CN109073901A - 双眼广视场(wfov)可穿戴光学显示*** - Google Patents

双眼广视场(wfov)可穿戴光学显示*** Download PDF

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Abstract

一种可穿戴光学显示***，包括：用户附接区段；部分透射部分反射光学部件，所述部分透射部分反射光学部件与所述用户附接区段耦合，并且被配置成面向所述用户的眼睛；以及光电单元，所述光电单元与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射光学部件中的至少一者耦合，所述光电单元包括：多个透镜；多个反射器，所述多个反射器具有定位在所述用户的鼻子的一侧处的鼻子定位式反射器，以便允许对于所述眼睛无阻碍的观测场；以及光投影单元，所述光投影单元用于经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述至少一个鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使所述眼睛观看所述光束的投影的至少部分。

Description

双眼广视场(WFOV)可穿戴光学显示***
技术领域
所公开的技术总体涉及光学***，并且具体来说，涉及光学近眼式显示***。
背景技术
已经在20余年前就将光学可穿戴显示***引入到民用市场中。可穿戴显示***的大多数应用是针对工业领域。在过去十年期间，将针对娱乐和游戏领域(例如，Magic 和其他)的若干新的可穿戴显示***引入到市场中，所述新的可穿戴显示***通常配备有提供40度左右的视场的双眼光学***。对引入到市场中的现有的可穿戴显示***的光学解决方案的特征通常在于定位在用户眼睛前方的光学元件(例如，特殊的窗口、棱镜或光导)，所述光学元件用于朝向用户的眼睛引导和导引来自显示器的光。可以了解，在用户的眼睛前方定位此类元件会引入阻碍、光学失真和残余的人为因素(例如，棱镜偏差、反射、重影等)，并且可能进一步导致关于抗冲击性的安全问题(例如，涉及眼镜装置的安全标准)。除了是向用户呈现图像的功能物件之外，还可以将眼镜装置视为时尚物件(例如，时髦配件)。
在Ashkenazi和Shamir的标题为“Wearable Optical Display System forUnobstructed Viewing”的PCT专利申请公布号WO2016/135757中公开了一种用于在佩戴头戴式光学透视显示***时减轻对用户观测场(FOR)的阻碍的解决方案。所述可穿戴光学显示***包括用户附接区段、部分透射部分反射透镜，以及光电单元。所述用户附接区段用于将用户可穿戴光学显示***可拆卸地安装到用户头部。与所述用户附接区段耦合的部分透射部分反射透镜被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述光电单元与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射透镜中的至少一者耦合。所述光电单元包括处理器和光投影单元。所述处理器与所述光投影单元耦合。所述光投影单元被配置成将光束传输到所述部分透射部分反射透镜上。所述光电单元被配置成相对于所述用户附接区段进行定位，使得当将用户可穿戴光学显示***安装在用户身上时，所述光电单元位于用户的眉间区处。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，将会更全面地理解和了解所公开的技术，附图中：
图1A是根据所公开的技术的实施方案而构造和操作的所公开的技术的光学显示***的精简配置的示意性框图；
图1B是根据所公开的技术的实施方案而构造和操作的图1A的光学显示***的扩展配置的示意性框图；
图2是示出处于用户身上的安装配置的图1A和图1B的用户可穿戴光学显示***的前方侧视图的示意性说明；
图3是示出在图2中示出的OST显示***的详细视图的示意性说明；
图4是处于用户身上的安装配置的图1A和图1B的用户可穿戴光学显示***的侧视图；
图5A是示出所公开的技术的光学显示***的光学元件的第一透镜配置的光学路径示意图；
图5B是示出根据另一光学配置的所公开的技术的光学显示***的光学元件的光学路径示意图；
图6A是说明向佩戴所公开的技术的光学显示***的用户提供的典型垂直观测场的示意图；
图6B是说明向佩戴所公开的技术的光学显示***的用户提供的典型水平观测场的示意图；
图7是示出经由所公开的技术的光学显示***而叠加在由用户的眼睛所观看的外部对象上的所显示的图像的代表性光学布置的示意性说明；
图8是示出通过所公开的技术的光学***所投影的示例性光学视场的示意性说明；
图9是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的可穿戴双眼广视场(WFOV)光学显示***的示意性说明；
图10是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的光学显示***的示意性说明；以及
图11是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的光学显示***的示意性说明。
发明内容
所公开的技术的目的是提供一种新颖的用户可穿戴光学显示***，所述用户可穿戴光学显示***在不阻碍用户的观测场(FOR)的情况下以投影的光的形式向佩戴所述光学***的用户提供信息。所述可穿戴光学显示***包括用户附接区段、部分透射部分反射光学部件，以及光电单元。所述用户附接区段使得能够并且被配置成将所述可穿戴光学显示***可拆卸地安装到用户头部的至少部分。所述部分透射部分反射光学部件(通常以眼镜的形式体现)与所述用户附接区段至少部分耦合，并且被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述光电单元与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射光学部件中的至少一者耦合。所述光电单元包括多个透镜和反射器，以及光投影单元。至少一个鼻子定位式反射器被配置成在眼睛水平下在用户的鼻子的一侧处定位和定向，使得所述至少一个鼻子定位式反射器不阻碍用户的观测场(FOR)。光投影单元被配置并进行操作以经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使用户的至少一只眼睛观看所述光束的投影的至少部分。所述光学显示***的扩展配置(典型)还包括处理器、存储器、用户接口和通信模块。所述处理器被配置成与所述光电单元耦合。
根据所公开的技术的另一方面，因此提供一种包括部分透射部分反射光学部件、光电子***的可穿戴光学显示***。所述部分透射部分反射光学部件被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述光电子***被配置成相对于所述部分透射部分反射光学部件具有固定的位置。所述光电单元包括图像产生器、第一反射器、第二反射器、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述图像产生器被配置成产生并放射光束。所述图像产生器、所述第一反射器和所述第二反射器以及所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜被配置成相对于彼此处于固定的位置，以便允许光束沿着光学路径连续地行进穿过所述第五透镜、所述第四透镜、所述第三透镜、所述第二透镜，随后从所述第二反射器反射，随后穿过所述第一透镜，随后从所述第一反射器反射，并且随后从所述部分透射部分反射光学部件朝向用户的至少一只眼睛反射。所述第一反射器被配置成在眼睛水平下定位在用户的鼻子的一侧处，以便允许对于至少一只眼睛无阻碍的观测场(FOR)。所述部分透射部分反射光学部件被配置和构造成大体上非球面的，并且尤其采取椭圆体的形式(即，椭圆形的，具有遵循椭圆体的一部分的曲率的表面)。部分透射部分反射光学部件112具有遵循具有至少两个焦点的椭圆体的曲率的表面，使得至少一个焦点被配置成与用户的眼睛(即，瞳孔)的位置重合。
根据所公开的技术的另一方面，因此提供一种包括部分透射部分反射光学部件、光电子***的可穿戴光学显示***。所述部分透射部分反射光学部件被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述部分透射部分反射光学部件是椭圆形的(即，呈具有两个焦点的椭圆体的一部分的形式)，使得至少一个焦点被配置成与用户的眼睛的位置重合。所述光电单元包括多个透镜，以及多个反射器，所述多个反射器具有定位在用户的鼻子的一侧处的至少一个鼻子定位式反射器，以便允许对于所述至少一只眼睛无阻碍的观测场(FOR)。光投影单元被配置成经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述至少一个鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使用户的至少一只眼睛观看所述光束的投影的至少部分。
具体实施方式
所公开的技术通过提供向用户提供单眼或双眼广视场(WFOV)的可穿戴光学显示***来克服现有技术的缺点。所述可穿戴光学显示***包括用户附接区段、部分透射部分反射光学部件，以及光电单元。所述用户附接区段使得能够并且被配置成将所述可穿戴光学显示***可拆卸地安装到用户头部的至少部分。所述部分透射部分反射光学部件(通常以眼镜的形式体现)与所述用户附接区段至少部分耦合，并且被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述光电单元与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射光学部件中的至少一者耦合。所述光电单元包括多个透镜和反射器，以及光投影单元。至少一个鼻子定位式反射器被配置成在眼睛水平下在用户的鼻子的一侧处定位和定向，使得所述至少一个鼻子定位式反射器不阻碍用户的观测场(FOR)。光投影单元被配置并进行操作以经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使用户的至少一只眼睛观看所述光束的投影的至少部分。所述光学显示***的扩展配置(典型)还包括处理器、存储器、用户接口和通信模块。所述处理器被配置成与所述光电单元耦合。
