CN113906504B

CN113906504B - 光活化的受控自由基聚合

Info

Publication number: CN113906504B
Application number: CN202080033922.6A
Authority: CN
Inventors: 马修·科尔伯恩; 奥斯汀·莱恩
Original assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Current assignee: Meta Platforms Technologies LLC
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2040-05-04
Also published as: US11733647B2; US20200356049A1; WO2020227231A1; CN113906504A; EP3966820A1

Abstract

本文公开的技术涉及全息光学材料和元件。全息记录材料的实例包括通过第一折射率表征并被配置成聚合以形成聚合物基质的基质单体、分散在基质单体中并通过不同于第一折射率的第二折射率表征的写入单体、以及用于写入单体的受控自由基聚合的光催化剂。写入单体被配置成在暴露于记录光时聚合。光催化剂被分散在基质单体中。光催化剂包括例如过渡金属光催化剂或无金属的有机光催化剂，诸如用于原子转移自由基聚合的光催化剂或用于加成断裂链转移聚合的过渡金属光催化剂。

Description

光活化的受控自由基聚合

非临时转换中的交叉引用

本专利申请要求2019年5月8日提交的美国申请第62/845,216号和2020年4月3日提交的美国申请第16/840,124号的优先权。美国申请第62/845,216号和美国申请第16/840,124号的内容出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

背景

诸如头戴式显示器(HMD)或平视显示器(HUD)系统的人工现实系统通常包括近眼显示器系统，该近眼显示器系统呈头戴式装置(headset)或一副眼镜的形式并且被配置成经由电子或光学显示器在用户的眼睛前方例如约10mm-20mm内向用户呈现内容。如在虚拟现实(VR)应用、增强现实(AR)应用或混合现实(MR)应用中，近眼显示器系统可以显示虚拟对象或将真实对象的图像与虚拟对象组合。例如，在AR系统中，用户可以通过例如透过透明的显示眼镜或透镜(通常被称为光学透视(optical see-through))来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成的图像(CGI))和周围环境两者。

光学透视AR系统的一个实例可以使用基于波导的光学显示器，其中投影图像的光可以被耦合到波导(例如，透明基底)中，在波导内传播，并且在不同位置处从波导耦合出去。在一些实施方式中，可以使用衍射光学元件诸如全息光栅将投影图像的光耦合到波导中或从波导耦合出去。在一些实施方式中，人工现实系统可以采用眼睛跟踪子系统，该眼睛跟踪子系统可以跟踪用户的眼睛(例如，凝视方向)以基于用户正在看的方向来修改或生成内容，从而为用户提供更沉浸式的体验。眼睛跟踪子系统可以使用多种光学部件诸如全息光学元件来实现。

概述

本公开内容总体上涉及全息光学元件。根据某些实施方案，全息光学元件可以包括聚合物基质，所述聚合物基质包括通过第一折射率表征的第一聚合物材料；由聚合物基质支撑并且通过不同于第一折射率的第二折射率表征的第二聚合物材料；以及用于受控自由基聚合的光催化剂。光催化剂可以被分散在聚合物基质中。第二聚合物材料可以根据非均匀图案分布在聚合物基质中。在一些实施方案中，光催化剂可以对可见光敏感，并且可以被配置成在暴露于可见光时生成用于聚合的自由基。在一些实施方案中，光催化剂可以被配置成在暴露于可见光时生成用于使自由基失活的失活催化剂。在一些实施方案中，光催化剂可以包括过渡金属光催化剂或无金属的有机光催化剂。

在一些实施方案中，光催化剂可以包括用于原子转移自由基聚合(ATRP)的光催化剂。例如，光催化剂可以包括吩噻嗪、芳族烃、吩嗪、吩噁嗪、咔唑、噻吩并噻吩或苝的衍生物。光催化剂的一个实例可以包括10-苯基吩噻嗪。在一些实施方案中，第二聚合物材料可以包括有机卤化物。

在一些实施方案中，光催化剂可以包括用于加成断裂链转移(RAFT)聚合的过渡金属光催化剂，诸如fac-Ir(ppy)₃或Ru(bpy)₃Cl₂。在一些实施方案中，全息光学元件还可以包括RAFT剂。在一些实施方案中，第二聚合物材料包括硫代羰基硫化合物(thiocarbonylthiocompound)。

在一些实施方案中，第一聚合物材料可以包括聚氨酯。在一些实施方案中，第二聚合物材料的分散度可以小于2。在一些实施方案中，根据非均匀图案分布在聚合物基质中的第二聚合物材料可以形成全息图、全息布拉格光栅、多路复用全息光栅、全息透镜或全息漫射器。

根据一些实施方案，光学记录膜可以包括第一基底；第二基底；聚合物基质，所述聚合物基质在第一基底和第二基底之间并且通过第一折射率表征；单体，所述单体被分散在聚合物基质中并且通过不同于第一折射率的第二折射率表征；以及光催化剂，所述光催化剂用于单体的受控自由基聚合。光催化剂可以被分散在聚合物基质中。单体可以被配置成在光学记录膜的暴露于记录光的区域中聚合。在一些实施方案中，聚合物基质可以包括聚氨酯。在一些实施方案中，单体可以包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、苯乙烯、二烯或乙烯基单体。

在一些实施方案中，光催化剂可以对可见光敏感，并且可以被配置成在暴露于可见光时生成用于使单体聚合的自由基。在一些实施方案中，光催化剂可以被配置成在暴露于可见光时生成用于使自由基失活的失活催化剂。在一些实施方案中，光催化剂可以包括过渡金属光催化剂或无金属的有机光催化剂。

