具有输出光栅的流体透镜的制作方法

1.本公开总体上涉及包括流体透镜或液体透镜(包括可调液体透镜)的设备。
发明概要
2.根据本发明的第一方面，提供了一种包括光学配置的设备，其中该光学配置包括：包括前可调透镜的前透镜组件；被配置成提供增强现实光的波导显示组件；以及包括后可调透镜的后透镜组件，其中：波导显示组件位于前透镜组件和后透镜组件之间，波导显示组件和后透镜组件的组合为增强现实光提供负光焦度(optical power)，并且该设备被配置成在现实世界图像内提供使用增强现实光形成的增强现实图像。
3.在一些实施例中，现实世界图像可以由前透镜组件接收的现实世界光形成，现实世界光然后穿过波导显示组件的至少一部分和后透镜组件。
4.在一些实施例中，该设备可以被配置成使得当由用户佩戴时，前透镜组件接收用于形成现实世界图像的现实世界光，并且后透镜组件位于用户眼睛附近。
5.在一些实施例中，该设备可以被配置成使得负光焦度校正现实世界图像和增强现实图像之间的辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict，vac)。
6.在一些实施例中，波导显示组件可以为增强现实光提供负光焦度的至少一部分。
7.在一些实施例中，波导显示组件可以包括波导显示器和负透镜(negative lens)。
8.在一些实施例中，波导显示组件可以具有大约-1.5d至-2.5d之间的负光焦度，其中d表示屈光度。
9.在一些实施例中，波导显示组件可以包括波导显示器，并且波导显示器提供负光焦度的至少一部分。
10.在一些实施例中，波导显示组件可以包括光栅。
11.在一些实施例中，前可调透镜可以包括前可调流体透镜，该前可调流体透镜具有前基底、前膜以及位于前基底和前膜之间的前透镜流体。
12.在一些实施例中，后可调透镜可以包括后可调流体透镜，该后可调流体透镜具有后基底、后膜以及位于后基底和后膜之间的后透镜流体。
13.在一些实施例中，后透镜组件可以提供负光焦度的至少一些。
14.在一些实施例中，前透镜组件可以具有正光焦度。
15.在一些实施例中，正光焦度和负光焦度可以在大小上近似相等。
16.在一些实施例中，后透镜组件可以包括后可调透镜和附加负透镜。
17.在一些实施例中：后可调透镜可以包括基底；并且该基底可以具有凹外表面。
18.在一些实施例中：现实世界光可以通过前透镜组件被设备接收并穿过波导显示组件和后透镜组件以形成现实世界图像；增强现实光可以由波导显示组件提供并穿过后透镜组件以形成增强现实图像；并且负光焦度可以减少现实世界图像和增强现实图像之间的辐辏调节冲突。
19.在一些实施例中，该设备是增强现实头戴式装置(headset)。
20.根据本发明的第二方面，提供了一种方法，该方法包括：接收通过前透镜组件的现实世界光，并通过引导现实世界光通过波导显示器和后透镜组件来生成现实世界图像；以及引导来自波导显示器的增强现实光通过后透镜组件以形成增强现实图像，其中：波导显示器和后透镜组件协作地为增强现实光提供负光焦度，并且前透镜组件、波导显示器和后透镜组件协作地为现实世界光提供近似为零的光焦度。
21.在一些实施例中，波导显示器可以从增强现实光源接收增强现实光，并使用光栅将增强现实光引导出波导显示器。
22.应当理解，本文中描述的适合于并入本发明的一个或更多个方面或实施例的特征旨在本公开的任何和所有方面和实施例中具有通用性。
23.附图简述
24.附图示出了许多示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起展示并解释了本公开的各种原理。
25.图1a-图1c示出了示例流体透镜。
26.图2a-图2g示出了示例流体透镜和对流体透镜的光焦度的调整。
27.图3示出了示例眼科设备。
28.图4a-图4b示出了具有包括支撑环的膜组件的流体透镜。
29.图5示出了非圆形流体透镜的变形。
30.图6、图7和图8示出了例如在包括一个或更多个可调透镜的增强现实设备内的辐辏和调节距离。
31.图9a和图9b示出了包括前透镜组件、波导显示器和后透镜组件的光学配置。
32.图10示出了眼形轮廓(eyeshape outline)和中性圆(neutral circle)。
33.图11和图12示出了与示例光学配置的各种表面相关联的光焦度。
34.图13a和图13b示出了对于示例光学配置，透镜厚度和流体质量随波导显示器光焦度的变化。
35.图14和图15示出了与示例光学配置的各种表面相关联的光焦度。
36.图16a和图16b示出了对于示例光学配置，透镜厚度和流体质量随波导显示器光焦度的变化。
37.图17示出了操作增强现实设备的示例方法。
38.图18示出了示例控制系统。
39.图19示出了示例显示设备。
40.图20示出了示例波导显示器。
41.图21是可以结合本公开的一些实施例使用的示例性人工现实头带(headband)的图示。
42.图22是可以结合本公开的一些实施例使用的示例性增强现实眼镜的图示。
43.图23是可以结合本公开的一些实施例使用的示例性虚拟现实头戴式装置的图示。
44.图24是可以结合本公开的一些实施例使用的示例性触觉设备的图示。
45.图25是根据本公开的一些实施例的示例性虚拟现实环境的图示。
46.图26是根据本公开的一些实施例的示例性增强现实环境的图示。
47.在全部附图中，相同的参考符号和描述指示相似的但不一定相同的元件。虽然本
文描述的示例性实施例易于进行各种修改和替代形式，但是特定实施例已经通过附图中的示例示出，并且在本文被详细描述。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在局限于所公开的特定形式。本公开包括落入所附权利要求范围内的所有修改、等同物和替代物。
48.示例性实施例的详细描述
49.本公开总体上涉及包括流体或液体透镜，包括可调液体透镜的设备。流体透镜在各种应用中都很有用。因此，这种设备性能的改进将在各种应用中具有价值。如下面更详细地解释的，本公开的实施例可以涉及包括流体透镜的设备和系统、设备制造方法和设备操作方法。在一些示例中，这样的设备可以包括眼部佩戴设备(eyewear device)，诸如眼镜(spectacles)、太阳镜、护目镜(goggle)、护目面罩(visor)、眼睛保护设备、增强现实设备、虚拟现实设备等。本公开的实施例还可以包括具有一个或更多个流体透镜和波导显示组件的设备。
50.可调流体透镜用于眼科设备、虚拟现实(vr)设备和增强现实(ar)设备。在一些示例ar和/或vr设备中，一个或更多个流体透镜可用于校正通常所知的辐辏调节冲突(vac)。本文描述的示例可以包括这样的设备，该设备包括用于校正vac的流体透镜。本文公开的示例还可以包括流体透镜、膜组件(其可以包括膜和例如，诸如支撑环或外围导丝(guide wire)的外围结构)，以及包括被配置成提供增强现实图像元素的波导显示组件和一个或更多个流体透镜的设备。
51.本文描述的实施例可以包括可调流体透镜，该可调流体透镜包括基底和至少部分地包围透镜外壳的膜。为了简明起见，透镜外壳在下文中也可称为“外壳”。外壳可以包围透镜流体(为了简明起见，有时在本文称为“流体”)，并且外壳的内表面可以接近或邻近透镜流体。
52.参考图1-图26，下面提供这种设备、流体透镜、光学配置、方法等的详细描述。图1-图5示出了示例流体透镜。图6-图8示出了例如在具有可调透镜的增强现实设备内的辐辏和调节距离。图9a和图9b示出了包括前透镜组件、波导显示器和后透镜组件的光学配置。图10示出了眼形轮廓和中性圆。图11-图12以及图14-图15示出了与示例光学配置的各种表面相关联的光焦度。图13a-图13b以及16a-图16b示出了示例透镜厚度和流体质量随波导显示器光焦度的变化。图17示出了例如操作增强现实设备的示例方法。图18示出了示例控制系统。图19示出了示例显示设备。图20示出了示例波导显示器。图21-图26示出了根据本公开的实施例的可以包括的一个或更多个流体透镜的示例增强现实和/或虚拟现实设备。
53.来自本文描述的任何实施例的特征可以根据本文描述的一般原理彼此组合使用。通过结合附图和权利要求阅读详细描述，将会更全面地理解这些和其他实施例、特征和优点。
54.图1a描绘了根据一些示例的穿过流体透镜的横截面。在该示例中示出的流体透镜100包括基底102、基底涂层104、膜106、流体108(由水平虚线表示)、边缘密封件110、提供引导表面114的支撑结构112和膜附接件116。在该示例中，基底102通常是具有下部(如图所示)外表面和在其上支撑基底涂层104的内表面的刚性的平面基底。然而，基底的一个或两个表面可以是球形、球形圆柱形，或者形成有通常在眼科透镜中发现的那种更复杂的表面形状(例如，渐进的(progressive)、递减的(digressive)、双焦的，等等)。在该示例中，基底涂层104的内表面120与流体108接触。膜106具有上部(如图所示)外表面和限制流体108的
内表面122。基底涂层104是可选的，并且可以省略。
55.流体108被包围在外壳118内，外壳118至少部分地由基底102(连同基底涂层104)、膜106和边缘密封件110界定，它们在此共同界定了流体108位于其中的外壳118。边缘密封件110可围绕外壳118的外围延伸并(与基底及膜协作)将流体保持在外壳118的封闭流体体积内。在一些示例中，外壳可以被称为腔或透镜腔。
56.在该示例中，膜106被示出为具有弯曲的轮廓，使得外壳在透镜的中心处比在外壳的外围(例如，邻近边缘密封件110)具有更大的厚度。膜的轮廓可以是可调的，以允许调整流体透镜100的光焦度。在一些示例中，流体透镜可以是平凸透镜，其中平坦表面由基底102提供，凸表面由膜106提供。平凸透镜可以在透镜中心周围具有较厚的透镜流体层。在一些示例中，膜的外表面可以提供凸表面，其中内表面基本上邻近透镜流体。
57.支撑结构112(在该示例中支撑结构112可以包括引导槽(guide slot)，膜附接件116可以延伸穿过该引导槽)可以围绕基底102的外围(或在外围区域内)延伸，并且可以将膜附接到基底。支撑结构可以提供引导路径，在该示例中是引导表面114，膜附接件116(例如，位于膜的边缘部分内的膜附接件116)可以沿着该引导路径滑动。膜附接件可以为膜提供控制点，使得用于膜附接件的引导路径可以为相应的控制点提供相应的引导路径。
58.流体透镜100可以包括一个或更多个致动器(在图1a中未示出)，该致动器可以位于透镜的外围周围，并且可以是支撑结构112的一部分或者机械地耦合到支撑结构112。致动器可以在一个或更多个控制点(例如由膜附接件116提供的控制点)处在膜上施加可控力，该可控力可以用于调整膜表面的曲率，从而调整透镜的至少一个光学特性，例如焦距、散光矫正、表面曲率、圆柱度或任何其他可控光学特性。在一些示例中，膜附接件可以附接到膜的边缘部分，或者附接到围绕膜的外围延伸的外围结构(例如外围导丝或引导环)，并且可以用于控制膜的曲率。
59.在一些示例中，图1a可以表示穿过圆形透镜的横截面，尽管如此，示例流体透镜也可以包括非圆形透镜，如下面进一步讨论的。
60.图1b示出了流体透镜，图1a可以是其横截面。该图示出了流体透镜100，该流体透镜100包括基底102、膜106和支撑结构112。在该示例中，流体透镜100可以是圆形流体透镜。该图示出了膜附接件116可以沿着由引导槽130和引导表面114(如图1a所示)的轮廓界定的引导路径移动。形成十字的虚线是指示膜106的大致外表面轮廓的视觉引导。在该示例中，膜轮廓可以对应于平凸透镜。
61.图1c示出了非圆形透镜150，其可以在其他方面类似于图1b的流体透镜100，并且可以具有类似的配置。非圆形透镜150包括基底152、膜156和支撑结构162。透镜具有相似的膜附接件166的配置，膜附接件166可以沿着由引导槽180界定的引导路径移动。引导路径的轮廓可由支撑结构162的表面轮廓界定，引导槽穿过支撑结构162而形成。透镜的横截面可以类似于图1a的横截面。在膜156上形成十字的虚线是指示膜156的大致外表面轮廓的视觉引导。在该示例中，膜轮廓可以对应于平凸透镜。
62.图2a-图2d示出了根据一些示例的包括流体透镜202的眼科设备200。图2a示出了眼科设备200的一部分，其包括支撑流体透镜202的外围结构210(其可以包括导丝或支撑环)的一部分。
63.在一些示例中，透镜可以由框架支撑。眼科设备(例如，眼镜、护目镜、护眼器、护目
面罩等)可以包括一对流体透镜，并且框架可以包括被构造为例如使用与用户的鼻子和/或耳朵相互作用(例如，靠在其上)的部件将眼科设备支撑在用户的头部上的部件。
64.图2b示出了沿着图2a所示的a-a’穿过眼科设备200的横截面。该图示出了外围结构210和流体透镜202。流体透镜202包括膜220、透镜流体230、边缘密封件240和基底250。在该示例中，基底250包括大致平坦的、刚性的层。该图示出了流体透镜可以具有平面-平面构型(configuration)，在一些示例中，该平面-平面构型可以被调整为平凹和/或平凸透镜构型。在一些示例中，基底250可以包括具有固定光焦度的非平面光学表面。
65.在本文公开的一些示例中，基底的一个或两个表面可以包括凹表面或凸表面，并且在一些示例中，基底可以具有非球形表面，例如环形或自由形式的光学渐进或递减表面。在一些实例中，基底可以具有凹或凸的外基底表面，以及基本上邻近流体的内表面。在各种示例中，基底可以包括平凹、平凸、双凹、双凸或凹凸(弯月形)透镜或者任何其他合适的光学元件。在一些示例中，基底的一个或两个表面可以是弯曲的。例如，流体透镜可以是弯月形透镜，该弯月形透镜具有基底(例如，具有凹的外部基底表面和凸的内部基底表面的一般刚性基底)、透镜流体和凸的膜外部轮廓。基底的内表面可以邻近流体，或者邻近与流体接触的涂层。
66.图2c示出了图2b所示的设备的分解示意图，其中对应的元件具有与上面关于图2a讨论的相同的编号。在该示例中，边缘密封件与在基底250上延伸的中心密封部分242接合。
67.在一些示例中，中心密封部分242和边缘密封件240可以是一体元件。在其他示例中，边缘密封件可以是单独的元件，并且中心密封部分242可以被省略或者被形成在基底上的涂层替代。在一些示例中，涂层可以沉积在密封部分和/或边缘密封件的内表面上。在一些示例中，透镜流体可以封闭在柔性外壳(有时称为袋(bag))中，该外壳可以包括边缘密封件、膜和中心密封部分。在一些示例中，中心密封部分可以粘附到刚性基底部件，并且可以被认为是基底的一部分。在一些实例中，涂层可沉积在外壳表面的至少一部分(例如，外壳的内表面)上。外壳可以至少部分地由以下中的一个或更多个提供：基底、边缘密封件、膜、袋或其他透镜部件。在透镜组装之前、透镜组装期间或透镜组装之后，可以在透镜制造的任何合适的阶段将涂层涂覆到外壳表面的至少一部分，例如涂覆到一个或更多个透镜部件(例如，基底、膜、边缘密封件、袋等的内表面)。例如，可以在以下情况形成涂层：在透镜组装之前(例如，在透镜部件的制造期间或之后)；在透镜组装期间；在透镜部件组装之后，但在将流体引入外壳之前；或者通过将包括涂层材料的流体引入到外壳中。在一些示例中，涂层材料(例如涂层前体)可以被包括在引入到外壳中的流体中。涂层材料可以在邻近流体的外壳表面的至少一部分上形成涂层。
68.图2d示出了设备构型的调整，例如，通过使用致动器(未示出)调整膜上的力。如图所示，该设备可以被构造成平凸流体透镜构型。在示例平凸透镜构型中，膜220倾向于在中心部分远离基底250延伸。
69.在一些示例中，透镜也可以被构造成平凹构型，其中膜倾向于在中心部分朝着基底向内弯曲。
70.图2e示出了与图2b相似的设备，并且元件编号相似。然而，在该示例中，图2b的示例的基底250由第二膜221代替，并且存在第二外围结构(例如第二支撑环)211。在本文公开的一些示例中，膜220和/或第二膜221可以与边缘密封件240集成在一起。
71.图2f示出了呈双凹构型的图2e的双膜流体透镜。例如，向透镜流体230施加负压可用于引起双凹构型。在一些示例中，膜220和第二膜221可以具有相似的特性，并且透镜构型可以是大致对称的，例如，膜和第二膜具有相似的曲率半径(例如，作为对称的双凸或双凹透镜)。在一些示例中，透镜可以至少在膜的中心部分内或者在圆形透镜内关于透镜的光轴具有旋转对称性。在一些示例中，两个膜的特性可以不同(例如，在厚度、组成、膜张力或任何其他相关膜参数中的一个或更多个方面不同)，和/或曲率半径可能不同。在这些示例中，膜轮廓具有对应于凹曲率的负曲率。膜轮廓可能与膜的外部形状有关。负曲率可以使膜的中心部分比周边部分更靠近透镜的光学中心(例如，由离透镜中心的径向距离确定)。
