CN116560088A 用于外部光管理的系统和方法 （奇跃公司）

201980059908.02019.09.13一种增强现实系统包括产生虚拟光束的光(TIR)传播通过导光光学元件，并离开导光光学附近并在其外部的透镜，该透镜包括光调制机2可控调光组件，其物理地耦合到所述框架，以在所述含具有与所述第一调光图案不同的第二调光图案的第二电极的第二电极组件，第一偏振第一电极组件与所述第二电极组件之间产生电场并调整所述第一不透明水平和所述第二呈现出根据与所述可控调光组件上的第一位置的距8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一不透明水平表示全局最小的不透明水明水平和所述第二不透明水平基于作为所述可控调光组件的输入被施加的一个或多个电3所述用户佩戴所述头戴式设备时被定位在所述用户的两只基于从所述多个数据源接收到的输入，将一个或多个电27.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制电路被第一电极组件与所述第二电极组件之间产生非均匀电场和在所述液晶层中产生非均匀光4[0003]本申请要求于2018年9月14日提交的题为“SYSTEMSANDMETHODSFOREXTERNALLIGHTMANAGEMENT(用于外部光管理的系统和方法)”的美国临时专利申请序列号62/731,755的优先权，其内容通过引用其全部内容而明确且完全合并于此。本申请涉及于2017年4月5日提交的代理人案卷号为ML.20065.00题为“SYSTEMANDMETHODFORAUGMENTEDREALITY(用于增强现实的系统和方法)”的美国实用新型专利申请序列号15/479,700，于2014年7月14日提交的代理人案卷号为ML.20020.00题为“PLANARWAVEGUIDEAPPARATUSWITHDIFFRACTIONELEMENT(S)ANDSYSTEMEMPLOYINGSAME(具有衍射元件的平面波导装人案卷号为ML20011.00题为“VIRTUALANDAUGMENTED拟和增强现实系统和方法)”的美国实用新型专利申请序列号14/555,585，于2015年5月29日提交的代理人案卷号ML.20016.00题为“METHODSANDSYSTEMSFORVIRTUALANDAUGMENTEDREALITY(用于虚拟和增强现实的方法和系统)”的美国实用新型专利申请序列号14/726,424，于2015年5月29日提交的代理人案卷号ML.20017.00题为“METHODSANDSYSTEMSFORCREATINGFOCALPLANESINVIRTUALANDAUGMENTEDREALITY(用于在虚拟2015年5月29日提交的代理人案卷号为ML.20018.00题为“METHODSANDSYSTEMSFORDISPLAYINGSTEREOSCOPYWITHAFREEFORMOPTICALSYSTEMWITHADDRESSABLEFOCUSFORVIRTUALANDAUGMENTEDREALITY(用于具有针对虚拟现实和增强现实的可寻址焦点的自由形式光学系统显示立体视觉的方法和系统)”的美国实用新型专利申请序列号14/726,396，于2018年7月23日提交的代理人案卷号为ML_0676USPRV题为“SYSTEMSANDMETHODSFOREXTERNALLIGHTMANAGEMENT(用于外部光管理的系统和方法)”的美国临时专利申请序列号62/702,212，以及于2019年8月30日提交的代理人案卷号为ML_0607US题为“SPATIALLY_RESOLVEDDYNAMICDIMMINGFORAUGMENTEDREALITYDEVICE(用于增强现实的内容通过引用其全部内容而明确且完全合并于此。界的视觉输入具有透明度的数字或虚拟图像信息的呈现。