可变焦组件的制作方法

本公开涉及光学组件，并且更特别地涉及紧凑的可变焦配置。

背景技术：

1、混合现实或增强现实显示设备可用于结合来自物理世界的图像来呈现虚拟图像信息。在一些实施方式中，这样的显示设备可以包括一个或多个光学元件(例如，透镜)以利于在多个焦平面中的虚拟图像信息的呈现。

技术实现思路

1、在一方面中，头戴式显示设备包括：光投射器；光学组件，其被布置为在头戴式显示设备的使用期间接收来自光投射器的光并且将光引导到用户；以及致动器模块，其耦接到可变焦透镜组件。光学组件包括：可变焦透镜组件，其包括刚性折射部件；限定孔的成形环；以及在成形环与刚性折射部件之间的柔性透镜膜。柔性透镜膜覆盖孔。刚性折射部件、成形环和柔性透镜膜沿着轴布置。刚性折射部件和柔性透镜膜限定在柔性透镜膜和折射部件之间的腔室。一定体积的流体设置在腔室内。致动器模块被配置为通过沿着轴相对于刚性折射部件移动成形环来调节可变焦透镜的屈光力，使得孔中的柔性透镜膜的曲率被修改。

2、该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。

3、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为使成形环相对于刚性折射部件移动通过运动范围。可变焦透镜组件可以被配置为使得当成形环相对于刚性折射部件移动通过运动范围时腔室具有恒定体积。

4、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为通过沿着轴朝向刚性折射部件移动成形环来增加柔性透镜膜的曲率。

5、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为通过沿着轴远离刚性折射部件移动成形环来减小柔性透镜膜的曲率。

6、在一些实施方式中，可变焦透镜组件还可以包括设置在孔内的环形膜。流体体积可以由刚性折射部件、柔性透镜和环形膜封装。

7、在一些实施方式中，成形环可以是刚性的。

8、在一些实施方式中，可变焦透镜组件还可以包括承载框架和嵌套在承载框架内的凸轮环。成形环可以嵌套在凸轮环内。凸轮环可被配置为使得凸轮环相对于承载框架关于轴的旋转引起成形环沿着轴相对于刚性折射部件移动。

9、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为关于轴旋转凸轮环。

10、在一些实施方式中，致动器模块可以包括从以下组选择的耦接到凸轮环的一个或多个致动器部件：旋转电机、步进电机、伺服电机、超声波电机、压电致动器和机电致动器。

11、在一些实施方式中，致动器模块可以包括耦接到凸轮环的形状记忆合金线，以及配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。致动器模块可以被配置为使得对形状记忆合金线的热量的施加引起形状记忆合金线的长度变化和凸轮环相对于承载框架关于轴的旋转。

12、在一些实施方式中，致动器模块可以包括形状记忆合金弹簧、与形状记忆合金弹簧相对的偏置弹簧、耦接到(i)形状记忆合金弹簧或偏置弹簧中的一者和(ii)凸轮环的连杆线，以及配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。致动器模块可以被配置为使得对形状记忆合金线的热量的施加引起形状记忆合金弹簧的长度变化和凸轮环相对于承载框架关于轴的旋转。

13、在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。

14、在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。

15、在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。

16、在一些实施方式中，致动器模块可包括：包括压电材料的板、从板延伸并耦接到机械接地的一个或多个臂、以及设置在板上的一个或多个安装结构。每个安装结构可以安装到光学组件的相应部分。

17、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为根据至少两种振动模式来振动板。

18、在一些实施方式中，板可以包括沿着第一方向延伸的一对相对的第一边缘，以及沿着正交于第一方向的第二方向延伸的一对相对的第二边缘，其中，第一边缘长于第二边缘。根据第一振动模式，第一边缘可以相对于板的中心在正交于第一方向和第二方向的第三方向上移位。根据第二振动模式，第二边缘可以在第二方向上相对于彼此移位。

19、在一些实施方式中，光学组件可以包括与可变焦透镜组件同心的第二可变焦透镜组件。致动器模块可以被配置为：在头戴式显示设备的使用期间，调整可变焦透镜组件的屈光力和第二可变焦透镜组件的屈光力，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。

20、在一些实施方式中，光学组件还可以包括设置在可变焦透镜组件与第二可变焦透镜组件之间的目镜。目镜可以被配置为在头戴式显示设备的使用期间接收来自光投射器的光并且将光通过可变焦透镜组件或第二可变焦透镜组件中的一者引导到用户。

21、在一些实施方式中，头戴式显示设备还可以包括控制模块，该控制模块被配置为在头戴式显示设备的使用期间控制致动器模块，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。

22、在一些实施方式中，根据权利要求1所述的头戴式显示器还可以包括附接到光投射器、光学组件和致动器模块的框架。框架可以被配置为当由用户穿戴时对光学组件进行取向，使得光轴朝向用户的眼睛延伸。

23、在一些实施方式中，光学组件可以包括：第二可变焦透镜组件，其包括第二刚性折射部件；第二成形环，其限定第二孔；以及在第二成形环与第二刚性折射部件之间的第二柔性透镜膜。第二柔性透镜膜可以覆盖第二孔。第二刚性折射部件、第二成形环和第二柔性透镜膜可以沿着轴布置。第二刚性折射部件和第二柔性透镜膜可以限定在第二柔性透镜膜和第二刚性折射部件之间的第二腔室。第二体积的流体可以设置在第二腔室内。致动器模块可以被配置为通过沿着轴相对于第二刚性折射部件移动第二成形环来调整第二可变焦透镜的屈光力，使得孔中的第二柔性透镜膜的曲率被修改。光学组件还可以包括将可变焦透镜组件固定到第二可变透镜组件的支撑结构。支撑结构可以包括具有热膨胀特性的材料，使得在光学组件的温度范围内：由温度变化导致的刚性折射部件与成形环之间的距离变化小于阈值，并且由温度变化导致的第二刚性折射部件与第二成形环之间的距离变化小于阈值。

