具有用于减少光学伪影的动态拔模的菲涅耳透镜的制作方法

具有用于减少光学伪影的动态拔模的菲涅耳透镜
1.本技术是申请日为2017年5月15日，申请号为201780069754.4，发明名称为“具有用于减少光学伪影的动态拔模的菲涅耳透镜”的申请的分案申请。
技术领域
2.本发明总体上涉及光学透镜，更具体地，涉及用于头戴式显示装置中的光学透镜。


背景技术：

3.头戴式显示装置(本文也称为头戴式显示器)作为向用户提供视觉信息的手段越来越受欢迎。然而，传统头戴式显示器的尺寸和重量制约了头戴式显示器的应用。


技术实现要素：

4.因此，需要小巧轻便的头戴式显示器，从而增强用户的虚拟现实和/或增强现实体验。
5.菲涅耳透镜提供的光圈和焦距与传统透镜相当。因为菲涅耳透镜通常比具有类似性能特征(例如，光圈和/或焦距)的传统透镜更薄和更轻，所以用菲涅耳透镜代替头戴式显示器中的传统透镜，可以减小头戴式显示器的尺寸和重量。然而，菲涅耳透镜遭受衍射以及与菲涅耳结构体相关的其他光学伪影，因此，其在成像应用中的使用受到限制。
6.因此，需要小巧轻便并且同时减少与这种透镜相关的光学伪影的透镜。
7.所公开的透镜减少或消除了与传统透镜相关的上述缺陷和其他问题。在一些实施例中，透镜包括在显示装置中。在一些实施例中，该装置是头戴式显示装置。在一些实施例中，该装置是便携式的。
8.根据一些实施例，一种透镜包括：光学透明基板，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。所述拔模面以拔模角表征。所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的中心的距离。
9.根据一些实施例，一种显示装置包括：本文描述的透镜；以及与透镜耦合的发光装置阵列，用于通过透镜输出光。
10.根据一些实施例，一种被配置为在第一介质中透射光的透镜包括：光学透明基板，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，并且所述拔模面以拔模角表征。所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。所述透镜与相应的光轴相关联。所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向。所述参考离轴位置远离透镜的相应光轴。
11.根据一些实施例，一种显示装置包括：本文描述的透镜；以及与透镜耦合的电子显示器，用于输出通过透镜的光。
12.根据一些实施例，一种用于减少光学伪影的方法包括:通过第一介质从显示装置向透镜透射光，所述透镜包括具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面的光学透明基板。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，其中，所述拔模面以拔模角表征。所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。所述透镜与相应的光轴相关联。所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向。所述参考离轴位置远离透镜的相应光轴。该方法还包括通过透镜向参考瞳孔透射光。
13.根据一些实施例，一种透镜被配置为将第一介质中的光透射到第一参考瞳孔。所述透镜包括光学透明基板，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，所述拔模面以拔模角表征。所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。所述透镜与相应的光轴相关联。所述参考离轴位置远离透镜的相应光轴。所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向。所述第一参考瞳孔位于距光学透明基板的第一距离处。所述第二参考瞳孔位于距光学透明基板的第二距离处。所述第二距离大于所述第一距离。
14.根据一些实施例，一种制造用于引导光通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔的透镜的方法包括：构造包括光学透明基板的透镜，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。所述拔模面以拔模角表征。所述透镜与相应的光轴相关联。所述参考离轴位置远离透镜的相应光轴。构造透镜，包括：基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离，确定相应菲涅耳结构体的拔模角，使得相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向。所述第一参考瞳孔位于距光学透明基板的第一距离处。所述第二参考瞳孔位于距光学透明基板的第二距离处。所述第二距离大于所述第一距离。
15.根据一些实施例，一种透镜包括光学透明基板，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体以代表性节距表征。所述相应菲涅耳结构体的代表性节距基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。
16.根据一些实施例，一种用于降低菲涅耳结构体可见性的方法包括：从显示装置向
包括光学透明基板的透镜透射光，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体以代表性节距表彰。所述相应菲涅耳结构体的代表性节距基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。
17.本技术还包括以下内容：
18.1)一种透镜，包括：
19.光学透明基板，具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
20.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
21.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，其中，所述拔模面以拔模角表征；并且
22.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的中心的距离。
23.2)根据1)所述的透镜，其中：
24.所述多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体；
25.所述第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角；并且
26.所述第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于所述第一拔模角的第二拔模角。
27.3)根据1)所述的透镜，其中：
28.所述透镜被配置为聚焦撞击在所述第一透镜表面上的光。
29.4)根据1)所述的透镜，其中：
30.基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的中心的距离，选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少撞击在所述第一透镜表面上的光和所述相应菲涅耳结构体的拔模面的相互作用。
31.5)根据1)所述的透镜，包括：
32.第一部分；以及
33.第二部分，不同于所述第一部分并且位于所述第一部分周围，其中：
34.所述透镜的所述第一部分的第一透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定；
35.所述透镜的所述第一部分的第二透镜表面由光滑表面轮廓函数限定；
36.所述透镜的第二部分的第一透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定；
37.并且
38.所述透镜的第二部分的第二透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定。
39.6)根据5)所述的透镜，其中，所述透镜的第二部分的第一透镜表面从所述透镜的第一部分的第一透镜表面延伸，并且所述透镜的第二部分的第二透镜表面从所述透镜的第一部分的第二透镜表面延伸。
40.7)根据5)所述的透镜，其中：
41.所述透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分。
42.8)根据5)所述的透镜，其中：
43.所述透镜的第一部分对应于平凸透镜的一个或多个部分。
44.9)根据8)所述的透镜，其中：
45.所述透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分；并且
46.所述透镜的第二部分的凸面从所述透镜的第一部分的平面延伸。
47.10)根据8)所述的透镜，其中：
48.所述透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分；并且
49.所述透镜的第二部分的凹面从所述透镜的第一部分的平面延伸。
50.11)根据5)所述的透镜，其中：
51.所述透镜的第一部分对应于双凸透镜的一个或多个部分。
52.12)根据5)所述的透镜，其中：
53.所述第二透镜表面由多项式限定，所述多项式包括所述透镜的第一部分的凸面和所述透镜的第二部分的凹面；并且
54.所述第一透镜表面由包括所述透镜的第一部分的凸面和所述透镜的第二部分的凸面多项式限定。
55.13)根据1)所述的透镜，其中：
56.所述第一透镜表面的第一部分由光滑表面轮廓函数限定；并且
57.所述第一透镜表面的第二部分由菲涅耳表面轮廓函数限定，其中，所述第一透镜表面的第二部分围绕所述第一透镜表面的第一部分。
58.14)根据13)所述的透镜，其中：
59.所述第一透镜表面的所述第一部分和所述第二部分由两个表面轮廓函数的和限定；
60.所述两个表面轮廓函数的第一表面轮廓函数限定所述第一透镜表面的第一部分和第二部分上的平滑表面轮廓；并且
61.所述两个表面轮廓函数的第二表面轮廓函数限定：
62.所述第一透镜表面的第一部分上的平滑表面轮廓；以及
63.所述第一透镜表面的第二部分上的菲涅耳表面轮廓。
64.15)根据14)所述的透镜，其中：
65.所述第一表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的所述第一部分和所述第二部分上是连续的；并且
66.所述第二表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的所述第一部分上是连续的。
67.16)根据14)所述的透镜，其中：
68.在所述第一透镜表面的所述第一部分上的所述第二表面轮廓函数的平滑表面轮廓是平坦的。
69.17)根据13)所述的透镜，其中：
70.所述第二表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的第二部分上具有不连续性。
71.18)一种显示装置，包括：
72.根据1)所述的透镜；以及
73.与所述透镜耦合的发光装置阵列，用于输出通过所述透镜的光。
74.19)根据18)所述的显示装置，其中，所述显示装置是头戴式显示装置。
75.20)根据19)所述的显示装置，其中，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置
佩戴在用户的头部时，输出光并通过所述透镜将所述光透射到所述用户的眼睛。
76.21)一种透镜，被配置为在第一介质中透射光，包括：
77.光学透明基板，具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
78.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
79.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，其中，所述拔模面以拔模角表征；
80.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离；
81.所述透镜与相应的光轴相关联；
82.所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，所述第二角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；并且
83.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴。
84.22)根据21)所述的透镜，其中，所述第一介质是空气。
85.23)根据21)所述的透镜，其中：
86.所述第一角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述参考瞳孔的中心透射的光线在所述第一介质中的方向；并且
87.所述第二角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述参考瞳孔的中心透射的光线在所述光学透明基板中的方向。
88.24)根据21)所述的透镜，其中，所述参考离轴位置和所述参考瞳孔位于所述透镜的相对侧。
89.25)根据21)所述的透镜，其中：
90.所述相应菲涅耳结构体的拔模角是所述第一角度和所述第二角度的平均值。
91.26)根据21)所述的透镜，其中：
92.所述相应菲涅耳结构体的拔模角不同于所述第二角度。
93.27)根据21)所述的透镜，其中：
94.所述透镜被配置为聚焦撞击在所述第一透镜表面上的光。
95.28)根据21)所述的透镜，其中：
96.选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少撞击在所述第一透镜表面上并与所述相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用并通过所述参考瞳孔进入的光。
97.29)根据21)所述的透镜，其中：
98.选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少从所述相应菲涅耳结构体的拔模面反射并通过所述参考瞳孔进入的光。
99.30)根据29)所述的透镜，其中：
100.选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少通过全内反射从所述相应菲涅耳结构体的拔模面反射的光通过所述参考瞳孔进入。
101.31)根据21)所述的透镜，其中：
102.所述多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体；
103.所述第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角；并且
104.所述第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于所述第一拔模角的第二拔模角。
105.32)根据21)所述的透镜，其中：
106.所述光学透明基板包括不同于所述第一介质的第二介质。
107.33)一种显示装置，包括：
108.根据21)所述的透镜；以及
109.与所述透镜耦合的电子显示器，用于输出通过所述透镜的光。
110.34)根据33)所述的显示装置，其中，所述显示装置是头戴式显示装置。
111.35)根据33)所述的显示装置，其中，所述电子显示器包括发光装置阵列，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置佩戴在用户头部时，输出多条光线，并且通过所述透镜朝向所述用户的眼睛的参考瞳孔透射所述多条光线。
112.36)根据35)所述的显示装置，其中，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置佩戴在所述用户的头部时，从参考离轴位置向所述用户的眼睛的参考瞳孔输出至少一部分所述多条输出光线。
113.37)根据33)所述的显示装置，其中，所述发光装置阵列包括基于液晶的像素阵列。
114.38)根据33)所述的显示装置，其中，所述参考离轴位置位于所述电子显示器上。
115.39)根据38)所述的显示装置，其中，所述参考离轴位置位于所述电子显示器的外围。
116.40)一种用于减少光学伪影的方法，包括：
117.通过第一介质从显示装置向透镜透射光，所述透镜包括具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面的光学透明基板，其中：
118.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
119.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，其中，所述拔模面以拔模角表征；
120.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离；
121.所述透镜与相应的光轴相关联；
122.所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线在第一介质中的方向，第二角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；并且
123.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；并且
124.通过透镜向所述参考瞳孔透射光。
125.41)一种透镜，被配置为将光在第一介质中透射到第一参考瞳孔，包括：
126.光学透明基板，具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
127.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
128.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，所述拔模面以
拔模角表征；
129.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离；
130.所述透镜与相应的光轴相关联；
131.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；
132.所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第二角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第二参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；
133.所述第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处；
134.所述第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处；并且
135.所述第二距离大于所述第一距离。
136.42)根据41)所述的透镜，其中，所述第一介质是空气。
137.43)根据41)所述的透镜，其中：
138.所述第一参考瞳孔是能旋转的，使得当所述第一参考瞳孔处于第一旋转位置时，第一参考瞳孔限定第一参考平面，并且当所述第一参考瞳孔处于不同于所述第一旋转位置的第二旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第二参考平面；并且
139.所述第一参考平面不平行于所述第二参考平面。
140.44)根据43)所述的透镜，其中：
141.所述第一参考瞳孔能绕参考旋转中心旋转。
142.45)根据44)所述的透镜，其中：
143.所述第二参考瞳孔限定第三参考平面；并且
144.所述参考旋转中心位于所述第三参考平面上。
145.46)根据43)所述的透镜，其中：
146.所述第一参考瞳孔的旋转表征为第一表面区域；
147.所述第二参考瞳孔表征为第二表面区域；并且
148.所述第一表面区域大于所述第二表面区域。
149.47)根据43)所述的透镜，其中：
150.基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离，选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以在所述第一参考瞳孔不垂直于所述透镜的参考轴时，减少撞击在所述第一透镜表面上并与所述相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用并通过所述第一参考瞳孔进入的光。
