[发明专利]虚拟和增强现实系统和组件的改进制造

说明书

本发明涉及虚拟和增强现实系统和组件的改进制造。公开了一种用于3D显示系统的改进的衍射结构。所述改进的衍射结构包括位于波导衬底与顶部光栅表面之间的中间层。所述顶部光栅表面包括对应于第一折射率值的第一材料，下垫层包括对应于第二折射率值的第二材料，并且衬底包括对应于第三折射率值的第三材料。根据附加实施例，提供了改进的方法来实现印刻材料在衬底上的沉积，这允许不同印刻图案在任意数量的衬底表面上的非常精确的分布和沉积。

本申请是申请日为2016年3月5日、国际申请号为PCT/US2016/021093、中国国家阶段申请号为201680013598.5、发明名称为“虚拟和增强现实系统和组件的改进制造”的PCT申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及虚拟现实和增强现实成像与可视化系统。

背景技术

现代计算和显示技术已经促进了针对所谓“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统开发，其中数字再现图像或其一部分以看上去逼真或可以被感知为逼真方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”情境一般涉及呈现数字或虚拟图像信息，但无法看到实际的真实世界可视化输入；增强现实或“AR”情境通常涉及呈现数字或虚拟图像信息作为用户周围实际世界的可视化增强。例如，参考图1，描述了增强现实场景(4)，其中AR技术的用户看到类似公园的真实世界设置(6)，该设置以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台(1120)为特征。除了这些项目之外，AR技术的用户还感知到他“看到”机器人人像(1110)站在真实世界平台(1120)上，并且类似卡通的虚像(2)在飞舞，看上去就像大黄蜂的化身，尽管这些元素(2、1110)在真实世界中不存在。实际上，人类视觉感知系统极为复杂，产生促进在其他虚拟或真实世界图像元素当中舒适、自然、丰富地呈现虚拟图像元素的VR或AR技术非常具有挑战性。

向AR系统的用户呈现3D虚拟内容存在许多挑战。向用户呈现3D内容的中心前提是创建多深度感知。换言之，需要使得某些虚拟内容看似距离用户较近，而其他虚拟内容看上去来自较远的位置。因此，为了实现3D感知，AR系统应被配置为在相对于用户的不同焦平面处传送虚拟内容。

为了使3D显示产生真实的深度感，更具体地说，产生仿真的表面深度感，需要显示视野中的每个点产生对应于其虚拟深度的适应性响应。如果对显示点的适应性响应与该点的虚拟深度不对应，如由收敛和立体视觉的双眼深度线索所确定的，则人类视觉系统可能经历适应性冲突，从而导致不稳定的成像、有害的眼睛疲劳、头痛，并且在缺乏适应性信息的情况下，几乎完全不存在表面深度。

因此，需要改进的技术来实现解决传统方法的这些和其他问题的3D显示。本文描述的系统和技术被配置为与正常人的视觉配置协作以应对这些挑战。

发明内容

本发明的实施例涉及用于促进一个或多个用户的虚拟现实和/或增强现实交互的设备、系统以及方法。

一种根据一些实施例的用于将增强现实内容递送给用户的增强现实(AR)显示系统包括：图像生成源，其用于提供一个或多个图像数据帧；光调制器，其用于发送与所述一个或多个图像数据帧相关联的光；衍射光学元件(DOE)，其用于接收与所述一个或多个图像数据帧相关联的光并将所述光引导到用户的眼睛，所述DOE包括衍射结构，所述衍射结构具有对应于波导折射率的波导衬底、表面光栅，以及布置在所述波导衬底与所述表面光栅之间的中间层(本文中也称为“下垫层(underlayer)”)，其中所述下垫层与不同于所述波导折射率的下垫层衍射率相对应。

根据本发明的一些实施例，衍射结构被用于包括位于波导衬底与顶部光栅表面之间的下垫层的DOE。所述顶部光栅表面包括对应于第一折射率值的第一材料，所述下垫层包括对应于第二折射率值的第二材料，并且所述衬底包括对应于第三折射率值的第三材料。