在一些实施方案中，光催化剂可以包括用于原子转移自由基聚合的光催化剂。例如，光催化剂可以包括吩噻嗪、芳族烃、吩嗪、吩噁嗪、咔唑、噻吩并噻吩或苝的衍生物。光催化剂的一个实例可以包括10-苯基吩噻嗪。在一些实施方案中，光学记录膜还可以包括烷基卤化物。

在一些实施方案中，光催化剂可以包括用于加成断裂链转移聚合的过渡金属光催化剂，诸如fac-Ir(ppy)₃或Ru(bpy)₃Cl₂。在一些实施方案中，光学记录膜还可以包括RAFT剂。在一些实施方案中，光学记录膜可以包括被配置成用作链转移剂的硫代羰基硫化合物。

根据某些实施方案，光学记录材料可以包括：基质单体，所述基质单体通过第一折射率表征并且被配置成聚合以形成聚合物基质；写入单体，所述写入单体被分散在所述基质单体中并且通过不同于第一折射率的第二折射率表征；以及光催化剂，所述光催化剂用于写入单体的受控自由基聚合。光催化剂可以被分散在基质单体中。写入单体可以被配置成在暴露于记录光时聚合。在一些实施方案中，光催化剂可以对可见光敏感，并且可以被配置成在暴露于可见光时生成用于使写入单体聚合的自由基。在一些实施方案中，光催化剂可以被配置成在暴露于可见光时生成用于使自由基失活的失活催化剂。

根据某些实施方案，一种制造全息光学元件的方法可以包括在基底上形成全息材料层，以及将全息材料层暴露于记录光，其中记录光可以通过非均匀的强度图案表征。全息材料层可以包括通过第一折射率表征的聚合物基质，以及分散在聚合物基质中并且通过不同于第一折射率的第二折射率表征的单体，其中单体可以被配置成在全息材料层的暴露于记录光的区域中聚合。全息材料层还可以包括用于受控自由基聚合的光催化剂，其中光催化剂可以被分散在聚合物基质中。在一些实施方案中，在基底上形成全息材料层可以包括在基底上层压全息材料层。在一些实施方案中，在基底上形成全息材料层可以包括将光学记录材料的层沉积在基底上。光学记录材料可以包括被配置成聚合以形成聚合物基质的基质单体、分散在基质单体中的写入单体和分散在基质单体中的光催化剂。光学记录材料可以被固化以使基质单体聚合。

本概述既不意图标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开内容的整个说明书的适当部分、任何附图或所有附图以及每项权利要求来理解本主题。下面将在随附的说明书、权利要求和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和实例。

附图简述

下面参考以下附图来详细地描述说明性的实施方案。

图1是根据特定实施方案的包括近眼显示器系统的人工现实系统环境的实例的简化框图。

图2是用于实现本文公开的一些实例的以头戴式显示器(HMD)装置的形式的近眼显示器系统的实例的透视图。

图3是用于实现本文公开的一些实例的以一副眼镜的形式的近眼显示器系统的实例的透视图。

图4图示出了根据某些实施方案的使用包括光学合路器的波导显示器的光学透视增强现实系统的实例。

图5A图示出了体布拉格光栅(VBG)的实例。图5B图示出了图5A所示的体布拉格光栅的布拉格条件。

图6图示出了包括两级光聚合物的全息记录材料的实例。

图7A图示出了用于记录体布拉格光栅的记录光束和从体布拉格光栅重建的光束。图7B是图示出记录光束和重建光束(reconstruction beam)的波矢量以及记录的体布拉格光栅的光栅矢量的全息动量图(holography momentum diagram)的实例。

图8图示出了用于记录全息光学元件的全息记录系统的实例。

图9A-图9D图示出了光聚合物材料的实例中自由基聚合的实例。图9A图示出了聚合之前的光聚合物材料。图9B图示出了单体链的引发。图9C图示出了单体链的传播。图9D图示出了单体链的终止。

图10A-图10C图示出了在不受控的光聚合物材料层中记录全息光学元件的实例。图10A图示出了未曝光的光聚合物材料层。图10B图示出了在全息记录期间的单体扩散和聚合。图10C图示出了在曝光之后聚合物扩散的实例。

图11A图示出了原子转移自由基聚合(ATRP)工艺的实例。图11B图示出了原子转移自由基聚合的方案的实例。图11C图示出了原子转移自由基聚合的方案的另一个实例。

图12图示出了可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合工艺的实例。

图13图示出了氮氧化物介导的聚合(NMP)的方案的实例。

图14图示出了根据某些实施方案的用于记录全息光学元件的光活化的无金属ATRP工艺的方案的实例。

图15图示出了实验结果的实例，示出了根据某些实施方案，在光活化的无金属ATRP工艺中，聚合反应可以通过光来控制。

图16图示出了根据某些实施方案的用于记录全息光学元件的光致电子转移RAFT(PET-RAFT)工艺的方案的实例。

图17图示出了根据某些实施方案的使用光活化的CRP记录全息光学元件的实例。

图18是图示出根据某些实施方案的制造全息光学元件的方法的实例的简化流程图。

图19是根据某些实施方案的用于实现本文公开的一些实例的近眼显示器系统(例如，HMD装置)的电子系统的实例的简化框图。

附图仅出于说明的目的描绘了本公开的实施方案。本领域技术人员从以下描述中将容易地认识到，在不脱离本公开内容的原理或所推崇的益处的情况下，可以采用图示的结构和方法的替代实施方案。

在附图中，相似的部件和/或特征可以具有相同的附图标记。此外，可以通过在附图标记之后用短划线(dash)和在相似部件之间进行区分的第二标记来区分相同类型的多个部件。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的任何一个相似部件，而与第二附图标记无关。