根据所公开的技术的另一方面，因此提供一种包括部分透射部分反射光学部件、光电子***的可穿戴光学显示***。所述部分透射部分反射光学部件被配置成面向用户的至少一只眼睛。所述光电子***被配置成相对于所述部分透射部分反射光学部件具有固定的位置。所述光电单元包括图像产生器、第一反射器、第二反射器、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述图像产生器被配置成产生并放射光束。所述图像产生器、所述第一反射器和所述第二反射器以及所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜被配置成相对于彼此处于固定的位置，以便允许光束沿着光学路径连续地行进穿过所述第五透镜、所述第四透镜、所述第三透镜、所述第二透镜，随后从所述第二反射器反射，随后穿过所述第一透镜，随后从所述第一反射器反射，并且随后从所述部分透射部分反射光学部件朝向用户的至少一只眼睛反射。所述第一反射器被配置成在眼睛水平下定位在用户的鼻子的一侧处，以便允许对于至少一只眼睛无阻碍的观测场(FOR)。所述部分透射部分反射光学部件被配置和构造成大体上非球面的，并且尤其采取椭圆体的形式(即，椭圆形的，具有遵循椭圆体的一部分的曲率的表面)。部分透射部分反射光学部件112具有遵循具有至少两个焦点的椭圆体的曲率的表面，使得至少一个焦点被配置成与用户的眼睛(即，瞳孔)的位置重合。
所述光学显示器被表征为非瞳孔成形***，所述非瞳孔成形***在水平方向上表现为离轴光学***，并且在垂直方向上表现为轴上光学***。为了避免对用户的FOR的阻碍，所述光学显示***采用垂直轴上光学配置和水平离轴光学配置，其中通过所述光学显示***的独特的光学设计和配置来解决离轴光学***通常固有的光学像差的问题，同时实现对用户的舒适容纳(例如，依据大小的小型化、重量、配合、用户体验等)。
所述可穿戴光学显示***通常体现为光学透视(OST)显示***。根据所公开的技术的显示***的另一配置，因此提供一种光学不透明(即，光学非透视)的可穿戴光学显示***。根据所公开的技术的光学显示***的另一配置，所述光学显示***的所述部分透射部分反射光学部件可以在透明与完全不透明之间的中间不透明水平之间调整。
所述显示***提供紧凑的双眼透视广视场共同护目镜投影近眼式显示***(在下文还可互换地表示为“近眼式显示***”或“近眼式透视护目镜投影显示***”)的新颖解决方案。近眼式显示***被配置并进行操作以产生与用户的视线同轴地覆盖并且在用户的观测场(FOR)的中心周围的实况影像(例如，图像、视频)。根据所公开的技术，车载微型计算机(处理器)被配置并进行操作以进行以下操作中的至少一者：产生实况影像；驱动实况影像；以及将所述实况影像提供给光投影单元的功率有效的有机发光二极管显示器(OLED)，所述光投影单元将所述影像投影到椭圆形形状(即，通常以涂覆有半透明镜(部分反射部分透射材料)的椭圆体形的眼镜(“护目镜”)(即，椭圆体的表面的一部分)的形式体现)的部分透射部分反射光学部件的内表面上，所述内表面朝向用户的每只眼睛反射回图像，同时允许用户观看来自外部场景的传入的光。
所述光学投影单元的组合件结构被光学-机械地设计、构造和配置成在鼻子上方和鼻子的两个上侧上的空间内、在眉脊之间(眉间，在本文还可互换地称为“眉间区”)的前额的最内点处和护目镜的内表面处在位置、定向和大小方面配合。根据一种配置的光学投影单元结构并入有用于固持鼻件的内置式鼻件适配器，所述鼻件允许近眼式显示***相对于用户的眼睛位置的精确和稳定的侧向定位。根据另一配置，所述光学投影单元结构与所述鼻件适配器分开。为了进一步阐明所公开的技术的详情，现在参考图1A和图1B。
图1A是根据所公开的技术的实施方案而构造和操作的大体上参考为100的所公开的技术的光学显示***的精简配置的示意性框图。图1B是根据所公开的技术的实施方案而构造和操作的大体上参考为102的图1A的光学显示***的扩展配置的示意性框图。光学显示***100(图1A)和102(图1B)包括光电单元104、用户附接区段110和部分透射部分反射光学部件112。光电单元104包括光投影单元106和透镜以及反射器108。光电单元104被配置成与用户附接区段110和部分透射部分反射光学部件112中的至少一者耦合。根据一种耦合配置，光电单元104与用户附接区段110机械地耦合，而不与部分透射部分反射光学部件112机械地耦合。根据另一种耦合配置，光电单元104与部分透射部分反射光学部件112机械地耦合，而不与用户附接区段110机械地耦合。根据另一种耦合配置，光电单元104与用户附接区段110和部分透射部分反射光学部件112机械地耦合。
用户附接区段110被配置成将光学显示***100和102可拆卸地安装到用户头部的至少部分。用户附接区段110通常以眼镜的形式体现。替代地，用户附接区段110体现为以下形式：太阳镜框架、带、柔性带、柔性可调整带、头带、并入有越过顶点的带的头带、双带、并入有下颏带的带、具有线框头盔配置的头带、头盔、帽子、夹鼻眼镜、耳挂型眼镜、耳挂型附件、护目镜、运动相关眼镜(例如，滑雪头部和眼睛防护镜)、一般的眼镜，以及一般的头罩。
部分透射部分反射光学部件112被配置成面向身上安装有光学显示***(100、102)的用户的至少一只眼睛。透镜和反射器108包括定位在用户的鼻子的一侧处(即，在眼睛水平下，并且不阻碍用户的观测场(FOR))的至少一个鼻子定位式反射器。光投影单元106被配置成经由透镜和反射器108，包括经由沿着光学路径介于光投影单元106与部分透射部分反射光学部件112之间的鼻子定位式反射器，将光束投影到部分透射部分反射光学部件112上。部分透射部分反射光学部件112被配置并进行操作以朝向佩戴所述光学***的用户的眼睛同时地至少部分反射光(即，所述光编码有数据或者含有信息)，并且至少部分传输来自用户的观测场中的场景(即，相对于用户面向外的环境)的传入的光。部分透射部分反射光学部件112充当光学准直透明(或者半透明)组合器，从而实现投影到其表面上的图像和其他数据的叠加，而不会阻碍用户穿过其观看外部的真实世界场景。从光投影单元106投影的光束的至少部分用于供用户的至少一只眼睛观看。
光投影单元106被配置成根据一种操作模式从外部源(未示出，例如，数字媒体播放器、数据存储装置、***装置、计算机网络(例如，互联网)等)接收数据；将所接收的数据至少部分编码为光编码的数据(即，含有信息的光)(在本文还可互换地表示为“光编码的信息”或“光编码的信息”)；以及以从所述所接收的数据部分地产生的光表示(例如，图像、图形信息、符号等)的形式投影所述光编码的信息。根据另一操作模式，光投影单元106被配置并进行操作以自主地或依靠自己(即，单独地并且与外部源独立地)投影从预定数据(例如，来自其内部存储器(未示出)的数据、由光投影单元106自主产生的数据)产生的光编码的数据。根据混合操作模式，光投影单元106被配置并进行操作以至少部分使用来自外部源的数据以及自身包括的数据(即，从内部产生的数据和/或存储在内部的数据)以便产生和投影所述光编码的数据。
根据扩展配置(图1B)，光学显示***102还包括处理器114、存储器116、用户接口118和通信模块120。存储器116、用户接口118和通信模块120各自与处理器114耦合。处理器114被配置并进行操作以处理数据，并且例如以含有图像数据和/或图形表示数据的电信号的形式产生数据(未示出)，并且将此数据提供(即，一般双向地传送)到光投影单元106。所述数据通常经过存储、检索并且此外可以在存储器装置116中***纵和修改，所述存储器装置一般体现为非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)、快闪存储器、磁性存储装置(例如，硬盘)、铁电只读存储器(F-RAM)、光学存储器(例如，光盘)等)以及易失性存储器(例如，RAM)的形式。
处理器114可以体现为微型计算单元(MCU)、集中或分布的多个计算单元的形式、体现为单个处理器、多个处理器、其组合等。在其他处理功能当中，处理器114被配置并进行操作以用于控制光电单元104；用于产生与编码有信息(例如，图像、视频等)的光相关的数据；用于驱动光投影单元106的至少部分(例如，图像产生器)；用于从存储器116接收和检索数据；用于从用户接口118接收命令并且将信息输送到用户接口118；以及用于从通信模块120接收数据并且将数据传输到通信模块120。处理器114进一步被配置并进行操作以基于校正数据(例如，失真校正功能、失真图)来校正由光束(由光投影单元106投影)形成的至少一个图像中的像差(例如，几何失真、色彩像差等)。所述失真校正数据对应于光学显示***100和102的特定光学配置并且通常是预先确定的并且存储在存储器116中)。
根据图1B的扩展配置，光投影单元106被配置成从处理器114接收图像数据，并且产生、放射和投影编码有信息(例如，图像、视频、图形表示等)的光。此光编码的信息经由光束进行传播。透镜和反射器108被配置并进行操作以朝向被涂覆有半透明反射材料的部分透射部分反射光学部件112的内表面输送含有所述信息(例如，图像数据)的光束，所述内表面朝向用户的至少一只眼睛反射所投影的光束的至少部分(并且将来自外部环境的传入的光至少部分传输到部分透射部分反射光学部件112)。光投影单元106被配置成相对于部分透射部分反射光学部件112刚性地且准确地定位，并且可以将它们一起视为集成光学***，所述集成光学***提供在用户的FOR的中心处投影到FOV上的清晰和锐利的影像。
用户接口118被配置并进行操作以分别从用户接收输入或数据、将输入或数据传输并提供(例如，呈现、显示、产生声音等)给所述用户(例如，传输、传送、呈现输出)。用户接口118一般使得能够与用户交互，并且优选是人机接口(HMI)，所述用户接口可以包括图形用户接口(GUI)(例如，经由触摸屏)、触觉用户接口(例如，触摸板)、语音用户接口、手势用户接口、用户运动跟踪接口、用户凝视跟踪输入接口、基于文本的用户接口、非命令用户接口(推断用户行为)等。用户接口118可以与用户附接区段110耦合。另外，用户接口118可以包括至少一个麦克风(未示出，例如，用于接收声音(例如，语音)命令)、至少一个扩音器(未示出，例如，用于产生输送到用户以及用户的周围环境的声音)，以及至少一个相机(未示出，例如，用于获取用户的至少一只手的图像和/或视频(例如，以便允许通过手的移动进行手势辨识)。
通信模块120被配置并进行操作以将数据传输到处理器114并且从处理器114接收数据，并且使得能够将数据(“外部数据”)传送到外部装置(未示出)并且从外部装置传送数据。举例来说，通信模块120可以接收数据，以首先将所述数据变换为光表示数据，并且随后通过光投影单元106投影到部分透射部分反射光学部件112上。通信模块120进一步被配置并进行操作以与辅助装置(在本文还可互换地称为“***装置”)(未示出)(例如，例如全球移动通信***(GSM)、蜂窝网络、Wi-Fi路由器、计算机服务器、具有功能的装置、具有互联网功能的装置等)传送数据(“辅助数据”)。可以将前述辅助装置的至少部分并入到可穿戴显示***中(例如，集成的GPS模块、集成的Wi-Fi通信模块等)。
