[发明专利]基于胆甾型液晶的衍射装置

说明书

本公开涉及基于胆甾型液晶的衍射装置。衍射装置的示例包括胆甾型液晶(CLC)层，CLC层包括多个手性结构，其中每个手性结构包括在层深度方向上延伸至少一个螺距并在第一旋转方向上连续旋转的多个液晶分子。手性结构的液晶分子的布置在与层深度方向垂直的横向方向上周期性地变化，以提供衍射光栅。衍射装置可以被配置为反射具有特定波长范围和圆偏振感的光。衍射装置可以被用于增强或虚拟系统中的波导和成像系统中。

本申请是申请日为2017年12月7日、PCT国际申请号为PCT/US2017/065182、中国国家阶段申请号为201780085689.4、发明名称为“基于胆甾型液晶的衍射装置”的申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月8日提交的名称为“DIFFRACTIVE DEVICES BASED ONCHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL(基于胆甾型液晶的衍射装置)”的美国临时专利申请号62/431,752，以及2016年12月8日提交的名称为“DIFFRACTIVE DEVICES BASED ONCHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL(基于胆甾型液晶的衍射装置)”的美国临时专利申请号62/431,745的优先权益，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及显示系统，更具体地说，涉及包括基于胆甾型液晶的衍射装置的增强现实显示系统。

背景技术

现代计算和显示技术促进了用于所谓的“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，其中数字再现图像或其一部分以看起来是真实的或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现而对其它实际的真实世界视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及将数字或虚拟图像信息呈现为对用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是“AR”类型的场景，并且通常涉及被整合到自然世界中且响应于自然世界的虚拟对象。例如，在MR场景中，AR图像内容可以被真实世界中的对象阻挡或者被感知为与与真实世界中的对象交互。

参考图1，示出了增强现实场景1，其中AR技术的用户看到以人、树木、背景中的建筑物和混凝土平台1120为特征的真实世界的公园状设置1100。除了这些物品之外，AR技术的用户还感知到他/她“看到”“虚拟内容”，例如站在真实世界平台1120上的机器人雕像1110，以及看起来是大黄蜂的化身的飞过的卡通式化身角色1130，即使这些元素1130、1110在真实世界中不存在。由于人类的视觉感知系统是复杂的，因此产生促进除其他虚拟或真实世界图像元素之外的虚拟图像元素的舒适的、感觉自然的、丰富的呈现的AR技术是具有挑战性的。

本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。

发明内容

在一方面，一种衍射光栅包括胆甾型液晶(CLC)层，所述胆甾型液晶层包括多个手性结构，其中每个手性结构包括在层深度方向上延伸至少一个螺距并在第一旋转方向上连续旋转的多个液晶分子。所述螺距是所述层深度方向上的长度，其对应于所述手性结构的液晶分子在所述第一旋转方向上的一个完整旋转的净旋转角。所述手性结构的液晶分子的布置在与所述层深度方向垂直的横向方向上周期性地变化。

在另一方面，一种头戴式显示设备(HMD)被配置为将光投射到用户的眼睛以显示增强现实图像内容。所述HMD包括头戴式显示设备，所述头戴式显示设备包括框架，所述框架被配置为支撑在所述用户的头部上。所述HMD包括显示器，所述显示器被设置在所述框架上，其中所述显示器的至少一部分包括一个或多个波导。所述一个或多个波导是透明的并且在所述用户穿戴着所述头戴式显示设备时设置在用户眼睛前方的位置，使得所述透明部分将来自用户前方环境的一部分的光透射到所述用户眼睛，以提供所述用户前方环境的所述一部分的视图。所述显示器进一步包括一个或多个光源和至少一个衍射光栅，所述衍射光栅被配置为将来自所述光源的光耦入到所述一个或多个波导内或者将光耦出所述一个或多个波导，其中所述至少一个衍射光栅包括根据本说明书的其它地方描述的方面的衍射光栅。