CN117518311A - 低双折射流体透镜 - Google Patents

Abstract

所公开的装置可以包括：第一刚性透镜；第二刚性透镜；密封件，该密封件将该第一刚性透镜和该第二刚性透镜耦接在一起，其中，该第一刚性透镜、该第二刚性透镜和该密封件限定腔体；以及该腔体内的流体，其中，该密封件适于允许该腔体内的流体膨胀。还公开了各种其它装置和方法。

Description

低双折射流体透镜

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年8月4日提交的第63/395,228号美国临时专利申请、以及于2023年5月4日提交的第18/312,204号美国非临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请和该美国非临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种低双折射流体透镜。

背景技术

薄饼透镜组件可以用于引导和/或增强来自显示器(例如，人工现实系统(例如，虚拟现实系统、增强现实系统等)用的显示器)的图像。

发明内容

在一实施例中，提供了一种装置，该装置包括：第一刚性透镜；第二刚性透镜；密封件，该密封件将该第一刚性透镜和该第二刚性透镜耦接在一起，其中，该第一刚性透镜、该第二刚性透镜和该密封件限定腔体；以及该腔体内的流体，其中，该密封件适于允许该腔体内的流体膨胀。

在另一实施例中，提供了一种装置，该装置包括具有折叠光路的薄饼透镜，其中，该薄饼透镜当在约5分钟内经历约70摄氏度的温度变化时，保持至少200:1的对比度。

在又一实施例中，提供了一种制造方法，该制造方法包括：将多层反射偏振器结合到第一透镜的表面；利用密封部件将第二透镜耦接到该第一透镜，以利用该第一透镜、该第二透镜和该密封部件形成腔体；以及利用流体填充该腔体。

附图说明

附图示出了多个示例性实施例，并且是说明书的一部分。这些附图与以下描述一起展示和解释了本公开的各种原理。

图1是示例液体透镜的图示。

图2是具有液体透镜的示例显示系统的图示。

图3是适应流体膨胀和/或收缩的液体透镜的图示。

图4是具有向外弯曲的双层密封件的液体透镜的图示。

图5是具有向内弯曲的双层密封件的液体透镜的图示。

图6是制造液体透镜的示例方法的流程图。

图7是可以结合本公开的实施例使用的示例增强现实眼镜的图示。

图8是可以结合本公开的实施例使用的示例虚拟现实头戴式设备(headset)的图示。

在所有附图中，相同的附图标记和描述表示类似但不一定相同的元件。虽然本文描述的示例性实施例容易受到各种修改和替换形式的影响，但是已经在附图中以示例的方式示出了具体实施例，并且将在本文详细描述这些具体实施例。然而，本文描述的示例性实施例并不旨在限于所公开的特定形式。而是，本公开涵盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等同物和替换。

具体实施方式

薄饼透镜组件可以用于引导和/或增强来自显示器(例如，人工现实系统(例如，虚拟现实系统、增强现实系统等)用的显示器)的图像。薄饼透镜组件可以通过一系列部分反射层和反射偏振器来控制由显示器发射的光的偏振态。诸如透镜等光学元件可以位于部分反射层与反射偏振器之间。然而，透镜中的双折射可能会导致显示系统的对比度降低。例如，温度变化可能会在薄饼透镜组件的某些部件中引起应变，从而潜在地导致薄饼透镜的光学特性发生改变和/或劣化。例如，应变可能会导致应变引起的双折射，这进而降低薄饼透镜的对比度(和/或导致图像重影)。

本文所描述的装置可以提供一种轻质、紧凑的薄饼透镜组件，该薄饼透镜组件具有极小的双折射，即使在温度变化的情况下也是如此。例如，这些装置可以包括一个或多个储器，以适应流体透镜内的膨胀流体，避免可能由膨胀流体引起的薄饼透镜组件的部件上的应力。

用户可能对高达500:1的对比度、高达1000:1的对比度、高达2000:1的对比度、或更高的对比度敏感。相应地，在一些示例中，本文所描述的这些液体透镜中的一个或多个液体透镜可以具有至少500:1的对比度、至少1000:1的对比度、或至少2000:1的对比度。此外，在一些示例中，本文所描述的这些液体透镜中的一个或多个液体透镜可以保持高对比度，即使在条件发生变化的情况下也是如此。例如，本文所描述的这些液体透镜中的一个或多个液体透镜可以在以下情况保持至少200:1的对比度、至少500:1的对比度、至少1000:1的对比度、或至少2000:1的对比度：在温度(例如，用户正在其中操作包括透镜的显示系统的环境的温度、显示系统的温度、透镜的温度、和/或透镜中的流体的温度)变化期间和/或紧接着该温度变化之后。这种温度变化的示例包括但不限于：温度变化至少30摄氏度、至少40摄氏度、至少50摄氏度、至少60摄氏度、至少70摄氏度、至少80摄氏度和至少90摄氏度。在一些示例中，本文所描述的液体透镜可以在上文列出的这些温度变化中的一种或多种温度变化(其中温度变化在相对短的时间段内发生)的条件下，保持上文列出的这些对比度中的一个或多个对比度。可能发生上文列出的这些温度变化中的一种或多种温度变化的时间窗的示例包括但不限于：1小时或更短、40分钟或更短、30分钟或更短、20分钟或更短、10分钟或更短、5分钟或更短、或者3分钟或更短。

