蘋果專利為AR/VR探索斜鏡裝置

　　對(duì)于傳統(tǒng)的介質(zhì)鏡，其表面(通常是玻璃)會(huì)涂覆一層具有不同介電常數(shù)的材料。材料層通常布置成能夠建設(shè)性地增強(qiáng)來自層邊緣的菲涅耳反射，從而產(chǎn)生大的凈反射率。寬帶介質(zhì)鏡的設(shè)計(jì)可以確保這種條件在相對(duì)較寬的指定波長和入射角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。然而，由于材料層沉積在表面之上，介質(zhì)鏡的反射軸必然與表面法線重合，即反射軸垂直于鏡面。由于這一約束，介質(zhì)鏡的配置對(duì)于反射以外的目的而言屬于次優(yōu)。另外，當(dāng)反射軸約束在表面法線上時(shí)，介質(zhì)鏡的特定應(yīng)用完全無法發(fā)揮。再者，玻璃介質(zhì)鏡往往相對(duì)較重，使其不適合或不適合需要相對(duì)較輕反射組件的用例。

　　傳統(tǒng)的光柵結(jié)構(gòu)可以圍繞反射軸反射光，反射軸不同于光柵結(jié)構(gòu)所在介質(zhì)的表面法線。然而，對(duì)于給定的入射角，傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)的反射角通常隨入射光的波長而變化。所以，使用傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)反射光避免了介質(zhì)鏡固有的反射軸與表面法線重合的限制。但是，當(dāng)需要基本恒定的反射軸時(shí)，對(duì)于給定的入射角，傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)基本上限于單個(gè)波長(或非常窄的波長范圍)。類似地，傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)僅限于單個(gè)入射角(或非常窄的入射角范圍)，以便圍繞恒定反射軸反射指定波長的光。

　　針對(duì)這個(gè)問題，蘋果旗下的AR光學(xué)元件廠商Akonia Holographics一直在探索能夠通過不受表面法線限制的反射軸反射光，并且其在給定入射角下的反射角在多個(gè)波長下為恒定的反射裝置。實(shí)際上，這家公司已經(jīng)圍繞相關(guān)的斜鏡探索獲得了多份發(fā)明保護(hù)，而美國專利商標(biāo)局日前又公布了一份與之相關(guān)的專利申請(qǐng)。

　　專利描述的反射裝置包括具有全息圖或其它光柵結(jié)構(gòu)的光柵介質(zhì)。借助于其中的光柵結(jié)構(gòu)，光柵介質(zhì)將具有允許其圍繞反射軸衍射光的物理特性。其中，對(duì)于以給定入射角入射到光柵介質(zhì)上的多波長光，衍射角/反射角基本恒定(變化小于1度)。

　　類似地，實(shí)施例通常在給定波長的入射光的入射角范圍內(nèi)具有基本恒定的反射軸。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于一組多個(gè)入射角和一組多個(gè)波長的每個(gè)組合，反射軸基本上保持恒定。

　　圖1是所述反射裝置的一個(gè)示例，即斜鏡100。斜鏡100包括駐留在光柵介質(zhì)110中的光柵結(jié)構(gòu)105(由對(duì)角線陰影線所示)。

　　光柵介質(zhì)110是專有光敏聚合物光記錄介質(zhì)，并取名為AK174-200。AK174-200記錄介質(zhì)的厚度約為200μM，M/#約為18，對(duì)于405nm光線的折射率約為1.50。光柵介質(zhì)的變體包括但不限于光折變晶體、重鉻酸鹽明膠、光熱折變玻璃和含有分散鹵化銀顆粒的薄膜。

　　斜鏡100的變體可包括附加層，如玻璃蓋或玻璃基板(圖1A未示出)。附加層可用于保護(hù)光柵介質(zhì)免受污染、水分、氧氣、活性化學(xué)物質(zhì)、損壞等。附加層通常具有與光柵介質(zhì)110匹配的折射率。由于附加層的折射率通常非常接近光柵介質(zhì)的折射率，所以附加層和光柵介質(zhì)界面處的光折射通�？梢院雎�。在圖1的示例性反射裝置中，對(duì)于波長為405nm的光，附加層和光柵介質(zhì)的折射率都約為1.5。

　　如圖1A所示，示例性光柵結(jié)構(gòu)105具有配置為圍繞第一反射軸138(以虛線示出)反射第一入射光124A、124B的物理特性。第一入射光基本上由準(zhǔn)直的單色光束組成。第一入射光同時(shí)包括532nm的第一波長，并且在特定位置117處入射到光柵介質(zhì)110。第一反射軸138與光柵介質(zhì)的表面法線122相差+13.759度(第一反射軸角135)，其中第一入射光相對(duì)于表面法線具有從-4.660度(顯示為第一入射光124A)到-4.660度的第一入射內(nèi)角125A，以及+1.933度(顯示為第一入射光124B)的125B，范圍為6.593度。第一入射光的第一入射內(nèi)角包括一百(100)個(gè)不同的入射內(nèi)角，其以約0.067度的角度間隔間隔間隔，從-4.660度到+1.933度。