72.图2g示出了呈双凸构型的图2e的双膜流体透镜，具有相应的元件编号。
73.在一些示例中，眼科设备(例如眼部佩戴设备)包括一个或更多个流体透镜。示例设备包括由眼镜框支撑的至少一个流体透镜。在一些示例中，眼科设备可以包括眼镜框、护目镜或任何其他框架或头戴式结构，以支撑一个或更多个流体透镜，例如一对流体透镜。
74.图3示出了根据一些示例的眼科设备，在该示例中眼部佩戴设备包括一对流体透镜。眼部佩戴设备300可以包括由框架310(也可以称为眼镜框)支撑的一对流体透镜(306和308)。该对流体透镜306和308可以分别被称为左透镜和右透镜(从用户的视角来看)。
75.在一些示例中，眼部佩戴设备(诸如图3中的眼部佩戴设备300)可以包括眼科设备(诸如眼镜(eyeglasses)或眼镜(spectacles))、智能眼镜、虚拟现实头戴式装置、增强现实设备、平视设备、护目面罩、护目镜、其他眼部佩戴物、其他设备等。在这种眼部佩戴设备中，流体透镜306、308可以形成位于用户正在使用的视场中的主视力矫正或调整透镜。眼科设备可以包括流体透镜，其具有例如由眼科检查确定的与处方相对应的光学特性(例如光焦度、散光矫正、圆柱度或其他光学特性)。透镜的光学特性可以例如由用户或由自动系统调整。对流体透镜的光学特性的调整可以基于用户的活动、到所观察物品的距离或其他参数。在一些示例中，眼部佩戴设备的一个或更多个光学特性可以基于用户身份来调整。例如，可以基于用户的身份来调整ar和/或vr头戴式装置内的一个或更多个透镜的光学特性，用户的身份可以(例如，使用视网膜扫描)自动地或通过用户输入来确定。
76.在一些示例中，设备可以包括框架(诸如眼镜框)，该框架可以包括或以其他方式支撑以下中的一个或更多个或任一个：电池、电源或电源连接、其他折射透镜(包括附加流体透镜)、衍射元件、显示器、眼睛跟踪部件和系统、运动跟踪设备、陀螺仪、计算元件、健康监测设备、照相机和/或音频记录和/或回放设备(例如麦克风和扬声器)。该框架可以被配置成将该设备支撑在用户的头部上。
77.图4a示出了包括外围结构410的示例流体透镜400，外围结构410可以大致围绕流体透镜402。外围结构410(在该示例中为支撑环)包括膜附接件412，该膜附接件412可以对应于流体透镜402的膜的控制点的位置。膜附接件可以是致动点，其中透镜可以通过位移(例如，通过沿着z轴作用的致动器)来被致动，或者围绕铰接点(hinge point)移动(例如，其中膜附接件的位置可以是离基底大约固定的距离“z”)。在一些示例中，外围结构和因此的膜的边界可以在相邻的控制点之间自由挠曲。在一些示例中，可以使用铰接点来防止外围结构(例如，支撑环)弯曲成能量上有利但不期望的形状。
78.刚性外围结构(例如刚性支撑环)可以限制膜的控制点的调整。在一些示例中(例如非圆形透镜)，可以使用可变形或柔性外围结构，例如导丝或柔性支撑环。
79.图4b示出了示例流体透镜400的(例如，沿着如图4a所示的a-a’截取的)横截面。流体透镜包括膜420、流体430、边缘密封件440和基底450。边缘密封件440可以是柔性和/或可折叠的。在一些示例中，外围结构410可以围绕并附接到流体透镜402的膜420。外围结构可以包括膜附接件412，该膜附接件412可以为膜提供控制点。膜附接件的位置(例如，相对于框架、基底或彼此的位置)可以使用一个或更多个致动器来调整，并用于调整例如透镜的光焦度。膜附接件具有的由致动器调整的位置也可以被称为致动点或控制点。膜附接件还可以包括非致动点，诸如铰接点。
80.在一些示例中，致动器460可以附接到致动器支撑件462，并且该致动器可以用于改变膜附接件和基底之间的距离，例如，通过沿着相关联的引导路径推动膜附接件。在一些示例中，致动器可以位于膜附接件的与基底相反的一侧。在一些实例中，致动器可以定位成在膜附接件和/或支撑结构上施加大致径向的力，例如，施加力以推动膜附接件朝向或远离透镜的中心。
81.在一些示例中，一个或更多个致动器可以附接到相应的致动器支撑件。在一些示例中，致动器支撑件可以附接到一个或更多个致动器。例如，致动器支撑件可以包括弧形、圆形或其他形状的构件，致动器沿着该构件间隔放置。致动器支撑件可以附接到基底，或者在一些示例中附接到诸如框架的另一设备部件。在一些示例中，致动器可以位于膜附接件和基底之间，或者可以位于另一个合适的位置。在一些示例中，由致动器施加的力通常可以沿着垂直于基底的方向，或者沿着另一个方向，例如沿着相对于基底的非垂直方向被引导。在一些示例中，力的至少一个分量可以大致平行于基底。膜附接件的路径可以基于引导路径，并且在一些示例中，由致动器施加的力可以具有至少一个沿着引导路径被引导的可感知的分量。
82.图5示出了示例流体透镜500，其包括外围结构510，这里是包括多个膜附接件512并且围绕膜520的外围延伸的支撑环的形式。膜附接件可以包括一个或更多个致动点和可选的一个或更多个铰接点。膜附接件可以包括一个或更多个支撑结构或与其相互作用，每个支撑结构为膜520的相关控制点提供引导路径。流体透镜的致动可以(例如，沿着由支撑结构提供的引导路径)调整膜的一个或更多个控制点的位置。可以在外围结构上的离散点(诸如所示的膜附接件)处施加致动。在一些示例中，例如，外围结构可以是柔性的，使得外围结构可以不被限制在单个平面内。
83.在一些示例中，流体透镜包括膜、支撑结构、基底和边缘密封件。支撑结构可以被构造成为膜的边缘部分(例如由膜附接件提供的控制点)提供引导路径。示例膜附接件可以用作接口设备，其被配置成机械地互连膜和支撑结构，并可以允许膜在支撑结构上施加弹性力。膜附接件可以被配置成允许膜的控制点(其可以位于膜的边缘部分)沿着引导路径自由移动。
84.可调流体透镜可以被配置成使得膜轮廓的调整(例如，膜曲率的调整)可以导致膜的弹性能不明显的变化，同时允许对透镜的光学特性的修改(例如，焦距的调整)。这种配置可以被称为“零应变”设备配置，因为在一些示例中，沿着相应的引导路径调整至少一个膜边缘部分(例如至少一个控制点)不会明显改变膜的应变能。在一些示例中，当与传统的支撑梁型配置(support beam type configuration)相比时，“零应变”设备配置可以将所需的致动力降低一个数量级。例如，对于1mm的致动距离，传统的流体透镜可能需要大于1n的
致动力。对于准静态致动，使用“零应变”设备配置，对于1mm的致动，致动力可能为0.1n或更小。致动力的这种显著减小可以使得能够在流体透镜中使用更小的、速度更高效的致动器，从而导致更紧凑和更高效的形状因子。在这样的示例中，在“零应变”设备配置中，膜实际上可能处于明显的应变，但是膜中的总应变能可能不会随着透镜的调整而明显改变。这可以有利地大大减小调整流体透镜所使用的力。
85.在一些示例中，流体透镜可以被构造为具有以下特征中的一个或两个：在一些示例中，对于所有的致动状态，膜中的应变能大致相等；以及在一些示例中，膜边缘处的反作用力(force reaction)垂直于引导路径。因此，在一些示例中，膜的应变能可以近似独立于透镜的光焦度。在一些示例中，对于引导路径上的一些或所有位置，膜边缘处的反作用力可以垂直于引导路径。
86.在一些示例中，膜的边缘部分沿着引导路径的移动可能不会导致膜的弹性能的明显变化。这种配置可以被称为“零应变”引导路径，因为在一些示例中，沿着引导路径调整膜边缘部分不会明显改变膜的应变能。
87.在一些示例中，本公开的流体透镜可用作眼部佩戴物中的主透镜。如本文所述，这样的透镜可以位于用户眼睛的前面，以便例如当用户佩戴包括一个或更多个透镜的头戴式设备时，用户通过透镜观看要看的对象或图像。透镜可以被配置成用于如本文所述的视力矫正或操纵。本发明的实施例可以包括流体透镜，该流体透镜包括具有气体含量或降低的亨利定律气体溶解度的透镜流体，所述气体含量或降低的亨利定律气体溶解度可以被控制(例如，被降低)以降低透镜流体中气泡形成的可能性。
88.图6示出了诸如虚拟现实设备的眼部佩戴设备600中的辐辏调节协定。该图是分别示出左波导显示器610l和右波导显示器610r，以及左可调流体填充透镜602l和右可调流体填充透镜602r的水平面剖视图。元件字母后缀l和r分别用于表示左元件和右元件。每个流体透镜(诸如右透镜602r)包括膜620、透镜流体630、侧壁640和基底650。膜、侧壁和基底至少部分地协作提供包住透镜流体630的外壳。波导显示器610l和610r将立体虚拟对象606投射到用户的眼睛(诸如右眼604)中。来自波导显示器的光线示出为实线，该光线从波导显示器延伸到眼睛，而虚拟光线(即光线来自的视向(apparent direction))用虚线表示。图中还示出了辐辏角θv、对应的辐辏距离、调节角θa和调节距离。
89.眼部佩戴设备600适当地调整流体透镜602l和602r。到虚拟对象606的辐辏距离和调节距离大致相等，并且不存在辐辏调节冲突。在该示例中，波导显示器610l、610r分别输出由对应的负焦度透镜602l、602r散焦(发散)的平行光线。减少辐辏调节冲突(vac)是非常有用的，因为这有助于防止对眼部佩戴设备的用户可能的vac相关的不利影响，诸如恶心、头痛等。本发明的示例允许例如使用由波导显示组件和/或后透镜组件提供的负光焦度来减少、基本上避免或有效消除vac。
90.图7示出了具有左流体透镜702l和右流体透镜702r(分别地)的眼部佩戴设备700，所述左流体透镜702l和右流体透镜702r被错误地调整，使得虚拟对象706的调节距离与来自立体视觉(stereoscopy)的辐辏距离不匹配，并且在该示例中调节距离明显小于辐辏距离。在这种配置中，用户可能会经历vac不适。每个流体透镜包括膜720、侧壁740和基底750。膜、侧壁和基底至少部分地协作提供包住透镜流体730的外壳。波导显示器710l和710r将立体虚拟对象706(例如，增强现实图像元素)投射到用户的眼睛(诸如右眼704)中。
91.图8示出了正确调整的例如增强现实设备的眼部佩戴设备800。该设备可以类似于图6的虚拟现实设备。除了用于使来自波导显示器810l和810r的光散焦的眼侧可调透镜870l和870r之外，所述设备包括前可调透镜880l和880r(例如，前可调流体透镜)，以补偿透镜870l和870r，用于使用用户的眼睛(诸如眼睛804)观看现实对象808。在一些示例中，880l和880r的光焦度相等，并且与870l和870r的光焦度相反。示例前透镜的光焦度在大小上可以等于后透镜组件的光焦度(或等于与波导显示组件810组合的后透镜组件的光焦度)。例如，如果透镜870r具有-2d的光焦度，那么透镜880r可以具有 2d的光焦度。来自现实对象808的光线被示为实线，而到虚拟对象806的视位(apparent position)的虚拟光线被示为虚线。每个前可调透镜可以包括前膜820、前透镜流体830和前基底850。每个后可调透镜可以包括后基底860、后侧壁862、后膜864和后透镜流体866。前透镜组件和后透镜组件可以分别包括前可调透镜和后可调透镜，以及任何所需的相关部件，诸如框架或其部件、致动器和/或类似物。波导显示组件810位于前透镜组件和后透镜组件之间。
92.图9a示出了例如用于增强现实设备的示例性光学配置的示意图。该设备包括波导显示器900、后可调透镜920和前可调透镜930。可以包括可选的第二后透镜910，这里用下标hhr表示。在该示例中，光学配置从左到右包括第一透镜或基底926(其可以包括不可调透镜(例如硬透镜或其他不可调透镜)或基底)、后可调透镜920、可选的第二后透镜910(其可以是不可调透镜，诸如硬透镜或其他不可调透镜)、包括光栅904的波导显示器900、前基底932(其可以具有弯曲或平坦表面)和前可调透镜930(其可以包括前基底932)。可调透镜可以包括流体透镜，诸如本文讨论的那些，其可以包括基底、透镜流体和膜。膜可以提供例如如924和934所示的可调曲面。这些示例仅用于说明目的，并可用于定义各种符号。图示不是按比例的，并且为了清楚起见，可以示出厚度上的扩展和光学元件的分离。
93.在该示例中，可调透镜可以具有用下标m表示的膜的可调光学表面(或可调表面)，以及用下标h表示的硬的不可调光学表面(或不可调表面)。如下文进一步讨论的，下标m(膜)和h(硬)可以与下标f(前)和r(后)组合，并且在某些情况下与下标1或2(分别指第一或第二致动状态)组合。这些下标可用于标记相应表面的光焦度。在这种情况下，术语“硬”可以指通常不可调的表面，或者在分析中可以合理地忽略曲率变化的表面。光焦度可以用φ表示，也可以用屈光度(有时缩写为“d”)给出。下标f和r分别与设备的前部(现实侧(world-side))和后部(眼睛侧)相关。下标v指虚拟内容，并且下标1和2指第一致动状态和第二致动状态。在一些示例中，为了说明目的，硬表面可以被示出为在两个致动状态之间具有轻微的横向位移，但是表面的光焦度可以不变。下标g指波导显示器上的输出光栅的光焦度，并且光栅光焦度用φg表示。关于与各种曲面相关联的光焦度，后不可调表面922具有光焦度φ
hr
，处于第一致动状态的后可调表面924具有光焦度φ
mr1
，可选的第二后透镜910的不可调表面912具有光焦度φ
hhr
，前基底932的前不可调表面具有光焦度φ
hf
，以及处于第一致动状态的前可调膜表面934具有光焦度φ
mf1
。在该示例中，前基底932可以具有平坦表面，但在一些示例中，前基底932的一个或两个平坦表面可以由曲面(例如，不可调曲面或可调曲面)代替。在一些示例中，所示的不可调表面中的一个或更多个可以由可调表面(诸如可调曲面)来代替。
94.图9b示出了与图9a相同的光学配置，其中后可调透镜和前可调透镜处于其第二致动状态。在第二致动状态下，后可调透镜920的光焦度由φ
mr2
表示，并且与(前可调透镜930
的)前可调膜表面934相关联的光焦度由φ
mf2
表示。为了简明起见，前可调透镜930可以称为前透镜，并且后可调透镜920可以称为后透镜。
95.在一些示例中，光栅光焦度可以是不可调的，并且可以仅应用于由显示器投射的光线；例如，φg可能只影响用户对虚拟内容的观看，而不影响对现实世界的观看。
96.下面的方程也可以应用于图9中所示的配置或类似配置，并且例如可以适用于其他光学组件，该其他光学组件包括具有更多、更少或不同光学部件的示例光学组件。
97.在零净光焦度(zero net optical power)的示例中，现实世界方程是：
98.φ
hr
φ
mr1
φ
hhr
φ
hf
φ
mf1
＝0
ꢀꢀꢀ
(方程1)
99.φ
hr
φ
mr2
φ
hhr
φ
hf
φ
mf2
＝0
ꢀꢀꢀ
(方程2)
100.方程1和方程2不包括与光栅焦度(grating power)有关的项。此外，这些方程可能不适用于虚拟现实设备，例如，虚拟设备中可能没有现实世界图像。
101.等效的虚拟世界方程是：
102.φ
hr
φ
mr1
φ
hhr
φg＝φ
v1
ꢀꢀꢀ
(方程3)
103.φ
hr
φ
mr2
φ
hhr
φg＝φ
v2
ꢀꢀꢀ
(方程4)
104.其中φ
v1
和φ
v2
是最近和最远的虚拟图像投射功率，该功率可以例如由光学设计预先确定。
105.示例设计可以使用φ
v1
＝-3.5d和φ
v2
＝-0.5d。这表明虚拟图像可能处于29cm至2m之间的辐辏调节对齐。
106.存在各种可能的设计参数，其中的一个或更多个可用在光学配置的设计中。示例设计可以包括光学部件之间的最小间隙(例如，相邻部件的外表面之间的最小间距)。例如，设计可以包括部件之间至少有大约0.1mm间隙的情况。示例设计可以包括用于诸如不可调基底的任何基底或不可调透镜的最小厚度。例如，基底可以至少约为0.5mm厚。在一些示例中，波导显示器可以具有至少1mm的厚度，诸如大约1.5mm。
107.示例设计可以使用球面或非球面光学器件。在一些示例中，透镜流体可以包括五苯基三甲基三硅氧烷，其在典型操作条件下折射率约为1.59，密度约为1.09g/cc。
108.图10示出了示例设计眼形(采用实线)，其中光学中心位于所示坐标系的原点。眼形和光学中心的结果是中性圆(半径rn)的大小和位置，该中性圆在图10中示出为虚线。对于球面光学器件，中性圆表示给定透镜流体不可压缩性的体积守恒要求，对于不同的致动状态，各种膜表面轮廓的交点。例如，对于与上面讨论的与图9a有关的示例，膜可以在第一致动状态1和第二致动状态2下与中性圆相交，并且在中间状态在这些位置之间与中性圆相交。
109.在一些示例中，设备包括类似于图9a中所示的光学配置，但是省略了可选的第二后透镜910。然后上面讨论的方程1-方程4可以应用于这种光学配置，其中φ
hhr
