用于减少光学伪影的变迹光学元件制造技术

本文公开的技术涉及近眼显示系统。近眼显示器的光学设备的一个示例包括基底和共形地耦合到基底表面的全息光栅。基底对于可见光和红外光是透明的，并且被配置成放置在近眼显示器的用户的眼睛前面。全息光栅的折射率调制在基底的表面法线方向上变迹，以减少可见光中的光学伪影。光学伪影。光学伪影。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少光学伪影的变迹光学元件


[0001]本专利技术总体上涉及用于人工现实系统的近眼显示系统。
[0002]背景
[0003]诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括以头戴式装置(headset)或一副眼镜形式的近眼显示系统，并且该近眼显示系统被配置成经由例如用户眼睛前方大约10mm
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20mm内的电子显示器或光学显示器向用户呈现内容。如在虚拟现实(VR)、增强现实(AR)或混合现实(MR)应用中，近眼显示系统可以显示虚拟对象或者将现实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以通过例如透过透明的显示眼镜或透镜(通常被称为光学透视(optical see
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through)或者通过观看由照相机捕获的周围环境的显示图像(通常被称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境两者。
[0004]为了提供更沉浸式的人工现实体验，一些人工现实系统可以包括用于接收用户输入(例如手和/或手指移动)的输入设备。附加地或替代地，人工现实系统可以采用能够跟踪用户眼睛(例如，凝视方向)的眼睛跟踪系统。然后，人工现实系统可以采用凝视方向信息和/或从输入设备获得的信息来基于用户正在观看的方向修改或生成内容，从而为用户提供更沉浸式的体验。眼睛跟踪系统还可以用于注视点渲染(foveated rendering)、注视点压缩和图像数据传输、警觉性监控等。
[0005]概述
[0006]本专利技术总体上涉及近眼显示系统。根据某些实施例，眼睛跟踪系统包括对可见光和红外光透明的基底，以及共形地耦合到基底表面的反射全息光栅。反射全息光栅可以被配置成透射可见光并反射性地衍射第一波长范围内的红外光以用于眼睛跟踪。反射全息光栅的折射率调制可以在沿着反射全息光栅的厚度方向的方向上变迹(apodize)，以减少可见光中的光学伪影。
[0007]在眼睛跟踪系统的一些实施例中，反射全息光栅的折射率调制的幅度可以由沿着反射全息光栅厚度的方向的钟形曲线来表征。
[0008]在一些实施例中，反射全息光栅的折射率调制在沿着反射全息光栅厚度的方向上在反射全息光栅的中心区域具有最大幅度。
[0009]在一些实施例中，反射全息光栅的厚度是至少15μm，并且折射率调制的最大幅度是至少0.035。
[0010]在一些实施例中，在邻近基底表面的区域中，反射全息光栅的折射率调制为零。
[0011]在一些实施例中，反射全息光栅在沿着反射全息光栅厚度的方向上相对于反射全息光栅的中心不对称地变迹。
[0012]在一些实施例中，反射全息光栅可以包括被配置成层压在基底表面上的光聚合物层。
[0013]在一些实施例中，光聚合物层可以包括具有不同折射率调制幅度的不同光聚合物材料的多个层。
[0014]在一些实施例中，眼睛跟踪系统还可以包括被配置成发射第一波长范围内的红外光以用于眼睛跟踪的光源，其中反射全息光栅可以被配置成将第一波长范围内的红外光从光源反射性地衍射到用户的眼睛。
[0015]在一些实施例中，眼睛跟踪系统还可以包括红外照相机，其中反射全息光栅被配置成将第一波长范围内的红外光从用户的眼睛反射性地衍射到红外照相机。
[0016]在一些实施例中，基底可以包括玻璃基底、石英基底、塑料基底、聚合物基底、陶瓷基底或晶体基底中的至少一种，并且基底的表面可以包括曲面或平面。
[0017]在一些实施例中，可见光中的光学伪影可以包括彩虹重影(ghost)图像。
[0018]根据一些实施例，用于近眼显示器的光学设备可以包括基底和共形地耦合到基底表面的全息光栅。基底可以对可见光和红外光透明，并且被配置成放置在近眼显示器的用户的眼睛前面。全息光栅的折射率调制可以在基底的表面法线方向上变迹，以减少可见光中的光学伪影。
[0019]在一些实施例中，全息光栅在基底的表面法线方向上的折射率调制的幅度由钟形曲线表征。
[0020]在一些实施例中，全息光栅的折射率调制的幅度在基底的表面法线方向上是不对称的。
[0021]在一些实施例中，全息光栅包括被配置成层压在基底表面上的光聚合物层。
[0022]在一些实施例中，光聚合物层的厚度可以大于15μm；并且全息光栅的最大折射率调制可以是至少0.035。