人类的视觉感知系统非常复杂，5[0005]大脑的可视化中心从两只眼睛及其组件相对于彼此的运动中获得有价值的感知动以汇聚(converge)眼睛的视线以固定在对象上)与眼睛的晶状体的聚焦(或“调节睛的晶状体的焦点或调节眼睛以聚焦在不同距离处的对象将自动导致到相同距离的聚散传统的AR系统并非最适合以用户舒适和最大程度地使用的方式提供丰富的双目的且三维6avg部分逐渐地透射更多的现实世界光。透镜顶部边缘的第一透射平均值(T)为5透镜中avgavgavgavg间部分的第二T为28avgavgavg通过具有梯度着色的透镜的现实世界光量被表示为T。透镜为导光光学元件提供保护元色的组合使由导光光学元件对第二现实世界光束的无意衍[0020]在一个或多个实施例中，在将透镜初始组装到眼镜框架上之后并在其外部的第一偏振器和第二偏振器。第一偏振器和第二偏振器可各自包括多个区域，的偏振度可以与由第一电极和第二电极施加7接到第一电极的第一分段和第三分段的第一调整所述第一不透明度水平和所述第二不透明度[0029]在一些实施例中，所述可控调光组件被配置为(i)在所述可控调光组件上的第一第二不透明度水平基于被施加为所述可控调光组件的输入的一个或多个电信号的电压水8述第二不透明度水平随着所述电压水平的变[0046]在一些实施方式中，所述控制电路还被配置为接收来自一个或多个数据源的输9[0053]图7是根据本公开的一些实施例的在增强现实系统的导光光学元件附近和外部设[0054]图8是根据本公开的一些实施例的增强现实系统的梯度着色(tinted)透镜的正视[0055]图9示出了根据本公开的一些实施例的在增强现实系统的梯度着色透镜的边缘周[0057]图11是根据本公开的一些实施例的可形成增强现实系统的外部覆盖透镜的全部[0059]图13A至图13D是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的各种偏振[0060]图14A至图14C是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的电极组件[0061]图15是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的电极组件的示意性[0062]图16A至图16D是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的各种电极[0063]图17A是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的电极组件的示意性[0065]图18A至图18D是根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的各种电极[0066]本发明的各个实施例涉及用于在单个实施例或多个实施例中实现光学系统的系[0067]现在将参考附图详细描述各种实施例，这些附图被提供作为本发明的说明性示种实施例涵盖了通过示例的方式在本文中所指的组件的当前[0070]用于在允许现实世界光通过的同时在各种深度生成虚拟图像的一种类型的光学[0071]以下公开内容描述了用于通过使用多平面聚焦光学元件来创建3D感知的系统和要的组成部分，它通过减少进入AR系统的环境光量来改善虚拟内容的可靠性(solidity)，彩虹伪像与允许通过AR系统允许用户仍然可以看到物理环境并与之交互的足够的环境光[0072]由于无意地入耦合到导光光学元件中以及从导光光学元件中出耦合的环境光的减少而导致的感知虚拟内容可靠性的增加是可以类似于例如电影院的房屋照明和在电影[0073]具有梯度着色的外部透镜减少了从用户上方进入导光光学元件的大部分光(例境光通常来自通常位于增强现实系统的用户上方的光源。典型的头顶光源的示例包括日[0074]本文公开的可控的梯度着色外部透镜允许AR系统响应外部光强度和方向的变当外部照明强度相对较高和/或外部光来自高角度(相对于与光轴平行)时，AR系统可以增[0077]实现AR系统的一种可能的方法是使用嵌入了深度平面信息的多个体积相位全息到距离用户3米远的虚拟鸟和距用户臂长(大约1[0080]多平面聚焦系统通过将图像投影在Z方向上距离用户的眼睛的相应的固定距离处无限远处的天空的图像的期望图像的一部分，并且可以利用保持光的准直的LOE190(例[0084]图1描绘了用于在单个深度平面上投影图像的基本光学系统100。