CN115136061A - 快速电活性透镜切换***和方法 - Google Patents

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Abstract

常规的液晶透镜接通和断开得非常缓慢，以至于人们可以感知到透镜从高光学功率逐渐转变到低光学功率。这使常规液晶透镜不适合在增强、混合或虚拟现实***中快速聚焦虚拟图像。相反，一种本发明的快速切换电活性透镜***可以切换得非常快速(例如，在35毫秒或更短的时间内)，以至于人们感知到所述***的光学功率瞬时改变。所述***通过使用电活性波板与较慢的液晶透镜串联来实现这种快速切换。波板可以在发射竖直或水平偏振光之间快速切换。每个透镜聚焦竖直或水平偏振光并透射正交偏振光。通过在偏振状态之间切换，所述波板有效地打开一个透镜并关闭另一透镜的速度比任一透镜自身可切换的速度快得多。

Description

快速电活性透镜切换***和方法
相关申请交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求第62/954,743号美国申请的优先权权益，所述美国申请在2019年12月30日提交且以全文引用的方式并入本文中。
背景技术
电活性透镜可用于将人眼的焦点调节到增强或虚拟现实显示器中呈现的数字图像上，所述数字图像位于距离眼睛固定的虚拟位置，但模拟距离不同。典型的电活性透镜的质量和体积较低，且消耗的能量很少，但不会快速切换光学功率。典型的三十至四十毫米宽电活性透镜需要几百毫秒才能从一个光学功率切换到另一光学功率。此延迟可由用户辨别且降低视觉体验的质量。
发明内容
一种本发明的电活性透镜***可以(表现为)在几十毫秒或更快而非数百毫秒内从一个光学功率切换到另一光学功率。这利用被配置成对处于正交偏振状态(例如，水平和竖直偏振状态)的光进行操作的一对电活性透镜元件(也称为电活性透镜)以及可在几十毫秒内在那些正交偏振状态之间切换光的动态偏振切换器来实现。例如，第一电活性透镜元件可以被配置成聚焦水平偏振光，但不聚焦竖直偏振光，并且第二电活性透镜元件可以被配置成聚焦竖直偏振光，但不聚焦水平偏振光。即使电活性透镜元件缓慢地打开和关闭，例如在数百毫秒内打开和关闭，偏振调节器也可以在几十毫秒内在水平和竖直偏振状态之间切换光。如果第一电活性透镜元件和第二电活性透镜元件具有不同的光学功率，则偏振调节器可以通过在水平和竖直偏振状态之间快速切换光而在几十毫秒内有效地改变透镜的光学功率。
尽管光学功率应在几十毫秒或更短的时间内切换，但切换事件之间的时间很少是短暂的。在实践中，切换事件之间的时间可以是数秒或更久。切换电活性透镜所需要的时间与切换事件之间的时间的差可以被利用以增加具有快速偏振调节器(也称为偏振定向变换器或可变延迟器)和一个或多个较慢焦点改变装置(电活性或液晶透镜元件)的装置的切换速度。通过将快速偏振改变组件与一个或多个较慢焦点改变组件(例如，第一电活性透镜元件和第二电活性透镜元件)组合，偏振改变组件允许一次仅一个焦点改变组件的光学功率“光学存在(optically present)”于光学***中。虽然一个焦点改变装置是光学存在的，但另一焦点改变组件不是光学存在的，且反之亦然。由于偏振改变组件可以将入射光从一个偏振定向快速切换到另一偏振定向，因此所述***可以从一个焦点改变组件快速切换到另一焦点改变组件，而没有移动部件。在仅具有单焦点改变元件的快速改变电活性透镜***中，所述***可以从“透镜打开”状态快速切换到“透镜关闭”状态。在单个电活性透镜***中可以使用的焦点改变元件的数目没有限制。
一种本发明的电活性透镜***可以包含偏振变换器、与偏振变换器光学通信的第一电活性透镜，以及与偏振切换器和第一电活性透镜光学通信的第二电活性透镜。偏振变换器可在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，偏振变换器在第一偏振状态与第二偏振状态(例如，正交线性偏振状态)之间切换光的偏振，在所述第二状态下，偏振变换器透射处于第一偏振状态的光。第一电活性透镜可在第一聚焦状态与第一透射状态之间切换，在所述第一聚焦状态下，第一电活性透镜聚焦处于第一偏振状态的光并透射处于第二偏振状态的光，在所述第一透射状态下，第一电活性透镜透射处于第一偏振状态和第二偏振状态的光。并且，第二电活性透镜可在第二聚焦状态与第二透射状态之间切换，在所述第二聚焦状态下，第二电活性透镜透射处于第一偏振状态的光并聚焦处于第二偏振状态的光，在所述第二透射状态下，第二电活性透镜透射处于第一偏振状态和第二偏振状态的光。
偏振切换器可以包括液晶波板，并且可以在第一状态下具有π/2的延迟且在第二状态下具有0的延迟。偏振切换器可以被配置成在第一状态与第二状态之间切换(i)比第一电活性透镜被配置成在第一聚焦状态与第一非聚焦状态之间切换更快，并且(ii)比第二电活性透镜被配置成在第二聚焦状态与第二非聚焦状态之间切换更快。举例来说，偏振切换器可以在100毫秒、50毫秒、35毫秒、30毫秒、25毫秒、20毫秒、15毫秒、10毫秒、5毫秒内或更快在第一状态与第二状态之间切换。类似地，第一电活性透镜和第二电活性透镜可以各自被配置成在多于100毫秒内在它们相应的聚焦状态与非聚焦状态之间切换。
偏振切换器和电活性透镜可以集成在一起，例如，在组件之间没有气隙。举例来说，偏振切换器和第一电活性透镜可以共享第一共同衬底。同样，第一电活性透镜和第二电活性透镜可以共享第二共同衬底。
