂形成两个透镜体125与130之间的全内反射(“TIR”)边界，其限定透镜体125的厚部分425内的弯曲光导127的内部边界。在图示的实施例中，可以将低折射率透明粘合剂施加到表面416(图4A)和/或表面417(图4B)，以形成TIR边界。当然，也可以施加相同的粘合剂，以接合透镜体125与透镜体130之间的其他界面表面。也可以使用其他涂层(比如角度敏感多层二向色性涂层)来形成内部反射边界。
弯曲光导127的视野区域160由光学合路器135限定，光学合路器135 设置在当透镜体130与125匹配到一起时过渡表面415与430之间的交点或界面处。在各种实施例中，光学合路器135可以形成在过渡表面415或430 中的一个或两者上。如图所示，光学合路器135不需覆盖过渡表面415或430 的整个范围，而可以仅覆盖其一部分。光学合路器135的反射元件符合过渡表面415和430的曲率。从而，此曲率在反射中对显示光155引入屈光度，同时实质上对穿过反射元件之间的填隙区域的环境光156透明。
弯曲目镜120实施为薄的，弯曲目镜具有小于8mm的厚度，并且在一个实施例中大约为4.0mm厚。透镜体125和130可以由透明光学级塑料(例如，聚碳酸酯，等等)形成，透明光学级塑料具有1.64的折射率。然而，折射率越高，弯曲目镜可以设计得越薄。使用较高折射率的材料的直接优点是减小发生TIR的角度。这有效地允许减小输出耦合器的角度的设计，其或者对于给定弯曲光导厚度可以增大眼盒的尺寸，或者对于给定的眼盒尺寸可以减小弯曲眼镜的总体厚度。将较高折射率材料用于弯曲目镜还可以提供光学级粘合剂的折射率的较大灵活度，光学级粘合剂用于将透镜体125和130接合到一起。
面向眼睛表面150和面对世界表面145两者的曲率可以实施为球形表面。整体上，弯曲目镜120的曲率和纤薄特性提供了所期望的工业设计。弯曲目镜120不仅具有所期望的工业设计，也是有效率的，因为从输入表面140 行进到光学合路器135的显示光155的仅有损失反弹理想地为由光学合路器 135自身的单次重新定向。这允许光学合路器135和视野区域160为实质上透射性大于反射性，从而改善弯曲目镜120在视野区域160中的透视特性。
在图示的实施例中，面对世界表面145提供补充曲率，以抵消由环境光 156遇到的面向眼睛表面150的曲率的屈光度。此外，在一个实施例中，透镜体125和130由相同透明材料制成，或由具有实质上相同折射率的透明材料制成。从而，弯曲目镜120运行为透视显示器，其将环境光156与显示光 155组合，显示光155被导向到视野区域160外，沿着朝向眼睛的方向进入眼睛165。以此方式，弯曲目镜120能够向眼睛165显示增强现实；然而，弯曲目镜120的面对世界表面145和面向眼睛表面150的组合曲率彼此补偿，并且随着环境光156在视野区域160中穿过弯曲目镜120整体地不赋予其光焦度。在其他实施例中，面对世界表面145和面向眼睛表面150的曲率可以不平衡，以赋予环境光156规定的光焦度。
本实用新型阐述的实施例的上述描述(包含在摘要中描述的内容)不意图穷举或限制本实用新型为所公开的精确形式。本文描述本实用新型的实施例及其示例仅为阐述性目的，相关领域技术人员应该认识到，在本实用新型的范围内可以进行各种修改。
鉴于以上详细说明，可以对本实用新型进行这些修改。下面的权利要求中所用的术语不应理解为将本实用新型限制为说明书公开的具体实施例。反之，本实用新型的范围完全由下面的权利要求限定，其应根据权利要求解释的建立的教义来理解。
Claims (20)
1.一种与头戴式显示器一同使用的设备，其特征在于，所述设备包括：
弯曲目镜，引导在视野区域外围设置的输入表面处接收的显示光，并且将所述显示光沿着朝向眼睛的方向发射到所述视野区域中，所述弯曲目镜包含：
面向眼睛表面，为凹面；
面对世界表面，为凸面，并且与所述面向眼睛表面相反；
弯曲光导，设置在所述面向眼睛表面与所述面对世界表面之间，以经由全内反射将所述显示光从所述输入表面引导到所述视野区域；以及
光学合路器，设置在所述视野区域的所述弯曲目镜内，以将所述显示光从所述弯曲光导重新引导向输出的所述朝向眼睛的方向，其中所述光学合路器包含反射元件的图案，所述反射元件由填隙区域分隔，其中所述反射元件反射所述显示光，并且所述填隙区域使穿过所述面对世界表面入射的环境光通过，使得所述视野区域为部分透视。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述反射元件为不透明反射体。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述弯曲目镜还包括：
第一透镜体，所述输入表面设置在所述第一透镜体上，并且所述弯曲光导在所述第一透镜体中从所述输入表面延伸到所述光学合路器；以及
第二透镜体，匹配到所述第一透镜体，其中所述光学合路器沿着所述第一透镜体与所述第二透镜体之间的界面表面设置。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，其中所述填隙区域包括间隙，所述间隙在所述反射元件之间的所述界面表面上。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，其中所述反射元件对所述间隙的总表面积填充系数由所述反射元件覆盖少于30％，并且其中所述光学合路器总体上透射性大于反射性。