系统100包括光合光栅192。光学系统100'还包括三个分束器或二向色镜162(用于将光引导至相应的LOE)的远侧上的入耦合光栅192的表面涂覆不透明材料(例如，铝)，以防止光穿过入耦合光栅较大的单个深度平面图像区域在用户的视场内横向地成角度地移位，或者是相同的颜色，[0087]图5描绘了具有ICG192、正交光瞳扩展器194(“OPE”)和出射光瞳扩展器196使得传播通过系统100的子光束将被轴向地偏转90度。EPE196也沿光路(Y轴)部分透明并种源的几个示例性光束以证明上述彩虹伪像问题。由光源120产生的虚拟光束302由ICG100确定的角度对准用户的眼睛304。图6中描绘的虚拟光子光束302'基本上彼[0100]问题在于，该现有技术的LOE190还从用户上方入耦合(通过折射对象大部分光束更多地在头戴式耳机的视场部分(假设用户正在看物理对象)进入头戴式[0101]太阳314是头顶现实世界光源314，由于它也是明亮的，因此可以产生彩虹伪像的头顶现实世界光束312a”在虚拟对象338附近的视场中渲染彩虹图像/伪像316a。在图6中，彩虹图像/伪像316a看起来源自虚拟对象338附近的位置。虚拟对象338与意外彩虹图[0103]因为AR系统100需要对现实世界光束306一定程度的透明度，所以它们的LOE190实施例还可以减少由于外部光的无意入耦合[0105]图7是根据本公开的一些实施例的在增强现实系统的导光光学元件附近和外部设被设置在LOE190的表面310附近并在其外部。透镜350可被配置为包括着色以经由着色吸收现实世界光，从而减少了透射通过着色透镜以透射通过照明导光光学元件(例如，LOE的光/透射更多的光)以允许足够的光透射通过LOE190。透射通过梯度透镜的现实世界光avgavgavgavgavg350的着色内，使得减少的现实世界光束312b'(如虚线所示)透射通过透镜350以透射通过avg[0107]当减少的现实世界光束312b'离开LOE190时，减少的现实世界光束312b明亮得多，因此提供了比图7中的减少的彩虹伪像316b更被用户感知为更亮的彩虹效应的[0108]如上所述，在应允许多少光通过透镜350来保持以足够照明用户的物理环境所显示的虚拟内容的增强现实感与应有多少光被透镜350阻挡以最小化彩虹伪像之间存在平描绘的虚线仅示出了跨过透镜的y轴的具有均匀/固定的着色度的假想线。透镜350具有可avgavgavg随着更少外部光透射而改善)，以及允许为用户提供足够的外部光透射使其能够清楚地看avgavgavgavgavg350的具有梯度着色的区域(例如，在顶部边缘810和位置820之间)在本公开中在本文中可avgavgavgavgavgavgavgavgavgavgavgavgavgavg线性方式逐渐增加，从在顶部边缘810处的T为5％到在透镜350的位置840处的T为33％。本领域普通技术人员可以理解在本公开中公开的透镜的各个y轴处的Ts的实际值表面成近90度)的现实世界光基本上是透明的。同时，涂层使被涂覆的光学元件对具有高[0114]梯度着色透镜和选择性反射涂层320两者的组合可以极大地减少由于例如头顶照少了进入LOE190的头顶光的量。选择性反射涂层32以允许相对低的AOI光从中通过而不会明显改变其轨迹角。在上面引用的美国实用新型专减少了可以透射通过透镜350以透射通过LO图6和图7中描绘的每个单个光束或子光束表示携带相关信息并且具有相似轨迹的多个光[0117]虽然具有梯度着色的透镜350可以通过减少现实世界头顶光来减小视场，但是减[0118]虽然本文描述的实施例包括梯度着色透镜，但是本领域普通技诸如反射和/或镜面涂层的转向器)的组合来完成寸和良视距(eyereliefdi[0123]图9示出了根据本公开的一些实施例的围绕增强现实系统的透镜350的边缘的平面宽度950的第一平坦外围表面930、以及具有平坦表面高度960的第二平坦外围表面940。