图1是示例液体透镜100的图示。如图1所示，液体透镜100可以包括利用密封件130结合到透镜120的透镜110。流体140可以填充透镜110与透镜120之间的空间。透镜110和透镜120可以由任何合适的材料制成。例如，透镜110和/或透镜120可以由玻璃(例如，光学硼硅酸盐冠玻璃，比如肖特N-BK7(SCHOTT N-BK7))、塑料(例如，聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃共聚物等)制成。在一些示例中，透镜110和/或透镜120可以具有低双折射。

流体140可以填充透镜110与透镜120之间的空间。在一些示例中，流体140可以通过密封件130被部分地或完全地容纳在透镜110与透镜120之间。在一些示例中，流体140可以包括液体。这种液体的示例可以包括但不限于：硅酮(例如，低分子量聚二甲基硅氧烷)、甘油、水和/或低聚物(例如，苯基硫醚的二聚体、三聚体等)。在一些示例中，该液体也可以包括一种或多种溶剂以及一种或多种溶质(例如，该液体可以包括降低该液体的冰点的溶剂混合物)。包含在该液体中的溶质的示例包括但不限于：有机溶质、无机溶质、有机金属溶质和/或它们的任何混合物。在一些示例中，该液体可以包括作为溶质的一种或多种盐，例如，基于钛、钡、镧等的盐。在一些示例中，这种溶剂的示例包括但不限于：水、乙二醇、低分子量聚二甲基硅氧烷和低聚聚苯硫醚。在一些示例中，流体140可以被交联以形成凝胶和/或可以包含诸如交联聚合物等溶质。交联可以是例如共价的、离子的、氢键的或微晶的。合适材料的示例可以包括但不限于：甘油、水、淀粉、二甲亚砜等、以及它们的组合。

密封件130可以适于执行多种功能中的任何一种功能。例如，密封件130可以适于容纳流体140。作为另一示例，密封件130可以适于限定透镜110与透镜120之间的间距的几何形状。此外，在一些示例中，如下文将更详细地讨论的，密封件130可以适于适应流体140的热膨胀系数(例如，该流体的热膨胀系数可以大于透镜110的热膨胀系数和/或透镜120的热膨胀系数)。密封件130可以以各种方式中的任何一种方式来适应流体140的膨胀。在一些示例中，密封件130可以包括储器，邻近储器和/或连接到储器，该储器在流体140膨胀时容纳一部分流体140。附加地或替代地，密封件130可以具有高的热膨胀系数(例如，该热膨胀系数在流体140膨胀时足以适应一部分流体140，使得流体140的压力随密封件130的温度和流体140的温度的升高或降低而保持大致恒定(例如，在1％以内、在2％以内、在5％以内、在10％以内、在20％以内))。可以构成密封件130的材料的示例包括但不限于：氯丁橡胶、一种或多种硅树脂、和/或一种或多种其它弹性体或具有预定热膨胀系数的其它材料。

图2是具有液体透镜205和显示器235的示例显示系统200的图示。在一些示例中，液体透镜205可以是图1的液体透镜100。如图2所示，液体透镜205可以包括透镜210和透镜220。透镜210和透镜220可以(例如，与连接密封件(未示出)一起)围住流体215。在一个示例中，反射偏振器225可以与透镜210的一表面相邻(例如，可以结合到透镜210的一表面)。此外，部分反射器230可以与透镜220的一表面相邻(例如，可以结合到透镜220的一表面)。虽然反射偏振器225在图2中被描绘为与透镜210的面向空气的一侧相邻，但是在一些示例中，反射偏振器225可以与透镜210的面向流体的一侧相邻(例如，结合到透镜210的面向流体的一侧)。类似地，虽然部分反射器230在图2中被描绘为与透镜220的面向空气的一侧相邻，但是在一些示例中，部分反射器230可以与透镜220的面向流体的一侧相邻(例如，结合到透镜220的面向流体的一侧)。

举例来说，显示器235可以发射空间调制光的光束240。例如，光束240可以是圆偏振的。光束240的一部分(例如，约一半)可以被部分反射器230透射。光束240的被透射的部分可以被反射偏振器225反射，然后部分地被部分反射器230反射。然后，光束240的被部分反射器230反射的部分可以被反射偏振器225透射，从而形成可以照亮适眼区(eye box)250的光束245。

从本文所提供的描述可以理解的是，液体透镜205可以使来自显示器235的光沿着折叠光路传输到适眼区250，从而可以实现紧凑且/或轻质的设计。

如本文所使用的，术语“反射偏振器”可以指反射一种旋向性的圆偏振光并透射相反旋向性的圆偏振光的任何光学元件。反射偏振器的示例包括但不限于：胆甾型反射偏振器和线性反射偏振器。例如，反射偏振器可以包括多层双折射反射偏振器和/或线栅反射偏振器。线性反射偏振器可以与四分之一波长延迟器组合，以允许该组合反射或透射圆偏振光。因此，在本文中所描述的包括线性反射偏振器的示例还可以包括四分之一波长延迟器，该四分之一波长延迟器例如被附接在、邻近于、和/或位于由线性反射偏振器反射或透射的光的路径中。

如本文所使用的，术语“部分反射器”可以指反射光的一部分(例如，约一半)并透射光的剩余部分(例如，约一半)的任何光学元件(例如，材料)。可用作部分反射器的材料的示例包括但不限于：薄金属涂层(例如，薄铝)、多层介电涂层和它们的组合。

