用于增强现实显示系统的布拉格光栅技术方案

一种头戴式显示系统可包含：可戴在头上的框架；光投影系统，其被配置成输出光以将图像内容提供到用户的眼睛；以及波导，其由所述框架支撑。所述波导可以被配置成导引来自所述光投影系统的所述光的至少一部分耦合到所述波导中以将所述图像内容呈现到所述用户的眼睛。所述系统可包含光栅，所述光栅包含第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件。所述第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件的组合可作为透射性衍射光学元件操作。所述第一反射性衍射光学元件可为体积相位全息光栅。所述第二反射性衍射光学元件可为液晶偏振光栅。偏振光栅。偏振光栅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强现实显示系统的布拉格光栅


[0001]本公开涉及用于虚拟现实、增强现实和混合现实系统的目镜。

技术介绍

[0002]现代的计算和显示技术已经促进了虚拟现实、增强现实和混合现实系统的发展。虚拟现实或“VR”系统创建供用户进行体验的模拟环境。这可以通过经由头戴式显示器向用户呈现计算机生成的图像数据来完成。此图像数据产生使用户沉浸在模拟环境中的感觉体验。虚拟现实情境通常涉及仅计算机生成的图像数据的呈现，而不是还包含实际现实世界图像数据。
[0003]增强现实系统通常用模拟元素补充现实世界环境。举例来说，增强现实或“AR”系统可经由头戴式显示器为用户提供周围现实世界环境的视图。然而，计算机生成的图像数据也可在显示器上呈现以增强现实世界环境。此计算机生成的图像数据可包含与现实世界环境在上下文相关的元素。此类元素可包含模拟文字、图像、对象等。混合现实或“MR”系统是一类AR系统，其同样将模拟对象引入到现实世界环境中，但这些对象通常具有较大程度的交互性。模拟元素通常可以实时交互。
[0004]图1描绘实例AR场景1，其中用户看见现实世界公园环境6，其具有人、树、背景中的建筑物和混凝土平台20。除这些项目之外，还向用户呈现计算机生成的图像数据。计算机生成的图像数据可包含例如站立在现实世界平台20上的机器人雕像10，和看似拟人化大黄蜂的飞行的卡通状化身角色2，但这些元素2、10实际上并不存在于现实世界环境中。

