Facebook AR专利提出减少波导彩虹伪影的多层光栅构造

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减少彩虹伪影

映维网 2021年06月02日)大多数用户和眼镜厂商都渴望一种形状与太阳眼镜类似的AR眼镜。尽管这听起来十分简单,但人们经常会忽视一个问题:杂散光。

AR眼镜的敞开程度越高,越多来至多余方向和光源的光线就能够进入系统。尽管AR显示器通常能够很好地应对来自前方的环境光,但来自侧面或用户后方的光线会引起严重问题。常规眼镜通常不会反射太多光线,所以问题不大。但AR显示器必须反射和弯曲光线,所以更容易受到杂散光的影响。衍射波导特别受其影响,来自侧面的光线会以彩虹伪影的形式出现在显示器。反射波导的性能更好,但同样存在这方面的问题。

日前,美国专利商标局公布了一份来自Facebook的专利延续案申请,其主要描述了一种减少波导显示器的彩虹伪影的方法。具体来说,这家公司主要介绍了一种用于减少彩虹伪影的多层光栅构造。

所述的多层光栅是用于减少彩虹的衍射光栅。多层光栅包括布置成形成二维光栅的多个层。所述多个层至少包括第一图案层和第二图案层。第一图案层包括以第一图案排列的多个不同材料,其使得第一图案层具有第一折射率剖面。第二图案层包括以第二图案排列的多个不同材料,其使得第二图案层具有相对于第一折射率剖面倒转的第二折射率剖面。

入射到第一图案层和第二图案层的环境光分别产生第一衍射光和第二衍射光,并且第一衍射光和第二衍射光部分地基于倒转的折射率剖面彼此破坏性地干涉,从而达到减少彩虹伪影的效果。

在一个实施例中,多层光栅可以耦合到波导。波导包括波导体、耦入光栅和多层光栅。当光在波导体内传播时,波导体在至少一个维度扩展接收到的图像光。输入光栅配置成将图像光耦合到波导体中。多层光栅配置成将扩展图像光的第一部分输出到视窗,而入射到多层光栅第一图案层和第二图案层的环境光分别产生第一衍射光和第二衍射光。第一衍射光和第二衍射光部分地基于倒转折射率剖面彼此破坏性地干涉,从而起到减弱彩虹伪影的作用。

图1是根据专利实施例的波导横截面。在一个实施例中,波导#105是近眼显示器的组件。波导#105包括耦入元件#110、波导体#120和多层光栅#130。

耦入元件#110将光#140耦合到波导体#120中。耦入元件#110使得光#140在光栅内发生全内反射,并且在波导体#120内部传播。

波导体#120在至少一个维度上扩展内部反射光。如图1所示,波导体#120可以在y和/或x维度上扩展光#140。波导体#120可由一种或多种有助于全内反射的材料组成,如可由硅、塑料、玻璃、聚合物或其特定组合组成。在一个实施例中,波导体#120具有相对较小的形状参数。例如,波导体#120可以沿x约50 mm宽,沿y约30 mm长,沿Z约0.5-1 mm厚。

多层光栅#130将部分光与波导体#120分离。多层光栅#130可以是一维光栅(如沿一维衍射光)或二维光栅(如沿二维衍射光)。如前面所述,多层光栅#130包括多个层。所述多个层至少包括第一图案层和第二图案层。第一图案层包括以第一图案排列的多个不同材料,其使得第一图案层具有第一折射率剖面。第二图案层包括以第二图案排列的多个不同材料,其使得第二图案层具有相对于第一折射率剖面倒转的第二折射率剖面。

多余方向和光源的环境光#150在通过波导体#120时,其可以产生诸如一阶光线#160和零阶光线#170。在每个图案层,其可以产生额外的衍射阶。

如前面所述,多层光栅#130中的多个图案层用于减轻彩虹伪影,即减少不需要的衍射。继续如图1所示,环境光#150由多层光栅#100衍射以形成零阶光线#160和高阶光线#170。但由于上面介绍的倒转折射率剖面,高阶光线#170破坏性地彼此干涉并且相应地减轻彩虹伪影。

以这种方式,Facebook构思的光栅结构能够在一定程度减轻彩虹伪影。

相关专利Facebook Patent | Rainbow reduction for waveguide displays

名为“Rainbow reduction for waveguide displays”的专利申请最初在2021年1月提交,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,不确定实际的应用效果。

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