CN113196141A - 使用分段相位剖面液晶透镜的光学系统 - Google Patents

使用分段相位剖面液晶透镜的光学系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种光学系统。该光学系统包括电子显示器、自适应透镜组件和眼睛跟踪设备。电子显示器为光学系统的用户显示虚拟场景；自适应透镜组件在电子显示器和用户眼睛之间光学耦合到电子显示器；并且眼睛跟踪设备提供用户眼睛的眼睛跟踪信息。自适应透镜组件包括排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，并且可调节LC透镜基于眼睛跟踪信息被单独激活。

Description

使用分段相位剖面液晶透镜的光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年12月15日提交的美国临时专利申请第62/780,202号的优先权，其内容通过引用以其整体结合于此。
背景
虚拟现实(VR)头戴装置可用于模拟虚拟环境。例如，立体图像可以显示在头戴装置内部的电子显示器上，以模拟深度错觉，并且头部跟踪传感器可以用于估计用户观看虚拟环境的哪个部分。然而，因为现有头戴装置通常不能正确地呈现或以其他方式补偿聚散度和调节冲突，所以这种模拟会导致用户的视觉疲劳和恶心。
增强现实(AR)头戴装置显示与现实世界图像重叠的虚拟图像。为了创造舒适的观看体验，AR头戴装置产生的虚拟图像需要在观看过程中以合适的距离显示，以便实时进行现实世界图像的眼睛调节。
公开内容的简述
本公开的一个方面提供了一种光学系统。该光学系统包括电子显示器、自适应透镜组件和眼睛跟踪设备。电子显示器为光学系统的用户显示虚拟场景；自适应透镜组件在电子显示器和用户眼睛之间光学耦合到电子显示器；并且眼睛跟踪设备提供用户眼睛的眼睛跟踪信息。自适应透镜组件包括排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，并且可调节LC透镜基于眼睛跟踪信息被单独激活。
本公开的另一方面提供了一种自适应透镜组件系统。该自适应透镜组件系统包括提供用户眼睛的眼睛跟踪信息的眼睛跟踪设备、以及排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜。可调节LC透镜基于眼睛跟踪信息而被单独激活。
根据本公开的描述、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。
根据本发明的实施例在所附权利要求中具体公开，权利要求涉及光学系统和自适应透镜组件，其中在一个权利要求类别(例如光学系统)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如自适应透镜组件、系统、方法、存储介质和计算机程序产品)中要求保护。所附权利要求中的从属关系或往回引用仅出于形式原因而选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的任何实施例和特征可在单独的权利要求中要求保护，和/或与本文描述或描绘的任何实施例或特征或与所附权利要求的任何特征进行任何组合。
在实施例中，一种光学系统可以包括：
电子显示器，其用于为光学系统的用户显示虚拟场景；
在电子显示器和用户眼睛之间光学耦合到电子显示器的自适应透镜组件；和
眼睛跟踪设备，其提供用户眼睛的眼睛跟踪信息，
其中，自适应透镜组件包括排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，并且可调节LC透镜基于眼睛跟踪信息被单独激活。
每个可调节LC透镜可以包括多个分段相位剖面(segmented phase profile)(SPP)LC透镜，其堆叠在一起以减少可调节LC透镜的响应时间，使得自适应透镜组件包括SPP LC透镜阵列层。
每个SPP LC透镜可以是折射菲涅耳LC透镜，包括多个半径增加的同心环，以产生SPP LC透镜的相位剖面。
每个SPP LC透镜可以包括对应于同心环的多个环形电极；环形电极可以是同心的，具有相同的面积；并且邻近电极之间的相位差可以相同，使得相位剖面是抛物线相位剖面。
环形电极可以是驱动电极，并且SPP LC透镜可以包括多个浮置电极，这些浮置电极是离散且同心的环形电极；并且浮置电极可以通过绝缘层电容耦合到驱动电极，并且每个浮置电极可以覆盖相邻驱动电极之间的一半面积。
在同一层内，多个SPP LC透镜可以在水平方向和垂直方向上排列；并且相邻的SPPLC透镜的环形电极可以彼此重叠。
相邻的SPP LC透镜的环形电极可以不相互重叠；并且可以调节相邻的SPP LC透镜之间的区域的电场，使得相邻的SPP LC透镜之一的相位剖面得以保留。
相邻的SPP LC透镜的环形电极可以不相互重叠；并且第二级别SPP LC透镜可以设置在相邻SPP LC透镜之间的区域中，以改善相邻SPP LC透镜之一的相位剖面。
多个SPP LC透镜可以包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，具有相同的配置但是配向方向(alignment direction)相反。
在实施例中，光学系统可以包括控制器，该控制器被配置成：
基于关于显示图像的眼睛跟踪信息，确定要激活的至少一个可调节LC透镜；
确定一个可调节LC透镜内的多个SPP LC透镜的数量，以提供一个可调节LC透镜的期望光焦度；
基于一个可调节LC透镜的位置，调节显示图像向一个可调节LC透镜的中心移位；和
激活所述数量的多个SPP LC透镜。
为了确定要激活的至少一个可调节LC透镜，控制器可以被配置为：
基于眼睛跟踪信息，确定用户的凝视线；
在可调节LC透镜阵列中，确定与凝视线相交的可调节LC透镜作为要激活的可调节LC透镜。
为了调节显示图像，控制器可以被配置为：
确定一个可调节LC透镜的中心和自适应透镜组件的中心之间的距离；和
使用该距离来调节显示图像。
在实施例中，自适应透镜组件系统可以包括：
眼睛跟踪设备，其提供用户眼睛的眼睛跟踪信息；和
排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，可调节LC透镜基于眼睛跟踪信息被单独激活。
每个可调节LC透镜可以包括多个分段相位剖面(SPP)LC透镜，其堆叠在一起以减少可调节LC透镜的响应时间，使得自适应透镜组件可以包括SPP LC透镜阵列层。
多个SPP LC透镜可以包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，具有相同的配置但是配向方向相反。
每个SPP LC透镜可以是折射菲涅耳LC透镜，包括多个半径增加的同心环，以产生SPP LC透镜的相位剖面。
每个SPP LC透镜可以包括对应于同心环的多个环形电极；环形电极可以同心，具有相同的面积；并且邻近电极之间的相位差可以相同，使得相位剖面是抛物线相位剖面。
环形电极可以是驱动电极，并且SPP LC透镜可以包括多个浮置电极，这些浮置电极是离散且同心的环形电极；并且浮置电极可以通过绝缘层电容耦合到驱动电极，并且每个浮置电极覆盖相邻驱动电极之间的一半面积。
在同一层内，多个SPP LC透镜可以在水平方向和垂直方向上排列；并且相邻的SPPLC透镜的环形电极可以彼此重叠。
相邻的SPP LC透镜的环形电极可以不相互重叠；并且第二级别SPP LC透镜可以设置在相邻SPP LC透镜之间的区域中，以改善相邻SPP LC透镜之一的相位剖面。
在实施例中，一个或更多个计算机可读非暂时性存储介质包含软件，该软件在被执行时可操作以在根据本发明或任何上述实施例的光学系统或自适应透镜组件中执行。
在实施例中，计算机实现的方法使用根据本发明或任何上述实施例的光学系统或自适应透镜组件。
在实施例中，优选地包括计算机可读非暂时性存储介质的计算机程序产品被用在根据本发明或任何上述实施例的光学系统或自适应透镜组件中。
附图简述
图1A示出了现实世界中聚散度和眼睛焦距之间的关系；
图1B示出了三维(3D)显示屏中聚散度和眼睛焦距之间的冲突；
图2A示出了根据本公开的示例头戴式显示器(HMD)的线图；
图2B示出了根据本公开的图2A中的HMD的前刚性主体的横截面；
图3示出了根据本公开的示例性变焦(varifocal)结构；
图4A-4E示出了根据本公开的示例性分段相位剖面(SPP)LC透镜；
图5示出了根据本公开的两个堆叠的SPP LC透镜的示例性配置；
图6A-6C示出了根据本公开的单个透镜层中的SPP LC透镜阵列的示例性配置；
图6D示出了根据本公开的示例性透镜中心移位和图像移位；
图7示出了根据本公开的HMD在其中操作的示例性变焦系统；和
