CN117043660A - 采用可调谐柱面透镜的光学器件和头戴式显示器 - Google Patents

采用可调谐柱面透镜的光学器件和头戴式显示器 Download PDF

Info

Publication number
CN117043660A
CN117043660A CN202280021538.3A CN202280021538A CN117043660A CN 117043660 A CN117043660 A CN 117043660A CN 202280021538 A CN202280021538 A CN 202280021538A CN 117043660 A CN117043660 A CN 117043660A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ips mode
cylindrical
optical element
mounted display
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202280021538.3A
Other languages
English (en)
Inventor
A·I·拉塞尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magic Leap Inc
Original Assignee
Magic Leap Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magic Leap Inc filed Critical Magic Leap Inc
Publication of CN117043660A publication Critical patent/CN117043660A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • G02F1/13471—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which all the liquid crystal cells or layers remain transparent, e.g. FLC, ECB, DAP, HAN, TN, STN, SBE-LC cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02C—SPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C7/00—Optical parts
    • G02C7/02—Lenses; Lens systems ; Methods of designing lenses
    • G02C7/08—Auxiliary lenses; Arrangements for varying focal length
    • G02C7/081—Ophthalmic lenses with variable focal length
    • G02C7/083—Electrooptic lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134336—Matrix
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1343—Electrodes
    • G02F1/134309—Electrodes characterised by their geometrical arrangement
    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/294—Variable focal length devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0181—Adaptation to the pilot/driver
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0185—Displaying image at variable distance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

本公开描述了平面内切换模式液晶几何相位可调谐透镜，其可以集成到光学器件的目镜中，用于校正非正视视觉，诸如在增强现实显示系统中。目镜可包括相对于用于向用户投射数字影像的波导布置的集成的、场可配置的光学器件，该光学器件能够为用户提供包括可变球面屈光力(SPH)、柱面屈光力、和柱面轴值的可调谐Rx。在特定配置中，每个可调谐目镜包括两个可变复合透镜：一个在波导的具有可变SPH、柱面屈光力和轴值的用户侧；以及第二个在波导的具有可变SPH的世界侧。

Description

采用可调谐柱面透镜的光学器件和头戴式显示器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年3月15日提交的美国临时申请No.63/161,298的优先权的权益。该优先权文件中的全部公开内容通过引用并入本公开中。
技术领域
本公开涉及包括可调谐透镜的光学器件，并且更具体地，涉及包含平面内切换模式液晶可调谐透镜的光学器件和头戴式显示器。
背景技术
用于增强现实的可穿戴显示系统可以包括一个或两个目镜，用户可以通过该目镜观看世界，并且显示系统可以用该目镜向用户投射数字影像。目镜常常使用高折射材料形成，并且通常被设计为考虑具有正视视觉的用户，即没有折射误差的用户。
对于具有非正视视觉的用户，诸如近视(近视的)或远视(远视的)用户，可在可穿戴显示器中提供定制插件，其例如根据他们的眼科处方(Rx)来校正用户的折射误差。可替代地，显示器的形状因子可以被设计为在穿戴者与显示器的目镜之间容纳眼镜。然而，耳机的定制可能既耗时又昂贵，而且容纳眼镜的形状因子可能既笨重又在美学上无吸引力。
发明内容
本公开的特征在于平面内切换(IPS)模式液晶(LC)几何相位(GP)可调谐透镜，其可以被集成到头戴式显示器的目镜中，用于校正非正视视觉，特别是在虚拟现实、增强现实、或混合现实中的头戴式显示器中。目镜可包括相对于用于向用户投射数字图像的波导布置的完全集成的、场可配置的光学器件，该光学器件能够为用户提供包括可变球面屈光力(SPH)、柱面屈光力(CYL)和柱面轴(Axis)值的可调谐Rx。在某些配置中，每个可调谐目镜包括两个可变复合透镜：一个在波导的具有可变球面、柱面和轴的用户侧；以及第二个在波导的具有可变球面的世界侧。共同地，可变复合透镜可以校正用户的折射误差，包括散光，并且可以将数字图像定位在相对于环境的并且与用户注视深度相对应的适当深度平面处。
