用于具有动态视场的增强现实显示器的方法和系统技术方案

一种用于将图像投射到观看者的眼睛的动态目镜，包括具有输入表面、与输入表面相反的输出表面、和外缘的波导层。波导层被配置为在其中传播光。动态目镜还包括被耦接到波导层的外缘的至少一部分的机械结构。机械结构可操作以向波导层的外缘的至少一部分施加第一机械力，以在波导层的输出表面上施加第一表面轮廓，并向波导层的外缘的至少一部分施加第二机械力，以在波导层的输出表面上施加与第一表面轮廓不同的第二表面轮廓。轮廓不同的第二表面轮廓。轮廓不同的第二表面轮廓。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有动态视场的增强现实显示器的方法和系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年7月12日提交的题为“METHODS AND SYSTEMS FOR AUGMENTED REALITY DISPLAY WITH DYNAMIC FIELD OF VIEW(用于具有动态视场的增强现实显示器的方法和系统)”的美国临时专利申请No.62/873,720，以及于2020年1月9日提交的题为“METHODS AND SYSTEMS FOR FABRICATING A HIGH FIDELITY POLYMER WAVEGUIDE FOR AN AUGMENTED REALITY DISPLAY(用于制造用于增强现实显示器的高保真聚合物波导的方法和系统)”的美国临时专利申请No.62/959,076，其整体内容通过引用并入本文用于所有目的。

技术介绍

[0003]现代计算和显示技术已经有助于用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中，数字再现的图像或其部分以其看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给观看者。虚拟现实或者“VR“场景典型地涉及数字或者虚拟图像信息的呈现，而对于其他实际现实世界视觉输入不透明；增强现实或者“AR”场景典型地涉及将数字或者虚拟图像信息呈现为对观看者周围的实际世界的可视化的增强。
[0004]不管在这些显示技术中取得的进步，在本领域中需要涉及增强现实系统的改进的方法和系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术大体涉及用于“虚拟现实”或“增强现实”显示器(例如，具有动态视场的显示器)的方法和系统。更特别地，本专利技术的实施例提供了与用于屈光力调整的柔性波导层相关的方法和系统。
[0006]在特定实施例中，包括多个波导层(例如，与原色相关联的每个波导层)的动态目镜结合投影仪使用，以在多个深度平面处向用户显示虚拟内容，该深度平面可以在深度方面连续或数字地变化。本专利技术适用于计算机视觉和三维(3D)重建中的各种应用。
[0007]根据本专利技术的实施例，提供了一种用于将图像投射到观看者的眼睛的动态目镜。动态目镜包括具有输入表面、与输入表面相反的输出表面、和外缘的波导层。波导层被配置为在其中传播光。动态目镜还包括被耦接到波导层的外缘的至少一部分的机械结构。机械结构可操作以向波导层的外缘的至少一部分施加第一机械力，以在波导层的输出表面上施加第一表面轮廓，并向波导层的外缘的至少一部分施加第二机械力，以在波导层的输出表面上施加与第一表面轮廓不同的第二表面轮廓。
[0008]根据本专利技术的另一实施例，提供了一种操作增强现实头戴装置中的动态目镜的方法。该方法包括产生与第一深度平面相关联的第一虚拟内容，将第一虚拟内容耦接到动态目镜中，以及将第一虚拟内容通过动态目镜的一个或多个波导层投射到观看者的眼睛。一个或多个波导层以第一表面轮廓为特征。该方法还包括修改一个或多个波导层来以与第一表面轮廓不同的第二表面轮廓为特征，产生与第二深度平面相关联的第二虚拟内容，将第
二虚拟内容耦接到动态目镜中，以及将第二虚拟内容通过动态目镜的一个或多个波导层投射到观看者的眼睛。
[0009]根据本专利技术的特定实施例，提供了一种注视点显示器(foveated display)。注视点显示器包括第一投影仪和被光学耦合到第一投影仪的动态目镜。动态目镜包括具有可变表面轮廓的波导。注视点显示器还包括第二投影仪和被光学耦合到第二投影仪的固定深度平面目镜。
