CN112236716B - 包括用于头戴式显示器的光导的光学设备 - Google Patents

Abstract

光学设备包括微型显示器(105)，所述微型显示器被配置成发出计算机生成图像(CGI)的光。所述光学设备还包括光导(101)，所述光导具有弯曲的第一表面和弯曲的第二表面，所述第一表面用于从所述微型显示器接收所述CGI，所述第二表面用于通过眼睛侧的第三表面将所述CGI反射到用户的眼睛。所述光学设备还包括头戴式框架(110)，所述头戴式框架支撑所述微型显示器和所述光导，其中，所述微型显示器位于所述头戴式框架的顶部处，并且其中，所述光导的所述第一弯曲表面在所述光导的顶侧处。

Description

包括用于头戴式显示器的光导的光学设备

技术领域

本公开一般地涉及光导的设计、放置和使用，该光导可以被用作用于产生增强视觉的头戴式显示器(HMD)设备的一部分。

背景技术

HMD设备通常包括近眼光学系统，以产生放置在用户前方一定距离的虚拟图像。单眼和双眼显示器分别被称为单眼HMD和双眼HMD。一些HMD设备仅显示计算机生成的图像(CGI)，而其它类型的HMD设备能够在真实视图上叠加CGI。后一种类型的HMD通常包括某种形式的透明目镜，并且能够用作用于实现增强现实(AR)的硬件平台。通过覆盖的CGI，增大了当透过透明眼镜观看时的世界的场景。这种装置也被称为平视显示器(HUD)。

HMD具有实际应用和休闲应用。然而，由于用于实现现有HMD设备的光学系统的成本、尺寸、重量、厚度、视场以及效率，许多应用受到了限制。狭窄的视场特别受限制。使用常规组件会产生仅几度的宽度和几度的高度的CGI，从而导致较差的用户体验。先前的HMD设计已经试图通过采用弯曲的光导来解决这些问题，并且将微型显示器定位在类似于传统眼镜的头戴式框架的镜腿区域中。然而，基于这些设计的装置的特定几何形状和物理约束，光导将光路限制成在光导的眼睛侧包括至少两次反弹或反射，并且在光导的世界侧包括至少两次反射，由此限制结果可见图像的大小。另外，都放置HMD的组件的常规限制导致在用户视线内约10度等级对角线的低视场(FOV)显示器。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员变得显而易见。在不同的图中使用相同的参考符号表示相似或相同的项目。

图1和图2示出了根据一些实施例的眼镜设备的透视图。

图3示出了根据一些实施例的光导的分解透视图。

图4示出了根据一些实施例的在图3中所示的光导的正视图。

图5示出了根据一些实施例的沿图1的线1-1的光导、显示器和场镜的侧面截面图。

图6示出了根据一些实施例的沿图1的线2-2的眼镜设备的侧面截面图。

图7示出了根据一些实施例的就像位于如图1和2中所示的框架中一样的光导的俯视图。

图8示出了根据一些实施例的表征弯曲的透明光导的两个表面的形状的一组示例系数。

图9示出了根据一些实施例的表征弯曲的透明光导的表面的一组坐标值。

具体实施方式

先前的光导设计将微型显示器放置在头戴式显示器(HMD)设备或装置或透明的平视显示器(HUD)设备或装置的镜腿位置处。该位置可能导致光导长度比期望的更长。尤其是，镜腿位置处的微型显示器可能需要在光到达用户的眼睛之前，在光导的眼睛侧表面上具有两次或以上次反射并且在光导的世界侧表面上具有两次或以上次反射的光路。为了将微型显示器隐藏在镜腿位置，需要将光导倾斜大约18度，以便促进光导内的全内反射(TIR)。所有这些约束在从微型显示器发出的可视图像中产生了约近10度对角线的低视场(FOV)显示。

