对于基于平面透镜的AR/VR眼镜的透射改善制造技术

一种人工现实显示器使用各向异性材料来圆偏振离开波导的光，使得人工现实显示器相对透明。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对于基于平面透镜的AR/VR眼镜的透射改善背景本公开大体上涉及近眼显示系统，且更具体地涉及波导显示器。传统的近眼显示器通常具有产生图像光的显示元件，该图像光在到达用户的眼睛之前穿过一个或更多个透镜。此外，虚拟现实(VR)系统和/或增强现实(AR)系统中的近眼显示器具有紧凑、重量轻的设计标准，并且提供具有大的适眼区(eyebox)和宽的视野(FOV)的二维扩展。传统上，VR显示器是放大镜光学显示器。计算机产生图像，而光学器件被用来放大图像。设计近眼显示器以实现小外形、大FOV和/或大适眼区是一项挑战。概述本公开涉及人工现实显示器。更具体地说，但不限于，使用各向异性材料来圆偏振离开波导的光，使得人工现实显示器相对透明。附图简述参考以下附图描述说明性实施例。图1是近眼显示器的实施例的示意图。图2是近眼显示器的横截面的实施例。图3示出了波导显示器的实施例的等轴视图。图4示出了波导显示器的实施例的横截面。图5是包括近眼显示器的系统的实施例的框图。图6是波导显示组件的透镜系统的实施例的分解图。图7是透镜系统中透镜堆叠的一个实施例的分解图。图8示出了波导的实施例的横截面。图9示出了离开波导的光的偏振的第一个例子。图10示出了具有各向异性材料的透镜的快轴取向的实施例。图11示出了离开波导的光的偏振的第二个例子。图12示出了具有各向异性材料的透镜的快轴取向的实施例，该各向异性材料具有在空间变化的双折射特性。图13是透镜堆叠的另一个实施例的分解图。图14示出了使用透镜系统的过程的流程图的实施例。图15示出了用于制造具有各向异性材料的透镜的过程的流程图的实施例，该各向异性材料具有空间变化的双折射特性。附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。本领域中的技术人员从下面的描述中将容易认识到示出的结构和方法的可选的实施例可以被采用而不偏离本公开的原理和所推崇的益处。在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的各种部件。如果说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。详细描述在以下描述中，为了解释的目的而阐述了具体细节，以便提供对某些创造性实施例的透彻理解。然而，很明显，没有这些具体细节也可以实施各种实施例。附图和描述并不旨在是限制性的。本公开涉及减少增强现实(AR)显示器的色调和/或提高其效率。更具体地说，但不限于此，本公开涉及减少使用Pancharatnam-Berry相位(PBP)透镜的AR显示器的色调。在2017年9月1日提交的美国专利申请第15/693,846号中，使用PBP透镜来改变AR显示器的焦距，出于所有目的，该申请通过引用并入。PBP透镜被特别配置成接收圆偏振光。因此，圆偏振器可以放置在PBP透镜之前，以向PBP透镜提供圆偏振光。传统的圆偏振器包括线性偏振器和四分之一波片。圆偏振器的线性偏振器衰减(例如反射或吸收)大约一半的随机偏振光。自然光是随机偏振的。因此，自然光被具有传统圆偏振器的透镜系统衰减了大约一半，并且透镜看起来更暗。在许多情况下，深色镜片可能不如用于AR的看起来透明的眼镜那样容易被社会接受。在AR显示器中，使用圆偏振器也会降低来自投影仪的光的效率。波导可以通过多种方法在AR显示器中用作光瞳(pupil)扩展器，例如光瞳复制。光从投影仪发射，耦合到波导中，耦合出波导(例如，使用光栅)，并传输到用户的眼睛。PBP透镜放置在波导和用户眼睛之间，以改变从波导发射的光的焦点，这允许改变波导的像平面。在波导和PBP透镜之间放置圆偏振器可以减少显示光的透射，因为圆偏振器中的线性偏振器衰减既不是线性偏振又不与线性偏振器的透射轴对齐的光。减少圆偏振器中的线性偏振器的衰减的一种方法是移除线性偏振器并设计光栅以从波导发射具有均匀偏振的光。然后，在光被传输到PBP透镜之前，可以使用波片来将从波导发射的均匀偏振的光改变为圆偏振光。减少圆偏振器中的线性偏振器的衰减的另一种方法是将耦合到波导中的光线性偏振，但是不是将光栅设计成输出均匀偏振，而是使用非均匀波片来补偿离开波导的非均匀偏振。从波导耦合出的光可以具有非均匀偏振，但是非均匀性可以是以确定的方式不同的，使得非均匀波片可以被配置成将来自波导的光转换成均匀的圆偏振光。波片的非均匀性和配置取决于非均匀偏振光从波导耦合出去的确定方式。通过确定从波导发射的光的偏振的局部变化，波片可以被设计成具有波片的双折射材料(例如液晶)的厚度和/或光轴取向的局部变化，以将从波导发射的光转换成圆偏振光，而不使用线性偏振器。减少衰减的另一种方法是使用带宽有限的圆偏振器。在一些实施例中，投影仪使用有限带宽的源。例如，投影仪可以有红色、绿色和蓝色发光二极管(LED)。三个圆偏振器可以放置在波导和PBP透镜之间。第一圆偏振器可以具有偏振对应于红色LED的波长的有限带宽的红光的第一线性偏振器，第二圆偏振器可以具有偏振对应于绿色LED的波长的有限带宽的绿光的第二线性偏振器，以及第三圆偏振器可以具有偏振对应于蓝色LED的有限带宽的蓝光的第三线性偏振器。通过仅偏振可见光谱的一部分，较少的自然光被线性偏振器衰减。图1是近眼显示器实施例的示意图100。近眼显示器100向用户呈现媒体。由近眼显示器100呈现的媒体示例包括一个或更多个图像、视频和/或音频。在一些实施例中，音频经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机(headphone))呈现，该外部设备从近眼显示器100、控制台或两者接收音频信息，并基于音频信息来呈现音频数据。近眼显示器100通常被配置成作为虚拟现实(VR)显示器进行操作。在一些实施例中，近眼显示器100被修改为作为增强现实(AR)显示器和/或混合现实(MR)显示器来进行操作。近眼显示器100包括框架105和显示器110。框架105耦合到一个或更多个光学元件。显示器110被配置成让用户看到由近眼显示器100呈现的内容。在一些实施例中，显示器110包括波导显示组件，用于将来自一个或更多个图像的光导向用户的眼睛。图2是图1所示的近眼显示器100的横截面200的实施例。显示器110包括至少一个波导显示组件210。出射光瞳(exitpupil)230是当用户佩戴近眼显示器100时，眼睛220在适眼区(eyebox)区域中的定位。出于说明的目的，图2示出了与眼睛220和波导显示组件210相关联的横截面200；第二波导显示组件用于用户的第二只眼睛。波导显示组件210被配置成将图像光导向位于出射光瞳230处的适眼区，并导向眼睛220。波导显示组件210可以由具有一个或更多个折射率的一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)组成。在一些实施例中，近眼显示器100包括在波导显示组件210和眼睛220之间的一个或更多个光学元件。在一些实施例中，波导显示组件210包括一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n光源；/n波导；/n耦合元件，其中所述耦合元件被配置成将来自所述光源的光耦合到所述波导中；/n去耦元件，其中所述去耦元件被配置为将光耦合出所述波导，使得从所述波导去耦出的光具有均匀偏振；/n波片，其中所述波片被配置成将具有均匀偏振的光转换成圆偏振光；和/n几何相位透镜，其被配置为聚焦圆偏振，其中所述波片位于所述去耦元件和所述几何相位透镜之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180816 US 62/764,937;20181210 US 16/215,2341.一种系统，包括：
光源；
波导；
耦合元件，其中所述耦合元件被配置成将来自所述光源的光耦合到所述波导中；
去耦元件，其中所述去耦元件被配置为将光耦合出所述波导，使得从所述波导去耦出的光具有均匀偏振；
波片，其中所述波片被配置成将具有均匀偏振的光转换成圆偏振光；和
几何相位透镜，其被配置为聚焦圆偏振，其中所述波片位于所述去耦元件和所述几何相位透镜之间。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述均匀偏振是椭圆偏振。


