[發明專利]虛擬和增強現實系統和組件的改進制造

有效

• 申請號: 202011551607.0
• 申請日: 2016-03-05
• 公開（公告）號: CN112558307B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: R·D·泰克爾斯特;M·A·克魯格;P·M·格列柯;B·T·朔文格特
• 申請（專利權）人: 奇躍公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B5/18;G02B27/42
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 賀月嬌;楊曉光

本發明涉及虛擬和增強現實系統和組件的改進制造。公開了一種用于3D顯示系統的改進的衍射結構。所述改進的衍射結構包括位于波導襯底與頂部光柵表面之間的中間層。所述頂部光柵表面包括對應于第一折射率值的第一材料，下墊層包括對應于第二折射率值的第二材料，并且襯底包括對應于第三折射率值的第三材料。根據附加實施例，提供了改進的方法來實現印刻材料在襯底上的沉積，這允許不同印刻圖案在任意數量的襯底表面上的非常精確的分布和沉積。

本申請是申請日為2016年3月5日、國際申請號為PCT/US2016/021093、中國國家階段申請號為201680013598.5、發明名稱為“虛擬和增強現實系統和組件的改進制造”的PCT申請的分案申請。

技術領域

本公開涉及虛擬現實和增強現實成像與可視化系統。

背景技術

現代計算和顯示技術已經促進了針對所謂“虛擬現實”或“增強現實”體驗的系統開發，其中數字再現圖像或其一部分以看上去逼真或可以被感知為逼真方式呈現給用戶。虛擬現實或“VR”情境一般涉及呈現數字或虛擬圖像信息，但無法看到實際的真實世界可視化輸入；增強現實或“AR”情境通常涉及呈現數字或虛擬圖像信息作為用戶周圍實際世界的可視化增強。例如，參考圖1，描述了增強現實場景(4)，其中AR技術的用戶看到類似公園的真實世界設置(6)，該設置以人、樹木、背景中的建筑物和混凝土平臺(1120)為特征。除了這些項目之外，AR技術的用戶還感知到他“看到”機器人人像(1110)站在真實世界平臺(1120)上，并且類似卡通的虛像(2)在飛舞，看上去就像大黃蜂的化身，盡管這些元素(2、1110)在真實世界中不存在。實際上，人類視覺感知系統極為復雜，產生促進在其他虛擬或真實世界圖像元素當中舒適、自然、豐富地呈現虛擬圖像元素的VR或AR技術非常具有挑戰性。

向AR系統的用戶呈現3D虛擬內容存在許多挑戰。向用戶呈現3D內容的中心前提是創建多深度感知。換言之，需要使得某些虛擬內容看似距離用戶較近，而其他虛擬內容看上去來自較遠的位置。因此，為了實現3D感知，AR系統應被配置為在相對于用戶的不同焦平面處傳送虛擬內容。

為了使3D顯示產生真實的深度感，更具體地說，產生仿真的表面深度感，需要顯示視野中的每個點產生對應于其虛擬深度的適應性響應。如果對顯示點的適應性響應與該點的虛擬深度不對應，如由收斂和立體視覺的雙眼深度線索所確定的，則人類視覺系統可能經歷適應性沖突，從而導致不穩定的成像、有害的眼睛疲勞、頭痛，并且在缺乏適應性信息的情況下，幾乎完全不存在表面深度。

因此，需要改進的技術來實現解決傳統方法的這些和其他問題的3D顯示。本文描述的系統和技術被配置為與正常人的視覺配置協作以應對這些挑戰。

發明內容

本發明的實施例涉及用于促進一個或多個用戶的虛擬現實和/或增強現實交互的設備、系統以及方法。

一種根據一些實施例的用于將增強現實內容遞送給用戶的增強現實(AR)顯示系統包括：圖像生成源，其用于提供一個或多個圖像數據幀；光調制器，其用于發送與所述一個或多個圖像數據幀相關聯的光；衍射光學元件(DOE)，其用于接收與所述一個或多個圖像數據幀相關聯的光并將所述光引導到用戶的眼睛，所述DOE包括衍射結構，所述衍射結構具有對應于波導折射率的波導襯底、表面光柵，以及布置在所述波導襯底與所述表面光柵之間的中間層(本文中也稱為“下墊層(underlayer)”)，其中所述下墊層與不同于所述波導折射率的下墊層衍射率相對應。

根據本發明的一些實施例，衍射結構被用于包括位于波導襯底與頂部光柵表面之間的下墊層的DOE。所述頂部光柵表面包括對應于第一折射率值的第一材料，所述下墊層包括對應于第二折射率值的第二材料，并且所述襯底包括對應于第三折射率值的第三材料。