苹果AR/VR发明专利描述了一种用于均衡光瞳的光学反射装置

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于2017年提交的一份专利延续案

映维网 2021年04月19日)美国专利商标局日前公布了苹果旗下Akonia Holographics于2017年提交的一份专利延续案。名为“Pupil equalization”的发明主要描述了一种用于均衡光瞳的光学反射装置。

传统光栅结构可以围绕与光栅结构所在介质的表面法线不同的反射轴反射光。然而,对于给定的入射角,传统光栅结构的反射角通常会随入射光的波长而变化。所以,使用传统光栅结构反射光避免了传统反射镜固有的反射轴与表面法线重合的限制。但是,在需要基本恒定的反射轴的情况下,对于给定的入射角,传统光栅结构基本限于单个波长(或非常窄的波长范围)。类似地,传统光栅结构限制为单个入射角(或非常窄的入射角范围),以便围绕恒定的反射轴反射指定波长的光。

所以,有必要提供一种能够围绕不受表面法线限制的反射轴反射光,并且其在给定入射角范围内的反射角是恒定的反射装置。

名为“Pupil equalization”的发明正是描述了这样一种光学反射装置。具体来说,利用能够选择性地反射光的斜镜,可以形成一个能够将所有反射光大多数反射光均衡地引导至视窗的出射光瞳。

所述的光学反射装置包括位于光栅介质内的至少一个或多个光栅结构。光栅结构可以具有不需要约束到表面法线的反射轴。光栅结构配置成在相对宽的波长范围内围绕基本恒定的反射轴反射光。光学反射装置可将光反射到特定位置,例如视窗。装置内的每个光栅结构可配置成以多个入射角反射特定波长的光。

上图是可以实现所述光学反射装置的眼戴式设备图示。眼戴式设备#100搭载的近眼显示器(NED)#105可布置在用户眼睛前方。NED#105可包括集成至透镜组件的衍射元件部分。在一个示例中,衍射元件部分是全息光学元件(HOE),其可以由斜镜#110组成。参考斜镜#110提供坐标(x、y和z轴)。眼戴式设备#100可以包括耦合到透镜组件的光源或光投影仪#115。

斜镜#110是用于光瞳均衡的反射装置,并可包括光栅介质。光栅介质存在体三维全息图或其它光栅结构。斜镜#110可包括诸如玻璃基板的附加层。附加层可用于保护光栅介质免受污染、水分、氧气、活性化学物质等破坏等。附加层同时可以具有与光栅介质匹配的折射率。借助位于其中的光栅结构,光栅介质具有允许其围绕反射轴衍射光的物理特性,其中衍射角(以下称为反射角)变化小于1.0度。

图2A是上文所述斜镜在另一个实施例中的示例,并用以说明斜镜在真实空间中的反射特性。在这里,斜镜用#210说明。图2A同时省略了光栅介质以外的斜镜组件,如用作光栅介质基板或保护层的附加层。

用于光瞳均衡的斜镜可以具有部分反射属性。以这种方式,用于光瞳均衡的斜镜可以配置成在需要形成出射光瞳的位置选择性地向视窗反射光线。用于光瞳均衡的斜镜可配置为避免在特定入射角反射光线时会将光线反射到不朝向出射光瞳的区域。

在一个示例中,光栅介质内的第一光栅结构可配置成在第一多个入射角处围绕从光栅介质的表面法线偏移的反射轴反射光。另外,第二光栅结构可以在光栅介质内,并且第二光栅结构至少部分地与第一光栅结构不重叠。第二光栅结构可配置成在与第一多个入射角不同的第二多个入射角处围绕从光栅介质的表面法线偏移的反射轴反射光。

通过选择性地控制斜镜反射光,可以形成一个能够引导所有反射光大多数反射光的出射光瞳。

相关专利Apple Patent | Pupil equalization

名为“Pupil equalization”的专利申请最初在2017年3月提交,并在日前由美国专利商标局公布。

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