反射式中空单折光学透镜结构的制作方法

本专利申请总体上涉及紧凑且低轮廓的显示系统，更具体地，涉及使用被称为中空单(singlet)光学透镜结构的光学透镜构造的头戴式显示器(head-mount display，hmd)设备。

背景技术：

1、头戴式显示器(hmd)可以是用于视频播放、玩游戏或运动并且在许多环境和应用(例如，虚拟现实(virtual reality，vr)、增强现实(augmented reality，ar)和/或混合现实(mixed reality，mr))中使用的头戴式设备(headset)或眼部穿戴设备(eyewear)。头戴式显示器(hmd)设备可以向穿戴着该头戴式设备的用户传送信息或者从该用户接收信息。例如，虚拟现实(vr)头戴式设备在由用户穿戴时可以用于呈现视觉信息，以模拟任何数量的虚拟环境。该相同的虚拟现实(vr)头戴式设备还可以接收根据用户眼睛的移动、头部/身体移位、语音或其他的由用户提供的信号的信息。

2、然而，传统的头戴式显示器(hmd)设备依赖于通常大且笨重的光学构造。由于头戴式显示器(hmd)通常长时间穿戴在用户的头部上，因此着重并改善头戴式显示器(hmd)设备的特性(诸如紧凑性、重量和光学性能)变得更加重要，尤其是在设计和实施中是如此的。然而，改善光学性能通常可能会涉及增加光学部件的数量或尺寸，这进而可能会产生或增加更多的体积和重量。其他头戴式显示器(hmd)可能具有提高紧凑性并减小尺寸和重量的光学构造，但是这些具有较少光学部件的传统的显示设备可能经常具有降低的光学分辨率或视觉敏锐度，诸如对用户的中心视场(field of view，fov)和/或外围视场的限制。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种光学透镜组件，该光学透镜组件包括：光学透镜构造，该光学透镜构造包括第一光学元件和第二光学元件，其中：该第一光学元件和该第二光学元件沿着外围边缘固定在一起，以在该第一光学元件与该第二光学元件之间形成间隙；该第一光学元件包括第一光学透镜类型的第一表面和该第一光学透镜类型的第二表面；该第二光学元件包括第二光学透镜类型的第一表面和该第二光学元件类型的第二表面；并且该第一光学元件、该第二光学元件被构造为补偿色散特性。

2、在一些实施例中，该光学透镜组件还包括：反射式偏振器层，该反射式偏振器层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面或该第二光学透镜类型的该第二表面中的一者上；四分之一波长层(quarter wave layer)，该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面、该第二光学透镜类型的该第二表面或该反射式偏振器层中的一者上；以及半透明反射镜(mirror)，该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面或该第一光学透镜类型的该第二表面中的一者上。

3、在一些实施例中，该反射式偏振器层包括方解石或线性聚合物膜；并且该四分之一波长层包括石英(晶体sio2)、云母或改性聚碳酸酯中的一者或多者。

4、在一些实施例中，该反射式偏振器层设置在该第二光学透镜类型的该第一表面上，该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上；该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上，该反射式偏振器层设置在该四分之一波长层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上；该四分之一波长层设置在该第二光学透镜类型的该第二表面上，该反射式偏振器层设置在该四分之一波长层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上；或者该反射式偏振器层设置在该第二光学透镜类型的该第一表面上，该四分之一波长层设置在该反射式偏振器层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上。

5、在一些实施例中，该第一光学元件和该第二光学元件使用玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(poly-methyl-methacrylate，pmma)、环烯烃共聚物(cyclic-olefin-copolymer，coc)、环烯烃聚合物(cyclo-olefin-polymer，cop)、单体塑料、聚合物塑料、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)、环氧树脂、聚酯或光学尼龙中的至少一者通过铸造、注射成型、模压成型、机械加工或抛光来提供。

6、在一些实施例中，该间隙填充有空气或惰性气体。

7、在一些实施例中，该第一光学透镜类型和该第二光学透镜类型各自包括凸形、凹形、平凸形、平凹形、正弯月形或负弯月形中的一者。

8、根据本公开的第二方面，提供了一种头戴式显示器设备，该头戴式显示器设备包括：本体，该本体包括透明或半透明的前侧；显示器，该显示器用于呈现增强现实或混合现实内容；以及光学透镜组件，该光学透镜组件用于将从环境入射到该前侧的光和来自该显示器的光聚焦到适眼区(eyebox)，该光学透镜组件包括：第一光学元件，该第一光学元件包括第一光学透镜类型的第一表面和该第一光学透镜类型的第二表面；以及第二光学元件，该第二光学元件包括第二光学透镜类型的第一表面和该第二光学元件类型的第二表面，其中该第一光学透镜类型和该第二光学透镜类型被至少部分地选择为补偿该第一光学元件和该第二光学元件的色散特性，并且该第一光学元件和该第二光学元件沿着外围边缘固定在一起，以在该第一光学元件与该第二光学元件之间形成间隙。

