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減少偽影

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月16日）AR頭顯可以使用具有多路光柵的波導，從而將與圖像相關的光線從投影儀傳播到視窗。但有時候，來自投影儀或顯示系統(tǒng)的一個或多個中間光學元件的雜散光可能會產(chǎn)生串擾，或者在預期之前或之后到達用戶的眼睛，從而產(chǎn)生視覺偽影，例如拖影。

在名為“Display systems with gratings oriented to reduce appearances of ghost images”中，Meta就介紹了一種減少拖影的顯示系統(tǒng)。

在一個實施例中，專利描述的顯示系統(tǒng)可以具有透鏡組件，透鏡組件包括用于將光從投影儀傳播到視窗的波導。所述波導可包括多個光柵，所述顯示光可依次通過所述光柵傳播。另外，所述多個光柵中的至少一個可以定向，以將所述顯示光傳播到下一個光柵。

特別是，可以定向多個光柵中至少一個的z方向，以減少拖影的存在。作為具體示例，多個光柵中至少一個的z方向可以是與多個光柵中至少一個的法向z方向相反的方向。法向z方向可以定義為拖影出現(xiàn)的z方向。

在一個實施例中，多個光柵可包括輸入光柵、第一中間光柵、第二中間光柵和輸出光柵。可以定向任意一個光柵的z方向，以減少拖影的出現(xiàn)。多個光柵可以與基于體布拉格光柵（VBG）的波導顯示設備相關聯(lián)。

圖4示出了一個近眼顯示系統(tǒng)中的光學系統(tǒng)400。光學系統(tǒng)400可包括圖像源410和任意數(shù)量的投影儀光學元件420。

在圖4所示的示例中，圖像源410可以位于投影儀光學元件420的前面，并且可以向投影儀光學元件20投射光。

在一個實施例中，圖像源410可以位于用戶眼睛490的視場之外。所以，投影儀光學元件420可以包括一個或多個反射器、折射器或定向耦合器，其可以偏轉來自用戶眼睛490的視場外的圖像源410的光，以令圖像源410看起來位于用戶眼睛490的前方。

來自圖像源410的光可由投影儀光學元件420準直并定向到出瞳430。然后，可以通過透鏡將來自不同視角的準直光聚焦到用戶眼睛490的視網(wǎng)膜492的不同位置。這樣，可以在視網(wǎng)膜492形成圖像源410的單個圖像。

用戶體驗可能取決于光學系統(tǒng)的多個特征，包括視場、圖像質量、視窗的大小和視窗內(nèi)的光線亮度或對比度。在一個實施例中，可通過波導將光耦合到顯示系統(tǒng)和/或從顯示系統(tǒng)中輸出。特別地，投影圖像的光可以使用任意數(shù)量的反射或衍射光學元件耦合進入或離開波導。例如，一個或多個體布拉格光柵（VBG）可應用到基于波導的顯示系統(tǒng)。

一個或多個體布拉格光柵可以用來衍射從投影儀的顯示光到用戶的眼睛。另外，一個或多個體布拉格光柵可以幫助補償由彼此引起的顯示光的色散，以減少基于波導的顯示系統(tǒng)中的整體色散。

圖5舉例說明了波導500的示意圖。波導500可包括多個層，例如至少一個襯底501和至少一個光聚合物層502。襯底501可以由聚合物、玻璃、晶體、陶瓷和/或其他類似材料組成。

至少一個襯底501和至少一個光聚合物層502可以光學粘合以形成波導500。襯底501可以具有約0.4-0.6毫米或其他厚度范圍之間的任何厚度。光聚合物層502可以是厚度在約10-800微米或其他范圍之間的薄膜層。

可以在光聚合物層502中提供一個或多個體布拉格光柵。在一個實施例中，可以通過在光聚合物層502中產(chǎn)生干涉圖樣503來提供一個或多個體布拉格光柵。其中，可以通過疊加兩個激光器來產(chǎn)生干涉圖案503，以產(chǎn)生空間調(diào)制。

通過將干涉圖案503暴露于光敏聚合物層502中，可以改變光敏聚合物層502的折射率，并且可以在光敏聚合物層502中提供體布拉格光柵。

圖6A示出了包括體布拉格光柵排列的波導配置600。波導配置600可用于顯示系統(tǒng)，而波導結構600可以包括輸入體布拉格光柵602、第一中間體布拉格光柵604、第二中間體布拉格光柵606和輸出體布拉格光柵608。

顯示系統(tǒng)的投影儀612可以將顯示光614傳輸?shù)讲▽渲?00中的體布拉格光柵602-608的布置。如圖所示，投影儀612可將顯示光614輸出到輸入光柵602。

輸入光柵602包括的光柵配置可將從投影儀612接收到的顯示光614傳播到第一中間光柵604。第一中間光柵604包括的光柵配置可將接收的顯示光614傳播到第二中間光柵606。第二中間光柵606包括的光柵配置可將顯示光614傳播到輸出光柵608。輸出光柵608包括的光柵配置可將所接收的顯示光614傳播到視窗616或用戶的眼睛(未示出)。

輸入光柵602、第一中間光柵604、第二中間光柵606和輸出光柵608中的每一個都可以包括光柵結構，以確保接收到的光向箭頭610所示的特定方向傳播，例如，折射、衍射和/或反射。

波導配置600可以包括任何數(shù)量的體布拉格光柵，并可以暴露在“透明”的光聚合物材料中。這樣，整個波導配置600可以是相對透明，以便用戶可以透過波導配置600看到另一側。

同時，體布拉格光柵602-608的排列可以接收來自投影儀612的傳播顯示光614，并且可以令傳播顯示光614作為圖像618顯示在用戶的眼睛前。例如，波導配置600可導致在視窗616顯示與顯示光614相對應的圖像618。通過這種方式，可以向用戶提供和體驗任意數(shù)量的混合現(xiàn)實環(huán)境。

