可穿戴显示器中光透射伪影的角度选择性衰减制造技术

一种可穿戴显示系统包括：目镜堆叠，其具有世界侧和与世界侧相对的用户侧。在使用期间，位于用户侧的用户观看由可穿戴显示系统经由目镜堆叠递送的显示图像，其增强用户对用户环境的视野。该系统还包括光学衰减器，其布置在目镜堆叠的世界侧，光学衰减器具有双折射材料的层，该双折射材料的层具有多个域，每个域具有在与其他域的方向不同的对应方向上取向的主光轴。对于相应的不同入射角范围，光学衰减器的每个域减少入射在光学衰减器上的可见光的透射。光的透射。光的透射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可穿戴显示器中光透射伪影的角度选择性衰减


[0001]本公开涉及可穿戴显示器中光透射伪影的衰减。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2020年3月6日提交的美国临时申请号62/986,478的权益，其内容通过引用整体并入本文中。

技术介绍

[0004]光学成像系统，诸如可穿戴显示系统(例如，可穿戴显示器耳机)可以包括向用户呈现投射图像的一个或多个目镜。目镜可以使用一种或多种高折射材料的薄层构成。作为示例，目镜可由一层或多层高折射玻璃、硅、金属或聚合物基板构成。
[0005]可以结合使用多个目镜来投射模拟的三维图像。例如，多个目镜——每个具有不同的图案——可以逐层叠加在一起，并且每个目镜可以投射立体图像的不同深度层。因此，目镜可以跨三个维度将体积图像共同呈现给用户。例如，这在向用户呈现“虚拟现实”环境时可能很有用。
[0006]可穿戴显示系统中的光学元件还可以与环境光相互作用，环境光是来自用户所处环境的光。例如，可穿戴显示系统中的衍射结构能够以高角度将入射在可穿戴显示器上的环境光(其通常不进入用户视野)衍射到视野中，从而产生降低用户体验的可见伪影。

