调节集成式折光透镜组件的制作方法

本公开总体上涉及一种光学设备，更具体地涉及一种调节集成式折光透镜组件。

背景技术：

1、人工现实系统(例如，头戴式显示器(head-mounted display，“hmd”)系统或平视显示器(heads-up display，“hud”)系统)通常包括呈头戴式视图器(headset)或一副眼镜的形式的近眼显示器(near-eye display，“ned”)系统。ned系统可以被配置成经由例如设置在用户眼睛前方约10mm至20mm处的电子显示器或光学显示器向用户呈现内容。ned系统可以显示虚拟对象或结合真实对象的图像与虚拟对象的图像，如在虚拟现实(virtualreality，“vr”)应用、增强现实(augmented reality，“ar”)应用或混合现实(mixedreality，“mr”)应用中那样。通常期望的是使ned紧凑且重量较轻，并且具有高分辨率、大视场(field of view，“fov”)和小形状要素。ned可以包括被配置成产生图像光的光源(例如，显示器元件)以及被配置成朝向用户的眼睛引导图像光的透镜组件。为了实现紧凑的尺寸和较轻的重量，同时维持令人满意的光学特性，透镜组件可以被设计成折叠从显示器元件至眼睛的光学路径。

技术实现思路

1、根据本公开的第一方面，提供了一种设备，该设备包括显示器元件、透镜组件和控制器。该透镜组件与该显示器元件耦接，并且该透镜组件包括：第一偏振选择性反射器和第二偏振选择性反射器，该第一偏振选择性反射器和该第二偏振选择性反射器各自被配置成能够在以活动状态操作与以非活动状态操作之间切换；以及偏振非选择性部分反射器，该偏振非选择性部分反射器设置在该第一偏振选择性反射器与该第二偏振选择性反射器之间。该控制器被配置成：在第一时间段期间，控制该显示器元件显示第一虚拟对象，控制该第一偏振选择性反射器以该活动状态操作，并且控制该第二偏振选择性反射器以该非活动状态操作；并且在第二时间段期间，控制该显示器元件显示第二虚拟对象，控制该第一偏振选择性反射器以该非活动状态操作，并且控制该第二偏振选择性反射器以该活动状态操作。

2、在一些实施例中，该第一时间段和该第二时间段可以分别是该显示器元件的同一显示帧的第一子帧和第二子帧。

3、在一些实施例中，该第一虚拟对象和该第二虚拟对象可以分别与第一辐辏距离(vergence distance)和第二辐辏距离相关联，该第一辐辏距离可以不同于该第二辐辏距离。

4、在一些实施例中，在该第一时间段期间，该透镜组件可以被配置成在与第一调节距离(accommodation distance)相关联的第一图像平面处形成在该显示器元件上显示的该第一虚拟对象的第一图像，并且在该第二时间段期间，该透镜组件可以被配置成在与第二调节距离相关联的第二图像平面处形成在该显示器元件上显示的该第二虚拟对象的第二图像，该第二调节距离可以不同于该第一调节距离。

5、在一些实施例中，该第一调节距离可以大致等于该第一辐辏距离，并且该第二调节距离可以大致等于该第二辐辏距离。

6、在一些实施例中，该第一偏振选择性反射器或该第二偏振选择性反射器中的至少一者可以包括反射式偏振体全息图(polarization volume hologram，“pvh”)元件或胆甾相液晶(cholesteric liquid crystal，“clc”)元件。

7、在一些实施例中，该第一偏振选择性反射器和该第二偏振选择性反射器可以被配置为具有不同光焦度或与该偏振非选择性部分反射器的不同轴向距离中的至少一者。

8、在一些实施例中，以该活动状态操作的该第一偏振选择性反射器可以被配置成反射具有第一偏振的输入光，并且透射具有可以正交于该第一偏振的第二偏振的输入光，并且以该活动状态操作的该第二偏振选择性反射器可以被配置成反射具有该第二偏振的输入光，并且透射具有该第一偏振的输入光。

9、在一些实施例中，以该非活动状态操作的该第一偏振选择性反射器和以该非活动状态操作的该第二偏振选择性反射器中的每一者可以被配置成透射输入光，而与该输入光的偏振无关。

10、在一些实施例中，该透镜组件还可以包括：第一偏振器，该第一偏振器设置在该第一偏振选择性反射器与该显示器元件之间；以及第二偏振器，该第二偏振选择性反射器设置在该偏振非选择性部分反射器与该第二偏振器之间，其中，该第一偏振器和该第二偏振器可以被配置成阻挡具有正交偏振的输入光。

11、在一些实施例中，该透镜组件还可以包括透射式透镜，该透射式透镜被配置成会聚接收到的来自该第二偏振选择性反射器的图像光，并且该第二偏振选择性反射器可以设置在该偏振非选择性部分反射器与该透射式透镜之间。

12、在一些实施例中，在该第一时间段期间：以该活动状态操作的该第一偏振选择性反射器可以被配置成朝向该偏振非选择性部分反射器透射具有第一偏振的第一图像光，该第一图像光形成该第一虚拟对象；该偏振非选择性部分反射器可以被配置成将该第一图像光的第一部分作为具有正交于该第一偏振的第二偏振的第二图像光反射回到该第一偏振选择性反射器；以该活动状态操作的该第一偏振选择性反射器可以被配置成将该第二图像光作为具有该第二偏振的第三图像光反射回到该偏振非选择性部分反射器；该偏振非选择性部分反射器可以被配置成朝向该第二偏振选择性反射器透射该第三图像光的一部分以作为具有该第二偏振的第四图像光；并且以该非活动状态操作的该第二偏振选择性反射器可以被配置成透射具有该第二偏振的该第四图像光。

