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包含光路校正的透鏡組件

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月31日）頭顯可以包括配置為產(chǎn)生圖像光的光源，以及配置為將圖像光指向用戶眼睛的透鏡組件。為了在保持所需光學(xué)特性的同時實現(xiàn)緊湊的尺寸和重量，可以將透鏡組件設(shè)計為折疊從顯示元件到眼睛的光路。樣的透鏡組件可稱為路徑折疊透鏡組件，例如Pancake。

這種透鏡組件的光學(xué)性能或圖像質(zhì)量取決于多個光學(xué)元件的對準(zhǔn)。當(dāng)光學(xué)元件不對準(zhǔn)時，透鏡組件的光學(xué)性能可能受到不利影響。

在名為“Lens assembly including path correction device”的專利申請中，Meta提出了一種包含光路校正的透鏡組件。

Meta描述的路徑折疊透鏡組件用于校實際光路與目標(biāo)光路的偏差。

圖2A示出了系統(tǒng)200。透鏡組件202可以是路徑折疊透鏡組件，其配置為通過折疊從顯示元件204到出瞳257的圖像光221的光路以增加光路的長度。由于路徑折疊，透鏡組件202可以增加系統(tǒng)200的視場(，而不增加顯示元件204和眼箱區(qū)域259之間的物理距離，并且不損害圖像質(zhì)量。

在將圖像光輸出到視窗區(qū)域259之前，來自顯示元件204的圖像光可以在第三光學(xué)元件207與第一光學(xué)元件217之間，以及在第三光學(xué)元件207與第二光學(xué)元件227之間多次傳輸和反射。即，在圖像光到達(dá)視窗區(qū)域259之前，來自顯示元件204的圖像光的光路可以折疊兩次或更多次。

所述第三光學(xué)元件207和所述第一光學(xué)元件217之間的透鏡組件部分可稱為透鏡組件202的第一路徑折疊段，所述第三光學(xué)元件207和所述第二光學(xué)元件227之間的透鏡組件部分可稱為透鏡組件202的第二路徑折疊段。

透鏡組件202可以包括設(shè)置在第一光學(xué)元件217和鏡子207之間的第一路徑校正裝置225-1，以及設(shè)置在第二光學(xué)元件227和鏡子207之間的第二路徑校正裝置225-2。

透鏡組件202可包括至少一個傳感器，并配置為測量第一PVH元件205、第二PVH元件215或反射鏡207的對準(zhǔn)參數(shù)。

傳感器223-1和223-2可以是任何合適的傳感器，其可以測量反射鏡207、第一光學(xué)元件217（包括第一PVH元件205）或第二光學(xué)元件227（包括第二PVH元件215）中至少一個的一個或多個對準(zhǔn)參數(shù)。

圖2A示示出檢測第一PVH元件205不對準(zhǔn)的一個示例。同樣的原理可以應(yīng)用于檢測第二個PVH元件215的不對準(zhǔn)。

如圖2A所示，第一傳感器223-1可以向第一PVH元件205發(fā)射光。所述光可通過第一PVH元件205反射回所述傳感器?；诎l(fā)射光和接收光之間的差異，傳感器可以檢測不對準(zhǔn)，例如第一PVH元件205從垂直于光軸220的垂直平面(的傾斜。

控制器216可以與路徑校正裝置225-1和225-2以及傳感器223-1和223-2通信耦合?；趯Φ谝籔VH元件205或第二PVH元件215中至少一個的不對準(zhǔn)的檢測，控制器216可以控制第一路徑校正裝置225-1或第二路徑校正裝置225-2中至少一個的操作，以校正由于不對準(zhǔn)而偏離目標(biāo)光路的光路。

在一個實施例中，可以將由傳感器223-1和/或223-2測量的對準(zhǔn)參數(shù)與對應(yīng)于透鏡組件202的對準(zhǔn)配置的預(yù)定參考對準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較。根據(jù)從傳感器223-1或傳感器223-2中的至少一個接收到的至少一個信號，控制器216可以確定或檢測第一PVH元件205、反射鏡207或第二PVH元件215中至少一個的不對準(zhǔn)。不對準(zhǔn)可以通過上述測量的任何對準(zhǔn)參數(shù)來表示，例如光學(xué)中心，傾斜或軸向距離。