在一些实施例中，每个复合透镜包括一个或多个(例如，两个或三个)由IPS模式LC器件形成的可变柱面透镜。两个这样的可变柱面透镜的组件，其柱面轴成直角取向，可用于提供具有可调整球面屈光力的复合透镜。三个可变柱面透镜的组件，其柱面轴以60°间隔取向，可用于提供具有可调整SPH、CYL和Axis的复合透镜。
通常，在第一方面中，本公开的特征在于一种系统，所述系统包括：第一平面内切换IPS模式液晶LC元件，其沿着光轴布置；第二IPS模式LC元件，其沿着所述光轴布置；第三IPS模式LC元件，其沿着所述光轴布置；以及电子控制器，其所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件通信。所述电子控制器被配置为在操作期间向所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件分别提供驱动信号，以使得所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件根据处方(Rx)共同形成具有总体非零球面屈光力(SPH)、非零柱面屈光力(CYL)、和柱面轴(Axis)的光学元件。
该系统的实施方式可包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，在所述系统的操作期间，每个IPS模式LC元件可以是几何相位(GP)柱面透镜。每个GP柱面透镜的柱面轴可以对准不同方向。
每个IPS模式LC元件可以包括在两个衬底之间的LC材料层。所述LC材料可以是向列相LC材料。每个IPS模式LC元件可包括由所述两个衬底中的一个支撑的电极层。每个电极层可以包括二维像素电极阵列。所述电子控制器可以被编程为驱动像素电极沿着在所述IPS模式LC元件的平面内的第一方向均匀地对准所述LC材料，并且沿着在所述平面内的与所述第一方向正交的第二方向改变所述LC材料的对准。沿着所述第二方向的所述LC材料的所述对准可包括所述LC材料的向列相指向矢的多个2π旋转。所述2π旋转的空间波长可以跨第二方向上的所述IPS模式LC元件变化。在所述第二方向上的所述2π旋转的空间波长可以从所述IPS模式LC元件的中心朝向所述IPS模式LC元件的边缘增加。在一些实施例中，所述电子控制器被编程为在不同的时间驱动像素电极的不同子集，并且以比所述LC材料的弛豫时间更短的周期在不同子集之间来回切换。
第一径向方向与第二径向方向之间的角间距可以等于第二径向方向与第三径向方向之间的角间距。
对于与所述光轴正交的笛卡尔坐标系，所述第一径向方向可以在30°处，所述第二径向方向可以在90°处，并且所述第三径向方向可以在150°处。第一柱面屈光力C30、第二柱面屈光力C90、和第三柱面屈光力C150以及用于S、C和A的值可根据以下公式相关：
第一光学元件、第二光学元件、和第三光学元件中的每一者的柱面屈光力可以是在从-5D到+5D的范围内可变。
所述光学元件可以具有面积是1cm2或更大(例如，5cm2或更大、10cm2或更大、16cm2或更大)的孔。
折射元件中的每一者沿着所述光轴的厚度可以是可以10mm或更小(例如，6mm或更小、4mm或更小、3mm或更小、2mm或更小、1mm或更小)。
通常，在另一方面中，本公开的特征在于一种头戴式显示系统，包括：第一光学元件，其具有可变球面屈光力(SPH)；第二光学元件，其具有可变SPH、可变柱面屈光力(CYL)和可变柱面轴(Axis)，所述第二光学元件具有至少一个平面内切换(IPS)模式液晶(LC)元件；透视显示器，其被布置在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间；以及电子控制器，其与所述第一光学元件、所述第二光学元件、和所述透视显示器通信。所述电子控制器被编程为根据所述头戴式显示器的单独用户的处方(Rx)，调整所述第一光学元件的SPH和所述第二光学元件的SPH、CYL、和Axis。
头戴式显示器的实施方式可包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，所述头戴式显示器可以包括框架，用于相对于彼此并且在使用期间相对于头戴式显示器的用户安装所述第一光学元件、所述第二光学元件、和所述透视显示器。在所述头戴式显示器的使用期间，所述第二光学元件可以被布置在所述透视显示器与所述用户之间。
所述第一光学元件可包括两个可变柱面透镜，它们的相应柱面轴彼此正交。
所述头戴式显示器可包括眼睛跟踪模块，所述电子控制器被编程为基于来自所述眼睛跟踪模块的关于所述头戴式显示器的用户正在看的位置的信息，改变所述第二光学元件的处方。在一些实施例中，所述电子控制器被编程为取决于所述用户正在看的位置，将所述第二光学元件的SPH、CYL、和Axis从近视处方改变为远视处方。
所述头戴式显示器可包括生物特征识别模块，所述电子控制器被编程为基于来自所述生物特征识别模块的信息，识别用户，并且基于所述用户的身份，调整所述第二光学元件的处方。所述生物特征识别模块可以是虹膜识别模块。
在其他优点中，可调谐目镜可以校正用户的唯一光学处方，包括散光，同时最小化电功率消耗和机电开销。可调谐目镜可以减轻为每个用户制造定制刚性目镜的需求，并且增加具有非正视视觉的混合现实产品用户的可用性。所包括的生物特征模块可以基于它们的唯一虹膜图案来识别用户，并且调整可调谐目镜以调整到场中的多个用户的处方。
如本文所使用的，头戴式显示器也可以被描述为头戴式显示器，因为该显示器被配置为穿戴、携带或以其他方式安装在用户的头部。注意，本文所描述的实施例不必限于显示器当前安装在用户的头部的情况。
本申请的其他特征和优点将从说明书、附图、和权利要求中显而易见。
附图说明
图1是可穿戴头戴显示器的示意图。
图2是表示眼睛放置在具有近端和远端可调谐光学元件的可调谐目镜后面的示意图。
图3A是用于校正包括球面透镜和柱面透镜的非正视视觉的复合透镜的图。
图3B是表示校正非正视视觉的替代方案的三个柱面透镜的图。
图4是示例平面内切换(IPS)模式液晶(LC)柱面透镜的示意性剖视图。
图5A-5C是示出在IPS模式LC单元中的不同对准状态的示意图。
图6是示出在IPS模式LC柱面透镜中的示例指向矢场的平面图。
图7A-7E是示出用于在不同方向上对准平面内LC材料的示例电极元件驱动方案的平面图。
图8是用于在不同方向上对准平面内LC材料的顺序示例电极元件驱动方案的平面图。
图9A是用于IPS LC柱面透镜的示例多层电极阵列的示意性剖视图。
图9B-9C是示出图9A所示的多层电极阵列的不同电极层的电极几何形状的平面图。
