HoloLens新专利可通过超表面光栅动量处理提高FOV视场

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视场扩展

映维网 2021年04月08日)若时常关注映维网的专利分享,你应该会注意到微软Facebook等厂商曾申请过一系列旨在扩展视场的专利申请。尽管专利经常会出现可以达到类似“可以达到90度,120度,或180度视场”等描述,但需要注意的是,这只是理论情况,实际不一定可行。例如,映维网曾在2016年分享了一份微软于2015年提交的专利,其声称可以令HoloLens的视场提高到水平80度,甚至是90度。

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日前,美国专利商标局又公布了一份微软于2019年9月提交的视场扩展专利。

专利主要描述了一种在近眼显示设备设备中提供宽视场图像的技术。

在一个实施例中,近眼显示设备包括配置为生成图像的光学组件,并经由具有透射基板、耦入器和耦出器的波导从第一点传播到第二点。其中,耦入器包括提供与图像入射角相关联的恒定偏转角的偏转光栅,并且配置成通过波导的透射基板将生成的图像传播到耦出器;耦出器包括提供与图像入射角相关联的非恒定偏转角的超表面光栅。

在一个实施例中,可以根据宽视场图像生成具有压缩视场的图像,将生成的图像耦合到波导的耦入器中。耦入器具有第一光栅,并经由波导的透射基板将生成的图像传播到波导的耦出器。耦出器具有第二光栅。第二光栅可以是超表面光栅,第二光栅可以提供视场扩展以再现宽视场图像。

在一个实施例中,近眼显示器可以提供50度视场的宽视场图像。由于波导不一定能够以50度传输完整的图像,所以可以首先将其压缩成适合在波导内进行TIR全内反射的30度视场,并将其耦合到波导的耦入器中。接下来,具有第一光栅的耦入器通过第一光栅将生成的图像传播到波导的耦出器。耦出器具有可以是超表面光栅的第二光栅,第二光栅可以提供视场扩展,并以50度再现压缩成30度视场的图像。

通过这样的方式,近眼显示器可以实现视场扩展并提供宽视场图像显示,如将30度扩展成50度。

图5是光波通过耦入器和耦出器的传播。通过这样的方式,由预补偿渲染器压缩的图像#502可以传播到用户的眼睛#202。

如图所示,波导#300可包括透射基板#504,后者具有表面#506A和表面#506B。表面#506A和表面#506B可基本彼此平行且可为内反射,从而为在透射基板#504内传播的光波#508提供TIR全内反射。

与图像#502相关联的光波#508可以由光引擎#114生成,并发送到显示引擎#116。

波导#300可以包括耦入器#510,后者可以配置成允许光波#508以适合TIR的角度偏转来将光波#508耦入到透射基板#504。

波导#300同时可以包括耦出器#512,后者可以配置为从透射基板#504输出光波#508,并致使其到达用户眼睛#202。

耦出器#512可以包括第二光栅,第二光栅可以是超表面光栅,超表面光栅可以通过动量处理来提供视场扩展。

图7和图8描述了用以实现图像压缩和扩展的动量处理。图7是线性动量处理,而图8是非线性动量处理。其中,图7和图8中的706和806是标准光栅的扩散线,而704和804是专利描述的超表面线性扩散线和非线性扩散线。

对于标准光栅,光波以入射角度.theta入射将接收到恒定的角度变化.beta,所以其将以.theta.+.beta.角度退出标准光栅,如标准光栅扩散线706表示。

作为对比,超表面光栅可以提供压缩/扩展比项,并可以由常数乘法项mu来表示。对于幅度更大的入射角,角度扩展将更大。在与纳米结构相互作用时,出射角将为.mu..theta.+.beta.,这可以导致出射角和入射角之间呈现近似线性的关系,如704所示。例如,708指示负角度可以通过使用较小的项mu来实现较小偏转,而710指示正角度可以通过使用较大的项mu来实现较大偏转。

非线性函数可能涉及使用非常数乘法项.mu.,并利用非线性函数f(.theta.),所以压缩/扩展比在入射角范围内不是常数,从而导致非线性变化,如806所示。所以,出射角可用f(.theta.)+beta.表示,其中f(.theta.)为非线性。

通过超表面光栅的动量处理,可以实现图像视场的扩展。

相关专利Microsoft Patent | Field of view expanding system

名为“Field of view expanding system”的微软专利最初在2019年提交,并在日前由美国专利商标局公布。需要注意的是,这只是一份专利申请,不确定实际的应用效果。

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