现在进一步参考图2、图3和图4。图2是示出处于用户身上的安装配置的图1A和图1B的用户可穿戴光学显示***的前方侧视图的示意性说明。图3是示出在图2中示出的光学显示***的详细视图的示意性说明。图4是处于用户身上的安装配置的图1A和图1B的用户可穿戴光学显示***的侧视图。图2说明具有头12、两只眼睛14R(右眼)、14L(左眼)和鼻子16的用户10。图2进一步说明通常以可穿戴眼镜(例如，眼镜、护目镜、框架等)的形式体现的用户附接区段110、部分透射部分反射光学部件112，和具有光投影单元106(仅部分示出)以及透镜和反射器108的光电单元104。用户附接区段110被配置并进行操作以与如图2中所示的用户10的头12和鼻子16中的至少一者耦合(例如，经由与用户的耳朵接合的眼镜的可扩展柄元件)。用户附接区段110包括鼻件126，所述鼻件被配置成将光学显示***(100和102)牢固地支撑在用户10的鼻子16上(任选地经由鼻件适配器(未示出))，以便使得能够可拆卸地安装在上面。图2和图3描绘透镜和反射器108、部分透射部分反射光学部件112和光投影单元106的部分相对于用户10且尤其相对于用户的眼睛14R的相对位置和定向的详细视图。虽然选择了右眼14R来解释所公开的技术的原理，但在不失一般性的情况下，本文描述的相同原理同样且对称地适用于左眼14L。
光投影单元(图1A和图1B)包括图像产生器130(图2)。光电单元104的透镜和反射器108(图1A和图1B)包括透镜134、136、138、140和146以及反射器144和148，从而形成如图2和图3中说明的光学布置。反射器148在本文可互换地称作“鼻子定位式反射器”、“鼻型反射器”和“退出镜”。出于清楚起见，在图2、图3和图4中已经省略了使透镜和反射器108相对于彼此并且相对于其他组件(包括用户附接区段110、部分透射部分反射光学部件112和鼻件126)支撑或固持在相对位置和定向上的结构机械元件(即，底架、框架)。框架(未示出)被配置并进行操作以使光学显示***100和102的各种组件相对于彼此精确地定位在精确的相对位置和定向上。这些组件一起形成集成的(“统一的”)光学显示***，根据所公开的技术的原理，所述光学显示***能够并且被配置并进行操作以将影像(例如，图像、视频、图形表示等)投影到部分透射部分反射光学部件112上，所述影像叠加或覆盖在用户的视场(FOV)的中心上，同时在不引入阻碍(例如，非光学结构元件)或失真的情况下保持用户的观测场(FOR)完整。一般来说，光电单元104并且具体来说是光投影单元106通常可以包括鼻件机械适配器(未示出)，所述鼻件机械适配器被配置成将鼻件126固持在适当位置，进而允许所述光学显示***相对于用户10的眼睛14R和14L的位置的精确和稳定的定位。光投影单元106被光电-机械地设计和配置以定位在眉脊(眉间)与部分透射部分反射光学部件112之间的用户鼻子16上方的空间中(在鼻子的两侧处)。
鼻子定位式反射器148通常体现为平坦的前表面镜。替代地，鼻子定位式反射器148是平坦的背表面镜、弯曲的前表面镜、弯曲的背表面镜、具有弯曲的前表面的弯曲的背表面镜(例如，Mangin镜)、棱镜(例如，Amici棱镜)、微镜阵列(例如，基于微机电***(MEMS)的数字微镜装置(DMD)等)、楔形镜、偏振楔形镜等。此外替代地，鼻子定位式反射器148另外用于校正光学器件(即，作为用于治疗用户的某些眼况(例如，近视、远视、老花眼和散光)的屈光光学器件)。为此目的，鼻子定位式反射器148可以具有光学功率(例如，弯曲、具有球形组件(屈光度)、圆柱形组件(用于散光)、轴组件等)。此外替代地，鼻子定位式反射器148可以具有不同的偏振(即，包括圆形偏振片、椭圆形偏振片、角度可变偏振片等)，具有光致变色属性(即，根据电磁(EM)辐射(例如，紫外线)的特定波长而变暗或发光)等。鼻子定位式反射器148的周边(即，边缘)通常包括非反射材料(例如，涂层、边框等)(未示出)，用于防止从其反射寄生的杂散光线。
部分透射部分反射光学部件112被配置、构造且操作成对于入射于其面向外的表面(即，被界定为在用户佩戴时面向外部环境的表面)上的光是部分透射的，同时对于入射于其内部的面向用户的表面(即，被界定为面向用户的眼睛的表面)上的光是部分反射的。部分透射部分反射光学部件112是非球面的，并且是大体上椭圆形的(即，以椭圆体的一部分(即，具有遵循椭圆体的一部分的曲率的表面)的形式体现)。部分透射部分反射光学部件112具有遵循具有至少两个焦点的椭圆体的曲率的表面，使得至少一个焦点被配置成与用户的眼睛(即，瞳孔)的位置重合。尤其在双眼配置(在下文结合图9更详细地描述)中，每个焦点被配置成与用户的相应的眼睛(瞳孔中心位置)重合(即，一个焦点与右眼的瞳孔位置重合，第二焦点与左眼的瞳孔位置重合)。部分透射部分反射光学部件112可以被构造成配合具有不同瞳孔间距离(IPD)(即，用户的眼睛的两个瞳孔中心之间的距离)的用户。部分透射部分反射光学部件112在光学上被设计、配置和构造成消除佩戴光学显示***的用户可以感知的失真影响。部分透射部分反射光学部件112具有被构造成单个连续表面的右边部分(面向用户的右眼)和左边部分(面向用户的左眼)(即，在右边部分与左边部分之间不具有分割线)。在那方面，部分透射部分反射光学部件112被视为分层的单块结构(即，具有至少一个层，通常是相对于右边部分和左边部分是单件的若干层)。根据另一配置，部分透射部分反射光学部件112具有一般以环面的部分(即，具有遵循环面的一部分的曲率的复曲面)的形式体现的表面。根据一种构造，部分透射部分反射光学部件112被完全构造和配置成遵循特定配置的表面(椭圆形或环面的)。根据替代性构造，对于特定配置(椭圆形或环面的)，用于经由鼻子定位式反射器来反射由光电单元投影的光束的部分透射部分反射光学部件112的至少一部分(例如，通常是较大的中央部分)被构造成遵循所述配置的几何形状，而根据所公开的技术的原理在光学上不用于反射来自光电单元的光束的部分透射部分反射光学部件112的最***部分(例如，最靠近用户的耳朵)可以体现为其他几何形状(例如，遵循其他曲率)和构造的形式。
部分透射部分反射光学部件112通常是由刚性、耐用的透镜级材料(例如，玻璃(例如，光学冕玻璃)、聚碳酸酯、等)以及其厚度(至少在某一程度上)确定其反射特性的至少一个反射性光学涂层构造。通常取决于入射于部分透射部分反射光学部件112上的光的波长的反射与透射的比率可以变化。典型的反射百分比通常在20％至40％之间；而典型的总透射百分比在8％至70％之间。从这些百分比得到的任何比率是可行的。具体来说，可以存在部分透射部分反射光学部件112的一个以上反射与透射比率(这可以不同或相同)。一个反射与透射比率与撞击在面向用户的表面上的光(由光投影单元106产生)相关联，另一反射与透射比率与撞击在部分透射部分反射光学部件112的面向外的表面上的光相关联。根据一种实现方式，面向用户的表面的光学透射系数大于光学反射。部分透射部分反射光学部件112的其他透射与吸收比率是可行的。举例来说，基本上“透明的光学配置”在入射光(例如，单色光或可见光)的强度下可以展现85％的透射率并且具有15％的吸收率。“中间的透明-不透明光学配置”可以在入射光的强度下展现(例如)50％的透射率和50％的吸收率，而在“不透明的光学配置”中，部分透射部分反射光学部件112在电磁波谱的可见部分中可以展现85％的吸收率和仅15％的透射率。
其他不同的实现方式可以是可能的，举例来说，其中面向外的表面(即，和/或部分透射部分反射光学部件112的至少部分)嵌入有呈微晶形式的卤化银(银盐)，所述卤化银向所述面向外的表面赋予光致变色性质。任选地，还将防反射涂层施加到面向外的表面。此外任选地，将防磨涂层施加到部分透射部分反射光学部件112。此外任选地，将防雾涂层施加到部分透射部分反射光学部件112。此外任选地，将防指纹的疏油涂层施加到部分透射部分反射光学部件112。此外任选地，部分透射部分反射光学部件112涂覆有和/或并入有光偏振材料，所述光偏振材料一般增强通过其观看的图像的对比度(例如，在覆雪环境中尤其明显)。部分透射部分反射光学部件112在其构造和/或制造中采用抗震碎(“防震碎”)材料(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)，其组合等)，使得其展现防震碎和抗冲击的质量。另外，部分透射部分反射光学部件被设计成遵守一般眼镜以及尤其是用于运动应用的眼镜(例如，太阳镜)的已知的安全标准。
根据其他实现方式，部分透射部分反射光学部件112根据环境亮度水平的量而自主地执行透射率调适(在本文还被称为“多色功能性”)。举例来说，在高亮度水平下，透射率被设定为15％透射，并且在低亮度水平下，透射率被设定为50％透射。可以通过构造部分透射部分反射光学部件112所用的构成材料(例如，通过与展现多色特性的特殊颜料组合)、通过使用多色涂层来涂覆面向外的表面等来实现所述多色功能性。
根据部分透射部分反射光学部件112的另一实现方式，其至少一部分或部分(即，其表面的区域)是透视的(例如，“透视小块”)，而其互补部分是至少部分不透明的。替代地，部分透射部分反射光学部件112是完全透明或完全不透明的。此外替代地，部分透射部分反射光学部件112对于光波长的至少一个范围内的光展现出透明。此外替代地，部分透射部分反射光学部件112对于光波长的至少一个范围内的光展现出不透明。
鼻件126被配置成与用户10的鼻子16接合并且包括用于光学显示***在用户10的至少一只眼睛14R和14L的前方的侧向定位。鼻件126使得能够并且被配置成与鼻子定位式反射器148机械地耦合，使得鼻子定位式反射器148定位在用户10的鼻子16的一侧上，如图2中所示。主光线152(图2和图3)示出为从图像产生器130开始朝向透镜134、136、138、140、反射器144、透镜146、鼻子定位式反射器148、部分透射部分反射光学部件112穿过光电单元104朝向用户10的眼睛14R传播。鼻子定位式反射器148朝向部分透射部分反射光学部件112并且朝向用户10的眼睛14R反射撞击在上面的光束。用户附接区段110(在图2中示出为眼镜边框)被配置并进行操作以可拆卸地耦合到用户10(例如，经由耳朵、头12、鼻子16等)并且支持精确的定位和角度对准，以便允许用户10观察由部分透射部分反射光学部件112部分反射的并且围绕用户的FOV的中心与用户的FOR重叠的投影的图像(未示出)。虽然图2、图3和图4示出右眼单眼光学配置，但所公开的技术同样地适用于左眼单眼光学配置以及在下文结合图9详细描述的双眼光学配置。