图8示出了根据本公开的示例性自适应透镜组件调节过程。
详细描述
聚散度-调节冲突是许多虚拟现实系统中的一个问题。聚散度是双眼在相反方向上的同时运动或旋转，以获得或维持两眼单视，并且聚散度与眼睛调节有关。在正常情况下，当人类眼睛看处于不同于他们一直在看的对象的距离的新对象时，眼睛(通过改变它们的形状)自动改变焦点，以提供在新对象的新距离或聚散度距离的调节。
图1A示出了人眼如何在现实世界中体验聚散度和调节的示例。如图1A所示，用户观看真实对象100(即，用户的眼睛会聚(verged)在真实对象100上，并且来自用户眼睛的凝视线在真实对象100处相交)。当真实对象100移动得更靠近用户时，如图1A中的箭头所示，每只眼睛102向内旋转(即会聚)以保持会聚在真实对象100上。随着真实对象100越来越近，眼睛102必须通过改变其形状来“适应”更近的距离，以减小焦度或焦距。为了产生清晰视网膜图像眼睛必须聚焦到的距离是调节距离。因此，在现实世界的正常条件下，聚散度距离(dv)等于调节距离(da)。
图1B示出了聚散度和调节之间的示例冲突，这种冲突可能发生在一些三维显示器上。如图1B所示，用户观看显示在电子屏幕104上的虚拟对象100B。然而，用户的眼睛会聚在虚拟对象100B上，并且来自用户眼睛的凝视线在虚拟对象100B处相交，虚拟对象100B离用户的眼睛比离电子屏幕104处于更远的距离。当虚拟对象100B呈现在电子显示器104上以显得更靠近用户时，每只眼睛102再次向内旋转以保持会聚在虚拟对象100B上，但是每只眼睛的焦度或焦距没有减小；因此，用户的眼睛不像在图1A中那样调节。因此，每只眼睛102保持在与电子显示器104相关联的距离处的调节，而不是减小焦度或焦距来适应更近的聚散度距离。因此，对于人眼来说，针对显示在2D电子显示器上的对象，聚散度距离(dv)通常不等于调节距离(da)。聚散度距离(dv)和调节距离(da)之间的这种差异被称为“聚散度-调节冲突”。一个只经历聚散度或调节但不同时经历这两者的用户最终会经历一定程度的疲劳和恶心，这对虚拟现实系统的创建者来说是不希望的。
图2A示出了根据本公开的实施例的示例头戴式显示器(HMD)200的线图。如图2A所示，HMD 200可以包括前刚性主体205和带710。前刚性主体205可以包括电子显示器(未示出)的一个或更多个电子显示元件、惯性测量单元(IMU)215、一个或更多个位置传感器220和定位器225。在图2A所示的实施例中，位置传感器220可以位于IMU 215内，并且IMU 215和位置传感器220对用户都不可见。IMU 215、位置传感器220和定位器225可以在下面参照图7详细讨论。HMD 200充当虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)设备或混合现实(MR)设备或它们的某种组合。在一些实施例中，当HMD 200充当增强现实(AR)或混合现实(MR)设备时，HMD200的部分及其内部组件可以至少部分透明。
图2B是图2A所示的HMD 200的实施例的前刚性主体205的横截面250。如图2B所示，前刚性主体205可以包括电子显示器255、变焦块260和眼睛跟踪系统270。电子显示器255可以向用户显示图像(即，虚拟场景)。在一些实施例中，电子显示器255可以包括一个或更多个波导显示器275的堆叠，包括但不限于堆叠波导显示器。变焦块260可以包括光学串联的一个或更多个变焦结构。变焦结构是一种光学设备，其被配置为根据来自变焦系统的指令动态调节其焦点。电子显示器255和变焦块260一起向出射光瞳263提供图像光。眼睛跟踪系统270可以包括例如照亮用户一只或两只眼睛的一个或更多个光源、以及捕获用户一只或两只眼睛的图像的一个或更多个照相机。眼睛跟踪系统270可以检测用户的眼睛265当前正在观看的虚拟场景中的定位或对象。出射光瞳263可以是用户眼睛265所在的前刚性主体205的定位。出于说明的目的，图2B示出了与单个眼睛265相关联的横截面250，但是与变焦块260分离的另一个变焦块可以向用户的另一只眼睛提供改变的图像光。
光学串联是指多个光学元件的相对定位，使得对于多个光学元件中的每个光学元件，光在被多个光学元件中的另一个光学元件透射之前被该光学元件透射。此外，光学元件的顺序并不重要。例如，放置在光学元件B之前的光学元件A，或者放置在光学元件A之前的光学元件B，都是光学串联的。与电路设计类似，光学串联代表光学元件当串联放置时，它们的光学特性是复合的。
图3示出了根据本公开的示例性变焦结构。如图3和图2B所示，变焦结构可以包括自适应透镜组件300，该自适应透镜组件300可以包括以阵列或任何合适的几何形状排列的多个光学透镜305。自适应透镜组件300可以具有沿x轴或水平方向的长度和沿y轴或垂直方向的宽度。
多个光学透镜305可以耦合在一起以形成自适应透镜组件300。例如，多个光学透镜305可以是通过机械和/或电子手段耦合在一起的单独透镜，使得多个光学透镜305可以被单独和独立地控制。在某些实施例中，多个光学透镜305可以在制造期间集成在一起，以形成均匀的透镜。也就是说，多个光学透镜305可以在与整体透镜阵列相同的时间和相同的过程中形成。也可以使用其他布置。
光学透镜305可以包括任何合适的透镜单元，例如玻璃透镜、聚合物透镜、液体透镜、液晶(LC)透镜或它们的某种组合。光学透镜305可以调节从电子显示器255发射的光的取向，使得从电子显示器255发射的光出现在离用户特定的焦距/图像平面处。在某些实施例中，光学透镜305可以是LC透镜，其能够足够快地调节光焦度以跟上眼睛调节(例如，调节发生在大约300ms内)，使得聚散度-调节冲突能够被解决。
在一些实施例中，每个光学透镜305可以包括多个透镜单元层，每个透镜单元层可以被称为透镜层310。也就是说，每个光学透镜305可以包括至少两个透镜层310，并且每个层具有透镜单元。多个透镜单元(即，透镜层)可以堆叠在一起以形成光学透镜305，并且光学透镜305的总光焦度可以是多个透镜单元的光焦度的总和。然后，多个光学透镜305可以耦合在一起以形成自适应透镜组件300。在一些实施例中，堆叠在一起以形成光学透镜305的多个透镜单元(即，透镜层)可以被单独控制。例如，当调节自适应透镜组件的焦距时，某些透镜单元可以被激活，而某些透镜单元可以被使失效，并且被激活的透镜单元可以被配置为具有相同或不同的光焦度。在一些实施例中，堆叠在一起以形成光学透镜305的多个透镜单元(即，透镜层)可以被整体控制。例如，当调节自适应透镜组件的焦距时，多个透镜单元可以全部被激活或使失效，并且被激活的透镜单元可以被配置为具有相同的光焦度。
为了说明的目的，图3示出了每个光学透镜305可以包括四层透镜单元，并且每层具有一个透镜单元。透镜单元或透镜层的总数可以基于应用要求来确定，例如期望的透镜分辨率、响应时间和/或光焦度等。从另一个角度来看，还可以看到，自适应透镜组件300可以包括堆叠在一起的多个透镜层310(例如，至少两个透镜层)，并且每个透镜层310可以包括排列成阵列的多个透镜单元。也就是说，透镜单元阵列层可以堆叠在一起以形成光学透镜阵列305，其形成自适应透镜组件300。透镜层的总数、每层中透镜单元的总数以及自适应透镜组件300的长度和宽度可以基于各种应用场景预先确定。
在一些实施例中，光学透镜305可以是LC透镜305，并且光学透镜305中的每个透镜单元也可以是LC透镜。预定数量的透镜单元(即透镜层)可以堆叠在一起以形成LC透镜305。图4A示出了与公开的实施例一致的LC透镜305中的示例性透镜单元400。
如图4A所示，透镜单元400可以包括具有菲涅耳结构的LC透镜，即菲涅耳LC透镜。菲涅耳LC透镜可以包括任何适当类型的菲涅耳结构，例如菲涅耳波带片透镜，其包括与相邻区域具有半波相位差的区域；具有分段抛物线相位剖面的衍射菲涅耳透镜，其中分段小并且可以导致显著的衍射；或者具有分段抛物线剖面的折射菲涅耳透镜，其中分段足够大使得衍射效应最小化。也可以使用其他结构。
在一些实施例中，透镜单元400可以包括具有分段抛物线剖面的折射菲涅耳LC透镜，其中分段足够大，使得衍射角小于人眼的角度分辨率，即，人眼不能观察到衍射效应。这种折射菲涅耳LC透镜被称为分段相位剖面(SPP)LC透镜400。参考图4A，SPP LC透镜400的菲涅耳结构由多个半径增加的同心环形区402表示，这些环形区被称为菲涅耳分段或菲涅耳重置(Fresnel resets)。
对于正薄透镜，光程差(OPD)用麦克劳林级数近似为抛物线剖面，如等式(1)所示
Figure BDA0003115381210000091
其中r是透镜半径(即透镜孔径的一半)，f是焦距。如等式(2)所示，LC透镜的OPD与单元厚度d和LC材料的双折射率Δn成比例
OPD＝d*Δn， (2)