[0023]在光学设备的一些实施例中，全息光栅可以包括反射全息光栅，该反射全息光栅被配置成透射可见光并反射性地衍射第一波长范围内的红外光，以用于眼睛跟踪。
[0024]在一些实施例中，全息光栅可以被配置成将第一波长范围内的红外光从红外光源反射性地衍射到用户的眼睛，或者从用户的眼睛反射性地衍射到红外照相机。
[0025]在一些实施例中，基底被配置成通过全内反射在基底内引导显示光，并且全息光栅包括光栅耦合器，该光栅耦合器被配置成将显示光的至少一部分从基底耦合出去。
[0026]根据某些实施例，制造用于近眼显示器的光学设备的方法可以包括：在支撑基底上获得光聚合物层，其中，光聚合物层对第一波长范围内的光敏感；以及将第一波长范围内的第一光束从光聚合物层的第一侧投射到光聚合物层上。第一光束的第一波长、第一光束的第一强度和光聚合物层的光吸收率可以被配置成使得第一光束的第一强度在光聚合物层中从第一侧在沿着光聚合物层的厚度的方向上根据预定的光强度分布逐渐降低，以在沿着光聚合物层的厚度的方向上变迹光聚合物层。
[0027]在一些实施例中，将第一光束投射到光聚合物层上可以包括：将棱镜定位在光聚合物层附近，其中棱镜的折射率大于1.33；以及将第一光束投射到棱镜上，其中棱镜将第一光束折射到光聚合物层上。
[0028]在一些实施例中，该方法还可以包括在变迹的光聚合物层中记录全息光栅，其中全息光栅可以在沿着光聚合物层的厚度的方向上变迹，并且可以被配置成透射第一波长范围内的光并反射性地衍射红外光以用于眼睛跟踪。
[0029]在一些实施例中，该方法还可以包括将第一波长范围内的第二光束从光聚合物层的第二侧投射到光聚合物层上。第二光束的第二波长、第二光束的第二强度和光聚合物层
的光吸收率可以被配置成使得第二光束的第二强度在光聚合物层中从第二侧在沿着光聚合物层的厚度的方向上逐渐降低，以在沿着光合物层的厚度的方向上变迹光聚合物层。
[0030]第一波长和第二波长可以相同或不同。
[0031]光聚合物层可以在沿着光聚合物层的厚度的方向上不对称地变迹。
[0032]在一些实施例中，第一光束和第二光束可以是相干的，并且第一光束和第二光束可以在光聚合物层中干涉，以在光聚合物层中形成变迹的全息光栅。
[0033]在一些实施例中，变迹的全息光栅在沿着光聚合物层的厚度的方向上的折射率调制的幅度可以由钟形曲线表征。
[0034]在一些实施例中，变迹的全息光栅的折射率调制在邻近支撑基底的区域中可以为零。
[0035]在一些实施例中，变迹的全息光栅可以被配置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于近眼显示器的光学设备，所述光学设备包括：基底，所述基底对可见光和红外光透明，并且被配置成放置在所述近眼显示器的用户的眼睛前面；以及全息光栅，所述全息光栅共形地耦合到所述基底的表面，其中，所述全息光栅的折射率调制在所述基底的表面法线方向上变迹，以减少可见光中的光学伪影。2.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述全息光栅在所述基底的表面法线方向上的折射率调制的幅度由钟形曲线表征。3.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述全息光栅的折射率调制的幅度在所述基底的表面法线方向上是不对称的。4.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述全息光栅包括反射全息光栅，所述反射全息光栅被配置成透射可见光并反射性地衍射第一波长范围内的红外光，以用于眼睛跟踪。5.根据权利要求4所述的光学设备，其中，所述全息光栅被配置成将所述第一波长范围内的红外光从红外光源反射性地衍射到用户的眼睛或者从用户的眼睛反射性地衍射到红外照相机。6.根据权利要求1
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3中任一项所述的光学设备，其中：所述基底被配置成通过全内反射在所述基底内引导显示光；并且所述全息光栅包括光栅耦合器，所述光栅耦合器被配置成将所述显示光的至少一部分从所述基底耦合出去。7.根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述全息光栅包括被配置成层压在所述基底的表面上的光聚合物层。8.根据权利要求7所述的光学设备，其中：所述光聚合物层的厚度大于15μm；并且所述全息光栅的最大折射率调制是至少0.035。9.一种制造用于近眼显示器的光学设备的方法，所述方法包括：在支撑基底上获得光聚合物层，其中，所述光聚合物层对第一波长范围内的光敏感；以及从所述光聚合物层的第一侧将所述第一波长范围内的第一光束投射到所述光聚合物层上，其中，所述第一光束的第一波长、所述第一光束的第一强度和所述光聚合物层的光吸收率被配置成使得所述第一光束的第一强度在所述光聚合物层中从所述第一侧在沿着所述光聚合物层的厚度的方向上根据预定的光强度分布逐渐降低，以在沿着所述光聚合物层的厚度的方向上变迹所...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：