本文描述的实施例涉及透明的HMD设备，诸如眼镜、头盔和挡风玻璃，其使得能够光学合并计算机生成的场景和现实场景以形成组合视图。为了改进先前的几何形状，根据某些实施例，将微型显示器(在下文中也被称为“显示器”)作为HMD设备的一部分被放置在弯曲的光导的顶部处，以提供双边光学对称性并将视场从几度扩展到在水平方向上大约40度和在垂直方向上大约14度。光导和微型显示器通常相对于彼此定位，以在眼睛侧提供全内反射的一次反射，并从光导的表面在世界侧提供一次反射。然后，来自微型显示器的投影可以在到达用户眼睛之前，通过光导的合成器区域与来自光导的世界侧(与眼睛侧相反)的光输出耦合。

替代光导的各种特征(诸如具有光导的弯曲的眼睛侧表面和弯曲的世界侧表面)来支撑微型显示器放置在光导的顶部处。根据某些实施例，这些弯曲表面是球形的，并且这些弯曲表面中的每一个弯曲表面具有彼此相似或近似相同大小的特征尺寸(例如，球形尺寸、半径)。光导的首先从微型显示器接收光的第一表面是弯曲的，并且根据某些实施例，该表面是自由形式的，以便校正关于微型显示器的像散(如果有的话)。光导的另一个表面和最终表面(提供从微型显示器朝向用户眼睛的光的最终反射)也是以自由形式弯曲的。该最终表面在本文中被称为合成器或合成器表面。从其反射的图像被称为光场。在其它实施例中，光导的最终表面是旋转对称的非球面形状的表面、变形的非球面形状的表面、环形形状的表面、泽尔尼克多项式形状的表面、径向基函数形状的表面、x-y多项式形状的表面或非均匀有理b样条形状的表面。

为第一(左)用户眼睛提供第一光导，并且为第二(右)用户眼睛提供第二光导。在一个实施例中，第一光导和第二光导中的每一个光导都被缠绕成与视轴成大约五度。根据一些实施例，包角相对于视轴为至少两度。框架使光导的表面维持约四度的倾斜。以至少两度定向光轴。例如，还以在水平轴下方，低于八度(例如以约四度)定向光轴。从而为用户眼睛提供至少两度(例如约八度)的整体或组合的全景倾斜。光导的厚度为约5毫米或更小。根据某些实施例，厚度为四毫米或更小。光导的球形表面的球形曲率半径被设计成使得其光焦度总和为零(即，每个光导为零功率壳)。透明外壳与光导维持较小的距离，从而导致了美观的HMD设备，其相对于传统的HMD设备和HMD图像查看系统提供了显著放大的图像。

图1示出了根据一些实施例的眼镜设备100的透视图。设备100包括安装在框架110中的一对光导101。框架110将光导101固定在其顶侧114和底侧120之间。框架110被成形为类似于普通眼镜的形式。通常，每个光导101是透明的。每个光导101都包括介电反射镜涂层102，该介电反射镜涂层用作合成器，其反射来自相应微型显示器105的光103，并且允许来自世界侧113的环境光104穿到光导101的朝向眼睛一侧115和介电反射镜涂层102。每个微型显示器105被安装在框架110的顶侧114处。框架110包括两个臂111，所述两个臂从框架110的镜腿位置朝向用户的耳朵(未示出)并在用户的耳朵上方延伸。每个臂111容纳用于相应微型显示器105的软绳112。每个微型显示器105通过其相应的软绳112，从计算设备(未示出)接收电力和显示信号，并且被配置成发出计算机生成图像(CGI)的光。