电控双折射(ECB)LC单元的响应时间τ——即材料恢复到其初始状态所需的时间——如等式(3)所示与单元厚度d成二次方关系(τ∝d2)，
Figure BDA0003115381210000101
其中γ和K11分别是LC材料的旋转粘度和展曲(splay)弹性常数。等式(1)-(3)表明在孔径尺寸和响应时间之间存在折衷，因此设计具有大孔径和合理响应时间的LC透镜是一项艰巨的任务。在所公开的实施例中，尽管在抛物线相位剖面中引入相位重置，即使用SPPLC透镜，但是可以允许LC透镜的大孔径尺寸，而不会损害响应时间。
图4B示出了±0.375屈光度(D)LC透镜的期望相位剖面，其中OPD等于35λ。对于双折射率值为0.27的LC材料，LC单元的厚度约为70μm。为了减小LC单元的有效厚度，可以在透镜相位剖面中引入重置或分段。图4C示出了具有5个重置的SPP LC透镜400的2D相位图，LC单元的厚度将最高减少到原来的5分之一，并且相应地，响应时间将被改善25倍。也就是说，通过在透镜相位剖面中引入分段，可以将SPP LC透镜400的光焦度调节得足够快，以与眼睛调节保持同步(例如，调节发生在大约300ms内)，从而解决聚散度-调节冲突。重置的数量可以基于菲涅耳结构的具体配置和SPP LC透镜400的要求来确定，例如LC透镜的期望的光焦度、透镜孔径、切换时间、图像质量。为了精确表示相位剖面，可能需要在一个OPD波长(即每个波长)内有大量相位步长(phase step)。同时，为了将SPP LC透镜配置有可忽略的衍射角以用于近眼应用，对于543.5nm的绿色波长，SPP LC透镜400的菲涅耳分段的最小宽度(即，最小菲涅耳分段宽度)期望大于1.03mm。
图4D示出了SPP LC透镜400的局部剖视图。如图4D所示，SPP LC透镜400可以包括多个第一电极412、一个或更多个第二电极410、液晶(LC)层414和衬底416。衬底416在可见光波段(约380nm至750nm)可以是基本透明的。在某些实施例中，衬底416在一些或全部红外(IR)波段(约750nm至1mm)也可以是透明的。衬底层可以由例如SiO2、塑料、蓝宝石等组成。第一电极412和第二电极410可以是设置在衬底416上以产生电场的透明电极(例如，氧化铟锡电极)，该电场重新定向LC层414中的LC分子，以形成具有期望的相位剖面的透镜。
在一些实施例中，第一电极412可以包括对应于SPP LC透镜400中的菲涅耳结构的离散环形电极，并且环形电极同心，具有相同的面积。利用这种电极几何结构，当相邻第一电极412之间的相位差相同时，可以获得抛物线相位剖面。如果相位与施加的电压成比例，则第一电极412两端电压的线性变化(任意两个第一电极412之间的电压差相同)可以产生期望的抛物线相位剖面。
此外，第一电极412之间的间隙会导致散射，从而导致图像退化。为了解决图像退化，如图4E所示，多个浮置电极418可以设置在设置有第一电极512的衬底416上。浮置电极418可以包括离散的同心环形电极，该环形电极不是由欧姆连接驱动的，而是电容耦合到第一电极412。浮置电极418可以被配置为覆盖相邻的第一电极412中的每一个的面积的一半。绝缘层420可以设置在浮置电极418和第一电极412之间。
为了进一步改善SPP LC透镜的响应时间，多个SPP LC透镜(即多个透镜层)可以光学耦合以形成SPP LC透镜的堆叠，即SPP LC透镜堆叠，使得给定相同的可调谐光焦度范围，每个SPP LC透镜的厚度可以减小，并且相应地，每个SPP LC透镜的响应可以被减小。为了说明的目的，图5示出了一对SPP LC透镜可以光学耦合以形成SPP LC透镜堆叠。假设每个SPPLC透镜在相位剖面中具有5个重置，考虑到这对透镜和菲涅耳重置的影响，LC单元的厚度可以最多减小到原来的10分之一(5个重置*2)，并且相应地，响应速度可以被改善100倍。
此外，两个SPP LC透镜可以在两个SPP LC透镜的相应LC表面上具有相反的摩擦方向或配向方向(alignment directions)，从而改善视角。也就是说，为了改善视角，可以光学耦合两个配置相同但摩擦方向相反的SPP LC透镜。偏振不敏感性对AR配置非常重要。大多数LC材料是双折射的，因此是偏振敏感的。当沿平行于LC指向矢的方向传播的光入射到LC单元上时，对于任何偏振态，光都将经历LC材料的寻常折射率n0。然而，当在垂直于LC指向矢的方向上传播的光入射到LC单元上时，根据光的偏振态，光将经历LC材料的寻常折射率n0和非常折射率ne之间的折射率。胆甾型LC材料可以制成偏振不敏感的，如Clarke等人在电激活透镜US7728949B2中所讨论的。在这种情况下，胆甾型LC的间距可以在入射光的波长范围内，因此，当没有电压施加到LC单元时，对于任何偏振态的光，光将经历平均折射率
Figure BDA0003115381210000121
对于向列型LC，通过光学耦合正交偏振的单元，SPP LC透镜可以被配置为偏振不敏感，其中每个单元可以聚焦一种偏振态的光，例如，一个单元聚焦s偏振，而另一个聚焦p偏振。
回到图3，为了使LC透镜305能够足够快地调节光焦度以与眼睛调节保持同步(例如，调节发生在大约300ms内)，每个LC透镜305可以由SPP LC透镜的透镜层形成，并且每个SPP LC透镜可以被配置为具有减小的孔径尺寸。也就是说，除了使用SPP LC透镜的更多透镜层之外，每层可以包括具有减小的孔径尺寸的SPP LC透镜阵列，并且SPP LC透镜阵列可以与单个透镜层同时制造在一起，例如在单个晶片上。
下面讨论变焦结构的各种设计。图6A-6C示出了在单个透镜层中的SPP LC透镜阵列的示例性配置。如图6A所示，SPP LC透镜阵列可以包括以重叠形式配置的相同的各SPPLC透镜。在这种配置中，各个SPP LC透镜可以在水平方向和垂直方向上重叠。也就是说，相邻的SPP LC透镜的电极图案可能重叠。在一个实施例中，SPP LC透镜阵列可以具有60mm的长度和50mm的宽度，并且单个SPP LC透镜的孔径尺寸可以是20mm。在该配置中，四个SPP LC透镜可以在水平方向上排列，三个SPP LC透镜可以在垂直方向上排列。
如图6B所示，SPP LC透镜阵列可以包括以非重叠格式配置的相同的各SPP LC透镜。在这种配置中，各个SPP LC透镜305可以在水平方向和垂直方向上布置。也就是说，相邻的SPP LC透镜305的电极图案可以没有重叠。然而，在相邻的SPP LC透镜305之间的区域中，例如图6B中的区域1，可以调节每个区域的电场，使得可以保留各SPP LC透镜305的相位剖面。在一个实施例中，SPP LC透镜阵列可以具有60mm的长度和60mm的宽度，并且单个SPP LC透镜的尺寸可以是20mm。在该配置中，三个SPP LC透镜可以在水平方向上布置，三个SPP LC透镜可以在垂直方向上布置。
如图6C所示，SPP LC透镜阵列可以包括不同级别的SPP LC透镜，并且每个级别可以包括以非重叠格式配置的相同的各SPP LC透镜。在这种配置中，各个SPP LC透镜可以在水平方向和垂直方向上布置而没有重叠，但是较低级别的SPP LC透镜可以布置在当前级别的SPP LC透镜之间的区域中，直到SPP LC透镜具有小于眼睛分辨率(大约1弧分)的直径。也就是说，SPP LC透镜的电极图案可以没有重叠。然而，不同级别的SPP LC透镜可以被配置成保持各SPP LC透镜的更均匀的抛物线相位剖面。例如，第二级别的SPP LC透镜可以设置在相邻的SPP LC透镜之间的区域，第三级别的SPP LC透镜可以设置在相邻的第二级别的SPPLC透镜之间的区域。在一个实施例中，SPP LC透镜阵列可以具有60mm的长度和60mm的宽度，并且单个最高级别SPP LC透镜的尺寸可以是20mm，可以包括三级别SPP LC透镜。
为了说明的目的，图6A-6C仅示出了在单个透镜层中的SPP LC透镜阵列的示例性配置。参考图3，自适应透镜组件300可以包括堆叠在一起的多个透镜层310(例如，至少两个透镜层)，并且每个透镜层310可以包括排列成阵列的多个透镜单元，其中每个透镜层可以是图6A-6C所示的单个透镜层中的任何一个。所形成的自适应透镜组件300可以替代50mm孔径的SPP LC透镜，例如，其中每个透镜层包括4x 3个20mm孔径的SPP LC透镜阵列的所形成的自适应透镜组件300可以替代50mm孔径的SPP LC透镜，使得各个SPP LC透镜的可调谐光焦度范围、响应时间和/或透镜分辨率可以配置在期望的范围内，并且自适应透镜组件300的整体透镜特性也可以在VR、AR、MR应用或其某种组合的期望范围内。