此电活性透镜***可以通过以下操作来使用或操作：将偏振切换器设置成第一状态或第二状态；将第一电活性透镜设置成第一聚焦状态或第一非聚焦状态；将第二电活性透镜设置成第二聚焦状态或第二非聚焦状态；以及将光发送穿过偏振切换器、第一电活性透镜和第二电活性透镜。如果偏振切换器处于第一状态，第一电活性透镜处于第一聚焦状态，并且第二电活性透镜处于第二非聚焦状态，则第二电活性透镜可以从第二非聚焦状态切换到第二聚焦状态，同时所述***使处于第一偏振状态的光透射穿过偏振切换器，用第一电活性透镜聚焦所述光，并且使所述光透射穿过第二电活性透镜，而不由第二电活性透镜聚焦所述光。在第二电活性透镜从第二非聚焦状态切换到第二聚焦状态之后，可以将偏振切换器从第一状态切换到第二状态，由此使第二电活性透镜聚焦所述光，且使第一电活性透镜透射所述光而不聚焦所述光。可以响应于虚拟图像的位置的所需改变而将第二电活性透镜从第二非聚焦状态切换到第二聚焦状态且将偏振切换器从第一状态切换到第二状态。将第二电活性透镜从第二非聚焦状态切换到第二聚焦状态可能需要至少100毫秒，并且将偏振切换器从第一状态切换到第二状态可能需要不到100毫秒。
另一种电活性透镜***包含与第一液晶透镜和第二液晶透镜光学串联的液晶波板。液晶波板可在35毫秒内在0波延迟与半波延迟之间切换。第一液晶透镜可在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述第一液晶透镜将处于第一线性偏振状态的光聚焦到第一焦平面，在所述第二状态下，所述第一液晶透镜将处于第一线性偏振状态的光聚焦到第二焦平面。第二液晶透镜可在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述第二液晶透镜将处于正交于第一线性偏振状态的第二线性偏振状态的光聚焦到第三焦平面，在所述第二状态下，所述第二液晶透镜将处于第二线性偏振状态的光聚焦到第四焦平面。
液晶波板和第一液晶透镜可以共享第一共同衬底，并且第一液晶透镜和第二液晶透镜可以共享第二共同衬底。第一液晶透镜和第二液晶透镜可以分别透射处于第二线性偏振状态和第一线性偏振状态的光。第一液晶透镜可以花费多于35毫秒(例如，100毫秒或更多)来在第一状态与第二状态之前切换。
此电活性透镜***还可包含显示器，所述显示器与液晶波板光学通信且被配置成发射处于第一线性偏振状态的光。并且，所述电活性透镜***可包含处理器，所述处理器可操作地耦合到液晶波板、第一液晶透镜、第二液晶透镜和显示器，且被配置成控制液晶波板、第一液晶透镜、第二液晶透镜和显示器的延迟。
前述概念和下文更详细论述的附加概念的所有组合(前提是这些概念不相互矛盾)被设想为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开的结尾处的要求保护的主题的所有组合被认为是本文所公开的发明主题的一部分。也可能在以引用的方式并入的任何公开内容中出现的本文中明确采用的术语应当被赋予最符合本文所公开的特定概念的含义。
附图说明
本领域的技术人员将理解附图主要是用于说明性目的且并非意图对本文所述的发明性标的物的范围进行限制。附图未必按比例绘制；在一些情况下，本文公开的发明主题的各个方面可在附图中夸大或放大地示出以助于理解不同特征。在附图中，类似的参考标号通常指类似的特征(例如，功能上类似和/或结构上类似的元件)。
图1A-1C示出线性偏振光的标记。
图2A-2C示出液晶对准(摩擦)方向的标记。
图3A示出示例快速切换电活性透镜***的分解视图，所述示例快速切换电活性透镜***具有快速偏振变换器，随后为一对较慢电活性透镜。
图3B示出集成快速切换电活性透镜***。
图4A示出处于关闭状态的快速偏振定向调节器(可变延迟器)的横截面轮廓图。
图4B示出处于打开状态的图4A的快速偏振定向调节器(可变延迟器)的横截面轮廓图。
图5示出快速切换透镜***，所述快速切换透镜***具有快速偏振变换器，随后为一对较慢电活性透镜，两者都关闭(不聚焦光)。
图6示出图5的快速切换透镜***，其中快速偏振变换器关闭(改变偏振状态)并且第一电活性透镜打开(聚焦光)。
图7示出图5的快速切换透镜***，其中快速偏振变换器打开(不改变偏振状态)并且第二电活性透镜打开(聚焦光)。
图8示出在增强或虚拟现实***中致动快速切换透镜***的过程，所述快速切换透镜***具有快速偏振变换器，随后为一对较慢电活性透镜。
具体实施方式
快速切换电活性透镜***可以在小于35毫秒(例如，30、25、20、15、10、5或更少毫秒)的周期内改变来自例如增强现实头戴装置中的显示器等对象的线性偏振光的焦点。这利用快速切换波板和慢速切换液晶透镜的组合来实现。每个透镜具有彼此正交且与透镜的光学轴线正交的两个特征轴。每个透镜聚焦沿着一个特征轴(聚焦特征轴)偏振的光，且透射沿着另一特征轴(透射特征轴)偏振的光。沿着透镜的聚焦特征轴的聚焦量，即光学功率，尤其取决于液晶厚度和施加电压，并且可以连续地(例如，在a-5和+5屈光度之间)调谐，或在两个或更多离散状态之间(例如，在0与5屈光度之间以0.5或1.0屈光度增量)切换。每个透镜在关闭时(当不施加电压时)可以不提供(提供零)光学功率，或在关闭时可以提供非零光学功率。光学功率的其它范围和值也是可能的。
透镜被对准以使得其光学轴线重合，但其特征轴相对于彼此旋转90°--第一透镜的聚焦特征轴与第二透镜的透射特征轴平行，并且第一透镜的透射特征轴与第二透镜的聚焦特征轴平行。透镜光学轴线与波板的光学轴线对准重合，并且波板的特征轴与透镜的特征轴对准。换句话说，当沿着波板和透镜的表面法线(快速切换电活性透镜***的光学轴线)查看时，波板和透镜具有重合的表面法线和对准的特征轴。
因为透镜与90°旋转的聚焦和透射特征轴对准，所以当***被沿着***特征轴中的一者线性偏振的光照射时，一个透镜聚焦光，并且其它透镜透射光。将入射光的偏振状态变换到正交线性偏振状态(例如，从水平变换到竖直或从+45°变换到-45°)切换透镜的操作。波板改变状态比透镜快得多，使得从一个光学功率到另一光学功率的用户可观察转变比单个透镜提供所有光学调节快得多。并且如果转变不频繁地发生(例如，以大于透镜切换时间的间隔)，则一个透镜可以在光学功率水平之间切换，而另一透镜聚焦光，使得其准备好进行下一转变。
偏振状态和液晶对准方向