路徑校正裝置225-1或225-2中的至少一個可以包括兩個波片222和設(shè)置在兩個波片222之間的液晶裝置221-1或221-2。

波片222可以是至少為可見光譜工作的四分之一波片QWP?？蓪WP配置為將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，或?qū)A偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光。對于可見光譜的消色差設(shè)計，QWP可以包括多層雙折射材料，并配置為在寬光譜范圍產(chǎn)生四分之一波雙折射。

LC器件221-1或221-2中的至少一個可以作為基于合適機(jī)制的波束偏轉(zhuǎn)器。LC器件221-1或221-2可以配置為一維(或二維光束偏轉(zhuǎn)器。當(dāng)不對準(zhǔn)發(fā)生時，LC器件221-1或221-2可以通過在圖像光穿過LC器件221-1或221-2時操縱圖像光，從而校正在透鏡組件202內(nèi)傳播的圖像光的光路。

LC器件221-1或221-2對于具有線性偏振的輸入光可以偏振選擇性。例如，當(dāng)輸入光在傳輸輸入光時具有預(yù)定的線偏振時，LC器件221-1或221-2可以改變輸入光的傳播方向，并且當(dāng)輸入光具有與預(yù)定的線偏振正交的線偏振時，可以不改變輸入光的傳播方向。

當(dāng)LC器件221-1或221-2向前引導(dǎo)通過其傳播的輸入光時，可以改變輸入光的傳播方向。即，所述轉(zhuǎn)向可以改變傳播方向相對于圖2B所示光軸220的一個角度。由LC器件221-1或221-2提供的1D相移可使輸入光的傳播方向圍繞x-y平面上的一個軸旋轉(zhuǎn)，并且2D相移可使輸入光的傳播方向圍繞x軸和y軸旋轉(zhuǎn)。

換句話說，一維相移導(dǎo)致輸入光在z-x平面或z-y平面內(nèi)的傳播方向發(fā)生轉(zhuǎn)向，二維相移導(dǎo)致在z-x平面和z-y平面內(nèi)的傳播方向發(fā)生轉(zhuǎn)向。

回到圖2A，當(dāng)線偏振與預(yù)定線偏振正交的輸入光通過LC器件221-1或221-2傳播時，輸入光的不同光線所經(jīng)歷的相移可以相同。即LC器件221-1或221-2可向具有與預(yù)定線偏振正交的線偏振的輸入光提供空間恒定的相移。由于所述空間恒定相移，所述LC器件221-1或221-2在傳輸所述輸入光時可保持具有與所述預(yù)定線偏振正交的線偏振的輸入光的傳播方向。

LC器件221-1或221-2可以配置為無源設(shè)備或有源設(shè)備。作為無源器件，LC器件221-1或221-2中的LC分子取向固定，并且不能由外部場改變。因此，LC器件221-1或221-2提供的相移可以固定。

當(dāng)發(fā)生不對準(zhǔn)時，可以根據(jù)測量到的不對準(zhǔn)數(shù)據(jù)確定特定的空間變化相位配置。LC器件221-1或221-2可以配置特定的空間變化相位配置，并通過控制輸入光的傳播方向來糾正或減少由于不對準(zhǔn)而引起的實際光路與目標(biāo)光路的偏差。

為了增加靈活性，LC器件221-1或221-2可以配置為有源設(shè)備。有源裝置可允許動態(tài)改變LC分子取向以及LC器件221-1或221-2的其他參數(shù)，從而動態(tài)改變LC器件221-1或221-2提供的相位配置。

LC器件221-1或221-2可以在激活狀態(tài)之間切換。在激活狀態(tài)中，器件提供空間變化的相位配置，以校正具有預(yù)定線偏振的輸入光的光路。在非激活狀態(tài)中，器件提供空間恒定的相位配置，使得具有預(yù)定線性偏振的輸入光通過所述狀態(tài)而不經(jīng)歷光路的變化。