替代地，不是一个鼻子定位式反射器，存在多个鼻子定位式反射器(未示出)，所述多个鼻子定位式反射器被配置并进行操作以进一步(1)折叠光束(光学路径)以便更好地与用户附接区段110和用户的眼睛相符，和/或(2)转动或旋转所显示的图像以更好地与用户附接区段110和用户的眼睛相符。鼻子定位式反射器被配置成定位在用户10的鼻子16的所述侧处。鼻子定位式反射器被配置成采取以下配置或布置中的至少一者：(a)至少一个鼻子定位式反射器与鼻件126机械地耦合；(b)彼此机械地耦合；(c)至少两个鼻子定位式反射器彼此邻接；(d)所有鼻子定位式反射器彼此邻接；(e)至少两个鼻子定位式反射器彼此分开地定位；(f)所有鼻子定位式反射器彼此分开地定位；(g)沿着鼻子16的所述侧定位在各种垂直和水平位置处；以及(h)至少两个鼻子定位式反射器相对于彼此以某一角度定向。所述多个鼻子定位式反射器可以体现为平坦的镜子、棱镜(例如，Amici棱镜)、微镜(例如，基于微机电***(MEMS)的数字微镜装置(DMD)、楔形镜等)等。
现在进一步参考图5A，其为示出所公开的技术的光学显示***的光学元件的第一透镜配置的光学路径示意图。如所示，图1A和图1B的光投影单元106示出为包括图像产生器130。光电单元104的图1A和图1B的透镜和反射器108示出为包括透镜132、134、136、138、140和146以及反射器144和148，其形成包括光线路径的被称为“第一透镜配置”的光学布置，如图5A中说明。透镜134、136、138和140形成透镜群组142。为了清楚地示出光束的目的，透镜群组142中的透镜之间的距离略微夸张。根据在图5A中示出的第一透镜配置的光电单元104的透镜在本文还可互换地如下表示：将透镜146表示为“第一透镜”，将透镜140表示为“第二透镜”，将透镜138表示为“第三透镜”，将透镜136表示为“第四透镜”，将透镜134表示为“第五透镜”，并且将透镜132表示为“第六透镜”。根据在图5A中示出的第一透镜配置的光电单元104的反射器在本文还可互换地如下表示：将反射器148表示为“第一反射器”和/或“鼻子定位式反射器”，并且将反射器144表示为“第二反射器”。
图像产生器130(图2、图3和图5A)被配置并进行操作以一般产生光并且具体来说产生编码有信息的光(例如，呈图像的形式)，光束1521、1522(图5A)源自所述光，随后穿过透镜132(图5A)(即，被折射)和透镜群组142(图5A)的透镜。具体来说，光束连续地折射穿过透镜132、134、136、138、140并且撞击在反射器144上。反射器144被配置成反射并折叠光束以便将它们引导到透镜146，所述透镜折射所述光束并且将它们引导到反射器148上。反射器148(鼻子定位式反射器)被配置成朝向部分透射部分反射光学部件112反射和折叠撞击在上面的传入的光束。部分透射部分反射光学部件112被配置成穿过孔口(止挡件)150并且朝向用户的至少一只眼睛反射(至少部分)来自反射器148的光束。在从反射器148反射离开之前(1541)和之后(1542)沿着光学路径形成中间图像(未示出)。
在图1A中示出的精简配置中，图像产生器130被配置并进行操作以根据光投影单元106的不同操作模式而产生、显示和放射编码有信息的光。根据在图1B中示出的扩展配置，图像产生器130被配置并进行操作以通过从处理器114接收数据而产生、显示和放射编码有信息的光。图像产生器130一般作为近眼式显示器而被配置并进行操作，通常以有机发光二极管(OLED)显示器的形式体现。替代地，图像产生器130可以采用其他类型的显示技术，例如液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(ELD)、硅上液晶(LCoS/LCOS)显示器、有源矩阵液晶显示器(AMLCD)、量子点显示器(QLED)等。
在图5A中示出的离轴光学布置(“第一透镜配置”)涉及以下示例性配置。透镜132通常体现为场镜，透镜134和136是双凸的，透镜138是平面凸，透镜140是平面凸，反射器144是平面的(例如，折叠镜)、透镜146是大体上双凸的，反射器148是平面的(例如，折叠镜)，并且部分透射部分反射光学部件112是椭圆形的(即，具有遵循椭圆体的至少部分的曲率的表面)。透镜群组142被设计、配置并进行操作以使包括失真和色差的光学像差最小化。透镜146被配置成折射光束并且将所述光束会聚到反射器148上。反射器148被配置成折叠来自透镜146的光束并且进一步在透镜146与部分透射部分反射光学部件112之间沿着光学路径设置在适当的位置和定向上，使得反射离开部分透射部分反射光学部件112的光束形成指向用户的眼睛的准直光束。
根据本文表示为“第二透镜配置”的另一光学配置，排除了场镜132。为了说明此替代性光学配置，进一步参考图5B，所述图是示出根据另一光学配置的所公开的技术的光学显示***的光学元件的光学路径示意图。在图5B中示出的光学配置类似于图5A的光学配置，不同之处在于场镜132的排除、透镜群组142(图5A)中的元件和它们的光学特性(例如，光学功率、焦距、曲率半径等)。在图5B中示出的第二透镜配置包括图像产生器130、透镜160、透镜162、透镜164、透镜166、透镜170、反射器144和反射器148。透镜160、162、164、166被分组在透镜群组168中。反射器144和148分别等同于在图5A中示出的以第一透镜配置示出的反射器。同样地，图像产生器130和部分透射部分反射光学部件112分别等同于在图5A中示出的图像产生器和部分透射部分反射光学部件。图5B的第二光学配置与图5A的第一光学配置类似，图像产生器130被配置并进行操作以一般产生光并且具体来说产生编码有信息的光(例如，呈图像的形式)，光束1523和1524(图5B)源自所述光，随后穿过透镜群组168的透镜(即，被折射)。具体来说，光束连续地折射穿过透镜160、162、164、166并且撞击在反射器144上。反射器144被配置成反射并折叠光束以便将它们引导到透镜170，所述透镜折射所述光束并且将它们引导到反射器148上。反射器148(鼻子定位式反射器)被配置成朝向部分透射部分反射光学部件112反射和折叠撞击在上面的传入的光束。部分透射部分反射光学部件112被配置成穿过孔口(止挡件)150并且朝向用户的至少一只眼睛(例如，如在图2和图3中所示的右眼14R)反射(至少部分)来自反射器148的光束。
在图5B中示出的离轴光学布置(“第二透镜配置”)涉及以下示例性配置。透镜160和162是双凸的，透镜164是双凹的，透镜140是双凸的，反射器144是平面的(例如，折叠镜)，透镜170是大体上正弯月透镜，反射器148是平面的(例如，折叠镜)，并且部分透射部分反射光学部件112是椭圆形的。透镜群组168被设计、配置并进行操作以使包括失真和色差的光学像差最小化。透镜170被配置成折射光束并且将所述光束会聚到反射器148上。与图5A的第一光学配置一样，反射器148被配置成折叠来自透镜170的光束并且进一步在透镜170与部分透射部分反射光学部件112之间沿着光学路径设置在适当的位置和定向上，使得反射离开部分透射部分反射光学部件112的光束形成指向用户的眼睛的准直光束。在从反射器148反射离开之前(1543)和之后(1544)沿着光学路径形成中间图像(未示出)。
根据在图5B中示出的第二透镜配置的光电单元104的透镜在本文还可互换地如下表示：将透镜170表示为“第一透镜”，将透镜166表示为“第二透镜”，将透镜164表示为“第三透镜”，将透镜162表示为“第四透镜”，并且将透镜160表示为“第五透镜”。对根据图5B的第二透镜配置的光电单元104的反射器的参考分别等同于图5A的第二透镜配置的反射器。
光学显示***100和102向佩戴所述***的用户10提供对用户的观测场(FOR)内的视觉场景(例如，外部真实世界)的无阻碍的观看能力，并且同时使得能够在那个FOR内向用户呈现光编码的数据(即，在部分透射部分反射光学部件112上以叠加的方式显示)。与由于在用户眼睛前方定位非透明的功能元件、半透明的功能元件、光学波导(这可能会引入失真并且在面部撞击的情况下进一步危及用户的眼睛和脸)从而减少用户的FOR而至少部分阻挡用户的FOR的现有技术***相比，所公开的技术的光学显示***在光学上被配置和构造成具有独特的光学布置，所述光学布置展现减小的物理尺寸，从而允许将光电单元104基本上定位在用户的前额和眉间区处，以便使对用户的FOR的硬件阻碍最小化。
为了进一步详述用户可穿戴的光学显示***100和102向用户赋予的增强的FOR，现在进一步参考图6A和图6B。图6A是说明向佩戴所公开的技术的光学显示***的用户提供的典型垂直观测场的示意图。图6B是说明向佩戴所公开的技术的光学显示***的用户提供的典型水平观测场的示意图。图6A说明用户10的头12的右侧视图，其示出相对于水平(水平面，例如，地平线)观看角度轴180(“中心线轴”)向佩戴可穿戴光学显示***100和102(出于明朗起见未示出)的用户10提供的典型的垂直FOR。一般将中心线轴界定为在眼睛14L和14R聚焦于地平线处的无穷远的情况下向前看时的用户10的观看轴(保持笔直)。在水平观看角度轴180上方(即，在向上垂直的观看方向上)的垂直FOR大致在50°至55°之间。提供给用户10的在水平观看角度轴180下方(即，在向下垂直的观看方向上)的垂直FOR大致在70°至80°之间。因此，提供给用户10的总的垂直FOR大致在120°至135°之间。
图6B说明用户10的头12的俯视图，其示出相对于右眼14R中心线轴182(即，中心视线(LOS)轴”或“中心向前看凝视方向”)向佩戴光学显示***100和102(未示出)的用户10提供的典型的水平FOR。用户10的(右边)眼睛14R的水平FOR到中心线轴182的左边(即，在向左方向上)是大约62°。用户10的(右边)眼睛14R的水平FOR到中心线轴182的右边(即，在向右方向上)是大约94°。(左边)眼睛14L的典型水平FOR(即，相对于左边中心线轴(未示出))类似于(右边)眼睛14R的典型的水平FOR。因此，提供给用户10的每只眼睛的总的水平FOR是大约156°。
现在进一步参考图7，图7是示出经由所公开的技术的光学显示***而叠加在由用户的眼睛所观看的外部对象上的所显示的图像的代表性光学布置的示意性说明。图7说明在图5A中示出的第一光学配置，包括图像产生器130、透镜132、134、136、138、140和146、反射器144和148，以及部分透射部分反射光学部件112。进一步示出用户10的眼睛14(14R或14L)和远离光学显示***和用户的遥远的对象192。包括图像产生器130的光投影单元106放射并投影编码有信息(例如，图像196)的光，所述光的与所述信息相关联的光束被引导到用户的眼睛14R、L的瞳孔190上。(图7不包括眼睛的内部透镜对传入的光束的聚焦效果)。被配置成定位在鼻子16的上部部分的侧处(图2、图4)并且与鼻件126耦合(图2)的鼻子定位式反射器148在眼睛水平下朝向部分透射部分反射光学部件112(例如，半透明椭圆形眼镜)引导所投影的图像，所述部分透射部分反射光学部件围绕与用户观察遥远的对象192(“风景”)的视线(LOS)194同轴对准的坐标***188的Z方向将光束的至少部分(图像196)反射回到用户的眼睛。因此，光学显示***100和102将图像196投影到部分透射部分反射光学部件112上，使得图像196对用户10来说显得与LOS 194和向外观看的对象192同轴对准，如由用户感知的图像198代表性地示出。
