[发明专利]基于薄饼透镜的显示组件的主动对准

说明书

一种头戴式显示器(HMD)的显示组件，包括薄饼透镜显示组件。薄饼显示组件包括具有四分之一波片和部分反射表面的第一透镜、具有反射偏振器的第二透镜和显示器。对准系统相对于第二透镜定位第一透镜，以将第二透镜的反射偏振器与第一透镜的四分之一波片对准。对准系统使第一透镜围绕光轴旋转，以定位第一透镜上的四分之一波片，使得四分之一波片和第二透镜上的反射偏振器成一定角度，在该角度，透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。对准系统将第二透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

背景

本公开总体上涉及对准薄饼透镜(pancake lens)显示组件的光学器件，尤其涉及基于薄饼透镜的显示组件的主动对准。

在常规配置中，头戴式显示器(HMD)包括安装组件，其中光学组件的一个或更多个光学元件通过一个或更多个粘合元件固定到外壳。然而，在常规配置中，由于不同偏振元件之间需要满足相对严格的公差以确保图像质量，所以薄饼透镜的光学元件的对准可能很困难。

概述

头戴式显示器(HMD)的薄饼透镜显示组件包括薄饼透镜和电子显示器。薄饼透镜包括第一透镜和第二透镜，第一透镜包括四分之一波片和部分反射表面(例如，50/50反射镜)，第二透镜包括反射偏振器(reflective polarizer)。对准系统相对于第二透镜定位第一透镜，以将第二透镜的反射偏振器与第一透镜的四分之一波片对准。薄饼透镜包括透镜外壳，并且对准系统将第二透镜安装到透镜外壳，并且将第一透镜定位成与第二透镜光学串联、位于距该第一透镜将被安装到透镜外壳的位置一定距离处。对准系统围绕光轴旋转第一透镜，以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度，其中透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的。然后，对准系统将第二透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

在一个实施例中，对准系统使用测试显示器，该测试显示器引导测试光通过第一透镜和第二透镜到达传感器。在一个实施例中，传感器是相机。第一透镜的部分反射表面将测试光的第一部分透射到第二透镜。测试光的第一部分的一些被第二透镜的反射偏振器反射，然而，测试光的第二部分被透射。透射的测试光导致相机捕捉到重影图像。因此，对准系统使第一透镜围绕光轴相对于第二透镜旋转通过一定角度范围，以识别第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度。在该实施例中，该角度是重影图像的亮度相对于角度范围内的其他角度低于阈值强度的地方。

在一个实施例中，对准系统使用测试照明源，该测试照明源引导测试光通过第二透镜，然后通过第一透镜到达可以确定测试光的圆偏振量的圆偏振计(例如，斯托克斯快照偏振计(stokes snapshot polarimeter)。因此，对准系统使第一透镜围绕光轴相对于第二透镜旋转通过一定角度范围，以识别第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴和第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴之间的角度。在该实施例中，该角度是在圆偏振计处接收的圆偏振光的量相对于角度范围内的其他角度高于阈值量的地方。

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：

定位显示组件的第一透镜，该第一透镜与耦合到透镜外壳的第二透镜光学串联；

使用对准系统围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜，以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴，使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度，其中该角度使得透射通过第二透镜然后通过第一透镜的光基本上是圆偏振的；和

将第一透镜安装到透镜外壳上，其中第一透镜安装到透镜外壳上，使得四分之一波片相对于反射偏振器成该角度。

在本发明的实施例中，在该方法中，围绕薄饼透镜显示组件的光轴旋转第一透镜以定位第一透镜上的四分之一波片的第一取向轴使得第一取向轴相对于第二透镜上的反射偏振器的第二取向轴成一定角度可以进一步包括：