Meta AR/VR专利提出高折射率材料多晶/多重处方镜片，并支持眼动追踪

　　配眼镜一般都需要进行验光检查，而相关的视力结果可以称为Prescription处方，因为这是持有相关资质证书的人员给你开具的配镜处方，所以在外国经常会把这种基于用户视力参数的眼镜称为Prescription Lens处方眼镜/镜片/透镜。

　　传统的单透镜可能会引入色差。低阶色差可以包括轴向或横向类型，而人眼对横向色差(TCA)特别敏感。尽管诸如消色差双透镜这样的校正透镜可以校正色差，但双透镜的成本、重量和形状参数可能不适合AR/VR头显。

　　为了减少AR眼镜中使用的校正透镜的重量和体积，可以采用高折射率材料的镜片。然而，这种高折射率材料会产生高色散，因而产生大色差。

　　针对这个问题，Meta在名为“Multi-element prescription lenses with eye-tracking”的专利申请中提出了一种多晶/多重处方镜片。同时，这种作为校正镜片/透镜的镜片/透镜可以包含眼动追踪组件。

　　在一个实施例中，光学系统可以包括在选择性透射界面耦合在一起的至少两个透镜，并且结合的透镜可以形成双透镜。选择性透射界面可以包括光学涂层或图案，使得选择性透射界面透射具有给定性质的辐射，但吸收或反射具有另一个不同性质的辐射。

　　在一个的实施例中，光学系统可以包括优先反射第一类型的辐射(例如红外辐射)，并且优先透射或吸收第二类型的辐射的光学基板。光学基板可以物理地支撑容纳透镜。

　　如图1的图100所示。双透镜104可以配置有各种透镜或其他光学元件。例如，双透镜104可以包括近端透镜140，近端透镜配置为向用户的眼睛101透射光。双透镜104同时可以包括远端透镜150，远端透镜配置为与近端透镜140结合，并用于校正用户眼睛101的折射误差。

　　近端透镜140可以包括配置为以任何合适方式使用的透镜。诸如近端透镜140可以是具有面向用户的至少一个表面的透镜。近端透镜140的外表面可以配置为将光传输到用户眼睛101的任何合适距离，例如在10mm和20mm之间。

　　与近端透镜140一样，远端透镜150可以配置为以任何合适方式使用的透镜。在一个实施例中，远端透镜150可以是具有至少一个背对用户眼睛101的表面的透镜。远端透镜150同时可以包括第二表面120，第二表面可以弯曲以具有额外的optical power，并用于为用户眼睛101提供规定的校正。

　　如上所述，远端透镜150可配置为与近端透镜140结合，以校正用户眼睛101的折射误差。例如，远端透镜150的形状和/或曲率与近端透镜140的组合可以提供对用户视力的校正。另外，远端透镜150可配置为与近端透镜140组合，校正与远端透镜相关联的折射误差。折射误差可以包括由近端透镜140引起的色差和由远端透镜150引起的色差中的至少一个。

　　在一个示例中，近端透镜140和/或远端透镜150可以包括任何合适的材料，例如玻璃和/或塑料。

　　在一个示例中，近端透镜140和远端透镜150可以使用任何合适的材料彼此连接。折射率匹配材料可以指折射率与另一物体的折射率接近的物质。通过在双透镜的两个透镜之间使用折射率匹配材料，辐射可以从一个透镜传递到另一个透镜，而没有显著的反射或折射。

　　双透镜104可以进一步包括选择性透射界面130，选择性透射界面将近端透镜140耦合到远端透镜150。在一个实施例中，双透镜104的公共表面可以用作选择性透射界面130。

　　在一个示例中，来自眼睛101的辐射可以至少两次穿过近端透镜140，一次在进入近端透镜的途中，一次从近端透镜射出，在一部分辐射被选择性透射界面130反射之后，两部分辐射都穿过第一表面110。

　　选择性传输界面130可以配置为传输具有所选属性的光，而不传输不具有所选特性的光。在一个示例中，所选择的特性可以包括波长的通带范围。选择性传输界面130可以在通带范围内传输光，并且选择性传输界面120可以在通频带范围外至少部分不透射。