现在参考图8，图8是示出通过所公开的技术的光学***所投影的示例性光学视场的示意性说明。图8示出将光学显示***100和102的FOV说明为网格显示。图8提供一般与失真相关并且具体来说与失真校正相关的信息。
根据所公开的技术的另一方面，提供展现双眼广视场(WFOV)的可穿戴光学显示***。所公开的技术的双眼***通过立体视觉向用户提供更现实的视觉感知，从而实现用户的深度感知。在那个方面，所公开的技术的可穿戴双眼WFOV显示***提供单独地并且与用户的每只眼睛独立地显示单独的图像通道(例如，图像、视频)的能力。为了进一步阐明具有双眼WFOV的可穿戴光学显示***的详情，现在进一步参考图9，图9是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的一般参考为200的可穿戴双眼广视场(WFOV)光学显示***的示意性说明。
图9示出可穿戴光学显示***(还可互换地表示为“双眼近眼式透视护目镜投影显示***”或“双眼近眼式显示***”)的双眼光学配置，所述光学显示***类似于结合图1A到图8所描述的光学显示***100和102。实质上，来自先前实施方案(单眼光学配置)的相同组件和原理适用于本实施方案(双眼光学配置)，不同之处在于，可穿戴双眼光学显示器***200具有两组光电单元104(图1A、图1B)，一组用于右眼14R，如上文关于单眼光学配置所描述，并且另一光电单元104与用户10的左眼14L相关联。具体来说，可穿戴双眼光学显示***200包括两个光电单元：用于右边通道的204R(对应于右眼14R)和用于左边通道的204L(对应于左眼14L)。光电单元204R和204L的每个组件和操作都与图1A、图1B和图2的光电单元104相同。主要差异是两个光电单元204R和204L(和它们的对应组件)的定位，所述两个光电单元关于脸垂直对称轴是对称的(即，中心虚拟线分割了用户10的脸的右半部和左半部)。
图1A和图1B的精简配置和扩展配置分别同样地适用于双眼光学显示***200。在双眼光学显示***200的精简配置中，对于右边通道和左边通道共同的组件包括用户附接区段210(类似于用户附接区段110)、部分透射部分反射光学部件212(类似于部分透射部分反射光学部件112)和鼻件226(类似于鼻件126)。在双眼光学显示***200的扩展配置中，对于右边通道和左边通道共同的组件还包括处理器214(未示出，但类似于处理器114)、存储器216(未示出，但类似于存储器116)、用户接口218(未示出，但类似于用户接口118)和通信模块220(未示出，但类似于通信模块120)。这些组件的耦合和操作与在图1A和图1B中示出的组件的耦合和操作相同。
对应于左边通道的光电单元204L的组件包括图像产生器230L(与图像产生器130R相同)、透镜236L、238L、240L和246L(分别与透镜136R、138R、140R和146R相同)，以及反射器244L和248L(分别与反射器144R和148R相同)。类似地，对应于右边通道的光电单元204R的组件包括图像产生器230R(与图像产生器130R相同)、透镜236R、238R、240R和246R(分别与透镜136R、138R、140R和146R相同)，以及反射器244R和248R(分别与反射器144R和148R相同)。
图9示出佩戴在用户10的头12上的双眼光学显示***200的前方侧视图。根据所公开的技术的本实施方案，光电单元204R被配置成朝向右眼14R投影编码有信息(例如，呈图像、视频等的形式)的光，并且同时光电单元204L被配置成朝向用户10的左眼14L投影编码有信息的光。光电单元204R和204L被光电-机械地设计和配置成定位(并配合)在鼻子16的上部部分的两侧上方的空间内和所述两侧处、在眉脊之间(眉间)的前额的最内点处，以及部分透射部分反射光学部件212的内表面处。光电单元204L和204R的机械结构和配置并入有内置式鼻件适配器(未示出)，所述鼻件适配器被配置成固持鼻件226，进而允许双眼光学显示***200相对于用户的眼睛14L和14R的位置的精确和稳定的定位。在图9中还示出鼻子定位式反射器248L和248R分别定位在鼻子16的左侧和右侧上并且机械地耦合到鼻件226(的左侧和右侧)。每个鼻子定位式反射器248L和248R被配置成从其相应的(投影)通道朝向部分透射部分反射光学部件212引导所投影的光束，所述部分透射部分反射光学部件继而被配置成使光束分别朝向用户10的左眼14L和右眼14R至少部分反射回。根据双眼光学显示***200的一个操作模式，光电单元204L和204R被配置并进行操作以分别朝向左眼14L和右眼14R投影相同的图像。根据另一操作模式，光电单元204L和204R被配置并进行操作以分别朝向左眼和右眼14L和14R投影不同的图像。根据一种双眼硬件配置，将两个图像产生器用作左退出瞳孔和右退出瞳孔中的每一者的图像源(左眼和右眼中的每一者一个图像产生器)，进而使得能够同时针对每只眼睛投影不同的图像。处理器214被配置并进行操作以产生3-D图像，所述3-D图像继而由光电单元204L和204R投影在用户10的眼睛14L和14R的视场中的相互重叠的区中。
根据另一替代性双眼硬件配置(未示出)，仅将一个图像产生器用于左退出瞳孔和右退出瞳孔，使得光学开关装置(未示出)被配置并进行操作以根据图像产生器的典型帧速率来同步地交替地阻断左退出瞳孔和右退出瞳孔中的一者(使得针对左眼和右眼交替地产生图像)。在此类配置中，鼻子定位式反射器248L和248R被配置并进行操作以使相应的左边图像和右边图像对准于共同平面。可以采用额外的折叠镜(未示出)以使左边通道和右边通道的两个图像平面对准于共同平面。举例来说，将120Hz或更高的图像帧速率用作交替频率，进而以60Hz的速率向每只眼睛提供单独的图像。根据另一替代性双眼硬件配置(未示出)，例如通过还包括图像分路器以将光投影单元产生的图像拆分为左边通道和右边通道，而仅将一个图像产生器用于左眼和右眼。一般来说，光电单元204R和204L的第一光投影单元和第二光投影单元被配置成根据以下双眼操作模式中的至少一者来投影右边图像序列和左边图像序列(分别地)：(1)右边图像序列和左边图像序列是相同的；(2)左边图像序列和右边图像序列是不同的；(3)交替地投影右边图像序列和左边图像序列；(4)以不同的帧速率投影右边图像序列和左边图像序列；(5)以不同的光学特性(例如，偏振、色彩等)投影右边图像序列和左边图像序列；以及(6)将右边图像序列和左边图像序列投影成具有相同的光学特性(例如，偏振、色彩等)。
将部分透射部分反射光学部件112体现为椭圆体反射器(即，具有遵循椭圆体的一部分的曲率的表面)。在当前双眼光学配置中并且根据图6A和图6B，提供给用户10的总垂直FOR大致在120°至135°之间，并且提供给用户10的每只眼睛的总水平FOR是大约156°。
根据双眼光学显示***200的替代性扩展配置，存在：两个处理器214L和214R(未示出)，每个处理器对应于相应的通道(左边和右边)；两个存储器装置216L和216R(未示出)，每个存储器装置对应于相应的通道；和/或两个用户接口218L和216R(未示出)，每个用户接口对应于相应的通道；和/或两个通信模块220L和220R(未示出)，每个通信模块对应于相应的通道。此外替代地，存在两个不同的用户附接区段210R和210L(未示出)，每个用户附接区段被配置成与用户的脸的相应侧(左边、右边)可拆卸地耦合。在此替代性配置中，每个用户附接区段(对应于左侧或右侧)被配置成与左边光电单元204L或右边光电单元204R耦合(例如，机械地支撑、至少部分收容等)。
现在参考图10，图10是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的一般参考为300的光学显示***的示意性说明。光学显示***300被配置并进行操作成具有多焦点帧内图像投影能力。光学显示***300共享许多与在图7中示出的光学显示***100和102的组件相同的组件(包括它们的功能性)。具体来说，光学显示***300包括图像产生器330(类似于图像产生器130)、透镜332、334、336、338、340和346(分别类似于透镜132、134、136、138、140和146)、反射器344和348(分别类似于反射器144和148)，以及部分透射部分反射光学部件312(类似于部分透射部分反射光学部件112)。进一步示出用户10的眼睛14(14R或14L)以及远离光学显示***300和用户10的两个遥远的对象392A和392B。另外，光学显示***300包括快速聚焦机构360和被配置成与所述快速聚焦机构耦合的专用处理器362。快速聚焦机构360被配置并进行操作以改变所投影的图像，使得所投影的图像聚焦在与外部风景(由对象392A和392B表示)匹配的距离处。在替代性配置中，省略了专用处理器362，而是光学显示***300采用与光学显示***300的其他计算功能共用的处理器314(未示出)。
图像产生器330被配置并进行操作以放射并投影编码有信息(例如，图像)的光，所述光的与所述信息相关联的光束被引导到用户的眼睛14R、L的瞳孔190上。被配置成定位在用户10的鼻子16的上部部分的侧处并且与鼻件(未示出)耦合的鼻子定位式反射器348在眼睛水平下朝向部分透射部分反射光学部件312(例如，半透明椭圆形眼镜)引导所投影的图像，所述部分透射部分反射光学部件继而被配置成围绕与用户观察遥远的对象392A和392B(“风景”)的视线(LOS)394同轴对准的坐标***388的Z方向将光束的至少部分(所述图像)反射回到用户的眼睛。
光学显示***300采用与图像产生器330耦合的快速聚焦机构360，并且所述快速聚焦机构使得能够以匹配用户10的眼睛14(R,L)与对象392A或不同距离的对象392B之间的距离的方式聚焦所投影的图像。快速聚焦机构360的示例性实现方式是被配置成产生所投影的图像的一个实现方式，每个所投影的图像聚焦在多个和不同的聚焦位置处。在图10中示出的实例中，所投影的图像各自聚焦在对应于眼睛14(R,L)与所观看的对象392A和392B之间的距离的不同聚焦位置处。根据所公开的技术，对于将以叠加的方式投影在外部风景(对象392A、392B)上的图像(例如，图像帧)，处理器362被配置并进行操作以分析那个图像并且根据那个图像内的实体来确定所需的投影焦距。处理器362随后将所述图像拆分为两个图像层370A和370B，并且与快速聚焦机构360在两个焦点位置372A和372B之间的操作同步地将所述两个图像层连续地传递到图像产生器330。焦点位置372A对应于图像层370A和对象394A。焦点位置372B对应于图像层370B和对象394B。