＝0。示例设计参数可以包括正膜曲率，使得透镜流体的压力高于大气压。选择 0.5d的最小膜曲率来评估。对透镜流体施加的正压可以抑制气泡的形成。此外，在调整流体透镜期间没有曲率符号改变可以有助于膜的单侧控制，并且可以帮助减少与平坦膜状态相关联的使视觉模糊的镜面反射(eye-obscuring specular reflections)。例如，如果基底是平坦的，当流体透镜在正(凸)膜和负(凹)膜配置之间调整时，可能出现平坦膜状态。在一些示例中，流体透镜可以不与显示器集成。
110.在一些示例中，光栅光焦度可以是不可调的，并且可以仅应用于由波导显示器投射的光线。例如，光栅光焦度(φg)可能仅影响用户对虚拟内容(其可以包括增强现实图像元素)的观看，而不影响对现实世界图像的观看。
111.图11示出了例如使用根据上文关于图9a-图10讨论的示例的配置的增强现实透镜配置的表面图。透镜配置可以包括后透镜920、波导显示器900和前透镜930。在该示例中，前透镜930可以具有由基底932提供的不可调表面和由膜934提供的可调表面。透镜配置包括波导显示器的零光焦度(φg＝0)。示出了表面轮廓并且该表面轮廓用上文关于图9a和图9b讨论的光焦度标记来表示。对于具有第一状态和第二状态的可调透镜的膜轮廓，这些轮廓在中性圆处相交。如方程1至方程4中所用的表面光焦度项被用于标记图中所示的各种表面轮廓。在该示例中，透镜配置厚度可以是大约9mm，并且流体质量(例如，硅油的流体质量)可以为5.4g。
112.在图11中，各种表面的光焦度φ以屈光度(有时缩写为“d”)给出，并且下标f和r分别与设备的前部(现实侧)和后部(眼睛侧)相关。下标v指虚拟内容，并且下标1和2指(例如流体透镜的)第一致动状态和第二致动状态。该图示出了后可调透镜(920)、波导显示器(900)和前可调透镜(930)(有时称为“前透镜”)的表面光焦度，其中元件编号与类似于图9a中所示的光学配置相关。所示的光焦度与以下项相关：后流体透镜的后不可调表面(φ
hr
)、处于第一致动状态(φ
mr1
)和第二致动状态(φ
mr2
)的后流体透镜的膜表面、波导显示器(φg)、前流体透镜的不可调表面(φ
hf
)以及处于前流体透镜的第一致动状态(φ
mf1
)和第二致动状态(φ
mf2
)的前流体透镜的膜。在该示例中，前流体透镜的不可调表面是平坦的，但是在一些示例中，这可以被不可调(或可调)曲面所代替。在一些示例中，所示的不可调表面中的一个或更多个可以由可调表面(诸如可调曲面)来代替。在一些示例中，前流体透镜的取向可以反转，使得不可调表面是外表面。
113.图12示出了与上文关于图11讨论的类似的透镜系统。如上文关于图11讨论的，透镜系统可以包括后透镜920、波导显示器900和前透镜930。前透镜930可以具有由基底932提供的不可调表面和由膜934提供的可调表面。然而，在该示例中，波导显示器具有-2.0d的输出光栅焦度。后基底的曲率(相对于图11的示例)从-4.0d变成-2.0d，并且前基底曲率从0d变成-2.0d。在该示例中，透镜配置厚度可以减小到大约8mm，并且流体质量可以减小到3.2g。厚度和质量的减少与上文关于图11讨论的配置相关。
114.在图12的示例光学配置中，引入与波导显示器相关联的光焦度(例如，光栅光焦度)允许各种改进中的一个或更多个，诸如以下中的一个或更多个：质量的明显减小、光学配置的厚度的明显减小、流体透镜的响应时间的明显提高和/或制造复杂性的减小(例如，通过允许前流体透镜和后流体透镜的基底基本上相同)。针对图12的模型系统的确定的示例改进包括以下内容：透镜系统的质量减少了2.2g(因为基底质量的变化与由于减少流体体积引起的质量变化相比可以忽略不计)；封装厚度降低了1.1mm；后部可调透镜的最小中心厚度增加，这可以显著提高响应时间。此外，在该示例配置中，前透镜和后透镜可以相同，这提高了设备制造的效率。因此，通过将光栅光焦度引入到光学配置中，可以获得许多不同的优势。
115.图13a和图13b示出了总的光学组件厚度(图13a)和流体质量(图13b)随光栅焦度(φg，以屈光度计)的变化的曲线。这些图确定了厚度和重量最小化或明显减小的光栅焦度
范围。例如，对于在-1.6d至-2.4d范围内的光栅光焦度，厚度和流体质量处于它们的最低值。然而，与具有超出该范围的光栅光焦度的设备相比(例如，与具有零光栅焦度(φg＝0)的设备相比)，存在可以获得改进的设备参数的其他光栅光焦度范围。示例范围(以屈光度计)包括但不限于范围-1.5至-2.5、-1.4至-2.6、-1.3至-2.7、-1.2至-2.8、-1.1至-2.9、-1至-3、-0.5至-3.5以及-0.1至-3.9。根据附图其他可能的范围是显而易见的，诸如-0.8至-3.2。例如，范围界限的和可以是大约-4，并且光栅焦度的范围限制可以是(-1.6 x)至(-2.4-x)的形式，其中x可以是正值，诸如0.1的倍数，例如达到多达1.5的值。在一些示例中，光栅光焦度可以大约为-2，并且范围限制和光栅焦度的范围限制可以是(-2 x)至(-2-x)的形式，其中x可以是正值，诸如1.9的0.1的倍或更小。
116.在一些示例中，诸如使用不同的光学配置，光栅光焦度可以大约为-a，并且光栅光焦度的范围限制可以是(-a x)至(-a-x)的形式，其中x可以是正值，诸如0.1的倍数，达到诸如(a-0.1)的值。
117.在一些示例中，膜曲率(或流体压力)可以是负的或正的。在一些示例中，设备可以被配置成使得膜曲率不通过平坦状态，该平坦状态也可以被称为零屈光度(0d)状态。这可有助于对膜的控制，并可减少来自平坦膜表面的镜面反射。在一些示例中，后膜曲率可以在 0.5d和 3.5d之间调整。在一些示例中，光栅光焦度可以是负值。
118.在一些示例中，一个或更多个膜不暴露于例如来自设备外部的机械扰动。在一些示例中，设备可以包括也向设备提供保护的前元件，诸如流体透镜的不可调基底、不可调透镜(也可称为固定透镜)、或窗口或类似物。设备的一个或更多个元件表面可以具有抗反射表面和/或抗划伤表面。在一些示例中，一个或更多个流体透镜(包括例如，膜和基底)可以被配置成使得膜面向内并且基底面向外。例如，在关于图9a的光学配置中，可反转前可调透镜930的取向，使得膜934在左侧(如所示)，使得透镜的膜侧面向波导显示器902，并且前基底932在右侧(如所示)。基底可以为设备提供外表面，诸如用于眼部佩戴设备的光学配置的外表面。基底也可以是弯曲的，具有一个或两个弯曲表面，如下文进一步讨论的。
119.在一些示例中，前元件的曲率半径(诸如流体透镜的基底的曲率半径，或固定透镜的外表面的曲率半径)可以是固定的。外前表面可以例如具有50mm-250mm范围(诸如100mm-200mm，例如125mm-175mm，例如大约145mm)的曲率半径(有时本文更简明地称为“曲率”)。这可能是美学决定(aesthetic decision)，例如，因为移动的外部光学表面可能是消费者不希望的，并且该曲率可以类似于典型眼镜的曲率(例如，对于1.5的折射率，大约3.5d)。
120.在一些示例中，光学配置可以类似于图9a中所示的，但是可选的第二后(不可调)透镜910可以被省略。
121.在一些示例中，流体透镜，诸如前流体透镜(例如，图9a的前可调透镜930)，可以与波导显示器(例如，图9a的波导显示器900)集成。例如，光栅结构可以提供流体透镜的基底(例如，可以省略图9a的前基底932，并且前透镜的基底可以由波导显示器900提供)。在一些示例中，波导显示器可以提供具有与透镜流体的弯曲交界面的基底。然而，在一些示例中，流体透镜和波导显示器可以是分离的部件。
122.图14示出了其中波导显示器具有零光焦度的光学配置。使用上面关于图9a中所示的表面介绍的术语，用相关联的光焦度来标记曲面的表示。光学配置可以包括波导显示器900、后可调透镜920和前可调透镜930(例如，如图9a所示)。图14使用与图9a类似的标记方
案。在该示例中，φg＝0，透镜厚度可以约为11mm，并且流体质量可以为5.4g。
123.图15示出了具有φg＝-1.6d的光栅光焦度的光学配置。使用关于图9a介绍的术语，用相关联的光焦度来标记曲面的表示，并且曲面的表示与上文讨论的图14中的曲面的表示类似。在该示例中，相对于图14的配置，厚度可以减小到约10mm，并且流体质量可以减小到3.2g。因此，包含负光栅焦度允许光学组件的厚度和/或质量减小。
124.图16a和图16b示出了总厚度(图16a)和流体质量(图16b)随光栅焦度(φg，以屈光度计)的变化的曲线。这些图确定了厚度和重量最小化或明显减小的光栅焦度范围。例如，对于在-1.6d至-2.4d范围内的光栅光焦度，厚度和流体质量处于它们的最低值。然而，与具有超出该范围的光栅光焦度的设备相比，存在可以获得改进的设备参数的其他光栅光焦度范围。并且这些范围可以类似于上面关于图13a和图13b讨论的那些范围。
125.图17示出了操作设备的示例方法1700，诸如使用增强现实设备的方法。该方法可以包括：提供光学配置，该光学配置包括前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件(1710)；使用穿过前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件的现实世界光(例如，向用户)提供现实世界图像(1720)；以及使用由波导显示组件提供(例如，提供给用户)并穿过后透镜组件的增强现实光来生成增强现实图像(1730)。在一些示例中，光栅组件提供增强现实图像并为现实世界光和/或增强现实光提供负光焦度。
126.在一些示例中，前透镜组件可以包括具有膜(具有正曲率)和基底(具有负曲率)的流体透镜，后透镜组件可以包括具有膜(例如，具有正或凸外表面曲率)和基底(具有负曲率)的流体透镜，并且光栅组件可以包括具有负曲率的表面。在一些示例中，诸如后流体透镜的流体透镜的基底可以具有凹外表面，并且基底可以提供负光焦度。在这种情况下，外表面可以从透镜面向外，并且可以基本上邻近空气。在一些示例中，前透镜组件可以具有正光焦度。在一些示例中，前透镜组件的正光焦度可以约等于与后透镜组件组合的波导显示组件的负光焦度。
127.在一些示例中，设备可以包括增强现实设备或虚拟现实设备，该增强现实设备或虚拟现实设备在用户的每个眼睛前面具有波导显示器以及用于每个眼睛的一个或更多个可调透镜。可调透镜可以被调整用于以下目的中的一个或更多个：为眼睛、距离或近距离观看提供改进的焦点，或用于校正辐辏调节冲突。一个或更多个可调透镜可以是流体填充的透镜。可以提供附加眼侧光学元件，其散焦来自显示器的光，使得一个或更多个可调透镜可以更薄且更轻，并且可以具有更快的响应时间。附加眼侧光学元件可以包括折射透镜和/或可作为光焦度设置在波导型显示器的输出光栅上。
128.本公开的示例实施例包括具有减少的或基本上消除的辐辏调节冲突的设备，包括薄、轻和低功率设备。设备设计可以包括减小或最小化厚度、重量或响应时间。在一些示例中，流体透镜的响应时间可以换取(trade)厚度和/或重量。
129.在一些示例中，设备包括光学配置，该光学配置包括前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件。波导显示组件可以被配置成在现实世界图像内提供增强现实图像元素，并且可以位于前透镜组件和后透镜组件之间。在一些示例中，波导显示组件包括具有用于由波导显示组件提供的增强现实光的负光焦度的元件。前透镜组件可以接收用于形成现实世界图像的现实世界光。当用户佩戴该设备时，现实世界光可以进入并穿过前透镜组件，穿过波导显示组件，然后穿过后透镜组件以到达用户的眼睛。
130.在这种情况下，在设备的正常使用期间，术语“前”可以指波导显示组件的现实侧，而术语“后”可以指波导显示器的眼睛侧。前透镜组件可以包括前可调透镜，诸如前流体透镜。后透镜组件可以包括后可调透镜，诸如后流体透镜。前透镜组件和/或后透镜组件可以进一步包括透镜控制部件(诸如一个或更多个致动器、眼环(eye ring)或其他部件)。光学元件的布置，诸如可膨胀膜、硬透镜、衍射元件、波导显示器或其他光学元件的布置，可以称为光学元件序列。膜在基底前方(相对于用户眼睛)的流体透镜可以表示与透镜在前面、膜在后面的流体透镜不同的序列，并且两者可以具有相同的光焦度范围。
131.在一些示例中，前可调透镜包括前流体透镜，该前流体透镜可以包括前基底、前膜和位于前基底和前膜之间的前透镜流体。后可调透镜可以包括后流体透镜，该后流体透镜可以包括后基底、后膜和位于后基底和后膜之间的后透镜流体。在一些示例中，前基底可以具有前凹轮廓和相关联的前负光焦度。在一些示例中，后基底可以具有后凹轮廓和相关联的后负光焦度。前负光焦度可以近似等于后负光焦度。
132.在一些示例中，现实世界图像可以由穿过前透镜组件、波导显示组件的至少一部分和后透镜组件的现实世界光形成。
133.在一些示例中，增强现实光可以由波导显示组件提供。波导显示组件可以包括波导显示器。波导显示器可以包括被配置成将光耦合出波导显示器并朝向用户眼睛的向外耦合(out-coupling)部件。向外耦合部件可以包括光栅。
134.波导显示组件例如对于增强现实光可以具有负光焦度。在一些示例中，波导显示组件可以包括波导显示器和负透镜(具有负光焦度的负透镜)。负透镜可以位于波导显示器和后透镜组件之间。波导显示组件和/或后透镜组件可以包括附加负透镜(例如，平凹透镜或双凹透镜)。
135.在一些示例中，波导显示器可以被配置成将来自波导显示器的发散光向外耦合。在一些示例中，光栅输出表面可以具有空间可变的闪耀角(blaze angle)。
136.在一些示例中，波导显示器可以包括一个或更多个曲面，该曲面被配置成发散通过光栅从波导显示器耦合出去的增强现实光。在一些示例中，光栅可以设置在曲面(诸如抛物面或球面)上。在一些示例中，例如在波导显示器的相反表面上的一个或更多个反射器可以是弯曲的或被布置在弯曲表面上。
137.在一些示例中，设备可以是(或包括)被配置成由用户佩戴的眼部佩戴设备。该设备可以被配置成提供现实世界图像和增强现实图像，其中形成现实世界图像的现实世界光穿过前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件，其中增强现实图像由波导显示组件提供并穿过后透镜组件。后透镜组件可以包括后可调流体透镜。
138.在一些示例中，该设备可进一步包括支撑件，诸如被配置成支撑透镜配置的框架、一个或更多个带(strap)或其他合适的支撑件(例如，以将设备支撑在用户头上)。设备可以包括眼部佩戴设备。设备可以包括增强现实头戴式装置。
139.在一些示例中，设备被配置成使得波导显示组件具有负光焦度，并且该负光焦度校正现实世界图像和增强现实图像之间的辐辏调节冲突。
140.在一些示例中，一种方法包括提供光学配置，其中该光学配置包括前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件；使用穿过前透镜组件、波导显示组件和后透镜组件的现实世界光提供现实世界图像；以及使用由波导显示组件提供的增强现实光生成增强现实图像。增
强现实光可以穿过后透镜组件。波导显示组件可以提供增强现实图像，并且还可以为增强现实光提供负光焦度。显示组件可以通过从增强现实光源接收增强现实光并使用光栅将增强现实光耦合到光路中来提供增强现实图像，其中波导显示组件为增强现实光提供负光焦度。在一些示例中，波导显示组件提供发散的增强现实光。该方法还可以包括操作增强现实设备的方法。
141.本文公开的示例可以包括流体透镜、膜组件(其可包括膜和例如，诸如支撑环或外围丝(wire)的外围结构)以及包括一个或更多个流体透镜的设备。示例设备可以包括眼科设备(例如，眼镜)、增强现实设备、虚拟现实设备等。在一些示例中，设备可以包括流体透镜，该流体透镜被配置成作为光学设备的主透镜，例如，作为用于进入用户眼睛的光的主透镜。
142.在一些示例中，流体透镜可以包括外围结构，诸如支撑环或外围丝。外围结构可以包括固定到流体透镜中的可膨胀膜的周界的支撑构件。外围结构可以具有与透镜外围大致相同的形状。在一些示例中，非圆形流体透镜可以包括可正常弯曲到平面(例如，对应于圆形透镜的膜外围的平面)的外围结构。外围结构也可以切向地弯曲到膜外围。
143.流体透镜可以包括膜(诸如可膨胀膜)。膜可以包括薄片或薄膜(其厚度小于其宽度或高度)。膜可以提供可调流体透镜的可变形光学表面。膜可能处于线张力(line tension)下，这可能是膜的表面张力。膜张力可以以单位n/m来表示。
144.在一些实例中，一种设备包括膜、被配置成为膜的边缘部分提供引导路径的支撑结构、将膜或围绕膜的外围设置的外围结构连接到支撑结构并允许膜沿着引导路径自由移动的接口设备、基底和边缘密封件。在一些示例中，支撑结构可以是刚性的或半刚性的。