技术实现思路

[0007]描述了可穿戴显示系统(例如，可用于增强现实(AR)应用)，其包括光学衰减器以减轻与以高入射角入射在显示器上的环境光相关的伪影。示例的光学衰减器可以根据入射角将不同程度的衰减赋予宽带光。光学衰减器通过改变衰减器中双折射介质的光轴在衰减器的域与域之间的对准来表征跨可穿戴显示器的通光孔径(clear aperture)的透射角范围的空间变化。例如，用作衰减器的双折射层的液晶材料的指向轴可以在空间上变化。与使用单域双折射层的解决方案相比，该光学衰减器可以进一步改善对与可穿戴显示器相关的伪影的抑制，并减少用户通过显示器看到的世界边缘的色移。
[0008]本专利技术的各个方面总结如下。
[0009]一般而言，在第一方面，本专利技术的特征在于一种可穿戴显示系统，包括：目镜堆叠，其具有世界侧和与世界侧相对的用户侧，其中，在使用期间，位于用户侧的用户观看由可穿戴显示系统经由目镜堆叠递送的显示图像，其增强用户对用户环境的视野；以及光学衰减器，其布置在目镜堆叠的世界侧，光学衰减器具有双折射材料的层，该双折射材料的层具有多个域，每个域具有在与其他域的方向不同的对应方向上取向的主光轴。对于相应的不同入射角范围，光学衰减器的每个域减少入射在光学衰减器上的可见光的透射。
[0010]可穿戴显示系统的实施例可以包括以下特征中的一个或多个。例如，对于与可穿戴显示器的眼盒对应的目镜堆叠的孔径，用世界侧的D65光源在用户侧通过显示器观看到的图像的白点跨定义眼盒的显示器的孔径针对40
°
或更小的入射角在CIELUV颜色空间变化
0.01Δu'v'或更小。孔径可具有20mm或更大的直径(例如，25mm或更大、30mm或更大、35mm或更大、40mm或更大)。孔径可以具有50mm或更小的直径。
[0011]双折射材料可以是液晶材料，并且角度选择性膜还可以包括在液晶材料的相对侧上的一对取向层，其中，取向层中的至少一个取向层被配置为向角度选择性膜的不同域中的液晶材料提供不同的预倾角。与可穿戴显示器的视轴相交的域处的极预倾角可以是零度，并且远离视轴的至少一个域处的极预倾角大于零。具有非零极预倾角的至少两个域可以具有不同的方位角预倾角。
[0012]双折射材料的层可以是空间变化的o
‑
板。
[0013]双折射材料的层可以包括以一维图案布置的域。替代地，双折射材料的层可以包括以二维图案布置的域。
[0014]双折射材料的层可以布置在一对线偏振器之间。两个线偏振器的通过轴可以交叉。双折射膜可以使偏振调整膜的世界侧的通过该对线偏振器中的第一线偏振器透射的光的偏振态旋转。偏振态的旋转量取决于通过该对线偏振器中的第一线偏振器透射的光的入射角而变化。具有大入射角的透射光可以比具有小入射角的透射光旋转得更小。光学衰减器可以包括一对四分之一波片，四分之一波片设置在双折射材料的层的相对侧。每个四分之一波片可以相对于线偏振器中的相应的一个线偏振器布置以形成圆偏振器。
[0015]在一些实施例中，光学衰减器包括双折射材料的第二层。光学衰减器还可以包括三个线偏振器，每个双折射层布置在三个线偏振器中的两个线偏振器之间。双折射材料的每个层可以是空间变化的o
‑
板。光学衰减器可以包括多个四分之一波片，一对四分之一波片布置在双折射材料的每个层的相对侧上。
[0016]光学衰减器可以包括两个或更多个级，每个级具有布置在一对线偏振器之间的双折射材料的层。相邻级可以共享线偏振器。
[0017]双折射材料的层可以是具有可变光学特性的可切换元件。可切换元件可以包括一对电极层之间的液晶层。
[0018]在其他优点中，本专利技术的实施方式可以减少某些可穿戴显示器中的与杂散环境光相关的不希望的光学伪影(例如，彩虹效应)，杂散环境光与显示器中的光栅结构相互作用。例如，采用表面浮雕(relief)光栅的基于波导的可穿戴显示器(例如，用于AR/MR应用)可能将杂散环境光衍射到显示器的眼盒中，从而导致用户视野中出现不需要的伪影，从而降低用户体验。本专利技术的实施方式可以显着减少这种伪影，而不会显着影响用户的观看视野。
[0019]实施方式可以基于环境光在眼盒中的入射角和入射位置来衰减环境光的透射。例如，选择性地衰减大于用户视野的入射角的光的衰减器可以减轻由衍射近眼显示器产生的伪影的可见性，而不会牺牲用户的世界视图的透射。
[0020]在附图和以下描述中阐述一个或多个实施例的细节。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征和优点将是明显的。
附图说明
[0021]图1示出了可穿戴显示系统的示例。
[0022]图2A示出了用于向用户模拟三维图像数据的传统显示系统。
[0023]图2B示出了用于使用多个深度平面来模拟三维图像数据的方法的方面。
[0024]图3A
‑
3C示出了曲率半径和焦点半径之间的关系。
[0025]图4示出了AR目镜中用于将图像信息输出给用户的波导堆叠的示例。
[0026]图5和6示出了由波导输出的出射光束的示例。
[0027]图7A和7B是图示通过具有表面浮雕光栅的显示器组合器的光路的示意图。
[0028]图8A和8B是比较通过具有光学衰减器和不具有光学衰减器的显示器组合器的光透射的示意图。
[0029]图9A和9B是显示眼盒和相关世界透射角的图。
[0030]图10是示出世界透射和伪影生成分布的一系列图。
[0031]图11A和11B是具有单个O
‑
板和空间变化O
‑
板的目镜的示例。
[0032]图12A和12B是空间变化O
‑
板的进一步示例。
[0033]图13是具有多个O<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】1.一种可穿戴显示系统，包括：目镜堆叠，其具有世界侧和与所述世界侧相对的用户侧，其中，在使用期间，位于所述用户侧的用户观看由所述可穿戴显示系统经由所述目镜堆叠递送的显示图像，其增强用户对用户环境的视野；以及光学衰减器，其布置在所述目镜堆叠的所述世界侧，所述光学衰减器包括具有多个域的双折射材料的层，每个域具有在与其他域的方向不同的对应方向上取向的主光轴，其中，对于相应的不同入射角范围，所述光学衰减器的每个域减少入射在所述光学衰减器上的可见光的透射。2.根据权利要求1所述的可穿戴显示器，其中，对于与所述可穿戴显示器的眼盒对应的所述目镜堆叠的孔径，用世界侧的D65光源在用户侧通过显示器观看到的图像的白点跨定义所述眼盒的所述显示器的孔径针对40
°
或更小的入射角在CIELUV颜色空间变化0.01Δu'v'或更小。3.根据权利要求1或2所述的可穿戴显示器，其中，所述孔径具有20mm或更大的直径。4.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴显示器，其中，所述孔径具有50mm或更小的直径。5.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴显示器，其中，所述双折射材料是液晶材料并且所述光学衰减器还包括在所述液晶材料的相对侧的一对取向层，其中，所述取向层中的至少一个取向层被配置为向所述光学衰减器的不同域中的所述液晶材料提供不同的预倾角。6.根据权利要求5所述的可穿戴显示器，其中，在与所述可穿戴显示器的视轴相交的域处的极预倾角是零度，并且远离所述视轴至少一个域处的极预倾角是更大的非零。7.根据权利要求5或6所述的可穿戴显示器，其中，具有非零极预倾角的至少两个域具有不同的方位角预倾角。8.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴显示器，其中，所述双折射材料的层是空间变化的o
‑
板。9.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴显示器，其中，所述双折射材料的层包括以一维图案布置的域。10.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的可穿戴显示器，其中，所述双折射材料的层包括以二维图案布置的域。11.根据前述权利要求中任一项所述的可穿戴显示系统，其中，所述双折射材...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：