如本文所使用的，术语“流体”可以指任何液体、凝胶或气体。在本文的流体是凝胶的示例中，该凝胶可以具有多种粘度范围中的任何一种粘度范围。凝胶的粘度范围的示例包括但不限于：0.000005吉帕·秒(gigapascal-seconds，GPa·s)至2GPa·s、0.000005GPa·s至1GPa·s、0.000005GPa·s至0.1Gpa·s、0.000005GPa·s至0.01GPa·s、以及0.000005GPa·s至0.001GPa·s。该流体还可以具有多种弹性范围中的任何一种弹性范围。流体的弹性范围的示例包括但不限于：约1.5吉帕(gigapascals，GPa)至2.5Gpa、约1.0GPa至2.5GPa、约0.5GPa至2.5GPa、约0.3GPa至2.5GPa、约0.2GPa至2.5GPa、约0.1GPa至2.5GPa、约0.05GPa至2.5GPa、约0.025GPa至2.5GPa。

在一些示例中，本文所描述的这些流体中的一种或多种流体可以是光学透明的。在一些示例中,“透明的”或“光学透明的”材料的特征在于：在可见光谱内的透射率至少为约90％(例如，约90％、约95％、约96％、约97％、约98％、约99％、约99.5％或约99.9％，包括前述值中的任何值之间的范围)且体雾度(bulk haze)小于约10％。

在一些示例中，本文所描述的这些流体中的一种或多种流体可以在典型的操作条件下表现出稳定的特性(例如，透明度、粘度、体积等)，这些操作条件包括与约-10℃至约60℃的温度范围相关联的压力。如本文所使用的，“稳定”的特性在某些示例中可以在操作条件(包括温度等)范围内表现出至多10％(例如，1％、2％、5％或10％，包括前述值中的任何值之间的范围)的变化。在一些示例中，透镜流体可以表现为牛顿流体。

可以在本文所描述的这些液体透镜中的一个或多个液体透镜中使用的流体的示例包括聚苯硫醚基透镜流体。示例透镜流体可以包括聚苯硫醚和聚苯醚的混合物。在其它实施例中，液体透镜可以包括聚苯硫醚基透镜流体，其中该透镜流体基本上不含任何聚苯醚基成分。也就是说，示例透镜流体可以基本上由一种或多种聚苯硫醚分子组成，或者在一些实施例中，示例透镜流体可以由一种或多种聚苯硫醚分子组成。

本文所公开的透镜流体可以包括每分子具有2个至7个芳环(例如，2个、3个、4个、5个、6个或7个芳环)的线性、支链或星形聚苯硫醚分子。在一些方面，示例聚苯硫醚分子可以由式P-S(P’-S)_n-P表示，其中P为苯基，P’为亚苯基，S为硫，n为0至5的整数。在其它方面，示例聚苯醚分子可以由式P-X(P’-Y)_n-P表示，其中P为苯基，P’为亚苯基，X和Y可以独立地选自硫和氧，n为0至5的整数。在聚苯硫醚组合物和聚苯醚组合物中，芳环可以包括所有邻位键、所有间位键、邻位键和间位键，或者邻位键、间位键和对位键的组合。

在一些实施例中，多个苯基或亚苯基中的一个或多个苯基或亚苯基可以被脂肪族基团或卤素元素(例如，氯、溴或碘)取代。脂肪族取代的一个或多个苯基和脂肪族取代的一个或多个亚苯基可以包括直链、非芳香环或支链脂肪族部分，并且可以包括饱和结构或不饱和结构，饱和结构例如为烷烃(例如，链烷烃)，不饱和结构例如为烯烃(alkene)(例如，聚烯烃(olefin))和炔烃(例如，乙炔)。

流体组合物可以包括单一聚苯硫醚分子、或聚苯硫醚分子的混合物。在一些实施例中，聚苯硫醚分子的混合物可以形成共晶组合物。根据其它实施例，透镜流体组合物可以包括一个或多个聚苯硫醚分子和一种或多种聚苯醚的混合物。透镜流体组合物可以是透明的或有色的。

根据各种实施例，液体透镜流体组合物可以包括具有2个至7个芳环的聚苯醚分子，其中，这些环包括邻位取代、间位取代、邻位取代和间位取代，或邻位取代、间位取代和对位取代的组合。芳香基团可以通过硫醚键连接。也就是说，聚苯硫醚分子可以包含苯基和亚苯基环的全硫连接。在一些示例中，这种聚苯硫醚分子的特征在于由硫键组成。在替代实施例中，一个或多个硫键可以被氧键替代。环间键可以包括硫或氧。

液体透镜流体组合物可以由多种特性中的任何一种特性来表征。液体透镜流体在可见光谱(例如，在约589nm)的折射率范围的示例包括至少1.4、至少1.5、至少1.7和至少1.8。在一些示例中，液体透镜流体的冰点可以小于约-10℃。在一些示例中，液体透镜流体在室温下可以具有小于约1000厘泊(centipoise，cP)的粘度。

一些反射偏振器(例如，一些多层反射偏振器)在某些条件下可能改变(例如，收缩或膨胀)。例如，一些反射偏振器可能会因老化而收缩。此外，随着反射偏振器的尺寸和/或形状由于各向异性热膨胀而改变，反射偏振器可能会产生应变。因此，例如，反射偏振器可能由于应变而在衬底透镜上引起双折射。为了减少应变引起的双折射，反射偏振器225可以是如下的反射偏振器：该反射偏振器抵抗收缩(例如，该收缩因老化所致)，并且/或者该反射偏振器由于收缩和/或在各向异性热膨胀下引起较小应变。例如，反射偏振器225可以是薄的，以便减少应变引起的双折射。反射偏振器225的厚度的示例包括但不限于：100微米或更小、50微米或更小、30微米或更小、20微米或更小、以及10微米或更小。