参考图2B、图3和图6A-6C，在HMD的操作中，眼睛跟踪系统270可以检测用户的每只眼睛的眼睛位置。例如，眼睛跟踪系统270可以确定用户的眼睛265当前正在观看的所显示的虚拟场景/图像中的定位或对象。接着，可以激活对应于用户的眼睛265当前正在观看的虚拟场景中的定位或对象的SPP LC透镜305，并且可以调节激活的SPP LC透镜的光焦度以解决聚散度-调节冲突。然而，因为一次只能激活透镜阵列中的一个或几个SPP LC透镜，所以被激活的SPP LC透镜305的中心(称为局部透镜中心)可能不同于自适应透镜组件300的中心。也就是说，在局部透镜中心和自适应透镜组件300的中心之间可能存在移位，即透镜中心移位。结果，用户的眼睛265可以观察到由透镜中心移位引起的显示图像的角度移位。为了补偿由透镜中心移位引起的角度移位，电子显示器255可以随着透镜中心移位移动显示的图像，使得用户的眼睛265在显示的图像上感觉不到任何移位。也就是说，可以引入图像移位来补偿由透镜中心移位引起的角度移位，其中图像移位是在移位之前和移位之后的显示图像中的相同点之间的移位。例如，图像移位是移位前和移位后显示图像的中心之间的移位。
图6D示出了根据本公开的示例性透镜中心移位和图像移位。如图6D所示，除了自适应透镜组件300之外，变焦块可以包括主透镜245。在激活与用户眼睛265当前正在观看的显示图像中的位置或对象相对应的SPP LC透镜之后，透镜中心移位为d。为了显示眼睛265要观察的轴上的图像点C，显示在电子显示器255上的对应图像点A(移位图像点A)移位△，即图像移位为△。图像点B是由主透镜245形成的移位图像点A的虚拟点，并且图像点C是要由眼睛265观察的移位图像点A的虚拟点。t是主透镜245和电子显示器255之间的距离，并且t的值可以取决于电子显示器255的尺寸和视场(FOV)的设计要求。主透镜245可以被配置为具有大于t的焦距F(即，F>t)，使得由主透镜形成的虚拟图像位于某个有限距离处。以这种方式，自适应透镜组件300可以被配置为根据显示的虚拟图像距离提供负或正光焦度。对于移位的图像点A，t和s是图像点A相对于主透镜245的物距和像距。电子显示器255上的图像移位被计算为△＝d*t/s。例如，当期望在0.5m至无穷大(即，2D)处观察显示的图像时，给定s＝1m，则自适应透镜组件300的光焦度范围将是-1D至+1D。当t～30mm时，图像移位△＝～0.03d。即当透镜中心移位为20mm时，图像移位可为0.6mm。
因此，基于上述方法，自适应透镜组件300的响应时间、分辨率、可调谐光焦度范围和/或图像质量可以在VR、AR和MR应用或其某种组合的期望范围内。对于AR或MR应用，可以引入另一个自适应透镜组件来补偿由自适应透镜组件300引起的现实世界图像的失真。另一个自适应透镜组件可以提供光焦度，该光焦度与自适应透镜组件300提供的光焦度相反，但是具有相同的绝对值，使得通过HMD观察的现实世界对象可以保持不变。
图7示出了包括所公开实施例的某些方面的示例性变焦系统700。变焦系统700可用于VR系统、AR系统、MR系统或它们的某种组合。如图7所示，变焦系统700可以包括成像设备710、控制台720、输入/输出接口715和头戴式显示器(HMD)200。可以省略某些设备，也可以包括其他设备或部件。尽管图7示出了单个HMD 705、单个成像设备710和单个输入/输出接口715，但是变焦系统700中可以包括任意数量的这些部件。HMD 705可以充当VR、AR和/或MR HMD。
HMD 705可以向用户呈现内容。在一些实施例中，HMD 705可以是上面参考图2A和图2B描述的HMD 200的实施例。示例内容包括图像、视频、音频、或它们的某种组合。音频内容可以经由HMD 705外部的独立设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)呈现，该独立设备从HMD 705、控制台820或两者接收音频信息。HMD 705可以包括电子显示器255(上面参照图2B描述)、变焦块260(上面参照图2B描述)、眼睛跟踪系统270、聚散度处理模块730、一个或更多个定位器225、惯性测量单元(IMU)215、头部跟踪传感器735和场景渲染模块740。
眼睛跟踪系统270可以跟踪HMD 705的用户的眼睛位置和眼睛移动。HMD 705内的照相机或其他光学传感器(即眼睛跟踪系统270的一部分)可以捕获用户眼睛的图像信息，并且眼睛跟踪系统270可以使用捕获的信息来确定每只眼睛相对于HMD 705的瞳孔间距离、眼睛间距离、三维(3D)位置(例如，为了失真调整的目的)，包括每只眼睛的扭转和旋转(即，横滚、俯仰和偏航)的幅度以及凝视方向。
在一些实施例中，红外光可以在HMD 705内发射并从每只眼睛反射。反射光可以被照相机接收或检测，并被分析以从每只眼睛反射的红外光的变化中提取眼睛旋转。眼睛跟踪系统270可以使用许多用于跟踪用户眼睛的方法。相应地，眼睛跟踪系统270可以跟踪每只眼睛的多达六个自由度(即，3D位置、横滚、俯仰和偏航)，并且可以从用户的两只眼睛组合被跟踪量的至少一个子集，以估计凝视点(即，虚拟场景中的用户正在看的3D定位或位置)。例如，眼睛跟踪系统270可以整合来自过去测量的信息、识别用户头部位置的测量以及描述由电子显示器255呈现的场景的3D信息。因此，用户眼睛的位置和定向信息用于确定由HMD 705呈现的虚拟场景中的凝视点，其中用户当前正看着该凝视点。
变焦块260可以通过调节一个或更多个变焦结构的焦距来调节其焦距(即光焦度)。如上参考图6A-6C所述，基于眼睛跟踪信息，变焦块260可以激活对应于用户每只眼睛的眼睛位置的一个或更多个LC透镜，并且通过调节施加到一个或更多个激活的LC透镜的电极的电压来调节其焦距。变焦块260可以响应来自控制台720的指令来调节其焦距。注意，变焦结构的变焦调谐速度受到LC透镜的调谐速度的限制。变焦块260可以使不对应于用户每只眼睛的眼睛位置的其他LC透镜失效，从而降低变焦块260的功耗。此外，变焦块260可以确定激活的LC透镜的中心和自适应透镜组件的中心之间的移位，即透镜中心移位。
聚散度处理模块730可以基于由眼睛跟踪系统270确定的凝视点或凝视线的估计交点来确定用户凝视的聚散度距离。聚散度是双眼在相反方向上的同时移动或旋转，以保持两眼单视，这是由人眼自然且自动完成的。因此，用户眼睛会聚的定位是用户当前正在观看的位置，并且通常也是用户眼睛当前聚焦的定位。例如，聚散度处理模块730可以对凝视线进行三角测量，以估计与凝视线交点相关联的距用户的距离或深度。然后，与凝视线的交点相关联的深度可以被用作调节距离的近似值，该近似值识别用户眼睛指向的离用户的距离。因此，聚散度距离可以允许确定用户的眼睛应该聚焦的定位。
定位器225可以是相对于彼此和相对于HMD 705上的特定参考点位于HMD 705上特定位置的对象。定位器225可以是发光二极管(LED)、角立方体反射器、反光标记、与HMD 705的操作环境形成对比的一类光源、或它们的某种组合。
IMU 215可以是一种电子设备，其基于从一个或更多个头部跟踪传感器735接收的测量信号生成快速校准数据，头部跟踪传感器响应于HMD705的运动生成一个或更多个测量信号。头部跟踪传感器735的示例包括加速度计、陀螺仪、磁力计、适于检测运动、校正与IMU215相关联的误差的其他传感器、或它们的某种组合。
基于来自头部跟踪传感器735的测量信号，IMU 215可以生成指示相对于HMD 705的初始位置的HMD 705的估计位置的快速校准数据。例如，头部跟踪传感器735可以包括用于测量平移运动(向前/向后、向上/向下、向左/向右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航、横滚)的多个陀螺仪。例如，IMU 215可对测量信号进行快速采样，并根据采样的数据计算HMD 705的估计位置。替代地，IMU 215可向控制台720提供采样的测量信号，控制台确定快速校准数据。
另外，IMU 215可以从控制台720接收一个或更多个校准参数。如下面进一步讨论的，一个或更多个校准参数可用于保持HMD 705的跟踪。基于接收到的校准参数，IMU 215可以调整一个或更多个IMU参数(例如，采样率)。在一些实施例中，某些校准参数可使IMU 215更新参考点的初始位置以对应于参考点的下一个所校准的位置。将参考点的初始位置更新为参考点的下一个所校准的位置可有助于减少与确定估计位置相关联的累积误差。此累积误差(也称为漂移误差)可导致参考点的估计位置随着时间的推移“漂移”离开参考点的实际位置。