技术实现思路

[0005]一种被配置成由用户穿戴的头戴式显示系统可包含：可戴在头上的框架；光投影系统，其被配置成输出光以将图像内容提供到所述用户的眼睛；波导，其由所述框架支撑。所述波导可被配置成导引来自所述光投影系统的光的至少一部分耦合到所述波导中以将所述图像内容呈现到所述用户的眼睛。所述系统可包含光栅，所述光栅具有：第一反射性衍射光学元件，其包含体积相位全息光栅；以及第二反射性衍射光学元件，其包含液晶偏振光栅。所述第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件的组合可安置于所述波导的一侧上且被配置成作为透射性衍射光学元件操作。
[0006]在各种实施方案中，包含体积相位全息光栅的所述第一反射性衍射光学元件可被配置成将朝向所述第一反射性衍射光学元件引导的光朝向所述第二反射性衍射光学元件反射。包含液晶偏振光栅的所述第二反射性衍射光学元件可被配置成将由所述第一反射性衍射光学元件反射的光返回朝向所述第一反射性衍射光学元件反射。所述第一反射性衍射光学元件可被配置成透射由所述第二反射性衍射光学元件反射的光。
[0007]在一些实施方案中，包含体积相位全息光栅的所述第一反射性衍射光学元件可被配置成反射处于特定入射角的光且透射处于其它入射角的光。包含液晶偏振光栅的所述第二反射性衍射光学元件可被配置成透射具有第一偏振状态的入射光且反射具有第二不同
偏振状态偏振的入射光。所述第一偏振状态可为线性偏振状态且所述第二偏振状态可为圆偏振状态。光的偏振状态可由于包含体积相位偏振光栅的所述第一反射性衍射光学元件对光的反射而改变。光的偏振状态可由于包含体积相位偏振光栅的所述第一反射性衍射光学元件对光的反射而改变到由包含液晶偏振光栅的所述第二反射性衍射光学元件透射的偏振状态。
[0008]在附图和以下描述中阐述本说明书中描述的主题的一个或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优点将从所述描述、图式及权利要求书变得显而易见。此
技术实现思路
和以下详细描述并不有意界定或限制本专利技术主题的范围。
附图说明
[0009]图1示出用户通过增强现实(AR)装置的AR的视图。
[0010]图2示出可穿戴式显示系统的实例。
[0011]图3示出用于为用户模拟三维图像数据的常规显示系统。
[0012]图4示出用于使用多个深度平面模拟三维图像数据的方法的方面。
[0013]图5A
‑
5C示出曲率半径与焦半径之间的关系。
[0014]图6示出用于在AR目镜中向用户输出图像信息的波导堆叠的实例。
[0015]图7A
‑
7B示出由波导输出的出射光束的实例。
[0016]图8示出堆叠波导组合件的实例，其中每一深度平面包含使用多个不同分量色彩形成的图像。
[0017]图9A示出各自包含内耦合光学元件的堆叠波导的集合的实例的横截面侧视图。
[0018]图9B示出图9A的所述多个堆叠波导的实例的透视图。
[0019]图9C示出图9A和9B的所述多个堆叠波导的实例的从上到下平面图。
[0020]图10A和10C示出透射布拉格光栅。
[0021]图10B和10D示出反射布拉格光栅。
[0022]图11示出透射性衍射光学元件，例如通过组合第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件形成的布拉格光栅。
[0023]图12示出图11的透射性衍射光学元件的操作。
具体实施方式
[0024]概述
[0025]本公开描述改进的透射衍射光学元件或光栅，例如布拉格光栅，其可在AR显示系统中使用以向用户的眼睛投影图像。所公开的透射衍射光学元件的制造是高效且容易的。
[0026]实例头戴式显示装置
[0027]图2示出实例可穿戴式显示系统60。显示系统60包含显示器或目镜70，以及用以支持显示器70的功能的各种机械和电子模块和系统。显示器70可联接到框架80，所述框架可由显示系统用户90穿戴且被配置成将显示器70定位于用户90的眼睛的前方。在一些实施例中，显示器70可被视为眼镜。在一些实施例中，扬声器100联接到框架80且邻近于用户90的耳道而定位。显示系统还可包含一个或多个麦克风110以检测声音。麦克风110可允许用户对系统60提供输入或命令(例如，语音菜单命令的选择、自然语言问题等)，和/或可允许与
其它人(例如，与相似显示系统的其它用户)的音频通信。麦克风110也可从用户的周围环境收集音频数据(例如，来自用户和/或环境的声音)。在一些实施例中，显示系统还可包含外围传感器120a，其可与框架80分开且附接到用户90的身体(例如，头、躯干、肢端等上)。在一些实施例中，外围传感器120a可以获取表征用户90的生理状态的数据。
[0028]显示器70通过通信链路130，例如通过有线或无线连接性以操作方式联接到本地数据处理模块140，所述本地数据处理模块可以多种配置安装，例如固定地附接到框架80，固定地附接到由用户穿戴的头盔或帽子，嵌入于头戴受话器中，或以可装卸方式附接到用户90(例如，以背包式配置或以皮带联接式配置)。类似地，传感器120a可以通过通信链路120b(例如，有线或无线连接性)以操作方式联接到本地处理器和数据模块140。本地处理和数据模块140可以包含硬件处理器，以及数字存储器，例如非易失性存储器(例如，快闪存储器或硬盘驱动器)，这两者都可以用于帮助数据的处理、高速缓冲存储和存储。数据可以包含：1)从传感器(可以例如以操作方式联接到框架80或以其它方式附接到用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种被配置成由用户穿戴的头戴式显示系统，其包括：可戴在头上的框架；光投影系统，其被配置成输出光以将图像内容提供到所述用户的眼睛；波导，其由所述框架支撑，所述波导被配置成导引来自所述光投影系统的所述光的至少一部分耦合到所述波导中以将所述图像内容呈现到所述用户的眼睛；以及光栅，其包括：第一反射性衍射光学元件，其包括体积相位全息光栅；以及第二反射性衍射光学元件，其包括液晶偏振光栅，其中所述第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件的组合安置于所述波导的一侧上且被配置成作为透射性衍射光学元件操作。2.根据权利要求1所述的头戴式显示系统，其中所述光栅被配置成透射从所述光投影系统或所述波导朝向所述光栅引导的光。3.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述第一反射性衍射光学元件和第二反射性衍射光学元件的组合被配置成作为透射布拉格光栅操作。4.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述光栅包括外耦合光栅，所述外耦合光栅被配置成将在所述波导内导引的光朝向所述用户的眼睛耦合到所述波导之外。5.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示系统，其中所述光栅包括内耦合光栅，所述内耦合光栅被配置成将光耦合到所述波导中，使得耦合到所述波导中的所述光通过全内反射在所述波导中传播。6.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示系统，其中：包括所述体积相位全息光栅的所述第一反射性衍射光学元件被配置成将被朝向所述第一反射性衍射光学元件引导的光朝向所述第二反射性衍射光学元件反射；包括所述液晶偏振光栅的所述第二反射性衍射光学元件被配置成将由所述第一反射性衍射光学元件反射的光返回朝向所述第一反射性衍射光学元件反射；以及所述第一反射性衍射光学元件被配置成透射由所述第二反射性衍射光学元件反射的光。7.根据前述权利要求中任一项所述的头戴式显示系统，其中包括所述体积相位全息光栅的所述第一反射性...

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