Meta AR/VR专利分享反射偏振器涂层菲涅耳透镜
通过减少与分束器相关的损耗（用偏振反射器代替分束器），使用菲涅耳透镜组件可以增加光学配置的光学效率，而提高光学效率可以改善图像，提高透镜效率，降低功耗，和/或减少给定亮度的热量产生。
（映维网Nweon 2023年12月26日）XR头显用户可能不会对菲涅耳透镜感到陌生。对于这种常见的元件，厂商一直在尝试各种优化方案，从而帮助减轻整体系统的重量和尺寸。在名为“Reflective polarizer coated fresnel lens”的专利申请中，Meta就介绍了一种反射偏振器涂层菲涅耳透镜。
发明描述的设备可包括包括菲涅耳透镜组件的光学结构。示例性菲涅耳透镜组件可包括反射偏振器，例如配置为反射光的第一偏振并传输光的第二偏振。反射偏振器可以反射圆偏振光的一种旋向而传输圆偏振光的另一种旋向。示例性设备可包括分束透镜，或者包括第二菲涅耳透镜组件。分束透镜可包括作为透镜之上的涂层形成的分束器。
通过减少与分束器相关的损耗（用偏振反射器代替分束器），使用菲涅耳透镜组件可以增加光学配置的光学效率，而提高光学效率可以改善图像，提高透镜效率，降低功耗，和/或减少给定亮度的热量产生。
菲涅耳透镜组件或偏振反射器的波长相关特性可以通过调整多层膜结构的一个或多个参数来调整。在一个实施例中，反射偏振器可以具有特定的工作带宽，并且可以使用一个或多个组件的一个或多个参数来调整所述工作带宽。
图2A示出菲涅耳透镜组件200，包括菲涅耳透镜210和反射偏振器220。在本例中，菲涅耳透镜210的表面涂有反射偏振器220。菲涅耳透镜组件可以用作反射偏振菲涅耳透镜。
图2B示出包括菲涅耳透镜210的菲涅耳透镜组件200的截面视图。菲涅耳透镜210的面支持形成反射偏振器220的层。在本例中，使用填充层230将菲涅耳透镜的多面平面化。所述填充层可包括光学透明材料，如玻璃或光学聚合物。所述填充层可以包括空气、液体、聚合物、玻璃、陶瓷或其组合。
图2C示出光学组件270，其包括至少部分位于第一衬底和第二衬底之间的菲涅耳透镜组件200。第一衬底272可支持菲涅耳透镜组件。第二衬底274可为菲涅耳透镜组件的上表面轮廓提供机械保护。
在所述轮廓衬底和所述第二衬底之间的间隙276可包括所述填充层。所述填充层可包括气体、液体或固体。在一个实施例中，固体填料层可以提供第二衬底，以便省略单独的第二衬底。
在一个实施例中，第二衬底或第一衬底可包括反射偏振器。菲涅耳透镜的多面表面可以使用填充层平面化，并且反射偏振器可以位于所述填充层之上。
菲涅耳透镜和填充层中的至少一个可以具有低的双折射值，并且可以具有至少一个可见光波长的光学延迟。
图3示出通过示例菲涅耳透镜组件300的横截面的光传播。菲涅耳透镜组件300包括菲涅耳透镜310、反射偏振器315和填充层320。菲涅耳透镜310的面312支撑反射偏振器315。所述反射偏振器配置为反射光的第一偏振并传输光的第二偏振。光线束305可包括由反射偏振器315反射形成反射光线束328的具有第一偏振的光，并可包括由反射偏振器传输形成透射光线束325的具有第二偏振光。
图4示出示例菲涅耳透镜组件400的横截面，所述组件包括菲涅耳透镜410、反射偏振器415、416、417、填充层420和吸收偏振器425。入射光线显示为射线束405，反射光显示为射线束428。所述吸收偏振器425可传输由反射偏振器415、416和417反射的光的第一偏振。吸收偏振器可以吸收光的第二偏振器。阶418可位于相邻的反射偏振面之间。