　　在另一示例中，通带范围可以包括可见光谱的至少一部分。在一个实施例中，选择性传输界面130可以反射可通过范围之外的IR光。附加地，所选择的特性可以包括电磁辐射的偏振状态，并且选择性透射界面130可以包括反射偏振器，后者配置为透射具有第一偏振状态的光，并且反射或吸收具有与第一偏振状态不同的第二偏振状态的光线。

　　选择性传输界面130可以包括各种组成和配置。在一个实施例中，选择性透射界面130可以包括热反射镜涂层，其可以反射近红外辐射并且可以透射和/或吸收可见光。

　　在另一个实施例中，选择性透射界面130可以包括二向色滤光片，其可以反射近红外辐射并且可以透射和/或吸收可见光。

　　在一个实施例中，选择性传输界面130可以包括具有多个同心小平面的光学基板。在另一实施例中，选择性传输界面130可以包括介电镜，其可以反射近红外辐射并且可以传输和/或吸收可见光。

　　如上所述，双透镜104可以具有任何合适的配置，例如，其可以根据应用而变化。在一个实施例中，近端透镜140、远端透镜150和选择性透射界面130可以固定到眼镜框架(未示出)，眼镜框架的尺寸和位置设置为位于用户的眼睛101的前方。

　　在AR系统中，透镜可以放置在显示器的前面。这种显示器可以呈现人眼可见的色差。根据显示器的类型和像差的大小，双透镜可以设计为补偿显示器的色差。

　　在一个配置中，来自眼睛101的反射辐射(例如近红外辐射)可以转向摄像头或光电检测器。

　　图2示出了包括眼动追踪系统中的双透镜光学系统。图2示出的界面230可以是衍射光栅，例如菲涅耳表面。在一个实施例中，界面230可以包括具有周期性结构的光学元件，以将辐射分裂并衍射成沿不同方向行进的多个光束。光束的方向可以取决于界面230的间距和结构以及辐射的波长，使得界面230用作色散元件。

　　界面230可以配置为任何合适的配置。在一个方面，界面230可以是反射型或透射型，分别类似于反射镜或透镜。在一个实施例中，界面230可以具有零阶模式，其中几乎没有衍射。

　　因此，与界面230相互作用的光线可以分别根据与反射镜或透镜相同的反射和折射定律来表现。这种零阶模式可用于允许给定波长范围的光无扰动地穿过双透镜204。高阶模式可以存在于界面230中，并且这种高阶模式可以用于将辐射的各种分量引导到不同的区域。例如，高阶模式可以用于将与红外辐射相关联的红外波长引导向传感器(未示出)。

　　界面230可以包括各种组成和配置。在一个实施例中，界面230可以包括热镜涂层，以反射近红外辐射并且可以透射和/或吸收可见光。热反射镜可以是介电反射镜，其可以用于通过反射红外光同时允许可见光通过来保护光学元件。热反射镜可以以在大约零度和大约四十五度之间变化的入射角插入到图200中所示的光学系统中，并且可以防止废热的积聚。

　　在另一实施例中，选择性透射界面230可以包括二向色滤光器，其可以反射近红外辐射并且可以透射和/或吸收可见光。特别地，二向色滤光片可以是用于选择性地通过小波长范围的光同时反射具有其他波长的其他辐射的滤光片。相比之下，二向色镜和二向色反射器的特征可能倾向于它们反射的光的波长，而不是它们通过的波长。

　　在一个实施例中，二向色滤光片可以包括具有不同折射率的光学涂层的交替层。不同折射率层之间的界面可以产生相位反射，从而选择性地增强特定波长的辐射并干扰其他波长。所述层可以通过真空沉积来沉积。通过控制层的厚度和数量，可以调谐滤波器的通带的频率(波长)，并使其根据需要变宽或变窄。

　　在一个实施例中，界面230可以包括具有多个同心小平面的光学基板。在另一个实施例中，界面230可以包括电介质反射镜，其可以反射近红外辐射并透射和/或吸收可见光。

　　在一个实施例中，电介质反射镜可以包括由电介质材料的多个薄层组成的反射镜类型。通过修改介电层的类型和厚度，专利描述的发明可以提供在不同波长辐射下具有特定反射率的光学涂层。