在一些示例中，透镜上的涂层(例如，透镜210上的反射偏振器225和/或透镜220上的部分反射器230)可从透镜的一侧引入应力。相应地，在一些示例中，液体透镜205可以以平衡所引起的应力的方式在透镜210和/或透镜220的相反侧上包括一个或多个涂层(并由此减轻透镜的一个或多个光学特性的变化)。因此，例如，如果反射偏振器225是透镜210的空气侧上的涂层，则可以将另一涂层(未示出)施加到透镜210的流体侧。在一个示例中，附加的涂层可以作为流体215的屏障。

在一些示例中，透镜210和透镜220可以具有相对较宽的直径，以例如创建宽的视场(例如，为头戴式显示器创建宽的视场)。例如，透镜210和透镜220各自的直径可以为20毫米或更大、25毫米或更大、30毫米或更大、或者35毫米或更大。此外，在一些示例中，透镜210和透镜220可以相对较薄(例如，以使重量最小化和/或使占据于适眼区250与显示器235之间的空间最小化)。透镜210和透镜220中的每一者的厚度的示例包括但不限于：2毫米或更小、1.5毫米或更小、以及1毫米或更小。

在一些示例中，本文所描述的这些透镜中的一个或多个透镜(例如，包括液体透镜205)可以是变焦透镜。

图3是适应流体膨胀和/或收缩的液体透镜300的图示。如图3所示，液体透镜300可以包括透镜310、透镜320和密封件325。可以利用流体315填充由透镜310、透镜320和密封件325限定的腔体。此外，密封件325可以包括通到腔体330的一个或多个孔口335。在一些示例中，一个或多个孔口335可以围绕透镜310和透镜320的外围设置。在其它示例中，一个或多个孔口335可以仅围绕透镜310和透镜320的外围的部分设置。同样地，在一些示例中，腔体330可以围绕透镜310和透镜320的外围延伸。在其它示例中，腔体330可以仅围绕透镜310和透镜320的外围的一个或多个部分延伸。在一些示例中，腔体330的至少一部分可以至少部分地由弹性材料(例如，弹性体)限定。这种弹性材料的示例包括但不限于：氯丁橡胶、硅树脂和聚氨酯。在一些示例中，可以选择腔体330的尺寸和/或弹性材料的弹性，以使液体透镜300的一个或多个光学特性在液体透镜300改变温度时保持大致稳定。例如，可以选择腔体330的尺寸和/或弹性材料的弹性，以使液体透镜300的聚焦功率保持大致恒定。

在一些示例中，流体315的热膨胀系数可以大于透镜310的热膨胀系数和透镜320的热膨胀系数。相应地，改变液体透镜300的温度可以导致流体315膨胀或收缩。流体315可以膨胀通过一个或多个孔口335并进入腔体330。腔体330可以允许流体315膨胀，而不对透镜310和透镜320施加额外的压力，从而可以避免透镜310和透镜320上的额外的应力。因为应力可以在透镜310和透镜320中引起双折射，所以一个或多个孔口335和腔体330可以减小和/或防止透镜310和透镜320中的双折射。

图4是具有向外弯曲的双层密封件430的液体透镜400的图示。如图4所示，液体透镜400可以包括透镜410和透镜420。双层密封件430可以包括层440和层450。尽管液体透镜400被描绘为具有双层密封件，但是在一些示例中，密封件430可以包括三层或更多层。

层440和层450可以具有任何合适的材料成分。可以包含在层440和层450中的材料的示例包括但不限于：金属、陶瓷、聚合物、复合材料(包括基于纤维的复合材料)、及它们的组合。在一些示例中，层440和层450可以具有不同的热膨胀系数(例如，可以具有热膨胀系数不同的材料成分)。例如，层440的热膨胀系数可以比层450的热膨胀系数更大。在一个示例中，层440可以由铝构成，层450可以由钢构成。

图5是具有向内弯曲的双层密封件的液体透镜500的图示。如图5所示，液体透镜500可以包括透镜510和透镜520。双层密封件530可以包括层540和层550。尽管液体透镜500被描绘为具有双层密封件，但是在一些示例中，密封件530可以包括三层或更多层。

层540和层550可以具有任何合适的材料成分，这些材料成分包括例如关于图4的层440和层450所讨论的示例材料。

图6是制造液体透镜的示例方法600的流程图。如图6所示，在步骤610，方法600可以包括：将多层反射偏振器结合到第一透镜的表面。在步骤620，方法600可以包括：利用密封部件将第二透镜耦接到第一透镜，以利用第一透镜、第二透镜和密封部件形成腔体。在步骤630，方法600可以包括：利用流体填充腔体。可以理解的是，密封部件可以包括多种密封部件中的任何一种密封部件，该多种密封部件包括图3的密封件325、图4的密封件430和图5的密封件530。

示例实施例

示例1：一种装置，该装置可以包括：第一刚性透镜；第二刚性透镜；密封件，该密封件将该第一刚性透镜和该第二刚性透镜耦接在一起，其中，该第一刚性透镜、该第二刚性透镜和该密封件限定腔体；以及该腔体内的流体，其中，该密封件适于允许该腔体内的流体膨胀。