场景渲染模块740可以从VR引擎745接收虚拟场景的内容，并提供用于在电子显示器255上显示的显示内容。场景渲染模块740可以包括硬件中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)和/或微控制器。另外，场景渲染模块740可以基于来自眼睛跟踪系统270、聚散度处理模块730、IMU 215和头部跟踪传感器735的信息来调节内容。场景渲染模块740可以基于眼睛跟踪系统270、跟踪模块755、头部跟踪传感器735或IMU 215中的一个或更多个来确定要在电子显示器255上显示的内容的一部分。例如，场景渲染模块740可以确定要向观看者的眼睛显示的虚拟场景，或者虚拟场景的任何部分。场景渲染模块740还可以基于变焦块260的实时配置来动态调节显示的内容。另外，基于由变焦块260提供的所确定的透镜中心移位的信息，场景渲染模块740可以确定要在电子显示器255上显示的虚拟场景的移位。
成像设备710可以为HMD 705提供监控功能，并且可以根据从控制台720接收的校准参数生成慢速校准数据。慢速校准数据可以包括显示定位器225的观察位置的一个或更多个图像，这些图像可被成像设备710检测到。成像设备710可以包括一个或更多个照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获包括一个或更多个定位器225的图像的其他设备、或它们的某种组合。慢速校准数据可从成像设备710传送到控制台720，并且成像设备710可从控制台720接收一个或更多个校准参数，以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、ISO、传感器温度、快门速度、光圈等)。
输入/输出接口715可以是允许用户向控制台720发送动作请求的设备。动作请求可以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，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口715可以包括一个或更多个输入设备，例如键盘、鼠标、游戏控制器或任何其他合适的设备。由输入/输出接口715接收的动作请求可以被传递到控制台720，控制台720执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，输入/输出接口715可以根据从控制台720接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，可以由输入/输出接口715提供触觉反馈，或者控制台720可以向输入/输出接口715传送指令，使得输入/输出接口715在控制台720执行动作时生成触觉反馈。
控制台720可以根据从成像设备710、HMD 705或输入/输出接口715接收的信息向HMD 705提供内容以呈现给用户。在一个实施例中，如图7所示，控制台720可以包括应用储存器750、跟踪模块755和VR引擎745等。
应用储存器750可以存储一个或更多个由控制台720执行的应用。应用可以是一组指令，当被处理器执行时，生成呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以响应于经由HMD705的运动或输入/输出接口715从用户接收的输入。应用的示例包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。
跟踪模块755可以使用一个或更多个校准参数校准变焦系统700，并且可以调节一个或更多个校准参数以减少确定HMD 705的位置的误差。例如，跟踪模块755可以调节成像设备710的焦点，以获得HMD 705上观察到的定位器225的更精确的位置。此外，由跟踪模块755执行的校准也可以考虑从IMU 215接收的信息。另外，当对HMD 705的跟踪丢失时(例如，成像设备710丢失至少阈值数量的定位器225的视线)，跟踪模块755可以重新校准变焦系统700的一些或全部部件。
另外，跟踪模块755可以使用来自成像设备710的慢速校准信息来跟踪HMD 705的移动，并且使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和HMD 705模型来确定HMD 705上参考点的位置。跟踪模块755也可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定HMD 705上参考点的位置，该快速校准信息来自HMD 705上的IMU 215。另外，跟踪模块755可以使用部分快速校准信息、慢速校准信息、或它们的某种组合来预测被提供给VR引擎745的HMD 705的未来定位。
VR引擎745可以执行变焦系统700内的应用，并从跟踪模块755接收HMD 705的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的某种组合。基于接收到的信息，VR引擎745可以确定要提供给HMD705以呈现给用户的内容，例如虚拟场景、要覆盖在现实世界场景上的一个或更多个虚拟对象等。在一些实施例中，VR引擎845可以维护变焦块260的聚焦能力信息。聚焦能力信息是描述变焦块260可用的焦距的信息。聚焦能力信息可以包括例如变焦块260能够调节的聚焦范围(例如0至4屈光度)、映射到特定焦平面的每个激活的LC透镜的设置的组合或它们的某种组合。
VR引擎745可以向变焦块260提供信息，例如调节和/或会聚参数，包括变焦块260可用的焦距。VR引擎745可以为变焦块260生成指令，该指令使得变焦块260将其焦距调节到特定定位。VR引擎745可基于聚焦能力信息和例如来自聚散度处理模块730、IMU 215和头部跟踪传感器735的信息生成指令，并将指令提供给变焦块260以配置和/或调节自适应组件260。VR引擎745可以使用来自聚散度处理模块730、IMU 215和头部跟踪传感器735或其某种组合的信息来选择焦平面以向用户呈现内容。此外，VR引擎745可以响应于从输入/输出接口715接收的动作请求，在控制台720上执行的应用内执行动作，并且向用户提供该动作已被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由HMD 705的视觉或听觉反馈或者经由输入/输出接口715的触觉反馈。
图8是根据本公开通过调节HMD 705的焦距来缓解聚散度-调节冲突的过程800。在一些实施例中，过程900可以由变焦系统700执行。替代地，其他部件可以执行过程800的一些或所有步骤。例如，在一些实施例中，HMD 705和/或控制台(例如，控制台720)可以执行过程800的一些步骤。另外，在一些实施例中，过程800可以包括与结合图8描述的步骤不同或附加的步骤，或者以与结合图8描述的顺序不同的顺序执行步骤。另外，在一些实施例中，过程800可以包括与结合图8描述的步骤不同或附加的步骤，或者以与结合图8描述的顺序不同的顺序执行步骤。
参考图7和图8，变焦系统700可以确定HMD 705的位置、取向和/或移动(步骤810)。该位置可以通过定位器225、IMU 215、头部跟踪传感器735、成像设备710和跟踪模块755等的组合来确定，如上结合图7所述。
变焦系统700可以基于所确定的HMD 705的位置和取向来确定虚拟场景的一部分(步骤820)。变焦系统700可以将HMD 705呈现的虚拟场景映射到HMD 705的各种位置和取向。因此，可以基于HMD 705的位置、取向和移动来确定用户当前观看的虚拟场景的一部分。
变焦系统700可以在HMD 705的电子显示器(例如，电子显示器255)上显示虚拟场景的确定部分(步骤830)。在一些实施例中，可以用失真校正来显示该部分，以校正可能由穿过变焦块260的图像光引起的光学误差。
变焦系统700可以使用眼睛跟踪系统来确定用户的每只眼睛的眼睛位置(步骤840)。变焦系统700可以确定用户正在观看的确定部分内的定位或对象，以相应地调节该定位或对象的聚焦。为了确定用户正在观看的虚拟场景的确定部分内的定位或对象，HMD 705可以使用来自HMD 705(例如，眼睛跟踪系统270)的图像信息来跟踪用户眼睛的位置和定位。例如，HMD 705可以跟踪每只眼睛的3D位置、横滚、俯仰和偏航的至少一个子集，并且使用这些量来估计每只眼睛的3D凝视点。
此外，基于眼睛跟踪信息，变焦系统700可以基于聚散度距离确定HMD 705的期望光焦度(步骤850)。在一些实施例中，变焦系统700可以基于凝视线的估计交点来确定聚散度距离。在一些实施例中，来自过去眼睛位置的信息、描述用户头部位置的信息以及描述呈现给用户的场景的信息可用于估计眼睛的3D凝视点。然后可以基于虚拟场景的聚散度距离和其他信息来计算所需的光焦度。
基于所确定的HMD 705的光焦度和眼睛跟踪信息，变焦系统700可以确定变焦块260中的LC透镜的配置参数(步骤860)。特别地，基于眼睛跟踪信息，变焦系统700可以激活对应于用户每只眼睛的眼睛位置的一个或更多个LC透镜，同时，基于所确定的光焦度，变焦系统700可以确定要施加到一个或更多个激活的LC透镜的电极的期望电压。