151.48)根据41)所述的透镜，其中：
152.所述第二参考瞳孔和所述透镜位于所述第一参考瞳孔的相对侧。
153.49)根据41)所述的透镜，其中，所述第二距离比所述第一距离大10mm或更多。
154.50)根据41)所述的透镜，其中：
155.所述多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体；
156.所述第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角；并且
157.所述第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于所述第一拔模角的第二拔模角。
158.51)一种显示装置，包括：
159.根据41)所述的透镜；以及
160.与所述透镜耦合的电子显示器，用于输出通过所述透镜的光。
161.52)根据51)所述的显示装置，其中，所述显示装置是头戴式显示装置。
162.53)根据51)所述的显示装置，其中，所述电子显示器包括发光装置阵列，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置佩戴在用户的头部时，输出多条光线，并且通过所述透镜朝向所述用户的眼睛的参考瞳孔透射所述多条光线。
163.54)根据53)所述的显示装置，其中，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置佩戴在所述用户的头部时，从参考离轴位置向所述用户的眼睛的参考瞳孔输出至少一部分所述多条输出光线。
164.55)根据51)所述的显示装置，其中，所述发光装置阵列包括基于液晶的像素阵列。
165.56)根据51)所述的显示装置，其中，所述参考离轴位置位于所述电子显示器上。
166.57)根据56)所述的显示装置，其中，所述参考离轴位置位于所述电子显示器的外围。
167.58)一种制造用于通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光的透镜的方法，包括：
168.配置包括光学透明基板的透镜，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
169.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
170.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，所述拔模面以拔模角表征；
171.所述透镜与相应的光轴相关联；
172.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；
173.配置所述透镜，包括基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离，确定所述相应菲涅耳结构体的拔模角，使得所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第二角度对应于从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第二参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；
174.所述第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处；
175.所述第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处；并且
176.所述第二距离大于所述第一距离。
177.59)根据58)所述的方法，其中：
178.所述第一参考瞳孔是能旋转的，使得当所述第一参考瞳孔处于第一旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第一参考平面，并且当所述第一参考瞳孔处于不同于所述第一旋转位置的第二旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第二参考平面；并且
179.所述第一参考平面不平行于所述第二参考平面。
180.60)根据58)所述的方法，其中：
181.所述相应菲涅耳结构体的拔模角是所述第一角度和所述第二角度的平均值。
182.61)一种透镜，包括：
183.光学透明基板，具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
184.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
185.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面；
186.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距；并且
187.所述相应菲涅耳结构体的代表性节距基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离。
188.62)根据61)所述的透镜，其中：
189.所述拔模面以拔模角表征；并且
190.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离。
191.63)根据62)所述的透镜，其中：
192.所述透镜被配置为通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光；并且
193.所述拔模角在第一参考角和第二参考角之间，所述第一参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第一参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第二参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第一参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向。
194.64)根据63)所述的透镜，其中：
195.所述第一种介质是空气。
196.65)根据62)所述的透镜，其中：
197.所述透镜被配置为通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光；并且
198.所述拔模角在第三参考角和第四参考角之间，所述第三参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第四参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第二参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；
199.所述第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处；
200.所述第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处；并且
201.所述第二距离大于所述第一距离。
202.66)根据65)所述的透镜，其中：
203.所述第一参考瞳孔能绕参考旋转中心旋转；并且
204.所述第二参考瞳孔限定包括所述参考旋转中心的参考平面。
205.67)根据61)所述的透镜，其中：
206.所述多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体；
207.所述第一菲涅耳结构体表征为第一代表性节距；并且
208.所述第二菲涅耳结构体表征为于不同于所述第一代表性节距的第二代表性节距。
209.68)根据67)所述的透镜，其中：
210.所述第二菲涅耳结构体比所述第一菲涅耳结构体更远离所述透镜的参考轴；并且
211.所述第二代表性节距小于所述第一代表性节距。
212.69)根据67)所述的透镜，其中：
213.所述第一菲涅耳结构体表征为第一深度；并且
214.所述第二菲涅耳结构体表征为不同于所述第一深度的第二深度。
215.70)根据69)所述的透镜，其中：
216.所述第二菲涅耳结构体比第一菲涅耳结构体更远离所述透镜的参考轴；并且
217.所述第二深度大于所述第一深度。
218.71)根据67)所述的透镜，其中：
219.所述第一菲涅耳结构体表征为第一拔模角；并且
220.所述第二菲涅耳结构体表征为不同于所述第一拔模角的第二拔模角。
221.72)根据71)所述的透镜，其中：
222.所述第二菲涅耳结构体比所述第一菲涅耳结构体更远离所述透镜的参考轴；并且
223.所述第二拔模角大于所述第一拔模角。
224.73)根据61)所述的透镜，其中：
225.基于从所述相应菲涅耳结构体的斜面的峰到所述相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离，确定所述代表性节距。
226.74)根据61)所述的透镜，其中：
227.基于从所述相应菲涅耳结构体的拔模面的峰到所述相应菲涅耳结构体的拔模面的谷的横向距离，确定所述代表性节距。
228.75)根据61)所述的透镜，其中：
229.基于从所述相应菲涅耳结构体的拔模面的谷到所述相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离，确定所述代表性节距。
230.76)根据61)所述的透镜，其中：
231.所述透镜被配置为聚焦撞击在所述第一透镜表面上的光。
232.77)根据61)所述的透镜，其中：
233.选择所述相应菲涅耳结构体的代表性节距，以减少与所述相应菲涅耳区域的拔模面相互作用并进入所述透镜的参考瞳孔的光。
234.78)一种显示装置，包括：
235.根据61)所述的透镜；以及
236.与所述透镜耦合的电子显示器，用于输出通过所述透镜的光。
237.79)根据78)所述的显示装置，其中，所述显示装置是头戴式显示装置。
238.80)一种方法，包括：
239.从显示装置向包括光学透明基板的透镜透射光，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
240.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
241.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面；
242.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距；并且
243.所述相应菲涅耳结构体的代表性节距基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离。
244.81)一种透镜，包括：
245.光学透明基板，具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表
面，所述透镜可选地被配置为聚焦撞击在所述第一透镜表面上的光；
246.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；其中：
247.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，所述拔模面以拔模角表征，并且所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的中心或离所述透镜的参考轴的距离，
248.和/或
249.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距，并且所述相应菲涅耳结构体的代表性节距基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离。
250.82)根据81)所述的透镜，所述多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体；其中：
251.所述第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体包括所述拔模面，所述第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角，所述第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于所述第一拔模角的第二拔模角，所述第二拔模角可选地大于所述第一拔模角；
252.和/或
253.所述第一菲涅耳结构体表征为第一代表性节距，所述第二菲涅耳结构体可选的表征为不同于所述第一代表性节距的第二代表性节距，所述第二代表性节距小于所述第一代表性节距；
254.和/或
255.所述第一菲涅耳结构体表征为第一深度，所述第二菲涅耳结构体表征为不同于所述第一深度的第二深度，所述第二深度可选地大于所述第一深度；
256.和/或
257.所述第二菲涅耳结构体比所述第一菲涅耳结构体更远离所述透镜的参考轴。
258.83)根据81)或82)所述的透镜，至少一个菲涅耳结构体包括所述拔模面，其中，基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的中心的距离，选择所述相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少撞击在所述第一透镜表面上的光和所述相应菲涅耳结构体的拔模面的相互作用。
259.84)根据81)至83)中任一项所述的透镜，包括：
260.第一部分和不同于所述第一部分并位于所述第一部分周围的第二部分，其中：
261.所述透镜的第一部分的第一透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定，所述透镜的第一部分的第二透镜表面由光滑表面轮廓函数限定，所述透镜的第二部分的第一透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定，所述透镜的第二部分的第二透镜表面由菲涅耳表面轮廓限定；
262.或者
263.所述第一透镜表面的第一部分由光滑表面轮廓函数限定，所述第一透镜表面的第二部分由菲涅耳表面轮廓函数限定。
264.85)根据84)所述的透镜，还包括一个或多个以下特征：
265.所述透镜的第二部分的第一透镜表面从所述透镜的第一部分的第一透镜表面延伸；
266.所述透镜的第二部分的第二透镜表面从所述透镜的第一部分的第二透镜表面延伸；
267.所述透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分；
268.所述透镜的第一部分对应于双凸透镜的一个或多个部分；
269.所述第二透镜表面由多项式限定，该多项式包括所述透镜的第一部分的凸面和所述透镜的第二部分的凹面；并且所述第一透镜表面由包括所述透镜的第一部分的凸面和所述透镜的第二部分的凸面的多项式限定；
270.所述透镜的第一部分对应于平凸透镜的一个或多个部分，其中，可选地，所述透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分，并且所述透镜的第二部分的凸面或凹面从所述透镜的第一部分的平面表面延伸。
271.86)根据84)或85)所述的透镜，其中：
272.所述第一透镜表面的第一部分和第二部分由两个表面轮廓函数的和限定；
273.所述两个表面轮廓函数的第一表面轮廓函数限定所述第一透镜表面的第一部分和第二部分上的平滑表面轮廓；并且
274.所述两个表面轮廓函数的第二表面轮廓函数限定：
275.在所述第一透镜表面的第一部分上的平滑表面轮廓；并且
276.在所述第一透镜表面的第二部分上的菲涅耳表面轮廓。
277.87)根据86)所述的透镜，其中：
278.所述第一表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的第一部分和第二部分上是连续的，所述第二表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的第一部分上是连续的；
279.和/或
280.在所述第一透镜表面的第一部分上的第二表面轮廓函数的平滑表面轮廓是平坦的；
281.和/或
282.所述第二表面轮廓函数的导数在所述第一透镜表面的第二部分上具有不连续性。
283.88)根据81)至87)中任一项所述的透镜，其中，所述透镜被配置为在第一介质特别是空气中透射光，所述光学透明基板可选地包括不同于所述第一介质的第二介质；并且：
284.所述透镜与相应的光轴相关联；
285.所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线在第一介质中的方向，第二角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；并且
286.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴。
287.89)根据88)所述的透镜，其中：
288.所述第一角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔的中心透射的光线在所述第一介质中的方向；并且所述第二角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔的中心透射的光线在所述光学透明基板中的方向；
289.和/或
290.所述参考离轴位置和所述参考瞳孔位于所述透镜的相对侧。
291.90)根据88)或89)所述的透镜，其中，所述相应菲涅耳结构体的所述拔模角是所述第一角度和所述第二角度的平均值，并且不同于第二角度，所述拔模角：
292.被选择成减少撞击在第一透镜表面上并与所述相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用并通过所述参考瞳孔进入的光；
293.和/或
294.被选择成减少从所述相应菲涅耳结构体的拔模面反射并通过参考瞳孔进入的光，特别是减少通过全内反射从所述相应菲涅耳结构体的拔模面反射的光通过参考瞳孔进入。
295.91)根据81)至90)中任一项所述的透镜，所述透镜被配置为在第一介质中向第一参考瞳孔透射光，并且包括：
296.所述透镜与相应的光轴相关联；
297.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；
298.所述相应菲涅耳结构体的所述拔模角在第一角度和第二角度之间，第一角度对应于从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在第一介质中的方向，第二角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向；
299.所述第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处；
300.所述第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处，所述第二参考瞳孔和所述透镜可选地位于所述第一参考瞳孔的相对侧；并且
301.所述第二距离可选地大于第一距离，特别是大10mm或更大。
302.92)根据91)所述的透镜，其中：
303.所述第一参考瞳孔是能旋转的，使得当所述第一参考瞳孔处于第一旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第一参考平面，并且当第一参考瞳孔处于不同于所述第一旋转位置的第二旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第二参考平面；并且：
304.所述第一参考平面可选地不平行于所述第二参考平面；
305.所述第一参考瞳孔可选地能绕参考旋转中心旋转，所述第二参考瞳孔还可选地限定第三参考平面，并且所述参考旋转中心位于第三参考平面上。
306.93)根据92)所述的透镜，其中：
307.所述第一参考瞳孔的旋转表征为第一表面区域；
308.所述第二参考瞳孔表征为第二表面区域；并且
309.所述第一表面区域大于所述第二表面区域；
310.和/或
311.基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离，选择所述相应菲涅耳结构体的所述拔模角，以在第一参考瞳孔不垂直于所述透镜的参考轴时，减少撞击在所述第一透镜表面上并与所述相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用并通过所述第一参考瞳孔进入的光。