145.在一些示例中，可调流体透镜可以包括膜组件。膜组件可以包括膜(例如，具有线张力)和围绕膜延伸的丝或其它结构(例如，外围导丝)。流体透镜可以包括膜组件、基底和边缘密封件。在一些示例中，膜线张力可以由支撑环支撑。这可以通过在支撑环上的一个或更多个位置处的静态约束和/或铰接点来增强。
146.在一些示例中，流体透镜可以包括膜、被构造为膜的边缘部分以提供引导路径的支撑结构、以及基底。流体透镜还可以包括接口设备，该接口设备被配置成将膜连接到支撑结构并允许膜的边缘部分沿着引导路径、基底和边缘密封件自由移动。在一些示例中，流体透镜可以包括具有以下项的透镜：弹性或以其它方式可变形的元件(例如膜)、基底和流体。在一些示例中，(例如，由膜附接件沿着引导路径的移动来确定的)膜的控制点的移动可以用于调整流体透镜的光学特性。
147.示例实施例包括与流体透镜相关的装置、系统和方法。在一些示例中，术语“流体透镜”可以包括可调的流体填充的透镜，例如可调的液体填充的透镜。
148.在一些示例中，流体透镜(诸如可调液体透镜)可以包括至少部分包围流体体积的预应变柔性膜、包围在流体体积内的流体和限定流体体积的外围的柔性边缘密封件、以及被配置成控制膜的边缘使得透镜的光焦度可以被修改的致动系统。流体体积可称为外壳。
149.控制膜的边缘可能需要能量来使膜变形和/或需要能量来使诸如支撑环或丝的外围结构变形(例如，在非圆形透镜的情况下)。在一些示例中，流体透镜配置可以被配置成将改变透镜的焦度所需的能量降低到低值，例如，使得随着透镜特性的改变，存储在膜中的弹性能的变化可以小于克服例如摩擦力所需的能量。
150.在一些示例中，可调焦流体透镜包括基底和膜(例如，弹性膜)，其中透镜流体保持在膜和基底之间。膜可以处于张力下，并且可以沿着膜边缘或在其部分处提供用于在区段(section)处在膜中施加或保持张力的机械系统。机械系统可以允许这些区段的位置在高度和径向距离上可控地改变。在这种情况下，高度可以指沿着垂直于局部基底表面的方向距基底的距离。在一些示例中，高度可以指距延伸穿过透镜的光学中心并垂直于光轴的平面的距离。径向距离可以指距透镜中心的距离，在一些示例中，径向距离指沿垂直于光轴的方向距光轴的距离。在一些示例中，改变约束膜的区段中的至少一个区段的高度可以导致膜曲率的改变，并且可以改变约束的径向距离以减少膜张力的增加。
151.在一些示例中，机械系统可以包括滑动机构、滚动机构、挠曲机构或主动机械系统(active mechanical system)或其组合。在一些示例中，机械系统可以包括一个或更多个致动器，并且一个或更多个致动器可以被配置为控制区段中的一个或更多个区段的高度和/或径向距离两者(或其中之一)。
152.可调焦流体透镜可以包括基底、处于张力的膜、流体、以及约束膜张力的外围结构，其中外围结构围绕膜的外围延伸，并且在一些示例中，外围结构的长度和/或外围结构的空间构型可以被控制。当流体透镜的光焦度改变时，控制膜的周长可以可控地保持膜张力。
153.如果膜周长没有改变，则将透镜的光焦度从第一焦度改变为第二焦度可导致膜张力的改变。然而，改变膜周长可以允许膜张力的变化约为零，或者至少 /-1％、 /-2％、 /-3％或 /-5％。在一些示例中，可以将负载偏移或负弹簧力施加到致动器。
154.流体透镜的一个或更多个部件可以在一些或所有操作配置内具有应变能。在一些示例中，流体透镜可以包括弹性体膜，如果被拉伸，该弹性体膜可以具有应变能。由外力完成的功(例如当调整膜时由致动器提供的功)可以导致增加存储在膜内的应变能。在一些实例中，沿着引导路径调整膜的一个或更多个边缘部分，使得存储在膜内的应变能不会显著改变，或改变减少的量。
155.当施加点在力的方向上发生位移时，力(例如由致动器提供的力)可做功。在一些示例中，流体透镜被构造成使得在引导路径的方向上没有明显的弹性力。在这种构造中，膜的边缘部分沿着引导路径的位移可以不需要与弹性力相关的功。然而，可能需要做一些功来克服摩擦和其他相对较小的影响。
156.在一些示例中，流体透镜包括支撑环。支撑环可以包括固定到流体透镜中的可膨胀膜的周界的构件。支撑环可以具有与透镜大致相同的形状。对于圆形透镜，用于球形光学器件的支撑环通常可以是圆形的。对于非圆形透镜，支撑环可以垂直于由膜界定的平面弯曲。然而，刚性支撑环可能对控制点的位置调整施加限制，在一些示例中，丝围绕膜的外围定位。在一些示例中，支撑环可以允许挠曲出环的平面。在某些示例中，支撑环(或外围丝)可能不是圆形的。
157.在一些示例中，流体透镜可以包括一个或更多个膜。示例膜可以包括膜厚度远小于透镜半径或透镜的其他横向范围的薄聚合物膜。例如，膜厚度可以小于约1mm。透镜的横向范围可至少约为10mm。膜可以提供流体透镜(诸如可调的液体填充的透镜)的可变形光学表面。流体透镜还可以包括基底。基底可以具有相反的表面，并且基底的一个表面可以提供可调流体透镜的一个透镜表面，与由膜提供的透镜表面相对。示例基底可以包括刚性层，诸
如刚性聚合物层，或刚性透镜。在一些实例中，一个或更多个致动器可用于控制可膨胀膜的线张力，其中线张力可以以单位n/m表示。基底可以包括刚性聚合物，诸如刚性光学聚合物。在一些示例中，流体透镜可以包括边缘密封件，例如，可变形部件，诸如被配置成将流体保持在透镜中的聚合物膜。边缘密封件可以将膜的外围部分连接到基底的外围部分，并且可以包括薄的柔性聚合物膜。
158.在一些示例中，膜可以包括一个或更多个控制点。控制点可以包括靠近膜的外围的位置，该位置的移动可用于控制流体透镜的一个或更多个光学特性。在一些示例中，控制点的移动可以由膜附接件沿着由支撑结构确定的轨迹(或引导路径)的移动来确定。在一些示例中，控制点可以由致动点提供，例如，在诸如膜附接件的外围结构上的位置，该外围结构可以具有由致动器调整的位置。在一些示例中，致动点可以具有通过到致动器的机械耦合控制的位置(例如，相对于基底)。膜附接件可以与支撑结构机械地相互作用，并且可以例如沿着由支撑结构(例如，通过槽或其他引导结构)确定的轨迹(或引导路径)移动。控制点可以包括膜的边缘部分内的位置，该位置可以例如使用致动器或其他机构来移动。在一些示例中，致动器可以用于沿着由支撑结构提供的引导路径来移动膜接附件(以及例如，对应的控制点)，例如，以调整流体透镜的一个或更多个光学特性。在一些示例中，可选地，除了其他类型的连接之外，膜接附件可以在一个或更多个位置处铰接地连接到支撑结构。膜和支撑结构之间的铰接连接可称为铰接点。
159.流体透镜可以被配置成具有以下特征中的一个或两个：在一些示例中，对于所有的致动状态，膜中的应变能大致相等；以及在一些示例中，膜边缘处的反作用力垂直于引导路径。因此，在一些示例中，膜的应变能可以近似独立于透镜的光焦度。在一些示例中，对于引导路径上的一些或所有位置，膜边缘处的反作用力垂直于引导路径。
160.在一些示例中，引导路径可以由包括以下中的一个或更多个的支撑结构提供：枢轴、挠性件、滑动件、引导槽、引导表面、引导通道、铰链或其他机构。支撑结构可以完全在流体体积之外，完全在流体体积之内，或者部分在流体体积之内。
161.在一些示例中，流体透镜(也可以称为流体填充的透镜)可以包括相对刚性的基底和柔性聚合物膜。膜可以在围绕膜外围的控制点处附接到支撑结构。柔性边缘密封件可用于封闭流体。可以通过沿着引导轨迹(例如，使用一个或更多个致动器)移动控制点的位置来调整透镜焦度。当控制点位置被沿着引导路径移动时，可以确定保持膜的恒定弹性变形能的引导路径(其可以对应于控制点的允许的轨迹)。引导设备可以附接到基底(或形成为基底的一部分)。
162.弹性能的来源包括环向应力(hoop stress)(方位角上的张力)和线应变，并且当膜被调整时，弹性能可以在它们之间互换。在一些示例中，用于调整控制点位置的力方向可以垂直于来自膜的支撑结构上的弹性力。这种方法可具有很大的优点，包括大大降低了致动器的尺寸和功率要求，以及更快的透镜响应，而这种响应可能只受到粘性和摩擦效应的限制。
163.在一些示例中，流体透镜的一个或更多个光学参数可以至少部分地由膜的物理轮廓来确定。在一些示例中，流体透镜可以被配置成使得透镜的一个或更多个光学参数可以被调整，而不显著地改变膜中的弹性应变能。例如，薄膜中的弹性应变能可以随着透镜的调整而变化不到20％。在一些示例中，可以使用调整力来调整透镜的一个或更多个光学参数，
该调整力例如是由致动器施加的、垂直于膜中的弹性应变力的方向的力。在一些示例中，引导路径可以被配置成使得在透镜的调整期间，调整力可以至少近似垂直于弹性应变力。例如，调整力和弹性应变力之间的角度可以在法线的5度以内，例如在法线的3度以内。在一些示例中，在透镜调整期间的流体运动可导致流体粘度的降低，例如，流动会破坏流体内颗粒或分子之间的相互作用，这会破坏颗粒和/或分子聚集。
164.在一些示例中，流体透镜包括流体、基底和膜，其中基底和膜至少部分地包围流体。为了简明起见，流体透镜内的流体可以称为“透镜流体”，或者偶尔称为“流体”。透镜流体可以包括液体，例如油(例如硅油(例如苯基硅油))。在一些示例中，透镜流体可以包括聚苯醚(ppe)。在一些示例中，透镜流体可以包括聚苯硫醚(polyphenylthioether)。
165.在一些示例中，透镜流体可以是(或包括)透明流体。在这种情况下，透明流体在操作波长范围内可以具有很少或基本上没有视觉上可察觉的可见光波长吸收。然而，流体透镜也可以用于uv(紫外区)和ir(红外区)，并且在一些示例中，所使用的流体在期望应用的波长范围内通常是不吸收的，并且在一些或全部可见光波长范围内可能是不透明的。在一些示例中，膜可以是透明的，例如，在可见光波长光学透明。
166.在一些示例中，透镜流体可以包括油，例如光学油。在一些示例中，透镜流体可以包括硅酮、硫醇或氰基化合物中的一种或更多种。该流体可以包括硅酮基流体，其有时可以被称为硅油。示例透镜流体包括芳香族硅酮，例如苯基硅氧烷(phenylated siloxanes)，例如五苯基三甲基三硅氧烷。示例透镜流体可以包括苯基醚或苯基硫醚。示例透镜流体可以包括分子，该分子包括多个芳香环，诸如聚苯化合物(例如，聚苯醚或聚苯硫醚)。
167.在一些示例中，流体透镜包括例如至少部分包围流体的膜。流体可以是或包括以下中的一种或更多种：气体、凝胶、液体、悬浮液、乳液、囊泡(vesicle)、胶束(micelle)、胶体(colloid)、液晶或其他可流动或以其他方式可变形的相。例如，流体可以包括颗粒(诸如纳米颗粒)的胶体悬浮液。
168.在一些示例中，透镜流体可以具有视觉上可感知的颜色或吸收，例如，用于眼睛保护或提高视觉灵敏度。在一些示例中，透镜流体可以具有uv吸收染料和/或蓝色吸收染料，并且流体透镜可以具有稍微黄色的色调。在一些示例中，透镜流体可以包括被选择来吸收特定波长(例如在激光护目镜的示例中的激光波长)的染料。在一些示例中，包括流体透镜的设备可以被配置成太阳镜，并且透镜流体可以包括光吸收剂和/或光致变色材料。在一些示例中，流体透镜可以包括单独的层，例如光吸收层，其被配置成降低传递到眼睛的光强度，或者保护眼睛免受特定波长或波长带的影响。通过减少激光辐射的散射和减少设备的低吸收部分，减少气泡的形成可以大大提高激光保护设备的有效性。
169.流体透镜可以包括可变形元件，例如聚合物膜或其他可变形元件。聚合物膜可以是弹性体聚合物膜。膜厚度可以在1微米至1mm范围内，诸如在3微米至500微米之间，例如在5微米和100微米之间。示例膜可以是以下中的一种或更多种：柔性的、光学透明的、不透水的和/或弹性体的。膜可以包括一种或更多种弹性体，诸如一种或更多种热塑性弹性体。膜可以包括一种或更多种聚合物，诸如以下中的一种或更多种：聚氨酯(诸如热塑性聚氨酯(tpu)、热塑性芳香族聚氨酯、芳香族聚醚聚氨酯和/或交联氨基甲酸酯聚合物(cross-linked urethane polymer))、硅氧烷弹性体(例如聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane)、聚烯烃、聚环脂肪族聚合物(polycycloaliphatic polymer)、聚
醚、聚酯(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚酰亚胺、乙烯基聚合物(例如聚偏二氯乙烯)、聚砜、硫化聚氨酯(polythiourethane)、环烯烃和脂肪族或脂环族聚醚的聚合物、含氟聚合物(例如聚氟乙烯)，另一种合适的聚合物，和/或一种或更多种此类聚合物的共混物、衍生物或类似物。所述膜可以是弹性体膜，并且所述膜可以包括一种或更多种弹性体。
170.在一些示例中，外壳的内表面的至少一部分可以具有涂层，该涂层减少、基本上消除或在一些实施例中大大增加针对透镜流体中形成气泡的成核位点(nucleation sites)的数量。涂层可以位于透镜流体和外壳的内表面(其可以包括膜和/或基底的内表面)之间。在一些示例中，涂层可以防止透镜流体(诸如光学油)穿透膜，否则膜的光学和/或物理特性会降低(例如，通过使膜变得混浊、膨胀和/或失去张力)。在一些示例中，涂层可以显著地减少气泡的形成，并显著地减少流体扩散到膜中(例如，与类似条件下的未涂层的膜相比，通过将流体扩散到膜中的速率减少至少50％)。
171.在一些示例中，流体透镜可以包括基底。基底可以是相对刚性的，并且可以由于例如调整流体的内部压力和/或膜上的张力而不呈现出视觉上可察觉的变形。在一些示例中，基底可以是大致透明的平板。基底可以包括一个或更多个基底层，基底层可以包括聚合物、玻璃、光学薄膜等。示例玻璃包括硅酸盐玻璃，例如硼硅酸盐玻璃。在一些实施例中，基底可以包括一种或更多种聚合物，诸如丙烯酸酯聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚氨酯(诸如，芳香族聚氨酯)或其他合适的聚合物。在一些示例中，基底的一个或更多个表面可以是平面的、球形的、圆柱形的、球柱形的(spherocylindrical)、凸形的、凹形的、抛物线形的，双焦的、渐进的、递减的或者具有自由表面曲率。基底的一个或更多个表面可以接近用户的处方(prescription)，并且膜轮廓的调整可以用于提供改进的处方，例如，用于阅读、远距离观看或其他用途。在一些实施例中，透镜流体可以具有与基底材料的折射率相似的折射率，并且基底的外表面可以具有所述类型的形状。基底的一个或两个表面可以接近用户的处方，并且膜轮廓的调整(例如，通过调整膜曲率)可以用于提供改进的处方，例如，用于阅读、远距离观看或其他用途。在一些示例中，例如，通过具有平行的平坦表面，基底可以没有显著的光焦度。
172.膜变形可用于围绕由基底或其它光学元件(例如基底的一个或两个表面)的相对固定的表面曲率确定的中心值来调整光学参数，例如焦距。
173.在一些示例中，基底可以包括弹性体，并且在一些示例中可以具有可调的轮廓(其可以具有比由膜提供的调整范围更小的调整范围)，并且在一些示例中，基底可以被省略，并且流体被一对膜或其他柔性外壳构型包围。
174.在一些示例中，流体透镜可以包括一个或更多个致动器。一个或更多个致动器可以用于改变膜的弹性张力，并因此可以改变包括膜的流体透镜的光学参数。例如，可以使用连接组件围绕膜的外围将膜连接到基底。连接组件可以包括致动器、柱、丝或其他连接硬件中的一个或更多个。在一些示例中，一个或更多个致动器用于调整膜的曲率，并因此调整流体透镜的光学特性。
175.在一些示例中，包括流体透镜的设备可以包括由框架支撑的一个或更多个流体透镜，例如眼科眼镜、护目镜、护目面罩等。本文描述的设备或方法的应用包括流体透镜，以及可以包括一个或更多个流体透镜的设备，诸如眼部佩戴设备(例如，眼镜、增强现实设备、虚拟现实设备等)、双筒望远镜、望远镜、相机、内窥镜或任何成像设备。
176.在一些示例中，膜、基底、边缘密封件或其他透镜部件可以经受表面处理，该表面处理可以在流体透镜组装之前或之后被提供。在一些示例中，聚合物可以被施加到膜上，例如聚合物涂层，例如含氟聚合物涂层。含氟聚合物涂层可以包括一种或更多种含氟聚合物，例如聚四氟乙烯或其类似物、共混物或衍生物。
177.应用还可以包括光学仪器和光学设备，以及流体透镜的其他应用。此外，应用可以包括任何透镜应用，诸如眼科透镜、光学器件和其他流体透镜应用。流体透镜可以结合到各种不同的设备中，诸如眼部佩戴设备(例如，眼镜)、双筒望远镜、望远镜、相机、内窥镜和/或成像设备。本文所述的原理可以与任何形式的流体透镜结合来应用。流体透镜也可以结合到眼部佩戴物中，例如像眼镜这样的可穿戴光学设备、增强现实或虚拟现实头戴式装置和/或其他可穿戴光学设备。由于本文所述的这些原理，这些设备可以表现出减小的厚度、减小的重量、改进的广角/视场光学(例如，对于给定的重量)和/或改进的美观性。
