可变焦组件制造技术

一种示例头戴式显示设备包括：光投射器；光学组件，其被布置为将来自光投射器的光引导到用户；以及致动器模块。光学组件包括：可变焦透镜组件，其包括刚性折射部件；限定孔的成形环；以及在成形环与刚性折射部件之间并且覆盖孔的柔性透镜膜。折射部件、成形环和透镜膜沿着轴布置。折射部件和透镜膜限定包含一定体积流体的腔室。致动器模块被配置为通过沿着轴相对于折射部件移动成形环来调整可变焦透镜的屈光力，使得孔中的透镜膜的曲率被修改。使得孔中的透镜膜的曲率被修改。使得孔中的透镜膜的曲率被修改。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变焦组件
[0001]优先权要求
[0002]本申请在35U.S.C.
§
119(e)下要求于2019年5月24日提交的美国专利申请序列号62/852,940、于2019年6月20日提交的美国专利申请序列号62/864,229、于2019年5月24日提交的美国专利申请序列号62/852,915、以及于2019年6月20日提交的美国专利申请序列号62/864,253的优先权，其整体内容通过引用并入本文。


[0003]本公开涉及光学组件，并且更特别地涉及紧凑的可变焦配置。

技术介绍

[0004]混合现实或增强现实显示设备可用于结合来自物理世界的图像来呈现虚拟图像信息。在一些实施方式中，这样的显示设备可以包括一个或多个光学元件(例如，透镜)以利于在多个焦平面中的虚拟图像信息的呈现。