示例2：根据示例1所述的装置，其中，该密封件包含与该第一刚性透镜的材料和/或该第二刚性透镜的材料相同的材料。

示例3：根据示例1和示例2中任一示例所述的装置，其中，该密封件具有比该第一刚性透镜的热膨胀系数和/或该第二刚性透镜的热膨胀系数高的热膨胀系数。

示例4：根据示例1至示例3中任一示例所述的装置，其中，该密封件包含弹性材料。

示例5：根据示例1至示例4中任一示例所述的装置，该装置还包括储器，其中，该密封件适于允许流体通过该密封件的至少一部分到达该储器。

示例6：根据示例1至示例5中任一示例所述的装置，其中，该密封件包括两个层。

示例7：根据示例1至示例6中任一示例所述的装置，其中，该两个层在材料成分上彼此不同。

示例8：根据示例1至示例7中任一示例所述的装置，其中，该密封件背离由该第一刚性透镜和该第二刚性透镜限定的公共平面弯曲。

示例9：根据示例1至示例8中任一示例所述的装置，其中，该密封件朝向由该第一刚性透镜和该第二刚性透镜限定的公共平面向内弯曲。

示例10：根据示例1至示例9中任一示例所述的装置，该装置还包括反射偏振器和部分反射器。

示例11：根据示例1至示例10中任一示例所述的装置，其中，反射偏振器与该第一刚性透镜和/或该第二刚性透镜相邻。

示例12：根据示例1至示例11中任一示例所述的装置，其中，部分反射器与该第一刚性透镜和/或第二刚性透镜相邻。

示例13：根据示例1至示例12中任一示例所述的装置，其中，反射偏振器位于该第一刚性透镜与该流体之间。

示例14：根据示例1至示例13中任一示例所述的装置，其中，部分反射器位于该第二刚性透镜与该流体之间。

示例15：根据示例1至示例14中任一示例所述的装置，其中，该第一刚性透镜的直径大于约25毫米并且平均厚度小于约2毫米。

示例16：根据示例1至示例15中任一示例所述的装置，其中，反射偏振器包括多层反射偏振器。

示例17：根据示例1至示例16中任一示例所述的装置，其中，反射偏振器的厚度小于约50微米。

示例18：一种装置，该装置可以包括具有折叠光路的薄饼透镜，其中，该薄饼透镜当在约5分钟内经历约70摄氏度的温度变化时，保持至少200:1的对比度。

示例19：根据示例18所述的装置，其中，该薄饼透镜当在约5分钟内经历约70摄氏度的温度变化时，保持至少500:1的对比度。

示例20：一种制造方法，该制造方法可以包括：将多层反射偏振器结合到第一透镜的表面；利用密封部件将第二透镜耦接到该第一透镜，以利用该第一透镜、该第二透镜和该密封部件形成腔体；以及利用流体填充该腔体。

本公开的实施例可以包括各种类型的人工现实系统或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以某种方式调整的现实形式，该现实形式可以包括例如虚拟现实、增强现实、混合现实(mixed reality或hybrid reality)、或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全计算机生成的内容或与采集到的(例如，真实世界的)内容相结合的计算机生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合，视频、音频、触觉反馈或它们的某种组合中的任何一者可以在单个通道或多个通道(例如，向观看者产生三维(3D)效果的立体视频)中呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用程序、产品、附件、服务或它们的某种组合相关联，这些应用程序、产品、附件、服务或它们的某种组合例如用于在人工现实中创建内容，和/或以其它方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)。

人工现实系统可以以各种不同的形状要素和构造来实现。一些人工现实系统可以被设计成在没有近眼显示器(near-eye display，NED)的情况下工作。其它人人工现实系统可以包括NED，该NED也提供对真实世界的可见性(例如，图7中的增强现实系统700)或者使用户在视觉上沉浸在人工现实(例如，图8中的虚拟现实系统800)中。虽然一些人工现实设备可以是独立式系统，但是其它人工现实设备可以与外部设备通信和/或配合以向用户提供人工现实体验。这种外部设备的示例包括手持式控制器、移动设备、台式计算机、用户穿戴的设备、一个或多个其它用户穿戴的设备、和/或任何其它合适的外部系统。

转到图7，增强现实系统700可以包括具有框架710的眼镜设备702，该框架被配置成将左显示设备715(A)和右显示设备715(B)保持在用户的双眼的前方。左显示设备715(A)和右显示设备715(B)可以一起或独立地作用以向用户呈现一幅图像或一系列图像。虽然增强现实系统700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。

在一些实施例中，增强现实系统700可以包括一个或多个传感器，例如传感器740。传感器740可以响应于增强现实系统700的运动而生成测量信号，并且可以位于框架710的基本上任何部分上。传感器740可以表示各种不同感测机构中的一个或多个，这些感测机构例如是位置传感器、惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)、深度相机组件、结构化光发射器和/或检测器、或它们的任意组合。在一些实施例中，增强现实系统700可以包括或可以不包括传感器740，或者可以包括多于一个的传感器。在传感器740包括IMU的实施例中，IMU可以基于来自传感器740的测量信号生成校准数据。传感器740的示例可以包括但不限于加速度计、陀螺仪、磁力计、检测运动的其它合适类型的传感器、用于IMU纠错的传感器、或它们的某种组合。

在一些实施例中，增强现实系统700还可以包括具有多个声学转换器720(A)至声学转换器720(J)的传声器阵列，这些声学转换器统称为声学转换器720。声学转换器720可以表示检测由声波引起的空气压力变化的转换器。每个声学转换器720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，模拟格式或数字格式)。图7中的传声器阵列例如可以包括十个声学转换器：可以被设计成置于用户的相应耳朵内的声学转换器720(A)和声学转换器720(B)；可以被定位在框架710上的多个位置处的声学转换器720(C)、声学转换器720(D)、声学转换器720(E)、声学转换器720(F)、声学转换器720(G)和声学转换器720(H)；和/或可以被定位在相应颈带705上的声学转换器720(I)和声学转换器720(J)。