178.本文描述的流体透镜可用于校正vac，该vac可以指例如在使用增强现实或虚拟现实设备时的用户不适。vac可能是由虚拟内容的焦平面(与眼睛调节相关)与虚拟内容的基于立体视觉的视距离(apparent distance)(与眼睛辐辏相关)不匹配引起的。本文描述的示例包括包含一个或更多个流体透镜的设备，其允许校正vac，同时允许使用与波导显示器相关联的负光焦度减少一个或更多个流体透镜的质量。在一些示例中，设备可以被配置成使得前透镜组件(例如，包括前可调透镜)和/或波导显示组件的负光焦度校正(例如，减少或基本上消除)现实世界图像和增强现实图像之间的vac。
179.在增强现实图像(也可称为虚拟图像)与现实世界图像被叠加观看的增强现实设备中，本文所述类型的一对流体透镜可以与中间透明显示器一起使用；内透镜(inner lens)用于调整由显示器投射的虚拟图像的焦平面并且外透镜(outer lens)用于补偿内透镜，使得除了用于校正用户视觉的可能的固定处方之外，从外部穿过两个透镜的光基本上不经历焦点的净变化(net change)。
180.在一些示例中，类似的方法可用于降低其他光学设备中的透镜质量和/或复杂性。本公开的应用包括流体填充的透镜，例如，其中流体包括液体、悬浮液、气体或其他流体中的一种或更多种。
181.本公开可以预期或包括各种方法，例如计算机实现的方法。方法步骤可以由任何合适的计算机可执行代码和/或计算系统来执行，并且可以由虚拟和/或增强现实系统的控制系统来执行。示例方法的每个步骤可以表示一种算法，其结构可以包括多个子步骤和/或可以由多个子步骤表示。
182.在一些示例中，根据本公开的系统可以包括至少一个物理处理器和物理存储器，该物理存储器包括计算机可执行指令，当由物理处理器执行该指令时，使得物理处理器基本上如本文所述调整流体透镜的光学特性。
183.在一些示例中，根据本公开的非暂时性计算机可读介质可以包括一个或更多个计算机可执行指令，当由计算设备的至少一个处理器执行该指令时，使得计算设备基本上如本文所述调整流体透镜的光学特性。
184.在一些示例中，流体透镜(例如，液体透镜)包括基底、柔性膜和位于形成在基底和膜之间的外壳内的流体。透镜流体内气泡的形成可能会降低透镜的光学质量和美观性。在一些应用中，可能施加减压(例如，为了获得负光焦度的凹透镜表面)，并且这可能导致在基
底和膜的内表面上形成气泡。
185.在一些示例中，内部表面(例如，邻近透镜流体的表面)可以被处理以减少或基本上消除流体透镜的流体内的气泡形成。可以使用表面涂层和/或其他处理来减少针对气泡形成的成核位点的数量。在用流体填充外壳之前，可以在外壳的内表面上形成表面涂层，在一些示例中，可以在使用添加到流体中的组分进行锉削之后形成表面涂层。例如，表面可以涂覆有聚合物层(例如，通过聚合表面单体层)，或者涂覆与透镜流体不混溶的流体、凝胶或乳液层。涂层可以包括各种材料中的一种或更多种，诸如丙烯酸酯聚合物、硅酮聚合物、环氧基聚合物或含氟聚合物。在一些示例中，涂层可以包括氟丙烯酸酯聚合物，诸如全氟庚基丙烯酸酯，或其他氟烷基化丙烯酸酯聚合物。
186.本文中描述设备的眼科应用包括具有平的前部(或其他弯曲的)基底和可调整的眼侧凹膜表面或凸膜表面的眼镜。应用包括光学器件和流体透镜的其他应用，包括增强现实或虚拟现实头戴式装置。
187.示例实施例
188.示例1：一种示例设备可以包括光学配置，其中该光学配置包括：包括前可调透镜的前透镜组件；被配置成提供增强现实光的波导显示组件；以及包括后可调透镜的后透镜组件，其中波导显示组件位于前透镜组件和后透镜组件之间，波导显示组件和后透镜组件的组合为增强现实光提供负光焦度，并且该设备被配置成在现实世界图像内提供使用增强现实光形成的增强现实图像。
189.示例2.根据示例1所述的设备，其中现实世界图像由前透镜组件接收的现实世界光形成，现实世界光然后穿过波导显示组件的至少一部分和后透镜组件。
190.示例3.根据示例1或示例2所述的设备，其中所述设备可以被配置成使得当由用户佩戴时，前透镜组件接收用于形成现实世界图像的现实世界光，并且后透镜组件位于用户眼睛附近。
191.示例4.根据示例1-3中任一项所述的设备，其中所述设备被配置成使得所述负光焦度校正现实世界图像和增强现实图像之间的辐辏调节冲突(vac)。
192.示例5.根据示例1-4中任一项所述的设备，其中波导显示组件为增强现实光提供至少一部分负光焦度。
193.示例6.根据示例1-5中任一项所述的设备，其中波导显示组件包括波导显示器和负透镜。
194.示例7.根据示例1-6中任一项所述的设备，其中波导显示组件具有大约在-1.5d和-2.5d之间的负光焦度，其中d表示屈光度。
195.示例8.根据示例1-7中任一项所述的设备，其中波导显示组件包括波导显示器，并且所述波导显示器提供负光焦度的至少一部分。
196.示例9.根据示例1-8中任一项所述的设备，其中波导显示组件包括光栅。
197.示例10.根据示例1-9中任一项所述的设备，其中前可调透镜包括前可调流体透镜，该前可调流体透镜具有前基底、前膜以及位于前基底和前膜之间的前透镜流体。
198.示例11.根据示例1-10中任一项所述的设备，其中后可调透镜包括后可调流体透镜，该后可调流体透镜具有后基底、后膜以及位于后基底和后膜之间的后透镜流体。
199.示例12.根据示例1-11中任一项所述的设备，其中后透镜组件提供至少一些负光
焦度。
200.示例13.根据示例1-12中任一项所述的设备，其中前透镜组件具有正光焦度。
201.示例14.根据示例13所述的设备，其中正光焦度和负光焦度在大小上近似相等。
202.示例15.根据示例1-14中任一项所述的设备，其中后透镜组件包括后可调透镜和附加负透镜。
203.示例16.根据示例1-15中任一项所述的设备，其中：后可调透镜包括基底；并且所述基底具有凹外表面。
204.示例17.根据示例1-16中任一项所述的设备，其中：现实世界光通过前透镜组件被设备接收并穿过波导显示组件和后透镜组件以形成现实世界图像；增强现实光由波导显示组件提供并穿过后透镜组件以形成增强现实图像；并且负光焦度减少现实世界图像和增强现实图像之间的辐辏调节冲突。
205.示例18.根据示例1-17中任一项所述的设备，其中所述设备是增强现实头戴式装置。
206.示例19.一种示例方法可以包括：接收通过前透镜组件的现实世界光，并通过引导现实世界光通过波导显示器和后透镜组件来生成现实世界图像；以及引导来自波导显示器的增强现实光通过后透镜组件以形成增强现实图像，其中：波导显示器和后透镜组件协作地为增强现实光提供负光焦度，并且前透镜组件、波导显示器和后透镜组件协作地为现实世界光提供近似为零的光焦度。
207.示例20.根据示例19所述的方法，其中波导显示器从增强现实光源接收增强现实光，并使用光栅将增强现实光引导出波导显示器。
208.图18示出了诸如增强现实系统的示例近眼显示系统。系统1800可以包括近眼显示器(ned)1810和控制系统1820，它们可以彼此通信地耦合。近眼显示器1810可以包括透镜1812、电活性设备(electroactive device)1814、显示器1816和传感器1818。控制系统1820可以包括控制元件1822、力查找表1824和增强现实逻辑1826。
209.增强现实逻辑1826可以确定哪些虚拟对象要被显示，以及虚拟对象要被投射到的现实世界位置。因此，增强现实逻辑1826可以生成图像流1828，该图像流1828由显示器1816以这样的方式显示，即显示器1816中显示的右侧图像和左侧图像的对齐导致朝向期望的现实世界位置的视觉辐辏(ocular vergence)。
210.控制元件1822可被配置成控制一个或更多个可调透镜，例如，位于近眼显示器内的流体元件。透镜调整可以基于对虚拟对象(诸如增强现实图像元素)的期望感知距离。
211.如本文中所描述的，控制元件1822可以使用由增强现实逻辑1826确定的相同定位信息，与力查找表(lut)1824组合，以确定由电活性设备1814(例如，致动器)施加到透镜1821的力的量。电活性设备1814可响应于控制元件1822，向透镜1821施加适当的力，以调整在显示器1816中显示的虚拟图像的表观调节距离(apparent accommodation distance)，以匹配虚拟图像的表观辐辏距离，由此减少或消除辐辏调节冲突。控制元件1822可以与传感器1818通信，传感器1818可以测量可调透镜的状态。基于从传感器1818接收到的数据，控制元件1822可以调整电活性设备1814(例如，作为闭环控制系统)。
212.在一些实施例中，显示系统1800可以一次显示多个虚拟对象，并可以确定用户正在观看(或可能正在观看)哪个虚拟对象，以识别虚拟对象，为其校正表观调节距离。例如，
系统可以包括眼睛跟踪系统(未示出)，该眼睛跟踪系统向控制元件1822提供信息以使控制元件1822能够选择相关虚拟对象的位置。
213.附加地或可替代地，增强现实逻辑1826可以提供关于哪个虚拟对象最重要和/或最可能引起用户注意的信息(例如，基于空间或时间上的接近度、移动和/或附加到虚拟对象的语义重要性指标)。在一些实施例中，增强现实逻辑1826可以识别多个潜在重要虚拟对象，并选择近似于一组潜在重要虚拟对象的虚拟距离的表观调节距离。
214.控制系统1820可以表示用于管理对可调透镜1821的调整的任何合适的硬件、软件或其组合。在一些实施例中，控制系统1820可表示片上系统(soc)。因此，控制系统1820的一个或更多个部分可以包括一个或更多个硬件模块。附加地或可替代地，控制系统1820的一个或更多个部分可以包括一个或更多个软件模块，当存储在计算设备的存储器中并由计算设备的硬件处理器执行时，该软件模块执行本文中描述的任务中的一个或更多个。
215.控制系统1820通常可以表示用于为头戴式显示器提供显示数据、增强现实数据和/或增强现实逻辑的任何合适的系统。在一些实施例中，控制系统1820可以包括图形处理单元(gpu)和/或被设计成优化图形处理的任何其他类型的硬件加速器。
216.控制系统1820可以在各种类型的系统(诸如增强现实眼镜)中实现，其可以进一步包括耦合到框架(例如，使用镜框(eyewire))的一个或更多个可调焦透镜。在一些实施例中，控制系统可以集成到眼部佩戴设备的框架中。可替代地，控制系统的全部或一部分可以在远离眼部佩戴物的系统中，并且例如被配置成经由有线或无线通信控制眼部佩戴物中的电活性设备(例如，致动器)。在一些示例中，单个显示器可用于将虚拟图像元素(例如增强现实图像元素)提供到用户的一只眼睛或两只眼睛中。
217.图19示出了根据一些实施例的显示设备1900的透视图。显示设备1900可以是ned的部件(例如，波导显示组件或波导的一部分)。在一些实施例中，显示设备1900可以是某种其他ned的一部分或将显示图像光引导到特定位置的另一系统。根据实施例和实施方式，显示设备1900还可以被称为波导显示器和/或扫描显示器。然而，在一些实施例中，显示设备1900不包括扫描反射镜。例如，显示设备1900可以包括通过波导显示器将光投射到图像场(image field)的光发射器矩阵，但是没有扫描反射镜。在一些实施例中，由光发射器的二维矩阵发射的图像可以在光到达波导或屏幕之前由光学组件(例如，透镜)放大。
218.对于一些实施例(例如，包括光学配置，该光学配置包括波导显示器)，显示设备1900可以包括源组件1910、输出波导1920和控制器1930。显示设备1900可以为两只眼睛或单只眼睛提供图像。出于说明的目的，图19示出了与单只眼睛1922相关联的显示设备1900。与显示设备1900分离(或部分分离)的另一个显示设备(未示出)可以向用户的另一只眼睛提供图像光。在部分分离的系统中，可以在用于每只眼睛的显示设备之间共享一个或更多个部件。
219.在该示例中，源组件1910生成图像光1955。源组件1910可以包括光源1940和光学系统1945。光源1940可以包括使用以矩阵排列的多个光发射器生成图像光的光学部件。每个光发射器可以发射单色光。光源1940生成图像光，包括但不限于红色图像光、蓝色图像光、绿色图像光、红外图像光等。虽然在本公开中经常讨论rgb(红绿蓝)，但是本文描述的实施例不限于使用红色、蓝色和绿色作为原色(primary color)。其他颜色也可以用作显示设备的原色。此外，根据实施例的显示设备可以使用多于三种原色。
220.光学系统1945可以执行一组光学过程，包括但不限于对由光源1940生成的图像光的聚焦、组合、调整以及扫描过程。
221.在一些实施例中，光学系统1945可以包括组合组件、光调节组件以及扫描反射镜组件。源组件1910可以生成图像光1955并将其输出到输出波导1920的耦合元件1950。在此背景下，输出波导提供本公开中其他地方描述的各种示例中的波导显示器。
222.在该示例中，输出波导1920是向用户的眼睛输出图像光的光波导，并且可以被用于提供增强显示图像元素。输出波导1920可以在一个或更多个耦合元件1950处接收图像光1955，并将接收到的输入图像光引导到一个或更多个去耦元件1960。耦合元件1950可以是例如衍射光栅、全息光栅、将图像光1955耦合到输出波导1920中的某种其他元件或其某种组合。例如，在耦合元件1950是衍射光栅的实施例中，选择衍射光栅的节距(pitch)，使得全内反射发生，并且图像光1955内部地朝向去耦元件1960传播。衍射光栅的节距可以在300nm至600nm的范围内。
223.去耦元件1960可以将全内反射图像光从输出波导1920去耦。去耦元件1960可以是例如衍射光栅、全息光栅、将图像光从输出波导1920去耦出去的某种其他元件或它们的某种组合。例如，在去耦元件1960是衍射光栅的实施例中，可以选择衍射光栅的节距，以使入射图像光离开输出波导1920。通过改变进入耦合元件1950的图像光1955的取向和位置，可以控制从输出波导1920离开的图像光的取向和位置。在一些示例中，衍射光栅的间距可以在300nm至600nm的范围内。
224.输出波导1920可以包括促进图像光1955的全内反射的一种或更多种材料。输出波导1920可以包括例如硅、塑料、玻璃或聚合物或其某种组合。输出波导1920可以具有相对较小的形状因子。例如，输出波导1920可以沿x维度约50mm宽，沿y维度30mm长，以及沿z维度约0.5mm-1mm厚。
225.控制器1930可以控制源组件1910的图像渲染操作。控制器1930可以至少基于一个或更多个显示指令来为源组件1910确定指令。显示指令可以包括渲染一个或更多个图像的指令。在一些实施例中，显示指令可以包括图像文件(例如，位图数据)。可以从例如vr系统的控制台(此处未示出)接收显示指令。扫描指令可以表示由源组件1910用来生成图像光1955的指令。扫描指令可以包括例如图像光源的类型(例如，单色、多色)、扫描速率、扫描装置的定向、一个或更多个照明参数或其某种组合。控制器1930可以包括这里未示出的以避免模糊本公开的其他方面的硬件、软件和/或固件的组合。
226.在一些实施例中，电子显示器可以包括光发射器，该光发射器可以包括一个或更多个发光二极管，诸如微led。在一些实施例中，微led可以具有大约10nm至大约20微米之间的尺寸(例如，微led的发射表面的直径)。在一些实施例中，微led的排列可以具有大约10nm至大约20微米之间的节距(例如，两个微led之间的间距)。节距可以是相邻微led之间的间距。在一些示例中，节距可以是微led的中心到中心间距，并且可以在具有基于发射表面的直径的下限的范围内。在其他实施例中，可以使用其他类型的光发射器。在一些实施例中，光学组合器可以包括波导和本文所述的一个或更多个附加光学部件。
227.在一些实施例中，波导显示组件可以被配置成通过出射光瞳(exit pupil)将图像光(例如，从电子显示器投射的增强现实图像光)引导到用户的眼睛。波导显示组件可以包括一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)，并且各种光学部件可以具有一种或更多种折射
率，或者在一些实施例中具有梯度折射率。波导显示组件可以被配置成有效地减小ned的重量并扩大其视场(fov)。在一些实施例中，ned可以包括在波导显示组件和眼睛之间的一个或更多个光学元件。例如，光学元件可以被配置成放大从波导显示组件发射的图像光，和/或提供对从波导显示组件发射的图像光的其他光学调整。例如，光学元件配置可以包括光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器或任何其他合适的光学元件(例如被配置成校正从波导显示组件发射的图像光中的像差)中的一个或更多个。在一些实施例中，波导显示组件可以产生光瞳复制并将其引导到视窗(eyebox)区域。出射光瞳可以包括当用户佩戴诸如包括ned的设备的设备时眼睛位于视窗区域中的位置。在一些实施例中，设备可以包括框架(眼部佩戴眼镜(本文也简称为眼镜)的框架)，该框架被配置成将设备支撑在用户的身体上(诸如头部)。在一些实施例中，包括例如波导显示组件的第二光学组合器可用于向用户的另一只眼睛提供图像光。
