提供了一种用于增强现实(AR)应用的具有减少的透视衍射伪影的光学设备。该装置包括投影仪和波导，投影仪被配置为生成图像光，波导与投影仪光学地耦合并且被配置为将图像光引导到眼盒。波导包括被配置为将图像光耦合到波导中的内耦合元件，以及被配置为将图像光解耦出波导的外耦合元件。波导包括至少一个可切换光栅，其被配置为：在显示帧的虚拟世界子帧期间，经由衍射将图像光解耦出波导，以及在显示帧的现实世界子帧期间，将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少波导显示器中的衍射伪像的方法和使用该方法的显示器
技术介绍
[0001]增强现实(AR)头戴式耳机显示与现实世界图像或透视图像重叠的虚拟图像。具有衍射耦合结构的光瞳扩展波导显示器是AR显示器的最有前途的设计之一，潜在地提供太阳镜/眼镜形状因数、适度大的视场(FOV)和大的眼盒。这些设计的关键挑战之一是透视伪影，例如，衍射结构会在透视视图中引起彩虹效应，尤其是当佩戴AR头戴式耳机的用户从特定角度观察明亮光源时。衍射结构通常被优化以最大化透视图像的质量，这可能会牺牲虚拟图像的质量或光效率。
技术实现思路
[0002]本公开的一个方面提供了一种光学设备。该光学设备包括投影仪和波导，投影仪被配置为生成图像光，波导与投影仪光学地耦合并且被配置为将图像光引导到眼盒。波导包括内耦合元件和外耦合元件，内耦合元件被配置为将图像光耦合到波导中，外耦合元件被配置为将图像光解耦出波导。波导包括至少一个可切换光栅，该至少一个可切换光栅被配置为：在显示帧的虚拟世界子帧期间，经由衍射将图像光解耦出波导，以及在显示帧的现实世界子帧期间，将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。
[0003]本公开的另一方面提供了一种用于光学设备的方法。投影仪的显示帧被划分为两个子帧，分别用于对来自现实世界光和来自虚拟世界的光的顺序透射。该方法包括：在显示帧的虚拟世界子帧期间，打开投影仪以生成图像光，以及切换至少一个可切换光栅以经由衍射将图像光解耦出波导到眼盒。该方法还包括：在显示帧的现实世界子帧期间，关闭投影仪以免生成图像光，并且切换至少一个可切换光栅以将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。
[0004]根据本公开的描述、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其他方面。
附图说明
[0005]根据各种公开的实施例，以下附图出于说明的目的而被设置有，并且不旨在限制本公开的范围。
[0006]图1A图示了根据本公开的实施例的近眼显示器(NED)的示意图；
[0007]图1B图示了根据本公开的实施例的图1A中的NED的横截面；
[0008]图2图示了根据本公开的实施例的波导显示器组件的示意图；
[0009]图3图示了根据本公开的实施例的图2所示的波导显示器组件的操作；
[0010]图4图示了根据本公开的实施例的另一波导显示器组件的示意图；
[0011]图5A至图5B图示了根据本公开的实施例的基于偏振的光学快门(optical shutter)的示意图；
[0012]图6A至图6B图示了根据本公开的实施例的基于吸收的另一光学快门的示意图；
[0013]图7A至图7B图示了根据本公开的实施例的基于散射的另一光学快门的示意图；
[0014]图8A至图8B图示了根据本公开的实施例的基于散射和吸收的另一光学快门的示意图；
[0015]图9A至图9B图示了根据本公开的实施例的全息聚合物分散液晶(H
‑
PDLC)光栅的示意图；
[0016]图10A至图10B图示了根据本公开的实施例的填充有液晶的表面浮雕光栅的示意图；以及
[0017]图11图示了根据本公开的实施例的用于NED的方法的流程图。
具体实施方式
[0018]本公开提供了一种能够减少透视伪影(例如衍射伪影)的波导显示器组件。波导显示器组件可以实现为近眼显示器(NED)。波导显示器组件可以包括投影仪和波导，投影仪被配置为生成图像光，波导与投影仪光学地耦合并且被配置为将图像光引导到眼盒。波导包括被配置为将图像光耦合到波导中的内耦合元件，以及被配置为将图像光解耦出波导的外耦合元件。波导包括至少一个可切换光栅，其被配置为：在显示帧的虚拟世界子帧期间，经由衍射将图像光解耦出波导，并且在显示帧的现实世界子帧期间，以小于预定阈值的衍射效率透射来自现实世界环境的光。在一些实施例中，预定阈值约为0.5％。在一些实施例中，预定阈值约为0.1％。在一些实施例中，预定阈值约为0.05％。在一些实施例中，至少一个可切换光栅是外耦合光栅。在一些实施例中，波导包括多个可切换光栅，多个可切换光栅中的每个可切换光栅被配置为：在显示帧的虚拟世界子帧期间，执行以下项中的至少一项：经由衍射将图像光引导、扩展或解耦出波导，并且在显示帧的现实世界子帧期间，以小于预定阈值的衍射效率透射来自现实世界环境的光。
[0019]在现实世界子帧期间，显示面板可以被关闭以免生成图像光，并且至少一个可切换光栅可以被切换到非衍射状态，以便以可忽略的衍射(例如，衍射效率小于预定阈值)透射来自现实世界环境的光。在虚拟世界子帧期间，显示面板可以被打开以生成图像光，并且至少一个可切换光栅可以被切换到衍射状态以经由衍射将图像光解耦出波导。虚拟世界子帧和现实世界子帧的切换时间可以足够快，使得用户看到它们组合而没有闪烁，即超出闪烁融合阈值。换言之，现实世界子帧和虚拟世界子帧以超过包括波导显示器组件的NED的用户的闪烁融合阈值的速率而被呈现。在一些实施例中，闪烁融合阈值可以大于或约等于60Hz。