在一些实施例中，声学转换器720(A)至声学转换器720(J)中的一个或多个声学转换器可以用作输出转换器(例如，扬声器)。例如，声学转换器720(A)和/或声学转换器720(B)可以是耳塞或任何其它合适类型的头戴式耳机或扬声器。

传声器阵列的各声学转换器720的构造可以改变。尽管增强现实系统700在图7中被显示为具有十个声学转换器720，但是声学转换器720的数量可以多于或少于十个。在一些实施例中，使用更多数量的声学转换器720可以增加所收集的音频信息的量和/或音频信息的灵敏度和准确度。相比之下，使用更少数量的声学转换器720可以降低相关联的控制器750处理收集到的音频信息所需的计算能力。另外，传声器阵列中的每个声学转换器720的位置可以改变。例如，声学转换器720的位置可以包括用户身上的限定位置、框架710上的限定坐标、与每个声学转换器720相关联的取向、或它们的某种组合。

声学转换器720(A)和声学转换器720(B)可以定位在用户耳朵的不同部分上，例如耳廓(pinna)后面、耳屏后面、和/或耳廓(auricle)或耳窝内。或者，除了耳道内的声学转换器720之外，耳朵上或耳朵周围可能还有另外的声学转换器720。将声学转换器720定位在用户的耳道附近可以使传声器阵列能够收集关于声音如何到达耳道的信息。通过将多个声学转换器720中的至少两个声学转换器定位在用户头部的两侧上(例如，作为双耳传声器)，增强现实系统700可以模拟双耳听觉并采集围绕用户头部的3D立体声场。在一些实施例中，声学转换器720(A)和声学转换器720(B)可以经由有线连接730连接到增强现实系统700，而在其它实施例中，声学转换器720(A)和声学转换器720(B)可以经由无线连接(例如，蓝牙连接)而连接到增强现实系统700。在另外一些实施例中，声学转换器720(A)和声学转换器720(B)可以根本不与增强现实系统700结合使用。

框架710上的声学转换器720可以以各种不同的方式进行定位，包括沿着镜腿的长度、跨过镜梁、在左显示设备715(A)和右显示设备715(B)上方或下方、或它们的某种组合。多个声学转换器720还可以被定向成使得传声器阵列能够检测穿戴着增强现实系统700的用户周围的宽范围方向上的声音。在一些实施例中，可以在增强现实系统700的制造期间执行优化工艺，以确定每个声学转换器720在传声器阵列中的相对定位。

在一些示例中，增强现实系统700可以包括外部设备(例如，配对设备)或连接到外部设备，该外部设备例如为颈带705。颈带705通常表示任何类型或形式的配对设备。因此，以下对颈带705的论述也可以应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、手持式控制器、平板计算机、膝上型计算机、其它外部计算设备等。

如图所示，颈带705可以经由一个或多个连接器而被耦接到眼镜设备702。这些连接器可以是有线的或无线的，并且可以包括电子部件和/或非电子部件(例如，结构部件)。在一些情况下，眼镜设备702和颈带705可以在它们之间没有任何有线连接或无线连接的情况下独立地运行。尽管图7示出了眼镜设备702的部件和颈带705的部件位于眼镜设备702和颈带705上的示例位置，但是这些部件可以位于眼镜设备702和/或颈带705上的其它位置、和/或以不同方式分布在眼镜设备702和/或颈带705上。在一些实施例中，眼镜设备702的部件和颈带705的部件可以位于与眼镜设备702配对的一个或多个附加的外围设备上、颈带705上、或它们的某种组合。

将外部设备(例如，颈带705)与增强现实眼镜设备进行配对可以使眼镜设备能够实现一副眼镜的形状要素，并且仍然为扩展后的能力提供足够的电池容量和计算能力。增强现实系统700的电池电力、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、或者在配对设备与眼镜设备之间共享，从而总体上降低眼镜设备的重量、热分布和形状要素，同时仍然保留所期望的功能。例如，颈带705可以允许将原本包括在眼镜设备上的部件包括在颈带705中，这是因为用户的肩部上可以承受比其头部上可以承受的重量负荷更重的重量负荷。颈带705还可以具有更大的表面积，在该更大的表面积上，热量扩散和分散到周围环境。由此，颈带705可以实现比原本在独立式眼镜设备上可能实现的电池容量和计算能力更大的电池容量和计算能力。由于在颈带705中携带的重量比在眼镜设备702中携带的重量对用户的侵害性更小，因此与用户承受穿戴沉重的独立式眼镜设备相比，用户可以在更长的时间长度内承受穿戴更轻的眼镜设备并携带或穿戴配对设备，从而使得用户能够更充分地将人工现实环境融入其日常活动中。

颈带705可以与眼镜设备702通信耦接，和/或通信耦接至其它多个设备。这些其它设备可以为增强现实系统700提供某些功能(例如，跟踪、定位、深度图构建、处理、存储等)。在图7的实施例中，颈带705可以包括两个声学转换器(例如，声学转换器720(I)和声学转换器720(J))，这两个声学转换器是传声器阵列的一部分(或者潜在地形成它们自己的传声器子阵列)。颈带705还可以包括控制器725和电源735。