228.在一些实施例中，电子显示器(也可以称为显示设备)可以包括一个或更多个(诸如多个)单色光发射器阵列(诸如投影仪阵列)。与其它阵列相比，一个或更多个阵列可以包括数量减少的光发射器，使得与数量减少的阵列相关联的颜色通道与其它颜色通道相比具有减少的分辨率。由不同阵列的光发射器发射的光可以由诸如波导的光学部件会聚，使得不同颜色的光在每个图像像素位置处空间上重叠。显示设备可以包括应用抗混叠滤波器(anti-aliasing filter)的图像处理单元，该抗混叠滤波器可以包括多个卷积核，以减少由用户对于具有减小分辨率的一个或更多个颜色通道感知的任何视觉效果。在一些实施例中，设备可以被配置成由用户佩戴，并且所述设备可以被配置成使得增强现实图像元素在穿过光学组合器之后被投射向用户的眼睛。在一些实施例中，增强现实图像元件包括多个颜色通道，电子显示器包括用于每个颜色通道的单独投影仪阵列，并且每个投影仪阵列可以耦合到可以包括一个或更多个波导的光学组合器中。在一些示例中，电子显示器包括多个投影仪阵列，其中多个投影仪阵列中的每个投影仪阵列提供颜色通道，并且每个颜色通道可以耦合到光学组合器中。每个投影仪阵列可以包括微led阵列，例如，具有间距小于约5微米(例如小于约2微米)的微led的微led阵列。微led的排列(例如阵列)可以具有在大约10纳米和大约20微米之间的尺寸(例如，led器件的发射表面的直径)和/或节距(例如，两个邻近的微led的边缘或中心之间的间距)。中心到中心的节距范围的下限可以至少部分地由发射表面的直径确定。在一些示例中，微led排列(例如阵列)可以具有在微led之间的大约10纳米和大约20微米之间的间距(例如，边缘到边缘的距离)。
229.在一些实施例中，源组件可以包括光源，该光源被配置成发射光，该光可以由光学系统光学地处理以生成可以投射到图像场上的图像光。光源可以由驱动器电路基于从控制器或图像处理单元发送的数据来驱动。在一些实施例中，驱动器电路可以包括电路面板，该电路面板可以连接到并且可以机械地保持光源的一个或更多个光发射器。驱动器电路和光源的组合有时可称为显示面板或led面板(例如，如果光发射器包括某种形式的led，则为led面板)。
230.光源可以生成空间相干或部分空间相干的图像光。光源可以包括多个光发射器。光发射器可以是垂直外壳表面发射激光器(vcsel)设备、发光二极管(led)、微led、可调谐激光器和/或一些其他发光设备。在一个实施例中，光源包括光发射器矩阵。在一些实施例中，光源包括多组光发射器，其中每组光发射器按颜色分组并以矩阵形式排列。光源发射可
见光波段(例如，从大约390nm至700nm)的光。光源根据由控制器设置并潜在地由图像处理单元和驱动器电路调整的一个或更多个照明参数来发射光。照明参数可以是光源用于生成光的指令。例如，照明参数可以包括源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲式)、影响发射的光的一个或更多个其他参数或它们的某种组合。光源可以发射源光(source light)。在一些实施例中，源光可以包括多束红光、绿光和蓝光或其某种组合。
231.光学系统可以包括一个或更多个光学部件，其光学地调整并潜在地重新引导来自光源的光。光的示例调整的一种形式可以包括调节光。调节来自光源的光可以包括例如，扩展、准直、校正一个或更多个光学误差(例如场曲率、色差等)、光的某种其他调整或它们的某种组合。例如，光学系统的光学部件可以包括例如，透镜、反射镜、光圈、光栅或它们的某种组合。从光学系统发射的光可以被称为图像光。
232.光学系统可以经由其一个或更多个反射和/或折射部分重新引导图像光，使得图像光以特定取向朝向输出波导进行投射。其中图像光被重定向的方向可以基于该一个或更多个反射和/或折射部分的特定取向。在一些实施例中，光学系统包括在至少两个维度上进行扫描的单个扫描反射镜。在一些实施例中，光学系统可以包括多个扫描反射镜，每个扫描反射镜在彼此正交的方向上进行扫描。光学系统可以执行光栅扫描(raster scan)(水平或垂直)、双谐振扫描(biresonant scan)或它们的某种组合。在一些实施例中，光学系统可以用特定的振荡频率沿水平和/或垂直方向执行受控振动，以沿着两个维度扫描，并生成呈现给用户眼睛的媒体的二维投射行式图像(line image)。在一些实施例中，光学系统还可以包括与一个或更多个扫描反射镜功能相似或相同的透镜。
233.在一些实施例中，光学系统可以包括检流计反射镜(galvanometer mirror)。例如，检流计反射镜可以表示任何机电仪器，其通过用一个或更多个反射镜使图像光束偏转来指示它已经感测到电流。检流计反射镜可以在至少一个正交维度中扫描，以生成图像光。来自检流计反射镜的图像光可以表示呈现给用户眼睛的媒体的二维行式图像。
234.在一些实施例中，源组件可以不包括光学系统。在一些实施例中，由光源发射的光可以直接投射到波导中。在一些示例中，光源的输出光学器件可以包括负透镜。
235.控制器可以控制光源的操作，并且在一些情况下，控制光学系统的操作。在一些实施例中，控制器可以是显示设备的图形处理单元(gpu)。在一些实施例中，控制器可以包括一个或更多个不同的或附加的处理器。由控制器执行的操作可以包括获取用于显示的内容，并将内容划分为离散区段(section)。控制器可指示光源使用对应于最终显示给用户的图像中的相应行的光发射器，按顺序呈现离散区段。控制器可以指示光学系统调整光。例如，控制器可以控制光学系统将呈现的离散区段扫描到输出波导的耦合元件的不同区域。因此，在输出波导的出射光瞳处，每个离散部分可以在不同位置呈现。虽然每个离散区段在不同的时间呈现，但离散区段的呈现和扫描可能发生得足够快，使得用户眼睛将不同的区段整合成单个图像或一系列图像。控制器还可以向光源提供扫描指令，该扫描指令包括与光源的单独源元件对应的地址和/或施加到单独源元件的电偏压。
236.图像处理器单元可以是通用处理器和/或专用于执行本文所述特征的一个或更多个专用电路。在一个实施例中，通用处理器可以耦合到存储器设备以执行使处理器执行本文中描述的某些过程的软件指令。在一些实施例中，图像处理单元可以包括专门用于执行某些特征的一个或更多个电路。图像处理单元可以是与控制器和驱动器电路分离的独立单
元，但在一些实施例中，图像处理单元可以是控制器或驱动器电路的子单元。换句话说，在这些实施例中，控制器或驱动器电路执行图像处理单元的各种图像处理过程。图像处理单元也可以称为图像处理电路。
237.图20是示出根据一些实施例的用于形成图像和可称为光瞳复制的图像复制的波导配置的示意图。显示设备的光源可以被分离成三个不同的光发射器阵列。基色可以是红色、绿色和蓝色，也可以是其他合适的基色(诸如红色、黄色和蓝色)的另一种组合。在一些实施例中，每个光发射器阵列中的光发射器的数量可以等于图像场中的像素位置的数量。每个光发射器可以专用于在图像场中的相应像素位置处生成图像，而不是使用扫描过程。在一些实施例中，可以组合本文讨论的配置。
238.在图20中描绘的实施例可以提供许多图像复制(例如光瞳复制)的投射，或者使在单个点处的单个图像投射去耦。因此，所公开的ned的附加实施例可以提供单个去耦元件。向视窗输出单个图像可以保持耦合图像光的强度。提供在单个点处的去耦的一些实施例还可以提供对输出图像光的操纵。这样的光瞳操纵的ned还可以包括用于眼睛跟踪以监测用户的注视的系统。如本文所述，提供光瞳复制的波导配置的一些实施例可以提供一维复制，而一些实施例可以提供二维复制。为了简单起见，在图20中示出了一维光瞳复制。二维光瞳复制可以包括将光引导到图20的平面内和引导到图20的平面之外。图20以简化的格式呈现。检测到的用户的注视可用于单独地调整光发射器阵列的定位和/或定向或者调整光源2070整体的定位和/或定向，和/或用于调整波导配置的定位和/或定向。
239.在图20中，波导配置2040可以与光源2070协作设置，光源2070可以包括固定到支撑件2064(例如，印刷电路板或另一结构)的一个或更多个单色光发射器阵列2080。支撑件2064可以耦合到框架(诸如，增强现实眼镜或护目镜的框架)或其他结构。波导配置2040可以与光源2070分开具有距离d1的气隙。在一些实施例中，距离d1可以在从大约50μm到大约500μm的范围内。从光源2070投影的一个单色图像或更多个单色图像可以穿过气隙朝向波导配置2040。本文描述的任何光源实施例可以被用作光源2070。
240.波导配置可以包括波导2042，其可以由玻璃或塑料材料形成。在一些实施例中，波导2042可以包括耦合区域2044和由顶表面2048a上的去耦元件2046a和底表面2048b上的去耦元件2046b形成的去耦区域。波导2042内在去耦元件2046a和2046b之间的区域可以被认为是传播区域2050，其中从光源2070接收并通过耦合区域2044中包括的耦合元件耦合到波导2042中的光图像可以在波导2042内横向传播。
241.耦合区域2044可以包括被配置和调整尺寸以耦合预定波长的光(例如红光、绿光或蓝光)的耦合元件2052。当白光发射器阵列被包括在光源2070中时，落在预定波长中的白光的部分可以由耦合元件2052中的每一个耦合元件耦合。在一些实施例中，耦合元件2052可以是光栅(诸如布拉格光栅)，其尺寸适于耦合预定波长的光。在一些实施例中，每个耦合元件2052的光栅可以表现出光栅之间的间隔距离，该间隔距离与特定耦合元件2052要耦合到波导2042中的预定波长的光相关联，导致对于每个耦合元件2052光栅间隔距离不同。因此，每个耦合元件2052可以耦合来自白光发射器阵列(当被包括时)的白光的有限部分。在其他示例中，对于每个耦合元件2052，光栅间隔距离可以相同。在一些实施例中，耦合元件2052可以是多路复用耦合器(multiplexed coupler)或包括多路复用耦合器。
242.如图20所示，红色图像2060a、蓝色图像2060b和绿色图像2060c可以通过耦合区域
2044的耦合元件耦合到传播区域2050中，并且可以开始在波导2042内横向穿过。在一个实施例中，红色图像2060a、蓝色图像2060b和绿色图像2060c(各自在图20中由不同的虚线表示)可以会聚以形成由实线表示的整体图像。为了简单起见，图20可以通过单个箭头示出图像，但是每个箭头可以表示其中形成图像的图像场。在一些实施例中，红色图像2060a、蓝色图像2060b和绿色图像2060c可以对应于不同的空间位置。
243.在光接触去耦元件2046a之后，一部分光可被投射出波导2042以用于一维光瞳复制，以及在光接触去耦元件2046a和去耦元件2046b两者之后，一部分光可以被投射出波导2042以用于二维光瞳复制。在二维光瞳复制实施例中，光可以在去耦元件2046a的图案与去耦元件2046b的图案相交的位置处从波导2042投射出。
244.未被去耦元件2046a从波导2042投射出的那部分光可以反射离开去耦元件2046b。如所示，去耦元件2046b可以将所有入射光反射回去耦元件2046a。因此，波导2042可以将红色图像2060a、蓝色图像2060b和绿色图像2060c组合成多色图像实例，其可以被称为可以是多色光瞳复制的光瞳复制2062。光瞳复制2062可以朝向与用户的眼睛相关联的视窗投射，用户的眼睛可以将光瞳复制2062解释为全彩图像(full-color image)(例如，除了红色、绿色和蓝色之外还包括其他颜色的图像)。波导2042可以产生数十或数百个光瞳复制，或者可以产生单个光瞳复制。
245.在一些实施例中，波导配置可以不同于图20所示的配置。例如，耦合区域可以是不同的。替代实施例可以包括棱镜，而不是包括光栅作为耦合元件2052，该棱镜反射和折射接收到的图像光，将它引导到去耦元件2046a。
246.图20总体上示出了光源2070，该光源2070包括耦合到支撑件2064的光发射器阵列2080。在一些示例中，光源2070可以包括位于波导配置附近的不同位置处的分离单色发射器阵列(例如，位于波导配置的顶表面附近的一个或更多个发射器阵列和位于波导配置的底表面附近的一个或更多个发射器阵列)。
247.另外，虽然只在图20中示出了三个光发射器阵列，但实施例可以包括更多或更少的光发射器阵列。例如，在一个实施例中，显示设备可以包括两个红色阵列、两个绿色阵列和两个蓝色阵列。在一种情况下，额外的一组发射器面板为相同的像素位置提供冗余光发射器。在另一种情况下，一组红色、绿色和蓝色面板负责生成对应于关于像素位置的颜色数据集的最高有效位的光，而另一组面板负责生成对应于颜色数据集的最低有效位的光。
248.在一些实施例中，显示设备可以使用旋转反射镜和/或波导两者来形成图像，并且在一些示例中，形成多个光瞳复制。
249.在一些实施例中，每个源投影仪(r、g、b)可以具有相关联的相应波导，例如，作为组合多个颜色通道(例如，红色、绿色、蓝色和/或其他颜色通道)的较大波导堆叠的一部分。在一些实施例中，第一波导可以处理两个颜色通道，而第二波导可以处理第三颜色通道。其他排列也是可能的，例如，其中一个波导可以处理两个颜色通道，并且第二波导可以处理第三颜色通道。在一些实施例中，可以有两个、三个、四个或五个颜色通道，或者一个或更多个颜色通道和亮度通道的组合，或者其他通道，并且这些通道可以以任何期望的排列在多个波导之间进行划分。在一些示例中，光学组合器包括用于多个颜色通道中的每一个的单独波导。
250.在一些实施例中，电子显示器可以包括多个第一光发射器、多个第二光发射器以
及可选的多个第三光发射器，每个第一光发射器被配置成发射第一颜色的光，多个第二光发射器被配置成发射第二颜色的光，每个可选的第三光发射器被配置成发射第三颜色的光。在一些实施例中，光学组合器可以包括一个或更多个波导，该波导被配置成会聚或以其他方式引导从各种光发射器发射的光，例如通过在空间位置内使来自各种光发射器的光重叠，从而形成增强现实图像。在一些实施例中，光发射器可以各自发射近似单色光，该单色光可以对应于诸如红色、绿色或蓝色的原色。在一些实施例中，光发射器可以被配置成发射如在任何特定应用中所希望的波段或波长颜色的组合。在一些实施例中，光发射器可以被配置成朝向光致变色层发射uv光(或蓝光或紫光)，例如，以诱导光致变色层内的局部或全局变暗。例如，可以基于环境光亮度的平均值和/或峰值来控制局部和/或全局变暗的程度。
251.在一些实施例中，显示系统(例如，ned)可以包括一对波导配置。每个波导可以被配置成将图像投射到用户的眼睛。在一些实施例中，可以使用足够宽到将图像投射到两只眼睛的单波导配置。波导配置可以各自包括去耦区域。为了通过波导配置向用户的眼睛提供图像，可以在波导配置的波导的顶表面中提供多个耦合区域。耦合区域可以包括多个耦合元件，以分别与由第一和第二光发射器阵列组提供的光图像接口。如本文所述，例如光发射器阵列组中的每一组可以包括多个单色光发射器阵列。在一些实施例中，光发射器阵列组可以各自包括红光发射器阵列、绿光发射器阵列和蓝光发射器阵列。一些光发射器阵列组还可以包括白光发射器阵列或者发射某种其他颜色或颜色组合的光发射器阵列。
252.在一些实施例中，右眼波导可以包括一个或更多个耦合区域(其全部或部分可统称为耦合区域)和相应数量的光发射器阵列组(其全部或部分可统称为光发射器阵列组)。因此，虽然右眼波导可以包括两个耦合区域和两个光发射器阵列组，但一些实施例可以包括更多或更少的耦合区域、更多或更少的光发射器阵列组、或者更多或更少的耦合区域和光发射器阵列组两者。在一些实施例中，光发射器阵列组中的各个光发射器阵列可以设置在去耦区域周围的不同位置处。例如，光发射器阵列组可以包括沿着去耦区域的左侧设置的红光发射器阵列、沿着去耦区域的顶侧设置的绿光发射器阵列、以及沿着去耦区域的右侧设置的蓝光发射器阵列。因此，光发射器阵列组中的光发射器阵列可以相对于去耦区域全部一起、成对或单独设置。
253.在一些实施例中，左眼波导可以包括与右眼波导相同数量和配置的耦合区域和光发射器阵列组。在一些实施例中，左眼波导和右眼波导可以包括不同数量和配置(例如，定位和定向)的耦合区域和光发射器阵列组。在一些实施例中，由不同颜色的光发射器形成的光瞳复制区域可以占据不同的区域。例如，光发射器阵列组中的红光发射器阵列可以在有限区域内产生红色图像的光瞳复制，并且，光发射器阵列组中的绿光和蓝光发射器阵列可以在有限区域内相应地产生绿色和蓝色图像的光瞳复制。有限区域可以因单色光发射器阵列的不同而有所不同，使得只有有限区域的重叠部分能够提供朝向视窗投射的全彩光瞳复制。在一些实施例中，由不同颜色的光发射器形成的光瞳复制区域可以占据相同的区域。