图2示出了根据一些实施例的首先在图1中示出的眼镜设备100的另一透视图。框架110支撑用于相应微型显示器105的显示器壳体106。每个显示器壳体106包围其微型显示器105的一部分。显示光103离开每个微型显示器105，并从框架110的顶侧114进入相应的光导101。根据一些实施例，显示光103通过全内反射(TIR)，在光导101的表面的内部和光导101的表面之间，在光导101的第一表面处反射一次并且在第二表面处反射一次，随后，显示光103从介电反射镜涂层102反射。然后，源自微型显示器105的光103离开光导101，朝向框架110的朝向眼睛一侧115行进，以供用户(未示出)观察。臂111从框架110的两个镜腿位置117中的每个镜腿位置延伸。来自世界侧113的环境光穿过光导101到达框架110的朝向眼睛一侧115。鼻托116被紧固到框架110的中央部分，使得光导101被定位在用户眼睛的前面。相应紧固件凹口119内部的紧固件118将显示器壳体106和微型显示器105固定至框架110。将微型显示器105放置在框架110的顶侧114处提供了双边光学对称性。至少部分地由于光导101的表面的特征和位于微型显示器105和相应的光导101之间的场镜或显示透镜，为用户放大显示光103。例如，光导用作放大镜，并且对大约4毫米的瞳孔直径输出在水平方向上40度和在垂直方向上14度的视场。光导101和微型显示器105相对于彼此定位，以在眼睛侧表面上提供全内反射的一次反射，并且在光导101的世界侧表面上提供一次反射。然后，来自微型显示器的投影在到达用户的眼睛之前，通过光导101的合成器区域，与来自光导101的世界侧的光输出耦合。根据某些实施例，光导101的眼睛侧表面和世界侧表面的曲率是球形的。每个光导101的这些弯曲表面中的每个弯曲表面具有彼此近似相同大小的特征尺寸。首先从微型显示器105接收光的光导101的第一表面是弯曲的，并且根据某些实施例，该第一表面以自由形式弯曲。具有自由曲率校正如所见的从介电反射镜涂层102反射的、来自微型显示器105的结果光场中的像散(如果有的话)。根据一些实施例，光导101的第二表面或合成器表面以自由形式弯曲。

图3示出了首先在图1中示出的光导301的分解透视图。眼镜设备100的一组组件300包括光导301和匹配的填充件340。填充件340是可选的，并且被包括在光导301内，以便使眼镜设备100看起来像普通眼镜。填充件340的表面被成形为匹配光导301的表面，所述表面包括光导301中的凹口341的表面。例如，在填充件340的朝向眼睛一侧上，填充件340的第一匹配表面342被成形为匹配光导301的合成器孔口302的合成器表面317的合成器曲率318。就填充件340延伸到光导301的朝向眼睛一侧而言，填充件340的另一表面被成形为与光导301的眼侧表面315的眼侧曲率316匹配。合成器孔口302位于合成器表面317的边界内。合成器表面317由顶部界面线320、底部界面线321、外界面线322和内界面线323限定。所述线320-323中的每条线位于光导301的相应表面的相交处。在填充件340的世界侧上，第二匹配表面343被成形为匹配光导301的世界侧表面313的世界侧曲率314。

在合成器孔口302中组合来自(微型)显示器305的显示光303和来自光导301的世界侧的环境光304。显示光303在光导301内传播光路350。合成器孔口302是合成器表面317的一部分，其将显示光303朝向光导301的朝向眼睛一侧反射。由显示器305为计算机生成的图像(CGI)生成的显示光303通过场镜307被引导到光导301的顶表面344中。显示光303在光导301内从世界侧表面313和眼睛侧表面315中的每个表面反射至少一次。优选地，显示光303在从光导301的朝向眼睛一侧出射之前，从表面313、315中的每一个表面反射一次。该组组件300的每个组件的表面(包括光导301和填充件340的表面)的形状包括沿着第一(x)轴310、第二(y)轴311和第三(z)轴312中的一个或多个轴的尺寸分量。例如，合成器表面317从相对于第一轴310的角度弯曲并且从相对于第二轴311的角度弯曲，如在其它图中进一步示出和本文中进一步描述的那样。

光导301包括外边缘326和内边缘327中的外沟槽325。外沟槽325从顶侧345延伸到底侧346。还在光导301的顶侧345和底侧346中形成外沟槽325。沿边缘326、327和侧面345、346的外沟槽325与框架(未示出)的脊配对，以便将光导301保持固定在框架中，如图1中所示。在图3中，光导301还包括一个或多个特征，诸如进入或通过光导101的一个或多个通道347，用于接纳紧固件(未示出)以将显示器壳体(未示出)和显示器305保持在固定位置处并且在顶部345处定向。

