[发明专利]空间可变液晶衍射光栅

说明书

本公开涉及显示系统，更具体地说，涉及增强现实显示系统。一种衍射光栅包括多个不同的衍射区，这些衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。衍射光栅另外包括多个不同的液晶层，所述不同的液晶层与不同的衍射区对应。不同的液晶层具有不同地定向的液晶分子，使得不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。

相关申请的交叉引用

本申请主张2016年11月18日提交的名称为“SPATIALLY VARIABLE LIQUIDCRYSTAL DIFFRACTION GRATINGS(空间可变液晶衍射光栅)”的美国临时专利申请号62/424,310的优先权益，该申请的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，本公开涉及增强现实显示系统。

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

因此，本文公开了多种设备、系统、结构和方法。例如，公开了一种示例衍射光栅，其包括多个不同的衍射区(diffracting zone)，所述衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。该衍射光栅另外包括与所述不同的衍射区对应的多个不同的液晶层。所述不同的液晶层具有不同地定向(align)的液晶分子，使得所述不同的衍射区具有与光衍射相关联的不同的光学特性。

公开了一种制造衍射光栅的示例方法，其包括提供基板和在所述基板上设置多个不同的衍射区，这些衍射区具有与适于光衍射的光栅周期对应的周期性重复的横向尺寸。所述方法进一步包括在所述基板上方形成包括液晶分子的多个不同的液晶层，所述不同的液晶层与所述不同的衍射区对应，其中形成所述不同的液晶层包括使液晶分子不同地定向，从而向所述不同的衍射区提供与光衍射相关联的不同的光学特性。

公开了另一示例衍射光栅，其包括多个连续的液晶层，所述多个连续的液晶层沿着横向方向延伸并且被布置为具有周期性重复的横向尺寸、厚度和折射率，使得所述液晶层被配置为衍射光。所述液晶层的液晶分子沿着所述横向方向在不同的液晶层中不同地布置，使得所述连续的液晶层被配置为在衍射效率上有梯度地衍射光。