312.94)根据91)至93)中任一项所述的透镜，其中：
313.所述透镜被配置为将从显示装置向所述第一参考瞳孔和/或通过所述第一介质引导光；并且：
314.所述拔模角在第一参考角和第二参考角之间，第一参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第一参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第二参考角对应于从所述显示装置的参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构
体朝向所述第一参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向，或者
315.所述拔模角在第三参考角和第四参考角之间，所述第三参考角对应于从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述第一介质中的方向，第四参考角对应于从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线在所述光学透明基板中的方向，第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处，第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处；并且所述第二距离大于所述第一距离。
316.95)根据81)至94)中任一项所述的透镜，其中，所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距；
317.基于从所述相应菲涅耳结构体的斜面的峰到所述相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离，确定所述代表性节距；或者
318.基于从所述相应菲涅耳结构体的拔模面的峰到所述相应菲涅耳结构体的拔模面的谷的横向距离，确定所述代表性节距；或者
319.基于从所述相应菲涅耳结构体的拔模面的谷到所述相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离，确定所述代表性节距；
320.和/或
321.选择所述相应菲涅耳结构体的代表性节距，以减少与所述相应菲涅耳区域的拔模面相互作用并进入所述透镜的参考瞳孔的光。
322.96)一种显示装置，特别是头戴式显示装置，包括：
323.根据81)至95)中至少一项所述的透镜。
324.97)根据96)所述的显示装置，包括：
325.发光装置阵列，特别是基于液晶的像素阵列，所述发光装置阵列与所述透镜耦合，用于输出通过所述透镜的光，所述发光装置阵列可选地被配置为当所述显示装置佩戴在用户的头部时输出光并通过所述透镜向所述用户的眼睛透射光；
326.或者
327.与所述透镜耦合的电子显示器，用于输出通过所述透镜的光，所述电子显示器可选地包括发光装置阵列，特别是基于液晶的像素阵列，所述发光装置阵列被配置为当所述显示装置佩戴在用户的头部时输出多条光线并通过透镜朝向所述用户的眼睛的参考瞳孔透射多条光线，所述发光装置阵列可选地被配置为当所述显示装置佩戴在用户的头上时，从参考离轴位置向用户眼睛的参考瞳孔输出多条输出光线中的至少一部分，所述参考离轴位置可选地位于所述电子显示器上或所述电子显示器的外围。
328.98)一种方法，包括：
329.通过根据81)至95)中任一项所述的透镜从显示装置透射光。
330.99)根据98)所述的方法，所述方法被配置为减少光学伪影，并且包括：
331.通过第一介质从显示装置向透镜透射光，所述透镜包括具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面的光学透明基板，其中：
332.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
333.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，其中，所述拔模面以拔模角表征；
334.所述相应菲涅耳结构体的拔模角基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离；
335.所述透镜与相应的光轴相关联；
336.所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于所述光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向；并且
337.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；并且
338.通过透镜向参考瞳孔透射光。
339.100)一种制造用于通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光的透镜的方法，包括：
340.配置包括光学透明基板的透镜，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与所述第一透镜表面相对的第二透镜表面，其中：
341.所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体；
342.所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，所述拔模面以拔模角表征；
343.所述透镜与相应的光轴相关联；
344.所述参考离轴位置远离所述透镜的相应光轴；
345.配置所述透镜包括：基于所述相应菲涅耳结构体离所述透镜的参考轴的距离，确定所述相应菲涅耳结构体的拔模角，使得所述相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向，所述第二角度对应于所述光学透明基板中从所述参考离轴位置通过所述相应菲涅耳结构体朝向所述第二参考瞳孔透射的光线方向；
346.所述第一参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第一距离处；
347.所述第二参考瞳孔位于距所述光学透明基板的第二距离处；并且
348.所述第二距离大于所述第一距离。
349.101)根据100)所述的方法，其中：
350.所述第一参考瞳孔是能旋转的，使得当第一参考瞳孔处于第一旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第一参考平面，并且当第一参考瞳孔处于不同于所述第一旋转位置的第二旋转位置时，所述第一参考瞳孔限定第二参考平面，并且所述第一参考平面不平行于第二参考平面；和/或
351.所述相应菲涅耳结构体的拔模角是所述第一角度和所述第二角度的平均值。
352.因此，所公开的实施例提供了小巧轻便的显示装置，其具有更大的效率、有效性以及用户对这种装置的满意度。
353.在所附权利要求特别中公开根据本发明的实施例，涉及一种透镜、一种显示装置和相应的方法，其中，在一个权利要求类别(例如，装置)中提到的任何特征也可以在另一权利要求类别(例如，方法或使用权利要求)中要求保护。仅为正式原因，选择所附权利要求中的依存关系或引用。然而，也可以要求保护从任何先前的权利要求的有意引用(特别是多个依赖关系)中产生的任何主题，以便公开并且可以要求保护权利要求及其特征的任何组合，
而不管在所附权利要求中选择的依赖性。可以要求保护的主题不仅包括如所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括权利要求中的特征的任何其他组合，其中，权利要求中提及的每个特征可以与权利要求中的其他特征的任何其他特征或组合来组合。此外，可以在单独的权利要求中和/或在与本文描述或描绘的任何实施例或特征的或者与所附权利要求的任何特征的任何组合中，要求保护本文描述或描绘的任何实施例和特征。
附图说明
354.为了更好地理解所描述的各种实施例，应当结合以下附图，参考以下具体实施方式的描述，在所有附图中，相同的附图标记表示相应的部分。
355.图1a是根据一些实施例的显示装置的透视图。
356.图1b是根据一些实施例的包括显示装置的系统的方框图。
357.图2a示出了传统菲涅耳透镜的横截面。
358.图2b示出了根据一些实施例的具有动态拔模的菲涅耳透镜的横截面。
359.图2c示出了传统菲涅耳透镜和根据一些实施例的具有动态拔模的菲涅耳透镜的表面轮廓。
360.图2d和2e示出了根据一些实施例的入射光和拔模面之间的相互作用。
361.图2f示出了根据一些实施例的入射光和拔模面之间的相互作用的减少。
362.图2g示出了根据一些实施例的具有动态拔模的菲涅耳透镜的截面图。
363.图2h示出了根据一些实施例的由传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜引起的光学伪影。
364.图2i示出了根据一些实施例的由传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜引起的光学伪影。
365.图3a是根据一些实施例的显示装置的等距视图。
366.图3b是根据一些实施例的透镜从第一方向的等距视图。
367.图3c是根据一些实施例的图3b所示的透镜从第二方向的等距视图。
368.图3d示出了图3b所示的透镜的平面图和截面图。
369.图3e是根据一些实施例的透镜的截面图。
370.图3f是根据一些实施例的透镜的截面图。
371.图3g示出了根据一些实施例的图3f所示的透镜的菲涅耳结构体。
372.图3h是根据一些实施例的透镜的截面图。
373.图3i是根据一些实施例的透镜的截面图。
374.图3j是根据一些实施例的透镜的截面图。
375.图4a示出了根据一些实施例的透镜的等距视图。
376.图4b示出了图4a所示的透镜的平面图和截面图。
377.图4c示出了图4a所示的透镜的截面图。
378.图4d示出了根据一些实施例的柱面透镜的等距视图。
379.图5a示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。
380.图5b示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。
381.图5c示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。
382.图5d示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。
383.图6a示出了根据一些实施例的显示器的截面图，该显示器从离轴位置通过菲涅耳透镜向参考瞳孔透射光线。
384.图6b示出了根据一些实施例的菲涅耳结构体，该菲涅耳结构体具有平行于第一介质中的光线的拔模面。
385.图6c示出了根据一些实施例的具有动态拔模的三个菲涅耳透镜的表面轮廓。
386.图6d示出了根据一些实施例的由光线和传统菲涅耳透镜的拔模面之间的相互作用引起的光学伪影。
387.图6e示出了根据一些实施例的由杂散光与具有动态拔模的菲涅耳透镜的相互作用产生的光学伪影的预测示例。
388.图6f示出了根据一些实施例的由杂散光与具有动态拔模的菲涅耳透镜的相互作用产生的光学伪影的预测示例。
389.图6g示出了根据一些实施例的由杂散光与具有动态拔模的菲涅耳透镜的相互作用产生的光学伪影的预测示例。
390.图6h示出了根据一些实施例的基于计算机模拟的光学伪影的减少的预测示例。
391.图7a示出了根据一些实施例的参考瞳孔及其旋转运动。
392.图7b示出了根据一些实施例的设计用于可变凝视的菲涅耳透镜和不设计用于可变凝视的菲涅耳透镜的操作。
393.图7c示出了根据一些实施例的比较与设计用于可变凝视的菲涅耳透镜和不设计用于可变凝视的菲涅耳透镜相关联的光学伪影的预测示例。
394.图8a示出了根据一些实施例通过菲涅耳透镜投影的白光的图像。
395.图8b示出了根据一些实施例的菲涅耳透镜的横截面。
396.图8c和8d示出了根据一些实施例的菲涅耳透镜的横截面。
397.图8e示出了根据一些实施例的通过菲涅耳透镜的光透射。
398.图8f示出了根据一些实施例的与两个菲涅耳透镜相关联的显示亮度的变化。
399.除非另有说明，否则这些示图不是按比例绘制的。
具体实施方式
400.传统的头戴式显示器比典型的眼镜更大、更重，因为传统的头戴式显示器通常包括一组复杂的光学器件，这些光学器件可能体积大、重量重。用户不容易习惯于佩戴如此大而重的头戴式显示器。
401.菲涅耳透镜通常具有多个相互偏移的同心环形部分(例如，对于圆形透镜)，提供了与传统透镜相当的光圈和焦距。因为菲涅耳透镜通常比具有类似性能特征(例如，光圈和/或焦距)的传统透镜更薄和更轻，所以用菲涅耳透镜代替头戴式显示器中的传统透镜，可以减小头戴式显示器的尺寸和重量。然而，菲涅耳透镜遭受衍射以及与菲涅耳结构体相关的其他光学伪影，因此，其在成像应用中的使用受到限制。
402.所公开的实施例提供了具有动态拔模的菲涅耳透镜，其小巧轻便，并且减少了光学伪影。
403.现在，参考实施例，在附图中示出其示例。在以下描述中，阐述了许多具体细节，以
便提供对各种所描述的实施例的理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下，实施各种所描述的实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程、组件、电路和网络，以免实施例的方面不必要地模糊。
404.还将理解的是，虽然术语第一、第二等在一些情况下在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。在不背离描述的各种实施例的范围的情况下，例如，第一表面可以称为第二表面，并且同样，第二表面可以称为第一表面。第一表面和第二表面都是表面，但是不是相同的表面。
405.在本文描述的各种实施例的描述中所使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不旨在是限制性的。如在各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含一个或多个相关的所列项目的任何和所有可能的组合。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含、“含有”和/或“具有”规定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。术语“示例性”在本文中以“用作示例、实例或说明”的意义来使用，而不是以“代表其最佳类型”的意义来使用。
406.图1a示出了根据一些实施例的显示装置100。在一些实施例中，显示装置100被配置为佩戴在用户的头部(例如，通过具有眼镜或目镜的形式，如图1a所示)，或者作为用户将佩戴的头盔的一部分而包括。当显示装置100被配置为佩戴在用户的头部或者作为头盔的一部分而包括时，显示装置100称为头戴式显示器。或者，显示装置100被配置为放置在用户的一只或两只眼睛附近的固定位置，而不是头戴式(例如，显示装置100安装在诸如汽车或飞机等交通工具中，用于放置在用户的一只或两只眼睛前面)。
407.在一些实施例中，显示装置100包括下面参考图1b描述的一个或多个组件。在一些实施例中，显示装置100包括图1b中未示出的额外组件。
408.图1b是根据一些实施例的系统200的方框图。图1b所示的系统200包括显示装置205(对应于图1a所示的显示装置100)、成像装置235和输入接口240，其均耦合到控制台210。虽然图1b示出了包括一个显示装置205、成像装置235和输入接口240的系统200的示例，但是在其他实施例中，系统200中可以包括任意数量的这些组件。例如，可以有多个显示装置205，每个显示装置具有相关联的输入接口240并且由一个或多个成像装置235监控，其中，每个显示装置205、输入接口240和成像装置235与控制台210通信。在替代配置中，系统200中可以包括不同的和/或额外的组件。例如，在一些实施例中，控制台210经由网络(例如，互联网)连接到系统200，或者作为显示装置205的一部分是独立的(例如，物理上位于显示装置205内部)。在一些实施例中，显示装置205用于通过添加真实环境的视图来创建混合现实。因此，此处描述的显示装置205和系统200可以传送虚拟现实、混合现实和增强现实。
409.在一些实施例中，如图1a所示，显示装置205是向用户呈现媒体的头戴式显示器。显示装置205呈现的媒体的示例包括一个或多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，经由从显示装置205、控制台210或这两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据的外部装置(例如，扬声器和/或耳机)呈现音频。在一些实施例中，显示装置205将用户沉浸在虚拟环境中。
410.在一些实施例中，显示装置205还充当增强现实(ar)头盔。在这些实施例中，显示
装置205利用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)来增强物理、现实世界环境的视图。此外，在一些实施例中，显示装置205能够在不同类型的操作之间循环。因此，基于来自应用引擎255的指令，显示装置205作为虚拟现实(vr)装置、ar装置、眼镜或其某种组合(例如，没有光学校正的眼镜、为用户光学校正的眼镜、太阳镜或其某种组合)来操作。
411.显示装置205包括电子显示器215、一个或多个处理器216、眼睛跟踪模块217、调整模块218、一个或多个定位器220、一个或多个位置传感器225、一个或多个位置摄像头222、存储器228、惯性测量单元(imu)230或其子集或超集(例如，具有显示装置205、一个或多个处理器216和存储器228的电子显示器215，没有任何其他列出的组件)。显示装置205的一些实施例具有与此处描述的不同的模块。类似地，功能可以以不同于此处描述的方式分布在模块之间。
412.一个或多个处理器216(例如，处理单元或核)执行存储在存储器228中的指令。存储器228包括高速随机存取存储器，例如，dram、sram、ddr ram或其他随机存取固态存储装置；并且可以包括非易失性存储器，例如，一个或多个磁盘存储装置、光盘存储装置、闪存装置或其他非易失性固态存储装置。存储器228或者存储器228内的非易失性存储装置包括非暂时性计算机可读存储介质。在一些实施例中，存储器228或存储器228的计算机可读存储介质存储用于在电子显示器215上显示一个或多个图像的程序、模块和数据结构和/或指令。
413.电子显示器215根据从控制台210和/或处理器216接收的数据向用户显示图像。在各种实施例中，电子显示器215可以包括单个可调电子显示元件或多个可调电子显示元件(例如，用于用户每只眼睛的显示器)。
414.在一些实施例中，显示元件包括一个或多个发光装置和发射强度阵列的相应阵列。发射强度阵列是电光像素阵列、光电像素阵列、动态调整每个装置透射的光量的某种其他装置阵列或其某种组合。这些像素被放置在一个或多个透镜后面。在一些实施例中，发射强度阵列是lcd(液晶显示器)中基于液晶的像素阵列。发光装置的示例包括：有机发光二极管、有源矩阵有机发光二极管、发光二极管、能够放置在柔性显示器中的某种类型的装置或其某种组合。发光装置包括能够生成用于图像生成的可见光(例如，红色、绿色、蓝色等)的装置。发射强度阵列被配置为选择性地衰减单个发光装置、发光装置组或其某种组合。或者，当发光装置被配置为选择性地衰减单独的发光装置和/或发光装置组时，显示元件包括这样的发光装置的阵列，而没有单独的发射强度阵列。
415.一个或多个透镜将来自发光装置阵列的光(可选地通过发射强度阵列)引导到每个眼动范围内的位置，并最终引导到用户视网膜的背面。眼动范围是由位于显示装置205附近的用户(例如，佩戴显示装置205的用户)的眼睛占据的区域，用于从显示装置205观看图像。在某些情况下，眼动范围表示为10mm
×
10mm的正方形。在一些实施例中，一个或多个透镜包括一个或多个涂层，例如，抗反射涂层。
416.在一些实施例中，显示元件包括红外(ir)检测器阵列，该红外检测器阵列检测从观看用户的视网膜、角膜表面、眼睛晶状体或其某种组合中回射的红外光。ir检测器阵列包括一个或多个ir传感器，每个ir传感器对应于观看用户眼睛的瞳孔的一不同位置。在替代实施例中，也可以使用其他眼睛跟踪系统。
417.眼睛跟踪模块217确定用户眼睛的每个瞳孔的位置。在一些实施例中，眼睛跟踪模
块217指示电子显示器215用红外光(例如，经由显示元件中的ir发射装置)照射眼动范围。