快速聚焦机构360的高速率动态焦点调整的实现方式允许对图像产生器330相对于光电单元104的透镜的位置的较小校正。图像产生器330相对于光电单元104的透镜的位置确定投影到用户的左眼和右眼的图像的焦距(例如，看到由显示器投影的所述对象所在的距离)。经由机电方法实施焦点调整。替代地，通过使用其他方法，例如通过移动光电单元104的至少一个透镜，通过使用流体透镜电改变透镜的曲率(例如，经由电介质上电润湿(EWOD))等，来实施焦点调整。
根据所公开的技术的本实施方案的双眼实现方式，例如以120Hz的速率改变图像产生器330的位置。所述双眼实现方式包括两个单独的图像产生器，每只眼睛一个图像产生器(即，“左边图像产生器”和“右边图像产生器”)，使得每个图像产生器与具有单独的高速率动态焦点校正机构的光投影单元耦合。处理器362分析由左边图像产生器和右边图像产生器中的每一者投影的每个图像帧(含有图形信息)，并且根据场景中的对象的距离而将图像帧分离为至少两个层。换句话说，在给定两个相对于光学显示***200不同距离的对象和将要投影到部分透射部分反射光学部件212上的图像的情况下，处理器362被配置成(1)相对于场景中的对象的距离来分析与将要投影的图像相关的数据，以及(2)将图像中的图像特征分离为两个层，使得以相对于两个遥远的对象的焦点并且以与所述两个遥远的对象叠加的方式分别显示这些图像特征。一般来说，在给定焦距不同的(近的和远的)对象的两个集群的情况下，将在与近的对象集群相关的所投影的图像中含有的图形信息聚焦到平均的近聚焦距离，而将与远的对象相关的图形信息聚焦到平均的远聚焦距离。光学显示***200可以任选地还包括深度感测相机(未示出，例如，测距相机、立体相机等)、地理位置确定定位和定向子***(未示出)等，其被配置并进行操作以确定外部对象相对于光学显示***200的距离(即，距离数据)并且将此距离数据提供给处理器362。处理器362引导图像产生器330以连续地并且与焦点机构360的操作同步地产生图像层，所述焦点机构继而调整图像产生器330的位置以匹配用户将要看到的图像层中的每一者的平均距离。通过使用此技术，单独地针对每只左眼和右眼(即，在双眼配置中)而对于(例如，一连串图像(即，视频)中的)相同的图像帧产生具有两个不同焦距的图像。图像产生器330能够显示具有高帧速率的图像。举例来说，图像产生器330产生240Hz的显示帧速率，而快速聚焦机构360还具有单独地针对每只左眼和右眼的240Hz的焦点校正速率。因此，用户感知的图像在视频中的相同图像帧中的每一者内可以具有四个不同的焦距。
现在参考图11，图11是根据所公开的技术的另一实施方案而构造和操作的一般参考为400的光学显示***的示意性说明。图11示出光学显示***400包括使得能够调整FOV的可变折叠角度(例如，可倾斜的)鼻子定位式反射器配置。根据所公开的技术的本实施方案，光学显示***400使得能够修改左边鼻子定位式反射器和右边鼻子定位式反射器(例如，图9中的248L和248R)的定向(倾斜位置)，以便改变分别朝向用户的左眼和右眼投影左边投影通道和右边投影通道中的每一者所采用的角度，从而改变光学退出瞳孔的所得的位置以及用户眼睛处的所投影的视场中的每一者的角度。因此，所实现的效果涉及对FOV重叠区(右边FOV和左边FOV)的大小的改变。举例来说，在一个方向上将左边鼻子定位式反射器和右边鼻子定位式反射器中的每一者的倾斜角改变角度α将导致从部分透射部分反射光学部件反射回的光束在相反的方向上的2α的对应的改变，从而将重叠区改变4α并且将总视场改变4α。
具体来说，光学显示***400包括图像产生器430(类似于图像产生器130)、透镜432、434、436、438、440和446(分别类似于透镜132、134、136、138、140和146)、反射器444和448(分别类似于反射器144和148)，以及部分透射部分反射光学部件412(类似于部分透射部分反射光学部件112)。进一步示出用户10的眼睛14(14R或14L)和远离光学显示***400和用户10的遥远的对象492。另外，光学显示***400还包括可变反射器折叠角度机构460和被配置成与所述可变反射器折叠角度机构耦合的专用处理器462。可变反射器折叠角度机构460与可倾斜的鼻子定位式反射器448耦合，并且被配置并进行操作以改变可倾斜的鼻子定位式反射器448的折叠角度(还可互换地表示为“倾斜角”、“倾斜位置”和“倾斜定向”)。在替代性配置(未示出)中，省略了专用处理器362，而是光学显示***400采用与光学显示***400的其他计算功能共用的处理器414(未示出，但类似于处理器114)。
图像产生器430被配置并进行操作以放射并投影编码有信息(例如，图像)的光，所述光的与所述信息相关联的光束被引导到用户的眼睛14R、L的瞳孔190上。被配置成定位在用户10的鼻子16的上部部分的侧处并且与鼻件(未示出)耦合的可倾斜的鼻子定位式反射器448在眼睛水平下朝向部分透射部分反射光学部件412(例如，半透明椭圆形眼镜)引导所投影的图像，所述部分透射部分反射光学部件继而被配置成围绕与用户观察遥远的对象492(“风景”)的视线(LOS)494同轴对准的坐标***488的Z方向将光束的至少部分(所述图像)反射回到用户的眼睛。
可变反射器折叠角度机构460被配置并进行操作以将可倾斜的鼻子定位式反射器448的倾斜角改变角度α，因此将朝向部分透射部分反射光学部件412导引光束所采用的角度改变角度2α，并且因此改变朝向用户的眼睛14(R,L)反射回光束所采用的角度。此改变导致光投影单元406(类似于光投影单元106)的投影光学器件的退出瞳孔的位置的改变以及用户看到的视场的改变。处理器462被配置成机电地控制可变反射器折叠角度机构460以便在高移动和/或旋转速度(例如，与图像产生器430的帧速率同步的帧速率)下进行操作。在图像产生器430产生视频图像的情况下，对于每个(图像)帧470，处理器462产生三个图像层470A、470B和470C，所述图像层中的每一者与关于视场内的特定区的信息相关联。处理器462被配置成连续地并且同时地将所产生的图像层470A、470B和470C传递到图像产生器430以引导可变反射器折叠角度机构460将可倾斜的鼻子定位式反射器448倾斜至对应的倾斜角αa、αb和αc，因此将所投影的图像的投影角度改变2αa、2αb和2αc，使得用户的眼睛14(R,L)以正确的角度看到图像层470A、470B和470C中的每一者中的每一者。可以了解，可以在高帧速率下操作所公开的技术，使得所感知的视场从侧到侧在水平上广达180度，并且自上而下在垂直方向上广达120度(例如，从而覆盖广范围FOR)。
所公开的技术通过测量用户相对于用户周围的风景的位置和定向而提供在视觉上、口头上、触觉上等与多媒体信息进行实时交互的能力。通过设计，所公开的技术避免引入对用户FOR的任何阻碍。所公开的技术还适用于娱乐领域，包括(但不限于)360°视频(即，其中用户可以朝四周看并且自然地看到在任何方向捕获的所投影的视频(经由光电单元))、三维(3-D)视频、虚拟现实游戏(例如，其中在隔离的风景环境中玩游戏)、增强现实游戏(例如，其中游戏实体在视觉上置于和位于用户的周围风景内)。所公开的技术可以进一步适用于设计应用(例如，建筑、汽车、科技、工程设计和工业目的)(例如，通过提供用于从任何角度观看实际上置于周围风景内的3-D模型的手段)、学***下时与多媒体信息交互。存储器116(图1B)被配置成存储与多媒体相关的数据，或用于将编码有信息的光投影到部分透射部分反射光学部件上的任何其他数据。
所公开的技术包括至少一种操作模式，通常有若干种操作模式。根据所公开的技术的一种操作模式，可以向用户呈现实况视频，其中使用户与在他周围的风景在视觉上隔离(例如，虚拟现实模式)。通信模块120(图1B)被配置并进行操作以接收外部数据(例如，实况视频、辅助数据、互联网检索的数据等)并且将所述外部数据中继到处理器114以进行处理。处理器114被配置成将从通信模块120接收的数据的至少部分传送到光电单元104，所述光电单元继而被配置并进行操作以产生并投影编码有那个信息的至少派生物的光以供用户观看。类似地，根据所公开的技术的另一操作模式，可以向用户呈现编码有信息(例如，图像和实况视频)的光，其中视频内容在视觉上重叠或叠加在用户向外观看的风景上(例如，增强现实模式)。根据所公开的技术的另一操作模式，向用户提供组合式虚拟和增强现实模式，使得用户的眼睛保持聚焦于风景并且不分心。可以了解，所公开的技术可以用于和适用于以下领域：游戏(例如，过关、战斗、寻宝等)；3-D设计(建筑、工业、汽车)；娱乐(3-D电影、实况演出等)，其中用户可以体验自然地叠加在用户感知的附近周围环境上的实况增强现实，而不需要针对用户的观测场定位阻碍(例如，显示器、棱镜、镜子)。举例来说，在娱乐和游戏领域中，可以了解，一个目标是向用户提供对用户来说显得尽可能现实的虚拟多媒体信息(例如，视觉和声音)。
为了增强提供给用户的现实质量，所公开的技术要考虑若干事情。第一件事情涉及向用户显示的视场的大小。通常，中心凝视场在水平方向上是约20度至30度。近***视觉被视为处于在水平方向上在50度至60度之间的范围内，超过所述范围则被视为***视觉。可以了解，在包围用户感知的***视觉的广视场(例如，80度)下观看视频会比通过具有相对窄的视场的显示器来观看相同视频(其中用户不能够在他或她的***视觉中感知视频)的情况下现实得多。
另一件事情涉及可穿戴光学显示***在佩戴时的舒适性。尤其在相对长的持续时间(例如，多于半小时)内佩戴光学显示***时，可以了解，需要头部佩戴装置尽可能轻，而不具有向头部引入局部压力的任何“热点”，并且需要重心与头部的质量中心尽可能近，从而有助于使由于***的负载和重量而引起的颈部肌肉应变最小化。
另一件事情涉及聚焦。焦距对于意图由用户在10米和更少的距离处感知的信息来说尤其重要。可以了解，紧密接近的对象是依据它们通过人类立体视觉的三维位置并且依据用户的眼睛的焦点调适而被感知，这意味着人脑认为定位在特定距离处的对象预期具有匹配的焦点，而在失配的情况下，人脑可能会忽视(例如，过滤)此类非聚焦的对象。
光学显示***100、102、200、300和400为朝向用户的眼睛投影的图像提供足够的图像亮度，以便相对于通过部分透射部分反射光学部件观察的外部风景的照明强度产生足够的图像对比度。可以了解，所投影的影像相对于外部风景的图像对比度至少是由以下各者确定：显示器的强度、投影光学器件的光学效率、部分透射部分反射涂层(镜)的反射率以及构造部分透射部分反射光学部件所用的材料的吸收率。另外，可以了解，仅接通图像内的所需的像素的OLED技术的使用使得能够消除利用基于背光的液晶显示器(LCD)相关技术的各种现有技术透视显示***中通常展现出的背景朦胧效果。
