[发明专利]斜交镜辅助成像

说明书

公开了用于执行注视跟踪以及对外部场景进行成像的光学系统。示例性光学系统可包括用于发射可见光和不可见光的光源。该光学系统可包括操作地耦合到该光源的波导。体全息光耦合元件可设置在该波导的表面之间。该体全息光耦合元件可包括光栅介质和位于该光栅介质内的第一体全息光栅结构。在一些示例中，该第一体全息光栅结构可被配置为以第一入射角关于第一反射轴反射第一波长的不可见光，该第一反射轴偏离所述光栅介质的表面法线。该光学系统还可包括光学滤波器。另一示例性光学系统可包括被配置为接收该光学系统外部的光的成像设备。

本专利申请要求2017年4月17日提交的临时专利申请62/486,344的优先权，该临时专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及光学反射设备，并且更具体地涉及在光学反射设备内执行眼睛跟踪和图像检测。

背景技术

传统电介质反射镜是通过用其介电常数互不相同的多层材料来涂覆表面(通常是玻璃)而制造出来的。这些材料层通常被布置成使得来自层边界的Fresnel反射大大增强，从而得到大的净反射率。可以通过确保在相对宽的指定波长范围和入射角上实现该条件来设计宽带电介质反射镜。但是因为这些层沉积于一个表面上，因此电介质反射镜的反射轴必然会与表面法线重合(即，反射轴垂直于反射镜表面)。由于对反射轴的这种约束，电介质反射镜以次优的配置被设置在一些设备中。类似地，限于表面法线的反射轴使电介质镜不适合用于某些目的。此外，玻璃电介质反射镜往往相对较重，使之不太适合或不适合用于要求反射部件相对轻质的应用。

相反，传统光栅结构则可关于与光栅结构驻留的介质表面法线相差的反射轴反射光。然而，对于某个给定的入射角而言，传统光栅结构的反射角通常会随着入射光的波长一起变化。因此，采用传统的光栅结构来反射光可避免传统反射镜所固有的反射轴需要与表面法线重合的限制。然而，在需要基本上恒定的反射轴的情况下，对于某个给定的入射角而言，传统的光栅结构基本上限制在单一波长(或非常窄的波长范围)。类似地，为了关于恒定反射轴反射特定波长的光，传统光栅结构限于单个入射角(或非常窄的入射角范围)。

因此，包括反射光栅结构或常规反射镜的常规反射设备可能不适合用于某些应用。

发明内容

所描述的特征总体涉及用于引导和反射辅助输入光的一种或多种方法、系统或设备，以及包括光栅结构的光学系统或设备中的反射。该方法、系统或设备可采用选择性耦合技术来允许全息光学元件(例如，使用斜交镜技术的斜交镜或类似光学元件)将光衍射或反射到光学系统的一个或多个光学路径。示例性光学系统可包括TIR波导，该TIR波导包括光栅介质中的光栅结构。光栅介质可包括体全息光栅结构，该体全息光栅结构具有反射属性，以提供向内耦合光的外部出射光瞳投影(例如，朝向用户眼睛在TIR波导的外部)。出射光瞳可包括跨越可见光谱和不可见光波光谱两者的一个或多个光模式。该光学系统可被配置为检测不可见光的反射图像并确定用户眼睛相对于TIR波导的区域的位置。

附加地或另选地，光学系统可包括TIR波导，该TIR波导包括光栅介质中的光栅结构。光栅介质可包括体全息光栅结构，该体全息光栅结构具有反射属性，用于向内耦合用于光学系统的倒置视角成像的外部场景(例如，用户通过TIR波导可观看的外部场景)的光(例如，一个或多个输入或入射光瞳)。换句话讲，可向内耦合并记录与用户的外部视角对应的系统周围的光，用于捕获该外部视角的倒置图像。

附图说明

通过参考以下附图，可实现对本公开的具体实施的实质和优点的进一步理解。在附图中，类似的部件或特征部可具有相同的参考标签。此外，可通过跟随连接号和区分类似部件的第二标签的参考标签来区分相同类型的各种部件。如果在说明书中仅使用第一参考标签，则该描述适用于具有与第二参考标签无关的相同第一参考标签的任何一个类似部件。

图1是根据实施方案的例示性HMD设备的图示。