配眼鏡一般都需要進(jìn)行驗(yàn)光檢查，而相關(guān)的視力結(jié)果可以稱為Prescription處方，因?yàn)檫@是持有相關(guān)資質(zhì)證書的人員給你開具的配鏡處方，所以在外國(guó)經(jīng)常會(huì)把這種基于用戶視力參數(shù)的眼鏡稱為Prescription Lens處方眼鏡/鏡片/透鏡。
傳統(tǒng)的單透鏡可能會(huì)引入色差。低階色差可以包括軸向或橫向類型，而人眼對(duì)橫向色差（TCA）特別敏感。盡管諸如消色差雙透鏡這樣的校正透鏡可以校正色差，但雙透鏡的成本、重量和形狀參數(shù)可能不適合AR/VR頭顯。
為了減少AR眼鏡中使用的校正透鏡的重量和體積，可以采用高折射率材料的鏡片。然而，這種高折射率材料會(huì)產(chǎn)生高色散，因而產(chǎn)生大色差。
針對(duì)這個(gè)問題，Meta在名為“Multi-element prescription lenses with eye-tracking”的專利申請(qǐng)中提出了一種多晶/多重處方鏡片。同時(shí)，這種作為校正鏡片/透鏡的鏡片/透鏡可以包含眼動(dòng)追蹤組件。
在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)可以包括在選擇性透射界面耦合在一起的至少兩個(gè)透鏡，并且結(jié)合的透鏡可以形成雙透鏡。選擇性透射界面可以包括光學(xué)涂層或圖案，使得選擇性透射界面透射具有給定性質(zhì)的輻射，但吸收或反射具有另一個(gè)不同性質(zhì)的輻射。
在一個(gè)的實(shí)施例中，光學(xué)系統(tǒng)可以包括優(yōu)先反射第一類型的輻射（例如紅外輻射），并且優(yōu)先透射或吸收第二類型的輻射的光學(xué)基板。光學(xué)基板可以物理地支撐容納透鏡。
如圖1的圖100所示。雙透鏡104可以配置有各種透鏡或其他光學(xué)元件。例如，雙透鏡104可以包括近端透鏡140，近端透鏡配置為向用戶的眼睛101透射光。雙透鏡104同時(shí)可以包括遠(yuǎn)端透鏡150，遠(yuǎn)端透鏡配置為與近端透鏡140結(jié)合，并用于校正用戶眼睛101的折射誤差。
近端透鏡140可以包括配置為以任何合適方式使用的透鏡。諸如近端透鏡140可以是具有面向用戶的至少一個(gè)表面的透鏡。近端透鏡140的外表面可以配置為將光傳輸?shù)接脩粞劬?01的任何合適距離，例如在10mm和20mm之間。
與近端透鏡140一樣，遠(yuǎn)端透鏡150可以配置為以任何合適方式使用的透鏡。在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)端透鏡150可以是具有至少一個(gè)背對(duì)用戶眼睛101的表面的透鏡。遠(yuǎn)端透鏡150同時(shí)可以包括第二表面120，第二表面可以彎曲以具有額外的optical power，并用于為用戶眼睛101提供規(guī)定的校正。
如上所述，遠(yuǎn)端透鏡150可配置為與近端透鏡140結(jié)合，以校正用戶眼睛101的折射誤差。例如，遠(yuǎn)端透鏡150的形狀和/或曲率與近端透鏡140的組合可以提供對(duì)用戶視力的校正。另外，遠(yuǎn)端透鏡150可配置為與近端透鏡140組合，校正與遠(yuǎn)端透鏡相關(guān)聯(lián)的折射誤差。折射誤差可以包括由近端透鏡140引起的色差和由遠(yuǎn)端透鏡150引起的色差中的至少一個(gè)。
在一個(gè)示例中，近端透鏡140和/或遠(yuǎn)端透鏡150可以包括任何合適的材料，例如玻璃和/或塑料。
在一個(gè)示例中，近端透鏡140和遠(yuǎn)端透鏡150可以使用任何合適的材料彼此連接。折射率匹配材料可以指折射率與另一物體的折射率接近的物質(zhì)。通過(guò)在雙透鏡的兩個(gè)透鏡之間使用折射率匹配材料，輻射可以從一個(gè)透鏡傳遞到另一個(gè)透鏡，而沒有顯著的反射或折射。