　　图3示出了模拟光线追踪图，其中主光线和参考光线的角度对应于由眼动追踪系统的传感器捕获。特别地，图300示出了结合图1示出和描述的众多相同组件。

　　与图100一样，图300示出了位于双透镜104前面的眼睛101。在所述实施例中，选择性传输界面130可以配置为反射光的红外光谱，使得从用户的眼睛101反射的红外光202转向透镜305，透镜305将红外光302聚焦到传感器310。

　　另外，图3中所示的组件可以与头戴式显示器结合使用，通过远端透镜150、选择性传输界面130和近端透镜140向用户眼睛101传输图像。

　　图5A示出了具有选择性传输接口504的双透镜501。在另一个实施例中，双透镜501可以包括第一部分502和第二部分506，同时可以包括由具有不同属性(例如不同折射率)的光学介质制成的透镜。双透镜501可以进一步包括选择性透射介质504。

　　图5B示出了入射辐射512在穿过双透镜501时被选择性透射界面504作用的折射，导致折射光516相对于入射辐射512具有偏转角。

　　图5C示出了具有选择性透射界面504作为三重透镜的中间元件的三重透镜505。在所述示例中，选择性传输介质504的任一侧上的光学元件的光学介质可以相同。特别地，三重透镜505可以包括在选择性透射界面504的两侧上的第一部分502和第二部分508。

　　另外，第一部分502和第二部分508可以包括由相同材料组成的光学介质，并且具有类似的光学属性，例如类似的折射率。

　　图5D示出了入射辐射512在三重透镜505的示意图。

　　相对于图5B的实施例，入射辐射512通过选择性透射界面504的作用而较少折射。特别地，三重态透镜505的入射辐射512可以以不受干扰的方式518传播通过并离开三重态镜头505。另外，尽管三重透镜505的第一部分502和第二部分508可以具有相同的折射率，但三重透镜505的第三部分510可以具有不同的折射率以便为用户实现基于处方的视觉校正。

　　在图6A中，双透镜603的表面604可以不具有曲率并且可以是平坦的。在一个实施例中，辐射源(未示出)可用于产生辐射，并可从眼睛601反射以产生角膜反射，从而实现眼动追踪。从眼睛601反射的红外辐射可以被双透镜603转向传感器610和传感器透镜605。

　　然而，对于传感器610和/或传感器透镜605的位置，由于与平坦表面604相结合的选择性透射界面的菲涅耳反射，可能会产生一个或多个视觉伪影，例如眼睛601的重影图像，并且这种重影图像可由传感器610捕获。

　　针对这一点，菲涅耳反射可以通过光学系统的一个或多个眼动追踪机制来校正。例如，可以使用应用的计算机视觉算法来校正图像重影效果。

　　在图6B中，双透镜613的表面614可以是凹形。另外，眼睛601反射的辐射可以被双透镜603转向传感器610和传感器透镜605。在这样的配置中，光线轨迹模拟可以显示菲涅耳反射621不太可能被传感器610捕获。

　　特别地，表示最终到达传感器透镜605的菲涅耳反射621的光线可以以这样的陡峭角度入射，使得与图6A的光线603相比，所述光线不太可能引入杂散光。

　　换言之，与从图6A的平面604反射的光线相比，与菲涅耳反射621相对应的光线可能不太可能从双透镜603的凹面614被菲涅耳反射，并且对于传感器610的检测将不会有那么大的问题。

　　另外，在具有足够阻挡的光学配置中，这样的杂散射线很可能不会落在传感器610的有源区域之上。因此，眼动追踪系统可以受益于重影图像的减少以及由此产生的校正处理。

　　因此，通过提高一个或多个眼动追踪系统和技术的效率和速度，这种重影成像的减少可以代表将眼动追踪系统与处方双透镜相结合的附加优点。

　　名为“Multi-element prescription lenses with eye-tracking”的Meta专利申请最初在 提交，并在日前由美国专利商标局公布。