颈带705中的声学转换器720(I)和声学转换器720(J)可以被配置成检测声音并将检测到的声音转换为电子格式(模拟或数字)。在图7的实施例中，声学转换器720(I)和声学转换器720(J)可以被定位在颈带705上，从而增加颈带的声学转换器720(I)和声学转换器720(J)与被定位在眼镜设备702上的其它声学转换器720之间的距。在一些情况下，增加传声器阵列中的各声学转换器720之间的距离可以提高通过该传声器阵列执行的波束成形的准确性。例如，如果由声学转换器720(C)和声学转换器720(D)检测到声音，并且声学转换器720(C)与声学转换器720(D)之间的距离例如大于声学转换器720(D)与声学转换器720(E)之间的距离，则所确定的检测到的声音的源位置可以比当该声音被声学转换器720(D)和声学转换器720(E)检测到时的情况更准确。

颈带705的控制器725可以对由颈带705和/或增强现实系统700上的传感器生成的信息进行处理。例如，控制器725可以对来自传声器阵列的、描述该传声器阵列检测到的声音的信息进行处理。对于每个检测到的声音，控制器725可以执行到达方向(direction-of-arrival，DOA)估计，以估计检测到的声音从哪个方向到达传声器阵列。当传声器阵列检测到声音时，控制器725可以用该信息填充音频数据集。在增强现实系统700包括惯性测量单元的实施例中，控制器725可以计算来自位于眼镜设备702上的IMU的所有惯性和空间计算。连接器可以在增强现实系统700与颈带705之间、以及在增强现实系统700与控制器725之间传送信息。该信息可以是光学数据形式、电子数据形式、无线数据形式、或任何其它可传输的数据形式。将对由增强现实系统700所生成的信息进行处理转移到颈带705可以减轻眼镜设备702的重量和减少眼镜设备702中的热量，使得该眼镜设备对用户而言更舒适。

颈带705中的电源735可以向眼镜设备702和/或颈带705供电。电源735可以包括但不限于锂离子电池、锂-聚合物电池、一次性锂电池、碱性电池、或任何其它形式的电力存储装置。在一些情况下，电源735可以是有线电源。将电源735包括在颈带705上而不是眼镜设备702上可以有助于更好地分布重量和由电源735产生的热量。

如所提到的，一些人工现实系统可以使用虚拟体验来大体上代替用户对真实世界的多个感官知觉中的一个或多个感官知觉，而不是将人工现实与真实现实混合。这种类型的系统的一个示例是大部分或完全覆盖用户的视野的头戴式显示系统，例如图8中的虚拟现实系统800。虚拟现实系统800可以包括前刚性本体802和被成形以适配成围绕用户头部的带804。虚拟现实系统800还可以包括输出音频转换器806(A)和输出音频转换器806(B)。此外，尽管未图8中未示出，但是前刚性本体802可以包括一个或多个电子元件，该一个或多个电子元件包括一个或多个电子显示器、一个或多个惯性测量单元(IMU)、一个或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它合适的设备或系统。

人工现实系统可以包括各种类型的视觉反馈机构。例如，增强现实系统700中的显示设备和/或虚拟现实系统800中的显示设备可以包括一个或多个液晶显示器(liquidcrystal display，LCD)、一个或多个发光二极管(light emitting diode，LED)显示器、一个或多个微型LED(microLED)显示器、一个或多个有机LED(organic light emittingdiode，OLED)显示器、一个或多个数字光投影(digital light project，DLP)微型显示器、一个或多个硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCoS)微型显示器、和/或任何其它合适类型的显示屏。这些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一个显示屏，这可以为变焦调节或为校正用户的屈光不正而提供额外的灵活性。这些人工现实系统中的一些人工现实系统还可以包括光学子系统，这些光学子系统具有一个或多个透镜(例如，凹透镜或凸透镜、菲涅尔透镜、可调节的液体透镜等)，用户可以透过该一个或多个透镜观看显示屏。这些光学子系统可以用于各种目的，这些目的包括对光进行准直(例如，使对象显现在比其物理距离更远的距离处)、放大光(例如，使对象显现得比其实际尺寸更大)、和/或中继光(例如，到达观看者的眼睛)。这些光学子系统可以用于直视型架构(例如，直接对光进行准直但会导致所谓的枕形畸变的单透镜配置)和/或非直视型架构(例如，导致所谓的桶形畸变以消除枕形畸变的多透镜配置)。

除了使用显示屏之外或者代替使用显示屏，本文所描述的多个人工现实系统中的一些人工现实系统可以包括一个或多个投影系统。例如，增强现实系统700中的显示设备和/或虚拟现实系统800中的显示设备可以包括将光投射(例如，使用波导)投射到显示设备中的微型LED投影仪，例如允许环境光穿过的透明组合透镜。显示设备可以折射所投射的光朝向用户的瞳孔，并且可以使用户能够同时观看人工现实内容和真实世界这两者。显示设备可以使用各种不同光学部件中的任意光学部件来实现这一点，这些不同光学部件包括：波导部件(例如，全息元件、平面元件、衍射元件、偏振元件、和/或反射波导元件)、光操纵表面和元件(例如，衍射元件和光栅、反射元件和光栅、以及折射元件和光栅)、耦合元件等。人工现实系统还可以配置有任何其它合适类型或形式的图像投影系统，例如用于虚拟视网膜显示器的视网膜投影仪。

本文所描述的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700和/或虚拟现实系统800可以包括一个或多个光学传感器，例如二维(2D)相机或三维(3D)相机、结构化光发射器和检测器、飞行时间深度传感器、单波束测距仪或扫描激光测距仪、3D激光雷达(LiDAR)传感器、和/或任何其它合适类型或形式的光学传感器。人工现实系统可以对来自这些传感器中的一个或多个传感器的数据进行处理，以识别用户的位置、绘制真实世界的地图、向用户提供与真实世界周围环境有关的背景、和/或执行各种其它功能。