详细描述

本文公开的技术总体上涉及全息光学元件。更具体地，且不限于此，本公开内容涉及光活化的受控自由基聚合全息记录材料和由其制造的全息光学元件。本文描述了多种创造性实施方案，包括材料、系统、模块、装置、部件、方法、组合物及类似物。

在多种光学系统，诸如包括虚拟现实系统、增强现实(AR)系统和混合现实(MR)系统的人工现实系统中，为了改善光学系统的性能，诸如改善显示图像的亮度、扩大视窗、减少伪像、增加视场以及改善用户与所呈现内容的交互，多种全息光学元件可以用于光束耦合和整形，诸如将光耦合到波导显示器中或从波导显示器耦合出去或者跟踪用户眼睛的运动。这些全息光学元件可能需要具有高折射率调制、小间距或特征尺寸、高清晰度、高衍射效率以及其他。然而，在一些全息记录材料，诸如一些光聚合物材料中，在记录期间和记录之后的单体的聚合可能不受时间和空间控制。因此，聚合可以生成具有相对宽的分子量分布(高分散度)和对聚合物结构和端基官能度的有限控制的聚合物。在曝光之后聚合可以继续，并且由聚合形成的聚合物可以扩散到未曝光的区域，这可以降低全息光学元件的可实现的动态范围、最小特征尺寸、可实现的多路复用光栅的数量、期望的衍射效率和其他性能。

根据某些实施方案，公开了对光(例如，可见光或UV光)敏感、具有高的可实现动态范围并且具有单体的空间上和时间上可控的反应和/或扩散的光活化的受控自由基聚合(CRP)光聚合物材料。光活化的CRP光聚合物材料可以包括用于在室温在暴露于光时生成自由基的光催化剂，其中在曝光期间生成的自由基的浓度可以是低的，并且在聚合期间可以抑制链转移。因此，一旦曝光停止，自由基可以失活，并且可以在曝光时被重新活化。结果，光活化的CRP光聚合物材料中单体的反应和/或扩散可能在曝光的区域中仅在空间上发生，并且可能在曝光时间段期间仅在时间上发生。因此，可以通过曝光在空间上和时间上控制聚合，以制造具有期望的折射率调制、频率响应、衍射效率以及其他的全息光学元件。

如本文使用的，可见光可以是指具有在约380nm和约750nm之间、在约400nm和约700nm之间或在约440nm和约650nm之间的波长的光。近红外(NIR)光可以是指具有在约750nm和约2500nm之间的波长的光。期望的红外(IR)波长范围可以是指可以由合适的IR传感器(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)、电荷耦合器件(CCD)传感器或InGaAs传感器)检测的IR光的波长范围，诸如在830nm和860nm之间、在930nm和980nm之间或在约750nm至约1000nm之间。

还如本文使用的，基底可以是指光可以在其中传播的介质。基底可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、晶体或陶瓷。至少一种类型的基底材料对可见光和NIR光可以是透明的。基底的厚度可以在例如，小于约1mm至约10mm或更大的范围内。如本文使用的，如果光束可以以高透射率诸如大于60％、75％、80％、90％、95％、98％、99％或更高穿过材料，则材料对于光束可以是“透明的”，其中光束的一小部分(例如小于40％、25％、20％、10％、5％、2％、1％或更少)可以被材料散射、反射或吸收。透射率(即，透射度(transmissivity))可以由波长范围内的适光加权的平均透射率或未加权的平均透射率来表示，或者由波长范围(诸如，可见波长范围)内的最低透射率来表示。

还如本文使用的，术语“载体基质”是指可聚合组分被溶解、分散、包埋、封闭等在其中的材料、介质、物质等。在一些实施方案中，载体基质通常是低T_g聚合物。聚合物可以是有机的、无机的或两者的混合物。在没有特别限制的情况下，聚合物可以是热固性或热塑性的。

还如本文使用的，术语“自由基聚合”是指由包含一个或更多个自由基的任何分子引发的任何聚合反应。

还如本文使用的，术语“阳离子聚合”是指由包含一个或更多个阳离子部分的任何分子引发的任何聚合反应。

还如本文使用的，术语“阴离子聚合”是指由包含一个或更多个阴离子部分的任何分子引发的任何聚合反应。

还如本文使用的，术语“光引发剂”指的是术语光引发剂的常规含义，并且还指的是感光剂(sensitizer)和染料。通常，当包含光引发剂的材料被暴露于活化光引发剂的波长的光(例如光引发光源)时，光引发剂引起材料诸如光活性低聚物或单体的光引发的聚合。光引发剂可以指组分的组合，其中一些单独地不是光敏的，但其组合能够固化光活性低聚物或单体，组分的实例包括染料/胺、感光剂/碘鎓盐、染料/硼酸盐及类似物。

还如本文使用的，术语“可聚合组分”是指一种或更多种光活性可聚合材料，以及可能地一种或更多种能够形成聚合物的另外的可聚合材料，例如单体和/或低聚物。

还如本文使用的，术语“光活性可聚合材料”是指在光引发剂的存在下聚合的单体、低聚物及其组合，所述光引发剂通过被暴露于光引发光源例如记录光而被活化。关于经历固化的官能团，光活性可聚合材料包含至少一个这样的官能团。还应理解，存在还是光引发剂的光活性可聚合材料，诸如N-甲基马来酰亚胺、衍生的苯乙酮等，并且在这样的情况下，应理解，本公开内容的光活性单体和/或低聚物也可以是光引发剂。