在附图中，相同的符号指示相同的元件。
具体实施方式
图1示出了示例头戴式显示系统60，其包括透视显示器70以及支持该显示器70的运行的各种机械和电子模块和系统。显示器70被安置在框架80中，框架80可由显示系统用户90可穿戴并且被配置为将显示器70定位在用户90的眼睛前方。在一些实施例中，显示器70可以被认为是眼镜。在一些实施例中，扬声器100被耦接到框架80并且邻近用户90的耳道定位。显示系统还可包括一个或多个检测声音的麦克风110。麦克风110可以允许用户向系统60提供输入或者命令(例如，语音菜单命令、自然语言问题等的选择)，和/或可以允许与其他人(例如，与类似显示系统的其他用户)的音频通信。麦克风110还可收集来自用户的周围环境的音频数据(例如，来自用户和/或环境的声音)。在一些实施例中，显示系统还可以包括外围传感器120a，该外围传感器120a可以与框架80分离并被被附接到用户90的身体(例如，在头部、躯干、肢体等上)。在一些实施例中，外围传感器120a可以获取表征用户90的生理状态的数据。
在一些实施例中，显示系统还可包括眼睛跟踪模块125a。在一些实施例中，眼睛跟踪模块125a可以包括获取用户90的生物特征数据的生物特征识别模块。在一些实施例中，生物特征识别模块可以是虹膜识别模块。
在一些实施例中，眼睛跟踪模块120a可以获取注视深度数据。眼睛跟踪模块120a可以由通信链路125b(例如，有线引线或无线连接)操作性地耦接到本地处理器和数据模块140。眼睛跟踪模块120a可以将生物特征数据和注视深度数据传递到本地处理器和数据模块140。
显示器70通过通信链路130，诸如通过有线引线或无线连接，操作性地耦接到本地数据处理模块140，其可以以各种配置进行安装，诸如固定地附接到框架80、固定地附接到由用户90穿戴的头盔或帽子、被嵌入在耳机中、或者可移除地附接到用户90(例如，采用背包型配置、或采用腰带耦合型配置)。类似地，传感器120a可以由通信链路120b(例如，有线引线或无线连接)操作性地耦接到本地处理器和数据模块140。本地处理和数据模块140可包括硬件处理器，以及数字存储器，诸如非易失性存储器(例如，闪存或硬盘驱动器)，其二者可以用于辅助数据的处理、高速缓存和存储。数据可以包括以下数据：1)从自传感器(其可以例如操作性地耦接到框架80或以其他方式附接到用户90)捕获的数据，诸如图像捕获设备(例如，相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备、陀螺仪和/或本文所公开的其他传感器；和/或2)使用远程处理模块150和/或远程数据存储库160获取和/或处理的数据(包括与虚拟内容有关的数据)，可能地用于在这样的处理或者检索之后传送到显示器70。本地处理和数据模块140可以通过通信链路170、180(诸如经由有线或无线通信链路)操作性地耦接到远程处理模块150和远程数据存储库160，使得这些远程模块150、160操纵性地耦接到彼此并且可用作本地处理和数据模块140的资源。在一些实施例中，本地处理和数据模块140可以包括以下各项中的一项或多项：图像捕获设备、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备和/或陀螺仪。在一些其他实施例中，这些传感器中的一个或多个可以被附接到框架80，或者可以是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块140通信的独立设备。
远程处理模块150可包括一个或多个处理器来分析和处理数据，诸如图像和音频信息。在一些实施例中，远程数据存储库160可以是数字数据存储设施，该数字数据存储设施可以是通过因特网或“云”资源配置中的其他网络配置可用的。在一些实施例中，远程数据存储库160可以包括一个或多个远程服务器，该一个或多个远程服务器向本地处理和数据模块140和/或远程处理模块150提供信息(例如，用于生成增强现实内容的信息)。在其他实施例中，在本地处理和数据模块中存储所有数据并且执行所有计算，这允许来自远程模块的完全自主使用。
与显示器的目镜一起包括的可变目镜部件调整目镜的屈光力，以便使针对用户的注视深度与用户的视觉相匹配。可变部件的屈光力可以跨一系列可能值设置在不同值处，从而执行具有可控校正的附加灵活性的固定透镜的功能。用于校正折射误差的用户的光学处方(Rx)可以被加载到头戴装置控制器中，并且可变分量被修改以校正其中的唯一参数集。头戴装置可以为每个新用户执行该修改，依次对每个唯一Rx进行校正。
参考图2，头戴式显示系统的目镜200将来自投影仪220的光引导到用户的眼睛210。投影仪220和目镜200通过框架或壳体(未示出)相对于彼此以及相对于用户的眼睛210定位。在该示例中，投影仪220位于用户的太阳穴旁边，并将光引导到目镜200的延伸经过用户的太阳穴的末端。如图所示，目镜200包括平面波导240、耦入光栅(ICG)230和耦出元件(OCE)250，然而，更复杂的布置(例如，包括多个堆叠波导)是可能的。第一可变焦点组件270a位于波导240的世界侧，并且第二可变焦点组件270位于用户侧。共同地，可变焦点组件270a和270b的屈光力被调整以同时校正目镜的光学特性，以考虑虚拟图像深度平面和用户的Rx。
ICG 230是被定位为接收来自投影仪220的光的表面光栅，并且促进将来自投影仪220中的光耦入到目镜200中。ICG 230位于目镜200的最靠近投影仪220的边缘处或其附近。ICG 230将来自投影仪220的光引导到目镜200的平面波导衬底240中的引导模式中。
平面波导衬底240沿着目镜200通过其表面处的全内反射将耦入光引导到耦出元件(OCE)250。OCE 250是第二表面光栅，其被配置为从平面波导衬底240提取光并将其重引导到用户的眼睛210。OCE 250可以包括出射光瞳扩展器(EPE)或正交光瞳扩展器(OPE)或两者。OCE 250位于用户的眼睛210的前方，将来自投影仪的光递送到用户的瞳孔212可以被定位到其中以接收从OCE 150输出的光的区域。该区域被称为眼动范围(eyebox)。OCE 250还可以具有容纳眼动范围的一系列横向位置的横向尺寸。例如，OCE 250的横向尺寸251的非限制性范围可以是30mm或更小(例如，25mm或更小、20mm或更小、15mm或更小)。
布置在目镜200的面向用户的表面上的可变焦点组件270b校正用户的非正视视觉，包括散光。可变焦点组件270b附加地将目镜200的焦点放置在正确的深度平面处以显示虚拟图像。焦点的该放置还影响通过显示器传递到用户的真实图像的焦点。布置在目镜200的面向世界的表面上的可变焦点组件270a校正由可变焦点组件270b的校正产生的真实图像焦点位置。可变焦点组件270a包括两个光学元件271a和271b，并且可变焦点组件270b包括三个光学元件271c、271d和271e。