[0020]虚拟世界子帧可以具有比现实世界子帧更短的持续时间以最小化衍射伪像。为了进一步减少或消除衍射伪影，显示器可以包括光学调光器，该光学调光器被设置在波导的面向通过NED查看的现实世界环境的一侧，以在虚拟世界子帧期间对来自现实世界环境的光进行调光(包括完全阻止)。在一些实施例中，调光器还可以根据现实世界环境的亮度在现实世界子帧期间对来自现实世界环境的光进行调光。光学调光器可以被配置为具有在0和100％之间的任意数字(包括0和100％)的透光率。即，光学调光器可以完全透射或完全阻止入射光。
[0021]本公开还提供了一种用于波导显示器组件的方法。投影仪的显示帧可以被划分为两个子帧，分别用于对来自现实世界光和来自虚拟世界的光的顺序透射。该方法可以包括：
在显示帧的虚拟世界子帧期间，打开投影仪以生成图像光，并且将至少一个可切换光栅切换到衍射状态，以经由衍射将图像光解耦出波导到眼盒。该方法还可以包括：在显示帧的现实世界子帧期间，关闭投影仪以免生成图像光，并且将至少一个可切换光栅切换到非衍射状态，以将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。在一些实施例中，预定阈值约为0.1％。虚拟世界子帧的持续时间或时间可以在显示帧中被最小化，以最小化衍射伪像。它可以例如取决于现实世界环境的亮度。在一些实施例中，该方法还可以包括：在显示帧的虚拟世界子帧期间，切换所有可切换光栅，以执行以下项中的至少一项：经由衍射将图像光从波导中引导、扩展或解耦到眼盒；以及在显示帧的现实世界子帧期间，切换所有可切换光栅以将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到眼盒。在一些实施例中，该方法还可以包括：在虚拟世界子帧期间，对被设置在波导的面向现实世界环境的一侧的调光器进行切换，以阻止来自现实世界环境的光。该方法还可以包括：根据现实世界环境的亮度，在现实世界子帧期间切换调光器以对来自现实世界环境的光进行调光(包括完全阻止)。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学设备，包括：投影仪，被配置为生成图像光；以及波导，与所述投影仪光学地耦合，并且被配置为将所述图像光引导到眼盒，所述波导包括：内耦合元件，被配置为将所述图像光耦合到所述波导中，以及外耦合元件，被配置为将所述图像光解耦出所述波导，其中所述波导包括至少一个可切换光栅，所述至少一个可切换光栅被配置为：在显示帧的虚拟世界子帧期间，经由衍射将所述图像光解耦出所述波导，以及在所述显示帧的现实世界子帧期间，将来自现实世界环境的光以小于预定阈值的衍射效率透射到所述眼盒。2.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述预定阈值约为0.1％。3.根据权利要求1所述的光学设备，其中：所述波导包括多个可切换光栅，所述多个可切换光栅中的每个可切换光栅被配置为：在所述显示帧的所述虚拟世界子帧期间，执行以下项中的至少一项：经由所述衍射将所述图像光引导、扩展或解耦出所述波导，以及在所述显示帧的所述现实世界子帧期间，将来自所述现实世界环境的所述光以小于所述预定阈值的所述衍射效率透射到所述眼盒。4.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述现实世界子帧具有比所述虚拟世界子帧更长的持续时间。5.根据权利要求4所述的光学设备，其中所述现实世界子帧持续所述显示帧的时间的约90％到99％。6.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述现实世界子帧和所述虚拟世界子帧以超过所述光学设备的用户的闪烁融合阈值的速率被呈现。7.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述至少一个可切换光栅是包括液晶(LC)的可切换光栅。8.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述投影仪是高速投影仪，所述高速投影仪被配置为在所述虚拟世界子帧期间被打开并且在所述现实世界子帧期间被关闭，所述高速投影仪具有足够短的切换时间，使得所述现实世界子帧和所述虚拟世界子帧以超过所述光学设备的用户的闪烁融合阈值的速率被呈现。9.根据权利要求8所述的光学设备，其中所述高速投影仪包括以下中的一项：DLP(数字光处理)投影仪、LCoS(硅基液晶)投影仪、LCD(液晶显示器)投影仪、OLED(有机发光二极管)投影仪或者微LED(发光二极管)投影仪。10.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述投影仪包括光源，所述光源被配置为在所述虚拟世界子帧期间被打开并且在所述现实世界子帧期间被关闭，所述光源具有足够短的切换时间，使得所述现实世界子帧和所述虚拟世界子帧以超过所述光学设备的用户的闪烁融合阈值的速率被呈现。11.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：可...
【专利技术属性】
技术研发人员：O，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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