还如本文使用的，术语“光聚合物”是指由一种或更多种光活性可聚合材料以及可能地一种或更多种另外的单体和/或低聚物形成的聚合物。

还如本文使用的，术语“聚合抑制剂”是指当光引发光源开启或关闭时，能够抑制或基本上抑制可聚合组分的聚合的一种或更多种组合物、化合物、分子等。聚合抑制剂通常与自由基非常快地反应，并且有效地停止聚合反应。抑制剂导致抑制时间，在该抑制时间期间几乎没有光聚合物形成，例如，仅非常小的链。通常，光聚合仅在几乎100％的抑制剂反应之后发生。

还如本文使用的，术语“链转移剂”是指能够通过形成新的自由基来中断聚合物分子链的生长的一种或更多种组合物、化合物、分子等，新的自由基可以作为新的核进行反应用于形成新的聚合物分子链。通常，相对于在不存在链转移剂的情况下发生的聚合反应，链转移剂导致更高比例的较短聚合物链的形成。在一些实施方案中，如果某些链转移剂不能有效地重新引发聚合，则它们可以表现为延迟剂或抑制剂。

还如本文使用的，术语“光酸产生剂”、“光碱产生剂”和“光产生的自由基”是指当暴露于光源时生成为酸性、碱性或自由基的一种或更多种组合物、化合物、分子等的一种或更多种组合物、化合物、分子等。

还如本文使用的，术语“烷基”是指单独地由碳原子和氢原子组成的、不包含不饱和度的、具有从1个至10个碳原子的直链的或支链的烃链自由基(例如，(C_1-10)烷基或C_1-10烷基)。无论何时其在本文中出现，数值范围诸如“1至10”是指在给定范围内的每个整数；例如，“1个至10个碳原子”意指烷基基团可以由1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子等、多达并且包括10个碳原子组成，尽管该定义还意图覆盖在没有具体指定数值范围的情况下出现的术语“烷基”。典型的烷基基团包括但决不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基和癸基。烷基部分可以通过单键被附接到分子的其余部分，诸如例如甲基(Me)、乙基(Et)、正丙基(Pr)、1-甲基乙基(异丙基)、正丁基、正戊基、1,1-二甲基乙基(叔丁基)和3-甲基己基。除非在说明书中另外具体陈述，否则烷基基团任选地被以下取代基中的一个或更多个取代，所述取代基独立地是杂烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、芳基、芳基烷基、杂芳基、杂芳基烷基、羟基、卤素、氰基、三氟甲基、三氟甲氧基、硝基、三甲基甲硅烷基、-OR^a、-SR^a、-OC(O)-R^a、-N(R^a)₂、-C(O)R^a、-C(O)OR^a、-OC(O)N(R^a)₂、-C(O)N(R^a)₂、-N(R^a)C(O)OR^a、-N(R^a)C(O)R^a、-N(R^a)C(O)N(R^a)₂、N(R^a)C(NR^a)N(R^a)₂、-N(R^a)S(O)_tR^a(其中t为1或2)、-S(O)_tOR^a(其中t为1或2)、-S(O)_tN(R^a)₂(其中t为1或2)、-S(O)_tN(R^a)C(O)R^a(其中t为1或2)或PO₃(R^a)₂，其中每个Ra独立地是氢、氟烷基、碳环基、碳环基烷基、芳基、芳烷基、杂环烷基、杂环烷基烷基、杂芳基或杂芳基烷基。

在以下的描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节以便提供对本公开内容的实例的透彻理解。然而，将明显的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实施多种实例。例如，装置、系统、结构、组件、方法和其他部件可以以框图形式被示出为部件，以避免在不必要的细节上模糊实例。在其他情况下，熟知的装置、过程、系统、结构和技术可以在没有必要细节的情况下被示出，以便避免模糊实例。附图和描述不意图是限制性的。在本公开内容中使用的术语和表述被用作描述性术语而非限制性术语，并且在使用这样的术语和表述时不意图排除所示出和描述的特征或其部分的任何等同物。词语“实例”在本文中用于意指“用作实例(example)、示例(instance)或说明”。本文被描述为“实例”的任何实施方案或设计不一定被解释为相对于其他实施方案或设计更优选或有利。

图1是根据某些实施方案的包括近眼显示器系统120的人工现实系统环境100的实例的简化框图。图1中所示的人工现实系统环境100可以包括近眼显示器系统120、任选的成像装置150和任选的输入/输出接口140，它们各自都可以被耦合至任选的控制台110。虽然图1示出了包括一个近眼显示器系统120、一个成像装置150和一个输入/输出接口140的示例性人工现实系统环境100，但在人工现实系统环境100中可以包括任何数量的这些部件，或者可以省略任何部件。例如，可以存在多个近眼显示器系统120，这些近眼显示器系统120由与控制台110通信的一个或更多个外部成像装置150监控。在一些配置中，人工现实系统环境100可以不包括成像装置150、任选的输入/输出接口140和任选的控制台110。在可选择的配置中，不同的部件或另外的部件可以被包括在人工现实系统环境100中。在一些配置中，近眼显示器系统120可以包括成像装置150，该成像装置150可以用于跟踪一个或更多个输入/输出装置(例如，输入/输出接口140)，诸如手持控制器。