6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，其中所述反射元件的密度分布具有填充系数，所述填充系数相对于所述光学合路器的中心朝向所述光学合路器的至少一个角部或朝向至少边缘提高，以改善由所述光学合路器反射的所述显示光的亮度均匀度。
7.如权利要求3所述的设备，其特征在于，
其中所述第一透镜体具有第一厚部分、第一薄部分、以及在所述第一厚部分与所述第一薄部分之间延伸的第一过渡表面，
其中所述第二透镜体具有第二厚部分、第二薄部分、以及在所述第二厚部分与所述第二薄部分之间延伸的第二过渡表面，
其中所述第一厚部分匹配到所述第二薄部分，并且所述第一过渡表面匹配到所述第二过渡表面，并且
其中所述光学合路器设置在所述第一过渡表面与所述第二过渡表面之间。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，其中所述第一过渡表面和所述第二过渡表面为弯曲表面，其中所述弯曲光导设置在所述第一厚部分内，并且其中透明粘合剂将所述第一厚部分接合到所述第二薄部分，以在所述第一透镜体与所述第二透镜体之间建立全内反射边界，所述透明粘合剂具有第一折射率，所述第一折射率小于所述第一透镜体和所述第二透镜体的第二折射率。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述图案包括以下中的一种：网格图案、径向分布图案或多项式分布图案。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述反射元件的每一个具有六边形形状。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中所述反射元件的每一个具有以下中的一种形状：圆形、椭圆形、矩形或贝塞尔形。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，其中每个反射元件的表面积足够大，以在反射时实质上不衍射所述显示光，其中所述显示光包括可见波长。
13.一种头戴式显示器，其特征在于，包括：
显示面板，在外围位置处产生显示光；
弯曲目镜，将所述显示光引导到从所述外围位置偏移的视野区域，并且将所述显示光沿着朝向眼睛的方向发射到所述视野区域中，所述弯曲目镜包含：
面向眼睛表面，为凹面；
面对世界表面，为凸面，并且与所述面向眼睛表面相反；
弯曲光导，设置在所述面向眼睛表面与面对世界表面之间，以经由全内反射将所述显示光从输入表面引导到所述视野区域；以及
光学合路器，设置在所述视野区域处的所述弯曲目镜内，以将所述显示光从所述弯曲光导重新引导向输出的所述朝向眼睛的方向，其中所述光学合路器包含反射元件的图案，所述反射元件由填隙区域分隔，其中所述反射元件反射所述显示光，并且所述填隙区域使穿过所述面对世界表面入射的环境光通过，使得所述视野区域为部分透视；以及
框架组件，支撑所述弯曲目镜和所述显示面板，用于穿戴在用户的头部上，使所述视野区域设置在所述用户的眼睛前方。
14.如权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，其中所述反射元件为不透明反射体，并且其中所述不透明反射体对填隙区域的总表面积填充系数由所述不透明反射体覆盖少于30％，并且其中所述光学合路器总体上透射性大于反射性。
15.如权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，其中所述弯曲目镜还包括：
第一透镜体，所述输入表面设置在所述第一透镜体上，并且所述弯曲光导在所述第一透镜体中从所述输入表面延伸到所述光学合路器；以及
第二透镜体，匹配到所述第一透镜体，其中所述光学合路器沿着所述第一透镜体与所述第二透镜体之间的界面表面设置。
16.如权利要求15所述的头戴式显示器，其特征在于，其中所述填隙区域包括间隙，所述间隙在所述反射元件之间的所述界面表面上。
17.如权利要求15所述的头戴式显示器，其特征在于，
其中所述第一透镜体具有第一厚部分、第一薄部分、以及在所述第一厚部分与所述第一薄部分之间延伸的第一过渡表面，
其中所述第二透镜体具有第二厚部分、第二薄部分、以及在所述第二厚部分与所述第二薄部分之间延伸的第二过渡表面，
其中所述第一厚部分匹配到所述第二薄部分，并且所述第一过渡表面匹配到所述第二过渡表面，并且
其中所述光学合路器设置在所述第一过渡表面与所述第二过渡表面之间。
18.如权利要求17所述的头戴式显示器，其特征在于，其中所述第一过渡表面和所述第二过渡表面为弯曲表面，其中所述弯曲光导设置在所述第一厚部分内，并且其中透明粘合剂将所述第一厚部分接合到所述第二薄部分，以在所述第一透镜体与所述第二透镜体之间建立全内反射边界，所述透明粘合剂具有第一折射率，所述第一折射率小于所述第一透镜体和所述第二透镜体的第二折射率。
19.如权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，其中所述反射元件的每一个具有以下中的一种形状：六边形形状、圆形、椭圆形、矩形或贝塞尔形。
20.如权利要求13所述的头戴式显示器，其特征在于，其中每个反射元件的表面积足够大，以在反射时实质上不衍射所述显示光，其中所述显示光包括可见波长。
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