例如，当变焦块260包括LC透镜阵列，其中每个阵列具有预定层数的SPP LC透镜单元时，变焦系统700可以确定应该使用阵列中的哪个或哪些LC透镜。在一个实施例中，基于眼睛的3D凝视点，变焦系统700可以确定与眼睛的凝视线相交的LC透镜，并且可以选择激活该LC透镜。在一些实施例中，当眼睛的凝视线落在相邻LC透镜之间的区域中时，变焦系统700还可以选择一个或更多个相邻LC透镜来激活，或者可以选择最靠近凝视线的SPP LC透镜来激活。
变焦系统700还可以确定所选择的LC透镜或多个LC透镜的总的期望光焦度值。由于所选择的LC透镜具有多层SPP LC透镜，并且每个SPP LC透镜可以具有特定的光焦度范围，所以可以基于特定的光焦度范围和总的期望光焦度来选择某些或所有层的SPP LC透镜。变焦系统700可以选择按顺序排列的透镜层以满足总光焦度，或者可以随机选择透镜层以满足总光焦度。在一个实施例中，变焦系统700可以如图7所示成对地选择SPP LC透镜的层，以改善视角。此外，变焦系统700还可以选择SPP LC透镜的层，以便满足所选SPP LC透镜层的偏振不敏感状态。也可以使用其他选择标准。
在变焦块260的SPP LC透镜的配置被确定之后，变焦系统700可以基于该配置来调节SPP LC透镜(步骤870)。例如，对于要被激活的SPP LC透镜的每个所选层中要被激活的每个所选SPP LC透镜，变焦系统700可以在每个所选层中的所选SPP LC透镜的电极上施加确定的电压，以激活所选SPP LC透镜。变焦系统700可以保持其他未选择的SPP LC透镜未激活。因此，可以为所确定的聚散度距离提供调节，该聚散度距离对应于用户当前正在观看虚拟场景的显示部分中的位置或内容。
此外，基于激活的LC透镜的位置，变焦系统700可以调节显示的虚拟场景以校正透镜中心移位(S880)。特别地，因为自适应透镜组件中的透镜阵列中只有一个或几个LC透镜可以同时被激活，所以被激活的LC透镜或多个LC透镜的中心可以不同于整个自适应组件的中心。当确定激活的SPP LC透镜或多个SPP LC透镜的中心不同于自适应透镜组件的中心时，可以计算两个中心之间的移位，即透镜中心移位。基于所计算的透镜中心移位，显示在电子显示器上的图像可以相应地移位以补偿透镜中心移位，使得观看者感觉不到显示的图像上的任何移位。
出于说明的目的，已经呈现了本公开的实施例的前述描述。它并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。
本描述的一些部分从对信息的操作的算法和符号表示方面描述了本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，将操作的这些布置称为模块有时候也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件、硬件或其任何组合中。
可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，该计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。
本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。此外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多处理器设计来提高计算能力的架构。
本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括从计算过程获得的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质上并且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。
最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。

Claims (35)

1.一种光学系统，包括：
电子显示器，其用于为所述光学系统的用户显示虚拟场景；
自适应透镜组件，其在所述电子显示器和用户的眼睛之间光学耦合到所述电子显示器；和
眼睛跟踪设备，其提供用户的眼睛的眼睛跟踪信息，
其中，所述自适应透镜组件包括排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，并且所述可调节LC透镜基于所述眼睛跟踪信息被单独激活。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，每个可调节LC透镜包括多个分段相位剖面(SPP)LC透镜，所述多个SPP LC透镜堆叠在一起以减少所述可调节LC透镜的响应时间，使得所述自适应透镜组件包括SPP LC透镜的阵列层。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，每个SPP LC透镜是折射菲涅耳LC透镜，所述折射菲涅耳LC透镜包括半径增加的多个同心环，以产生所述SPP LC透镜的相位剖面。
4.根据权利要求2所述的光学系统，其中：
每个SPP LC透镜包括对应于所述同心环的多个环形电极；
所述环形电极同心，具有相同的面积；和
邻近电极之间的相位差是相同的，使得所述相位剖面是抛物线相位剖面。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中：
所述环形电极是驱动电极，所述SPP LC透镜还包括多个浮置电极，所述浮置电极是离散的且同心的环形电极；和
所述浮置电极通过绝缘层电容耦合到所述驱动电极，并且每个浮置电极覆盖相邻驱动电极之间的一半面积。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其中：
在同一层内，所述多个SPP LC透镜沿水平方向和垂直方向排列；和
相邻的SPP LC透镜的环形电极相互重叠。
7.根据权利要求4所述的光学系统，其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
所述相邻的SPP LC透镜之间的区域的电场被调节，使得所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面得以保留。
8.根据权利要求4所述的光学系统，其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
第二级别SPP LC透镜设置在所述相邻的SPP LC透镜之间的区域中，以改善所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面。
9.根据权利要求2所述的光学系统，其中：
所述多个SPP LC透镜包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，它们具有相同的配置但具有相反的配向方向。
10.根据权利要求2所述的光学系统，还包括控制器，所述控制器被配置为：
基于关于显示图像的所述眼睛跟踪信息，确定要被激活的至少一个可调节LC透镜；
确定所述一个可调节LC透镜内的所述多个SPP LC透镜的数量，以提供所述一个可调节LC透镜的期望光焦度；
基于所述一个可调节LC透镜的位置，调节所述显示图像以向所述一个可调节LC透镜的中心移位；和
激活所述数量的所述多个SPP LC透镜。
11.根据权利要求2所述的光学系统，其中，为了确定要被激活的至少一个可调节LC透镜，所述控制器还被配置为：
基于所述眼睛跟踪信息，确定用户的凝视线；
在可调节LC透镜阵列中，确定与所述凝视线相交的可调节LC透镜作为要激活的所述可调节LC透镜。
12.根据权利要求2所述的光学系统，其中，为了调节所述显示图像，所述控制器还被配置为：
确定所述一个可调节LC透镜的中心和所述自适应透镜组件的中心之间的距离；和
使用所述距离来调节所述显示图像。
13.一种自适应透镜组件系统，包括：
眼睛跟踪设备，其提供用户的眼睛的眼睛跟踪信息；和
排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，所述可调节LC透镜基于所述眼睛跟踪信息被单独激活。
14.根据权利要求13所述的自适应透镜组件系统，其中，每个可调节LC透镜包括多个分段相位剖面(SPP)LC透镜，所述多个SPP LC透镜堆叠在一起以减少所述可调节LC透镜的响应时间，使得所述自适应透镜组件包括SPP LC透镜的阵列层。
15.根据权利要求14所述的自适应透镜组件系统，其中：
