[发明专利]具有可调节透镜的波导式显示系统

说明书

本公开涉及具有可调节透镜的波导式显示系统。本公开提供了一种电子设备，该电子设备可以具有向波导提供图像光的显示器。第一液晶透镜和第二液晶透镜可以安装到波导的相对表面。耦合器可以通过第一透镜将图像光耦合出波导。第二透镜可以将世界光传送到第一透镜。控制电路可以控制第一透镜以将第一光焦度施加到图像光和世界光，并且可以控制第二透镜以将第二光焦度施加到世界光，该第二光焦度抵消第一光焦度。每个透镜可以包括具有反平行预倾角的两个液晶分子层。第一透镜的预倾角和摩擦方向可以反平行于第二透镜关于波导的对应预倾角和摩擦方向。

本专利申请要求2019年7月24日提交的美国专利申请16/520,718以及2018年8月10日提交的美国临时专利申请62/717,628的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

本公开整体涉及电子设备，更具体地讲，涉及具有显示器的电子设备。

具有显示器的电子设备可以用于为用户显示内容。如果稍有不慎，在电子设备中的用于为用户显示内容的部件可能是难看且笨重的，并且可能未表现出期望的光学性能水平。

发明内容

电子设备可以具有经由输入耦合器向波导提供图像光的显示器。图像光可以在全内反射原理下传播通过波导。第一液晶透镜可以安装到波导的第一表面并且第二液晶透镜可以安装到波导的第二表面。输出耦合器可以将图像光耦合出波导并通过第一液晶透镜。第二液晶透镜可以通过波导将来自电子设备外部的物体的世界光(world light)传送到第一液晶透镜。

控制电路可以控制第一液晶透镜以表现出将第一光焦度(optical power)施加到图像光和世界光的第一折射率分布。控制电路可以控制第二液晶透镜以表现出将第二光焦度施加到世界光的第二折射率分布，其至少部分地抵消第一光焦度。线性偏振器可以插置在波导与第一液晶透镜之间以确保线性偏振与液晶透镜的摩擦方向对准。如果需要，第三液晶透镜可以安装到第一液晶透镜，并且第四液晶透镜可以安装到第二液晶透镜。如果采用第三液晶透镜和第四液晶透镜，则可以省略线性偏振器，并且可以使用来自世界光和图像光的两种偏振状态。

第一液晶透镜和第二液晶透镜可以包括具有对准的摩擦方向的透明衬底。每个液晶透镜可以包括具有反平行预倾角的两个液晶分子层。第一液晶透镜的预倾角和摩擦方向可以反平行于第二液晶透镜关于波导的对应预倾角和摩擦方向。

附图说明

图1是根据一个实施方案的例示性头戴式设备的示意图。

图2是根据一个实施方案的用于单眼的例示性头戴式设备的图示。

图3是根据一个实施方案的具有波导和液晶透镜的头戴式设备的例示性显示系统的顶视图。

图4是根据一个实施方案的图3所示类型的例示性液晶透镜的顶视图。

图5和图6是示出根据一个实施方案的如何调整例示性液晶透镜以使得它们的折射率随位置变化以产生期望的透镜分布的曲线图。

图7是根据一个实施方案的具有波导和用于覆盖多个偏振的多对液晶透镜的头戴式设备的例示性显示系统的顶视图。

图8和图9是根据一个实施方案的图7所示类型的例示性液晶透镜的顶视图。

具体实施方式

电子设备诸如头戴式设备以及其他设备可以用于增强现实和虚拟现实系统。这些设备可包括便携式消费电子设备(例如，便携式电子设备，诸如平板电脑、蜂窝电话、眼镜、其他可穿戴装置)、在驾驶舱、车辆等中的头顶显示器、以及基于显示器的装置(电视机、投影仪等)。诸如这些设备的设备可包括显示器和其他光学部件。将其中虚拟现实和/或增强现实内容提供给具有头戴式显示器设备的用户的设备配置在本文中作为示例描述。然而，这仅为例示性的。任何合适的装置都可用于向用户提供虚拟现实和/或增强现实内容。