在一个实施例中，反射层可以用来代替反射偏振器。杂散光线（如射线430和435）可通过菲涅耳透镜组件传输。杂散光线可以穿过反射偏振器之间的间隙，例如穿过反射偏振器416和417之间的间隙。由于反射偏振器和/或其他界面的多次反射，可能会产生杂散光。
图5示出示例性菲涅耳透镜组件500的横截面，并包括菲涅耳透镜510、位于菲涅耳透镜510的一个面的反射偏振器515、填充层520、吸收偏振器525和第二吸收偏振器540。阶518可位于相邻的切面之间。入射光线显示为射线束505，反射光显示为射线束528。菲涅耳透镜组件500可以以类似于上述与图4有关的菲涅耳透镜组件400的方式起作用。第二吸收偏振器540可吸收诸如射线530和535的杂散光。
图6示出示例菲涅耳透镜组件600的横截面，并包括菲涅耳透镜610、位于菲涅耳透镜610的一个面的反射偏振器615、填充层620、第一偏振器625和第二偏振器640。在本例中，射线束605可由第一偏振器625偏振。射线束605可具有由反射偏振器615优先传输的偏振状态。第二偏振器640可以被配置成优先传输射线束605以形成射线束645。
图7A示出一种包括具有刻面708的菲涅耳透镜705的制造设备700。反射偏振器720由弹性体元件710支撑。反射偏振器分成大小对应于面708的部分。弹性体元件710由衬底740支撑，衬底740可包括诸如板的刚性元件。
弹性体元件710可以被推向菲涅耳透镜705，允许反射偏振器720的部分粘附到菲涅耳透镜705的相应面708之上。衬底740可以连接到或以其他方式与至少一个致动器进行机械通信，致动器配置为在接收到来自控制器的适当控制信号时促使弹性体元件撞击菲涅耳透镜的一个或多个面。
仿真结果表明，反射偏振器可以粘附在708表面之上而不会在反射偏振器产生过大的应力。应力可以通过调整一个或多个参数来调整，例如基材的刚度、弹性体的刚度、沉积的速度、可压缩胶粘剂层的提供等。
图7B显示了制造设备700的一部分。最初，反射偏振器中的应力可以近似为零，因为反射偏振器由弹性体元件710的表面支撑。
图7C显示了反射偏振器720的一部分，通过施加到弹性体元件710的的力，推动菲涅尔透镜705的面708。在反射偏振器720的区域722中存在一定的应力，其中反射偏振器正在有效地从弹性体元件710转移到菲涅耳透镜705的面708。然而，应力可能不足以引起反射偏振器的任何损坏。
图7D显示了当弹性体元件710比图7C向上移动时，反射偏振器720完全附着在菲涅耳透镜705的一个面上。在这个形成阶段，反射偏振镜中的应力非常低。弹性体元件710可具有有利于从弹性体元件710释放反射偏振器的表面涂层。所述面可以具有促进反射偏振器粘附到菲涅耳透镜705面上的表面涂层。
图9示出包括刻面和台阶的菲涅耳透镜900。在这个例子中，菲涅耳透镜通常有线性面。所述刻面可以包括圆形刻面或其它刻面形状，诸如椭圆形、椭圆形、环形、线性等。
图10显示的菲涅耳透镜组件1000包括菲涅耳透镜1010、使菲涅耳透镜组件1000的上表面平面化的填充层1020，以及设置在菲涅耳透镜1010的表面上的反射偏振器部分1040和1050。
在本例中，反射偏振器部分通常可以是矩形。然而，反射偏振器部分的大小覆盖菲涅尔透镜的相应面可以是任何适当的形状。台阶1060可以位于相邻的反射偏振器部分1040和1050之间，并且台阶可以不支持反射偏振器部分。