13、在一些实施例中，在该第二时间段期间：以该非活动状态操作的该第一偏振选择性反射器可以被配置成朝向该偏振非选择性部分反射器透射具有该第一偏振的第五图像光，该第五图像光形成该第二虚拟对象；该偏振非选择性部分反射器可以被配置成朝向该第二偏振选择性反射器透射该第五图像光的一部分以作为具有该第一偏振的第六图像光；以该活动状态操作的该第二偏振选择性反射器可以被配置成将该第六图像光作为具有该第一偏振的第七图像光反射回到该偏振非选择性部分反射器；该偏振非选择性部分反射器可以被配置成将该第七图像光的一部分作为具有该第二偏振的第八图像光反射回到该第二偏振选择性反射器；并且以该活动状态操作的该第二偏振选择性反射器可以被配置成透射具有该第二偏振的该第八图像光。

14、根据本公开的第二方面，提供了一种方法，该方法包括：在第一时间段期间，由控制器控制显示器元件显示第一虚拟对象、控制设置在偏振非选择性部分反射器的面向该显示器元件的第一侧的第一偏振选择性反射器以活动状态操作并且控制设置在该偏振非选择性部分反射器的第二侧的第二偏振选择性反射器以非活动状态操作；以及在第二时间段期间，由该控制器控制该显示器元件显示第二虚拟对象、控制该第一偏振选择性反射器以该非活动状态操作并且控制该第二偏振选择性反射器以该活动状态操作。

15、在一些实施例中，该第一时间段和该第二时间段可以分别是该显示器元件的同一显示帧的第一子帧和第二子帧。

16、在一些实施例中，该第一虚拟对象和该第二虚拟对象可以分别与第一辐辏距离和第二辐辏距离相关联，并且该第一辐辏距离可以不同于该第二辐辏距离。

17、在一些实施例中，该第一偏振选择性反射器、该第二偏振选择性反射器和设置在该第一偏振选择性反射器与该第二偏振选择性反射器之间的该偏振非选择性部分反射器的组合可以形成透镜组件，并且其中，该方法还可以包括：在该第一时间段期间，由该透镜组件在与第一调节距离相关联的第一图像平面处形成在该显示器元件上显示的该第一虚拟对象的第一图像，该第一调节距离大致等于该第一辐辏距离；以及在该第二时间段期间，由该透镜组件在与第二调节距离相关联的第二图像平面处形成在该显示器元件上显示的该第二虚拟对象的第二图像，该第二调节距离大致等于该第二辐辏距离。

18、在一些实施例中，该第一偏振选择性反射器或该第二偏振选择性反射器中的至少一者可以包括反射式偏振体全息图(“pvh”)元件或胆甾相液晶(“clc”)元件。

19、在一些实施例中，该第一偏振选择性反射器和该第二偏振选择性反射器可以被配置为具有不同光焦度或与该偏振非选择性部分反射器的不同轴向距离中的至少一者。

20、在一些实施例中，该方法还可以包括：在该第一时间段期间，由该控制器控制该显示器元件输出形成该第一虚拟对象的第一图像光；由该控制器控制该第一偏振选择性反射器以该活动状态操作，以朝向该偏振非选择性部分反射器透射具有第一偏振的该第一图像光；由该偏振非选择性部分反射器将该第一图像光的第一部分作为具有正交于该第一偏振的第二偏振的第二图像光反射回到该第一偏振选择性反射器；由该控制器控制该第一偏振选择性反射器以该活动状态操作，以将该第二图像光作为具有该第二偏振的第三图像光反射回到该偏振非选择性部分反射器；由该偏振非选择性部分反射器朝向该第二偏振选择性反射器透射该第三图像光的一部分以作为具有该第二偏振的第四图像光；并且由该控制器控制该第二偏振选择性反射器以该非活动状态操作，以透射该第四图像光；以及在该第二时间段期间，由该控制器控制该显示器元件输出形成该第二虚拟对象的第五图像光；由该控制器控制该第一偏振选择性反射器以该非活动状态操作，以朝向该偏振非选择性部分反射器透射具有该第一偏振的该第五图像光；由该偏振非选择性部分反射器朝向该第二偏振选择性反射器透射该第五图像光的一部分以作为具有该第一偏振的第六图像光；由该控制器控制该第二偏振选择性反射器以该活动状态操作，以将该第六图像光作为具有该第一偏振的第七图像光反射回到该偏振非选择性部分反射器；由该偏振非选择性部分反射器将该第七图像光的一部分作为具有该第二偏振的第八图像光反射回到该第二偏振选择性反射器；并且由该控制器控制该第二偏振选择性反射器以该活动状态操作，以透射该第八图像光。

21、应当理解的是，本文中描述为适合于结合到本公开的一个或多个方面或一个或多个实施例中的任何特征旨在可推广到本公开的任何和所有方面以及任何和所有实施例。本领域技术人员可以根据本公开的说明书、权利要求书和附图来理解本公开的其它方面。前文的总体描述和下文的详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。