Meta专利提出光路校正透镜组件，校正实际光路与目标光路偏差

　　头显可以包括配置为产生图像光的光源，以及配置为将图像光指向用户眼睛的透镜组件。为了在保持所需光学特性的同时实现紧凑的尺寸和重量，可以将透镜组件设计为折叠从显示元件到眼睛的光路。样的透镜组件可称为路径折叠透镜组件，例如Pancake。

　　这种透镜组件的光学性能或图像质量取决于多个光学元件的对准。当光学元件不对准时，透镜组件的光学性能可能受到不利影响。

　　在名为“Lens assembly including path correction device”的专利申请中，Meta提出了一种包含光路校正的透镜组件。

　　Meta描述的路径折叠透镜组件用于校实际光路与目标光路的偏差。

　　图2A示出了系统200。透镜组件202可以是路径折叠透镜组件，其配置为通过折叠从显示元件204到出瞳257的图像光221的光路以增加光路的长度。由于路径折叠，透镜组件202可以增加系统200的视场(，而不增加显示元件204和眼箱区域259之间的物理距离，并且不损害图像质量。

　　在将图像光输出到视窗区域259之前，来自显示元件204的图像光可以在第三光学元件207与第一光学元件217之间，以及在第三光学元件207与第二光学元件227之间多次传输和反射。即，在图像光到达视窗区域259之前，来自显示元件204的图像光的光路可以折叠两次或更多次。

　　所述第三光学元件207和所述第一光学元件217之间的透镜组件部分可称为透镜组件202的第一路径折叠段，所述第三光学元件207和所述第二光学元件227之间的透镜组件部分可称为透镜组件202的第二路径折叠段。

　　透镜组件202可以包括设置在第一光学元件217和镜子207之间的第一路径校正装置225-1，以及设置在第二光学元件227和镜子207之间的第二路径校正装置225-2。

　　透镜组件202可包括至少一个传感器，并配置为测量第一PVH元件205、第二PVH元件215或反射镜207的对准参数。

　　传感器223-1和223-2可以是任何合适的传感器，其可以测量反射镜207、第一光学元件217(包括第一PVH元件205)或第二光学元件227(包括第二PVH元件215)中至少一个的一个或多个对准参数。

　　图2A示示出检测第一PVH元件205不对准的一个示例。同样的原理可以应用于检测第二个PVH元件215的不对准。

　　如图2A所示，第一传感器223-1可以向第一PVH元件205发射光。所述光可通过第一PVH元件205反射回所述传感器。基于发射光和接收光之间的差异，传感器可以检测不对准，例如第一PVH元件205从垂直于光轴220的垂直平面(的倾斜。

　　控制器216可以与路径校正装置225-1和225-2以及传感器223-1和223-2通信耦合。基于对第一PVH元件205或第二PVH元件215中至少一个的不对准的检测，控制器216可以控制第一路径校正装置225-1或第二路径校正装置225-2中至少一个的操作，以校正由于不对准而偏离目标光路的光路。

　　在一个实施例中，可以将由传感器223-1和/或223-2测量的对准参数与对应于透镜组件202的对准配置的预定参考对准参数值进行比较。根据从传感器223-1或传感器223-2中的至少一个接收到的至少一个信号，控制器216可以确定或检测第一PVH元件205、反射镜207或第二PVH元件215中至少一个的不对准。不对准可以通过上述测量的任何对准参数来表示，例如光学中心，倾斜或轴向距离。

　　路径校正装置225-1或225-2中的至少一个可以包括两个波片222和设置在两个波片222之间的液晶装置221-1或221-2。

　　波片222可以是至少为可见光谱工作的四分之一波片QWP。可将QWP配置为将线偏振光转换为圆偏振光，或将圆偏振光转换为线偏振光。对于可见光谱的消色差设计，QWP可以包括多层双折射材料，并配置为在宽光谱范围产生四分之一波双折射。

　　LC器件221-1或221-2中的至少一个可以作为基于合适机制的波束偏转器。LC器件221-1或221-2可以配置为一维(或二维光束偏转器。当不对准发生时，LC器件221-1或221-2可以通过在图像光穿过LC器件221-1或221-2时操纵图像光，从而校正在透镜组件202内传播的图像光的光路。

　　LC器件221-1或221-2对于具有线性偏振的输入光可以偏振选择性。例如，当输入光在传输输入光时具有预定的线偏振时，LC器件221-1或221-2可以改变输入光的传播方向，并且当输入光具有与预定的线偏振正交的线偏振时，可以不改变输入光的传播方向。

　　当LC器件221-1或221-2向前引导通过其传播的输入光时，可以改变输入光的传播方向。即，所述转向可以改变传播方向相对于图2B所示光轴220的一个角度。由LC器件221-1或221-2提供的1D相移可使输入光的传播方向围绕x-y平面上的一个轴旋转，并且2D相移可使输入光的传播方向围绕x轴和y轴旋转。

　　换句话说，一维相移导致输入光在z-x平面或z-y平面内的传播方向发生转向，二维相移导致在z-x平面和z-y平面内的传播方向发生转向。

　　回到图2A，当线偏振与预定线偏振正交的输入光通过LC器件221-1或221-2传播时，输入光的不同光线所经历的相移可以相同。即LC器件221-1或221-2可向具有与预定线偏振正交的线偏振的输入光提供空间恒定的相移。由于所述空间恒定相移，所述LC器件221-1或221-2在传输所述输入光时可保持具有与所述预定线偏振正交的线偏振的输入光的传播方向。

　　LC器件221-1或221-2可以配置为无源设备或有源设备。作为无源器件，LC器件221-1或221-2中的LC分子取向固定，并且不能由外部场改变。因此，LC器件221-1或221-2提供的相移可以固定。

　　当发生不对准时，可以根据测量到的不对准数据确定特定的空间变化相位配置。LC器件221-1或221-2可以配置特定的空间变化相位配置，并通过控制输入光的传播方向来纠正或减少由于不对准而引起的实际光路与目标光路的偏差。

　　为了增加灵活性，LC器件221-1或221-2可以配置为有源设备。有源装置可允许动态改变LC分子取向以及LC器件221-1或221-2的其他参数，从而动态改变LC器件221-1或221-2提供的相位配置。

　　LC器件221-1或221-2可以在激活状态之间切换。在激活状态中，器件提供空间变化的相位配置，以校正具有预定线偏振的输入光的光路。在非激活状态中，器件提供空间恒定的相位配置，使得具有预定线性偏振的输入光通过所述状态而不经历光路的变化。

　　在一个实施例中，控制器216可以基于从传感器223-1和/或223-2接收的信号来控制LC器件221-1和/或221-2的操作。所述信号涉及第一PVH元件205、镜像207或第二PVH元件215中至少一个的至少一个对准参数。

　　控制器216可以将至少一个对准参数与预定的参考对准参数值进行比较，从而确定是否对第一PVH元件205、镜像207或第二PVH元件215中的至少一个发生不对准。

　　当未检测到不对准时，控制器216可控制路径校正装置225-1和225-2在不影响输入光的传播方向的情况下，以非激活状态运行以传输输入光。

　　当检测到不对准时，控制器216可控制LC器件221-1和/或221-2在激活状态下工作，以改变具有预定线偏振的输入光的传播方向。操纵输入光可以对由于不对准而偏离目标光路的输入光的实际光路提供校正。

　　基于从第一传感器223-1和/或第二传感器223-2接收的信号，控制器216可以确定由LC器件221-1或221-2对具有预定线性偏振的输入光施加的转向角度，从而减少输入光的实际光路与目标光路的偏差。

　　换句话说，可以将输入光的实际光路转向目标光路。在确定转向角度后，控制器216可以确定LC器件221-1 /或221-2的一维或二维空间变化相位配置以实现转向角度。控制器216可以进一步确定要施加到LC器件221-1或221-2的电场，以使LC分子对齐以实现一维或二维空间变化的相位配置。

　　具有预定线性偏振的图像光通过LC器件221-1或221-2两次传输后，图像光的实际光路与目标光路的偏差可以减小到小于预定阈值偏差。因此，在视窗区域259可减少或减轻由不对准引起的图像质量退化。

　　可采用各种方法来确定所述像光的实际光路与所述目标光路的偏差是否已减小到小于所述预定阈值偏差。例如，可在视窗区域259设置光学传感器以捕获由图像光形成的图像。可以通过控制器216分析图像以提取指示偏差量的参数。

　　控制器216可在提取的参数小于预定值时确定所述偏差小于所述预定阈值偏差。当控制器216确定所述偏差小于所述预定阈值偏差时，控制器216可固定所述电源的输出，使所述LC器件221-1或221-2保持在特定状态，以提供特定的空间变化相位轮廓，从而校正所述图像光的实际光路。

　　在一个实施例中，可以不实时地执行图像光的实际光路的调整或校正。例如，该调整可在系统200未被用户使用时执行。当控制器216根据来自传感器223-1和/或223-2的信号确定不对准发生变化时，控制器216可以控制电源的输出，以调整LC器件221-1和/或221-2提供的空间变化相位轮廓，从而为输入灯提供不同的转向角度。

　　在一个实施例中，实际光路的调整可以实时地进行。例如，控制器216可以通过传感器223-1和/或223-2实时监测不对准的状态。控制器216可以实时调整LC器件221-1和/或221-2的空间变化相位配置，以便在不对准实时变化时自适应或动态地校正输入光的传播方向，并因此校正光路。

　　名为“Lens assembly including path correction device”的Meta专利申请最初在2022年2月提交，并在日前由美国专利商标局公布。