图4示出了根据一些实施例的首先在图1中示出的光导301、显示器305和场镜307的正视图。通过光导301的凹口341，能够看到合成器表面317和合成器曲率318。合成器孔口302位于合成器表面317的边界内。合成器表面317由顶部界面线320、底部界面线321、外界面线322和内界面线323限定。线320-323中的每一条线都位于光导301的相应表面的相交处。

由显示器305生成的显示光303通过场镜307被引导到光导301的顶表面344中。在合成器孔口302中合成来自显示器305的显示光303和来自光导301的世界侧的环境光304。显示光303在光导301内传播光路350。在某些实施例中，显示光303在从光导301的朝向眼睛一侧出射前，在光导301内，从世界侧表面313和眼睛侧表面315中的每一个表面反射一次。在其它实施例中，显示光303在从光导301的朝向眼睛一侧出射前，在光导301内，从世界侧表面313和眼睛侧表面315中的每一个表面反射不止一次。通过在外边缘326、内边缘327和底侧346中的透明光导301能够看到外沟槽325。在光导301的顶侧345附近能够看到用于接纳紧固件的通道347。

图5示出了根据一些实施例的光导501、微型显示器505和场镜507的沿图1的线1-1截取的侧面截面图500。以与图3中的光导301、显示器305和场镜307相似的方式布置光导501、微型显示器505和场镜507。微型显示器505生成显示光503。显示光503沿着光路550朝向用户530的眼睛531和瞳孔532行进。眼睛531前方的鼻子529的轮廓是可见的。尽管示出了一只眼睛531，但是应当理解到，为用户530的第二只眼睛提供了类似的布置和类似的一组组件，如其它附图中所示。如所示，光导501、微型显示器505和场镜507位于眼睛531的前面，使得合成器表面517在眼睛531的前面，并且合成器表面517在光导501和从瞳孔532的中心延伸的光轴536的相交处。在一些实施例中，合成器表面517内的合成器区域或结果图像区域(未示出)的中心提供结果图像，并且以光轴536下方的第一角度533定位。该第一角度533为大约四度。来自光导501的世界侧的环境光504穿过光导501并进入到瞳孔532和眼睛531中。

显示光503从微型显示器505首先进入到场镜507的第一表面508中。第一表面508沿着第一轴、沿着第二轴(例如，垂直于包含图5的页面)或者沿着第一轴和第二轴两者弯曲。例如，第一表面508沿着一个或多个轴是球形的或是自由形式的。根据一些实施例，第一表面508以光轴536上方大约34度的第三角度535定位。显示光503穿过场镜507的本体并且穿出第二表面509。第二表面509沿着第一轴、沿着第二轴或者沿着第一轴和第二轴两者弯曲。例如，第二表面509沿着一个或多个轴是球形的或是自由形式的。

此外，场镜507由第一材料制成，并且光导501由不同的第二材料制成。例如，第一材料是塑料材料，而第二材料是玻璃材料或诸如

E48R的合成树脂材料。根据一些实施例，当显示光503到达眼睛531时，第一材料和第二材料的组合引起显示光503的颜色校正。尽管未示出，但是光路550中的一个或多个组件(光导501、微型显示器505和场镜507)包括一个或多个涂层，用于在到达眼睛531之前影响显示光503的质量或数量。

场镜507将显示光503引导到光导501的顶表面545中。顶表面545在光导501的顶部位置处沿着第一轴、沿着第二轴或沿着第一轴和第二轴两者弯曲，诸如轮廓为球形或自由形状。顶表面545的曲率校正了在合成器表面517处形成的合成CGI中的任何像散中的一些或全部。根据一些实施例，相对于瞳孔具有4毫米的公称直径或瞳孔大小的眼睛531，结果CGI或其视场(FOV)为在水平方向上约40度以及在垂直方向上14度。