近眼显示器系统120可以是向用户呈现内容的头戴式显示器。由近眼显示器系统120呈现的内容的实例包括图像、视频、音频或它们的一些组合中的一种或更多种。在一些实施方案中，音频可以经由外部装置(例如，扬声器和/或头戴式耳机)呈现，所述外部装置从近眼显示器系统120、控制台110或两者接收音频信息，并基于该音频信息来呈现音频数据。近眼显示器系统120可以包括一个或更多个刚性主体，该刚性主体可以刚性地或非刚性地彼此耦合。刚性主体之间的刚性耦合可以使经耦合的刚性主体充当单个刚性实体。刚性主体之间的非刚性耦合可以允许刚性主体相对于彼此移动。在多种实施方案中，近眼显示器系统120可以以任何合适的形状因子(包括一副眼镜)来实现。近眼显示器系统120的一些实施方案在下文中进一步描述。另外地，在多种实施方案中，本文描述的功能可以用于头戴式装置中，该头戴式装置组合近眼显示器系统120外部的环境的图像和人工现实内容(例如，计算机生成的图像)。因此，近眼显示器系统120可以用生成的内容(例如，图像、视频、声音等)来增强近眼显示器系统120外部的物理、现实世界环境的图像，以向用户呈现增强现实。

在多种实施方案中，近眼显示器系统120可以包括显示电子器件122、显示光学器件124和眼睛跟踪系统130中的一种或更多种。在一些实施方案中，近眼显示器系统120还可以包括一个或更多个定位器126、一个或更多个位置传感器128和惯性测量单元(IMU)132。在多种实施方案中，近眼显示器系统120可以省略这些元件中的任何一个，或者可以包括另外的元件。另外地，在一些实施方案中，近眼显示器系统120可以包括组合了结合图1描述的多种元件的功能的元件。

显示电子器件122可以根据从例如控制台110接收的数据向用户显示图像或促进图像的显示。在多种实施方案中，显示电子器件122可以包括一个或更多个显示面板，诸如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、无机发光二极管(ILED)显示器、微型发光二极管(μLED)显示器、有源矩阵OLED显示器(AMOLED)、透明OLED显示器(TOLED)或某种其他显示器。例如，在近眼显示器系统120的一种实施方式中，显示电子器件122可以包括前TOLED面板、后显示面板以及在前显示面板和后显示面板之间的光学部件(例如，衰减器、偏振器或者衍射膜或光谱膜)。显示电子器件122可以包括发射诸如红色、绿色、蓝色、白色或黄色的主导颜色的光的像素。在一些实施方式中，显示电子器件122可以通过由二维面板产生的立体效果来显示三维(3D)图像，以创建图像深度的主观感知。例如，显示电子器件122可以包括分别位于用户的左眼和右眼前方的左显示器和右显示器。左显示器和右显示器可以呈现相对于彼此水平偏移的图像的副本，以创建立体效果(即，观看图像的用户对图像深度的感知)。

在某些实施方案中，显示光学器件124可以光学地(例如，使用光波导和耦合器)显示图像内容，或者放大从显示电子器件122接收的图像光，校正与图像光相关联的光学误差，并且将校正的图像光呈现给近眼显示器系统120的用户。在多种实施方案中，显示光学器件124可以包括一个或更多个光学元件，诸如例如基底、光波导、光圈(aperture)、费涅尔透镜、凸透镜、凹透镜、滤光器、输入/输出耦合器或者可以影响从显示电子器件122发射的图像光的任何其他合适的光学元件。显示光学器件124可以包括不同光学元件以及机械耦合的组合，以保持组合中的光学元件的相对间隔和定向。显示光学器件124中的一个或更多个光学元件可以具有光学涂层，诸如抗反射涂层、反射涂层、滤光涂层或不同光学涂层的组合。

显示光学器件124对图像光的放大可以允许显示电子器件122比更大的显示器在物理上更小、重量更轻并且消耗更少的功率。另外地，放大可以增加显示内容的视场。显示光学器件124对图像光的放大的量可以通过调整、添加或从显示光学器件124移除光学元件来改变。在一些实施方案中，显示光学器件124可以将显示的图像投影到一个或更多个图像平面，所述图像平面可以比近眼显示器系统120更远离用户的眼睛。

显示光学器件124还可以被设计成校正一种或更多种类型的光学误差，诸如二维光学误差、三维光学误差或其组合。二维误差可以包括在二维中出现的光学像差(opticalaberration)。二维误差的示例性类型可以包括桶形失真、枕形失真、纵向色差和横向色差。三维误差可以包括在三维中出现的光学误差。三维误差的示例性类型可以包括球面像差(spherical aberration)、色差、像场弯曲(field curvature)和像散(astigmatism)。

定位器126可以是相对于彼此并相对于近眼显示器系统120上的参考点位于近眼显示器系统120上的特定位置的对象。在一些实施方式中，控制台110可以识别由成像装置150捕获的图像中的定位器126，以确定人工现实头戴式装置的位置、定向或两者。定位器126可以是发光二极管(LED)、锥体棱镜(corner cube reflector)、反射标记、与近眼显示器系统120操作的环境形成对比的一种类型的光源或者它们的一些组合。在定位器126是有源部件(例如，LED或其他类型的发光器件)的实施方案中，定位器126可以发射可见波段(例如，约380nm至750nm)中的光、红外(IR)波段(例如约750nm至1mm)中的光、紫外波段(例如约10nm至约380nm)中的光、电磁波谱的另一部分中的光或电磁波谱中各部分的任何组合中的光。