418.一部分发射的红外光将穿过观看用户的瞳孔，并从视网膜向ir检测器阵列回射，ir检测器阵列用于确定瞳孔的位置。或者，眼睛表面的反射也用于确定瞳孔的位置。ir检测器阵列扫描回射，并在检测到回射时识别哪些ir发射装置是激活的。眼睛跟踪模块217可以使用跟踪查找表和识别的ir发射装置来确定每只眼睛的瞳孔位置。跟踪查找表将ir检测器阵列上接收到的信号映射到每个眼动范围中的位置(对应于瞳孔位置)。在一些实施例中，经由校准过程生成跟踪查找表(例如，用户查看图像中的各种已知参考点，并且眼睛跟踪模块217将用户查看参考点时瞳孔的位置映射到在ir跟踪阵列上接收的相应信号)。如上所述，在一些实施例中，系统200可以使用除上述嵌入式红外跟踪系统之外的其他眼睛跟踪系统。
419.调整模块218基于确定的瞳孔位置生成图像帧。在一些实施例中，其将离散图像发送到显示器，显示器将把子图像平铺在一起，因此，相干拼接图像将出现在视网膜的背面。调整模块218基于检测到的瞳孔位置调整电子显示器215的输出(即，生成的图像帧)。调整模块218指示电子显示器215的部分将图像光传递到确定的瞳孔位置。在一些实施例中，调整模块218还指示电子显示器不要将图像光传递到除了确定的瞳孔位置之外的位置。调整模块218可以例如阻挡和/或停止其图像光落在所确定的瞳孔位置之外的发光装置，允许其他发光装置发射落在所确定的瞳孔位置内的图像光，平移和/或旋转一个或多个显示元件，动态调整透镜(例如，微透镜)阵列中的一个或多个有源透镜的曲率和/或屈光力，或者其某种组合。
420.可选定位器220是位于显示装置205上相对于彼此和相对于显示装置205上的特定参考点的特定位置的对象。定位器220可以是发光二极管(led)、角立方体反射器、反射标记、与显示装置205操作的环境形成对比的光源类型或者其某种组合。在定位器220是活动的(即，led或其他类型的发光装置)的实施例中，定位器220可以发射可见波段(例如，大约400nm至750nm)、红外波段(例如，大约750nm至1mm)、紫外波段(大约100nm至400nm)、电磁波谱的某个其他部分或其某种组合的光。
421.在一些实施例中，定位器220位于显示装置205的外表面之下，该外表面对于定位器220发射或反射的光的波长是透明的或者足够薄以基本上不会衰减定位器220发射或反射的光的波长。此外，在一些实施例中，显示装置205的外表面或其他部分在光的波长的可见波段中是不透明的。因此，定位器220可以在外表面下发射ir波段的光，该外表面在ir波段中是透明的，但在可见波段中是不透明的。
422.imu 230是基于从一个或多个位置传感器225接收的测量信号生成校准数据的电子装置。位置传感器225响应于显示装置205的运动而生成一个或多个测量信号。位置传感器225的示例包括：一个或多个加速度计、一个或多个陀螺仪、一个或多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于imu 230的误差校正的一种传感器或者其某种组合。位置传感器225可以位于imu 230的外部、imu 230的内部或其某种组合。
423.基于来自一个或多个位置传感器225的一个或多个测量信号，imu 230生成指示显示装置205相对于显示装置205的初始位置的估计位置的第一校准数据。例如，位置传感器225包括测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、滚动)的多个陀螺仪。在一些实施例中，imu 230快速采样测量信号，并
根据采样数据计算显示装置205的估计位置。例如，imu 230在时间上积分从加速度计接收的测量信号，以估计速度矢量，并在时间上积分速度矢量，以确定显示装置205上参考点的估计位置。或者，imu 230向控制台210提供采样的测量信号，控制台210确定第一校准数据。参考点是可以用来描述显示装置205的位置的点。虽然参考点通常可以被限定为空间中的点；然而，在实践中，参考点被限定为显示装置205内的点(例如，imu 230的中心)。
424.在一些实施例中，imu 230从控制台210接收一个或多个校准参数。如下文进一步讨论的，一个或多个校准参数用于保持跟踪显示装置205。基于接收到的校准参数，imu 230可以调整一个或多个imu参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参数使得imu 230更新参考点的初始位置，因此，其对应于参考点的下一个校准位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个校准位置，有助于减少与确定的估计位置相关联的累积误差。累积误差(也称为漂移误差)导致参考点的估计位置随着时间“偏离”参考点的实际位置。
425.成像装置235根据从控制台210接收的校准参数生成校准数据。校准数据包括显示可由成像装置235检测的定位器220的观察位置的一个或多个图像。在一些实施例中，成像装置235包括一个或多个静态相机、一个或多个视频相机、能够捕获图像的任何其他装置(包括一个或多个定位器220)或者其某种组合。另外，成像装置235可以包括一个或多个滤波器(例如，用于增加信噪比)。成像装置235被配置为可选地在成像装置235的视场中检测从定位器220发射或反射的光。在定位器220包括无源元件(例如，回射器)的实施例中，成像装置235可以包括照射一些或所有定位器220的光源，定位器将光回射到成像装置235中的光源。第二校准数据从成像装置235传送到控制台210，并且成像装置235从控制台210接收一个或多个校准参数，以调整一个或多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、iso、传感器温度、快门速度、光圈等)。
426.输入接口240是允许用户向控制台210发送动作请求的装置。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用程序，或者在应用程序内执行特定动作。输入接口240可以包括一个或多个输入装置。示例输入装置包括：键盘、鼠标、游戏控制器、来自大脑信号的数据、来自人体其他部分的数据、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台210的任何其他合适的装置。由输入接口240接收的动作请求传送到控制台210，控制台210执行对应于该动作请求的动作。在一些实施例中，输入接口240可以根据从控制台210接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，提供触觉反馈，或者控制台210向输入接口240传送指令，使得输入接口240在控制台210执行动作时生成触觉反馈。
427.控制台210根据从成像装置235、显示装置205和输入接口240中的一个或多个接收的信息向显示装置205提供媒体，以呈现给用户。在图1b所示的示例中，控制台210包括应用存储器245、跟踪模块250和应用引擎255。控制台210的一些实施例具有不同于结合图1b描述的模块。类似地，下面进一步描述的功能可以以不同于此处描述的方式分布在控制台210的组件中。
428.当应用存储器245包括在控制台210中时，应用存储器245存储由控制台210执行的一个或多个应用程序。应用程序是一组指令，当由处理器执行时，用于生成呈现给用户的内容。处理器基于应用程序生成的内容可以响应于经由显示装置205或输入接口240的移动从用户接收的输入。应用程序的示例包括：游戏应用程序、会议应用程序、视频回放应用程序
或其他合适的应用程序。
429.当跟踪模块250包括在控制台210中时，跟踪模块250使用一个或多个校准参数校准系统200，并且可以调整一个或多个校准参数，以减少显示装置205的位置确定的误差。例如，跟踪模块250调整成像装置235的焦点，以获得显示装置205上观察到的定位器的更精确的位置。此外，由跟踪模块250执行的校准还考虑了从imu 230接收的信息。另外，如果显示装置205的跟踪丢失(例如，成像装置235丢失至少阈值数量的定位器220的视线)，则跟踪模块250重新校准一些或全部系统200。
430.在一些实施例中，跟踪模块250使用来自成像装置235的第二校准数据来跟踪显示装置205的移动。例如，跟踪模块250使用来自第二校准数据的观察到的定位器和显示装置205的模型来确定显示装置205的参考点的位置。在一些实施例中，跟踪模块250还使用来自第一校准数据的位置信息来确定显示装置205的参考点的位置。此外，在一些实施例中，跟踪模块250可以使用第一校准数据、第二校准数据或其某种组合的部分来预测显示装置205的未来位置。跟踪模块250向应用引擎255提供显示装置205的估计或预测的未来位置。
431.应用引擎255执行系统200内的应用程序，并从跟踪模块250接收显示装置205的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，应用引擎255确定要提供给显示装置205以呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则应用引擎255为显示装置205生成镜像用户在虚拟环境中的移动的内容。此外，应用引擎255响应于从输入接口240接收的动作请求，在控制台210上执行的应用程序内执行动作，并且向用户提供执行动作的反馈。所提供的反馈可以是经由显示装置205的视觉或听觉反馈，或者经由输入接口240的触觉反馈。
432.图2a示出了传统菲涅耳透镜260的横截面。在一些实施例中，菲涅耳透镜(例如，传统菲涅耳透镜260)包括多个菲涅耳结构体262(例如，多个环形环262-1、262-2、262-3和262-4)。如图2a所示，每个菲涅耳结构体262(例如，菲涅耳结构体262-2)具有斜面和拔模面。拔模面表征为代表性拔模角(例如，拔模面相对于参考轴倾斜代表性拔模角)。在一些实施例中，拔模面是平坦表面。在一些实施例中，拔模面是曲面，代表性拔模角是拔模面的平均拔模角。在一些实施例中，斜面表征为代表性倾斜角(例如，斜面相对于参考轴倾斜代表性倾斜角)。在一些实施例中，斜面是平坦表面。在一些实施例中，斜面是曲面，并且代表性斜角是斜面的平均斜角。在传统菲涅耳透镜260中，菲涅耳结构体262(例如，262-1、262-2、262-3和262-4)具有相同的拔模角。
433.图2b示出了根据一些实施例的具有动态拔模的菲涅耳透镜270的横截面。在菲涅耳透镜270中，每个菲涅耳结构体的拔模角基于菲涅耳结构体离透镜的中心的距离。例如，如图2c所示，靠近透镜的中心的菲涅耳结构体具有比远离透镜的中心的菲涅耳结构体的拔模面更陡的拔模面(例如，更靠近透镜的中心的菲涅耳结构体具有比远离透镜的中心的菲涅耳结构体的拔模角更小的拔模角)。在图2b中，菲涅耳结构体272具有特定的拔模角，菲涅耳结构体274具有与菲涅耳结构体272拔模角不同的拔模角(例如，菲涅耳结构体272的拔模角小于菲涅耳结构体274的拔模角)。
434.图2c示出了根据一些实施例的传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜的表面轮廓。在图2c中，表面轮廓显示为离透镜的中心的距离r的函数。如上所述，传统的菲涅耳透镜具有恒定的拔模角，与每个菲涅耳结构体的位置无关(例如，从透镜的中心到菲涅耳
结构体的距离)。具有动态拔模的菲涅耳透镜具有拔模角不同的菲涅耳结构体，其中，每个菲涅耳结构体的拔模角基于从透镜的中心到菲涅耳结构体的距离。在图2c中，当离透镜的中心的距离增加时，拔模角增加(例如，拔模面变得不太陡)。
435.图2d和2e示出了根据一些实施例的入射光和拔模面之间的相互作用。
436.图2d示出了入射光在菲涅耳结构体的斜面上折射。在斜面上折射的一部分光撞击在菲涅耳结构体的拔模面上，撞击在拔模面上的一部分光被拔模面反射(例如，通过全内反射)，这增加了杂散光。拔模面的反射在本文称为“内部模式”。
437.图2e示出了入射光在菲涅耳结构体的斜面上折射。一部分入射光照射在菲涅耳结构体的拔模面上，并被反射。一部分反射光通过相邻菲涅耳结构体的斜面进入，这也增加了杂散光。
438.如图2d和2e所示，入射光和拔模面之间的相互作用增加了杂散光，从而增加了光学伪影。如图2f所示，通过使用具有动态拔模的菲涅耳结构体，减少了这种光学伪影。
439.图2f示出了根据一些实施例的入射光和拔模面之间的相互作用的减少。在图2f中，选择拔模角，使得拔模面平行于在斜面上折射的光。因此，在斜面上折射的光不与拔模面相互作用，这减少了杂散光，从而减少了光学伪影。
440.图2g示出了根据一些实施例的具有动态拔模的菲涅耳透镜的截面图。来自显示装置的光被具有动态拔模的菲涅耳透镜聚焦。在一些实施例中，聚焦的光发送到用户的眼睛。如上面关于图2f所述，拔模面成角度，使得减少或消除在入射光(在斜面上折射之后)和拔模面之间的相互作用。
441.图2g还示出了透镜的外围区域(例如，远离透镜的中心的区域)用于聚焦来自显示装置的外围区域的光，并且透镜的中心区域用于聚焦来自显示装置的中心区域的光。如上面参考图2c所述，基于每个菲涅耳结构体的位置来选择拔模角。例如，更靠近透镜的中心的菲涅耳结构体具有小的拔模角(这导致陡的拔模面)，而远离透镜的中心的菲涅耳结构体具有大的拔模角(这导致不太陡的拔模面)。因此，当透射来自显示装置的外围区域的光时，在透镜的外围区域中的大拔模角有助于减少光学伪影，并且当透射来自显示装置中心区域的光时，在透镜的中心区域中的小拔模角有助于减少光学伪影。因此，如图2g所示，当对来自显示装置的光成像时，具有动态拔模的菲涅耳透镜在减少光学伪影方面特别有效。
442.图2h和2i示出了根据一些实施例的由传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜引起的光学伪影。
443.图2h示出了用具有恒定拔模的传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜收集的白色表面的图像。用传统菲涅耳透镜收集的白色表面图像(如图2h左侧所示)显示了周期性环，这些环是由传统菲涅耳透镜的拔模面引起的。相比之下，在用具有动态拔模的菲涅耳透镜收集的白色表面的图像中(如图2h右侧所示)，周期环不太明显。
444.图2i示出了用具有恒定拔模的传统菲涅耳透镜和具有动态拔模的菲涅耳透镜收集的显示器图像。用传统菲涅耳透镜(如图2i左侧所示)收集的显示器的图像显示周期性环，类似于用具有恒定拔模的传统菲涅耳透镜收集的图像，如图2h所示。图2i还包括用具有恒定拔模的传统菲涅耳透镜收集的图像的一部分的放大图，其更好地显示了用传统菲涅耳透镜收集的图像中的周期性结构。在用具有动态拔模的菲涅耳透镜收集的显示器图像中(如图2i右侧所示)，周期性环的可见性降低，类似于用具有动态拔模的菲涅耳透镜收集的
图像，如图2h所示。
445.图3a是根据一些实施例的显示装置300的等距视图。在一些其他实施例中，显示装置300是一些其他电子显示器(例如，数字显微镜等)的一部分。在一些实施例中，显示装置300包括发光装置阵列310和一个或多个透镜(例如，透镜320)。在一些实施例中，显示装置300还包括发射强度阵列和ir检测器阵列。
446.发光装置阵列310向观看用户发射图像光和可选的红外光。发光装置阵列310可以是例如led阵列、微led阵列、oled阵列或其某种组合。发光装置阵列310包括发射可见光的发光装置312(并且可选地包括发射红外光的装置)。
447.发射强度阵列被配置为选择性地衰减从发光阵列310发射的光。在一些实施例中，发射强度阵列由多个液晶单元或像素、发光装置组或其某种组合组成。每个液晶单元或者在一些实施例中液晶单元组是可寻址的，以具有特定的衰减水平。例如，在给定时间，一些液晶单元可以被设置为无衰减，而其他液晶单元可以被设置为最大衰减。以这种方式，发射强度阵列能够控制从发光装置阵列310发射的图像光的哪一部分传递到一个或多个透镜(例如，透镜320)。在一些实施例中，显示装置300使用发射强度阵列来促进向用户眼睛330的瞳孔332的位置提供图像光，并且最小化提供给眼动范围中的其他区域的图像光的量。
448.类似于示出透镜用于将光从显示器透射到眼睛的图2g，在图3a中，一个或多个透镜(例如，透镜320)从发射强度阵列(或直接从发射装置阵列310)接收修改的图像光(例如，衰减的光)，并将修改的图像光引导到瞳孔332的位置。透镜320包括一个或多个衍射光学器件。在一些实施例中，一个或多个透镜包括一个或多个有源透镜。有源透镜是可以动态控制其透镜曲率和/或折射能力(例如，经由施加电压的变化)的透镜。有源透镜可以是液晶透镜、液体透镜(例如，使用电润湿)或者可以动态控制其曲率和/或折射能力的一些其他透镜或者其某种组合。因此，在一些实施例中，系统200可以动态地调整有源小透镜的曲率和/或折射能力，以将从发射装置阵列310接收的光引导至瞳孔332。
449.在一些实施例中，透镜320包括菲涅耳透镜，下面将参照图3b至3j和4a至4c进行描述。在一些实施例中，图3b至3j和4a至4d所示的一个或多个透镜包括动态拔模。
450.可选的ir检测器阵列检测已经从眼睛330的视网膜、眼睛330的角膜、眼睛330的晶状体或其某种组合回射的红外光。ir检测器阵列包括单个ir传感器或多个ir敏感检测器(例如，光电二极管)。在一些实施例中，ir检测器阵列与发光装置阵列310分离。在一些实施例中，ir检测器阵列集成到发光装置阵列310中。
451.在一些实施例中，发光装置阵列310和发射强度阵列构成显示元件。或者，显示元件包括发光装置阵列310(例如，当发光装置阵列310包括单独可调的像素时)，而没有发射强度阵列。在一些实施例中，显示元件另外包括红外阵列。在一些实施例中，响应于瞳孔332的确定位置，显示元件调整发射的图像光，使得由显示元件输出的光被一个或多个透镜(例如，透镜320)朝向瞳孔332的确定位置折射，而不是朝向眼动范围中的其他位置折射。
452.图3b是根据一些实施例的透镜340从第一方向(例如，透镜340的第一透镜表面346可见的方向)的等距视图。透镜340包括第一部分342(例如，中心部分)和围绕第一部分342的第二部分344(例如，环形部分)。透镜340的第一部分342包括第一透镜表面346的部分346-1。在一些实施例中，第一透镜表面346的部分346-1是平坦表面。在一些实施例中，第一透镜表面346的部分346-1是菲涅耳表面(例如，设置在平坦表面上的菲涅耳结构体)。透镜
340的第二部分344包括第一透镜表面346的部分346-2。在一些实施例中，第一透镜表面346的部分346-2是凸面。在一些实施例中，第一透镜表面346的部分346-2是菲涅耳表面(例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)。
453.在一些实施例中，菲涅耳结构体具有恒定的节距(例如，50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、2mm、3mm等)。
454.图3b所示的透镜是轴对称的(例如，关于透镜的中心旋转对称)。尽管图3b所示的透镜是圆形透镜，但是在一些实施例中，切掉圆形透镜的一部分(例如，使用如图3a所示的透镜的矩形部分)。
455.图3c是根据一些实施例的图3b所示的透镜340从第二方向(例如，与图3b所示的第一透镜表面346相对的第二透镜表面348可见的方向)的等距视图。透镜340的第一部分342包括第二透镜表面348的部分348-1。在一些实施例中，第二透镜表面348的部分348-1是凸面。在一些实施例中，第二透镜表面348的部分348-1不包括菲涅耳结构体。透镜的第二部分344包括第二透镜表面348的部分348-2。在一些实施例中，第二透镜表面348的部分348-2是凹面。在一些实施例中，第二透镜表面348的部分348-2是菲涅耳表面(例如，具有菲涅耳结构体的凹面)。
456.图3d示出了图3b所示的透镜340的平面图和截面图。如上所述，透镜340包括第一部分342和围绕第一部分342的第二部分344。第一部分342包括第一透镜表面346的部分346-1以及与第一透镜表面346的部分346-1相对的第二透镜表面348的部分348-1。第二部分344包括第一透镜表面346的部分346-2,以及与第一透镜表面346的部分346-2相对的第二透镜表面348的部分348-2。部分346-1由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在平坦表面上的菲涅耳结构体)限定。部分348-1由光滑表面轮廓(例如，不包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，没有菲涅耳结构体的凸面)限定。部分346-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分348-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凹面上的菲涅耳结构体)限定。
