用于光束整形的折反射式和折射式光学结构制造技术

近眼光学元件包括一个或更多个红外光源和光学结构。一个或更多个红外光源发射红外光束。光学结构包括设置在红外光源的发射孔上的光学透明材料。该光学结构包括一个或更多个发散红外光束的刻面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光束整形的折反射式和折射式光学结构背景信息存在照明器(如垂直腔面发射激光器(VCSEL)和LED)被用作光源的各种应用。在一些应用中，可能希望对从照明器发射的光束进行整形。在一个特定的上下文中，为了对对象成像的目的，可以利用光源来照射对象。概述如下文将更详细描述的，本公开描述了用于光束整形(beamshaping)的折反射式(catadioptric)和折射式光学结构。根据权利要求中的至少一项，本专利技术解决了上述问题。根据本专利技术的一些实施方式，近眼光学系统包括：具有发射孔的不可见光源，其中所述不可见光源被配置为将不可见光束发射通过发射孔；以及包括设置在发射孔上的光学透明材料的光学结构，其中所述光学结构包括形成在所述光学透明材料中的第一刻面(facet)；以及在所述光学透明材料中形成的第二刻面，其中所述第一刻面被成角度以反射所述不可见光束，从而该不可见光束作为在朝向眼睛的方向(eye-warddirection)上传播的不可见出射光束从所述第二刻面出射。根据本专利技术的一种可能的实施方式，反射层设置在所述第一刻面上，以将所述不可见光束朝向所述第二刻面反射。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第一刻面是凹刻面，其被配置为以反射方式来发散所述不可见光束，其中所述第二刻面是凹刻面，其被配置为以透射方式来发散所述不可见光束。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第一刻面和所述第二刻面一起被配置成发散所述不可见光束并在所述朝向眼睛的方向上倾斜所述不可见光束。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第二刻面包括在所述第二刻面的表面中形成的多个弯曲部分(curvature)，从而以透射方式来发散所述不可见光束。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第一刻面相对于入射在所述第一刻面上的所述不可见光束的角度允许所述第二刻面依靠全内反射将所述不可见光束反射到所述第二刻面。根据本专利技术的一种可能的实施方式，光学透明材料中的空隙(void)的尺寸被设定为允许不可见光束照射眼睛，而在离开第二刻面之后不会遇到光学透明材料。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第一刻面或所述第二刻面中的至少一个是基本平坦的表面。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述第一刻面或所述第二刻面中的至少一个是球形的。根据本专利技术的一种可能的实施方式，不可见光束是近红外波长。根据本专利技术的一种可能的实施方式，不可见光源包括垂直腔面发射激光器。根据本专利技术的一个可能的实施方式，照相机被配置为对从眼睛反射的所述不可见光束的反射进行成像，以生成红外眼睛图像，其中所述照相机被配置为对所述不可见光束的近红外波长范围进行成像，并且拒绝所述近红外波长范围之外的光波长。根据本专利技术的一种可能的实施方式，光学组合器被配置成将红外光束的反射引导到照相机。根据本专利技术的一些实施方式，近眼光学元件包括多个近红外光源，该近红外光源被配置为将近红外光束发射到所述近红外光源的发射孔之外；连续透明光学层，其包括形成在所述连续透明光学层中的多个棱镜，其中所述棱镜在所述近红外光源的所述发射孔上对准，并且其中每个棱镜包括：形成在所述连续透明光学层中的第一刻面；以及形成在所述连续透明光学层中的第二刻面，其中所述第一刻面被成角度以反射所述近红外光束，从而该近红外光束作为近红外出射光束从所述第二刻面出射。根据本专利技术的一种可能的实施方式，当所述多个棱镜中的特定棱镜越来越靠近所述连续透明光学层的外边界时，所述近红外出射光束的倾斜角增加。根据本专利技术的一种可能的实施方式，所述多个棱镜中的所述棱镜被配置成产生所述近红外出射光束的不同光束发散角。根据本专利技术的一种可能的实施方式，随着多个近红外光源中的给定的近红外光源越来越靠近连续透明光学层的外边界，该给定的近红外光源的光束发散角增加。根据本专利技术的一些实施方式，近眼光学元件包括：具有发射孔的近红外光源，其中所述近红外光源被配置为将近红外光束发射通过所述发射孔；以及光学结构，该光学结构包括设置在所述发射孔上的光学透明材料，其中所述光学结构包括浸入所述光学透明材料中的反射层；以及在所述光学透明材料中形成的弯曲部分，其中所述反射层反射所述近红外光束，从而该近红外光束作为在朝向眼睛的方向上传播的近红外出射光束离开所述弯曲部分。根据本专利技术的一个可能的实施方式，所述反射层包括配置成发散所述近红外光束的弯曲部分，并且其中所述反射层包括配置成在通过可见光的同时反射所述近红外光束的分色镜(dichroicmirror)。根据本专利技术的一个可能的实施方式，在所述光学透明材料中形成的所述弯曲部分是用于将可见光聚焦到所述近眼光学元件的用户的眼睛的透镜的处方弯曲部分(prescriptioncurvature)，其中所述处方弯曲部分还被配置成发散所述近红外光束。本文公开的实施例仅仅是示例，并且本公开的范围不限于它们。特定实施例可以包括本文公开的实施例的组件、元件、特征、功能、操作或步骤中的全部、一些，或不包括这些组件、元件、特征、功能、操作或步骤。根据本专利技术的实施例在所附权利要求中被具体公开，其中在一个权利要求类别中提到的任何特征，例如产品，也可以在例如系统或方法的另一个权利要求类别中要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何先前权利要求的有意往回引用(特别是多个从属关系)而产生的任何主题，从而权利要求及其特征的任何组合被公开了并且可以被要求保护，而不管所附权利要求中选择的从属关系如何。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。附图简述参考以下附图描述了本专利技术的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个视图中指代相同的部件。图1A-1B示出了根据本公开的各方面的示例头戴式显示器(HMD)，其包括沿视窗方向发射近红外光的VCSEL阵列。图2示出了根据本公开的各方面的示例系统，该示例系统包括照亮视窗区域的VCSEL阵列的侧视图。图3示出了根据本公开的各方面的示例场内(in-field)照明系统。图4示出了根据本公开的各方面的示例近眼光学元件，该近眼光学元件包括用近红外光束照射视窗区域的多个近红外光源。图5示出了根据本公开的各方面的包括棱镜的场内照明系统的一部分，该棱镜具有倾斜和扩展红外VCSEL的光束以照亮眼睛的刻面。图6示出了根据本公开的各方面的由光学透明材料形成的示例棱镜结构。图7-图8示出了根据本公开的各方面的示例棱镜结构，该棱镜结构具有限定刻面的表面的一个以上的曲率半径。图9-图10示出了根据本公开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种近眼光学系统，包括：/n不可见光源，其具有发射孔，其中所述不可见光源被配置为将不可见光束发射通过所述发射孔；和/n光学结构，其包括设置在所述发射孔上的光学透明材料，其中所述光学结构包括：/n在所述光学透明材料中形成的第一刻面；和/n在所述光学透明材料中形成的第二刻面，/n其中，所述第一刻面被成角度以反射所述不可见光束，从而该不可见光束作为在朝向眼睛的方向上传播的不可见出射光束从所述第二刻面出射。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181109 US 62/758,462;20191005 US 16/593,9771.一种近眼光学系统，包括：
不可见光源，其具有发射孔，其中所述不可见光源被配置为将不可见光束发射通过所述发射孔；和
光学结构，其包括设置在所述发射孔上的光学透明材料，其中所述光学结构包括：
在所述光学透明材料中形成的第一刻面；和
在所述光学透明材料中形成的第二刻面，
其中，所述第一刻面被成角度以反射所述不可见光束，从而该不可见光束作为在朝向眼睛的方向上传播的不可见出射光束从所述第二刻面出射。