254.在一些实施例中，不同的波导部分可以通过桥式波导(bridge waveguide)连接。桥式波导可以允许来自光发射器阵列组的光从一个波导部分传播到另一个波导部分中。在一些实施例中，桥式波导部分可以不包括任何去耦元件，使得所有光在波导部分内全内反射。在一些实施例中，桥式波导部分可以包括去耦区域。在一些实施例中，桥式波导可用于从多个波导部分获得光，并将所获得的光耦合到检测器(例如光电检测器)，例如以检测在
波导部分之间的图像未对准。
255.在一些实施例中，组合器波导可以是具有用于诸如红光、绿光和蓝光的不同图像颜色分量的输入光栅的单层。在一些实施例中，组合器波导可以包括层的堆叠，其中每一层可以包括用于一个或多个颜色通道的输入光栅(例如，用于绿色的第一层，以及用于蓝色和红色的第二层，或其他配置)。在一些示例中，可以将可包括一个或更多个波导的光学组合器和调光器元件(dimmer element)集成到单个部件中。在一些示例中，调光器元件可以是单独的部件。在一些示例中，设备可以被配置成使得当用户佩戴该设备时，调光器元件位于光学组合器和用户的眼睛之间。
256.输出光栅可以被配置成在与我们的记录计划(plan-of-record)相反的任何期望方向上向外耦合光。例如，参考图20，输出光栅可以被配置成在与图中所示的相反方向(例如，朝向微led投影仪的同一侧)上输出光。在一些实施例中，调光器元件可以包括在波导的任一侧或两侧上的层。
257.在一些实施例中，外部光可以在穿过波导显示器之前穿过透镜，诸如眼科透镜。例如，设备可以包括眼科透镜(诸如一个或更多个处方透镜和/或可调透镜)，并且这些眼科透镜可以被定位成使得外部光在穿过波导之前穿过一个或更多个眼科透镜。在一些实施例中，设备可以被配置成例如使用一个或更多个透镜或一个或更多个弯曲的波导表面为增强现实图像元素提供图像校正。在一些实施例中，外部光可以穿过波导，然后外部光和投射的增强现实光可以都穿过一个或更多个透镜(诸如眼科透镜和/或可调透镜)。在一些实施例中，设备可以包括外部光学元件(例如，透镜或窗口)，外部光最初穿过该外部光学元件，该外部光学元件可以包括耐划玻璃或耐划表面涂层。在一些实施例中，光瞳复制可以在另一个方向上(例如，朝向光发射器所在的位置)向外耦合。在一些示例中，第一波导显示器和第二波导显示器可用于将虚拟图像元素分别投射到用户的第一眼睛和第二眼睛(例如，左眼和右眼)中。在一些示例中，单个波导显示器可用于将虚拟图像元素投射到双眼中(例如，波导显示器的一部分可用于投射到一只眼睛中，而波导显示器的另一部分可用于投射到另一只眼睛中)。
258.本公开的实施例可以包括各种类型的人工现实系统或者结合各种类型的人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式调整过的现实形式，其可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，现实世界)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或其某种组合，它们中的任何一个可以在单个通道中或在多个通道中呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实也可以与应用、产品、配件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、配件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，以在人工现实中执行活动)。
259.人工现实系统可以以各种不同的形状因子和配置来实现。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(ned)的情况下工作，其一个示例是图21中所示的增强现实系统2100。其他人工现实系统可以包括还提供对现实世界的可视性的ned(例如，图22中的增强现实系统2200)，或者使用户视觉地沉浸在人工现实中的ned(例如，图23中的虚拟现实系统2300)。虽然一些人工现实设备可以是独立的系统，但是其他人工现实设备可以与外部设
备通信和/或协作以向用户提供人工现实体验。这样的外部设备的示例包括手持控制器、移动设备、台式计算机、由用户穿戴的设备、由一个或更多个其他用户穿戴的设备、和/或任何其他合适的外部系统。
260.转到图21，增强现实系统2100通常表示尺寸被调整为适合用户的身体部位(例如，头部)的可穿戴设备。如图21所示，系统2100可以包括框架2102和照相机组件2104，照相机组件2104被耦合至框架2102并且被配置成通过观察本地环境来收集关于本地环境的信息。增强现实系统2100还可以包括一个或更多个音频设备，例如输出音频换能器2108(a)和2108(b)以及输入音频换能器2110。输出音频换能器2108(a)和2108(b)可以向用户提供音频反馈和/或内容，并且输入音频换能器2110可以捕获在用户的环境中的音频。
261.如图所示，增强现实系统2100可能不一定包括被定位于用户眼睛前方的ned。没有ned的增强现实系统可以采取多种形式，例如头带、帽子、发带、腰带、手表、腕带、脚踝带、戒指、颈带、项链、胸带、眼镜框架(eyewear frame)和/或任何其他合适的类型或形式的装置。虽然增强现实系统2100可以不包括ned，但是增强现实系统2100可以包括其他类型的屏幕或视觉反馈设备(例如，被集成到框架2102的一侧中的显示屏)。
262.本公开中讨论的示例实施例可以在包括一个或更多个ned的增强现实系统中实现。例如，如图22所示，增强现实系统2200可以包括具有框架2210的眼部佩戴设备2202，框架2210被配置成将左显示设备2215(a)和右显示设备2215(b)保持在用户的眼睛前方。显示设备2215(a)和2215(b)可以一起或独立地起作用来向用户呈现图像或一系列图像。虽然增强现实系统2200包括两个显示器，但是本公开的实施例可以在具有单个ned或多于两个ned的增强现实系统中实现。
263.在一些实施例中，增强现实系统2200可以包括一个或更多个传感器，例如传感器2240。传感器2240可以响应于增强现实系统2200的运动产生测量信号，并且可以位于框架2210的基本上任何部分上。传感器2240可以代表位置传感器、惯性测量单元(imu)、深度相机组件或其任意组合。在一些实施例中，增强现实系统2200可以包括或不包括传感器2240，或者可以包括多于一个传感器。在传感器2240包括imu的实施例中，imu可以基于来自传感器2240的测量信号来生成校准数据。传感器2240的示例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其他合适类型的传感器、用于imu的误差校正的传感器或其某种组合。
264.增强现实系统2200还可以包括具有多个声换能器2220(a)-2220(j)的麦克风阵列，所述多个声换能器2220(a)-2220(j)被统称为声换能器2220。声换能器2220可以是检测由声波引起的气压变化的换能器。每个声换能器2220可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(例如，模拟或数字格式)。图2中的麦克风阵列可以包括，例如，十个声换能器：2220(a)和2220(b)，其可以被设计成放置在用户的相应耳朵内；声换能器2220(c)、2220(d)、2220(e)、2220(f)、2220(g)和2220(h)，其可以位于框架2210上的不同位置；和/或声换能器2220(i)和2220(j)，其可以位于相应的颈带2205上。
265.在一些实施例中，声换能器2220(a)-2220(f)中的一个或更多个可以用作输出换能器(例如，扬声器)。例如，声换能器2220(a)和/或2220(b)可以是耳塞式耳机(earbud)或任何其他合适类型的耳机(headphone)或扬声器。
266.麦克风阵列的声换能器2220的配置可以变化。虽然增强现实系统2200在图22中被
示为具有十个声换能器2220，但是声换能器2220的数量可以大于或小于十个。在一些实施例中，使用更多数量的声换能器2220可以增加所收集的音频信息量和/或音频信息的灵敏度和准确性。相反，使用更低数目的声换能器2220可以降低由控制器2250处理所收集的音频信息所需的计算能力。此外，麦克风阵列的每个声换能器2220的位置可以变化。例如，声换能器2220的位置可以包括用户上的定义位置、框架2210上的定义坐标、与每个声换能器相关联的取向或其某种组合。
267.声换能器2220(a)和2220(b)可以位于用户耳朵的不同部位上，例如耳郭(pinna)后面或在耳廓(auricle)或窝内。或者，除了耳道内的声换能器2220之外，在耳朵上或耳朵周围可以存在另外的声换能器。将声换能器定位在用户的耳道附近可以使麦克风阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将声学换能器2220中的至少两个定位在用户头部的两侧上(例如，作为双耳麦克风)，增强现实系统2200可以模拟双耳听觉，并围绕用户头部捕获3d立体声场。在一些实施例中，声换能器2220(a)和2220(b)可以经由有线连接2230被连接至增强现实系统2200，并且在其他实施例中，声换能器2220(a)和2220(b)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)被连接至增强现实系统2200。在其他实施例中，声换能器2220(a)和2220(b)可以根本不与增强现实系统2200结合使用。
268.框架2210上的声换能器2220可以沿着镜腿(temple)的长度、跨过镜梁(bridge)、在显示设备2215(a)和2215(b)上方或下方、或其某种组合来定位。声换能器2220可以被取向成使得麦克风阵列能够检测穿戴增强现实系统2200的用户周围的大范围方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统2200的制造期间执行优化过程，以确定麦克风阵列中每个声换能器2220的相对定位。
269.在一些示例中，增强现实系统2200可以包括或连接至外部设备(例如，配对设备)，所述外部设备例如为颈带2205。颈带2205通常代表任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带2205的讨论也可以适用于各种其它配对设备，例如充电盒、智能手表、智能手机、腕带、其它可穿戴设备、手持控制器、平板计算机、膝上型计算机和其它外部计算设备等。
270.如图所示，颈带2205可以经由一个或更多个连接器耦合到眼部佩戴设备2202。连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电气和/或非电气(例如，结构)部件。在一些情况下，眼部佩戴设备2202和颈带2205可以独立操作，而它们之间没有任何有线或无线连接。虽然图22示出了眼部佩戴设备2202和颈带2205的部件位于眼部佩戴设备2202和颈带2205上的示例位置，但是这些部件可以位于眼部佩戴设备2202和/或颈带2205上的其他地方和/或在眼部佩戴设备2202和/或颈带2205上不同地分布。在一些实施例中，眼部佩戴设备2202和颈带2205的部件可以位于与眼部佩戴设备2202、颈带2205或其某种组合配对的一个或更多个附加外围设备上。
271.此外，将外部设备(例如颈带2205)与增强现实眼镜设备配对，可使眼部佩戴设备能够实现一副眼镜的形状因子，同时仍能提供足够的电池和计算能力以扩展功能。增强现实系统2200的电池功率、计算资源和/或附加特征中的一些或全部可以由配对设备提供，或者在配对设备和眼部佩戴设备之间共享，因此总体上减少了眼部佩戴设备的重量、热分布(heat profile)和形状因子，同时仍然保持期望的功能。例如，颈带2205可以允许原本将被包括在眼部佩戴设备上的部件被包括在颈带2205中，因为用户可以在他们的肩膀上容忍比在他们的头上将容忍的重量负荷更重的重量负荷。颈带2205也可以具有更大的表面积，以
在该表面积上将热量扩散并分散到周围环境中。因此，颈带2205可以允许比以其他方式在独立眼部佩戴设备上可能可行的电池和计算容量更大的电池和计算容量。由于在颈带2205中承载的重量可以比眼部佩戴设备2202中承载的重量对用户的侵入性更小，因此用户可以忍受穿戴较轻的眼部佩戴设备，并且携带或穿戴配对设备持续比用户将忍受穿戴较重的独立眼部佩戴设备更长的时间，从而使得用户能够将人工现实环境更充分地结合到他们的日常活动中。
272.颈带2205可以与眼部佩戴设备2202和/或其他设备通信地耦合。这些其他设备可以向增强现实系统2200提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度映射、处理、存储等)。在图22的实施例中，颈带2205可以包括两个声换能器(例如，2220(i)和2220(j))，它们是麦克风阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的麦克风子阵列)。颈带2205还可以包括控制器2225和电源2235。
273.颈带2205的声换能器2220(i)和2220(j)可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换成电子格式(模拟或数字的)。在图22的实施例中，声换能器2220(i)和2220(j)可以被定位在颈带2205上，从而增加颈带声换能器2220(i)和2220(j)与定位在眼部佩戴设备2202上的其他声换能器2220之间的距离。在一些情况下，增加麦克风阵列的声换能器2220之间的距离可以提高经由麦克风阵列执行的波束成形的准确性。例如，如果声音由声换能器2220(c)和2220(d)检测，并且声学换能器2220(c)和2220(d)之间的距离大于例如声学换能器2220(d)和2220(e)之间的距离，则确定的检测到的声音的源位置可以比由声换能器2220(d)和2220(e)检测到声音的情况更准确。
274.颈带2205的控制器2225可以处理由颈带2205和/或增强现实系统2200上的传感器生成的信息。例如，控制器2225可以处理来自麦克风阵列的描述由麦克风阵列检测到的声音的信息。对于每个检测到的声音，控制器2225可以执行到达方向(doa)估计，以估计检测到的声音到达麦克风阵列的方向。当麦克风阵列检测到声音时，控制器2225可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统2200包括惯性测量单元的实施例中，控制器2225可以从位于眼部佩戴设备2202上的imu计算所有惯性和空间计算值。连接器可以在增强现实系统2200和颈带2205之间以及在增强现实系统2200和控制器2225之间传递信息。信息可以是光数据、电数据、无线数据的形式或任何其他可传输数据形式。将由增强现实系统2200生成的信息的处理移动到颈带2205可以减少眼部佩戴设备2202中的重量和热量，使其对于用户更加舒适。
275.颈带2205中的电源2235可以向眼部佩戴设备2202和/或颈带2205提供电力。电源2235可以包括但不限于锂离子电池、锂聚合物电池、一次锂电池、碱性电池或任何其他形式的电力储存装置。在一些情况下，电源2235可以是有线电源。在颈带2205上而不是在眼部佩戴设备2202上包括电源2235可以帮助更好地分配由电源2235产生的重量和热量。
276.如上所述，代替将人工现实与实际现实混合，一些人工现实系统可以用虚拟体验来基本上取代用户对现实世界的感官感知中的一个或更多个。该类型的系统的一个示例是头戴式显示系统，诸如图23中的虚拟现实系统2300，其大部分或完全覆盖用户的视野。虚拟现实系统2300可以包括前刚性主体2302和被成形为适合戴在用户的头上的带2304。虚拟现实系统2300还可以包括输出音频换能器2306(a)和2306(b)。此外，虽然在图23中未示出，但是前刚体2302可以包括一个或更多个电子元件，其包括一个或更多个电子显示器、一个或
更多个惯性测量单元(imu)、一个或更多个跟踪发射器或检测器、和/或用于创建人工现实体验的任何其他合适的设备或系统。