技术实现思路

[0005]在一方面中，头戴式显示设备包括：光投射器；光学组件，其被布置为在头戴式显示设备的使用期间接收来自光投射器的光并且将光引导到用户；以及致动器模块，其耦接到可变焦透镜组件。光学组件包括：可变焦透镜组件，其包括刚性折射部件；限定孔的成形环；以及在成形环与刚性折射部件之间的柔性透镜膜。柔性透镜膜覆盖孔。刚性折射部件、成形环和柔性透镜膜沿着轴布置。刚性折射部件和柔性透镜膜限定在柔性透镜膜和折射部件之间的腔室。一定体积的流体设置在腔室内。致动器模块被配置为通过沿着轴相对于刚性折射部件移动成形环来调节可变焦透镜的屈光力，使得孔中的柔性透镜膜的曲率被修改。
[0006]该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。
[0007]在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为使成形环相对于刚性折射部件移动通过运动范围。可变焦透镜组件可以被配置为使得当成形环相对于刚性折射部件移动通过运动范围时腔室具有恒定体积。
[0008]在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为通过沿着轴朝向刚性折射部件移动成形环来增加柔性透镜膜的曲率。
[0009]在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为通过沿着轴远离刚性折射部件移动成形环来减小柔性透镜膜的曲率。
[0010]在一些实施方式中，可变焦透镜组件还可以包括设置在孔内的环形膜。流体体积可以由刚性折射部件、柔性透镜和环形膜封装。
[0011]在一些实施方式中，成形环可以是刚性的。
[0012]在一些实施方式中，可变焦透镜组件还可以包括承载框架和嵌套在承载框架内的凸轮环。成形环可以嵌套在凸轮环内。凸轮环可被配置为使得凸轮环相对于承载框架关于
轴的旋转引起成形环沿着轴相对于刚性折射部件移动。
[0013]在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为关于轴旋转凸轮环。
[0014]在一些实施方式中，致动器模块可以包括从以下组选择的耦接到凸轮环的一个或多个致动器部件：旋转电机、步进电机、伺服电机、超声波电机、压电致动器和机电致动器。
[0015]在一些实施方式中，致动器模块可以包括耦接到凸轮环的形状记忆合金线，以及配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。致动器模块可以被配置为使得对形状记忆合金线的热量的施加引起形状记忆合金线的长度变化和凸轮环相对于承载框架关于轴的旋转。
[0016]在一些实施方式中，致动器模块可以包括形状记忆合金弹簧、与形状记忆合金弹簧相对的偏置弹簧、耦接到(i)形状记忆合金弹簧或偏置弹簧中的一者和(ii)凸轮环的连杆线，以及配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。致动器模块可以被配置为使得对形状记忆合金线的热量的施加引起形状记忆合金弹簧的长度变化和凸轮环相对于承载框架关于轴的旋转。
[0017]在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。
[0018]在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。
[0019]在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。
[0020]在一些实施方式中，致动器模块可包括：包括压电材料的板、从板延伸并耦接到机械接地的一个或多个臂、以及设置在板上的一个或多个安装结构。每个安装结构可以安装到光学组件的相应部分。
[0021]在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为根据至少两种振动模式来振动板。
[0022]在一些实施方式中，板可以包括沿着第一方向延伸的一对相对的第一边缘，以及沿着正交于第一方向的第二方向延伸的一对相对的第二边缘，其中，第一边缘长于第二边缘。根据第一振动模式，第一边缘可以相对于板的中心在正交于第一方向和第二方向的第三方向上移位。根据第二振动模式，第二边缘可以在第二方向上相对于彼此移位。
[0023]在一些实施方式中，光学组件可以包括与可变焦透镜组件同心的第二可变焦透镜组件。致动器模块可以被配置为：在头戴式显示设备的使用期间，调整可变焦透镜组件的屈光力和第二可变焦透镜组件的屈光力，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。
[0024]在一些实施方式中，光学组件还可以包括设置在可变焦透镜组件与第二可变焦透镜组件之间的目镜。目镜可以被配置为在头戴式显示设备的使用期间接收来自光投射器的光并且将光通过可变焦透镜组件或第二可变焦透镜组件中的一者引导到用户。
[0025]在一些实施方式中，头戴式显示设备还可以包括控制模块，该控制模块被配置为在头戴式显示设备的使用期间控制致动器模块，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。
[0026]在一些实施方式中，根据权利要求1所述的头戴式显示器还可以包括附接到光投射器、光学组件和致动器模块的框架。框架可以被配置为当由用户穿戴时对光学组件进行取向，使得光轴朝向用户的眼睛延伸。
[0027]在一些实施方式中，光学组件可以包括：第二可变焦透镜组件，其包括第二刚性折射部件；第二成形环，其限定第二孔；以及在第二成形环与第二刚性折射部件之间的第二柔性透镜膜。第二柔性透镜膜可以覆盖第二孔。第二刚性折射部件、第二成形环和第二柔性透镜膜可以沿着轴布置。第二刚性折射部件和第二柔性透镜膜可以限定在第二柔性透镜膜和第二刚性折射部件之间的第二腔室。第二体积的流体可以设置在第二腔室内。致动器模块可以被配置为通过沿着轴相对于第二刚性折射部件移动第二成形环来调整第二可变焦透镜的屈光力，使得孔中的第二柔性透镜膜的曲率被修改。光学组件还可以包括将可变焦透镜组件固定到第二可变透镜组件的支撑结构。支撑结构可以包括具有热膨胀特性的材料，使得在光学组件的温度范围内：由温度变化导致的刚性折射部件与成形环之间的距离变化小于阈值，并且由温度变化导致的第二刚性折射部件与第二成形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种头戴式显示设备，包括：光投射器；光学组件，其被布置为在所述头戴式显示设备的使用期间接收来自所述光投射器的光并且将所述光引导到用户，其中，所述光学组件包括可变焦透镜组件，所述可变焦透镜组件包括：刚性折射部件，限定孔的成形环，以及在所述成形环与所述刚性折射部件之间的柔性透镜膜，所述柔性透镜膜覆盖所述孔，其中，所述刚性折射部件、所述成形环和所述柔性透镜膜沿着轴布置，其中，所述刚性折射部件和所述柔性透镜膜限定在所述柔性透镜膜和所述折射部件之间的腔室，以及其中，一定体积的流体设置在所述腔室内；以及致动器模块，其耦接到所述可变焦透镜组件，其中，所述致动器模块被配置为通过沿着所述轴相对于所述刚性折射部件移动所述成形环来调整所述可变焦透镜的屈光力，使得所述孔中的所述柔性透镜膜的曲率被修改。