Meta AR/VR专利介绍了具有可控曲率的Pancake透镜

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（XR导航网 2024年03月06日）可以帮助小型化设备的Pancake正成为XR头显的主流。在名为“Pancake lens with controlled curvature”的专利申请中，Meta介绍了一种具有可控曲率的Pancake透镜。

图1示出的设备100包括显示器105、包括部分反射器120的第一透镜115、包括部分反射器120的四分之一波片125和包括反射偏振器135和可选衬底140。如果反射偏振器135包括胆甾反射偏振器，则可以省略四分之一波片125。

图2显示的设备包括显示器和含有变焦透镜组件的光学配置。设备200包括显示器205、第一透镜组件215和第二透镜组件230。第一透镜组件215具有由第一透镜的一个表面支撑的部分反射器220和支撑在第一透镜的相对表面上的四分之一波片225。

第二透镜组件230包括在第二透镜组件的一个表面上的反射偏振器232和在第二透镜组件的相对表面上的致动器235。第一和第二透镜组件可分别包括透镜，例如折射透镜。所述致动器235可以是多层致动器。显示器205发出显示光，通过可形成发散射线束240和245的示例射线束210来说明。所述图像到用户眼睛的距离可称为调节距离，所述调节距离可通过使用一个或多个电信号控制致动器来调节。

在一个示例中，第二透镜组件230中的可调透镜可具有在约平至约150mm范围内的曲率半径，例如约平至约50mm。

图3显示了通过设备300的横截面的光传播。实施例设备300包括显示器305、第一透镜组件315和第二透镜组件330。第一透镜组件315可以包括由第一透镜的一个表面支撑的部分反射器320和由相对表面支撑的四分之一波片325。

第二透镜组件330可包括透镜，所述透镜支持在一个表面上的反射偏光镜332和在另一个表面上的致动器335。所述显示器305可配置为发射光，诸如可形成准直射线束340和345的光束310。射线束340和345的准直可以产生显示在离用户较远距离处的图像。

在一个示例中，第二透镜组件330可包括透镜，例如可调透镜，其曲率半径在约平至约−150mm的范围内，例如约平至约−50mm。在一个示例中，第二透镜组件的透光率可以使用致动器335进行调节。

图4是具有可调透光率的至少一个透镜的示例光学配置。设备400可包括显示器405和光学配置，包括第一透镜组件470和第二透镜组件475。第一透镜组件470可包括致动器410、反射器415和可选的四分之一波片420。

第二透镜组件475可包括反射偏光镜425和第二透镜430，第二透镜430包括支撑在第二透镜表面上的致动器。

在一个示例中，示例性设备可包括显示器和至少一个透镜组件。示例性透镜组件通常可以是平面的，并且可以在一个或两个透镜组件中包括例如流体透镜、衍射元件或菲涅耳透镜或两者。

第一和第二透镜组件中的至少一个可以具有可调节的光学参数，例如透光率和/或圆柱度。例如，第一透镜和第二透镜组件中的至少一个可以包括具有可控曲率的表面，例如流体透镜的膜、可控电光固体透镜的曲面或包括弹性材料的致动器控制透镜。

在一个实施例中，部分反射层可包括三层中的一层或多层，例如吸收线性偏振片、四分之一波片和部分反射层。可将部分反射器层配置为反射约50%的光并传输约50%的光，例如，用于至少一种波长的可见光。

图5示出的设备5000至少一个具有可调透光率的透镜和吸收式光学偏振器的示例光学配置。设备500可包括显示器505、第一透镜组件570和第二透镜组件575。第一透镜组件570可包括致动器510、反射器515和可进一步支持可选四分之一波片的第一透镜520。第二透镜组件575可包括反射偏光镜525、第二透镜与吸收偏光镜535的组合以及第二致动器530。

可以修改图5的光学结构以减少来自例如设备外部的物体的反射。在本例中，透镜575支持吸收偏振片535，其中吸收偏振片535的阻挡偏振可以与反射偏振片525的阻挡偏振平行，以减少反射效应。

图6示出的另一个示例性装置600包括具有至少一个具有可调透光率的透镜和至少一个致动器的光学结构。设备600包括显示器605、第一透镜组件670和第二透镜组件675。第一透镜组件670可包括致动器610、反射器615、可选四分之一波片620、部分反射器625和第一透镜630。

第二透镜组件675可包括位于第二透镜640的表面上的反射偏光镜635和位于第二透镜640的相对表面上的第二致动器645。第二透镜组件还可以包括吸收偏光片。例如，第二透镜640可以支持可选的吸收偏光片层，它可以吸收被反射偏光片635阻挡的任何光偏振。