图1A、1B和1C示出本公开中用于描述不同的线性偏振定向或状态的符号。图1A中的符号5指示线性偏振的方向，如同其“进入和离开图形的平面”。图1B中的符号10指示线性偏振的方向正交于符号5指示的方向。在此情况下，线性偏振的方向为“在图形的平面上向左和向右”。图1C中的符号15指示线性偏振的方向还正交于符号5指示的方向。符号15指示的线性偏振的方向为“在图形的平面上向上和向下”。
图2A、2B和2C示出本公开中用于描述液晶聚焦变换器(电活性透镜)中使用的对准层的摩擦或对准方向的定向的符号。图2A中的符号20指示摩擦方向的方向，如同其“进入和离开图形的平面”。图2B中的符号25指示摩擦方向的方向正交于符号20指示的方向，并且在此情况下，摩擦方向的方向为“在图形的平面上向左和向右”。图2C中的符号30指示摩擦方向正交于符号20和25指示的方向，其中摩擦方向为“在图形的平面上向上和向下”。每个液晶透镜通常具有两个对准层--一个在液晶材料的任一侧上--其摩擦方向可以彼此平行、反平行或正交。在一些情况下，仅一个对准层可用于降低成本。使用两个对准层增加切换速度和视场宽度两者。
图1A-1C和2A-2C中所示的符号指示相对方向。如果不同图式来自不同视角，则可以使用不同符号在那些图式中指示相同的偏振状态。类似地，如果不同图式来自不同视角，则可以使用相同的符号在那些图式中指示不同的偏振状态。例如，在光学组件的侧视图或轮廓视图中，符号5可以指示水平偏振状态，并且符号10可以指示竖直偏振状态。在相同光学组件的端视图(即，沿着光学轴线的视图)中，符号10可以指示水平偏振状态，并且符号15可以指示竖直偏振状态。
快速电活性透镜切换***
图3A示出快速切换透镜***300的分解视图，所述快速切换透镜***包含与第一电活性透镜50和第二电活性透镜60光学通信的偏振定向变换器(也称为偏振旋转器、偏振调节器或可变延迟器)40。偏振定向变换器40、第一电活性透镜50和第二电活性透镜60彼此光学串联或堆叠在一起。透镜***300可以在所有三个组件40、50和60中利用平面液晶，例如Merck MLC-2140。第一电活性透镜50的对准层定向成正交于第二电活性透镜60的对准层。在此情况下，第一电活性透镜50具有水平定向的液晶摩擦方向25，并且第二电活性透镜60具有竖直定向的液晶摩擦方向30。其它摩擦方向也是可能的(例如，±45°摩擦方向)，通常在需要小于100％的聚焦时使用(换句话说，仅聚焦光的一部分，而穿过的另一部分光不聚焦)。
尽管图3A中所示的装置300为优选实施例，但可以添加额外的偏振切换器以添加功能控制选项。例如，图3A中的装置300可以在透镜50和透镜60的光学功率之间快速切换。如果额外的偏振切换器定位在透镜50与透镜60之间，则致动两个偏振切换器使得有可能改变传播穿过所述***的光的偏振状态，使得两个透镜50、60聚焦光。更具体地，第一偏振切换器40可以将光从第二偏振状态10切换到第一偏振状态15，并且第二偏振切换器(未示出)可以将光从第一偏振状态15切换到第二偏振状态10。替代地，可以致动两个偏振切换器，使得两个透镜50、60都不聚焦光，即使这一个或两个透镜被致动以提供光学功率或在状态之间切换。这可用于提供比单透镜可以提供的光学功率更多的光学功率。
在操作中，来自对象(例如，增强或虚拟现实***中的显示器或空间光调制器)的线性偏振光35在第二偏振状态(例如，如符号10所示的竖直偏振)下进入偏振旋转器40。如果偏振旋转器40处于第一状态(例如，关闭)，如图3A中所示，则其发射处于第一偏振状态(例如，如符号15所示的水平偏振)的光45，所述第一偏振状态可相对于第二偏振状态旋转90°。如果偏振旋转器40处于第二状态(例如，打开)，则其发射偏振状态与输入光35的偏振状态相同(在此实例中水平偏振)的光45。
离开偏振调节器40的光45进入第一电活性透镜50，如果光45处于第一偏振状态(例如，竖直偏振)且第一电活性透镜50处于第一状态(例如，打开)，则所述第一电活性透镜将光45聚焦到第一焦平面。如果光45处于第一偏振状态且第一电活性透镜50处于第二状态(例如，关闭)，则第一电活性透镜50将光聚焦到第二焦平面。并且如果光45处于第二偏振状态(例如，水平偏振)，则其穿过第一电活性透镜50，而不由第一电活性透镜50聚焦。
离开第一电活性透镜50的光55进入第二电活性透镜60，所述第二电活性透镜与第一电活性透镜50一样，可在两个状态(例如，打开和关闭状态)之间切换。然而，与第一电活性透镜50不同，第二电活性透镜60仅作用于处于第二偏振状态(例如，水平偏振)的光。当第二电活性透镜60处于第一状态时，其将处于第二偏振状态的光聚焦到第三焦平面。并且当第二电活性透镜60处于第二偏振状态时，其将处于第二偏振状态的光聚焦到第四焦平面。处于第一偏振状态(例如，竖直偏振)的光55穿过第二电活性透镜60，而不由第二电活性透镜60聚焦。光65离开第二电活性透镜60和***300。
如果第一电活性透镜50和第二电活性透镜60提供不同的光学功率水平，则透镜***300可以通过致动偏振切换器40、第一电活性透镜50和第二电活性透镜60而在一系列不同的光学功率水平焦距之间切换。例如，如果第一电活性透镜50可以在0.0屈光度和1.0屈光度的光学功率水平(相应地，第一/打开和第二/关闭状态)之间切换，并且第二电活性透镜50可以在0.5屈光度和1.5屈光度的光学功率水平(相应地，第一/打开和第二/关闭状态)之间切换，则透镜***300可以通过致动偏振切换器40、第一电活性透镜50和第二电活性透镜60而在0.0、0.5、1.0、和1.5屈光度的光学功率水平之间切换。这些光学功率水平仅仅是实例；其它光学功率水平也是可能的，包含不均匀间隔的光学功率水平，例如被选择为使对象聚焦于***面、近中间平面、中间平面、远中间平面和/或远平面的光学功率水平。