457.如上所述，对应于第一部分342的透镜340的中心区域仅在两个透镜表面(第一透镜表面346和第二透镜表面348)中的一个上包括菲涅耳结构体。与两个透镜表面上都具有菲涅耳结构体的透镜相比，这减少了透镜340中的光学伪影。因为中心区域的光学伪影减少了，所以通过透镜340观看图像的用户不太可能感知到光学伪影。对应于第二部分344的透镜340的环形区域包括第一透镜表面346和第二透镜表面348上的菲涅耳结构体。这增加了穿过透镜340的环形区域的光的折射。
458.在一些实施例中，当透镜340用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜340被定位成使得第一透镜表面346面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第二透镜表面348面向用户的眼睛)。在一些其他实施例中，当透镜340用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜340被定位成使得第二透镜表面348面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第一透镜表面346面向用户的眼睛)。
459.在一些实施例中，第一透镜表面346上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第二透镜表面348上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第一透镜表面
346上的菲涅耳结构体具有动态拔模，而第二透镜表面348上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。在一些实施例中，第二透镜表面348上的菲涅耳结构体具有动态拔模，第一透镜表面346上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。
460.图3e是根据一些实施例的透镜350的截面图。
461.透镜350包括第一部分352和围绕第一部分352的第二部分354。第一部分352包括第一透镜表面356的部分356-1，以及与第一透镜表面356的部分356-1相对的第二透镜表面358的部分358-1。第二部分354包括第一透镜表面356的部分356-2，以及与第一透镜表面356的部分356-2相对的第二透镜表面358的部分358-2。部分356-1由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分358-1由光滑表面轮廓(例如，不包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，没有菲涅耳结构体的凸面)限定。部分356-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分358-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凹面上的菲涅耳结构体)限定。
462.在透镜350中，第一透镜表面356从部分356-1连续过渡到部分356-2。例如，在一些实施例中，邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-1的斜率与邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-2的斜率相同。在一些实施例中，邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-1的斜率的导数与邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-2的斜率的导数相同。在一些实施例中，邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-1的斜率的二阶导数与邻近部分356-1和部分356-2之间的接合处的部分356-2的斜率的二阶导数相同。这种过渡减少了光学伪影并降低了过渡的可见性。
463.在一些实施例中，当透镜350用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜350被定位成使得第一透镜表面356面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第二透镜表面358面向用户的眼睛)。在一些其他实施例中，当透镜350用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜350被定位成使得第二透镜表面358面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第一透镜表面356面向用户的眼睛)。
464.在一些实施例中，第一透镜表面356上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第二透镜表面358上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第一透镜表面356上的菲涅耳结构体具有动态拔模，而第二透镜表面358上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。在一些实施例中，第二透镜表面358上的菲涅耳结构体具有动态拔模，第一透镜表面356上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。
465.在一些实施例中，图3e中的透镜350提供了70
°
、71
°
、72
°
、73
°
、74
°
、75
°
、76
°
、77
°
、78
°
、79
°
、80
°
、90
°
或100
°
的时间视场(例如，对于20mm的良视距)。
466.图3f是根据一些实施例的透镜360的截面图。
467.透镜360包括第一部分362和围绕第一部分362的第二部分364。第一部分362包括第一透镜表面366的部分366-1，以及与第一透镜表面366的部分366-1相对的第二透镜表面368的部分368-1。第二部分364包括第一透镜表面366的部分366-2，以及与第一透镜表面366的部分366-2相对的第二透镜表面368的部分368-2。部分366-1由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分368-1由光滑表面轮廓(例如，不包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，没有菲涅耳结构体的平坦
表面)限定。部分366-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分368-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凹面上的菲涅耳结构体)限定。
468.在透镜360中，第一透镜表面366从部分366-1连续过渡到部分366-2。例如，在一些实施例中，邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-1的斜率与邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-2的斜率相同。在一些实施例中，邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-1的斜率的导数与邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-2的斜率的导数相同。在一些实施例中，邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-1的斜率的二阶导数与邻近部分366-1和部分366-2之间的接合处的部分366-2的斜率的二阶导数相同。这种过渡减少了光学伪影并降低了过渡的可见性。
469.在一些实施例中，第二透镜表面368从部分368-1连续过渡到部分368-2。例如，在一些实施例中，邻近部分368-1和部分368-2之间的接合处的部分368-1的斜率与邻近部分368-1和部分368-2之间的接合处的部分368-2的斜率相同。这种过渡进一步减少了光学伪影并降低了过渡的可见性。
470.在一些实施例中，第一透镜表面366上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第二透镜表面368上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第一透镜表面366上的菲涅耳结构体具有动态拔模，而第二透镜表面368上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。在一些实施例中，第二透镜表面368上的菲涅耳结构体具有动态拔模，第一透镜表面366上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。
471.在一些实施例中，图3f中的透镜360提供的时间视场大于图3e中的透镜350提供的时间视场。在一些实施例中，图3f中的透镜360提供80
°
、81
°
、82
°
、83
°
、84
°
、85
°
、86
°
、87
°
、88
°
、89
°
、90
°
或100
°
的时间视场(例如，对于20mm的良视距)。
472.图3g示出了根据一些实施例的图3f所示的透镜360的菲涅耳结构体。在一些实施例中，透镜360包括比图3g所示的菲涅耳结构体小的菲涅耳结构体。在一些实施例中，透镜360包括比图3g所示的菲涅耳结构体大的菲涅耳结构体。
473.如上所述，部分366-1由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分368-1由光滑表面轮廓(例如，不包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，没有菲涅耳结构体的平坦表面)限定。部分366-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分368-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凹面上的菲涅耳结构体)限定。
474.在一些实施例中，当透镜360用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜360被定位成使得第一透镜表面366面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第二透镜表面368面向用户的眼睛)。在一些其他实施例中，当透镜360用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜360被定位成使得第二透镜表面368面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第一透镜表面366面向用户的眼睛)。
475.图3h是根据一些实施例的透镜370的截面图。
476.透镜370包括第一部分372和围绕第一部分372的第二部分374。第一部分372包括第一透镜表面376的部分376-1，以及与第一透镜表面376的部分376-1相对的第二透镜表面
378的部分378-1。第二部分374包括第一透镜表面376的部分376-2，以及与第一透镜表面376的部分376-2相对的第二透镜表面378的部分378-2。部分376-1由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分378-1由光滑表面轮廓(例如，不包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，没有菲涅耳结构体的凸面)限定。部分376-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。部分378-2由菲涅耳表面轮廓(例如，包括菲涅耳结构体的表面轮廓，例如，设置在凹面上的菲涅耳结构体)限定。在一些实施例中，第二透镜表面378(包括部分378-1和378-2)由高阶多项式描述，使得第二透镜表面378包括部分378-1中的凸面，并且在拐点之后过渡到部分378-2中的凹面。例如，第二透镜表面378由四阶多项式限定，例如，z1(r)＝a1 b1×
r2 c1×
r4，其中，r是离透镜的中心的径向位置，z1是第二透镜表面378在径向位置r处的高度，a1、b1和c1是系数。在一些情况下，第二透镜表面378由高阶多项式(例如，六阶多项式、八阶多项式、十阶多项式等)限定。在一些实施例中，菲涅耳面在该拐点附近逐渐变细成部分378-2。在一些实施例中，第一透镜表面376(包括部分376-1和376-2)由高阶多项式描述，使得第一透镜表面376包括部分376-1中的凸面，并且过渡到部分376-1和376-2之间的接合处附近的不太陡峭的表面(例如，在部分376-1和376-2之间的接合处附近，斜率减小)，并且过渡到部分376-2中的另一凸面。例如，第一透镜表面376由六阶多项式限定，例如，z2(r)＝a2 b2×
r2 c
×
r4 d
×
r6，其中，z2是第一透镜表面376在径向位置r处的高度，a2、b2、c2和d是系数。在一些情况下，第一透镜表面376由高阶多项式(例如，八阶多项式、十阶多项式、十二阶多项式等)限定。
477.在透镜370中，第一透镜表面376从部分376-1连续过渡到部分376-2。例如，在一些实施例中，邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-1的斜率与邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-2的斜率相同。在一些实施例中，邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-1的斜率的导数与邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-2的斜率的导数相同。在一些实施例中，邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-1的斜率的二阶导数与邻近部分376-1和部分376-2之间的接合处的部分376-2的斜率的二阶导数相同。这种过渡减少了光学伪影并降低了过渡的可见性。
478.在一些实施例中，第二透镜表面378从部分378-1连续过渡到部分378-2。例如，在一些实施例中，邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-1的斜率与邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-2的斜率相同。在一些实施例中，邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-1的斜率的导数与邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-2的斜率的导数相同。在一些实施例中，邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-1的斜率的二阶导数与邻近部分378-1和部分378-2之间的接合处的部分378-2的斜率的二阶导数相同。这种过渡进一步减少了光学伪影并降低了过渡的可见性。
479.在一些实施例中，当透镜370用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜370被定位成使得第一透镜表面376面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第二透镜表面378面向用户的眼睛)。在一些其他实施例中，当透镜370用于显示装置(例如，显示装置300)中时，透镜370被定位成使得第二透镜表面378面向发光装置阵列310(并且当用户的眼睛放置在显示装置附近时，第一透镜表面376面向用户的眼睛)。
480.在一些实施例中，第一透镜表面376上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第二透镜表面378上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，第一透镜表面376上的菲涅耳结构体具有动态拔模，而第二透镜表面378上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。在一些实施例中，第二透镜表面378上的菲涅耳结构体具有动态拔模，第一透镜表面376上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。
481.在一些实施例中，图3h中的透镜370提供了70
°
、71
°
、72
°
、73
°
、74
°
、75
°
、76
°
、77
°
、78
°
、79
°
、80
°
、90
°
或100
°
的时间视场(例如，对于20mm的良视距)。
482.图3i是根据一些实施例的透镜380的截面图。透镜380是两个组件透镜的组合，每个组件透镜对应于图3h所示的透镜370的一部分。在一些实施例中，第一组件透镜用于向一只眼睛(例如，左眼)投影图像，第二组件透镜用于向另一只眼睛(例如，右眼)投影图像。在一些实施例中，两个组件透镜熔合在一起，如图3i所示。在一些实施例中，两个组件透镜彼此分离(例如，第一组件透镜与第二组件透镜分离)。
483.图3j是根据一些实施例的透镜390的截面图。
484.透镜390由第一透镜表面(例如，表面396)以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，表面398)限定。透镜包括第一部分(例如，392-1和394-1的组合)和不同于第一部分并与第一部分耦合的第二部分(例如，392-2和394-2的组合)。透镜的第一部分(例如，392-1和394-1的组合)包括透镜的第一部分的第一子部分(例如，392-1)和位于透镜的第一部分的第一子部分周围的、透镜的第一部分的第二子部分(例如，394-1)。透镜的第一部分的第一子部分(例如，392-1)包括第一透镜表面的第一表面部分(例如，表面部分396-1)。透镜的第一部分的第二子部分(例如，394-1)由第一透镜表面的第二表面部分(例如，表面部分396-2)以及与第一透镜表面的第二表面部分相对的第三表面(例如，表面395)限定。透镜的第二部分(例如，392-2和394-2的组合)包括透镜的第二部分的第一子部分(例如，392-2)和位于透镜的第二部分的第一子部分周围的、透镜的第二部分的第二子部分(例如，394-2)。透镜的第二部分的第一子部分(例如，392-2)包括第二透镜表面的第一表面部分(例如，表面部分398-1)。透镜的第二部分的第二子部分(例如，394-2)由第二透镜表面的第二表面部分(例如，表面部分398-2)以及与第二透镜表面的第二表面部分相对的第四表面(例如，表面397)限定。透镜的第一部分的第二子部分(例如，394-1)与透镜的第二部分的第二子部分(例如，394-2)分离。第三表面不同于第四表面。第一透镜表面(例如，表面396)由第一透镜表面的第一表面部分和第二表面部分上的菲涅耳表面轮廓限定(例如，菲涅耳结构体设置在第一透镜表面的第一表面部分和第二表面部分上的平坦表面上)。第二透镜表面(例如，表面398)由第二透镜表面(例如，凹透镜表面)的第一表面部分和第二表面部分上的光滑表面轮廓限定。在一些实施例中，第三透镜表面(例如，表面395)由光滑透镜表面(例如，凸透镜表面)限定。在一些实施例中，第四透镜表面(例如，表面397)由菲涅耳表面轮廓(例如，设置在凸面上的菲涅耳结构体)限定。
485.在一些实施例中，透镜表面396上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，透镜表面397上的菲涅耳结构体具有动态拔模。在一些实施例中，透镜表面396上的菲涅耳结构体具有动态拔模，并且透镜表面397上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。在一些实施例中，透镜表面397上的菲涅耳结构体具有动态拔模，透镜表面396上的菲涅耳结构体具有恒定拔模。
486.在一些实施例中，图3j中的透镜390提供了70
°
、71
°
、72
°
、73
°
、74
°
、75
°
、76
°
、77
°
、78
°
、79
°
、80
°
、90
°
或100
°
的时间视场(例如，对于20mm的良视距)。