277.人工现实系统可以包括多种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统2300和/或虚拟现实系统2300中的显示设备可以包括一个或更多个液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机led(oled)显示器和/或任何其他合适类型的显示屏。人工现实系统可以包括用于双眼的单个显示屏，或者可以为每只眼睛提供显示屏，这可以允许对于变焦调整或对于校正用户的屈光不正的另外的灵活性。一些人工现实系统还可以包括具有一个或更多个透镜(例如，常规的凹透镜或凸透镜、菲涅耳透镜、可调流体透镜等)的光学子系统，用户可以通过这些透镜来观看显示屏。
278.除了或代替使用显示屏，一些人工现实系统可以包括一个或更多个投影系统。例如，增强现实系统2200和/或虚拟现实系统2300中的显示设备可以包括(使用例如波导)将光投射到显示设备中的微led投影仪，例如允许环境光通过的透明组合透镜(clear combiner lenses)。显示设备可以将投射的光朝向用户瞳孔折射，并可以使用户能够同时观看人工现实内容和现实世界两者。人工现实系统还可以配置有任何其他合适类型或形式的图像投影系统。
279.人工现实系统还可以包括各种类型的计算机视觉部件和子系统。例如，增强现实系统2100、增强现实系统2200和/或虚拟现实系统2300可以包括一个或更多个光学传感器，例如二维(2d)或三维(3d)照相机、飞行时间深度传感器、单光束或扫描式激光测距仪、3d lidar传感器和/或任何其他合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以处理来自这些传感器中的一个或更多个的数据以识别用户的位置、绘制现实世界的地图、向用户提供关于现实世界周围环境的背景、和/或执行多种其他功能。
280.人工现实系统还可以包括一个或更多个输入和/或输出音频换能器。在图21和图23所示的示例中，输出音频换能器2108(a)、2108(b)、2306(a)和2306(b)可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电扬声器、压电扬声器、骨传导换能器、软骨传导换能器、和/或任何其他合适类型或形式的音频换能器。类似地，输入音频换能器2110可以包括电容式麦克风、电动式麦克风(dynamic microphone)、带式麦克风、和/或任何其他类型或形式的输入换能器。在一些实施例中，单个换能器可以用于音频输入和音频输出两者。
281.虽然在图21-图23中未示出，但是人工现实系统可以包括触觉(tactile)(即，触觉(haptic))反馈系统，其可以被结合到头饰、手套、紧身衣裤、手持控制器、环境设备(例如，椅子、地板垫等)、和/或任何其他类型的设备或系统中。触觉反馈系统可以提供各种类型的皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。触觉反馈系统还可以提供各种类型的动觉反馈，例如运动和顺应性。可以使用电机、压电致动器、射流系统和/或各种其他类型的反馈机构来实现触觉反馈。可以独立于其他人工现实设备、在其他人工现实设备内、和/或与其他人工现实设备结合来实现触觉反馈系统。
282.通过提供触觉感觉、可听内容和/或视觉内容，人工现实系统可以创建整个虚拟体验或者增强用户在各种背景和环境中的现实世界体验。例如，人工现实系统可以在特别环境内帮助或扩展用户的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户在现实世界中与其他人的互动，或者可以实现在虚拟世界中与其他人进行更多的沉浸式互动。人工现实系统还可以用于教育目的(例如，用于在学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等中的教学或培
训)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)和/或用于可及性目的(例如，作为助听器、助视器等)。本文中公开的实施例可以在这些背景和环境中的一个或更多个中和/或在其他背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。
283.如上所述，本文描述的人工现实系统可以与各种其他类型的设备一起使用，以提供更引人注目的人工现实体验。这些设备可以是具有换能器的触觉接口，该触觉接口提供触觉反馈和/或收集关于用户与环境的交互的触觉信息。本文公开的人工现实系统可以包括检测或传达各种类型的触觉信息的各种类型的触觉接口，这些触觉信息包括触感反馈(例如，用户通过皮肤中的神经检测的反馈，也可以称为皮肤反馈)和/或动觉反馈(例如，用户通过位于肌肉、关节和/或肌腱中的感受器检测的反馈)。
284.触觉反馈可以由位于用户环境(例如，椅子、桌子、地板等)内的接口和/或用户可以穿戴或携带的物品(例如手套、腕带等)上的接口提供。作为示例，图24示出了可穿戴手套(触觉设备2410)和腕带(触觉设备2420)形式的振动触觉(vibrotactile)系统2400。触觉设备2410和触觉设备2420被示为可穿戴设备的示例，其包括柔性的、可穿戴的纺织材料2430，该纺织材料2430被成形和配置成分别抵靠用户的手和手腕定位。本公开还包括振动触觉系统，该振动触觉系统可以被成形和配置成抵靠其他人体部位(例如手指、手臂、头部、躯干、脚或腿)定位。作为示例而非限制，根据本公开的各种实施例的振动触觉系统也可以是手套、头带、臂带、袖子、头套、袜子、衬衫或裤子等形式，并存在其他的可能性。在一些示例中，术语“纺织品”可以包括任何柔性的、可穿戴的材料，包括编织织物、非编织织物、皮革、布、柔性聚合物材料、复合材料等。
285.一个或更多个振动触觉设备2440可以至少部分地位于在振动触觉系统2400的纺织材料2430中形成的一个或更多个相应的口袋内。振动触觉设备2440可以定位在向振动触觉系统2400的用户提供振动感觉(例如触觉反馈)的位置。例如，振动触觉设备2440可以被定位成抵靠用户的手指、拇指或手腕，如图24中所示。在一些示例中，振动触觉设备2440可以是足够柔性的以顺应用户的相应身体部位或随着用户的相应身体部位弯曲。
286.用于向振动触觉设备2440施加电压以激活它的电源2450(例如，电池)可以诸如经由导线2452电耦合到振动触觉设备2440。在一些示例中，每个振动触觉设备2440可以独立地电耦合到电源2450，用于单独激活。在一些实施例中，处理器2460可以可操作地耦合到电源2450，并被配置(例如，编程)来控制振动触觉设备2440的激活。
287.振动触觉系统2400可以以多种方式实现。在一些示例中，振动触觉系统2400可以是独立的系统，其具有独立于其他设备和系统运行的集成子系统和部件。作为另一个示例，振动触觉系统2400可以被配置成与另一个设备或系统2470交互。例如，在一些示例中，振动触觉系统2400可以包括通信接口2480，该通信接口2480用于接收信号和/或向其他设备或系统2470发送信号。另一个设备或系统2470可以是移动设备、游戏机、人工现实(例如，虚拟现实、增强现实、混合现实)设备、个人计算机、平板计算机、网络设备(例如，调制解调器、路由器等)、手持控制器等。通信接口2480可以经由无线(例如，wi-fi、蓝牙、蜂窝、无线电等)链路或有线链路实现振动触觉系统2400和另一个设备或系统2470之间的通信。如果存在，通信接口2480可以与处理器2460通信，例如向处理器2460提供信号以激活或去激活一个或更多个振动触觉设备2440。
288.振动触觉系统2400可以可选地包括其他子系统和部件，例如触敏垫2490、压力传
感器、运动传感器、位置传感器、照明元件和/或用户接口元件(例如，开/关按钮、振动控制元件等)。在使用期间，振动触觉设备2440可以被配置成出于各种不同的原因被激活，例如响应于用户与用户接口元件的交互、来自运动或位置传感器的信号、来自触敏垫2490的信号、来自压力传感器的信号、来自另一个设备或系统2470的信号等。
289.尽管电源2450、处理器2460和通信接口2480在图24中被示为位于触觉设备2420中，但是本公开不限于此。例如，电源2450、处理器2460或通信接口2480中的一个或更多个可以被定位于触觉设备2410内或另一可穿戴纺织品内。
290.触觉可穿戴设备，例如结合图24示出和描述的那些，可以在各种类型的人工现实系统和环境中实现。图25示出了包括一个头戴式虚拟现实显示器和两个触觉设备(即，手套)的示例人工现实环境2500，并且在其他实施例中，这些部件和其他部件的任意数量和/或组合可以被包括在人工现实系统中。例如，在一些实施例中，可能存在多个头戴式显示器，每个头戴式显示器具有相关联的触觉设备，每个头戴式显示器和每个触觉设备与相同的控制台、便携式计算设备或其它计算系统通信。
291.头戴式显示器2502通常表示任何类型或形式的虚拟现实系统，例如图23中的虚拟现实系统2300。触觉设备2504通常表示由人工现实系统的用户穿戴的任何类型或形式的可穿戴设备，其向用户提供触觉反馈，以给予用户他或她正在物理上与虚拟对象接触的感觉。在一些实施例中，触觉设备2504可以通过向用户施加振动、运动和/或力来提供触觉反馈。例如，触觉设备2504可以限制或增加用户的移动。举一个具体的示例，触觉设备2504可以限制用户的手向前移动，使得用户具有他或她的手已经与虚拟墙壁物理接触的感觉。在该特定示例中，触觉设备内的一个或更多个致动器可以通过将流体泵入触觉设备的可膨胀囊状物中来实现物理移动限制。在一些示例中，用户也可以使用触觉设备2504向控制台发送动作请求。动作请求的示例包括但不限于启动应用和/或结束应用的请求和/或在应用内执行特定动作的请求。
292.虽然触觉接口可以与虚拟现实系统一起使用，如图25所示，但是触觉接口也可以与增强现实系统一起使用，如图26所示。图26是用户2610与增强现实系统2600交互的透视图。在该示例中，用户2610可以佩戴一副增强现实眼镜2620，该眼镜具有一个或更多个显示器2622并且与触觉设备2630配对。触觉设备2630可以是腕带，该腕带包括多个带元件2632和将带元件2632彼此连接的张紧机构2634。
293.一个或更多个带元件2632可以包括适于提供触觉反馈的任何类型或形式的致动器。例如，带元件2632中的一个或更多个带元件可以被配置成提供各种类型的皮肤反馈中的一种或更多种皮肤反馈，包括振动、力、牵引力、纹理和/或温度。为了提供这样的反馈，带元件2632可以包括各种类型的致动器中的一种或更多种。在一个示例中，带元件2632中的每一个可以包括振动触觉器(vibrotactor)(例如，振动触觉致动器)，其被配置成一致地(in unison)或独立地振动以向用户提供各种类型的触觉中的一种或更多种。替代地，只有单个带元件或带元件的子集可以包括振动触觉器。
294.触觉设备2410、2420、2504和2630可以包括任何合适数量和/或类型的触觉换能器、传感器和/或反馈机构。例如，触觉设备2410、2420、2504和2630可以包括一个或更多个机械换能器、压电换能器和/或流体换能器。触觉设备2410、2420、2504和2630还可以包括不同类型和形式的换能器的各种组合，这些换能器一起或独立地工作以增强用户的人工现实
体验。在一个示例中，触觉设备2630的每个带元件2632可以包括振动触觉器(例如，振动触觉致动器)，该振动触觉器被配置成一致地或独立地振动，以向用户提供各种类型的触觉感觉中的一种或更多种。
295.如上面所详述的，本文描述和/或示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令(例如在本文描述的模块内包含的那些指令)的任何类型或形式的计算设备或系统。在它们的最基本的配置中，这些计算设备(一个或多个)可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。
296.在一些示例中，术语“存储器设备”通常指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文描述的模块中的一个或更多个。存储器设备的示例包括但不限于随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、闪存、硬盘驱动器(hdd)、固态驱动器(ssd)、光盘驱动器、高速缓存、这些部件中的一个或更多个的变型或组合、或者任何其他合适的储存存储器。
297.在一些示例中，术语“物理处理器”通常指能够解析和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或更多个模块。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理单元(cpu)、实现软核处理器的现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、它们中的一个或更多个的部分、这些处理器中的一个或更多个的变型或组合、或任何其他合适的物理处理器。
298.尽管被示为单独的元件，但是本文描述和/或示出的模块可以表示单个模块或应用的部分。此外，在某些实施例中，这些模块中的一个或更多个可以表示一个或更多个软件应用或程序，该一个或更多个软件应用或程序在由计算设备执行时可以使计算设备执行一个或更多个任务。例如，本文描述和/或示出的一个或更多个模块可以表示被存储在并被配置成在本文描述和/或示出的一个或更多个计算设备或系统上运行的模块。这些模块中的一个或更多个还可以表示被配置成执行一个或更多个任务的一个或更多个专用计算机的全部或部分。
299.此外，本文描述的一个或更多个模块可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式变换成另一种形式。例如，本文所述的模块中的一个或更多个可以接收待变换的数据、对数据进行变换、输出变换的结果以执行功能、使用变换的结果来执行功能、以及存储变换的结果以执行功能。附加地或替代地，本文所述的模块中的一个或更多个可以通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据、和/或以其他方式与计算设备交互来将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式变换成另一种形式。
300.在一些实施例中，术语“计算机可读介质”通常指能够存储或携带计算机可读指令的任何形式的设备、载体或介质。计算机可读介质的示例包括但不限于传输型介质(例如，载波)以及非暂时性类型的介质，例如，磁存储介质(例如，硬盘驱动器、磁带驱动器和软盘)、光存储介质(例如，光盘(cd)、数字视频盘(dvd)和blu-ray盘)、电子存储介质(例如，固态驱动器和闪存介质)以及其他分发系统。
301.本文描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例被给出，并且可以根据
需要变化。例如，虽然本文示出和/或描述的步骤可以以特定顺序示出或讨论，但是这些步骤不一定需要以所示出或讨论的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法也可以省略在本文描述或示出的一个或更多个步骤，或者包括除了那些所公开的步骤之外的附加步骤。
302.提供前面的描述以使本领域中的其他技术人员能够最好地利用本文公开的示例性实施例的各种方面。该示例性描述并不旨在是穷尽的或受限于所公开的任何精确形式。在不脱离权利要求的范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文公开的实施例应该被认为在所有方面都是说明性的，而不是限制性的。在确定本公开的范围时，可参考所附权利要求及其等同物。
303.除非另有说明，否则如在说明书和权利要求中使用的术语“连接到”和“耦合到”(及其派生词)应被解释为允许直接和间接(即，经由其他元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一个(a)”或“一个(an)”应被解释为意指“......中的至少一个”。最后，为了容易使用，如在说明书和权利要求中使用的术语“包括(including)”和“具有”(及其派生词)与词“包括(comprising)”可互换并具有与词“包括(comprising)”相同的含义。