所述多个SPP LC透镜包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，它们具有相同的配置但具有相反的配向方向。
16.根据权利要求14所述的自适应透镜组件系统，其中，每个SPP LC透镜是折射菲涅耳LC透镜，所述折射菲涅耳LC透镜包括半径增加的多个同心环，以产生所述SPP LC透镜的相位剖面。
17.根据权利要求16所述的自适应透镜组件系统，其中：
每个SPP LC透镜包括对应于所述同心环的多个环形电极；
所述环形电极同心，具有相同的面积；和
邻近电极之间的相位差是相同的，使得所述相位剖面是抛物线相位剖面。
18.根据权利要求17所述的自适应透镜组件系统，其中：
所述环形电极是驱动电极，所述SPP LC透镜还包括多个浮置电极，所述浮置电极是离散的同心环形电极；和
所述浮置电极通过绝缘层电容耦合到所述驱动电极，并且每个浮置电极覆盖相邻驱动电极之间的一半面积。
19.根据权利要求17所述的自适应透镜组件系统，其中：
在同一层内，所述多个SPP LC透镜沿水平方向和垂直方向排列；和
相邻的SPP LC透镜的环形电极相互重叠。
20.根据权利要求17所述的自适应透镜组件系统，其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
第二级别SPP LC透镜设置在所述相邻的SPP LC透镜之间的区域中，以改善所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面。
21.一种光学系统，包括：
电子显示器，其用于为所述光学系统的用户显示虚拟场景；
自适应透镜组件，其在所述电子显示器和用户的眼睛之间光学耦合到所述电子显示器；和
眼睛跟踪设备，其提供用户的眼睛的眼睛跟踪信息，
其中，所述自适应透镜组件包括排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，并且所述可调节LC透镜基于所述眼睛跟踪信息被单独激活。
22.根据权利要求21所述的光学系统，其中，每个可调节LC透镜包括多个分段相位剖面(SPP)LC透镜，所述多个SPP LC透镜堆叠在一起以减小所述可调节LC透镜的响应时间，使得所述自适应透镜组件包括SPP LC透镜的阵列层。
23.根据权利要求22所述的光学系统，其中每个SPP LC透镜是折射菲涅耳LC透镜，所述折射菲涅耳LC透镜包括半径增加的多个同心环，以产生所述SPP LC透镜的相位剖面。
24.根据权利要求22或23所述的光学系统，其中：
每个SPP LC透镜包括对应于所述同心环的多个环形电极；
所述环形电极同心，具有相同的面积；和
邻近电极之间的相位差是相同的，使得所述相位剖面是抛物线相位剖面。
25.根据权利要求24所述的光学系统，其中：
所述环形电极是驱动电极，所述SPP LC透镜还包括多个浮置电极，所述浮置电极是离散的且同心的环形电极；和
所述浮置电极通过绝缘层电容耦合到所述驱动电极，并且每个浮置电极覆盖相邻的驱动电极之间的一半面积；和/或
其中：
在同一层内，所述多个SPP LC透镜沿水平方向和垂直方向排列；和
相邻的SPP LC透镜的环形电极相互重叠；和/或
其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
所述相邻的SPP LC透镜之间的区域的电场被调节，使得所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面得以保留；和/或
其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
第二级别SPP LC透镜设置在所述相邻的SPP LC透镜之间的区域中，以改善所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的光学系统，其中：
所述多个SPP LC透镜包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，它们具有相同的配置和相反的配向方向。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的光学系统，还包括控制器，所述控制器被配置为：
基于关于显示图像的所述眼睛跟踪信息，确定要被激活的至少一个可调节LC透镜；
确定所述一个可调节LC透镜内的所述多个SPP LC透镜的数量，以提供所述一个可调节LC透镜的期望光焦度；
基于所述一个可调节LC透镜的位置，调节所述显示图像以向所述一个可调节LC透镜的中心移位；和
激活所述数量的所述多个SPP LC透镜。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的光学系统，其中，为了确定要被激活的至少一个可调节LC透镜，所述控制器还被配置为：
基于所述眼睛跟踪信息，确定用户的凝视线；
在可调节LC透镜阵列中，确定与所述凝视线相交的可调节LC透镜作为要激活的所述可调节LC透镜。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的光学系统，其中，为了调节所述显示图像，所述控制器还被配置为：
确定所述一个可调节LC透镜的中心和所述自适应透镜组件的中心之间的距离；和
使用所述距离来调节所述显示图像。
30.一种自适应透镜组件系统，包括：
眼睛跟踪设备，其提供用户的眼睛的眼睛跟踪信息；和
排列成阵列的多个可调节液晶(LC)透镜，所述可调节LC透镜基于所述眼睛跟踪信息被单独激活。
31.根据权利要求30所述的自适应透镜组件系统，其中，每个可调节LC透镜包括多个分段相位剖面(SPP)LC透镜，所述多个SPP LC透镜堆叠在一起以减少所述可调节LC透镜的响应时间，使得所述自适应透镜组件包括SPP LC透镜的阵列层。
32.根据权利要求31所述的自适应透镜组件系统，其中：
所述多个SPP LC透镜包括彼此毗邻堆叠的两个SPP LC透镜，它们具有相同的配置但具有相反的配向方向。
33.根据权利要求31或32所述的自适应透镜组件系统，其中，每个SPP LC透镜是折射菲涅耳LC透镜，所述折射菲涅耳LC透镜包括半径增加的多个同心环，以产生所述SPP LC透镜的相位剖面。
34.根据权利要求33所述的自适应透镜组件系统，其中：
每个SPP LC透镜包括对应于所述同心环的多个环形电极；
所述环形电极同心，具有相同的面积；和
邻近电极之间的相位差是相同的，使得所述相位剖面是抛物线相位剖面。
35.根据权利要求34所述的自适应透镜组件系统，其中：
所述环形电极是驱动电极，所述SPP LC透镜还包括多个浮置电极，所述浮置电极是离散的且同心的环形电极；和
所述浮置电极通过绝缘层电容耦合到所述驱动电极，并且每个浮置电极覆盖相邻的驱动电极之间的一半面积；和/或
其中：
在同一层内，所述多个SPP LC透镜沿水平方向和垂直方向排列；和
相邻的SPP LC透镜的环形电极相互重叠；和/或
其中：
相邻的SPP LC透镜的环形电极彼此不重叠；和
第二级别SPP LC透镜设置在所述相邻的SPP LC透镜之间的区域中，以改善所述相邻的SPP LC透镜中的一个SPP LC透镜的相位剖面。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023030505A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. An optical display system and an electronic device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019135168A1 (en) * 2018-01-08 2019-07-11 Optica Amuka (A.A.) Ltd. Tunable fresnel lens with improved image quality
CN109613706B (zh) * 2019-01-28 2021-05-07 京东方科技集团股份有限公司 针对智能头戴设备的调整方法、设备及存储介质
US20230314185A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Apple Inc. Optical Sensor Module Including an Interferometric Sensor and Extended Depth of Focus Optics
CN117092830B (zh) * 2023-10-18 2023-12-22 世优（北京）科技有限公司 裸眼3d显示装置及其驱动方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101194198A (zh) * 2005-01-21 2008-06-04 庄臣及庄臣视力保护公司 具有可变焦距的自适应电激活透镜