本文所描述的人工现实系统还可以包括一个或多个输入音频转换器和/或输出音频转换器。输出音频转换器可以包括音圈扬声器、带式扬声器、静电式扬声器、压电式扬声器、骨传导转换器、软骨传导转换器、耳屏振动转换器、和/或任何其它合适类型或形式的音频转换器。类似地，输入音频转换器可以包括电容式传声器、动态传声器、带式传声器、和/或任何其它类型或形式的输入转换器。在一些实施例中，对于音频输入和音频输出这两者，可以使用单个转换器。

在一些示例中，本文所描述的人工现实系统还可以包括能触知的(即，触觉)反馈系统，这些反馈系统可以结合到头饰、手套、服装、手持式控制器、环境设备(例如，椅子、地板垫等)、和/或任何其它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，这些类型的皮肤反馈包括振动、力、牵引、质地和/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、压电式致动器、流体系统、和/或各种其它类型的反馈机构实现触觉反馈。触觉反馈系统可以独立于其它人工现实设备而实现，在其它人工现实设备内实现，和/或结合其它人工现实设备实现。

通过提供触觉感知、听觉内容和/或视觉内容，人工现实系统可以在各种背景和环境中创建完整的虚拟体验或增强用户的真实世界体验。例如，人工现实系统可以辅助或扩展用户在特定环境内的感知、记忆或认知。一些系统可以增强用户与真实世界中的其它人的交互，或者可以实现与虚拟世界中的其它人的更沉浸式的交互。人工现实系统也可以用于教育目的(例如，用于学校、医院、政府组织、军事组织、商业企业等中的教学或训练)、娱乐目的(例如，用于玩视频游戏、听音乐、观看视频内容等)、和/或用于可接入性目的(例如，用作助听器、视觉辅助器等)。本文所公开的实施例可以在这些背景和环境中的一个或多个背景和环境中、和/或在其它背景和环境中实现或增强用户的人工现实体验。

本文所描述和/或示出的过程参数和步骤的顺序仅作为示例给出，并且可以根据需要改变。例如，虽然本文所示出和/或所描述的步骤可以以特定顺序示出或论述，但是这些步骤不一定需要以所示或所论述的顺序执行。本文描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略本文描述或示出的一个或多个步骤，或者包括除了所公开的那些步骤之外的附加步骤。

提供了前面的描述以使本领域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个方面。该示例性描述并不旨在穷举或限于所公开的任何精确形式。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，许多修改和变化是可能的。本文所公开的实施例在所有方面都应被认为是说明性的而非限制性的。在确定本公开的范围时，应当参照所附权利要求及其等同物。

除非另有说明，否则如在说明书和/或权利要求中使用的术语“连接到”和“耦接到”(及其派生词)应被解释为允许直接连接和间接(即，经由其它元件或部件)连接。此外，如在说明书和权利要求中使用的术语“一”或“一个”被解释为表示“至少一个”。最后，为了便于使用，说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“具有”(以及它们的派生词)与词语“包含”可互换并具有相同的含义。

Claims (20)

1.一种装置，所述装置包括：

第一刚性透镜；

第二刚性透镜；

密封件，所述密封件将所述第一刚性透镜和所述第二刚性透镜耦接在一起，其中，所述第一刚性透镜、所述第二刚性透镜和所述密封件限定腔体；以及

所述腔体内的流体，其中，所述密封件适于允许所述腔体内的流体膨胀。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述密封件包含与以下项中的至少一者的材料相同的材料：

所述第一刚性透镜；或者

所述第二刚性透镜。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述密封件具有比以下项中的至少一者的热膨胀系数高的热膨胀系数：

所述第一刚性透镜；或者

所述第二刚性透镜。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述密封件包含弹性材料。

5.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括储器，其中，所述密封件适于允许所述流体通过所述密封件的至少一部分到达所述储器。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述密封件包括两个层。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述两个层在材料成分上彼此不同。

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述密封件背离由所述第一刚性透镜和所述第二刚性透镜限定的公共平面弯曲。

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述密封件朝向由所述第一刚性透镜和所述第二刚性透镜限定的公共平面向内弯曲。

10.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：

反射偏振器；以及

部分反射器。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述反射偏振器与所述第一刚性透镜和所述第二刚性透镜中的至少一者相邻。

12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述部分反射器与所述第一刚性透镜和所述第二刚性透镜中的至少一者相邻。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述反射偏振器位于所述第一刚性透镜与所述流体之间。

14.根据权利要求10所述的装置，其中，所述部分反射器位于所述第二刚性透镜与所述流体之间。

15.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一刚性透镜的直径大于约25毫米；并且所述第一刚性透镜的平均厚度小于约2毫米。

16.根据权利要求10所述的装置，其中，所述反射偏振器包括多层反射偏振器。

17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述反射偏振器的厚度小于约50微米。

18.一种装置，所述装置包括：

具有折叠光路的薄饼透镜；

其中，所述薄饼透镜当在约5分钟内经历约70摄氏度的温度变化时，保持至少200:1的对比度。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，

所述薄饼透镜当在约5分钟内经历约70摄氏度的温度变化时，保持至少500:1的对比度。

20.一种制造方法，所述制造方法包括：

将多层反射偏振器结合到第一透镜的表面；

利用密封部件将第二透镜耦接到所述第一透镜，以利用所述第一透镜、所述第二透镜和所述密封部件形成腔体；以及

利用流体填充所述腔体。