偏振调节器40的快速切换速度使得透镜***300有可能在这些光学功率水平之间快速(例如，在30ms或更短时间内)切换，即使第一电活性透镜50和第二电活性透镜60可以缓慢(例如，在100ms或更多时间内)切换也是如此。举例来说，当第一电活性透镜50打开且偏振调节器40关闭时，第二电活性透镜60可以从一个光学功率转变到另一光学功率而不影响传播穿过透镜***300的光。一旦第二透镜60完成其转变，准备就绪，并且处于所需光学功率，偏振调节器40就切换状态，从而使第二电活性透镜60聚焦光，而第一电活性透镜50不再聚焦光，即使第一电活性透镜50仍打开也是如此。
图3A以分解透视图示出组件，组件之间具有间隙。尽管透镜***可以在具有如图3A中所示的间隙的情况下工作，但透镜***也可以由彼此相邻且结合或集成在一起以消除界面处的反射的组件制造。例如，第一电活性透镜50可以与偏振定向变换器40共享第一衬底，且与第二电活性透镜60共享第二衬底。
图3B示出集成快速切换电活性透镜***350。在此***350中，衬底41和43连同液晶层42一起形成偏振调节器40。衬底43和46连同液晶层44一起形成第一透镜50。并且，衬底46和48连同液晶层47一起形成第二透镜60。衬底43和46由多个组件共享，且因此在每一侧上涂布有单独的对准层和独立致动的电极(未示出)。
快速偏振调节器(可变延迟器)
图4A和4B示出偏振调节器40的横截面的侧视图。图4A示出处于未供电或关闭(第一)状态的调节器40，而图4B示出处于供电或打开(第二)状态的调节器40。
偏振调节器40由第一衬底72和第二衬底80构成，其中平面液晶(例如，Merck MLC-2140向列液晶)包夹并密封在两个衬底72与80之间。在下部衬底72的表面上的是透明导电涂层75，也称为电极(例如，氧化铟锡(ITO))。在此电极75的上方的是透明对准层(例如，由Nissan Sunever 410聚酰亚胺清漆制成的聚酰亚胺)。对准层通常沿着所需对准定向的方向施加、固化，接着用毛毡布摩擦。(图2A-2C示出对准层的可能摩擦方向。)邻近第一电极75的是液晶。在上部衬底80的表面上的是另一导电涂层(电极)85，其可由与制成第一电极75的材料相同的材料制成。
图4A示出电极75与85之间的差异：当偏振调节器40关闭时，第一电极75上的对准层被配置成在符号25指示的方向上定向邻近液晶分子，而第二电极85上的对准层被配置成在符号20指示的方向上定向邻近液晶分子。由于此配置，相应地，液晶分子在定向/方向25上对准于第一电极75，在定向/方向20上对准于第二电极85，在定向25与定向20之间的中间位置的定向/方向上对准于液晶层中间，且液晶越接近第一电极75和第二电极85，液晶分子逐渐扭转得越接近定向25和20。此扭转配置由图4A中的三个符号100指示。液晶分子的此扭转将光105的偏振方向从光进入偏振调节器40时的偏振定向10调节或改变为光离开偏振调节器40时的偏振定向5。
图4B示出偏振调节器40，其中电压供应器110将电场电位施加到第一电极75，而相反的电场电位被施加到第二电极85。施加的电压可以是交流(AC)信号，例如正弦波或方波。当施加功率时，液晶分子从定向100重新定向到定向115，如图4B中所示。在此状态下，光105进入偏振调节器的偏振定向10与光105离开偏振调节器时的偏振定向10相同。换句话说，向电极75和85施加电压将偏振调节器的延迟从π/2改变为0。偏振调节器40不改变光的传播方向。
偏振调节器的其它配置也是可能的。举例来说，对准层可以具有平行或反平行的摩擦方向，而不是如图4A和4B中的交叉或正交的摩擦方向。在平行或反平行的摩擦方向上，偏振调节器在其关闭时(即，当电极未跨越液晶施加电压时)不改变入射光的偏振状态；其标称延迟为0。替代地，偏振调节器在其打开时(即，当电极跨越液晶施加电压时)例如通过改变水平偏振光或竖直偏振光以实现π/2的延迟改变而改变入射光的偏振状态。
偏振调节器的设计参数，包含液晶材料和液晶厚度，可以被选择为增加切换速度。以下公式给出设置成实现快速切换速度和高光学效率的示例设计。示出了若干示例关闭时间(指示2.4μm或5.3μm的优选液晶厚度)，然而，可以通过使用高于需要的切换电压来减少打开时间。优选实施例中使用的液晶是由中国的江苏和成显示科技有限公司(JiangsuHecheng Display Technology Co.Ltd.)制造的HAE614752。也可以使用其它液晶，例如由德国的默克化工技术(Merck Chemicals)制造的MLC2136。
对于置于对准成平行和垂直于相应表面分子引导件的两个偏振器之间的扭转向列液晶单元，透射率为：
Figure BDA0003797583190000101
其中u＝πdΔn/θλ，θ为液晶扭转角，d为单元厚度，Δn为液晶材料的折射率各向异性，并且λ为透射波长。对于平行偏振器之间(即，θ＝π/2)的扭转向列液晶单元，透射率为：
Figure BDA0003797583190000102
其中：x＝dΔn/λ。此表达的透射最小值发生在
Figure BDA0003797583190000103
其中m是正整数。第一最小值发生在x＝0.87，其对应于Δn＝0.2，λ＝550nm且d＝2.4μm。
透射最小值编号(m) 厚度(d；μm) 估计关闭时间(ms)
1 2.4 6
2 5.3 29
3 8.1 66
4 10.9 120
5 13.7 190
提供半波延迟(即，θ＝π/2)的偏振切换器应当具有液晶层，所述液晶层的厚度满足使用上文给出的等式的最小透射率的准则。对于其中Δn＝0.2，λ＝550nm，黏度为100mPa并且K＝10pN的液晶层，在6ms或29ms的切换时间内，液晶层厚度应分别为2.4μm或5.3μm。这些切换时间短到足以使偏振切换器改变状态(例如，打开或关闭)，而没有人可感知的滞后。
快速切换电活性透镜***的操作