487.图4a示出了根据一些实施例的透镜的等距视图。图4a所示的透镜是轴对称的(例如，关于透镜的中心旋转对称)。尽管图4a所示的透镜是圆形透镜，但是在一些实施例中，切掉圆形透镜的一部分(例如，使用如图3a所示的透镜的矩形部分)。
488.图4b示出了图4a所示的透镜的平面图和截面图。平面视图上的线aa’代表在其上截取截面图的平面。在图4c中详细示出透镜的截面图。
489.图4c示出了图4a所示的透镜的截面图。
490.透镜由第一透镜表面440以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面450限定。第一透镜表面440的第一部分442由光滑表面轮廓函数限定。第一透镜表面440的第二部分444由菲涅耳表面轮廓函数限定。第一透镜表面440的第二部分444围绕第一透镜表面440的第一部分442(例如，第一透镜表面440的第二部分444对应于透镜的彼此偏移的同心环形部分)。
491.在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少10％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少20％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少30％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少40％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少50％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少60％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少70％。在一些实施例中，第一透镜表面440的第一部分442的宽度(例如，直径)是透镜宽度(例如，直径)的至少80％。
492.如本文所使用的，平滑表面轮廓函数是指其导数是连续的表面轮廓函数(例如，当表面轮廓被定义为径向位置a的函数(例如，f(a))时，f(a)的导数(例如，f’(a))是连续的)。在一些实施例中，菲涅耳表面轮廓函数表征为菲涅耳表面轮廓函数的导数中的不连续性(例如，当表面轮廓被定义为径向位置a的函数(例如，f(a))时，f(a)的导数(例如，f’(a))具有不连续性)。在一些实施例中，平滑表面轮廓函数表征为平滑表面轮廓函数的导数，其从透镜的中心到透镜一端具有零值和正值或负值(例如，平滑表面轮廓函数的导数仅从透镜的中心到透镜一端具有零值和负值)，菲涅耳表面轮廓函数表征为菲涅耳表面轮廓函数的导数，其从透镜的中心到透镜一端具有正值和负值两者。
493.在一些实施例中，菲涅耳表面轮廓函数限定了相同高度的凹槽。在一些实施例中，菲涅耳表面轮廓函数限定了相同宽度的凹槽。
494.在一些实施例中，第一部分442的高度(例如，在第一部分442和第二部分444之间的接合处的透镜430的中心厚度和透镜430的厚度之间的差)大于任何凹槽高度(例如，在第二部分444中限定的凹槽的峰和谷之间的平行于透镜430的轴的垂直距离)。在一些实施例中，第一部分442的高度至少是任何凹槽高度的两倍。在一些实施例中，第一部分442的高度至少是任何凹槽高度的三倍。在一些实施例中，第一部分442的高度至少是任何凹槽高度的五倍。在一些实施例中，第一部分442的高度至少是任何凹槽高度的十倍。
495.图4d示出了根据一些实施例的柱面透镜的等距视图。图4d中的透镜的横截面仅在
一个方向上对应于图4c中所示的横截面。
496.图4d中的透镜沿着第一方向聚焦光，但是不沿着垂直于第一方向的第二方向聚焦光。因此，图4c中的透镜表现得像柱面透镜。
497.在一些实施例中，图4d所示的透镜中的菲涅耳结构体具有动态拔模。
498.图5a示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。
499.在图5a中，平滑透镜表面以这种方式过渡到菲涅耳透镜表面，使得平滑透镜表面和菲涅耳透镜表面是连续的，并且其斜率在平滑透镜表面和菲涅耳透镜表面的接合处也匹配。已经发现，当光滑透镜表面的斜率和菲涅耳透镜表面的斜率在接合处匹配时，过渡变得光学无缝。这减少或消除了过渡时的伪影。本领域技术人员将认识到，保持高阶连续性(例如，二阶和/或三阶导数的连续性)进一步减少了过渡时的伪影(例如，失真中的波纹)。因此，在一些实施例中，平滑透镜表面的二阶导数和菲涅耳透镜表面的二阶导数在接合处匹配。在一些实施例中，平滑透镜表面的三阶导数和菲涅耳透镜表面的三阶导数在接合处匹配。
500.图5b至5d示出了根据一些实施例的示例性表面轮廓。在图5b至5d中，平滑透镜表面以这种方式过渡到菲涅耳透镜表面，使得平滑透镜表面和菲涅耳透镜表面是连续的，但是其斜率在平滑透镜表面和菲涅耳透镜表面的接合处不匹配。在这些透镜中，斜率的突然变化会导致成像伪影。跨越这种不连续性的光线束分裂到显示器的不同部分，这增加了过渡的可见性。
501.根据这些原则，我们现在转向某些实施例。
502.根据一些实施例，透镜包括光学透明基板(例如，由玻璃制成的基板，例如，n-bk7、n-sf11或f2；硼酸钡；氟化钡；氟化镁；蓝宝石；氟化钙；熔融石英；方解石；塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚碳酸酯；等)，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，图4c中的透镜430具有第一透镜表面440和第二透镜表面450)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，第一透镜表面440在部分444中包括菲涅耳结构体)。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面(例如，图2a中的菲涅耳结构体272具有斜面和拔模面)。拔模面以拔模角表征。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的中心的距离。
503.在一些实施例中，第二透镜表面不包括任何菲涅耳结构体(例如，图4c中的透镜430)。在一些实施例中，第二透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，图3d中的透镜340)。在一些实施例中，第二透镜表面上的相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的中心的距离。
504.在一些实施例中，多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体(例如，图2b中的菲涅耳结构体272和菲涅耳结构体274)。第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角(例如，菲涅耳结构体272具有小拔模角)。第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于第一拔模角的第二拔模角(例如，菲涅耳结构体274具有大拔模角)。
505.在一些实施例中，透镜被配置为聚焦撞击在第一透镜表面上的光(例如，透镜是会聚透镜，如图2g所示)。
506.在一些实施例中，基于相应菲涅耳结构体离透镜的中心的距离，选择相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少撞击在第一透镜表面上的光和相应菲涅耳结构体的拔模面的相互
作用(例如，如图2c所示，拔模角根据相应菲涅耳结构体离透镜的中心的距离而变化)。
507.在一些实施例中，透镜包括第一部分(例如，图3g中的362)；以及不同于第一部分并位于第一部分周围的第二部分(例如，图3g中的364)。透镜的第一部分的第一透镜表面(例如，366-1)由菲涅耳表面轮廓限定。透镜的第一部分的第二透镜表面(例如，368-1)由光滑表面轮廓函数限定。透镜的第二部分的第一透镜表面(例如，366-2)由菲涅耳表面轮廓限定。透镜的第二部分的第二透镜表面(例如，368-2)由菲涅耳表面轮廓限定。
508.在一些实施例中，透镜的第二部分的第一透镜表面从透镜的第一部分的第一透镜表面延伸，并且透镜的第二部分的第二透镜表面从透镜的第一部分的第二透镜表面延伸。例如，在图3g中，第一透镜表面366的部分366-2从第一透镜表面366的部分366-1延伸，第二透镜表面368的部分368-2从第二透镜表面368的部分368-1延伸。
509.在一些实施例中，透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分。例如，在图3h中，第二部分374由凸面376-2和凹面378-2限定。
510.在一些实施例中，透镜的第一部分对应于平凸透镜的一个或多个部分。例如，在图3f中，第一部分362由凸面366-1和平坦表面368-1限定。在另一示例中，在图3d中，第一部分342由平坦表面346-1和凸面348-1限定。
511.在一些实施例中，透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分。透镜的第二部分的凸面从透镜的第一部分的平面延伸。例如，在图3d中，第二部分344由凹面348-2和从平坦表面346-1延伸的凸面346-2限定。
512.在一些实施例中，透镜的第二部分对应于凸凹透镜的一个或多个部分。透镜的第二部分的凹面从透镜的第一部分的平面延伸。例如，在图3f中，第二部分364由凸面366-2和从平坦表面368-1延伸的凹面368-2限定。
513.在一些实施例中，透镜的第一部分对应于双凸透镜的一个或多个部分。例如，在图3e中，第一部分352由凸面356-1和凸面358-1限定。
514.在一些实施例中，第二透镜表面由多项式限定，其包括透镜的第一部分的凸面和透镜的第二部分的凹面(例如，图3h中的第二透镜表面378，其包括第一部分378-1中的凸面和第二部分378-2中的凹面)。在一些实施例中，第一透镜表面由多项式限定，该多项式包括透镜的第一部分的凸面和透镜的第二部分的凸面(例如，图3h中的第一透镜表面376-1，其包括第一部分376-1中的凸面和第二部分376-2中的凸面)。
515.在一些实施例中，第一透镜表面的第一部分(例如，图4c中的部分442)由平滑表面轮廓函数限定。第一透镜表面的第二部分(例如，图4c中的部分444)由菲涅耳表面轮廓函数限定。第一透镜表面的第二部分围绕第一透镜表面的第一部分。例如，第一透镜表面的第一部分不包括任何菲涅耳结构体，并且第一透镜表面的第二部分包括多个菲涅耳结构体。
516.在一些实施例中，第二透镜表面包括多个菲涅耳结构体。在一些实施例中，第二透镜表面不包括任何菲涅耳结构体。
517.在一些实施例中，第一透镜表面的第一部分和第二部分由两个表面轮廓函数的和定义。两个表面轮廓函数中的第一表面轮廓函数定义了第一透镜表面的第一部分和第二部分上的平滑表面轮廓。这两个表面轮廓函数的第二表面轮廓函数定义：在第一透镜表面的第一部分上的平滑表面轮廓；以及在第一透镜表面的第二部分上的菲涅耳表面轮廓。
518.在一些实施例中，第一表面轮廓函数的导数(例如，一阶导数)在第一透镜表面的
第一部分和第二部分上是连续的。第二表面轮廓函数的导数(例如，一阶导数)在第一透镜表面的第一部分上是连续的。
519.在一些实施例中，第一表面轮廓函数的二阶导数在第一透镜表面的第一部分和第二部分上是连续的，而第二表面轮廓函数的二阶导数在第一透镜表面的第一部分上是连续的。
520.在一些实施例中，在第一透镜表面的第一部分上的第二表面轮廓函数的平滑表面轮廓是平坦的。
521.在一些实施例中，第二表面轮廓函数的导数在第一透镜表面的第二部分(例如，第二部分具有菲涅耳结构体)上具有不连续性。
522.根据一些实施例，显示装置(例如，图3a中的显示装置300)包括上述透镜(例如，图3a中的透镜320)。显示装置还包括与透镜耦合的发光装置阵列(例如，图3a中的发光装置阵列310)，用于输出通过透镜的光。
523.在一些实施例中，显示装置是头戴式显示装置(例如，图1a中的显示装置100)。
524.在一些实施例中，发光装置阵列被配置为当显示装置佩戴在用户头部时，输出光并将光通过透镜透射到用户的眼睛(例如，图3a中的眼睛330)。
525.图6a示出了根据一些实施例的显示器602从离轴位置612通过菲涅耳透镜606向参考瞳孔608透射光线604的截面图。菲涅耳透镜606具有第一表面603-1和第二表面603-2(例如，与第一表面603-1相对的表面)。第一表面603-1具有菲涅耳结构体，并且相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离(例如，相应菲涅耳结构体的拔模角根据相应菲涅耳结构体距参考轴的距离而变化)。在一些实施例中，参考轴是菲涅耳透镜606的光轴610。在一些实施例中，参考轴从菲涅耳透镜606的中心延伸。在一些实施例中，显示器602对应于显示装置205的电子显示器215，如图1b所示。在一些实施例中，显示器602包括具有发光装置312的发光装置阵列310，如上面参考图3a所述，并且被配置为发射光。在一些实施例中，显示器602从位于显示器602上的离轴位置612(例如，显示器602上远离参考轴(例如，光轴610)通过菲涅耳透镜606朝向参考瞳孔608的中心透射光线604。在一些实施例中，参考离轴位置612远离光轴610。在一些实施例中，参考离轴位置612位于显示器602的外围。在一些实施例中，光线604是包括显示器602和菲涅耳透镜606的光学系统的主光线(也称为主要光线)。
526.在图6a中，参考离轴位置612和参考瞳孔608位于菲涅耳透镜606的相对侧。参考离轴位置612面向菲涅耳透镜606的第一表面603-1，参考瞳孔608面向菲涅耳透镜606的第二表面603-2。
527.在图6a中，菲涅耳透镜606具有大致平面的形状(例如，透镜的厚度小于透镜的直径)。在一些实施例中，菲涅耳透镜606限定了参考平面，在图6a中被指示为平面609。在一些情况下，参考离轴位置612位于平面609的第一侧，参考瞳孔608位于与平面609的第一侧相对的、平面609的第二侧。
528.良视距605指的是参考瞳孔608和菲涅耳透镜606之间的距离(例如，参考瞳孔608和菲涅耳透镜606的第二表面603-2之间的距离)。在一些实施例中，菲涅耳透镜606被配置为大约5mm或更大(例如，大约5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm或更大)的预定义的良视距。
529.在一些实施例中，参考瞳孔608的直径范围为约1mm至约12mm(例如，约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或约12mm)。在一些实施例中，参考瞳孔608的直径范围从大约2mm至大约8mm。在一些实施例中，参考瞳孔608对应于用户眼睛330的瞳孔332，如参考图3a所述。在一些实施例中，参考瞳孔608指用于设计菲涅耳透镜606的区域。
530.图6b示出了根据一些实施例的具有平行于在第一介质中光线604的拔模面614的菲涅耳结构体。图6b所示的拔模面614-1和614-2类似于图2f所示的拔模面，除了不同地选择表征拔模面614-1和614-2的拔模角之外。在图6b中，选择拔模角，使得拔模面614-1和614-2平行于相应光线604-1和604-2，所述光线604-1和604-2在第一介质(例如，空气)中从参考离轴位置612通过相应的动态拔模菲涅耳结构体朝向参考瞳孔608透射。相比之下，在图2f中，选择拔模角，使得拔模面平行于光线604-1和604-2，所述光线604-1和604-2在第二介质(例如，第二介质是用于制造透镜的基板)中从参考离轴位置612通过相应动态拔模菲涅耳结构体朝向参考瞳孔608透射。在一些实施例中，第二介质是光学透明基板，例如，由玻璃制成的基板，例如，n-bk7、n-sf11或f2；硼酸钡；氟化钡；氟化镁；蓝宝石；氟化钙；熔融石英；方解石；塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯；等。光线604在不同介质中的方向取决于介质的光学特性(例如，折射率)。空气的折射率约为1，固体基板的折射率大于1(例如，聚甲基丙烯酸甲酯的折射率约为1.49，蓝宝石的折射率约为1.58，蓝宝石的折射率约为1.77)。
531.图6c示出了根据一些实施例的具有动态拔模的三个菲涅耳透镜的表面轮廓。如上面参考图2c所述，具有动态拔模的菲涅耳透镜具有拔模不同角的多个菲涅耳结构体，并且每个菲涅耳结构体的拔模角基于其离菲涅耳透镜的参考轴(例如，透镜的中心)的距离r。如上面参考图2c所述，当离透镜的中心的距离增加时，拔模角增加(例如，拔模面变得不太陡)。另外，每个菲涅耳结构体表征为基于通过每个相应菲涅耳结构体透射的光线604的方向选择的拔模角。图6c的插图展示了透镜上的两个位置的拔模面。表面轮廓616具有对应于光线604在第二介质(例如，基板)中的方向的拔模角，其对应于图2f所示的菲涅耳结构体。表面轮廓618具有对应于光线604在第一介质(例如，空气)中的方向的拔模角，其对应于图6b所示的菲涅耳结构体。表面轮廓620具有在表面轮廓616的拔模角和表面轮廓618的拔模角之间的拔模角(例如，表面轮廓616和618的拔模角的平均值)。在一些实施例中，具有动态拔模的菲涅耳透镜具有拔模角，所述拔模角是表面轮廓616和618的拔模角的加权平均值(例如，表面轮廓616的拔模角的30％和表面轮廓618的拔模角的70％，或者表面轮廓616的拔模角的40％和表面轮廓618的拔模角的60％)。
532.将参照图6d至6h解释拔模角对光学伪影的影响。如上面参考图2d和2e所述，入射光和拔模面之间的相互作用(例如，包括反射和/或折射的相互作用)可以导致增加光学伪影的至少两种类型的反射。图2d示出了当透射光线的一部分通过菲涅耳结构体的相邻斜面进入并从拔模面内反射(例如，全内反射)时的相互作用。图2e示出了当光线的一部分在撞击在拔模面表面上时反射时的相互作用(例如，通过具有第一折射率的介质透射的光线在撞击在具有大于第一折射率的第二折射率的介质制成的拔模面表面时反射，在本文称为“外反射”，以区别于全内反射)。
533.图6d示出了根据一些实施例的由光线628-2和628-3与菲涅耳透镜622(例如，传统菲涅耳透镜)的拔模面之间的相互作用引起的光学伪影。在图6d中，来自显示器602上的参
考离轴位置612的光通过菲涅耳透镜622透射。光在一系列方向上输出，因此光线沿着不同的路径传播。一部分透射的光经由图6d中的光线628-1表示的路径传播。光线628-1传播通过菲涅耳透镜622，并进入通过参考瞳孔608。在一些实施例中，光线628-1包括主光线(例如，穿过参考瞳孔608的中心的光线)。在一些情况下，光线628-1构成显示器602在参考离轴位置612发射的光的主要部分。感知进入通过参考瞳孔608的光线628-1，作为源自位于箭头624所示的方向的“虚拟”位置。
534.在与光线628-1的方向不同的方向发射从参考离轴位置612透射的一部分光。这种光在本文称为杂散光。一部分杂散光没有进入参考瞳孔608，因此没有被检测到。然而，一部分杂散光传播通过菲涅耳透镜622，并且在与拔模面相互作用时，进入通过参考瞳孔608。进入参考瞳孔608的这种杂散光的示例由图6d中的光线628-2和628-3表示。光线628-2在比光线628-1更靠近透镜的中心的位置经由进入菲涅耳透镜622的路径传播。光线628-2通过相邻的斜面进入相应菲涅耳结构体，并从拔模面内部反射(例如，通过全内反射，如图6d的左侧插图所示)。光线628-2通过参考瞳孔608进入，并被检测为位于箭头626-1所示的方向上的光学伪影。由内部反射引起的这种伪影在本文称为“内部模式”伪影。伪影的另一来源是光线628-3，光线628-3在比光线628-1更远离透镜的中心的位置进入菲涅耳透镜622。光线628-3在撞击在菲涅耳透镜622的拔模面上时反射(例如，如图6d右侧插图所示的“外部反射”)，然后通过透镜向参考瞳孔608透射。光线628-3进入通过参考瞳孔608，并被检测为位于箭头626-2所示的方向的光学伪影。由外部反射引起的这种伪影在本文称为“外部模式”伪影。
535.内部模式和外部模式光学伪影通过具有仔细选择的拔模角的动态拔模的菲涅耳结构体减少。在某些情况下，当瞳孔远离菲涅耳透镜设计的预定义的良视距时，内部和/或外部模式伪影变得更加显著。即使瞳孔远离预定义的良视距，如下所述选择的拔模角减少了内部模式和外部模式光学伪影。
536.图6e示出了根据一些实施例的由菲涅耳透镜630的拔模面引起的光学伪影的预测示例。在图6e中，菲涅耳透镜630的拔模面平行于基板中的光线604(例如，图6c的表面轮廓616)。尽管菲涅耳透镜630的动态拔模减少了光学伪影(例如，图2h和2i)，但是仍然存在一些光学伪影，尤其是当瞳孔远离菲涅耳透镜630的预选良视距时。