　　如圖1A所示，第一入射光124A具有相對(duì)于表面法線-4.660度的第一入射內(nèi)角125A，并由光柵結(jié)構(gòu)105反射為第一反射光127A。第一反射光127A具有相對(duì)于表面法線+32.267度的第一內(nèi)反射角126A。相對(duì)于表面法線+1.933度的第一入射內(nèi)角125B的第一入射光124B則反射為具有+25.668度的第一反射內(nèi)角126B的第一反射光127B。第一反射光127A、127B具有第一波長，即第一反射光具有532nm的波長。

　　入射光及其反射被反射軸平分，使得入射光相對(duì)于反射軸的入射內(nèi)角與反射光相對(duì)于反射軸的反射內(nèi)角具有相同的大小。所以，可以說入射光及其反射圍繞反射軸呈現(xiàn)雙邊對(duì)稱性。

　　如圖1B所示，示例性光柵結(jié)構(gòu)105進(jìn)一步配置為圍繞第二反射軸139反射第二入射光130A、130B。第二入射光基本上由準(zhǔn)直的單色光束組成。第二入射光同時(shí)包括513nm的第二波長，并且在特定位置117處入射到光柵介質(zhì)110。特定位置117包括光柵介質(zhì)表面112的區(qū)域，第一和第二入射光在所述區(qū)域發(fā)光。第二反射軸139與光柵介質(zhì)的表面法線122相差+13.693度(第二反射軸角136)，其中第二入射光相對(duì)于表面法線的第二入射內(nèi)角-4.660度到+1.933度。第二入射內(nèi)角包括一百(100)個(gè)不同的入射內(nèi)角，其以約0.067度的角度間隔間隔間隔，從-4.660度到+1.933度。

　　如圖1B所示，第二入射光130A由光柵結(jié)構(gòu)105反射為第二反射光133A，其具有相對(duì)于表面法線+32.075度的第二反射內(nèi)角133A。具有相對(duì)于表面法線+1.933度的第二入射內(nèi)角128B的第二入射光130B則反射為具有+25.273度的第二反射內(nèi)角129B的第二反射光133B。第二反射光133A、133B具有第二波長，即第二反射光具有513nm的波長。

　　第二反射軸角136與第一反射軸角135相差0.0661度。所以，第二反射軸基本上與第一反射軸重合，這意味著第二反射軸角度136與第一反射軸角度135相差1.0度或更小。

　　相對(duì)于第一反射軸，第一入射光的入射內(nèi)角在-11.867度到-18.464度之間變化。相對(duì)于第二反射軸，第二入射光的入射內(nèi)角在-11.670度到-18.368度之間變化。所以，可以說第一入射光和第二入射光中的每一個(gè)從第一反射軸偏移至少11.670度。

　　特定應(yīng)用適合使用配置為反射從入射光的反射軸偏移的入射光的斜鏡或其他反射裝置。例如，頭顯要向用戶的眼睛反射圖像，但不將圖像反向反射回光源。這種朝向用戶眼睛的反射通常要求入射光從其反射軸偏移至少5.0度的內(nèi)角，典型為偏移至少9.0度。類似地，利用全內(nèi)反射的裝置通常要求入射光偏離其反射軸。

　　利用上述的物理特定，示例性斜鏡能夠反射具有其他波長的光，并以其他角度反射入射到光柵介質(zhì)的光。例如，示例性光柵結(jié)構(gòu)的反射特性允許其圍繞平均反射軸角度為+13.726度的反射軸反射波長為520.4 nm的光，其中平均反射軸角度變化為0.10度或更小，520.4 nm光的入射角范圍為-6.862度至+13.726度，且所有角度均在-6.862度至+13.726度之間，范圍為20.588度。在其反射特性的另一個(gè)示例中，示例性斜鏡配置為圍繞反射軸反射入射光，對(duì)于從503nm到537nm的所有波長，反射軸角變化為0.20度或更小，其中入射角為-1.174度。

　　上面描述只是Akonia Holographics提出的斜鏡的一個(gè)實(shí)施例。更多實(shí)施例介紹可參閱相關(guān)專利“Apple Patent | Skew mirrors, methods of use, and methods of manufacture”。

　　名為“Skew mirrors, methods of use, and methods of manufacture”的蘋果/Akonia Holographics專利申請(qǐng)最初在2021年6月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。