图5-7示出具有彼此光学串联的偏振调节器120、第一电活性(液晶)透镜125和第二电活性(液晶)透镜130的快速切换电活性透镜***500的操作。第一电活性透镜125具有在定向30上摩擦的对准层，并且第二电活性透镜130具有在正交定向20上摩擦的对准层。尽管图5-7示出组件之间的间隙，但组件可以彼此接触且结合在一起或以其它方式集成以形成单个单元，就像图3B中的***350的一样。快速切换电活性透镜***500聚焦和/或透射例如增强现实***中的透明有机发光二极管(OLED)显示器的显示器520发射的偏振光。快速切换电活性透镜***500和显示器520可操作地耦合到处理器510，所述处理器可以响应于显示器520上示出的内容(视频图像)而控制偏振调节器120、第一电活性透镜125和第二电活性透镜130。
在图5中，偏振调节器120处于关闭状态，电活性透镜125和130也是如此。光在偏振定向5上进入偏振调节器120且在定向15上离开(即，其从一个线性偏振状态改变为正交线性偏振状态)。在此实例中，如果偏振调节器120和透镜125处于断电状态且透镜130切换到通电状态，则不发生光学聚焦，因为透镜130的摩擦方向的定向正交于光进入透镜130的偏振状态。换句话说，如果第一电活性透镜125在关闭状态下不具有光学功率，且第二电活性透镜130不作用于处于偏振定向15的光，则***500不聚焦入射光。
图6示出仍处于断电状态的偏振调节器120以及处于通电状态的第一电活性透镜125和第二电活性透镜130。在此配置中，第一电活性透镜125由于致动其液晶材料从而改变其折射率分布的电压而具有光学功率。因为光进入第一电活性透镜125的偏振匹配第一电活性透镜的摩擦方向30的定向，所以第一电活性透镜125聚焦入射光。然而，第二电活性透镜130不聚焦光，无论其设置如何，因为其摩擦方向20正交于光的偏振定向15。
图7示出处于通电状态(即，电压施加到其液晶层)的偏振调节器120、第一电活性透镜125和第二电活性透镜130。在此条件下，偏振调节器120不变换入射光的偏振状态；替代地，偏振调节器120透射处于偏振定向5的入射光。这意味着从偏振调节器120发出的光不再在第一电活性透镜125的摩擦方向30的相同定向上偏振，但现在在第二电活性透镜130的摩擦方向20的相同定向上偏振。因此，第二电活性透镜130聚焦入射光，但第一电活性透镜125不聚焦入射光。如果第二电活性透镜130在打开状态下比第一电活性透镜125具有更高的光学功率(更短焦距)，如图7所示，则偏振状态的此变化改变透镜***500的光学功率(焦距)，即使第一电活性透镜125和第二电活性透镜130的状态没有改变也是如此。
用快速切换电活性透镜***查看视频
图8示出一种过程，通过所述过程，可以使用类似于图3和5-7中的***的快速切换电活性透镜***来调节经由增强、混合或虚拟现实***呈现的视频或其它动态环境中出现的虚拟图像的焦点。在以下实例中，电活性透镜***包含可以在35毫秒内在状态A(例如，π/2延迟)与B(例如，0延迟)之间切换的偏振改变组件(或偏振变换器)，以及可以各自在约350毫秒内切换状态的两个焦点改变组件(电活性透镜或焦点变换器、透镜A和B)。电活性透镜***用于示出持续八秒的视频剪辑的增强/虚拟现实***。显示视频剪辑涉及每两秒改变一次焦点，其中焦点改变发生在35毫秒内，这对查看者显而易见。
此示例视频剪辑从远距离的数字图像开始。在两秒标记处，数字图像的模拟距离从远距离改变为远中间，如图8中的底部迹线所示。在四秒标记处，模拟距离从远中间改变为近。在六秒标记处，模拟距离从近改变为中间。在八秒标记处，模拟距离从中间改变回远距离。
出于此实例的目的，远、远中间、中间和近的模拟距离分别为6米、2米、1米和0.5米。为了查看这些距离处的图像，电活性透镜***分别提供了零屈光度、半屈光度、一个屈光度和两个屈光度的光学功率的以相同次序的净可感知光学功率。在此实例中，透镜A和B各自可在这些光学功率的至少一个子集之间切换，其中透镜A可在零屈光度状态与双屈光度状态之间切换，透镜B可在零屈光度状态、半屈光度状态与单屈光度状态之间切换。
在此实例中，当偏振变换器处于状态A时，透镜A是光学存在的而透镜B不是光学存在的。当偏振变换器处于状态B时，透镜A不是光学存在的而透镜B是存在的。也就是说，透镜A聚焦当偏振变换器处于状态A时而不是偏振变换器处于状态B时透射的光，并且透镜B聚焦当偏振变换器处于状态B时而不是偏振变换器处于状态A时透射的光。因为透镜未被致动或因为入射光为不由透镜聚焦的偏振状态，所以不聚焦光的透镜提供零屈光度的光学功率。
在视频开始时，偏振变换器处于状态A，透镜A因为其关闭而处于零屈光度，并且透镜B因为其关闭且因为偏振变换器处于状态A而也处于零屈光度。电活性透镜***的净可感知光学功率为零屈光度。
在视频剪辑开始之后不久，例如，在一秒标记处，耦合到电活性透镜或集成在电活性透镜中的处理器指示透镜B将光学功率从零屈光度切换到二分之一屈光度。虽然透镜B改变焦点，但查看者无法看到在透镜B中发生的任何光学效应，因为偏振变换器已使透镜B不为光学存在的(偏振变换器仍处于状态A)。透镜B有整秒的时间来完成其到新光学功率的改变，这远多于所需的时间。在视频剪辑中的两秒标记处，偏振变换器将状态从状态A切换到状态B，从而使透镜B为光学存在的，从而使***的净可感知光学功率在35毫秒内从零屈光度改变为二分之一屈光度。
在两秒标记过去之后不久，例如，在三秒标记处，处理器指示透镜A将光学功率从零切换到两个屈光度。虽然透镜A改变焦点，但查看者无法看到透镜A中发生的任何光学效应，因为偏振变换器已使透镜A不为光学存在的(偏振变换器仍处于状态B，因此电活性透镜***的净可感知光学功率保持在二分之一屈光度)。透镜A有整秒的时间来完成其到新光学功率的改变，这远多于所需的时间。在视频剪辑中的四秒标记处，偏振变换器再次切换状态，从而使透镜A为光学存在的而透镜B不是光学存在的，使得所述***的净可感知光学功率在35毫秒内从二分之一屈光度改变为两个屈光度。
在四秒标记过去之后不久，例如，在五秒标记处，处理器指示透镜B将光学功率从二分之一屈光度切换到一个屈光度。当处于变化的转变状态时，用户无法看到发生的任何光学效应，因为偏振变换器已使透镜B不为光学存在的。透镜B有整秒的时间来完成其到新光学功率的改变，这远多于所需的时间。在视频剪辑中的六秒点处，偏振变换器切换状态，使得所述***的净可感知光学功率在35毫秒内从两个屈光度改变为一个屈光度。
在六秒标记过去之后不久，例如，在七秒点处，指示透镜A将光学功率从一个屈光度切换为零屈光度。虽然透镜A改变焦点，但查看者无法看到在透镜A中发生的任何光学效应，因为偏振变换器已使透镜A不为光学存在的(偏振变换器仍处于状态B)。透镜A有整秒的时间来完成其到新光学功率的改变，这远多于所需的时间。在视频剪辑中的八秒标记处，偏振变换器再次切换状态，从而使透镜A为光学存在的而透镜B为光学缺失的(不存在的)，使得所述***的净可感知光学功率在35毫秒内从两个屈光度改变为零屈光度。
该序列可以按需要进行修改和重复，这依赖于来自控制器或处理器的呈现数字图像的信号并由所述信号协调。
尽管透镜可能需要数百毫秒来改变焦点，但查看者观察到在35毫秒内发生的每次焦点改变。
视频输出可以预先准备，并且可以被编程/控制以与电活性透镜组件协调，从而减少查看者对焦点切换时间的感知。然而，在一些情况下，视频图像可能不是预准备的，并且无法用于以此预编程方式控制切换。替代地，电活性透镜在由查看者利用开关或其它命令装置控制的按需切换模式下操作。在这些情况下，可以采用类似的策略，其中偏振变换器将状态从一种状态改变为另一状态可被延迟，直到焦点改变时间周期已完成为止，使得用户看到切换命令与执行之间的35毫秒光学切换周期和350毫秒滞后，这比使用户经历350毫秒焦点改变持续时间更合乎需要。
在另一实施例中，单个电活性透镜可以与偏振旋转器一起使用。使用两个可调透镜允许从一个光学功率到另一光学功率的快速切换配置的几乎无限组合，例如从一个屈光度到两个屈光度到二分之一屈光度到一个屈光度并到二分之一屈光度等，而使用单个透镜允许零光学功率与另一光学功率之间的快速切换，然后回到零屈光度，然后到另一光学功率，然后为零屈光度等。
尽管当随机偏振光进入***--例如来自非偏振OLED显示器的非偏振发射时所述***起作用，但该***在偏振光下的工作效果最好。非偏振或随机偏振光可以用位于所述***的光进入点处的偏振器滤光器进行偏振，或通过使用发射偏振光的例如LED显示器或偏振OLED显示器的显示技术进行偏振。
结语
尽管已经在本文中描述和示出了各种发明实施例，但本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文所述的一个或多个优点的多种其它装置和/或结构，并且此类变化和/或修改中的每个都被认为在本文所述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置均是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明示教用于的一个或多个特定应用。本领域的技术人员顶多使用常规实验即可认识到或能够确定本文所描述的特定发明性实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例是仅作为示例给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以不同于具体描述和要求保护的方式来实践本发明的实施例。本公开的发明实施例涉及本文所述的每个单独的特征、***、物品、材料、套件和/或方法。另外，两个或更多个此类特征、***、物品、材料、套件和/或方法(如果此类特征、***、物品、材料、套件和/或方法并非互不一致)的任何组合包含在本公开的发明性范围内。
上述实施例可以以多种方式中的任何一种来实施。例如，设计和制定本文中所公开的技术的实施例可以使用硬件、软件或其组合来实施。当以软件实施时，可以在任何合适的处理器或处理器集合(无论是在单台计算机中设置还是分布在多台计算机中)上执行软件代码。
而且，各种发明概念可以体现为一种或多种方法，已经提供了其示例。作为方法的一部分执行的动作可以用任何合适的方式排序。因此，可以构造按不同于所说明的次序执行动作的实施例，其可以包含同时执行一些动作，即使在说明性实施例中展示为依序的动作也是如此。
应理解，如本文中定义和使用的所有定义都优先于字典定义、以引用的方式并入的文档中的定义和/或定义的术语的普通含义。
如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”除非明确相反指示，否则应理解为意味着“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求书中所用，短语“和/或”应理解为意指如此结合的要素中的“任一个或两个”，即，要素在一些情况下结合存在并且在其它情况下分开存在。用“和/或”列出的多个要素应以相同方式解释，即，要素中的“一个或多个”如此结合。除了由“和/或”子句具体指出的元件之外，还可以任选地存在其它元件，无论与具体指出的那些元件相关还是无关。因此，作为非限制性实例，当结合开放式语言(例如“包括”)使用时，提及“A和/或B”在一个实施例中可以仅指A(任选地包含除B之外的元素)；在另一个实施例中仅指B(任选地包含除A之外的元素)；在又一个实施例中，兼指A和B(任选地包含其它元素)；等等。
如本文在本说明书和权利要求书中所用，“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。举例来说，当在列表中分隔多个项目时，“或”或“和/或”将解释为包含性的，即，包含至少一个，但也包含数个要素或要素列表中的一个以上要素和任选地额外未列出的项目。只有明确相反指示的术语，如“仅仅……中的一个”或“恰好……中的一个”或当在权利要求书中使用时“由……组成”将指的是包括多个元件或元件列表中的恰好一个元件。一般地，本文所使用的术语“或”仅应解释为在排他性术语例如“任一个”、“一个”、“仅一个”或“恰好一个”之前指示排他的替代方式(即“一者或另一者，但并非两者”)。“基本上由……组成”当在权利要求书中使用时，应具有如其在专利法领域中所用的普通含义。
如本文在说明书和权利要求书中所使用的，在提及一个或多个元件的列表时，短语“至少一个”应理解为指选自所述元件列表中的任何一个或多个元件的至少一个元件，但不一定包含元件列表中具体列出的每个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。此定义还允许除了元素列表内具体识别的短语“至少一个”所指的元素之外的元素可任选地存在，无论其是否与具体识别的那些元素相关。因此，作为非限制性实例，在一个实施例中，“A和B中的至少一个”(或，等同地，“A或B中的至少一个”，或等同地，“A和/或B中的至少一个”)可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，而不存在B(并且任选地包含除了B之外的元件)；在另一实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个B，而不存在A(并且任选地包含除了A之外的元件)；在又一实施例中，可以指代至少一个，任选地包含多于一个A，和至少一个、任选地包含多于一个B(并且任选地包含其它元件)；等。
在权利要求书中以及在上述说明书中，例如“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“由……组成”等所有连接词应理解为是开放的，即，意指包含但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述，只有过渡短语“由…组成”和“基本上由…组成”才应分别是封闭的或半封闭的过渡短语。

Claims (20)

1.一种电活性透镜***，其包括：
偏振变换器，其能在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述偏振变换器在第一偏振状态与第二偏振状态之间切换光的偏振，在所述第二状态下，所述偏振变换器透射处于所述第一偏振状态的光；
第一电活性透镜，其与偏振切换器光学通信且能在第一聚焦状态与第一透射状态之间切换，在所述第一聚焦状态下，所述第一电活性透镜聚焦处于所述第一偏振状态的光并透射处于所述第二偏振状态的光，在所述第一透射状态下，所述第一电活性透镜透射处于所述第一偏振状态和所述第二偏振状态的光；以及
第二电活性透镜，其与所述偏振切换器和所述第一电活性透镜光学通信且能在第二聚焦状态与第二透射状态之间切换，在所述第二聚焦状态下，所述第二电活性透镜透射处于所述第一偏振状态的光并聚焦处于所述第二偏振状态的光，在所述第二透射状态下，所述第二电活性透镜透射处于所述第一偏振状态和所述第二偏振状态的光。
2.根据权利要求1所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器包括液晶波板。
3.根据权利要求1所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器在所述第一状态下具有π/2的延迟，且在所述第二状态下具有0的延迟。
4.根据权利要求1所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器被配置成在所述第一状态与所述第二状态之间切换(i)比所述第一电活性透镜被配置成在所述第一聚焦状态与第一非聚焦状态之间切换更快，并且(ii)比所述第二电活性透镜被配置成在所述第二聚焦状态与第二非聚焦状态之间切换更快。
5.根据权利要求4所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器被配置成在100毫秒内在所述第一状态与所述第二状态之间切换。
6.根据权利要求5所述的电活性透镜***，其中所述第一电活性透镜被配置成在多于100毫秒内在所述第一聚焦状态与所述第一非聚焦状态之间切换，并且所述第二电活性透镜被配置成在多于100毫秒内在所述第二聚焦状态与所述第二非聚焦状态之间切换。
7.根据权利要求5所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器被配置成在30毫秒内在所述第一状态与所述第二状态之间切换。
8.根据权利要求1所述的电活性透镜***，其中所述偏振切换器和所述第一电活性透镜共享第一共同衬底，并且所述第一电活性透镜和所述第二电活性透镜共享第二共同衬底。
9.根据权利要求1所述的电活性透镜***，其中所述第一偏振状态为第一线性偏振状态，并且所述第二偏振状态为正交于所述第一线性偏振状态的第二线性偏振状态。
10.一种用电活性透镜***聚焦光的方法，所述电活性透镜***包括：
偏振变换器，其能在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述偏振变换器在第一偏振状态与第二偏振状态之间切换光的偏振，在所述第二状态下，所述偏振变换器透射处于所述第一偏振状态的光；
第一电活性透镜，其与偏振切换器光学通信且能在第一聚焦状态与第一透射状态之间切换，在所述第一聚焦状态下，所述第一电活性透镜聚焦处于所述第一偏振状态的光并透射处于所述第二偏振状态的光，在所述第一透射状态下，所述第一电活性透镜透射处于所述第一偏振状态和所述第二偏振状态的光；以及
第二电活性透镜，其与所述偏振切换器和所述第一电活性透镜光学通信且能在第二聚焦状态与第二透射状态之间切换，在所述第二聚焦状态下，所述第二电活性透镜透射处于所述第一偏振状态的光并聚焦处于所述第二偏振状态的光，在所述第二透射状态下，所述第二电活性透镜透射处于所述第一偏振状态和所述第二偏振状态的光，所述方法包括：
将所述偏振切换器设置成所述第一状态或所述第二状态中的一个；
将所述第一电活性透镜设置成所述第一聚焦状态或第一非聚焦状态中的一个；
将所述第二电活性透镜设置成所述第二聚焦状态或第二非聚焦状态中的一个；以及
将所述光发送穿过所述偏振切换器、所述第一电活性透镜和所述第二电活性透镜。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述偏振切换器处于所述第一状态，所述第一电活性透镜处于所述第一聚焦状态，并且所述第二电活性透镜处于所述第二非聚焦状态，且进一步包括：
将所述第二电活性透镜从所述第二非聚焦状态切换到所述第二聚焦状态，同时使所述第一偏振状态下的光透射穿过所述偏振切换器，用所述第一电活性透镜聚焦所述光，并且使所述光透射穿过所述第二电活性透镜，而不由所述第二电活性透镜聚焦所述光；
在所述第二电活性透镜已经从所述第二非聚焦状态切换到所述第二聚焦状态之后，将所述偏振切换器从所述第一状态切换到所述第二状态，由此使所述第二电活性透镜聚焦所述光，且使所述第一电活性透镜透射所述光而不聚焦所述光。
12.根据权利要求11所述的方法，其中响应于虚拟图像的位置的所需改变而将所述第二电活性透镜从所述第二非聚焦状态切换到所述第二聚焦状态且将所述偏振切换器从所述第一状态切换到所述第二状态。
13.根据权利要求11所述的方法，其中将所述第二电活性透镜从所述第二非聚焦状态切换到所述第二聚焦状态需要至少100毫秒，并且将所述偏振切换器从所述第一状态切换到所述第二状态需要不到100毫秒。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一偏振状态为第一线性偏振状态，并且所述第二偏振状态为正交于所述第一线性偏振状态的第二线性偏振状态。
15.一种电活性透镜***，其包括：
液晶波板，其能在35毫秒内在0波延迟与半波延迟之间切换；
第一液晶透镜，其与所述液晶波板光学通信且能在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述第一液晶透镜将处于第一线性偏振状态的光聚焦到第一焦平面，在所述第二状态下，所述第一液晶透镜将处于所述第一线性偏振状态的光聚焦到第二焦平面；以及
第二液晶透镜，其与所述液晶波板和所述第一液晶透镜光学通信且能在第一状态与第二状态之间切换，在所述第一状态下，所述第二液晶透镜将处于正交于所述第一线性偏振状态的第二线性偏振状态的光聚焦到第三焦平面，在所述第二状态下，所述第二液晶透镜将处于所述第二线性偏振状态的光聚焦到第四焦平面。
16.根据权利要求15所述的电活性透镜***，其中所述液晶波板和所述第一液晶透镜共享第一共同衬底，并且所述第一液晶透镜和所述第二液晶透镜共享第二共同衬底。
17.根据权利要求15所述的电活性透镜***，其中所述第一液晶透镜被配置成透射处于所述第二线性偏振状态的光，并且所述第二液晶透镜被配置成透射处于所述第一线性偏振状态的光。
18.根据权利要求15所述的电活性透镜***，其中所述第一液晶透镜被配置成在多于35毫秒内在所述第一状态与所述第二状态之前切换。
19.根据权利要求15所述的电活性透镜***，其进一步包括：
显示器，其与所述液晶波板光学通信且被配置成发射处于所述第一线性偏振状态的光。
20.根据权利要求15所述的电活性透镜***，其进一步包括：
处理器，其可操作地耦合到所述液晶波板、所述第一液晶透镜、所述第二液晶透镜和所述显示器，且被配置成控制所述液晶波板、所述第一液晶透镜、所述第二液晶透镜和所述显示器的延迟。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022040401A1 (en) 2020-08-19 2022-02-24 E-Vision Smart Optics, Inc. Electro-active sporting glasses

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9927614B2 (en) * 2015-12-29 2018-03-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Augmented reality display system with variable focus
US10379419B1 (en) * 2016-11-23 2019-08-13 Facebook Technologies, Llc Focus adjusting pancharatnam berry phase liquid crystal lenses in a head-mounted display
KR102561183B1 (ko) * 2017-02-23 2023-07-28 매직 립, 인코포레이티드 가변 파워 반사기를 갖는 디스플레이 시스템
AU2018355446A1 (en) * 2017-10-26 2020-05-14 Magic Leap, Inc. Broadband adaptive lens assembly for augmented reality display
US20200018962A1 (en) * 2018-07-11 2020-01-16 Facebook Technologies, Llc Adaptive lenses for near-eye displays
CN109031678A (zh) * 2018-08-20 2018-12-18 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及用于控制该显示装置的方法

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