在一些实施例中，每个光学元件271a-e包括被配置为几何相位柱面透镜的IPS模式LC元件。几何相位(GP)透镜通常是由光学各向异性材料，例如液晶，形成的透镜，其通过跨孔向波前引入变化的相移来聚焦偏振(例如，圆偏振)波前。这样的透镜可以由各向异性材料薄膜形成，例如，具有基本上恒定的厚度，而不是像传统透镜那样具有弯曲的折射表面。IPS模式LC元件被耦接到驱动器272a-e，驱动器272a-e操作以激励LC设备内的像素，改变设备的不同区域中的平面内电场强度，从而局部改变设备中的液晶分子的取向。下面更详细地描述了该效果。例如，驱动器272可以改变每个GP透镜的屈光力，从而使得光学元件271的折射元件执行可变柱面透镜的功能。
驱动器272a-e响应于来自控制器274的控制信号来驱动像素电极。在某些实施方式中，头戴装置控制器274执行计算以确定用于每个光学元件271a-e的屈光力。组合每个光学元件271a-e的透镜轮廓以形成可变焦点组件270a或270b的屈光力。针对可变焦点组件的屈光力可以基于各种考虑而变化，包括用户Rx、用户环境、投影影像和/或这些参数的组合。
在一些实施例中，控制器274可以从眼睛跟踪模块接收生物特征数据，并且基于他们的生物特征识别来调整可变焦点组件270b的屈光力以校正用户的Rx。在一些实施例中，控制器274可以从眼睛跟踪模块接收用户注视深度数据，并且调整可变焦点组件270b的屈光力以校正用户的近距离视觉或远距离视觉Rx。类似地，控制器274可以从眼睛跟踪模块接收用户注视深度数据，并且调整可变光学元件270a的透镜轮廓以调整虚拟图像的光学深度以匹配用户的注视深度。
通常，人眼可能具有导致诸如近视、远视、散光或其组合的状况的折射误差。使用校正透镜来修改入射光线校正这些折射误差。当眼睛的投射图像与眼睛的后平面失焦时，出现近视或远视折射误差，并且通常通过放置在眼睛与入射光之间的“球形”轮廓的透镜进行校正。广泛地，平球面透镜轮廓可以被认为是球体表面的平面部分，从而导致具有两个相对表面,弯曲表面和平面表面,的透镜轮廓。球面透镜的弯曲表面围绕正交于平面表面取向的中心轴径向对称。具有沿着用户眼睛的光轴布置的球面轮廓的透镜校正这些折射误差。
散光折射误差是由于眼睛晶状体沿着不同方向具有不同的曲率。具有“柱面”轮廓的透镜可以校正这种类型的误差。平柱面透镜轮廓可以被认为是平行于柱面的纵轴截取的柱面的平面部分。这导致具有相对的弯曲表面和平面表面(例如，凸面)的透镜。沿着平面表面的中心的纵向轴被称为柱面轴。弯曲表面的曲率半径沿着柱面轮廓的长度相等。柱面透镜通常将光聚焦到一条线，而不是一个点。
通常，具有球面分量和柱面分量的透镜用于校正散光非正视眼睛的折射误差。眼科处方(Rx)组合了球面分量(SPH)、柱面分量(CYL)和柱面轴分量(Axis)，它们分别是球面和柱面透镜的屈光力以及柱面轴的取向。正交于光轴取向且0°水平定向的笛卡尔坐标系可用于定义柱面轴的径向方向。
球面或柱面透镜具有相应的强度或屈光力，通常以屈光度(D)测量。透镜的屈光力可以是零、负数(例如，发散)或正数(例如，会聚)。在不希望受理论限制的情况下，屈光力可以等于焦距(f)的倒数，D＝1/f。例如，具有+3D的屈光力的透镜使来自光学无限远的平行光线聚焦在1/3米处。对于另一个示例，平坦或平面透镜具有0D的屈光力，并且不使得光会聚或发散。
Rx可以由球面透镜和柱面透镜的组合来表示，如图3A所示。所描绘的是屈光力S的球面透镜310和屈光力C的柱面透镜312的示例性组件。柱面透镜312的柱面轴313被示出为相对于水平面以角度A取向。在不希望受理论限制的情况下，任何Rx的表面上的点(x,y)处的相位轮廓与Rx(x，y)∝S(x2+y2)+C(cos Ax+sin Ay)2成比例，其中，S是球面透镜的屈光力，C是柱面透镜的屈光力，以及A是柱面透镜的角取向。
球面透镜310的校正屈光力可替代地由柱面透镜312对来实现，该柱面透镜对的柱面轴彼此成90°取向。因此，图3A所示的球面310和柱面透镜312的组合类似地可通过三个柱面透镜的组合来实现。图3B描绘了三个柱面透镜312a、312b和312c的布置，其中它们的柱面轴布置在距眼睛的水平面30°、90°和150°的径向方向上，具有相应的屈光力C30、C90、和C150。在不希望受理论限制的情况下，针对每个相应透镜，校正具有球面和柱面分量的Rx所需的屈光力C30、C90和C150可以使用以下公式确定。
基于上文，图2所描绘的光学元件271a-e可以执行柱面透镜的功能，并且它们可以在光学元件中取向和组合以实现期望的Rx。
虽然已经描述了在径向方向30°、90°和150°上布置的柱面轴，并且该布置将作用于任何三个元件Rx(例如，SPH、CYL、Axis)，但是这些取向并不是能够为散光非正视视觉提供校正的仅有的解决方案。通常，存在许多角度集合，这些角度集合将给出用于匹配Rx的三个参数的足够的自由度。例如，以0°、60°和120°(例如，从眼睛的水平面)取向的三个柱面轴也可以校正这样的Rx。该布置保持了图3B所描述的柱面轴之间的60°间距。尽管作为进一步的示例，具有分开45°(例如，0°、45°、90°)的柱面轴的三个柱面透镜也可以提供三个元件Rx所需的校正。
通常，一组柱面透镜的三个柱面轴之间的总角间距可以足以排除两个或两个以上柱面透镜之间的冗余。例如，三个柱面轴之间的总角间距可以在从45°到180°的范围内。三个柱面轴的中间轴的角位移可以与其他两个柱面轴近似相等(例如，对于总角间隔90°，中间轴可以与其他两个柱面轴成45°)，或者柱面轴可以以不相等的角度间隔开。
通常，除了折射柱面透镜，能够提供可变柱面透镜的IPS模式LC GP透镜用于图2所描绘的可变焦点组件。对于两个复合透镜，可以集成两个和三个这样的GP透镜，以提供紧凑的平面光学部件，它们分别用作具有可变SPH屈光力的透镜和具有可变的SPH、CYL和AXIS的透镜。
参考图4，示例IPS模式LC GP柱面透镜400包括夹在两个衬底层420和422之间的液晶材料层410。在图4和随后的附图中所示的笛卡尔坐标系被提供用于参考。如图4所描绘的，透镜400的顶部表面面向世界侧，，底部表面面向用户侧。底部衬底层422包括电极层430和用于与LC层410相邻的442的对准层。顶部衬底420在其底部表面上包括与LC层410的顶部表面相邻的对准层440。偏振器450(例如，宽带圆偏振器)被应用于顶部衬底420的顶部表面。
在操作期间，由光线401描绘的垂直入射在透镜400的顶部表面上的平面波由偏振器450偏振，并且然后由LC层410聚焦到在y方向上延伸(进入页面)的线405。因此，聚焦的光作为会聚光402从透镜400射出。如下文更详细地解释的，GP透镜400的屈光力可以通过重新取向层410中的LC材料来控制，从而提供适用于上文所描述的目镜200的可变柱面透镜。