CN103885582A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 辉达公司 近眼微透镜阵列显示器
CN105717640A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 北京蚁视科技有限公司 基于微透镜阵列的近眼显示器
US20180196263A1 (en) * 2017-01-10 2018-07-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide display with multiple focal depths
US20180343443A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 Google Llc Near-eye display with extended accommodation range adjustment

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5359440A (en) * 1989-10-23 1994-10-25 Sharp Kabushiki Kaisha Image display apparatus with microlens plate having mutually fused together lenses resulting in hexagonal shaped microlenses
EP1785991A4 (en) * 2004-08-04 2009-01-07 Asahi Glass Co Ltd LIQUID CRYSTAL LENS ELEMENT AND OPTICAL HEAD
AR064986A1 (es) 2007-01-22 2009-05-06 Pixeloptics Inc Material cristalino liquido colesterico en lente electroactiva
US8587734B2 (en) 2009-03-06 2013-11-19 The Curators Of The University Of Missouri Adaptive lens for vision correction
TWI467536B (zh) * 2012-03-08 2015-01-01 Chunghwa Picture Tubes Ltd 裸眼式立體顯示裝置
WO2014054520A1 (ja) * 2012-10-03 2014-04-10 シャープ株式会社 立体表示装置
JP6028975B2 (ja) * 2012-12-05 2016-11-24 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 立体画像表示装置
US10503042B2 (en) * 2013-03-15 2019-12-10 Lensvector Inc. Methods and apparatus for focus improvement in multiple liquid crystal cell lenses
CA2987207C (en) 2015-05-26 2024-02-20 Universite Laval Tunable optical device, tunable liquid crystal lens assembly and imaging system using same
US10241569B2 (en) * 2015-12-08 2019-03-26 Facebook Technologies, Llc Focus adjustment method for a virtual reality headset
US9927614B2 (en) 2015-12-29 2018-03-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Augmented reality display system with variable focus
US10495921B2 (en) * 2016-10-19 2019-12-03 Kyungpook National University Industry-Academic Cooperation Foundation Flexible liquid crystal lens
US10928638B2 (en) * 2016-10-31 2021-02-23 Dolby Laboratories Licensing Corporation Eyewear devices with focus tunable lenses
US10859812B2 (en) 2017-03-22 2020-12-08 Magic Leap, Inc. Dynamic field of view variable focus display system
US10115327B1 (en) * 2017-06-22 2018-10-30 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Optical display system with enhanced resolution, methods, and applications
CN108415190B (zh) * 2018-03-12 2021-12-10 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及其灰阶调控方法和显示装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101194198A (zh) * 2005-01-21 2008-06-04 庄臣及庄臣视力保护公司 具有可变焦距的自适应电激活透镜
CN103885582A (zh) * 2012-12-19 2014-06-25 辉达公司 近眼微透镜阵列显示器
CN105717640A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 北京蚁视科技有限公司 基于微透镜阵列的近眼显示器
US20180196263A1 (en) * 2017-01-10 2018-07-12 Microsoft Technology Licensing, Llc Waveguide display with multiple focal depths
US20180343443A1 (en) * 2017-05-26 2018-11-29 Google Llc Near-eye display with extended accommodation range adjustment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AFSOON JAMALI 等: "LC lens systems to solve accommodation/convergence conflict in three-dimensional and virtual reality displays", 《OPTICAL ENGINEERING》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023030505A1 (en) * 2021-09-03 2023-03-09 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. An optical display system and an electronic device

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US20210240036A1 (en) 2021-08-05
US11022835B2 (en) 2021-06-01
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WO2020122970A1 (en) 2020-06-18

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