用户附接区段通常收容至少一个电力供应器(例如，可再充电电池)以向光学显示***供电。用户附接区段可以包括太阳穴部分(或者柄)，其被配置成与用户的头可拆卸地耦合和接合(例如，在太阳穴区域、耳朵等处)。所述柄可以并入有用户接口，所述用户接口可以体现为人机接口(HMI)装置，其使得用户能够使用手指、语音等来控制和操纵***功能。举例来说，HMI装置可以呈按钮、光学鼠标、触摸垫等形式。光学显示***可以还包括与处理器耦合的位置和定向(P&O)测量子***(未示出)，并且所述位置和定向测量子***被配置并进行操作以连续地测量可穿戴光学显示***(即，和佩戴它的用户)的位置以及用户的视线的定向(例如，用户的头的定向、凝视方向等)。此类P&O子***可以基于使用MEMS(微机电***)技术构造的具有各种类型的传感器的微型惯性测量单元(IMU)。举例来说，IMU被配置成测量三种不同物理性质的9个自由度(DOF)(例如，磁场感测中的3个DOF(经由三轴磁场传感器)、加速度感测中的3个DOF(经由三轴加速度计)、角速度感测的3个DOF(经由三轴陀螺仪))，以测量用户的头的定向以及用于位置测量的光学显示***的全球位置(例如，经由全球导航卫星***，例如全球定位***(GPS))。光学显示***还可以包括相机(未示出，并且被赋能以便与处理器通信地耦合)，可以在室内操作期间使用所述相机以用于位置和定向测量。处理器被配置并进行操作以从相机接收图像；采用至少一种处理方法，例如基于重复图像相关性的处理方法；并且相对于被室内周围风景包围的用户的直接环境中观测到的近场对象来跟踪相机的连续映射和定位。处理方法包括(例如)SLAM(同时学习和映射)，还被称为PTAM(并行跟踪和映射)。可以了解，光学显示***通过测量来确定定向，可以在高速率(例如，100Hz、200Hz)下与具有高帧速率功能的图像产生器(例如，120Hz刷新帧速率)组合地执行所述测量，以便实现低等待时间。所公开的技术采用低等待时间技术(经由其硬件(例如，图像产生器、处理器)和在需要时的软件(例如，经由处理器)，以便最少化晕动病影响、头晕等。本领域技术人员可以了解，所公开的技术的光学显示***实现从头移动时到显示器反应并修改图像时的低于17毫秒的所感知等待时间，以便使在外部风景上呈现(投影)的信息(例如，图像信息)稳定。
根据所公开的技术，近眼式显示***的结构实现眼镜结构的紧凑和保形的设计。另外，机械设计不会向用户的观测场引入阻碍。根据所公开的技术的一个方面，光投影单元包括两个光学退出瞳孔(即，左边退出瞳孔和右边退出瞳孔)，所述两个光学退出瞳孔将单独的影像投影到用户的每只眼睛(分别投影到左眼和右眼)。根据此方面，退出镜在眼睛水平下定位在鼻子的上部部分的两侧上。通过左退出瞳孔和右退出瞳孔中的每一者，将在水平方向上的60度和35度垂直方向的视场分别地且单独地投影到用户的每只左眼和右眼，其中所述两个视场彼此部分重叠。所公开的技术的光学显示***获得以中心观测场为中心的大约30度视场的水平重叠区。左边光学退出瞳孔和右边光学退出瞳孔中的每一者的视场是以从中心观测场水平向外约10度为中心，并且因此左边视场和右边视场的组合产生30度的中心区，其中在所述两个视场之间完全重叠。为每只眼睛提供额外的20度的视场，因此由光学显示***递送的总的感知的视场在水平方向上变为70度并且在垂直方向上是大约30度。根据所公开的技术的光学显示***的另一实现方式，30度可以是以从中心观测场向下垂直的方向上的5度为中心，从而产生从中心观测场上移的10度和下移的20度。
根据所公开的技术的另一方面，部分透射部分反射光学部件包括电子快门(未示出)，所述电子快门能够使透明度在“打开模式”(即，透明)与“关闭模式”(即，不透明)之间快速切换。处理器(例如，处理器114)被配置成运行应用(例如，游戏应用)，所述处理器命令电子快门(例如，开关机构)相对于外部队列(例如，从用户接口接收的用户输入)或内部队列(例如，在运行的应用内)以同步的方式操作。举例来说，处理器根据用户的定向或观看方向来控制所述电子快门关闭和打开。所述电子快门使得可穿戴光学显示***能够在打开模式(即，增强现实)与关闭模式(即，虚拟现实)之间切换。可以对打开模式和关闭模式进行组合以向用户提供混合的虚拟现实情形和增强现实情形的组合。举例来说，可穿戴光学显示***的室内使用可以涉及每当用户的头在向下方向上定向时在叠加到外部周围风景上的用户观测场周围呈现增强现实对象，同时使电子快门维持在打开模式，并且每当用户的头相对于地平线以特定角度以上向上定向时切换到关闭模式(且反之亦然)。

Claims (50)

1.一种可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***包括：
用户附接区段，所述用户附接区段用于将所述可穿戴光学显示***可拆卸地安装到用户的头的至少部分；
部分透射部分反射光学部件，所述部分透射部分反射光学部件与所述用户附接区段至少部分耦合，并且被配置成面向所述用户的至少一只眼睛；以及
光电单元，所述光电单元的至少部分与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射光学部件中的至少一者耦合，所述光电单元包括：
多个透镜；
多个反射器，所述多个反射器具有定位在所述用户的鼻子的一侧处的至少一个鼻子定位式反射器，以便允许对于所述至少一只眼睛无阻碍的观测场(FOR)；以及
光投影单元，所述光投影单元用于经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述至少一个鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使所述至少一只眼睛观看所述光束的投影的至少部分。
2.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述至少一个鼻子定位式反射器被配置在眼睛水平位置处。
3.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括鼻件，所述鼻件被配置成支撑所述至少一个鼻子定位式反射器，所述鼻件进一步被配置成与所述用户附接区段和所述部分透射部分反射光学部件中的至少一者耦合。
4.如权利要求3所述的可穿戴光学显示***，其中所述鼻件被配置成促进所述可穿戴光学显示***相对于所述用户的鼻子的精确定位。
5.如权利要求4所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括鼻件适配器，所述鼻件适配器被配置成与所述鼻件耦合，所述鼻件适配器被配置成与所述用户的所述鼻子接合，并且用于促进所述可穿戴光学显示***相对于所述至少一只眼睛的稳定的侧向定位。
6.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***被表征为水平方向上的离轴光学***和垂直方向上的轴上光学***。
7.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述部分透射部分反射光学部件是椭圆形的。
8.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述光学投影单元被构造和配置成配合在所述用户的鼻子上方的空间内以及所述鼻子的两个上侧上，包括所述用户的眉间区。
9.如权利要求2所述的可穿戴光学显示***，其中所述至少一个鼻子定位式反射器不阻碍所述用户的所述至少一只眼睛的所述FOR。
10.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述部分透射部分反射光学部件包括被配置成面向所述用户的面向用户的表面，和被配置成面向相对于所述用户面向外的环境的面向外的表面，所述部分透射部分反射光学部件实现撞击在所述面向用户的表面上的所述光束的至少部分反射，并且进一步且同时允许从所述面向外的环境传入的光穿过其的至少部分透射。
11.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述光投影单元被配置成接收数据并且根据所述数据的至少部分而将所述光束至少部分编码为光编码的信息。
12.如权利要求11所述的可穿戴光学显示***，其中所述所接收的数据至少来自外部源、所存储的数据和所产生的数据中的一者。
13.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括被配置成与所述光投影单元传送数据的处理器。
14.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括被配置成与所述处理器和所述光投影单元中的至少一者传送数据的存储器装置。
15.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括用户接口，所述用户接口被配置成与所述处理器传送数据，并且进一步执行以下操作中的至少一者：
从所述用户接收输入；
向所述用户传输输出；
向所述用户呈现信息；
使得能够与所述用户交互；以及
与所述用户通信。
16.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括通信模块，所述通信模块被配置成与所述处理器传送数据，并且进一步执行以下操作中的至少一者：
从外部装置传输外部数据和从外部装置接收外部数据中的至少一者；以及
从辅助装置传输辅助数据和从辅助装置接收辅助数据中的至少一者。
17.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括相机，所述相机被配置成获取至少一个图像并且与所述处理器传送与所述至少一个图像相关的图像数据。
18.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述至少一个鼻子定位式反射器选自由以下各者组成的列表：
平坦的前表面镜；
平坦的背表面镜；
弯曲的前表面镜；
弯曲的背表面镜；
棱镜；
微镜阵列；
楔形镜；
偏振楔形镜；
其特征在于球形组件；
其特征在于椭圆形组件；
其特征在于轴组件；
其特征在于偏振；以及
其特征在于光致变色属性。
19.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，其中所述处理器被配置成校正由所述光束形成的图像中的像差。
20.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括用于将所述透镜和反射器支撑在彼此相对的位置和定向上的框架。
21.如权利要求7所述的可穿戴光学显示***，其中所述部分透射部分反射光学部件具有至少两个焦点，所述至少两个焦点中的至少一个焦点被配置成与所述至少一只眼睛的位置重合。
22.如权利要求10所述的可穿戴光学显示***，其中所述部分透射部分反射光学部件的所述面向用户的表面和所述面向外的表面中的至少一者被构造成单个连续表面。
23.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述部分透射部分反射光学部件被构造成展现至少一种光学性质，所述至少一种光学性质选自由以下各者组成的列表：
光致变色性质；
防反射性质；
防磨性质；
防雾性质；
疏油性质；
光偏振性质；