雙透鏡104可以進(jìn)一步包括選擇性透射界面130，選擇性透射界面將近端透鏡140耦合到遠(yuǎn)端透鏡150。在一個(gè)實(shí)施例中，雙透鏡104的公共表面可以用作選擇性透射界面130。
在一個(gè)示例中，來(lái)自眼睛101的輻射可以至少兩次穿過(guò)近端透鏡140，一次在進(jìn)入近端透鏡的途中，一次從近端透鏡射出，在一部分輻射被選擇性透射界面130反射之后，兩部分輻射都穿過(guò)第一表面110。
選擇性傳輸界面130可以配置為傳輸具有所選屬性的光，而不傳輸不具有所選特性的光。在一個(gè)示例中，所選擇的特性可以包括波長(zhǎng)的通帶范圍。選擇性傳輸界面130可以在通帶范圍內(nèi)傳輸光，并且選擇性傳輸界面120可以在通頻帶范圍外至少部分不透射。
在另一示例中，通帶范圍可以包括可見光譜的至少一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇性傳輸界面130可以反射可通過(guò)范圍之外的IR光。附加地，所選擇的特性可以包括電磁輻射的偏振狀態(tài)，并且選擇性透射界面130可以包括反射偏振器，后者配置為透射具有第一偏振狀態(tài)的光，并且反射或吸收具有與第一偏振狀態(tài)不同的第二偏振狀態(tài)的光線。
選擇性傳輸界面130可以包括各種組成和配置。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇性透射界面130可以包括熱反射鏡涂層，其可以反射近紅外輻射并且可以透射和/或吸收可見光。
在另一個(gè)實(shí)施例中，選擇性透射界面130可以包括二向色濾光片，其可以反射近紅外輻射并且可以透射和/或吸收可見光。
在一個(gè)實(shí)施例中，選擇性傳輸界面130可以包括具有多個(gè)同心小平面的光學(xué)基板。在另一實(shí)施例中，選擇性傳輸界面130可以包括介電鏡，其可以反射近紅外輻射并且可以傳輸和/或吸收可見光。
如上所述，雙透鏡104可以具有任何合適的配置，例如，其可以根據(jù)應(yīng)用而變化。在一個(gè)實(shí)施例中，近端透鏡140、遠(yuǎn)端透鏡150和選擇性透射界面130可以固定到眼鏡框架（未示出），眼鏡框架的尺寸和位置設(shè)置為位于用戶的眼睛101的前方。
在AR系統(tǒng)中，透鏡可以放置在顯示器的前面。這種顯示器可以呈現(xiàn)人眼可見的色差。根據(jù)顯示器的類型和像差的大小，雙透鏡可以設(shè)計(jì)為補(bǔ)償顯示器的色差。
在一個(gè)配置中，來(lái)自眼睛101的反射輻射（例如近紅外輻射）可以轉(zhuǎn)向攝像頭或光電檢測(cè)器。
圖2示出了包括眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)中的雙透鏡光學(xué)系統(tǒng)。圖2示出的界面230可以是衍射光柵，例如菲涅耳表面。在一個(gè)實(shí)施例中，界面230可以包括具有周期性結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，以將輻射分裂并衍射成沿不同方向行進(jìn)的多個(gè)光束。光束的方向可以取決于界面230的間距和結(jié)構(gòu)以及輻射的波長(zhǎng)，使得界面230用作色散元件。
界面230可以配置為任何合適的配置。在一個(gè)方面，界面230可以是反射型或透射型，分別類似于反射鏡或透鏡。在一個(gè)實(shí)施例中，界面230可以具有零階模式，其中幾乎沒有衍射。