第一平坦外围表面930第二平坦外围表面940被配置为围绕梯度透镜的边缘，以允许与底[0124]传统的透镜设计通常包括透镜的弯曲或圆形的外围表面以促进简单的卡扣[0125]平坦表面宽度950和平坦表面高度960的测量可以取决于用于附接的底座的平坦[0126]在一些实施例中，透镜350的形状可以包括围绕边缘的平坦部分，在将外部窗口实施例中，标记材料和/或标记过程可以例如通过Essilor电极1106A和内部电极1106B之间的一个或多个电场来进一步旋转/偏振被偏振的环境光。水平偏振)给通过其朝向用户的眼睛传播的环境光。第二偏振态可以被配置为与通过外部图7)产生梯度或以其他方式非均匀着色/调光图案以衰减入射在其上的环境光。图11的可控调光组件可以被配置为在外部电极1106A和内部电极1106B上施加一个或多个电场/电压不透明度进行调整。在一些示例中，可控调光组件可以被配置为通过其至少一个部件(例1108、外部电极1106A和/或内部电极1106B相邻设置的基板材料等)根据梯度着色/调光图被配置为以空间变化或其他方式非均匀方式偏振穿过其中的环境光。例如，外部偏振器1102A可以被配置为向入射到其一个部(portion)/部分(section)上的环境光施加特定的配置为以根据环境光入射补偿膜层1104A、1104B的位置和/或角度而变化的方式使穿过其新型专利申请序列号中15/479,700更详细地描述的那样，其全部内容通过引用合并于此。定量，但是使入射到其另一部分/部的环境光偏振/旋转/延迟其他不同量。在另一个示例中，外部补偿膜层1104A可以被配置为使以特定角度入射到其表面的环境光偏振/旋转/延控调光组件的几何形状可以具有一个或多个圆形或弯曲的边缘和/或表面的特征。在一些件分别以与一对目镜相似的方式位于用户的两只眼睛前面/与用户的两只眼睛对齐。在其[0138]图12A至图12D示出了根据本公开的一些实施例的示例性调光图案。图12A示出了案G1中距点P1最远的点可以表示调光图案G1中显示出全局最大不透明度水平的点。图12B示出了径向梯度调光图案G2，其中不透明度/透明度根据距相应点P2的欧几里得距离而变的一端处的一组一个或多个点可以表示在调光图案G3中显示出全局最小的不透明度水平个点可以表示调光图案G4中显示出全局最大的组件所属的系统可以随时间通过对全局最小和最大的不透明度水平之一或两者进行调整[0140]图13A至图13D示出了根据本公开的一些实施方式的被配置为产生调光图案的示以上参考图11所述的外部偏振器1102A和/或内部偏振器1102B的方式以可控调光组件来实器区域/部分R1_R4，每个偏振器区域/部分被配置为向通过其传播的环境光施加不同的偏光可以随后经受几乎没有衰减的影响，而传播通过这样示例性偏振器的不同偏振器区域/偏振器区域/部分R2的环境光可以被衰减的程度大于穿过不同偏振器区域/部分R1的环境梯度调光图案G2衰减环境光的方式来偏振穿过其的环境光。图13C示出了可控调光系统的G4，其被配置为以使可控调光组件根据图12D的径向梯度调光图案G4来衰减环境光的方式部补偿膜层1104A和内部补偿膜层1104B之一或两者)，其被配置为以基于环境光入射到其迟膜或可被配置为以与上述涂层320类似的方式与入射在其上的光相互作用的其他光学补或其他光学补偿膜的实施方式中，可以使用多种技术中的任何一种(例如，定向的“拉伸”国实用新型专利申请序列号15/479,700中提供了在实现上述至少一个补偿膜层中可以利部补偿膜层1104A和内部补偿膜层1104B之一或两者)，其被配置为以基于环境光入射到其在空间上变化或以与在此参考图13A_13D描述的一个或多个示例性偏振器相似的方式被图整或以其他方式制造的一个或多个液晶层，诸如在美国实用新型专利申请序列号15/815,[0144]图14A至图14C示出了根据本公开的一些实施例的被配置为产生调光图案的示例类似于以上参考图11描述的外部电极1106A和/或内部电极1106B的方式在可控调光组件中材料1107中和/或设置在衬底材料1107上的至少一个电极部件1106。在一些示例中，在图14A_14C的示例性电极组件中的一个或多个示例性电极组件中示出的至少一个电极部件面参考图11描述的内部电极1106A或外部电极1106B的方式在可控调光组件中实现。