[0010]在一个实施例中，提供了一种形成用于使用在AR头戴装置中的目镜的方法。该方法包括浇铸具有光输入表面和光输出表面的聚合物波导，将浇铸的聚合物波导设置在具有均匀球形部分和局部平坦部分的第一模具上，以及在其上设置第二模具。第二模具包括被配置在聚合物波导之上的开口，该开口由以下各项定义：第一部分定义，该第一部分限定光输出表面和第一模具的球形部分的圆形底座的至少一半，以及开口的第二部分，该开口的第二部分限定光输入表面和平坦部分的至少一半。应用使聚合物波导变形为由第一模具和第二模具定义的形状的热处理。
[0011]在一些实施例中，一种形成用于在增强现实头戴装置中使用的目镜的方法可以包括：浇铸聚合物波导，其被配置为在其中传播光，该聚合物波导形成目镜的单层，并且包括：基本上均匀表面拓扑；聚合物波导的第一区域处的光输入表面；以及聚合物波导的第二区域处的光输出表面。在一些方面中，光输入表面和光输出表面以分离至少距离D。该方法还可包括将浇铸的聚合物波导设置在第一模具上，该第一模具包括具有圆形底座的均匀球形部分和平坦部分。在一些实施例中，聚合物波导被配置在第一模具上，使得第一区域与平坦部分垂直对准，并且第二区域与第一模具的均匀球形部分垂直对准。该方法还可包括将第二模具设置在聚合物波导上，其中，第二模具与聚合物波导和第一模具垂直对准，并且其中，第二模具包括被配置在聚合物波导之上的开口，该开口由以下各项定义：开口的第一部分，该开口的第一部分限定光输出表面和第一模具的均匀球形部分的圆形底座的至少一半；以及开口的第二部分，该开口的第二部分限定光输入表面和平坦部分的至少一半。在某些实施方式中，该方法还可包括应用热循环处理以将第一模具和第二模具加热至阈值温度，该阈值温度使聚合物波导变形为由第一模具和第二模具定义的形状，使得聚合物波导在第一区域处是平坦的，聚合物波导在第二区域处是均匀球形的，并且第一区域与第二区域之间的弯曲到平坦转换比距离D短。
[0012]在某些实施例中，基本上均匀表面拓扑可以是平坦拓扑或普遍球面拓扑。在一些情况下，聚合物波导是泪滴形的。热循环处理可以是后退火处理，并且阈值温度可以是120℃。光输入表面可以是耦入光栅(ICG)，以及光输出表面可以是组合光瞳扩展器(CPE)。平坦部分可以是聚合物波导的翘曲小于20μm、弯曲小于20μm、和总厚度变化小于1μm的部分。
[0013]在一些实施例中，该方法还可包括将防粘化合物的均匀表面涂层施加到聚合物波导后浇铸，该后浇铸用以防止聚合物波导在热循环处理期间粘附到第一模具和第二模具。可替代地或附加地，该方法可包括将原材料颗粒施加到聚合物波导的表面，并且对聚合物波导进行表面研磨或蚀刻以实现10nm至10μm RMS的表面粗糙度，该表面粗糙度用以防止聚合物波导在热循环处理期间粘附到第一模具和第二模具。可替代地或附加地，该方法可包括在聚合物波导与第一模具和/或第二模具之间插入一种或多种织物，该一种或多种织物被配置为防止聚合物波导在热循环处理期间粘附到第一模具和第二模具。在某些实施例
中，聚合物波导可以由1.72聚合物或1.75聚合物组成，并且可以是多层目镜的单层。
[0014]在进一步的实施例中，该方法还可以包括将刚性结合材料应用于在第二部分的至少一部分周围并限定光输入表面，刚性结合材料将第二部分结合到与聚合物波导相邻的一个或多个结构，该与聚合物波导相邻的一个或多个结构包括多层目镜堆叠的相邻聚合物波导或投影仪中的一个或多个，其中当聚合物波导被动态偏转时，刚性结合材料阻止或减少光输入表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将图像投射到观看者的眼睛的动态目镜，所述动态目镜包括：波导层，其具有输入表面、与所述输入表面相反的输出表面、和外缘，其中，所述波导层被配置为在其中传播光；以及机械结构，其被耦接到所述波导层的所述外缘的至少一部分，其中，所述机械结构可操作以：向所述波导层的所述外缘的所述至少一部分施加第一机械力，以在所述波导层的所述输出表面上施加第一表面轮廓；以及向所述波导层的所述外缘的所述至少一部分施加第二机械力，以在所述波导层的所述输出表面上施加与所述第一表面轮廓不同的第二表面轮廓。2.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述第一表面轮廓是平面的，并且所述第二表面轮廓的第二曲率是负的或正的。3.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述第一表面轮廓的第一曲率是正的，并且所述第二表面轮廓的第二曲率是负的。4.根据权利要求1所述的动态目镜，还包括：投影仪，其被光学耦接到所述动态目镜。