9、在一些实施例中，该头戴式显示器设备还包括：反射式偏振器层，该反射式偏振器层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面或该第二光学透镜类型的该第二表面中的一者上；四分之一波长层，该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面、该第二光学透镜类型的该第二表面或该反射式偏振器层中的一者上；以及半透明反射镜，该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面或该第一光学透镜类型的该第二表面中的一者上。

10、在一些实施例中，该反射式偏振器层包括方解石或线性聚合物膜；并且该四分之一波长层包括石英(晶体sio2)、云母或改性聚碳酸酯中的一者或多者。

11、在一些实施例中，该反射式偏振器层设置在该第二光学透镜类型的该第一表面上，该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上；该四分之一波长层设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上，该反射式偏振器层设置在该四分之一波长层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上；该四分之一波长层设置在该第二光学透镜类型的该第二表面上，该反射式偏振器层设置在该四分之一波长层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第二表面上；或者该反射式偏振器层设置在该第二光学透镜类型的该第一表面上，该四分之一波长层设置在该反射式偏振器层上，并且该半透明反射镜设置在该第一光学透镜类型的该第一表面上。

12、在一些实施例中，该第一光学元件和该第二光学元件使用玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、环烯烃共聚物(coc)、环烯烃聚合物(cop)、单体塑料、聚合物塑料、聚碳酸酯(pc)、环氧树脂、聚酯或光学尼龙中的至少一者通过铸造、注射成型、模压成型、机械加工或抛光来提供。

13、在一些实施例中，该间隙填充有空气或惰性气体。

14、在一些实施例中，该第一光学透镜类型和该第二光学透镜类型各自包括凸形、凹形、平凸形、平凹形、正弯月形或负弯月形中的一者。

15、根据本公开的第三方面，提供了一种提供光学透镜组件的方法，该方法包括：提供第一光学元件，该第一光学元件包括第一光学透镜类型的第一表面和该第一光学透镜类型的第二表面；提供第二光学元件，该第二光学元件包括第二光学透镜类型的第一表面和该第二光学元件类型的第二表面，其中，该第一光学元件、该第二光学元件被构造为补偿色散特性；以及将该第一光学元件和该第二光学元件沿着外围边缘固定在一起，以在该第一光学元件与该第二光学元件之间形成间隙。

16、在一些实施例中，该方法还包括：在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面或该第二光学透镜类型的该第二表面中的一者上提供反射式偏振器层；在该第一光学透镜类型的该第二表面、该第二光学透镜类型的该第一表面、该第二光学透镜类型的该第二表面或该反射式偏振器层中的一者上提供四分之一波长层；以及在该第一光学透镜类型的该第一表面或该第一光学透镜类型的该第二表面中的一者上提供半透明反射镜。

17、在一些实施例中，该方法还包括：使用方解石或线性聚合物膜来提供该反射式偏振器层；以及使用石英(晶体sio2)、云母或改性聚碳酸酯中的一者或多者来提供该四分之一波长层。

18、在一些实施例中，该方法还包括：在该第二光学透镜类型的该第一表面上提供该反射式偏振器层，在该第一光学透镜类型的该第二表面上提供该四分之一波长层，并且在该第一光学透镜类型的该第一表面上提供该半透明反射镜；在该第一光学透镜类型的该第二表面上提供该四分之一波长层，在该四分之一波长层上提供该反射式偏振器层，并且在该第一光学透镜类型的该第一表面上提供该半透明反射镜；在该第二光学透镜类型的该第二表面上提供该四分之一波长层，在该四分之一波长层上提供该反射式偏振器层，并且在该第一光学透镜类型的该第二表面上提供该半透明反射镜；或者在该第二光学透镜类型的该第一表面上提供该反射式偏振器层，在该反射式偏振器层上提供该四分之一波长层，并且在该第一光学透镜类型的该第一表面上提供该半透明反射镜。

19、在一些实施例中，该方法还包括：用空气或惰性气体填充该间隙。

20、在一些实施例中，提供该第一光学元件和该第二光学元件包括分别从凸形、凹形、平凸形、平凹形、正弯月形或负弯月形中的一者选择该第一光学透镜类型和该第二光学透镜类型。