通常，IPS模式LC GP柱面透镜400可以是相对薄的。例如，设备的厚度(即，z方向上的尺寸)可以是1mm或更小(例如，0.75mm或更小、0.5mm或更小、0.25mm或更小)。而且，在一些实施例中，两个复合透镜(例如，如图2所示)中的每个透镜不必具有偏振器层。例如，在一些情况下，在每个复合透镜中仅最靠近世界侧的透镜具有偏振器层。
在讨论用于IPS模式LC GP柱面透镜的LC对准之前，考虑IPS模式LC单元的操作是指导性的。图5A-5C示出了示例IPS LC单元中的液晶分子在三种不同对准状态下的对准。这些图中的每一个示出了IPS LC单元的一部分，该IPS LC单元具有在顶部衬底与底部衬底522之间的LC层(510、510′、510")。在底部衬底上设置一对线电极532和534。电极532和534两者沿着彼此平行的y方向延伸，并且在跨电极施加电势差时，电场线延伸到两个电极之间的LC层中，其中场线近似平行于LC层的平面(即，平行于x-y平面)。
通常，LC材料是向列型LC材料，其是指分子之间具有一个取向次序度但没有平移次序的LC模式。向列型LC通常包括细长分子，在没有外部对准力的情况下，这些分子沿着共同的方向对准。这经常由向列指向矢表示，向列指向矢是指分子的优选取向方向。跨LC单元，指向矢可以由场表示，例如，场可以取决于局部电场和对准层而局部变化。
在图5A-5C中，向列指向矢由雪茄形元件描绘，在电极之间的雪茄形元件全部沿着共同方向对准。在图5A中，其描绘了单元中的零电场强度，LC层510中的所有分子平行于y方向对准。通常，零场状态下LC分子的对准将由衬底表面上的对准层确定。如所描绘的，对准层(未示出)将LC分子沿着y方向对准，并且该对准遍及整个单元采用。
图5B示出了在中间场强中的对准。驱动器跨电极532和534施加电压，导致了由LC层内的场线535描绘的电场。此处，LC分子具有正介电各向异性，这意味着它们倾向于与平行于局部电场线的长轴对准(使用具有负介电各向异性的LC材料也是可能的，在这种情况下，分子将垂直于电场线对准)。然而，分子之间的粘弹性力平衡了来自电场的旋转力与由对准层施加的边界处的优选对准。结果是LC层510′中的分子重新对准，使得它们不平行于y轴对准，但也不平行于x方向对准，x方向是局部电场线的方向。例如，向列指向矢可以相对于y方向以15度或更大的角度(例如，30度或更大、45度或更大、60度或更大、75度或更大)对准。
参考图5C，在足够高的电场536处，LC层510"中的LC分子在x-y平面中充分旋转，使得向列指向矢平行于电场线(即，平行于x方向)。
虽然图5A-5C仅描绘了IPS单元的一部分，但是LC层的指向矢场可以通过例如局部地跨单元地改变电场强度和/或场线取向而跨单元变化。图6示出了适合于GP柱面透镜的指向矢场的示例。此处，向列指向矢沿着x轴变化，但沿着y方向恒定。这意味着通过LC层传播的偏振光将经历取决于x坐标但不取决于y坐标的相移。为了提供对穿过由LC单元限定的孔入射的光提供聚焦的GP，指向矢的角度变化率在单元的中心(在x方向上)最小，并且光入射到单元的边缘更近而增加。这通过看指向矢场在x方向上跨单元的五个2π旋转的相对距离而是明显的。透镜的(有效)柱面轴平行于y轴。
通常，GP柱面透镜的屈光力(或等效地，焦距)取决于LC材料的光学各向异性、LC层的厚度和透镜的指向矢场。因此，改变指向矢场(例如，在x方向上改变指向矢场的每个2π旋转的空间波长)可以改变GP透镜的焦距。例如，对于固定大小的透镜，增加跨透镜的宽度的2π旋转的数量可以增加透镜的柱面屈光力。在一些实施例中，LC指向矢场可以被驱动为具有在x方向上跨透镜的宽度的三个或更多个(例如，五个或更多个、七个或更多个、九个或更多个、11个或更多个)2π旋转。向列型LC材料的双折射率通常在从0.05到0.25(例如，0.1或更大，0.15或更大)范围内。LC层的厚度可以在从5μm到100μm(例如，10μm或更大、20μm或更大、30μm或更大、40μm或更大、50μm或更大，诸如90μm或更小、80μm或更小、70μm或更小、60μm或更小)的范围内。
如先前关于图5A-5C所讨论的，可以通过改变场线的方向和电场的强度来改变IPS模式单元中的局部指向矢场。电场强度通常取决于跨相邻电极施加的电压差。电场线方向取决于相邻电极的形状和相对位置。因此，可以提供IPS模式LC GP透镜，其允许控制这些参数中的一个或多个以改变LC指向矢场，并且因此，改变每个柱面透镜的焦距。
电极通常由透明导电材料形成，诸如氧化铟锡(ITO)。
通常，各种电极阵列几何形状和驱动方案可用于生成向柱面透镜提供期望屈光力所必需的LC指向矢场。在一些实施例中，二维电极阵列可用于提供电场，该电场可提供图6所描绘的指向矢场。例如，图7A-7E示出了用于二维电极阵列的驱动方案，该驱动方案将具有正介电各向异性的LC材料沿着在x-y平面中从0到π/2的五个不同旋转对准。在每种情况下，方形电极像素的线被激活到两个不同电压V1和V2中的一个，从而在交替的线之间生成电场线。通常，选择相邻电极之间的电压差以提供将电极之间的LC材料取向到期望的平面内取向的足够的电场强度。
如图7A所示，在y方向上运行的像素电极线将生成在x方向上的电场线。交替的像素电极线被激活为V1和V2，其中每个激活的线与相邻的线间隔未被激活的三个像素线。对于具有正介电各向异性的LC材料，产生的电场将LC指向矢平行于x轴对准，其中θ＝0，如图7A所示。
图7E示出了在x方向上运行的激活像素电极的线在y方向上生成电场线。交替的线也间隔未激活的像素的三个线。对于具有正介电各向异性的LC材料，产生的电场将LC指向矢平行于y轴对准，其中θ＝π/2。图7B-7D分别示出了将LC材料以角度θ＝π/6、π/4、和π/3对准的激活像素电极的对角线。
在一些实施例中，可以使用时变驱动方案。在比LC材料的弛豫时间短的时间段上驱动电极像素可以允许像素电极的重叠区域用于在不同方向上生成电场线。人们相信，通过在不同场之间快速切换，生成诸如图6所示的指向矢场是可能的，同时减少与靠近激活电极的边缘场相关联的LC分子的平面外取向。
图8示出了示例时变驱动方案。在两个不同的时间t＝1和t＝2示出了正方形像素电极的像素电极阵列的区域。在第一时间t＝1，激活四个不同的区域810、830、850、和870以生成四个分别不同的电场取向。每个区域间隔此时未激活的电极元件的区域。稍后，t＝2，激活三个区域820、840、和860。区域820与区域810和830重叠。类似地，区域840与区域830和850重叠，并且区域860与区域850和870重叠。在区域810、830、850、和870中激活的像素电极的线分别在相对于x轴0°、-45°、90°、和+45°处。区域820、840、和860中的线分别在大约-22.5°、-67.5°、和+67.5°处。换句话说，从区域到区域生成的电场线导致LC指向矢跨总像素区域的连续旋转。