第二致动器645可以是单致动器或双致动器，并且在特定示例中可以省略。在本例和其它示例中，透镜组件内光学元件的顺序可以颠倒和/或重新排列。可以将显示器605配置为发射非偏振光。

光线650，如非偏振光，可通过第一透镜组件670。致动器610可以包括透明多层结构，包括多个电活性层和透明电极的排列，其配置为将电信号施加到所述电活性层。在一个示例中，控制器可用于向多层致动器的至少一层提供可调电信号。致动器610可以是单形或双形致动器。

光线650可通过反射器615并通过四分之一波片620形成圆偏振光。例如，反射器615可以包括线性偏振器。光线650穿过第一透镜组件，包括部分反射器625和第一透镜630，以提供光线655。所述第一透镜可支持光学缓速器，如所述四分之一波片620。然后，光线655可由第二透镜组件675反射以形成光线660，接下来，当用户佩戴设备时，可作为光线665通过第二透镜组件反射回例如朝向用户的眼睛。

第一透镜组件和第二透镜组件的指定可以是任意的。在一个示例中，可以将设备配置成使显示光通过第一透镜组件，被第二透镜组件的第二反射器反射，被第一透镜组件的第一反射器反射，然后通过第二透镜组件到达用户的眼睛。

致动器可用于调整所述相应透镜组件内的可调透镜。在一个示例中，至少一个致动器可以与示例透镜组件中的一个或多个光学元件组合，例如可调透镜或其他光学元件。包括致动器的透镜组件可称为第一透镜组件，第二透镜组件可包括致动器和可调透镜，或不包括致动器。

在一个示例中，致动器可以改变通过致动器传输的光的偏振状态，并且这可以包括在光学结构的光学设计中。

图7示出了一个示例致动器700，其致动器配置不会实质性地改变通过致动器700的光的偏振度，即便对于具有高双折射层的致动器也是如此。致动器700可包括双折射致动器层的时钟堆栈。

致动器700显示具有九个致动器层。例如，示例致动器可以包括1-50层，例如1-20层，或其他数量的层。第一致动器层至第九致动器层分别表示为致动器层715、720、725、730、735、740、745、750和755，其中每一致动器层具有高的面内折射率nx、低的面内折射率ny以及与面内折射率nz正交的折射率。正交分量nz的值可以小于ny，也可以大于nx，或者介于nx和ny之间。

在这种情况下，层的时钟堆栈可以包括包括双折射层的多层结构，每一层具有与至少一个相邻层的光轴方向具有角阶跃差的各自层的平面内的光轴方向。

在一个示例中，层光轴方向可以沿垂直于层的方向以阶梯式方式旋转。层光轴方向可以描述通过多层结构前进的圆。

在一个示例中，由光轴方向的旋转所提供的近似螺旋体结构可以提供波导效应。层可以包括取向压电材料。示例层可包括单轴定向PVDF。示例致动器可以提供对球面、圆柱和光轴参数的控制。

在一个示例中，多层致动器可以包括与电极层交错的多个电活性层。多层致动器可包括与非电活性层交织的多个电活性层，非电活性层可在其一侧或两侧支撑电极层。

图8显示的致动器800可以包括两个单轴致动器层850和855，其中每层的nx向量彼此近似正交，如箭头830和箭头860所示。

致动器800可以配置为减少或基本上消除对通过致动器传输的光的偏振的双折射效应。在一个示例中，多个致动器层包括具有正交光轴的两个双折射层，其中每一层的光轴可位于各自层的平面内。

在一个示例中，致动器800可以具有多层结构，其中单个致动器层可以提供单独可控的单轴力。双折射层可以是光学单轴层。多个致动器层可以包括多个单轴层，其中每个单轴层具有光轴，并且在每个单轴层的平面内光轴的方向可以与相邻的单轴层的方向相差至少10度。

在这种情况下，相邻的电活性层可以由非电活性层分开，但在其他方面相邻。在正常操作期间，非电活性层可能无法响应提供给致动器的电信号，以任何可察觉的程度改变透镜组件的透光率。

在一个示例中，电场施加在一个或多个致动器层上，可以诱导致动器层的电致伸缩，例如在平行于或正交于电场的方向上。在一个示例中，可使用一个或多个致动器层内的电伸缩来调整膜的曲率，从而例如调整可调流体透镜的透光率。

在一个示例中，可使用一个或多个致动器层内的电伸缩来调整可调流体透镜的透光率和/或圆柱度。在一个示例中，电伸缩效应的对称排列可用于调节透光率。在一个示例中，致伸缩效应的不对称排列可用于获得非球面光学参数调整，如圆柱度调整。

名为“Pancake lens with controlled curvature”的Meta专利申请最初在2022年8月提交，并在日前由美国专利商标局公布。