3.根据权利要求1所述的系统，其中光在进入所述波导之前被偏振。


4.根据权利要求1所述的系统，其中所述几何相位透镜是PancharatnamBerry相位(PBP)液晶透镜。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述波片具有各向异性材料，所述各向异性材料在整个所述波片上具有均匀的双折射。


6.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统包括位于所述光源和所述耦合元件之间的线性偏振器。


7.根据权利要求1所述的系统，还包括框架，其中：
所述框架是用户佩戴的眼镜的一部分；和
所述波导、所述波片和所述几何相位透镜固定在所述框架中。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述波片和所述几何相位透镜结合在一起作为透镜堆叠的一部分。


9.根据权利要求8所述的系统，其中：
所述透镜堆叠是第一透镜堆叠；
所述系统还包括第二透镜堆叠；
所述第二透镜堆叠包括几何相位透镜；和
所述波导位于所述第一透镜堆叠和所述第二透镜堆叠之间。


10.一种系统，包括：
光源；
波导；
耦合元件，其中所述耦合元件被配置成将来自所述光源的光耦合到所述波导中；
去耦元件，其中：
所述去耦元件将光耦合出所述波导；和
耦合出所述波导的光具有空间变化的偏振；
波片，其中所述波片具有空间变化的快轴，所述快轴被配置成将具有空间变化的偏振的光转换成圆偏振光；和
几何相位透镜，其被配置为聚焦圆偏振，其中所述波片位于所述去耦元件和所述几何相位透镜之间。


11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕璐，林伟诗，黄宁峰，斯科特·查尔斯·麦克尔道尼，安德鲁·约翰·欧德柯克，巴里·大卫·西尔弗斯坦，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US