在一个实施例中，菲涅耳透镜组件可包括菲涅耳透镜，以及位于非多面表面上的反射偏振器。可使用填充层使所述多面表面平滑，亦即平面化，并且反射偏振器可位于所述填充层之上。
示例菲涅耳透镜同时可以包括外围边缘，但对于透镜应用，边缘不用作光接收表面，并且可以涂有光吸收涂层。
在一个实施例中，菲涅耳透镜组件可包括波导，波导具有包括切面和台阶的表面的至少一部分，并且至少一个波导边缘可用作光接收或光发射表面。
菲涅耳透镜组件可包括具有平面表面和包括切面和台阶的对表面的菲涅耳透镜。在一个示例中，菲涅耳透镜可以包括没有切面的曲面，例如凸面或凹面。菲涅耳透镜可包括具有切面和台阶的曲面。对于给定的透镜厚度，所述台阶可允许透镜厚度的减小和/或透镜透光率的增加。
图11示出具有透镜体1105的菲涅耳透镜1100，其透镜体1105具有包括刻面和台阶的平面1130和曲面1140。台阶可以位于相邻的刻面之间。
射偏振器可以应用于一个或多个面。菲涅耳透镜1100可以是圆形，并且可以具有包括圆形中心面1150的中心区域，其中所述中心区域包括环绕同心环形面的外围区域1160。
菲涅耳透镜组件可包括菲涅耳透镜和反射偏振器，反射偏振器覆盖菲涅耳透镜的切面和台阶。在一个实施例中，反射偏振器可以具有符合菲涅耳透镜的切面和台阶的第一表面和第二表面，第二表面可以是平面或球面等。
反射偏振器的第二表面可以支撑另一层，例如抗反射层或抗刮擦层，或者可以是组件的外表面。菲涅耳透镜和/或反射偏振器的表面可以包括衍射体布拉格光栅或表面浮雕光栅或其他光学元件。
图12示出的菲涅耳透镜组件1200包括菲涅耳透镜1205。反射偏振器1220可位于并符合表面1210的各面。填充聚合物层1240可位于反射偏振器之上。
图14示出另一个示例菲涅耳透镜组件1400，它包括具有平面1415和多面表面1420的菲涅耳透镜1410。所述多面表面1420支撑反射偏振器1430。在一个示例中，反射偏振器可以仅位于面1424上，而不位于台阶1422之上。
填充聚合物层1440可符合所述多面表面1420，以及所述沉积的反射偏振器1430，并可形成具有外表面1450。所述外表面1450可包括诸如台阶1442和切面1444的台阶。在本实施例中，填料聚合物层具有配置为凹透镜的外部多面表面的透镜，例如包括诸如中心凹面1446的凹面。
菲涅耳透镜组件1400可以配置成其他布置。在一个示例中，菲涅耳透镜组件1400可包括包括第一聚合物的菲涅耳透镜1410，以及可包括第二聚合物的第二菲涅耳透镜。
第一和第二聚合物的光学特性可以配置为例如通过具有不同的光学色散来减少菲涅耳透镜的色差。一个示例反射偏振器可以包括形成在两个菲涅耳透镜之间的多面界面上的层，或形成在一个或两个菲涅耳透镜的任何其他多面表面上的层。例如，一个或两个菲涅耳透镜可以使用任何合适的方法支持反射偏振器，然后两个透镜可以粘合在一起，以便射偏振器位于两个透镜之间的界面。
名为“Reflective polarizer coated fresnel lens”的Meta专利申请最初在2022年5月提交，并在日前由美国专利商标局公布。
需要注意的是，一般来说，美国专利申请接收审查后，自申请日或优先权日起18个月自动公布或根据申请人要求在申请日起18个月内进行公开。注意，专利申请公开不代表专利获批。在专利申请后，美国专利商标局需要进行实际审查，时间可能在1年至3年不等。