这样，每个示例性电极组件可以平行于另一个电极定位，而电极部件1106不一定与另一电极平以在每对电极组件之间设置与以上参考图11所述的液晶层1108相例性电极组件可以在与另一电极组件平行的可控调光组件中实现，该另一电极组件包括以其他方式不平行于另一电极组件中的ITO的单个平面层的表面，而示例性电极组件和其电极部件1106的表面与另一电极组件中的ITO的单个平面层的表面之间的距离可能是非均减。因为图14A中的电极组件的电极部件1106的表面与另一个电极组件之间的距离从电极例性电极组件非常相似，图14B的示例性电极组件中的衬底材料1107的表面可以平行于另增加。这样，在操作中，可能在图14B的示例性电极组件与另一电极组件之间产生不均匀或不平行于衬底材料1107的表面倾斜的表面，以及(2)从电极组件的底部到顶部减小的厚示例性电极组件中的衬底材料1107的表面可以平行于另一电极组件中的ITO的单个平面层性电极组件可以以类似于上面参考图11所述的外部电极1106A和内部电极1106B的方式在1106A和第二电极1106B可以彼此平行并且设置在液晶层的任一侧上。第一电极1106A可以1126和电耦接到第二电极1106B的接地电极。示例性电极组件还包括电耦接到第三部分压被施加到第一电压源1126而较弱的电压被施加到第二电压源1128时，产生非均匀电场，压施加到第一电压源可以产生类似的非均匀电场。非均匀电场可导致液晶层的不均匀偏组件根据图12A的径向梯度调光图案G1衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。示例性第光组件根据图12B的径向梯度调光图案G2衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。示例性的第一电极1106_G2具有与图15所示的第一电极1106A类似的三个部分/部1116、1117、可控调光组件根据图12C的线性梯度调光图案G3衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。使可控调光组件根据图12D的径向梯度调光图案G4衰减环境光的方式偏振穿过其的环境电极1106A，但是这三个部分/部1116、1117、1118的形状和设置与图15所示的第一电极[0151]图17A示出了根据本公开的一些实施例的示例性电极组件，该示例性电极组件包的示例性电极组件可以以类似于上面参考图11描述的外部电极1106A和内部电极1106B的二电极1106B的部分由于其与图17B的电路的电连接而可以分别用作阳极和阴极。图17B是电极对与第一电阻器R1并联地电耦接，S2_S2'电极对与第二电阻器R2并联地电耦接，SS3'电极对与第三电阻器R3并联地电耦接，以及S4_S4'电极对与第四电阻器R4并联地电耦的一个或多个可以设置在电极组件中的一个电极(例如，第一电极1106A)的相应的部分之器R1_R4的值之间的定量关系可能不一定要符合上面已经描述并且在图17B中描绘的关系组件根据图12A的径向梯度调光图案G1衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。示例性第件根据图12B的径向梯度调光图案G2衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。示例性第一的线性梯度调光图案G3衰减环境光的方式偏振穿过其的环境光。示例性第一电极1106_G3[0154]尽管上述可控调光组件及其各种部件包括具有特定形状的特定数量的部分/部，[0157]在一些实施例中，可控调光系统可以基于从多个数据源(包括一个或多个感测设557,706中进一步详细描述了这种数据源和调光组件控制方案的另外的示例，其全控调光组件上的第二位置处显示出第二不透明度水平，所述第二位置与所述第一位置不第一不透明度水平和所述第二不透明度水平基于被施加为所述可控调光组件的输入的一述第一不透明度水平和所述第二不透明度水平随着所述电压水平的变化而以不同的速率件以在所述第一电极组件和所述第