成像装置150可以是近眼显示器系统120的一部分，或者可以在近眼显示器系统120的外部。成像装置150可以基于从控制台110接收的校准参数来生成慢速校准数据。慢速校准数据可以包括显示定位器126的观察位置的一个或更多个图像，这些图像可被成像装置150检测到。成像装置150可以包括一个或更多个照相机、一个或更多个摄像机、能够捕获包括一个或更多个定位器126的图像的任何其他装置、或它们的一些组合。另外地，成像装置150可以包括一个或更多个滤光器(例如，以提高信噪比)。成像装置150可以被配置成检测从成像装置150的视场中的定位器126发射或反射的光。在定位器126包括无源元件(例如，回射器(retroreflector))的实施方案中，成像装置150可以包括照亮一些或所有定位器126的光源，定位器126可以将光回射到成像装置150中的光源。可以将慢速校准数据从成像装置150传送到控制台110，并且成像装置150可以从控制台110接收一个或更多个校准参数，以调整一个或更多个成像参数(例如，焦距、焦点、帧速率、传感器温度、快门速度、光圈等)。

位置传感器128可以响应于近眼显示器系统120的运动而生成一个或更多个测量信号。位置传感器128的实例可以包括加速度计、陀螺仪、磁力计、其他运动检测或误差校正传感器或者它们的一些组合。例如，在一些实施方案中，位置传感器128可以包括用于测量平移运动(例如，向前/向后、向上/向下或向左/向右)的多个加速度计和用于测量旋转运动(例如，俯仰、偏航或滚动)的多个陀螺仪。在一些实施方案中，多种位置传感器可以彼此正交地定向。

IMU 132可以是基于从一个或更多个位置传感器128接收的测量信号生成快速校准数据的电子装置。位置传感器128可以位于IMU 132的外部、IMU 132的内部或它们的一些组合。基于来自一个或更多个位置传感器128的一个或更多个测量信号，IMU 132可以生成快速校准数据，该快速校准数据指示相对于近眼显示器系统120的初始位置的近眼显示器系统120的估计位置。例如，IMU 132可以对从加速度计接收的测量信号在时间上进行积分，以估计速度向量，并且对速度向量在时间上进行积分，以确定近眼显示器系统120上参考点的估计位置。可选择地，IMU 132可以向控制台110提供采样的测量信号，控制台110可以确定快速校准数据。虽然参考点通常可以被定义为空间中的点，但是在多种实施方案中，参考点也可以被定义为近眼显示器系统120内的点(例如，IMU 132的中心)。

眼睛跟踪单元130可以包括一个或更多个眼睛跟踪系统。眼睛跟踪可以是指确定眼睛相对于近眼显示器系统120的位置，包括眼睛的定向和定位。眼睛跟踪系统可以包括对一只或多只眼睛进行成像的成像系统，并且通常可以包括光发射器，该光发射器可以生成指向眼睛的光，使得由眼睛反射的光可以被成像系统捕获。例如，眼睛跟踪系统130可以包括发射可见光谱或红外光谱中的光的非相干光源或相干光源(例如，激光二极管)，以及捕获由用户的眼睛反射的光的照相机。作为另一个实例，眼睛跟踪系统130可以捕获由微型雷达单元发射的反射无线电波。眼睛跟踪系统130可以使用低功率光发射器，所述低功率光发射器以不会伤害眼睛或不会引起身体不适的频率和强度发射光。眼睛跟踪系统130可以被设置成提高由眼睛跟踪系统130捕获的眼睛图像中的对比度，同时降低由眼睛跟踪系统130消耗的总功率(例如，降低由眼睛跟踪系统130中包括的光发射器和成像系统消耗的功率)。例如，在一些实施方式中，眼睛跟踪系统130可以消耗小于100毫瓦的功率。

眼睛跟踪系统130可以被配置成估计用户眼睛的定向。眼睛的定向可以对应于用户在近眼显示器系统120内的凝视方向。用户眼睛的定向可以被定义为视网膜中央凹轴(foveal axis)的方向，视网膜中央凹轴是视网膜中央凹(fovea)(眼睛的视网膜上具有最高浓度的感光细胞的区域)与眼睛瞳孔中心之间的轴。通常，当用户的眼睛固定在一点上时，用户眼睛的视网膜中央凹轴与该点相交。眼睛的瞳孔轴可以被定义为穿过瞳孔的中心并垂直于角膜表面(corneal surface)的轴。通常，即使瞳孔轴和视网膜中央凹轴在瞳孔的中心相交，瞳孔轴也可能不直接与视网膜中央凹轴对准。例如，视网膜中央凹轴的取向可能与瞳孔轴横向偏离约-1°至8°，并且垂直偏离约±4°(其可以被称为kappa角，其可能因人而异)。因为视网膜中央凹轴是根据位于眼睛后部的视网膜中央凹来定义的，所以在一些眼睛跟踪实施方案中，视网膜中央凹轴可能难以或不可能直接测量。因此，在一些实施方案中，可以检测瞳孔轴的取向，并且可以基于检测到的瞳孔轴来估计视网膜中央凹轴。

通常，眼睛的移动不仅对应于眼睛的角度旋转，而且还对应于眼睛的平移、眼睛扭转的变化和/或眼睛形状的变化。眼睛跟踪系统130还可以被配置成检测眼睛的平移，其可以是眼睛相对于眼窝的位置的变化。在一些实施方案中，可以不直接检测眼睛的平移，而是可以基于从检测到的角度取向的映射来近似。也可以检测对应于眼睛相对于眼睛跟踪系统的位置变化的眼睛平移，该平移是由于例如用户的头部上的近眼显示器系统120的位置的移动引起的。眼睛跟踪系统130还可以检测眼睛的扭转和眼睛围绕瞳孔轴的旋转。眼睛跟踪系统130可以使用检测到的眼睛扭转来估计视网膜中央凹轴相对于瞳孔轴的取向。在一些实施方案中，眼睛跟踪系统130还可以跟踪眼睛形状的变化，该变化可以被近似为倾斜(skew)或缩放线性变换或扭曲变形(例如，由于扭转变形)。在一些实施方案中，眼睛跟踪系统130可以基于瞳孔轴的角度取向、眼睛的平移、眼睛的扭转和眼睛的当前形状的一些组合来估计视网膜中央凹轴。