光导501包括具有世界侧曲率514的世界侧表面513和具有眼睛侧曲率516的眼睛侧表面515。世界侧表面513和眼睛侧表面515相对于顶表面545定位，以便允许显示光503在两个表面513、515之间的全内反射。显示光503在顶表面545的法线的大约24度内进入顶表面545。显示光503在从合成器表面517朝向眼睛531反射之前，从两个表面513、515中的每个表面反射一次。所述两个表面513、515在距彼此约5毫米内定位。沿着从光导501的顶部到底部的长度，光导厚度510为大约五毫米或更小。如本文所使用的，光导厚度510是世界侧表面513与眼睛侧表面515处的最近点之间的距离。根据一些实施例，沿着世界侧表面513，世界侧曲率514包括第一球形曲率519，该第一球形曲率519在朝向眼睛一侧处具有80毫米至100毫米之间的半径。沿着眼睛侧表面515，眼睛侧曲率516包括第二球形曲率520，该第二球形曲率520在朝向眼睛一侧处具有80毫米至100毫米之间的半径。第一球形曲率519为约91.7毫米，而第二球形曲率520为约90.0毫米。

光导501的合成器表面517也相对于眼睛531前面的垂直轴以第二角度534(全景倾斜角)定位。根据一些实施例，从垂直轴到从合成器表面517反射的CGI内的点测量第二角度534。例如，相对于从合成器表面517反射的CGI的中心测量第二角度534。作为另一个示例，相对于合成器表面517的中心测量第二角度534。在一些实施例中，第二角度534为约四度。相对于眼睛531前面的垂直轴的包括第一角度533和第二角度534的合成角537为约八度。

图6示出了根据一些实施例的沿着图1的线2-2截取的眼镜设备100的侧面截面图600。框架110包括臂111，该臂111在镜腿位置117处被安装到框架110。框架110在眼镜设备100的顶侧114和底侧120处可见。显示器壳体106在框架110的顶侧114处相对于光导101被安装在如所示的固定位置和固定定向中。显示器壳体在紧固件凹部119处或内部，通过诸如销钉或螺钉的紧固件(未示出)固定，并且被固定到框架110和光导101中的一个或多个中。鼻托116位于框架110的朝向眼睛一侧115的框架110上。场镜307位于光导101的顶侧114处。掩模603屏蔽光进入或离开显示器(未示出)和光导101之间的空间，从而提高了从显示器导向光导101并进入光导101的顶侧114的光的质量。掩模603还防止来自显示器的光在不穿过光导101的情况下直接到达显示器的朝向眼睛一侧115上的用户眼睛。根据一些实施例，掩模603围绕光导101的顶表面、光导101的第一表面、显示器305、场镜307或它们的组合的周边延伸。

合成器表面317将来自光导101的顶侧114处的显示器的光朝向框架110的朝向眼睛一侧115反射。合成器表面317还允许来自世界侧113的光穿过并与来自显示器的光合成，从而产生用于AR的应用的合成图像。填充件340位于光导101的内或位于其下方，并且通常位于合成器表面317下方。基于光导101、框架114和合成器表面317的几何形状，光以合成角537反射到用户的眼睛(未示出)。在从顶侧114到底侧120的眼镜设备100的整个正面上，在光导101和填充件340的前面，定位有约1.45毫米厚的外壳601。1.45毫米的厚度是典型的太阳镜镜片厚度。外壳601从顶侧114到底侧120通常具有均匀的厚度。根据第一实施例，具有约91.7毫米的世界侧半径和约90毫米的眼睛侧半径的5毫米厚的合成树脂壳体601的透明模型在视线处几乎不产生像差并且产生约30度的两个模糊弧分。30度的位置接近最大的舒适眼动。在45度时，模糊为7.5弧分。根据其它实施例，外壳601包括材料、组件、涂层或薄膜(未示出)，从而为外壳601带来较暗的或太阳镜状的外观，诸如改变了来自眼镜设备100的世界侧113的入射光的特性。框架110在光导101的前表面或世界侧表面与外壳601之间维持约0.15毫米的气隙602。