光学功率性质；
特定瞳孔间距离；
多色性质；以及
对光波长的至少一个范围内的光透明；
对光波长的至少一个范围内的光不透明；
完全透明；
完全不透明；以及
对其部分部分透明，而对所述部分的互补部分不透明。
24.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述至少一个鼻子定位式反射器包括多个鼻子定位式反射器，所述多个鼻子定位式反射器被配置成进行以下操作中的至少一者：反射所述光束；以及对所述光束施加旋转。
25.如权利要求24所述的可穿戴光学显示***，其中所述鼻子定位式反射器被配置成采取至少一种布置，所述至少一种布置选自由以下各者组成的列表：
彼此机械地耦合；
至少两个所述鼻子定位式反射器彼此邻接；
所有所述鼻子定位式反射器彼此邻接；
至少两个所述鼻子定位式反射器彼此分开定位；
所有所述鼻子定位式反射器彼此分开；
沿着所述鼻子的所述侧而定位在各种垂直位置和水平位置处；以及
至少两个所述鼻子定位式反射器相对于彼此以某一角度定向。
26.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述光电单元还包括图像产生器，所述图像产生器被配置成产生并放射所述光束，其中所述透镜包括：
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；以及
第五透镜；
其中所述反射器还包括：
第二反射器；
其中所述图像产生器、所述鼻子定位式反射器、所述第二反射器、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜相对于彼此处于固定的位置，以便允许所述光束沿着光学路径行进穿过所述第五透镜、所述第四透镜、所述第三透镜、所述第二透镜，随后从所述第二反射器反射，随后穿过所述第一透镜，随后从所述鼻子定位式反射器反射，并且随后从所述部分透射部分反射光学部件朝向所述用户的所述至少一只眼睛反射。
27.如权利要求26所述的可穿戴光学显示***，其中所述透镜还包括第六透镜，所述第六透镜被布置成在所述光学路径中介于所述图像产生器与所述第五透镜之间。
28.如权利要求26所述的可穿戴光学显示***，其中沿着所述光学路径在所述鼻子定位式反射器之前和之后形成中间图像。
29.如权利要求26所述的可穿戴光学显示***，其中所述图像产生器是选自由以下各者组成的列表的类型：
有机发光二极管(OLED)；
液晶显示器；
电致发光显示器；
硅基光晶体(LCos/LCOS)显示器；
有源矩阵液晶显示器(AMLCD)；以及
量子点显示器(QLED)。
30.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中相对于地平线在向上垂直方向上提供给所述用户的所述FOR大致在50°与55°之间。
31.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中相对于地平线在向下垂直方向上提供给所述用户的所述FOR大致在70°与80°之间。
32.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中提供给所述用户的所述FOR位于以下各者中的至少一者中：
所述用户的所述右眼相对于所述用户的右眼中心视线(LOS)轴在向左方向上是至少大约62°，并且相对于所述LOS轴在向右方向上是至少大约94°；以及
所述用户的所述左眼相对于所述用户的左眼中心LOS轴在向右方向上是至少大约94°，并且相对于所述LOS轴在向左方向上是至少大约62°。
33.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述光投影单元被配置成将至少一个图像投影到所述部分透射部分反射光学部件上，使得所述至少一个图像与所述用户的视线(LOS)和向外观看的对象同轴对准。
34.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述可穿戴光学显示***被配置在双眼光学配置中，其中所述透镜和所述反射器界定与一只所述至少一只眼睛相关联的第一光学通道，所述双眼光学配置还包括界定与所述用户的所述至少一只眼睛中的所述第二只眼睛相关联的第二光学通道的第二组所述透镜和第二组所述反射器，其中所述光投影单元是所述第一光学通道和所述第二光学通道共用的。
35.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述可穿戴光学显示***被配置在双眼光学配置中，其中所述透镜和所述反射器界定与一只所述至少一只眼睛相关联的第一光学通道，所述双眼光学配置还包括界定与所述用户的所述至少一只眼睛中的所述第二只眼睛相关联的第二光学通道的所述第二光投影单元、第二组所述透镜和第二组所述反射器。
36.如权利要求34所述的可穿戴光学显示***，其中所述第二组反射器中的第二鼻子定位式反射器定位成与所述用户的所述鼻子的所述侧相对。
37.如权利要求35所述的可穿戴光学显示***，其中所述光投影单元和所述第二光投影单元被配置成在由所述至少一只眼睛中的两者覆盖的视场中的相互重叠区中投影三维(3-D)图像。
38.如权利要求35所述的可穿戴光学显示***，其中根据选自由以下各者组成的列表的以下双眼模式中的至少一者，所述光投影单元被配置成投影第一图像序列，并且所述第二光投影单元被配置成投影第二图像序列：
所述第一图像序列和所述第二图像序列是相同的；
所述第一图像序列和所述第二图像序列是不同的；
交替地投影所述第一图像序列和所述第二图像序列；
以不同的帧速率投影所述第一图像序列和所述第二图像序列；
所述第一图像序列和所述第二图像序列被投影成具有相同的光学特性；以及
所述第一图像序列和所述第二图像序列被投影成具有不同的光学特性。
39.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述双眼光学配置向所述用户提供大致在120°至135°之间的所述总垂直FOR，并且提供给所述用户的所述每只眼睛的总水平FOR是大约156°。
40.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括聚焦机构，所述聚焦机构被配置成与所述处理器耦合，所述聚焦机构被配置成改变所述所投影的光束的焦距，使得它们聚焦在匹配外部风景的距离处。
41.如权利要求40所述的可穿戴光学显示***，其中所述处理器进一步被配置成：分析由所述光电单元投影的图像；确定待投影的所述图像内的每个实体的投影焦距；根据每个所述实体的所述投影焦距而将待投影的所述图像拆分为多个层；以及引导所述聚焦机构在分别与每个所述实体的所述投影焦距中的每一者相对应的所述多个聚焦位置之间聚焦。
42.如权利要求41所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括距离确定***，所述距离确定***使得能够确定遥远的向外观看的对象相对于所述用户的距离。
43.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括可变折叠角度机构，所述可变折叠角度机构被配置成改变所述至少一个鼻子定位式反射器的折叠角度。
44.如权利要求43所述的可穿戴光学显示***，其中所述可变折叠角度机构被配置成以较高的移动速度操作，并且进一步与所述处理器通信地耦合，所述处理器进一步被配置成控制所述折叠角度，以便使得所述可变折叠角度机构能够扩大提供给所述用户的所述FOR。
45.如权利要求13所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括位置和定向(P&O)确定子***，所述P&O子***被配置成与所述处理器耦合，所述P&O子***使得能够确定所述可穿戴光学显示***相对于坐标***的位置和定向中的至少一者。
46.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述可穿戴光学显示***还包括快门机构，所述快门机构实现其中所述部分透射部分反射光学部件对所述用户是透明的透明模式，和其中所述部分透射部分反射光学部件对所述用户是不透明的不透明模式。
47.如权利要求1所述的可穿戴光学显示***，其中所述用户附接区段选自由以下各者组成的列表：
眼镜框架；
太阳镜框架；
带；
柔性带；
柔性可调整带；
头带；
并入有越过顶点的带的头带；
双带；
并入有下颏带的带；
具有线框头盔配置的头带；
头盔；
帽子；
夹鼻眼镜；
耳挂型眼镜；
耳挂型附件；
护目镜；
运动相关眼镜；
一般的眼镜；以及
一般的头罩。
48.一种可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***包括：
部分透射部分反射光学部件，所述部分透射部分反射光学部件被配置成面向用户的至少一只眼睛；以及
光电子***，所述光电子***被配置成相对于所述部分透射部分反射光学部件具有固定的位置，所述光电子***包括：
图像产生器，所述图像产生器被配置成产生并放射光束；
第一反射器；
第二反射器；
第一透镜；
第二透镜；
第三透镜；
第四透镜；以及
第五透镜；
其中所述图像产生器、所述第一反射器、所述第二反射器、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜相对于彼此处于固定的位置，以便允许所述光束沿着光学路径行进穿过所述第五透镜、所述第四透镜、所述第三透镜、所述第二透镜，随后从所述第二反射器反射，随后穿过所述第一透镜，随后从所述第一反射器反射，并且随后从所述部分透射部分反射光学部件朝向所述用户的所述至少一只眼睛反射。
49.如权利要求48所述的可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***还包括第六透镜，所述第六透镜被布置成在所述光学路径中介于所述图像产生器与所述第五透镜之间。
50.一种可穿戴光学显示***，所述可穿戴光学显示***包括：
部分透射部分反射光学部件，所述部分透射部分反射光学部件被配置成面向用户的至少一只眼睛，所述部分透射部分反射光学部件是呈具有两个焦点的椭圆体的部分的形式，使得至少一个焦点被配置成与所述用户的所述至少一只眼睛的位置重合；以及
光电单元，所述光电单元包括：
多个透镜；
多个反射器，所述多个反射器具有定位在所述用户的鼻子的一侧处的至少一个鼻子定位式反射器，以便允许对于所述至少一只眼睛无阻碍的观测场(FOR)；以及
光投影单元，所述光投影单元用于经由沿着光学路径介于所述光投影单元与所述部分透射部分反射光学部件之间的所述至少一个鼻子定位式反射器将光束投影到所述部分透射部分反射光学部件上，以便使所述至少一只眼睛观看所述光束的投影的至少部分。
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