在一些实施方案中，眼睛跟踪系统130可以包括多个发射器或至少一个发射器，所述发射器可以在眼睛的所有部分或一部分上投射结构化光图案。当从偏置角度观看时，结构化光图案可能由于眼睛的形状而失真。眼睛跟踪系统130还可以包括至少一个照相机，该照相机可以检测投射到眼睛上的结构化光图案的失真(如果有的话)。照相机可以被定向在与发射器不同的到眼睛的轴上。通过检测眼睛的表面上的结构化光图案的变形，眼睛跟踪系统130可以确定被结构化光图案照亮的眼睛部分的形状。因此，捕获的失真光图案可以指示眼睛的被照亮部分的3D形状。因此，眼睛的定向可以从眼睛的被照亮部分的3D形状中导出。眼睛跟踪系统130还可以基于由照相机捕获的失真的结构化光图案的图像来估计瞳孔轴、眼睛的平移、眼睛的扭转和眼睛的当前形状。

近眼显示器系统120可以使用眼睛的定向来例如，确定用户的瞳孔间距离(IPD)、确定凝视方向、引入深度线索(例如，使用户的主视线之外的图像模糊)、收集关于VR媒体中的用户交互的启发信息(heuristics)(例如，根据经历的刺激在任何特定主体、对象或帧上花费的时间)、至少部分地基于至少一只用户眼睛的定向的一些其他功能、或它们的一些组合。因为可以确定用户双眼的定向，所以眼睛跟踪系统130可以确定用户正在看哪里。例如，确定用户凝视的方向可以包括基于所确定的用户左眼和右眼的定向来确定会聚点(pointof convergence)。会聚点可以是用户眼睛的两个视网膜中央凹轴相交的点。用户凝视的方向可以是穿过会聚点和用户眼睛的瞳孔之间中点的线的方向。

输入/输出接口140可以是允许用户向控制台110发送动作请求的装置。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。输入/输出接口140可以包括一个或更多个输入装置。示例性的输入装置可以包括键盘、鼠标、游戏控制器、手套、按钮、触摸屏或用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送到控制台110的任何其他合适的装置。由输入/输出接口140接收的动作请求可以被传送到控制台110，控制台110可以执行对应于所请求的动作的动作。在一些实施方案中，输入/输出接口140可以根据从控制台110接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，当接收到动作请求时，或者当控制台110已经执行了所请求的动作并将指令传送给输入/输出接口140时，输入/输出接口140可以提供触觉反馈。在一些实施方案中，成像装置150可以用于跟踪输入/输出接口140，诸如跟踪控制器(其可以包括例如IR光源)或用户的手的位置或定位以确定用户的动作。在一些实施方案中，近眼显示器120可以包括一个或更多个成像装置(例如，成像装置150)以跟踪输入/输出接口140，诸如跟踪控制器或用户的手的位置或定位以确定用户的运动。

控制台110可以根据从成像装置150、近眼显示器系统120和输入/输出接口140中的一个或更多个接收的信息，向近眼显示器系统120提供内容以用于呈现给用户。在图1所示的实例中，控制台110可以包括应用程序商店112、头戴式装置跟踪模块114、人工现实引擎116和眼睛跟踪模块118。控制台110的一些实施方案可以包括与结合图1描述的模块不同的模块或另外的模块。下文进一步描述的功能可以以不同于此处描述的方式被分布在控制台110的部件中。

在一些实施方案中，控制台110可以包括处理器和存储可由处理器执行的指令的非暂时性计算机可读存储介质。处理器可以包括并行执行指令的多个处理单元。计算机可读存储介质可以是任何存储器，诸如硬盘驱动器、可移动存储器、或固态驱动器(例如，闪存或动态随机存取存储器(DRAM))。在多种实施方案中，结合图1描述的控制台110的模块可以被编码为非暂时性计算机可读存储介质中的指令，这些指令当由处理器执行时使得处理器执行下文进一步描述的功能。

应用程序商店112可以存储用于由控制台110执行的一个或更多个应用。应用可以包括一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以对经由用户眼睛的移动从用户接收的输入或者从输入/输出接口140接收的输入进行响应。应用的实例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

头戴式装置跟踪模块114可以使用来自成像装置150的慢速校准信息来跟踪近眼显示器系统120的移动。例如，头戴式装置跟踪模块114可以使用来自慢速校准信息的观察到的定位器和近眼显示器系统120的模型来确定近眼显示器系统120的参考点的位置。头戴式装置跟踪模块114还可以使用来自快速校准信息的位置信息来确定近眼显示器系统120的参考点的位置。另外地，在一些实施方案中，头戴式装置跟踪模块114可以使用快速校准信息、慢速校准信息中的一部分或它们的一些组合来预测近眼显示器系统120的未来位置。头戴式装置跟踪模块114可以向人工现实引擎116提供近眼显示器系统120的估计的或预测的未来位置。

头戴式装置跟踪模块114可以使用一个或更多个校准参数来校准人工现实系统环境100，并且可以调整一个或更多个校准参数以降低确定近眼显示器系统120的位置时的误差。例如，头戴式装置跟踪模块114可以调整成像装置150的焦点，以获得在近眼显示器系统120上观察到的定位器的更准确的位置。此外，由头戴式装置跟踪模块114执行的校准也可以考虑从IMU 132接收的信息。另外地，如果对近眼显示器系统120的跟踪丢失(例如，成像装置150失去至少阈值数量的定位器126的视线)，则头戴式装置跟踪模块114可以重新校准一些或所有的校准参数。