2.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块被配置为使所述成形环相对于所述刚性折射部件移动通过运动范围，以及其中，所述可变焦透镜组件被配置为使得当所述成形环相对于所述刚性折射部件移动通过所述运动范围时所述腔室具有恒定体积。3.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块被配置为通过沿着所述轴朝向所述刚性折射部件移动所述成形环来增加所述柔性透镜膜的曲率。4.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块被配置为通过沿着所述轴远离所述刚性折射部件移动所述成形环来减小所述柔性透镜膜的曲率。5.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述可变焦透镜组件还包括设置在所述孔内的环形膜，以及其中，所述流体体积由所述刚性折射部件、所述柔性透镜和环形膜封装。6.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述成形环是刚性的。7.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述可变焦透镜组件还包括：承载框架，以及凸轮环，其嵌套在所述承载框架内，其中，所述成形环嵌套在所述凸轮环内，以及其中，所述凸轮环被配置为使得所述凸轮环相对于所述承载框架关于所述轴的旋转引起所述成形环沿着所述轴相对于所述刚性折射部件移动。8.根据权利要求7所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块被配置为关于所述轴旋转所述凸轮环。9.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块包括选自包括以下各项的组的耦接到所述凸轮环的一个或多个致动器部件：旋转电机、步进电机、伺服电机、超声波电机、压电致动器和机电致动器。10.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块包括：
形状记忆合金线，其耦接到所述凸轮环，以及热源，其被配置为向所述形状记忆合金线施加热量，其中，所述致动器模块被配置为使得对所述形状记忆合金线的热量的施加引起所述形状记忆合金线的长度变化和所述凸轮环相对于所述承载框架关于所述轴的旋转。11.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块包括：形状记忆合金弹簧，偏置弹簧，其与所述形状记忆合金弹簧相对，连杆线，其耦接到(i)所述形状记忆合金弹簧或所述偏置弹簧中的一者，和(ii)所述凸轮环，以及热源，其被配置为向所述形状记忆合金线施加热量，其中，所述致动器模块被配置为使得对所述形状记忆合金线的热量的施加引起所述形状记忆合金弹簧的长度变化和所述凸轮环相对于所述承载框架关于所述轴的旋转。12.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块包括：一个或多个永磁体，其沿着所述承载框架或所述凸轮环中的一者的周边设置，以及电绕组，其沿着所述承载框架或所述凸轮环中的另一个的周边设置并与所述一个或多个永磁体相对。13.根据权利要求8所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块包括：板，其包括压电材料，一个或多个臂，其从所述板延伸并且耦接到机械接地，以及一个或多个安装结构，其设置在所述板上，其中，每个安装结构被安装到所述光学组件的相应部分。14.根据权利要求13所述的头戴式显示设备，其中，所述致动器模块被配置为根据至少两种振动模式来振动所述板。15.根据权利要求14所述的头戴式显示设备，其中，所述板包括沿着第一方向延伸的一对相对的第一边缘，以及沿着正交于所述第一方向的第二方向延伸的一对相对的第二边缘，其中，所述第一边缘长于所述第二边缘，以及其中，根据第一振动模式，所述第一边缘相对于所述板的中心在正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上移位。16.根据权利要求15所述的头戴式显示设备，其中，根据第二振动模式，所述第二边缘在所述第二方向上相对于彼此移位。17.根据权利要求1所述的头戴式显示设备，其中，所述光学组件包括与所述可变焦透镜组件同心的第二可变焦透镜组件，以及其中，所述致动器模块被配置为：在所述头戴式显示设备的使用期间，调整所述可变焦透镜组件的屈光力和所述第二可变焦透镜组件的屈光力，使得所述可变焦透镜组件的屈光力是所述第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。18.根据权利要求17所述的头戴式显示设备，其中，所述光学组件还包括设置在所述可变焦透镜组件与所述第二可变焦透镜组件之间的目镜，其中，所述目镜被配置为在所述头戴式显示设备的使用期间接收来自所述光投射器的光并且将所述光通过所述可变焦透镜组件或所述第二可变焦透镜组件中的一者引导到所
述用户。19.根据权利要求17所述的头戴式显示设备，还包括：控制模块，其被配置为在所述头戴式显示设备的使用期间控制所述致动器模块，使得所述可变焦透镜组件的屈光力是所述第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。20.根据权利要求1所述的头戴式显示器，还包括：框架，其附接到所述光投射器、所述光学组件和所述致动器模块，其中，所述框架被配置为当由所述用户穿戴时对所述光学组件进行取向，使得所述光轴朝向所述用户的眼睛延伸。21.根据权利要求1所述的头戴式显示器，其中，所述光学组件包括第二可变焦透镜组件，所述第二可变焦透镜组件包括：第二刚性折射部件；限定第二孔的第二成形环；以及在所述第二成形环与所述第二刚性折射部件之间的第二柔性透镜膜，所述第二柔性透镜膜可以覆盖所述第二孔，其中，所述第二刚性折射部件、所述第二成形环和所述第二柔性透镜膜沿着所述轴布置，其中，所述第二刚性折射部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：