5.根据权利要求1所述的动态目镜，还包括：第二波导层，其具有第二输入表面、与所述第二输入表面相反的第二输出表面、和第二外缘，其中，所述第二波导层被配置为在其中传播光；以及第二机械结构，其被耦接到所述波导层的所述第二外缘的所述至少第二部分，其中，所述第二机械结构可操作以：向所述第二波导层的所述第二外缘的所述至少第二部分施加第三机械力，以在所述第二波导层的所述第二输出表面上施加第三表面轮廓；以及向所述第二波导层的所述第二外缘的所述至少第二部分施加第四机械力，以在所述第二波导层的所述第二输出表面上施加与所述第四表面轮廓不同的第四表面轮廓。6.根据权利要求5所述的动态目镜，还包括：一个或多个机械移动接头，其在所述波导层与所述第二波导层之间。7.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述第一机械力和所述第二机械力被连续施加到所述波导层，从而提供在所述第一表面轮廓与所述第二表面轮廓之间一系列表面轮廓。8.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述机械结构可操作以向所述波导层施加剪切应力。9.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述机械结构可操作以向所述波导层施加拉力和/或压力。10.根据权利要求1所述的动态目镜，其中，所述机械结构包括固定框架和致动器。11.一种操作增强现实头戴装置中的动态目镜的方法，所述方法包括：产生与第一深度平面相关联的第一虚拟内容；将所述第一虚拟内容耦合到所述动态目镜中；将所述第一虚拟内容通过所述动态目镜的一个或多个波导层投射到观看者的眼睛，其中，所述一个或多个波导层以第一表面轮廓为特征；修改所述一个或多个波导层来以与所述第一表面轮廓不同的第二表面轮廓为特征；
产生与第二深度平面相关联的第二虚拟内容；将所述第二虚拟内容耦合到所述动态目镜中；以及将所述第二虚拟内容通过所述动态目镜的一个或多个波导层投射到所述观看者的眼睛。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：产生与所述第一深度平面相关联的第三虚拟内容；修改所述一个或多个波导层来以所述第一表面轮廓为特征；将所述第三虚拟内容耦合到所述动态目镜中；以及将所述第三虚拟内容通过所述一个或多个波导层投射到所述观看者的眼睛。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一虚拟内容包括三种颜色，所述一个或多个波导层包括三个波导层，每个所述波导层与所述三种颜色中的一种相关联。14.根据权利要求11所述的方法，其中，修改所述一个或多个波导层包括向所述一个或多个波导层的外缘部分施加剪切应力。15.根据权利要求11所述的方法，其中，修改所述一个或多个波导层包括向所述一个或多个波导层的外缘部分施加拉力和/或压力。16.根据权利要求11所述的方法，其中，修改所述一个或多个波导层包括朝向固定框架移动致动器。17.一种注视点显示器，包括：第一投影仪；动态目镜，其被光学耦接到所述第一投影仪，其中，所述动态目镜包括具有可变表面轮廓的波导；第二投影仪；以及固定深度平面目镜，其被光学耦接到所述第二投影仪。18.根据权利要求17所述的中心凹显示器，其中，所述中心凹显示器以视场为特征，所述动态目镜与所述视场的中心部分重叠，并且所述固定深度平面目镜与所述视场的外缘部分重叠。19.根据权利要求17所述的中心凹显示器，其中，所述动态目镜包括：波导层，其具有输入表面、与所述输入表面相反的输出表面、和外缘；以及机械结构，其被耦接到所述波导层的外缘的所述至少一部分，其中，所述机械结构可操作以向所述波导层的外缘的所述至少一部分施加第一机械力，以修改所述波导层的所述输出表面的表面轮廓。20.根据权利要求19所述的中心凹显示器，其中，所述机械结构可操作以修改与所述波导层的外缘相关联的角度。21.一种形成用于在增强现实头戴装置中使用的目镜的方法，所述方法包括：浇铸聚合物波导，所述聚合物波导被配置为在其中传播光，所述聚合物波导形成所述目镜的单层，并且包括：基本上均匀表面拓扑；光输入表面，其在所述聚合物波导的第一区域处；以及光输出表面，其在所述聚合物波导的第二区域处，其中，所述光输入表面和所述光输出<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，V，
申请(专利权)人：奇跃公司，
类型：发明
国别省市：