在一個實施例中，控制器216可以基于從傳感器223-1和/或223-2接收的信號來控制LC器件221-1和/或221-2的操作。所述信號涉及第一PVH元件205、鏡像207或第二PVH元件215中至少一個的至少一個對準(zhǔn)參數(shù)。

控制器216可以將至少一個對準(zhǔn)參數(shù)與預(yù)定的參考對準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較，從而確定是否對第一PVH元件205、鏡像207或第二PVH元件215中的至少一個發(fā)生不對準(zhǔn)。

當(dāng)未檢測到不對準(zhǔn)時，控制器216可控制路徑校正裝置225-1和225-2在不影響輸入光的傳播方向的情況下，以非激活狀態(tài)運行以傳輸輸入光。

當(dāng)檢測到不對準(zhǔn)時，控制器216可控制LC器件221-1和/或221-2在激活狀態(tài)下工作，以改變具有預(yù)定線偏振的輸入光的傳播方向。操縱輸入光可以對由于不對準(zhǔn)而偏離目標(biāo)光路的輸入光的實際光路提供校正。

基于從第一傳感器223-1和/或第二傳感器223-2接收的信號，控制器216可以確定由LC器件221-1或221-2對具有預(yù)定線性偏振的輸入光施加的轉(zhuǎn)向角度，從而減少輸入光的實際光路與目標(biāo)光路的偏差。

換句話說，可以將輸入光的實際光路轉(zhuǎn)向目標(biāo)光路。在確定轉(zhuǎn)向角度后，控制器216可以確定LC器件221-1 /或221-2的一維或二維空間變化相位配置以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向角度?？刂破?16可以進(jìn)一步確定要施加到LC器件221-1或221-2的電場，以使LC分子對齊以實現(xiàn)一維或二維空間變化的相位配置。

具有預(yù)定線性偏振的圖像光通過LC器件221-1或221-2兩次傳輸后，圖像光的實際光路與目標(biāo)光路的偏差可以減小到小于預(yù)定閾值偏差。因此，在視窗區(qū)域259可減少或減輕由不對準(zhǔn)引起的圖像質(zhì)量退化。

可采用各種方法來確定所述像光的實際光路與所述目標(biāo)光路的偏差是否已減小到小于所述預(yù)定閾值偏差。例如，可在視窗區(qū)域259設(shè)置光學(xué)傳感器以捕獲由圖像光形成的圖像?？梢酝ㄟ^控制器216分析圖像以提取指示偏差量的參數(shù)。

控制器216可在提取的參數(shù)小于預(yù)定值時確定所述偏差小于所述預(yù)定閾值偏差。當(dāng)控制器216確定所述偏差小于所述預(yù)定閾值偏差時，控制器216可固定所述電源的輸出，使所述LC器件221-1或221-2保持在特定狀態(tài)，以提供特定的空間變化相位輪廓，從而校正所述圖像光的實際光路。

在一個實施例中，可以不實時地執(zhí)行圖像光的實際光路的調(diào)整或校正。例如，該調(diào)整可在系統(tǒng)200未被用戶使用時執(zhí)行。當(dāng)控制器216根據(jù)來自傳感器223-1和/或223-2的信號確定不對準(zhǔn)發(fā)生變化時，控制器216可以控制電源的輸出，以調(diào)整LC器件221-1和/或221-2提供的空間變化相位輪廓，從而為輸入燈提供不同的轉(zhuǎn)向角度。

在一個實施例中，實際光路的調(diào)整可以實時地進(jìn)行。例如，控制器216可以通過傳感器223-1和/或223-2實時監(jiān)測不對準(zhǔn)的狀態(tài)。控制器216可以實時調(diào)整LC器件221-1和/或221-2的空間變化相位配置，以便在不對準(zhǔn)實時變化時自適應(yīng)或動態(tài)地校正輸入光的傳播方向，并因此校正光路。

相關(guān)專利：Meta Patent | Lens assembly including path correction device

https://patent.nweon.com/29836

名為“Lens assembly including path correction device”的Meta專利申請最初在2022年2月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/112080