在一個實施例中，輸入光柵602和輸出光柵608可以彼此具有相同的光柵矢量。另外，第一中間光柵604和第二中間光柵606可以彼此具有相同的光柵矢量。因此，通過輸入光柵602、第一中間光柵604、第二中間光柵606和輸出光柵208傳播的光的色散可以抵消。

為了合并預期的視場范圍和光譜，每個光柵602-608可包含多路光柵節(jié)距以支持預期的視場范圍和光譜。

圖6A中表示為虛線箭頭620的串擾可以發(fā)生在復用光柵602-608之間。串擾620的結果可以是，可以誘導在視窗616顯示拖影圖像622或以其他方式由用戶可見。

圖6B示出了與光通過圖6A所示的第一中間光柵604和第二中間光柵606的傳播相對應的k向量圖630。圖6C示出圖6A中所示的第一中間光柵604的部分640的放大截面視圖。

具體地，圖6C中所示的640描述了第一中間光柵604內(nèi)的z方向光柵結構642。如圖所示，光柵結構642可以具有特定的角度，使得如箭頭644所示的光線可以以特定方式通過第一中間光柵604傳播，使得光線在第一中間光柵604中可以以特定方向向第二中間光柵606輸出。以圖6C所示方式輸出的光線可導致如圖6A所示的拖影622的出現(xiàn)。

現(xiàn)在參考圖7A，圖7A描繪的波導配置700包括體布拉格光柵的排列。類似地，對于圖6A中所示的波導配置600，波導配置700可用于顯示系統(tǒng)。波導結構700可包括輸入體布拉格光柵)702、第一中間體布拉格光柵704、第二中間體布拉格光柵706和輸出體布拉格光柵706。

輸入光柵702、第一中間光柵704、第二中間光柵706和輸出光柵708中的每一個都可以包括光柵結構，以使接收到的光向箭頭710所示的特定方向傳播，例如，折射、衍射和/或反射。

根據(jù)示例，波導配置700中的光柵702-708中的至少一個可以定向以減少拖影622。例如，光柵702-708中的至少一個可以定向以使來自光源712的顯示光714定向到致使減少拖影622的預定義方向。

通過這種方式，第一中間光柵704的z方向可以被向以致使顯示光714定向到預定義的z方向，從而導致拖影622的減少。

現(xiàn)在參考圖7B，圖7B顯示了與光通過圖7A所示的第一中間光柵704和第二中間光柵706的傳播相對應的k矢量圖730。對比k向量圖730和k向量圖630，可以看出k向量在z方向上是不同的。

k向量圖630和730同時顯示了色散是守恒的，例如，k向量在圖5所示的構型之間是守恒的。通過在輸入光柵602和輸出光柵608中具有相同的光柵矢量Ka，并且在第一中間光柵604和第二中間光柵606中具有相同的光柵矢量Kb，可以使k矢量保持不變。

在波導結構700中，Kb變?yōu)镵b ‘，這意味著在波導結構700中，第一中間光柵604和第二中間光柵606的光柵矢量都調(diào)整為Kb ‘。由于波導結構700中第一中間光柵704的光柵矢量依然與第二中間光柵706的光柵矢量相同，所以入射光714和到達718的出射光的k矢量依然守恒。

k矢量圖630和730分別顯示了波導構型600和700的k矢量守恒。特別地，射線矢量首先在(0,0,1)處進入輸入光柵602,702，其中kx=ky=0, kz=1。然后光線矢量跟隨Ka到達k2。接下來，射線矢量沿著Kb到達k3或Kb ‘到達k3。

應該注意的是，k1, k2和k3是k向量圖630和730顯示的三個截距。當光在k3方向傳播到達第二個中間光柵606,706時，其中光經(jīng)歷-Kb或kb ‘，從而返回k2方向到達輸出光柵608,708。由于輸出光柵608、708提供-Ka，光線方向變?yōu)閗1，與輸入光柵602、702傳播光線的入射方向相同。結果，色散為零，或者說守恒。

在上面的討論中，Kb設計為覆蓋所需的視場和光譜，同時保持一個小的光柵區(qū)域。在保持光柵尺寸不變的情況下，翻轉Kb z-component不會改變視場和光譜覆蓋。這可以導致拖影路徑620的減少。

圖7C示出圖7A中所示的第一中間光柵704的部分740的放大截面視圖。如圖所示，光柵結構742可以具有特定的角度，使得如箭頭744所示的光線可以以特定方式通過第一中間光柵704傳播，使得光線可以在第一中間光柵704中以特定方向向第二中間光柵706輸出。以圖7C所示方式輸出的光線可導致減少拖影622的出現(xiàn)。

在比較圖6C和7C，可以看出，740中所示的光柵742的z方向與640中所示的光柵642的z方向相反。換句話說，光柵642的z方向可以解釋為法向z方向，光柵742的z方向可以與法向z方向相反。

通過法向z方向為N的特殊例子，光柵742的z方向可以是-N。同樣，在光柵642的法向z方向為-N的特定示例中，光柵742的z方向可以是n。

在圖6C和7C中，光線644、744可在同一z方向上由第一中間光柵604、704引導。然而，光線644、744可以以不同的z方向指向第二中間光柵606、706。因此，圖像718依然可按預期出現(xiàn)在視窗716，但拖影圖像的出現(xiàn)可以減少。

相關專利：Meta Patent | Display systems with gratings oriented to reduce appearances of ghost images

https://patent.nweon.com/29282

名為“Display systems with gratings oriented to reduce appearances of ghost images”的Meta專利申請最初在2022年1月提交，并在日前由美國專利商標局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/111599