因此，與界面230相互作用的光線可以分別根據(jù)與反射鏡或透鏡相同的反射和折射定律來(lái)表現(xiàn)。這種零階模式可用于允許給定波長(zhǎng)范圍的光無(wú)擾動(dòng)地穿過(guò)雙透鏡204。高階模式可以存在于界面230中，并且這種高階模式可以用于將輻射的各種分量引導(dǎo)到不同的區(qū)域。例如，高階模式可以用于將與紅外輻射相關(guān)聯(lián)的紅外波長(zhǎng)引導(dǎo)向傳感器（未示出）。
界面230可以包括各種組成和配置。在一個(gè)實(shí)施例中，界面230可以包括熱鏡涂層，以反射近紅外輻射并且可以透射和/或吸收可見光。熱反射鏡可以是介電反射鏡，其可以用于通過(guò)反射紅外光同時(shí)允許可見光通過(guò)來(lái)保護(hù)光學(xué)元件。熱反射鏡可以以在大約零度和大約四十五度之間變化的入射角插入到圖200中所示的光學(xué)系統(tǒng)中，并且可以防止廢熱的積聚。
在另一實(shí)施例中，選擇性透射界面230可以包括二向色濾光器，其可以反射近紅外輻射并且可以透射和/或吸收可見光。特別地，二向色濾光片可以是用于選擇性地通過(guò)小波長(zhǎng)范圍的光同時(shí)反射具有其他波長(zhǎng)的其他輻射的濾光片。相比之下，二向色鏡和二向色反射器的特征可能傾向于它們反射的光的波長(zhǎng)，而不是它們通過(guò)的波長(zhǎng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，二向色濾光片可以包括具有不同折射率的光學(xué)涂層的交替層。不同折射率層之間的界面可以產(chǎn)生相位反射，從而選擇性地增強(qiáng)特定波長(zhǎng)的輻射并干擾其他波長(zhǎng)。所述層可以通過(guò)真空沉積來(lái)沉積。通過(guò)控制層的厚度和數(shù)量，可以調(diào)諧濾波器的通帶的頻率（波長(zhǎng)），并使其根據(jù)需要變寬或變窄。
在一個(gè)實(shí)施例中，界面230可以包括具有多個(gè)同心小平面的光學(xué)基板。在另一個(gè)實(shí)施例中，界面230可以包括電介質(zhì)反射鏡，其可以反射近紅外輻射并透射和/或吸收可見光。
在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)反射鏡可以包括由電介質(zhì)材料的多個(gè)薄層組成的反射鏡類型。通過(guò)修改介電層的類型和厚度，專利描述的發(fā)明可以提供在不同波長(zhǎng)輻射下具有特定反射率的光學(xué)涂層。
圖3示出了模擬光線追蹤圖，其中主光線和參考光線的角度對(duì)應(yīng)于由眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)的傳感器捕獲。特別地，圖300示出了結(jié)合圖1示出和描述的眾多相同組件。
與圖100一樣，圖300示出了位于雙透鏡104前面的眼睛101。在所述實(shí)施例中，選擇性傳輸界面130可以配置為反射光的紅外光譜，使得從用戶的眼睛101反射的紅外光202轉(zhuǎn)向透鏡305，透鏡305將紅外光302聚焦到傳感器310。
另外，圖3中所示的組件可以與頭戴式顯示器結(jié)合使用，通過(guò)遠(yuǎn)端透鏡150、選擇性傳輸界面130和近端透鏡140向用戶眼睛101傳輸圖像。
圖5A示出了具有選擇性傳輸接口504的雙透鏡501。在另一個(gè)實(shí)施例中，雙透鏡501可以包括第一部分502和第二部分506，同時(shí)可以包括由具有不同屬性（例如不同折射率）的光學(xué)介質(zhì)制成的透鏡。雙透鏡501可以進(jìn)一步包括選擇性透射介質(zhì)504。
圖5B示出了入射輻射512在穿過(guò)雙透鏡501時(shí)被選擇性透射界面504作用的折射，導(dǎo)致折射光516相對(duì)于入射輻射512具有偏轉(zhuǎn)角。