2.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中反射层设置在所述第一刻面上，以朝向所述第二刻面反射所述不可见光束。


3.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中所述第一刻面是被配置为以反射方式发散所述不可见光束的凹刻面，其中所述第二刻面是被配置为以透射方式发散所述不可见光束的凹刻面。


4.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中所述第一刻面和所述第二刻面一起被配置成发散所述不可见光束并在所述朝向眼睛的方向上倾斜所述不可见光束。


5.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中所述第二刻面包括在所述第二刻面的表面中形成的多个弯曲部分，从而以透射方式发散所述不可见光束。


6.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中所述第一刻面相对于入射在所述第一刻面上的所述不可见光束的角度允许所述第二刻面依靠全内反射(TIR)将所述不可见光束反射到所述第二刻面。


7.根据权利要求1所述的近眼光学系统，其中所述第一刻面或所述第二刻面中的至少一个是球形或基本平坦的表面。


8.根据权利要求1所述的近眼光学系统，还包括：
照相机，其被配置为对从眼睛反射的所述不可见光束的反射进行成像，以生成红外眼睛图像，...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尔方·M·法尔德，罗宾·夏尔马，卡罗尔·康斯坦丁·哈奇利亚斯，克里斯托弗·元庭·廖，安德鲁·约翰·欧德柯克，
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