537.菲涅耳透镜630被配置用于15mm的良视距。在图6e的部分ii(中间部分)中，参考瞳孔608位于预定义的良视距处(例如，15mm)。来自参考离轴位置612的光线628-1在箭头624所示的方向通过参考瞳孔608进入。此外，来自参考离轴位置612的一部分光线(例如，光线628-2)在箭头626-1所示的方向通过参考瞳孔608进入，这导致内部模式光学伪影。
538.在图6e的部分i(左侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜630相距10mm)与菲涅耳透镜630更靠近5mm。图6e的部分i还示出了光线628-3通过参考瞳孔608进入，这导致外部模式光学伪影。
539.在图6e的部分iii(右侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜630相距23mm)与菲涅耳透镜630更远离8mm。图6e的部分iii还示出光线628-2通过参考瞳孔608进入，这导致内部模式光学伪影。
540.总的来说，图6e示出了具有动态拔模的菲涅耳透镜630仍然遭受根据参考瞳孔的位置的内部和/或外部模式光学伪影。
541.图6f示出了根据一些实施例的由菲涅耳透镜632的拔模面引起的光学伪影的预测示例。在图6f中，菲涅耳透镜632的拔模面平行于空气中的光线604(例如，图6c的表面轮廓618)。
542.菲涅耳透镜632被配置为用于15mm的良视距。在图6f的部分ii(中间部分)中，参考瞳孔608位于预定义的良视距处(例如，15mm)。来自参考离轴位置612的光线628-1在箭头624所示的方向进入通过参考瞳孔608。此外，来自参考离轴位置612的一部分光线(例如，光线628-3)在箭头626-2所示的方向进入通过参考瞳孔608，这导致外部模式光学伪影。
543.在图6f的部分i(左侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜632相距10mm)与菲涅耳透镜632更靠近5mm。图6f的部分i还示出了光线628-3进入通过参考瞳孔608，这导致外部模式光学伪影。
544.在图6f的部分iii(右侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜632相距23mm)与菲涅耳透镜632更远离8mm。图6f的部分iii还示出光线628-2进入通过参考瞳孔608，这导致内部模式光学伪影。
545.总的来说，图6f示出了具有动态拔模的菲涅耳透镜632仍然遭受根据参考瞳孔的位置的内部模式和外部模式光学伪影。
546.图6g示出了根据一些实施例的由菲涅耳透镜630的拔模面引起的光学伪影的预测示例。在图6g中，菲涅耳透镜634的拔模面具有拔模角，所述拔模角是表面轮廓616和618的拔模角的平均值。
547.菲涅耳透镜634被配置为用于15mm的良视距。在图6g的部分ii(中间部分)中，参考瞳孔608位于预定义的良视距处(例如，15mm)。来自参考离轴位置612的光线628-1在箭头624所示的方向进入通过参考瞳孔608。在部分ii中，没有杂散光进入参考瞳孔608，并且减少或消除了内部模式和外部模式光学伪影。
548.在图6g的部分i(左侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜634相距10mm)与菲涅耳透镜634更靠近5mm。图6g的部分i还示出了光线628-3进入通过参考瞳孔608，这导致外部模式光学伪影。
549.在图6g的部分iii(右侧部分)中，参考瞳孔608被定位成比预定义的良视距(例如，与菲涅耳透镜634相距23mm)与菲涅耳透镜634更远离8mm。图6g的部分iii还示出光线628-2进入通过参考瞳孔608，这导致内部模式光学伪影。然而，图6g的部分iii所示的内部模式光学伪影小于图6f的部分iii所示的内部模式光学伪影。
550.总的来说，图6g示出了与菲涅耳透镜630或632相比，菲涅耳透镜634的内部模式和/或外部模式光学伪影减少了。
551.图6h示出了根据一些实施例的光学伪影的减少。图6h的图像i、ii和iii中的每一个对应于由显示装置(例如，显示装置602)显示的并且通过菲涅耳透镜和位于预定义的良视距处(例如，与菲涅耳透镜相距15mm)的瞳孔投影的图像。每个图像显示了19个特征636(例如，点)和显示特征周围的光学伪影638。
552.图6h的图像i对应于利用具有平行于基板中的光线604的拔模面的菲涅耳透镜630获得的图像。图6h的图像i示出了特征636周围的内部模式光学伪影638(例如，图6e的部分ii)。
553.图6h的图像ii对应于利用具有平行于空气中的光线604的拔模面的菲涅耳透镜
632获得的图像。图6h的图像ii示出了特征636周围的外部模式光学伪影638(例如，图6f的截面ii)。
554.图6h的图像iii对应于利用具有拔模角的菲涅耳透镜634获得的图像，该拔模角是平行于基板中的光线604的拔模角和平行于空气中的光线604的拔模角的平均值(例如，图6g的部分ii)。与图6h的图像i和图像ii相比，图6h的图像iii显示了光学伪影的显著减少。在一些实施例中，内部模式和/或外部模式光学伪影的减少允许增加良视距的范围(例如，参考瞳孔可以被定位成更远离预定义的良视距，而不会遭受显著的光学伪影)。
555.根据这些原则，我们现在转向某些实施例。
556.根据一些实施例，被配置为在第一介质(例如，空气)中透射光的透镜包括光学透明基板，该基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，图6a中具有动态拔模的菲涅耳透镜606具有第一透镜表面603-1和第二透镜表面603-2)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，第一透镜表面603-1包括多个菲涅耳结构体)。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面(例如，图2a)，拔模面以拔模角表征。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。在一些实施例中，参考轴是透镜的光轴(例如，参考轴是图6a中具有动态拔模的菲涅耳透镜606的光轴610)。在一些实施例中，参考轴从透镜的中心延伸。透镜与相应的光轴相关联(例如，具有动态拔模的菲涅耳透镜606与图6a中的光轴610相关联)。相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，第一角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体在第一介质中朝向参考瞳孔透射的光线方向(例如，在进入菲涅耳透镜606之前，从参考离轴位置612朝向参考瞳孔608透射的光线604在第一介质中的角度，例如，从参考离轴位置612到相应菲涅耳结构体的一部分光线604的角度)，第二角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线在光学透明基板中的方向(例如，从参考离轴位置612朝向图6a中的参考瞳孔608透射的光线604在光学透明基板中的角度，例如，在菲涅耳透镜606内的一部分光线604的角度)。例如，在图6c中，表面轮廓618具有对应于光线604在第一介质(例如，空气)中的方向的拔模角，表面轮廓616具有对应于光学透明基板中的光线604的方向的拔模角。表面轮廓620具有菲涅耳结构体，其拔模角是表面轮廓616和618的拔模角的平均值。参考离轴位置远离透镜的相应光轴(例如，参考离轴位置612远离图6a中的光轴610)。
557.在一些实施例中，参考瞳孔608的直径范围为1mm至12mm(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12mm)。在一些实施例中，参考瞳孔608的直径范围为2至8mm。在一些实施例中，参考瞳孔608对应于用户眼睛330的瞳孔332，如图3a所示。
558.在一些实施例中，第一介质是空气。
559.在一些实施例中，第一角度对应于在从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔的中心(例如，图6a中的参考瞳孔608的中心)透射的光线在第一介质中的方向，第二角度对应于从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔的中心透射的光线在光学透明基板中的方向。
560.在一些实施例中，参考离轴位置和参考瞳孔位于透镜的相对侧(例如，参考离轴位置612和参考瞳孔608位于图6a中菲涅耳透镜606的相对侧)。例如，参考离轴位置位于透镜的第一侧，参考瞳孔位于与透镜的第一侧相对的、透镜的第二侧(例如，在图6a中，参考离轴位置612位于菲涅耳透镜606的第一侧，参考瞳孔608位于与第一侧相对的菲涅耳透镜606的
第二侧)。在某些情况下，透镜位于参考离轴位置和参考瞳孔之间。在一些实施例中，透镜限定了相应的平面(例如，由图6a中的菲涅耳透镜606限定平面609)。例如，透镜具有大致平坦的形状(例如，透镜的厚度小于透镜的直径，有时小于透镜的直径的一半)。在一些情况下，参考离轴位置位于相应平面的第一侧，参考瞳孔位于与该平面的第一侧相对的、相应平面的第二侧(例如，参考离轴位置612位于平面609的第一侧，参考瞳孔608位于与图6a中的第一侧相对的平面609的第二侧)。
561.在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的拔模角是第一角度和第二角度的平均值。例如，表面轮廓620示出了具有拔模角的菲涅耳结构体，所述拔模角是图6c中的表面轮廓616和618的拔模角的平均值。
562.在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的拔模角不同于第二角度(例如，表面轮廓620的拔模角不同于表面轮廓616的拔模角)。在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的拔模角不同于第一角度(例如，表面轮廓620的拔模角不同于表面轮廓618的拔模角)。在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的拔模角是第一角度和第二角度的加权平均值(例如，基于不相等权重的加权平均值，例如，60:40、70:30、80:20等)。
563.在一些实施例中，透镜被配置为聚焦撞击在第一透镜表面上的光(例如，具有动态拔模的菲涅耳透镜606是会聚透镜，如图6a所示)。
564.在一些实施例中，选择相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少撞击在第一透镜表面上并与相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用(例如，反射和/或折射)并进入通过参考瞳孔的光(例如，在图6g和图6h的图像iii中示出了减少与具有动态拔模的菲涅耳透镜634的拔模面相互作用并进入通过参考瞳孔608的光)。
565.在一些实施例中，选择相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少从相应菲涅耳结构体的拔模面反射并进入通过参考瞳孔的光(例如，在图6g和图6h的图像iii中示出了减少外部模式光学伪影)。
566.在一些实施例中，选择相应菲涅耳结构体的拔模角，以减少通过全内反射从相应菲涅耳结构体的拔模面反射的光进入通过参考瞳孔(例如，在图6g和图6h的图像iii中示出了减少内部模式光学伪影)。在一些实施例中，减少在撞击到拔模面上时从第一介质反射的并通过参考瞳孔进入的至少一部分光。
567.在一些实施例中，多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体(例如，图2b中的菲涅耳结构体272和菲涅耳结构体274)。第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角(例如，菲涅耳结构体272具有小拔模角)。第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于第一拔模角的第二拔模角(例如，菲涅耳结构体274具有大拔模角；也参见图6c)。
568.在一些实施例中，光学透明基板包括不同于第一介质的第二介质。例如，第一介质(例如，空气)的折射率不同于第二介质的折射率。在一些实施例中，第二介质是玻璃，例如，n-bk7、n-sf11和f2；硼酸钡；氟化钡；氟化镁；蓝宝石；氟化钙；熔融石英；方解石；等。玻璃的折射率不同于空气的折射率。在一些实施例中，第二介质是透明塑料，例如，聚甲基丙烯酸甲酯。
569.根据一些实施例，显示装置包括上面讨论的透镜(例如，图6g中具有动态拔模的菲涅耳透镜634)以及与透镜耦合的电子显示器(例如，显示装置602，例如，图3a中的发光装置阵列310)，用于输出通过透镜的光。
570.在一些实施例中，显示装置是头戴式显示装置(例如，图1a的显示装置100)。
571.在一些实施例中，电子显示器包括发光装置阵列，该发光装置阵列被配置为当显示装置佩戴在用户头部时输出多条光线(例如，图3a中的发光装置阵列310)，并且通过透镜朝向用户眼睛的参考瞳孔透射多条光线。
572.在一些实施例中，发光装置阵列被配置为当显示装置佩戴在用户头部时，从参考离轴位置向用户眼睛的参考瞳孔输出多条输出光线中的至少一部分(例如，通过参考离轴位置612向图6d中的参考瞳孔608输出光线628-1)。
573.在一些实施例中，发光装置阵列包括基于液晶的像素阵列。在一些实施例中，电子显示器是液晶显示器(lcd)。
574.在一些实施例中，参考离轴位置位于电子显示器上(例如，参考离轴位置612位于图6d中的显示器602上)。
575.在一些实施例中，参考离轴位置位于电子显示器的外围(例如，在图6d中的显示器602外围的参考离轴位置612)。
576.根据一些实施例，用于减少光学伪影的方法包括从显示装置(例如，图6d中的显示器602)发射通过第一介质朝向透镜(例如，图6g中具有动态拔模的菲涅耳透镜634)的光。该透镜包括光学透明基板，该基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，图6a)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，图6a)。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，拔模面以拔模角表征(例如，图2a)。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离(例如，图6c)。透镜与相应的光轴相关联(例如，图6a)。相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向参考瞳孔透射的光线方向(例如，图6c)。参考离轴位置远离透镜的相应光轴(例如，图6a)。
577.根据一些实施例，透镜包括光学透明基板(例如，由塑料制成的基板(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)以及玻璃，例如，n-bk7、n-sf11和f2；硼酸钡；氟化钡；氟化镁；蓝宝石；氟化钙；熔融石英；方解石等)，其具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，图6a)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，图6a)。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面(例如，图2a)，拔模面以拔模角表征。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离。在一些实施例中，参考轴是透镜的光轴(例如，图6a)。选择相应菲涅耳结构体的拔模角，使得从参考离轴位置撞击到多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体上的光线在进入相应菲涅耳结构体之后不会撞击到拔模面上(例如，选择菲涅耳透镜634的拔模角，以减少全内反射，如图6g和图6h的图像iii所示)。
578.在一些实施例中，菲涅耳透镜还被配置为减少与各种注视方向相关联的光学伪影，如本文参考图7a至7c所述。
579.图7a示出了根据一些实施例的第一参考瞳孔706及其旋转运动。第一参考瞳孔706对应于上面参考图6a描述的参考瞳孔608。参考瞳孔706可绕参考旋转中心718旋转(例如，眼睛的瞳孔可以围绕眼睛的中心旋转)。第一参考瞳孔706和参考旋转中心718之间的距离720为8mm或更大(例如，8mm、10mm、12mm、14mm等)。在一些实施例中，距离720是12mm。
580.在图7a中，用三个位置706-1、706-2和706-3示出了第一参考瞳孔706的旋转。位置706-1对应于第一参考瞳孔706直接面向菲涅耳透镜606的位置。当第一参考瞳孔706位于位置706-1时，第一参考瞳孔706沿着菲涅耳透镜606的光轴610定位。位置706-2和706-3远离光轴610。在图7a中，位置706-2从位置706-1(和光轴610)旋转20
°
，位置706-3从位置706-1(和光轴610)旋转40
°
。
581.图7a还示出了第一参考瞳孔706限定参考平面714(例如，第一参考瞳孔706在参考平面714上)。例如，在位置706-1处的第一参考瞳孔706限定参考平面714-1，在位置706-2处的第一参考瞳孔706限定参考平面714-2，在位置706-3处的第一参考瞳孔706限定参考平面714-3。
582.在一些实施例中，第一参考瞳孔706的旋转表征为表面区域715-1(例如，由第一参考瞳孔706的旋转覆盖的区域)。图7a还示出了第二参考瞳孔710表征为表面区域715-2(例如，第二参考瞳孔710限定了圆形开口，并且圆形开口的区域具有区域715-2)。如图7a所示，表面区域715-1大于表面区域715-2。下面参照图7b描述第二参考瞳孔710的重要性。
583.图7b示出了根据一些实施例的被设计用于可变凝视的菲涅耳透镜704和不被设计用于可变凝视的菲涅耳透镜702的操作。
584.在图7b的部分i(左侧)中，显示器602发射通过菲涅耳透镜702向位于位置706-1的参考瞳孔706的光线716-1、716-2和716-3。在一些实施例中，菲涅耳透镜702对应于上面参考图6g描述的菲涅耳透镜634。在图7b的部分i中，菲涅耳透镜702的拔模面被配置为使得相应菲涅耳结构体的拔模面在第一角度和第二角度之间。第一角度对应于第一介质(例如，空气)中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第一参考瞳孔706透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第一参考瞳孔706透射的光线方向。如上面参考图6h所述，菲涅耳透镜702被配置为当参考瞳孔706位于位置706-1时减少光学伪影。
585.在图7b的部分ii(右侧)中，显示器602发射通过菲涅耳透镜704的光线716-4、716-5和716-6。在图7b的部分ii中，菲涅耳透镜704的拔模面被配置为使得相应菲涅耳结构体的拔模面在第三角度和第四角度之间。第三角度对应于第一介质(例如，空气)中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔710透射的光线方向，第四角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔710透射的光线方向。第二参考瞳孔710比第一参考瞳孔706更远离菲涅耳透镜704。菲涅耳透镜704被配置为当参考瞳孔706远离菲涅耳透镜704的光轴(例如，位置706-2或位置706-3)时减少光学伪影。在一些实施例中，第二参考瞳孔710位于包括第一参考瞳孔706的旋转中心718的平面722上。
586.图7b还在插图730中示出了菲涅耳透镜702的部分730-1和菲涅耳透镜704的部分730-2的表面轮廓。在插图730中，菲涅耳透镜702(用实线示出)具有图6c的表面轮廓620(例如，菲涅耳透镜702的每个菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体向第一参考瞳孔706透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体向第一参考瞳孔706透射的光线方向)。同样在插图730中，菲涅耳透镜704(用虚线示出)具有一不同的表面轮廓732，其中，菲涅耳透镜704的每个菲涅耳结构体的拔模角在第三角度和第四角度之