如前所述，从t＝1到t＝2的交替周期小于(例如，基本上小于)LC材料的弛豫时间。例如，切换周期可以是LC层的弛豫时间的20％或更少(例如，10％或更少、5％或更少、2％或更少、1％或更少、0.5％或更少、0.1％或更少)。在一些实施例中，切换周期可以是20ms或更小(例如，10ms或更小、5ms或更小、2ms或更小、1ms或更小)。此处，切换周期是指从t＝1到t＝2并且回到t＝1的周期时间(即，整个周期的时间)。在操作期间，像素电极阵列可以在这两种状态之间连续地来回切换，从而提供期望的恒定指向矢场，该恒定指向矢场提供期望的柱面透镜效应。
虽然关于图8所描述的示例的特征在于两个不同的电极激活状态，但更一般地，电极可以在操作期间在两个以上状态之间切换(例如，三个或更多个、四个或更多个)。
参考图9A-9D，多层电极结构可用于促进驱动像素阵列。此处，示例多层电极结构930包括具有正方形像素电极9320的阵列的顶层932、包括透明矩形过孔9340的过孔层934、以及包括垂直(即，对准y方向的)导线9360的底部电极层936。像素电极、过孔和导线之间的区域由电绝缘材料(例如，电介质)形成。过孔9340将像素电极9320与导线9360中的一个电连接。对于所示的几何形状，将每个导线9340连接到每第四个覆盖的像素电极(everyfourth overlying pixel electrode)9320。因此，将电压驱动到任何一条导线9360将驱动单个像素列中的每第四个像素电极。通过说明，图9A-9D所示的布置可用于驱动水平线、垂直线和沿着特定对角线中的像素电极阵列，这取决于激活了哪些导线9360。
当彼此重叠时，中间电极层和底部电极层中的电极行彼此配准，并且中间电极层934的矩形电极间隔开，使得每个电极与底部电极层936中的对应方形电极相邻。例如，驱动每第四条线将激活一行像素电极。激活四条连续线将激活垂直列的像素电极。激活每第五条线将激活对角线的像素电极。通常，该概念可以扩展到具有更高分辨率的几何形状。例如，能够寻址每8个、12个、16个、24个或更高数量像素的布置是可能的。
虽然提供了上述电极几何形状作为示例，但是通常，可以使用能够提供用于生成GP柱面透镜的平面内指向矢场的期望平面内电场的任何电极几何形状。通常，选择阵列中的像素电极的大小和数量以提供适合于应用的分辨率。上文出于呈现电极几何形状和切换方案的目的呈现示例，并且通常阵列中的像素电极的数量将显著高于所描绘的数量。例如，在一些实施例中，透镜将具有1cm2或更大(例如，5cm2或更大、10cm2或更大、16cm2或更大)的有源孔，并且像素电极可以具有大约100μm或更小(例如，50μm或更小、25μm或更小、10μm或更小、5μm或更小)的尺寸。换句话说，电极阵列可以包括数百、数千或数万个像素电极。
如上所述，通常，每个透镜的柱面屈光力取决于指向矢场、LC层的厚度和LC材料的双折射率。柱面屈光力可以在从-5D到+5D的范围内可变(例如，-4D、-3D、-2D、-1D、0D、1D、2D、3D或4D)。例如，柱面屈光力可以从-5D到+5D以0.1D或更大(例如，0.2D或更大，诸如0.25D或0.5D)的增量步长变化。

Claims (27)

1.一种光学系统，包括：
第一平面内切换IPS模式液晶LC元件，其沿着光轴布置；
第二IPS模式LC元件，其沿着所述光轴布置；
第三IPS模式LC元件，其沿着所述光轴布置；以及
电子控制器，其与所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件通信，所述电子控制器被配置为在操作期间向所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件分别提供驱动信号，以使得所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件根据处方(Rx)共同形成具有总体非零球面屈光力(SPH)、非零柱面屈光力(CYL)、和柱面轴(Axis)的光学元件。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述系统的操作期间，所述IPS模式LC元件中的每一者是相应的几何相位GP柱面透镜。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，每个相应的GP柱面透镜的柱面轴对准不同方向。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其中，所述IPS模式LC元件中的每一者包括在两个衬底之间的LC材料层。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述LC材料是向列相LC材料。
6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述IPS模式LC元件中的每一者包括由所述两个衬底中的一个衬底支撑的电极层。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，每个电极层包括二维像素电极阵列。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述电子控制器被编程为驱动每个像素电极阵列沿着在相应的IPS模式LC元件的平面内的第一方向均匀地对准所述LC材料，并且沿着在所述平面内的与所述第一方向正交的第二方向改变所述LC材料的对准。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，沿着所述第二方向的所述LC材料的所述对准包括所述LC材料的向列相指向矢的多个2π旋转。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述2π旋转的空间波长跨所述第二方向上的所述IPS模式LC元件变化。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，在所述第二方向上的所述2π旋转的所述空间波长从所述IPS模式LC元件的中心朝向所述IPS模式LC元件的边缘增加。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电子控制器被编程为在不同的时间驱动所述像素电极的不同子集，并且以比所述LC材料的弛豫时间更短的周期在所述不同子集之间来回切换。