薄饼透镜组件及其光学系统技术方案

提供了一种光学透镜组件和光学系统。光学透镜组件包括第一光学元件和第二光学元件，第一光学元件包括部分反射器和四分之一波片，第二光学元件包括反射偏振器。第一光学元件和第二光学元件形成腔。薄饼透镜组件还包括具有可调光焦度的变焦透镜，并且变焦透镜被设置在腔的内部或外部。的内部或外部。的内部或外部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】薄饼透镜组件及其光学系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年5月3日提交的第16/403,140号美国申请的优先权益，该美国申请的内容通过引用以其整体并入本文以用于所有目的。
[0003]背景
[0004]头戴式显示器(HMD)已经广泛用于例如视频回放、游戏和体育。HMD的一个主要应用是实现虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)中的至少一种。非常希望HMD紧凑、重量轻，且具有高分辨率、大视场(FOV)和小形状因子。HMD通常具有显示元件，该显示元件被配置成生成穿过透镜系统以到达用户的眼睛的图像光。透镜系统包括多个光学元件(例如透镜、波片、反射器等)以用于将图像光聚焦到用户的眼睛。为了实现紧凑的尺寸和轻的重量但保持良好的光学特性，HMD通常在透镜系统中使用薄饼透镜(pancake lens)。
[0005]此外，当前的VR/AR/MR HMD通常具有所谓的视觉辐辏调节冲突(vergence
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accommodation conflict)，其中立体图像对将用户的人类视觉系统的辐辏状态驱动到任意距离，但是用户眼睛的调节或聚焦状态被光学地朝向固定距离进行驱动。视觉辐辏调节冲突在长时间的VR/AR/MR会话期间会导致眼睛疲劳或头痛，显著降低用户的视觉体验。所公开的薄饼透镜组件及其光学系统旨在解决上面阐述的一个或更多个问题以及其他问题。
[0006]本公开的简要概述
[0007]本公开的一个方面提供了一种光学透镜组件。该光学透镜组件包括第一光学元件和第二光学元件，该第一光学元件包括部分反射器和四分之一波片，该第二光学元件包括反射偏振器。第一光学元件和第二光学元件形成腔。薄饼透镜组件还包括具有可调光焦度的变焦透镜，并且变焦透镜被设置在腔的内部或外部。
[0008]在一些实施例中，变焦透镜可以包括液晶(LC)透镜。LC透镜可以包括分段相位剖面(SPP)LC透镜。LC透镜可以包括堆叠在一起的多个分段相位剖面(SPP)LC透镜。光学透镜组件还可以包括：设置在腔外部的Pancharatnam Berry相位(PBP)LC透镜堆叠(LC lens stack)。SPP LC透镜可以以第一步进分辨率提供连续可变的光学状态，PBP LC透镜堆叠可以以第二步进分辨率提供多个离散的光学状态，并且第一步进分辨率小于第二步进分辨率。当PBP LC透镜堆叠在两个光学状态之间切换时，SPP LC透镜可以在两个光学状态之间提供光焦度的连续调节，并且SPP LC透镜结构和PBP LC透镜堆叠可以一起为光学透镜组件提供光焦度的连续调节。PBP LC透镜堆叠可以包括交替布置的多个PBP LC透镜和多个可切换半波片。四分之一波片可以是第一四分之一波片，PBP LC透镜堆叠可以在光学串联中被设置第二光学元件之后，并且光学透镜组件还可以包括设置在反射偏振器和PBP LC透镜堆叠之间的第二四分之一波片。
[0009]在变焦透镜包括液晶(LC)透镜并且LC透镜包括堆叠在一起的多个分段相位剖面(SPP)LC透镜的实施例中，多个SPP LC透镜可以包括彼此毗邻堆叠的具有相同的配置但具有相反的配向方向的两个SPP LC透镜。每个SPP LC透镜可以具有菲涅耳结构，该菲涅耳结构包括多个菲涅耳重置(resets)，这些菲涅耳重置是半径增加的同心环形区。多个SPP LC透镜的菲涅尔重置可以通过跟随主光线来偏移(offset)。
[0010]本公开的另一方面提供了一种光学透镜系统。光学透镜组件包括光源；第一光学元件，该第一光学元件包括部分反射器和四分之一波片；第二光学元件，该第二光学元件包括反射偏振器；具有可调光焦度的变焦透镜；和检测器。第一光学元件和第二光学元件形成腔，并且变焦透镜被设置在腔的内部或外部。第一光学元件、第二光学元件和变焦透镜被配置成将来自光源的光引导到检测器。
[0011]在一些实施例中，变焦透镜可以包括液晶(LC)透镜。LC透镜可以包括分段相位剖面(SPP)LC透镜。LC透镜可以包括堆叠在一起的多个分段相位剖面(SPP)LC透镜。光学系统还可以包括设置在腔的外部的Pancharatnam Berry相位(PBP)LC透镜堆叠。SPP LC透镜可以以第一步进分辨率提供连续可变的光学状态，PBP LC透镜堆叠可以以第二步进分辨率提供多个离散的光学状态，并且第一步进分辨率可以小于第二步进分辨率。当PBP LC透镜堆叠在两个光学状态之间切换时，SPP LC透镜可以在两个光学状态之间提供光焦度的连续调节，并且SPP LC透镜结构和PBP LC透镜堆叠可以一起为光学系统提供光焦度的连续调节。PBP LC透镜堆叠可以包括交替布置的多个PBP LC透镜和多个可切换半波片。四分之一波片可以是第一四分之一波片，PBP LC透镜堆叠可以被设置在第二光学元件与眼睛之间，并且光学系统还可以包括设置在反射偏振器和PBP LC透镜堆叠之间的第二四分之一波片。