间，第三角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔710透射的光线方向，第四角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔710透射的光线方向。选择菲涅耳透镜704的拔模角，以当第一参考瞳孔706不直接面向菲涅耳透镜704(例如，第一参考瞳孔706在位置706-2)时减少光学伪影。
587.图7c示出了根据一些实施例的比较与被设计用于可变凝视的菲涅耳透镜704和不被设计用于可变凝视的菲涅耳透镜702相关联的光学伪影的预测示例。
588.图像i和ii示出了当参考瞳孔位于位置706-1(图像i)和位置706-2(图像ii)时菲涅耳透镜702的模拟结果。在图像i中，显示的特征724对应于凝视的方向(例如，眼睛面向显示的特征724)，并且显示的特征724周围的光学伪影728不突出。在图像ii中，显示的特征726对应于凝视的方向(例如，眼睛正朝着显示的特征726凝视)，并且光学伪影728显著地存在于显示的特征726周围，从而降低了用户对显示的图像的质量的感知。
589.图像iii和图像iv示出了当参考瞳孔位于位置706-1(图像iii)和位置706-2(图像iv)时菲涅耳透镜704的模拟结果。在图像iii中，显示的特征724周围的光学伪影728并不突出。相反，在图像iv中，光学伪影728在显示的特征726周围并不突出。因为眼睛对于中心视觉的敏锐度高于周边视觉，所以远离凝视方向的光学伪影对于观察者来说显得不那么显著。因此，减少对应于凝视方向的显示特征周围的光学伪影提高了用户对显示的图像的质量的感知。
590.根据这些原则，我们现在转向某些实施例。
591.根据一些实施例，透镜被配置为将第一介质中的光透射到第一参考瞳孔。透镜包括光学透明基板(例如，基板606)，其具有第一透镜表面(例如，透镜表面603-1)以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，透镜表面603-2)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体(例如，图2b)。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面，拔模面以拔模角表征(例如，图2b)。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离(例如，拔模角随着相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离而增加)。透镜与相应的光轴相关联。参考离轴位置远离透镜的相应光轴。相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向(例如，在进入菲涅耳透镜704之前的光线716-5方向)，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向(例如，菲涅耳透镜704内的光线716-5的方向)。第一参考瞳孔位于距光学透明基板的第一距离处。第二参考瞳孔位于距光学透明基板的第二距离处。第二距离大于第一距离(例如，菲涅耳透镜704和第二参考瞳孔710之间的距离大于菲涅耳透镜704和第一参考瞳孔706之间的距离)。
592.在一些实施例中，第一介质是空气。
593.在一些实施例中，第一参考瞳孔是可旋转的，使得当第一参考瞳孔处于第一旋转位置时，第一参考瞳孔限定第一参考平面(例如，第一参考平面714-2)，并且当第一参考瞳孔处于不同于第一旋转位置的第二旋转位置时，第一参考瞳孔限定第二参考平面(例如，第二参考平面714-3)。第一参考平面不平行于第二参考平面。
594.在一些实施例中，第一参考瞳孔可绕参考旋转中心(例如，旋转中心718)旋转。
595.在一些实施例中，第二参考瞳孔限定第三参考平面(例如，平面722)。参考旋转中心位于第三参考平面上(例如，图7b的部分ii)。
596.在一些实施例中，第一参考瞳孔的旋转表征为第一表面区域(例如，表面区域715-1)。第二参考瞳孔表征为第二表面区域(例如，表面区域715-2)。第一表面区域大于第二表面区域。
597.在一些实施例中，基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离，选择相应菲涅耳结构体的拔模角，以在第一参考瞳孔不垂直于透镜的参考轴(例如，图7b的部分ii)时，减少撞击在第一透镜表面上并与相应菲涅耳结构体的拔模面相互作用并通过第一参考瞳孔进入的光。
598.在一些实施例中，第二参考瞳孔和透镜位于第一参考瞳孔的相对侧(例如，第二参考瞳孔710和透镜704位于第一参考瞳孔706的相对侧)。
599.在一些实施例中，第二距离比第一距离大10mm或更多。在一些实施例中，第二距离比第一距离大了眼睛半径，该半径通常在8mm至12mm的范围内。
600.在一些实施例中，多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体。第一菲涅耳结构体的拔模面具有第一拔模角。第二菲涅耳结构体的拔模面具有不同于第一拔模角的第二拔模角。
601.根据一些实施例，显示装置包括本文描述的透镜以及与透镜耦合的电子显示器，用于输出通过透镜的光(例如，图3a)。
602.在一些实施例中，显示装置是头戴式显示装置(例如，图1a)。
603.在一些实施例中，电子显示器包括发光装置阵列，该发光装置阵列被配置为当显示装置佩戴在用户头部时，输出多条光线并通过透镜朝向用户眼睛的参考瞳孔透射多条光线。
604.在一些实施例中，发光装置阵列被配置为当显示装置佩戴在用户头部时，从参考离轴位置向用户眼睛的参考瞳孔输出多条输出光线的至少一部分。
605.在一些实施例中，发光装置阵列包括基于液晶的像素阵列。
606.在一些实施例中，参考离轴位置位于电子显示器上。在一些实施例中，参考离轴位置位于电子显示器的外围。
607.根据一些实施例，一种制造用于从显示装置通过第一介质向第一参考瞳孔引导光的透镜的方法，包括配置包括光学透明基板的透镜，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。所述第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。所述多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。所述拔模面以拔模角表征。所述透镜与相应的光轴相关联。所述参考离轴位置远离透镜的相应光轴。配置透镜，包括基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离，确定相应菲涅耳结构体的拔模角，使得相应菲涅耳结构体的拔模角在第一角度和第二角度之间，所述第一角度对应于第一介质中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向，第二角度对应于光学透明基板中从参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向。所述第一参考瞳孔位于距光学透明基板的第一距离处。所述第二参考瞳孔位于距光学透明基板的第二距离处。所述第二距离大于所述第一距离。
608.在一些实施例中，第一参考瞳孔是可旋转的，使得当第一参考瞳孔处于第一旋转
位置时，第一参考瞳孔限定第一参考平面，并且当第一参考瞳孔处于不同于第一旋转位置的第二旋转位置时，第一参考瞳孔限定第二参考平面。第一参考平面不平行于第二参考平面。
609.在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的拔模角是第一角度和第二角度的平均值。
610.图8a示出了根据一些实施例的通过菲涅耳透镜(具有通过直径为1mm的瞳孔观察的500μm菲涅耳节距)投影的白光的图像。
611.当图像被菲涅耳透镜投影时，一部分入射光被菲涅耳透镜的拔模面衰减(例如，反射、阻挡和/或散射)，从而产生如图8a所示的暗环形图案。当显示的图像明亮(例如，显示的图像对应于白色屏幕)，拔模面大和/或瞳孔小时，可以容易地检测到环形图案。特别地，环形图案沿着图像的边缘更明显，因为拔模面的投影面积朝向菲涅耳透镜的边缘大于朝向菲涅耳透镜的中心。
612.如下面参考图8e和8f所述，减小菲涅耳结构体朝向菲涅耳透镜的边缘的节距，降低了环形图案的可见性，从而提高了投影图像的均匀性和质量。
613.图8b示出了根据一些实施例的菲涅耳透镜的横截面。
614.图8b所示的菲涅耳透镜具有多个菲涅耳结构体，例如，菲涅耳结构体810和菲涅耳结构体820。如上面参考图2b所述，每个菲涅耳结构体具有斜面和拔模面。斜面表征为倾斜角，拔模面以拔模角表征。
615.在一些实施例中，斜面表征为斜坡高度。例如，菲涅耳结构体810具有斜坡高度808，菲涅耳结构体820具有斜坡高度818。在一些实施例中，斜面的斜坡高度对应于(斜坡长度)
×
sin(θs)，其中，θs对应于斜面的代表性倾斜角(例如，平均倾斜角)。
616.在一些实施例中，斜面表征为斜坡底部。例如，菲涅耳结构体810具有斜坡底部802，菲涅耳结构体820具有斜坡底部812。在一些实施例中，斜面的斜坡底部对应于(斜坡长度)
×
cos(θs)，其中，θs对应于斜面的代表性倾斜角(例如，平均倾斜角)。
617.在一些实施例中，拔模面表征为拔模底部。例如，菲涅耳结构体810具有拔模底部804，菲涅耳结构体820具有拔模底部814。在一些实施例中，拔模面的拔模底部对应于(拔模长度)
×
sin(θd)，其中，θd对应于拔模面的拔模角。
618.在一些实施例中，拔模面还表征为拔模高度。在一些实施例中，拔模面的拔模高度对应于(拔模长度)
×
cos(θd)，其中，θd对应于拔模面的拔模角。
619.在一些实施例中，相应菲涅耳结构体表征为顶点节距、斜坡底部、拔模底部和/或菲涅耳结构体宽度，其对应于斜坡底部和拔模底部的总和(例如，菲涅耳结构体810具有菲涅耳结构体宽度806，菲涅耳结构体820具有菲涅耳结构体宽度816)。
620.图8c和8d示出了根据一些实施例的菲涅耳透镜830和832的横截面。菲涅耳透镜830和菲涅耳透镜832都具有动态拔模(例如，在每个菲涅耳透镜中，基于相应菲涅耳结构体离菲涅耳透镜的参考轴的距离，确定相应菲涅耳结构体的拔模角)。然而，菲涅耳透镜830和菲涅耳透镜832具有不同的代表性节距。
621.图8c示出了菲涅耳透镜830的横截面，菲涅耳透镜830具有恒定的代表性节距(例如，对于多个菲涅耳结构体，斜坡底部保持恒定)。例如，更靠近参考轴822(例如，菲涅耳透镜830的光轴)的菲涅耳结构体和远离参考轴822的菲涅耳结构体都具有相同的斜坡底部824。
622.图8d示出了具有可变代表性节距(例如，多个菲涅耳结构体具有不同的斜坡底部)的菲涅耳透镜832的横截面。例如，更靠近参考轴822(例如，菲涅耳透镜832的光轴)的菲涅耳结构体具有斜坡底部826，而远离参考轴822的菲涅耳结构体具有不同于斜坡底部826的斜坡底部828(例如，斜坡底部828小于斜坡底部826)。
623.菲涅耳透镜边缘附近的菲涅耳结构体的小的代表性节距(例如，斜坡底部)有助于降低拔模面的可见性，如下面参考图8e和8f所述。
624.图8e示出了根据一些实施例的通过菲涅耳透镜的光透射。
625.图8e的部分i(左侧)示出了从离轴位置(例如，在电子显示器上)通过菲涅耳透镜830透射光，而图8e的部分ii(右侧)示出了从离轴位置(例如，在电子显示器上)通过菲涅耳透镜832透射光。虽然菲涅耳透镜830的菲涅耳结构体具有相同的斜坡底部，但是菲涅耳透镜832的菲涅耳结构体朝向菲涅耳透镜832的边缘具有减小的斜坡底部。因此，如图8e所示，朝向菲涅耳透镜832边缘的菲涅耳透镜832的菲涅耳结构体(在部分i的插图中示出)小于朝向菲涅耳透镜830边缘的菲涅耳透镜830的菲涅耳结构体(在部分ii的插图中示出)。如图8e所示，朝向菲涅耳透镜830边缘的大菲涅耳结构体比朝向菲涅耳透镜832边缘的小菲涅耳结构体在通过斜面透射的光线之间产生更大的间隙。
626.图8f示出了根据一些实施例的与两个菲涅耳透镜相关联的显示亮度的变化。
627.显示亮度曲线840代表通过菲涅耳透镜830透射的光强度(例如，均匀白色屏幕的图像)，显示亮度曲线842代表通过菲涅耳透镜832透射的光强度。菲涅耳透镜830的大菲涅耳结构体导致通过菲涅耳透镜830透射的光强度的大变化。相比之下，菲涅耳透镜832的小菲涅耳结构体减少了通过菲涅耳透镜832透射的光强度的变化。
628.如上面关于图8a所示，对于朝向菲涅耳透镜边缘的菲涅耳结构体，由拔模面引起的衰减更为显著。因此，减小朝向菲涅耳透镜边缘的菲涅耳结构体的尺寸有助于减小拔模面所致的衰减。在一些实施例中，朝向菲涅耳透镜的中心的菲涅耳结构体的尺寸没有减小。
629.根据这些原则，我们现在转向某些实施例。
630.根据一些实施例，透镜包括光学透明基板，该基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面(例如，菲涅耳透镜606)。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距。相应菲涅耳结构体的代表性节距基于相应菲涅耳结构体距透镜的参考轴(例如，透镜光轴)的距离。例如，菲涅耳结构体的代表性节距从透镜的中心向透镜边缘减小(例如，位于透镜的中心附近的菲涅耳结构体的代表性节距大于朝向透镜边缘的菲涅耳结构体的代表性节距)。或者，菲涅耳结构体的代表性节距从透镜的中心向透镜边缘增加(例如，位于透镜的中心附近的菲涅耳结构体的代表性节距小于朝向透镜边缘的菲涅耳结构体的代表性节距)。
631.在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的代表性节距随着相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离而线性减小。在一些实施例中，相应菲涅耳结构体的代表性节距随着相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离而非线性减小(例如，相应菲涅耳结构体的代表性节距随着相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离的倒数减小，或者相应菲涅耳结构体的代表性节距基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离的对数、指数或多项式函数减小)。
632.在一些实施例中，拔模面以拔模角表征。相应菲涅耳结构体的拔模角基于相应菲
涅耳结构体离透镜的参考轴的距离(例如，位于透镜的中心附近的菲涅耳结构体的拔模角小于朝向透镜边缘的菲涅耳结构体的拔模角)。
633.在一些实施例中，透镜被配置为通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光。拔模角在第一参考角和第二参考角之间。第一参考角对应于第一介质中从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第一参考瞳孔透射的光线方向。第二参考角对应于光学透明基板中从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第一参考瞳孔透射的光线方向(例如，图6g)。
634.在一些实施例中，第一介质是空气。
635.在一些实施例中，透镜被配置为通过第一介质从显示装置向第一参考瞳孔引导光。拔模角在第三参考角和第四参考角之间。第三参考角对应于第一介质中从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向。第四参考角对应于光学透明基板中从显示装置的参考离轴位置通过相应菲涅耳结构体朝向第二参考瞳孔透射的光线方向。第一参考瞳孔位于距光学透明基板的第一距离处。第二参考瞳孔位于距光学透明基板的第二距离处。第二距离大于第一距离(例如，图7b的部分ii)。
636.在一些实施例中，第一参考瞳孔可绕参考旋转中心旋转。第二参考瞳孔限定了包括参考旋转中心的参考平面(例如，图7b)。
637.在一些实施例中，多个菲涅耳结构体包括第一菲涅耳结构体和第二菲涅耳结构体。第一菲涅耳结构体表征为第一代表性节距。第二菲涅耳结构体表征为不同于第一代表性节距的第二代表性节距(例如，图8d)。
638.在一些实施例中，第二菲涅耳结构体比第一菲涅耳结构体更远离透镜的参考轴。第二代表性节距小于第一代表性节距(例如，如图8d所示，远离菲涅耳透镜832的光轴822的菲涅耳结构体的斜坡底部828小于更靠近菲涅耳透镜832的光轴822的菲涅耳结构体的斜坡底部826)。
639.在一些实施例中，第一菲涅耳结构体表征为第一深度。第二菲涅耳结构体表征为不同于第一深度的第二深度。例如，第一菲涅耳结构体的斜坡高度不同于第二菲涅耳结构体的斜坡高度。在一些实施例中，第二菲涅耳结构体比第一菲涅耳结构体更远离透镜的参考轴。第二深度大于第一深度(例如，远离参考轴的第二菲涅耳结构体的斜坡高度大于邻近参考轴的第一菲涅耳结构体的斜坡高度)。或者，在一些实施例中，第一深度和第二深度相同(例如，第一菲涅耳结构体的斜坡高度与第二菲涅耳结构体的斜坡高度相同)。
640.在一些实施例中，第一菲涅耳结构体表征为第一拔模角。第二菲涅耳结构体表征为不同于第一拔模角的第二拔模角。在一些实施例中，第二菲涅耳结构体比第一菲涅耳结构体更远离透镜的参考轴。第二拔模角大于第一拔模角(例如，远离参考轴的第二菲涅耳结构体的拔模角大于邻近参考轴的第一菲涅耳结构体的拔模角)。
641.在一些实施例中，基于从相应菲涅耳结构体的斜面的峰到相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离，确定代表性节距(例如，菲涅耳结构体810的斜坡底部802，如图8b所示)。在一些实施例中，代表性节距对应于相应菲涅耳结构体的斜坡底部。
642.在一些实施例中，基于从相应菲涅耳结构体的拔模面的峰到相应菲涅耳结构体的拔模面的谷的横向距离，确定代表性节距(例如，菲涅耳结构体810的拔模底部804，如图8b所示)。在一些实施例中，代表性节距对应于相应菲涅耳结构体的拔模底部。
643.在一些实施例中，基于从相应菲涅耳结构体的拔模面的谷到相应菲涅耳结构体的斜面的谷的横向距离(例如，菲涅耳结构体810的菲涅耳结构体宽度806，如图8b所示)，确定代表性节距。在一些实施例中，代表性节距对应于相应菲涅耳结构体的菲涅耳结构体宽度。
644.在一些实施例中，透镜被配置为聚焦撞击在第一透镜表面上的光(例如，图8e)。
645.在一些实施例中，选择相应菲涅耳结构体的代表性节距，以减少与相应菲涅耳区域的拔模面相互作用并进入透镜的参考瞳孔的光。在一些实施例中，选择相应菲涅耳结构体的代表性节距，以减少源自离轴位置、与相应菲涅耳区域的拔模面相互作用并进入透镜的参考瞳孔的光。
646.根据一些实施例，显示装置包括在本文描述的透镜以及与透镜耦合用于输出通过透镜的光的电子显示器。
647.在一些实施例中，显示装置是头戴式显示装置。
648.根据一些实施例，一种方法包括从显示装置向包括光学透明基板的透镜透射光，所述光学透明基板具有第一透镜表面以及与第一透镜表面相对的第二透镜表面。第一透镜表面包括多个菲涅耳结构体。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体包括斜面和拔模面。多个菲涅耳结构体中的相应菲涅耳结构体表征为代表性节距。相应菲涅耳结构体的代表性节距基于相应菲涅耳结构体离透镜的参考轴的距离(例如，图8e的部分ii)。
649.出于解释的目的，已经参考具体实施例描述了前述描述。然而，上述说明性讨论并不旨在穷举或将权利要求的范围限于所公开的精确形式。
650.例如，上面关于图2f描述的特征可以与上面关于图7b描述的特征和/或上面关于图8d描述的特征相结合。在一些实施例中，上面关于图6c和6g描述的特征可以与上面关于图7b描述的特征和/或上面关于图8d描述的特征相结合。在一些实施例中，上面关于图7b描述的特征可以与上面关于图2f描述的特征、上面关于图6c和6g描述的特征和/或上面关于图8d描述的特征相结合。在一些实施例中，上面关于图8d描述的特征可以与上面关于图2f描述的特征、上面关于图6c和6g描述的特征和/或上面关于图7b描述的特征相结合。为了简洁起见，本文省略了这些细节。
651.鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择实施例，以便最好地解释权利要求及其实际应用的基本原理，从而使得本领域的其他技术人员能够以适合于预期的特定用途的各种修改来最佳地使用实施例。