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述第一IPS模式LC元件被配置有在第一径向方向上布置的第一柱面轴，所述第二IPS模式LC元件被配置有在第二径向方向上布置的第二柱面轴，并且所述第三IPS模式LC元件被配置有在第三径向方向上布置的第三柱面轴，其中，所述第一径向方向与所述第二径向方向之间的角间距等于所述第二径向方向与所述第三径向方向之间的角间距。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，对于与所述光轴正交的笛卡尔坐标系，所述第一径向方向在30°处，所述第二径向方向在90°处，并且所述第三径向方向在150°处。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一IPS模式LC元件的第一柱面屈光力C30、所述第二IPS模式LC元件的第二柱面屈光力C90、和所述第三IPS模式LC元件的第三柱面屈光力C150、以及用于S、C和A的值根据以下公式相关：
16.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件中的每一者的柱面屈光力在从-5D到+5D的范围内可变。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述光学元件具有面积至少是1cm2、5cm2、10cm2、或16cm2的孔。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述第一IPS模式LC元件、所述第二IPS模式LC元件、和所述第三IPS模式LC元件中的每一者沿着所述光轴的厚度至多是10mm、6mm、4mm、3mm、2mm、或1mm。
19.一种头戴式显示器，包括：
第一光学元件，其具有可变球面屈光力SPH；
第二光学元件，其具有可变SPH、可变柱面屈光力CYL、以及可变柱面轴Axis，所述第二光学元件包括至少一个平面内切换IPS模式液晶LC元件；
透视显示器，其被布置在所述第一光学元件与所述第二光学元件之间；以及
电子控制器，其与所述第一光学元件、所述第二光学元件、以及所述透视显示器通信，所述电子控制器被编程为根据所述头戴式显示器的单独用户的处方(Rx)，调整所述第一光学元件的SPH和所述第二光学元件的SPH、CYL、和Axis。
20.根据权利要求19所述的头戴式显示器，进一步包括：框架，所述第一光学元件、所述第二光学元件、以及所述透视显示器被安装到所述框架。
21.根据权利要求20所述的头戴式显示器，其中，在所述头戴式显示器的使用期间，所述第二光学元件被布置在所述透视显示器与所述用户之间。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第一光学元件包括两个可变柱面透镜，它们的相应柱面轴彼此正交。
23.根据权利要求19至22中的任一项所述的头戴式显示器，其中，所述第二光学元件包括：三个IPS模式LC元件，被布置为使得它们相应的柱面轴在不同的径向方向上。
24.根据权利要求19至23中的任一项所述的头戴式显示器，进一步包括眼睛跟踪模块，所述电子控制器被编程为基于从所述眼睛跟踪模块接收到的描述所述头戴式显示器的所述用户正在看的位置的信息，改变所述第二光学元件的处方。
25.根据权利要求24所述的头戴式显示器，其中，所述电子控制器被编程为取决于所述用户正在看的位置，将所述第二光学元件的SPH、CYL和Axis从近视处方改变为远视处方。
26.根据权利要求19至25中的任一项所述的头戴式显示器，进一步包括生物特征识别模块，所述电子控制器被编程为基于来自所述生物特征识别模块的信息，识别所述用户，并且至少部分地基于所述用户的身份，调整所述第二光学元件的处方。
27.根据权利要求26所述的头戴式显示器，其中，所述生物特征识别模块是虹膜识别模块。
CN202280021538.3A 2021-03-15 2022-03-14 采用可调谐柱面透镜的光学器件和头戴式显示器 Pending CN117043660A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163161298P 2021-03-15 2021-03-15
US63/161,298 2021-03-15
PCT/US2022/020181 WO2022197603A1 (en) 2021-03-15 2022-03-14 Optical devices and head-mounted displays employing tunable cylindrical lenses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117043660A true CN117043660A (zh) 2023-11-10

Family

ID=83320893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202280021538.3A Pending CN117043660A (zh) 2021-03-15 2022-03-14 采用可调谐柱面透镜的光学器件和头戴式显示器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240168342A1 (zh)
EP (1) EP4308996A1 (zh)
JP (1) JP2024514416A (zh)
CN (1) CN117043660A (zh)
WO (1) WO2022197603A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022032198A1 (en) 2020-08-07 2022-02-10 Magic Leap, Inc. Tunable cylindrical lenses and head-mounted display including the same
US11815746B1 (en) * 2021-09-30 2023-11-14 Amazon Technologies, Inc. Method and apparatus for astigmatic correction in electronically tunable prescription glasses

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2354018A1 (en) * 1998-12-14 2000-06-22 Alan Richard Portable microdisplay system