24、在一些实施方式中，支撑结构可以包括安装到成形环的第一臂、安装到第二刚性折射部件的第二臂和从第一臂延伸到第二臂的杆。

25、在一些实施方式中，致动器模块可以被配置为在头戴式显示设备的使用期间调整可变焦透镜组件的屈光力和第二可变焦透镜组件的屈光力，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。

26、在一些实施方式中，光学组件还可以包括设置在可变焦透镜组件与第二可变焦透镜组件之间的目镜。目镜可以被配置为在头戴式显示设备的使用期间接收来自光投射器的光并且将光通过可变焦透镜组件或第二可变焦透镜组件中的一者引导到用户。

27、在一些实施方式中，头戴式显示设备还可以包括控制模块，该控制模块被配置为在头戴式显示设备的使用期间控制致动器模块，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。

28、在另一方面中，一种使用头戴式显示设备向用户呈现图像内容的方法包括：使用头戴式显示设备的光投射器产生光，以及使用头戴式显示设备的光学组件将光引导到用户的眼睛。光学组件包括：可变焦透镜组件，其包括刚性折射部件；成形环，其限定孔；以及柔性透镜膜，其在成形环与刚性折射部件之间，柔性透镜膜覆盖孔。刚性折射部件、成形环和柔性透镜膜沿着轴布置。刚性折射部件和柔性透镜膜限定在柔性透镜膜和折射部件之间的腔室。一定体积的流体设置在腔室内。头戴式显示设备还包括耦接到可变焦透镜组件的致动器模块。方法还包括调整光学组件的屈光力。调整光学组件的屈光力包括使用致动器模块沿着轴相对于刚性折射部件移动成形环，使得孔中的柔性透镜膜的曲率被修改。

29、该方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。

30、在一些实施方式中，调整光学组件的屈光力可以包括通过沿着轴朝向刚性折射部件移动成形环来增加柔性透镜膜的曲率。

31、在一些实施方式中，调整光学组件的屈光力可以包括通过沿着轴远离刚性折射部件移动成形环来减小柔性透镜膜的曲率。

32、在一些实施方式中，可变焦透镜组件还可以包括承载框架和嵌套在承载框架内的凸轮环，其中，成形环嵌套在凸轮环内。调整光学组件的屈光力可包括使用致动器模块使凸轮环相对于承载框架关于轴旋转，以引起成形环沿着轴相对于刚性折射部件移动。

33、在一些实施方式中，致动器模块可以包括耦接到凸轮环的形状记忆合金线，以及被配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。调整光学组件的屈光力可以包括向形状记忆合金线施加热量以改变形状记忆合金线的长度并且使凸轮环相对于承载框架关于轴旋转。

34、在一些实施方式中，致动器模块可以包括形状记忆合金弹簧、与形状记忆合金弹簧相对的偏置弹簧、耦接到(i)形状记忆合金弹簧或偏置弹簧中的一者和(ii)凸轮环的连杆线，以及被配置为向形状记忆合金线施加热量的热源。调整光学组件的屈光力可以包括向形状记忆合金线施加热量以改变形状记忆合金弹簧的长度并且使凸轮环相对于承载框架关于轴旋转。

35、在一些实施方式中，致动器模块可以包括沿着承载框架或凸轮环中的一者的周边设置的一个或多个永磁体，以及沿着承载框架或凸轮环中的另一个的周边设置并与一个或多个永磁体相对的电绕组。调整光学组件的屈光力可以包括向电绕组施加电流以使凸轮环相对于承载框架关于轴旋转。

36、在一些实施方式中，致动器模块可包括包括压电材料的板、从板延伸并耦接到机械接地的个或多个臂、以及设置在板上的一个或多个安装结构。每个安装结构可以安装到光学组件的相应部分。调整光学组件的屈光力可以包括根据至少两种振动模式振动板。

37、在一些实施方式中，板可以包括沿着第一方向延伸的一对相对的第一边缘，以及沿着正交于第一方向的第二方向延伸的一对相对的第二边缘，其中，第一边缘长于第二边缘。根据至少两种振动模式中的第一振动模式振动板可以包括使第一边缘在正交于第一方向和第二方向的第三方向上相对于板的中心移位。

38、在一些实施方式中，根据至少两种振动模式中的第二振动模式振动板可以包括使第二边缘在第二方向上相对于彼此移位。

39、在一些实施方式中，光学组件可以包括与可变焦透镜组件同心的第二可变焦透镜组件。该方法可以包括与调整可变焦透镜组件的屈光力同时调整第二可变焦透镜组件的屈光力，使得可变焦透镜组件的屈光力是第二可变焦透镜组件的屈光力的倒数。

40、在一些实施方式中，将光引导到用户的眼睛可以包括将光通过可变焦透镜组件或第二可变焦透镜组件中的一者引导到用户的眼睛。

41、在附图和以下描述中阐述一个或多个实施例的细节。其它特征和优点将从描述和附图以及从权利要求而显而易见。