图7示出了根据一些实施例的、如在图1和图2中所示的在框架110中定位那样的光导701-1、701-2的俯视图700。光导701-1、701-2以双眼布置排列，每个所述光导用于一只眼睛，这有助于正确观看3D内容。第一(右)光导701-1位于第一(右)眼531和第一(右)瞳孔532的前面。第二(左)光导701-2位于第二(左)眼707和第二(左)瞳孔708的前面。所述光导701-1、701-2中的每一个光导在其一个或多个边缘中包括一个或多个沟槽709，用于与框架(未示出)相交。例如，沟槽709位于所述光导701-1、701-2中的每一个光导的外边缘326和内边缘327中。每个光导701-1、701-2的眼睛侧表面中可见的是对应于凹口341的背面的开口710，如在包括图3和图4的其它图中那样。外壳601位于每个光导701-1、701-2的世界侧上。在所述光导701-1、701-2中的每一个光导中形成一个或多个通道347，以促进容易使某些元件到此。用于接收来自显示器(未示出)的显示光的顶表面344位于每个光导701-1、701-2的顶部边缘处的中心位置。

光导701-1、701-2位于距中心轴711相等距离处，如由用于每只眼睛531、707的相应视轴713所示。合成器孔口302的中心702形成在每个光导701-1、701-2中，并且相对于相应眼睛531、707以第一包角703定位。第一包角703大于每个光导701-1、701-2的第二包角712，其中，第二包角712与从相应光导701-1、701-2的前表面所截取的法线相关。例如，第一包角703为大约5度，而第二包角712为大约0.9度。在每只眼睛531、707的视轴之间设置大约63毫米的瞳孔间距离706。所示合成器孔口302中的每一个合成器孔口包括相对于用于约4毫米的瞳孔尺寸714的第一眼睛531和第二眼睛707的瞳孔532、708约14度的竖直场尺寸704和约40度的水平场尺寸705。

图8示出了根据一些实施例的表征说明性弯曲光导的表面的一组示例系数800。该组示例系数800与图5中所示的实施例一致。第一表面801对应于合成器表面517，而第二表面802对应于图5的顶表面545。示例系数800与光学技术领域已知的、用于自由形状透镜并且相对于对应球面透镜的轴或中心满足下述方程的系数和测量值一致：

其中，m和n以及x和y是整数，并且其中，R是半径的长度。例如，m＝2和n＝0对应于C_2，0＝x²。第一系数803对应于m＝2和n＝0。对于第一表面801，x2为约0.015，而对于第二表面802，x2为约0.014。第二系数804对应于m＝0和n＝2。第三系数805对应于m＝3和n＝0。第四系数806对应于m＝1和n＝2。第五系数807对应于m＝4和n＝0。对于场镜507的第二表面509的曲率半径R为约12毫米的弯曲的光导，用于表面801、802的第二系数804至第五系数807的值如图8中所示。第二表面509是最靠近光导的场镜507的表面。光导的眼睛侧表面515和世界侧表面513之间的厚度为约5毫米。眼睛侧表面515的曲率半径为约90毫米，而世界侧表面513的曲率半径为约92毫米。

图9示出了根据一些实施例的表征弯曲的透明光导的表面的一组坐标值900。该组坐标值900与眼睛侧球体顶点相关。前三个坐标901至903是以毫米(毫米)为单位的x、y和z位置。第二三个坐标是光学领域的技术人员已知的倾斜度。第一表面911对应于眼睛侧表面515。第二表面912对应于世界侧表面517。第三表面913对应于世界侧表面513。第四表面914对应于光导501的顶表面545。第五表面915对应于微型设备场镜507的第二表面509，其中，第二表面509是最接近光导501的顶表面545的表面。根据某些实施例，结合本文提供的其它细节，使用这些坐标值900对直径为4毫米的瞳孔产生具有第一尺寸和第二尺寸的视场，该第一尺寸在水平方向上约40度，该第二尺寸在垂直方向上约14度。