圖5C示出了具有選擇性透射界面504作為三重透鏡的中間元件的三重透鏡505。在所述示例中，選擇性傳輸介質(zhì)504的任一側(cè)上的光學(xué)元件的光學(xué)介質(zhì)可以相同。特別地，三重透鏡505可以包括在選擇性透射界面504的兩側(cè)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組成的光學(xué)介質(zhì)，并且具有類似的光學(xué)屬性，例如類似的折射率。
圖5D示出了入射輻射512在三重透鏡505的示意圖。
相對(duì)于圖5B的實(shí)施例，入射輻射512通過(guò)選擇性透射界面504的作用而較少折射。特別地，三重態(tài)透鏡505的入射輻射512可以以不受干擾的方式518傳播通過(guò)并離開三重態(tài)鏡頭505。另外，盡管三重透鏡505的第一部分502和第二部分508可以具有相同的折射率，但三重透鏡505的第三部分510可以具有不同的折射率以便為用戶實(shí)現(xiàn)基于處方的視覺校正。
在圖6A中，雙透鏡603的表面604可以不具有曲率并且可以是平坦的。在一個(gè)實(shí)施例中，輻射源（未示出）可用于產(chǎn)生輻射，并可從眼睛601反射以產(chǎn)生角膜反射，從而實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)追蹤。從眼睛601反射的紅外輻射可以被雙透鏡603轉(zhuǎn)向傳感器610和傳感器透鏡605。
然而，對(duì)于傳感器610和/或傳感器透鏡605的位置，由于與平坦表面604相結(jié)合的選擇性透射界面的菲涅耳反射，可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)視覺偽影，例如眼睛601的重影圖像，并且這種重影圖像可由傳感器610捕獲。
針對(duì)這一點(diǎn)，菲涅耳反射可以通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)眼動(dòng)追蹤機(jī)制來(lái)校正。例如，可以使用應(yīng)用的計(jì)算機(jī)視覺算法來(lái)校正圖像重影效果。
在圖6B中，雙透鏡613的表面614可以是凹形。另外，眼睛601反射的輻射可以被雙透鏡603轉(zhuǎn)向傳感器610和傳感器透鏡605。在這樣的配置中，光線軌跡模擬可以顯示菲涅耳反射621不太可能被傳感器610捕獲。
特別地，表示最終到達(dá)傳感器透鏡605的菲涅耳反射621的光線可以以這樣的陡峭角度入射，使得與圖6A的光線603相比，所述光線不太可能引入雜散光。
換言之，與從圖6A的平面604反射的光線相比，與菲涅耳反射621相對(duì)應(yīng)的光線可能不太可能從雙透鏡603的凹面614被菲涅耳反射，并且對(duì)于傳感器610的檢測(cè)將不會(huì)有那么大的問題。
另外，在具有足夠阻擋的光學(xué)配置中，這樣的雜散射線很可能不會(huì)落在傳感器610的有源區(qū)域之上。因此，眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)可以受益于重影圖像的減少以及由此產(chǎn)生的校正處理。
因此，通過(guò)提高一個(gè)或多個(gè)眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)和技術(shù)的效率和速度，這種重影成像的減少可以代表將眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)與處方雙透鏡相結(jié)合的附加優(yōu)點(diǎn)。
來(lái)源：映維網(wǎng)nweon.com
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦VR產(chǎn)業(yè)資訊）：專利分享 | Meta提出高折射率材料多晶/多重處方鏡片，并支持眼動(dòng)追蹤