EP2477063A4 (en) * 2009-09-08 2014-04-02 Sharp Kk LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE
US9696583B2 (en) * 2013-12-27 2017-07-04 Lg Display Co., Ltd. Switchable type display device and method of driving the same
WO2016111019A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Essilor International (Compagnie Generale D'optique) Liquid-crystal achromatic phase modulator
US10007115B2 (en) * 2015-08-12 2018-06-26 Daqri, Llc Placement of a computer generated display with focal plane at finite distance using optical devices and a see-through head-mounted display incorporating the same
KR102669685B1 (ko) * 2016-07-25 2024-05-29 매직 립, 인코포레이티드 광 필드 프로세서 시스템
JP7050460B2 (ja) * 2016-11-22 2022-04-08 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置
US10466496B2 (en) * 2017-12-06 2019-11-05 Facebook Technologies, Llc Compact multi-color beam combiner using a geometric phase lens
US10877277B1 (en) * 2018-04-16 2020-12-29 Facebook Technologies, Llc Liquid crystal Alvarez lens
CN115968452A (zh) * 2020-08-27 2023-04-14 E-视觉智能光学公司 具有圆柱体旋转控制的电活性透镜

Also Published As

Publication number Publication date
EP4308996A1 (en) 2024-01-24
JP2024514416A (ja) 2024-04-02
WO2022197603A1 (en) 2022-09-22
US20240168342A1 (en) 2024-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240168342A1 (en) Optical devices and head-mounted displays employing tunable cylindrical lenses
EP3602171A1 (en) Head-mounted display device with vision correction
US11221479B2 (en) Varifocal optical assembly providing astigmatism compensation
US11221488B1 (en) Tunable and foveated lens systems
JP2017523445A (ja) 動的レンズの制御
US20220026742A1 (en) Tunable and Foveated Lens Systems
US11977236B2 (en) Adaptive lens assemblies including polarization-selective lens stacks for augmented reality display
WO2008078320A2 (en) Electronic transparency regulation element to enhance viewing through lens system
US11243448B2 (en) Varifocal optical assembly providing astigmatism compensation
US10495921B2 (en) Flexible liquid crystal lens
US20220214566A1 (en) Electrically-tunable vision aid for treatment of myopia
US11531244B2 (en) Wide field-of-view polarization switches with liquid crystal optical elements with pretilt
US20230204964A1 (en) Freeform varifocal optical assembly
US11567326B1 (en) Accommodation bifocal optical assembly and optical system including same
US20240094544A1 (en) Tunable cylindrical lenses and head-mounted display including the same
KR20220022838A (ko) 가변 광학 렌즈 및 이를 채용한 전자 장치
CN112596269A (zh) 一种可调控液体透镜镜片、光学视力矫正眼镜及其控制方法
US20240085756A1 (en) Gradient-index liquid crystal lens having lens segments with optical power gradient
US20240231162A1 (en) Gradient-index liquid crystal lens system including guest-host liquid crystal layer for reducing light leakage

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination