[发明专利]采用可变形阶梯透镜的变焦装置、系统和方法

说明书

所公开的装置可以包括(1)可变形阶梯透镜，其(a)当可变形阶梯透镜的形状包括第一状态时提供第一光焦度，以及(b)当可变形阶梯透镜的形状包括不同于第一状态的第二状态时提供不同于第一光焦度的第二光焦度，以及(2)耦合到可变形阶梯透镜的致动器，其在被致动时向可变形阶梯透镜施加力，以将可变形阶梯透镜的形状从第一状态改变到第二状态。还公开了多种其他装置、系统和方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月19日提交的第15/925,720号美国非临时申请和2018年1月8日提交的第62/614,886号美国临时申请的权益，其公开内容通过该引用以其整体并入本文。

技术领域

本申请涉及变焦装置、系统和方法的技术领域。

背景技术

为了给观看者提供更真实的虚拟现实(VR)体验，一些头戴式显示器(HMD)的设计者已经开始提出变焦光学系统来诱导观看者眼睛中的调节反射或反应，以模拟观看者的眼睛聚焦在离观看者的距离不同的虚拟对象上的效果。一些提出的系统可以使用电机来改变各种部件间的距离，以实现这种效果。例如，观看者的眼睛和显示器之间的距离、显示器或眼睛和一个或更多个透镜或其他光学部件之间的距离、或者单个光学部件之间的距离可以随着时间而改变，以通过使观看者的眼睛(例如，通过成形人类晶状体、通过收缩或扩张人类瞳孔等)以类似于现实世界中的方式聚焦在虚拟对象上来模拟虚拟对象离观看者的变化的距离。这种系统可能需要大量的功率和空间来在HMD系统或其他光学设备中实现。

发明内容

如下面将更详细描述的，本公开描述了采用可变形阶梯透镜(deformablestepped lens)的变焦装置、系统和方法。例如，一种装置可以包括(1)可变形阶梯透镜，其(a)当可变形阶梯透镜的形状包括第一状态时提供第一光焦度(optical power)，以及(b)当可变形阶梯透镜的形状包括不同于第一状态的第二状态时提供不同于第一光焦度的第二光焦度，以及(2)耦合到可变形阶梯透镜的致动器，其在被致动时向可变形阶梯透镜施加力，以将可变形阶梯透镜的形状从第一状态改变到第二状态。

在一些实施例中，致动器可以围绕可变形阶梯透镜的周界朝向可变形阶梯透镜的中心施加力。此外，在一些示例中，由致动器施加的力可以将可变形阶梯透镜的中心(1)朝向观看者的眼睛移动，使得第二光焦度大于第一光焦度，或者(2)远离观看者的眼睛移动，使得第二光焦度小于第一光焦度。在一些实施例中，致动器可以包括(1)环、(2)接触可变形阶梯透镜的周界的多个垫、(3)将多个垫连接到环的多个挠曲件、以及(4)第一形状记忆合金(SMA)线，该第一SMA线经由以下中的至少一项围绕致动器布线：(a)多个垫中的一个或更多个，或者(b)多个挠曲件中的一个或更多个，并且第一SMA线响应于承载了电流而施加力。此外，在一些示例中，致动器还可以包括在多个垫处围绕致动器布线的第二SMA线，其中(1)第二SMA线响应于承载电流而围绕可变形阶梯透镜的周界向可变形阶梯透镜的中心施加第二力，以及(2)第二SMA线相对于第一SMA线定位，使得第二力使可变形阶梯透镜的中心在与由第一SMA线施加的力所引起的方向相反的方向上移动。此外，在一些实施例中，第一SMA线和第二SMA线可以位于由可变形阶梯透镜的周界限定的平面的相反侧上。

在一些示例中，可变形阶梯透镜的周界可以是圆形的，并且多个挠曲件可以具有相同的厚度，使得(1)在多个垫中的每一个垫处将相同的力施加到可变形阶梯透镜的周界上，以及(2)当由于在多个垫中的每一个垫处施加的力而使得可变形阶梯透镜处于变形状态时，可变形阶梯透镜的形状关于可变形阶梯透镜的中心对称。在其他实施例中，可变形阶梯透镜的周界可以不是圆形的，并且多个挠曲件的厚度可以不同，以在多个垫处将不同的力施加到可变形阶梯透镜的周界上，从而当由于在多个垫中的每一个垫处施加的力而使可变形阶梯透镜处于变形状态时，可变形阶梯透镜的形状关于可变形阶梯透镜的中心对称。