[0012]在变焦透镜包括液晶(LC)透镜并且LC透镜包括堆叠在一起的多个分段相位剖面(SPP)LC透镜的实施例中，多个SPP LC透镜可以包括彼此毗邻堆叠的具有相同的配置但具有相反的配向方向的两个SPP LC透镜。每个SPP LC透镜可以具有菲涅耳结构，该菲涅耳结构包括多个菲涅耳重置，这些菲涅耳重置是半径增加的同心环形区。多个SPP LC透镜的菲涅尔重置可以通过跟随主光线来偏移。
[0013]通过阅读本公开的描述、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其他方面。
[0014]附图简述
[0015]根据各种公开的实施例，提供了以下附图以用于说明目的，并且这些附图并不旨在限制本公开的范围。
[0016]图1示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件的示意图；
[0017]图2示出了根据本公开的实施例的分段相位剖面(SPP)液晶(LC)透镜的示意图；
[0018]图3A示出了不包括任何相位重置的LC透镜的相位剖面；
[0019]图3B示出了根据本公开的实施例的SPP LC透镜的相位剖面；
[0020]图4A示出了根据本公开的实施例的SPP LC透镜的示意图；
[0021]图4B示出了根据本公开的实施例的具有浮置电极的SPP LC透镜的示意图；
[0022]图5示出了根据本公开的实施例的SPP LC透镜堆叠的示意图；
[0023]图6A示出了根据本公开的实施例的没有菲涅尔重置偏移(offset)的SPP LC透镜堆叠的示意图；
[0024]图6B示出了根据本公开的实施例的具有菲涅耳重置偏移的SPP LC透镜堆叠的示意图；
[0025]图7示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件中的光传播的示意图；
[0026]图8示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件的示意图；
[0027]图9A
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图9B示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件的示意图；
[0028]图10示出了根据本公开的实施例的Pancharatnam Be本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学透镜组件，包括：第一光学元件，其包括部分反射器和四分之一波片；第二光学元件，其包括反射偏振器；和变焦透镜，其具有可调光焦度，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件形成腔，并且所述变焦透镜被设置在所述腔的内部或外部。2.根据权利要求1所述的光学透镜组件，其中：所述变焦透镜包括液晶(LC)透镜。3.根据权利要求2所述的光学透镜组件，其中：所述LC透镜包括分段相位剖面(SPP)LC透镜。4.根据权利要求2所述的光学透镜组件，其中：所述LC透镜包括堆叠在一起的多个分段相位剖面(SPP)LC透镜。5.根据权利要求3所述的光学透镜组件，还包括：设置在所述腔的外部的Pancharatnam Berry相位(PBP)LC透镜堆叠，其中，所述SPP LC透镜以第一步进分辨率提供连续可变的光学状态，所述PBP LC透镜堆叠以第二步进分辨率提供多个离散的光学状态，并且所述第一步进分辨率小于所述第二步进分辨率，当所述PBP LC透镜堆叠在两个光学状态之间切换时，所述SPP LC透镜在所述两个光学状态之间提供光焦度的连续调节，并且所述SPP LC透镜结构和所述PBP LC透镜堆叠一起为所述光学透镜组件提供光焦度的连续调节。6.根据权利要求5所述的光学透镜组件，其中：所述PBP LC透镜堆叠包括交替布置的多个PBP LC透镜和多个可切换半波片。7.根据权利要求5所述的光学透镜组件，其中：所述四分之一波片是第一四分之一波片，在光学串联中所述PBP LC透镜堆叠被设置在所述第二光学元件之后，所述光学透镜组件还包括设置在所述反射偏振器和所述PBP LC透镜堆叠之间的第二四分之一波片。8.根据权利要求4所述的光学透镜组件，其中：所述多个SPP LC透镜包括彼此毗邻堆...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿夫苏恩，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：