附图中所示的实施例未按比例绘制。并非要求在以上一般性描述中描述的所有活动或元件。可以不要求特定活动或设备的一部分，并且可以执行一个或多个其它活动或包括除了所述的那些之外的元件。已经参考具体实施例描述了这些概念。然而，本领域中的普通技术人员认识到，在不脱离如在下文权利要求书中阐述的本公开的范围的情况下，能够进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。

在上文中，参考具体实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点或问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更明显的任何特征都不应被解释为任何或所有权利要求的关键特征、必需特征或基本特征。此外，上文公开的具体实施例仅仅是示例性的，因为可以以受益于本文的教导的、对本领域的技术人员显而易见的不同但等效的方式修改和实施所公开的主题。除了在下文的权利要求书中所述的以外，不旨在对本文所示的构造或设计的细节进行限制。因此，明显的是，可以变更或修改上文公开的具体实施例，并且所有这些变型被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文寻求的保护如在下文的权利要求书中所述。

Claims (29)

1.一种光学设备，包括：

微型显示器，所述微型显示器被配置成发出计算机生成图像CGI的光；

光导，所述光导具有弯曲的第一表面和弯曲的第二表面，所述弯曲的第一表面用于从所述微型显示器接收所述CGI，所述弯曲的第二表面用于通过眼睛侧的第三表面将所述CGI反射到用户眼睛；

合成器孔口，所述合成器孔口被设置在合成器表面的边界内，所述合成器表面由所述弯曲的第二表面限定并且朝向所述眼睛侧的第三表面成角度；以及

头戴式框架，所述头戴式框架支撑所述微型显示器和所述光导，其中，所述微型显示器位于所述头戴式框架的顶部处，并且其中，所述光导的所述弯曲的第一表面在所述光导的顶侧处。

2.根据权利要求1所述的光学设备，进一步包括：

场镜，所述场镜位于所述微型显示器和所述光导之间，所述场镜包括：

第一表面，所述第一表面朝向所述微型显示器定向；以及

第二表面，所述第二表面朝向所述光导的所述弯曲的第一表面定向。

3.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述场镜由塑料材料形成。

4.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述光导的所述弯曲的第二表面是自由形式的。

5.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述场镜的所述第二表面是球形的。

6.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述场镜、所述光导或所述场镜和所述光导两者的表面被成形为：当所述光从所述微型显示器朝向所述光导的所述弯曲的第二表面前进时，校正在第一维度和第二维度中的至少一个维度中来自所述微型显示器的所述光的CGI的像散。

7.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光导的所述眼睛侧的第三表面是球形的，所述球形的球形尺寸在80毫米至100毫米的曲率之间。

8.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光导的第四表面是球形的，所述球形的球形尺寸在80毫米至100毫米的曲率之间，并且其中，所述光导的所述第四表面的曲率中心和所述眼睛侧的第三表面的曲率中心相对于所述光导大致位于相同的位置处。

9.根据权利要求1所述的光学设备，其中，为所述用户眼睛提供至少2度的整体或组合的全景倾斜。

10.根据权利要求9所述的光学设备，其中，当用户穿戴所述光学设备时，光轴相对于所述用户眼睛在水平轴下方倾斜至少2度。

11.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光导被以相对于光轴和所述用户眼睛至少2度的包角定向。

12.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光学设备的所述眼睛侧的第三表面和第四表面形成透明的平视显示器HUD，并且所述CGI和世界视图形成所述用户眼睛的组合视图。

13.根据权利要求2所述的光学设备，其中，所述光导由第一材料制成，并且所述场镜由第二材料制成，以便为所述CGI的光提供颜色校正。

14.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述光导由合成树脂材料形成。

15.根据权利要求1所述的光学设备，进一步包括：

具有第一表面的填充件，所述第一表面被成形为与所述合成器表面的合成器曲率匹配，并且被成形为配合到所述光导的凹口中，其中，所述填充件具有第二表面，所述第二表面被成形为符合所述光导的所述弯曲的第二表面。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的光学设备，其中，所述弯曲的第一表面是透明的；所述弯曲的第二表面是透明的并且位于所述光导的世界侧，并且所述眼睛侧的第三表面是透明的并且朝向所述光学设备的显示透镜定向以接收显示光，所述显示光经由全内反射来在所述光导内反射。

17.根据权利要求16所述的光学设备，其中，所述弯曲的第二表面将所述显示光与通过所述光导的弯曲的第二表面从所述世界侧进入的环境光组合。

18.一种装置，包括：

头戴式框架；

微型显示器，所述微型显示器位于所述头戴式框架的顶部处；

显示透镜，所述显示透镜用于接收来自所述微型显示器的光；以及

光导，所述光导被定位成将来自所述微型显示器的光引导到朝着眼睛的方向，所述光导包括：

所述光导的眼睛侧上的透明弯曲的第一表面；

所述光导的世界侧上的透明弯曲的第二表面；

透明的第三表面，所述第三表面朝向所述显示透镜定向，用于接收显示光，所述显示光经由全内反射在所述光导内反射；

透明弯曲的第四表面，所述第四表面被成形为将来自所述微型显示器的光反射到用户眼睛；

凹口，所述凹口从所述透明弯曲的第二表面朝向所述透明弯曲的第一表面延伸到所述光导中；以及

合成器孔口，所述合成器孔口被设置在所述凹口内以及在由所述透明弯曲的第四表面限定的合成器表面的边界内以将所述显示光与通过所述光导的所述透明弯曲的第二表面从所述世界侧进入的环境光组合。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述显示透镜的第一表面朝向所述光导的所述透明的第三表面定向，以及其中，所述显示透镜的所述透明弯曲的第一表面沿着第一轴以自由形式弯曲，并且所述显示透镜的所述透明弯曲的第一表面沿着垂直于所述第一轴的第二轴弯曲，从而增大了在所述光导的所述透明弯曲的第四表面处的至少一个维度中的结果图像区域。

20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述光导的所述透明弯曲的第四表面沿着第一轴以自由形式弯曲，并且沿着垂直于所述第一轴的第二轴弯曲，从而增大了在所述光导的所述透明弯曲的第四表面处的至少一个维度中的结果图像区域。

21.根据权利要求19所述的装置，其中，所述光导的所述透明弯曲的第四表面的曲率沿着至少一个轴是自由形式的，并且其中，来自所述微型显示器的光在从所述透明弯曲的第四表面反射并且通过所述光导的眼睛侧上的所述透明弯曲的第一表面朝向用户眼睛传送之前，通过来自所述光导的透明弯曲的第一表面和透明弯曲的第二表面中的每一个表面的内反射被反射一次。

22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述光导的所述透明的第三表面的曲率沿着至少一个轴是自由形式的，从而增大了在所述光导的所述透明弯曲的第四表面处的至少一维度中的结果图像区域。

23.根据权利要求19所述的装置，其中，所述光导的所述透明弯曲的第一表面和所述透明弯曲的第二表面中的每一个表面的曲率沿着至少一个轴是球形的。

24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述光导的所述透明弯曲的第一表面和所述透明弯曲的第二表面中的每一个表面的球形尺寸在80毫米至100毫米的曲率之间。

25.根据权利要求23所述的装置，其中，所述透明弯曲的第一表面的曲率中心和所述透明弯曲的第二表面的曲率中心相对于所述光导位于大致相同的位置处。

26.根据权利要求18所述的装置，其中，所述光导的所述透明弯曲的第四表面被以相对于用户眼睛至少2度的全景倾斜定向。

27.根据权利要求18所述的装置，其中，当由用户穿戴所述装置时，从所述光导的所述透明弯曲的第四表面反射的结果图像的中心以相对于所述光导的眼睛侧上的用户眼睛在水平轴下方以至少2度倾斜。

28.根据权利要求18至27中的任一项所述的装置，其中，在所述光导的眼睛侧上，所述光导被以相对于光轴和用户眼睛的至少2度的包角定向。

29.一种头戴式显示器(HMD)设备，用于产生增强视觉，包括至少一个根据权利要求1至17中的任一项所述的光学设备或至少一个根据权利要求18至28中的一项所述的装置。

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