人工现实引擎116可以在人工现实系统环境100内执行应用，并且从头戴式装置跟踪模块114接收近眼显示器系统120的位置信息、近眼显示器系统120的加速度信息、近眼显示器系统120的速度信息、近眼显示器系统120的预测的未来位置或它们的一些组合。人工现实引擎116还可以从眼睛跟踪模块118接收所估计的眼睛位置和定向信息。基于所接收到的信息，人工现实引擎116可以确定要提供给近眼显示器系统120用于呈现给用户的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则人工现实引擎116可以为近眼显示器系统120生成反映用户的眼睛在虚拟环境中的移动的内容。另外地，人工现实引擎116可以响应于从输入/输出接口140接收的动作请求来执行在控制台110上执行的应用内的动作，并且向用户提供指示动作已经被执行的反馈。反馈可以是经由近眼显示器系统120的视觉反馈或听觉反馈，或者经由输入/输出接口140的触觉反馈。

眼睛跟踪模块118可以从眼睛跟踪系统130接收眼睛跟踪数据，并且基于眼睛跟踪数据确定用户眼睛的位置。眼睛的位置可以包括相对于近眼显示器系统120或其任何元件的眼睛的定向、定位或两者。因为眼睛的旋转轴根据眼睛在其眼窝中的定位而改变，所以确定眼睛在其眼窝中的定位可以允许眼睛跟踪模块118更精确地确定眼睛的定向。

在一些实施方案中，眼睛跟踪模块118可以存储在由眼睛跟踪系统130捕获的图像与眼睛位置之间的映射，以从由眼睛跟踪系统130捕获的图像确定参考眼睛位置。可选择地或另外地，眼睛跟踪模块118可以通过比较从中确定参考眼睛位置的图像和从中待确定更新的眼睛位置的图像来确定相对于参考眼睛位置的更新的眼睛位置。眼睛跟踪模块118可以使用来自不同成像装置或其他传感器的测量结果来确定眼睛位置。例如，眼睛跟踪模块118可以使用来自慢速眼睛跟踪系统的测量结果来确定参考眼睛位置，并且然后从快速眼睛跟踪系统确定相对于参考眼睛位置的更新的位置，直到基于来自慢速眼睛跟踪系统的测量结果来确定下一个参考眼睛位置。

眼睛跟踪模块118还可以确定眼睛校准参数，以提高眼睛跟踪的精度和准确度。眼睛校准参数可以包括每当用户佩戴或调整近眼显示器系统120时都可以改变的参数。示例性的眼睛校准参数可以包括眼睛跟踪系统130的部件和眼睛的一个或更多个部位之间的估计距离，所述眼睛的一个或更多个部位诸如眼睛的中心、瞳孔、角膜边界或眼睛表面上的点。其他示例性的眼睛校准参数可以特定于特定用户，并且可以包括所估计的平均眼睛半径、平均角膜半径、平均巩膜半径、眼睛表面上的特征图以及所估计的眼睛表面轮廓。在来自近眼显示器系统120外部的光可以到达眼睛的实施方案中(如在一些增强现实应用中)，校准参数可以包括由于来自近眼显示器系统120外部的光的变化而导致的强度和色彩平衡的校正因子。眼睛跟踪模块118可以使用眼睛校准参数来确定由眼睛跟踪系统130捕获的测量结果是否将允许眼睛跟踪模块118确定准确的眼睛位置(本文也被称为“有效测量结果”效。眼睛跟踪模块118可能无法从中确定准确的眼睛位置的无效测量结果可能是由用户眨眼、调整头戴式装置或移除头戴式装置引起的，和/或可能是由近眼显示器系统120由于外部光而经历大于阈值的照明变化引起的。在一些实施方案中，眼睛跟踪模块118的至少一些功能可以由眼睛跟踪系统130来执行。

图2是用于实现本文公开的一些实例的以头戴式显示器(HMD)装置200的形式的近眼显示器系统的实例的透视图。HMD装置200可以是例如虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统或其一些组合的一部分。HMD装置200可以包括主体220和头带230。图2以透视图示出了主体220的底侧223、前侧225和左侧227。头带230可以具有可调节的长度或可延伸的长度。在HMD装置200的主体220和头带230之间可以存在足够的空间，用于允许用户将HMD装置200安装到用户的头上。在多种实施方案中，HMD装置200可以包括另外的部件、更少的部件或不同的部件。例如，在一些实施方案中，HMD装置200可以包括如例如图2所示的眼镜腿(eyeglass temples)和镜腿末端(temples tips)，而不是头带230。

HMD装置200可以向用户呈现包括具有计算机生成元素的物理、现实世界环境的虚拟视图和/或增强视图的媒体。由HMD装置200呈现的媒体的实例可以包括图像(例如，二维(2D)图像或三维(3D)图像)、视频(例如，2D视频或3D视频)、音频或其一些组合。图像和视频可以通过封装在HMD装置200的主体220中的一个或更多个显示组件(在图2中未示出)呈现给用户的每只眼睛。在多种实施方案中，一个或更多个显示组件可以包括单个电子显示面板或多个电子显示面板(例如，对于用户的每只眼睛一个显示面板)。电子显示面板的实例可以包括，例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、无机发光二极管(ILED)显示器、微型发光二极管(μLED)显示器、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器、透明有机发光二极管(TOLED)显示器、某种其他显示器或它们的一些组合。HMD装置200可以包括两个视窗(eye box)区域。

在一些实施方式中，HMD装置200可以包括多种传感器(未示出)，诸如深度传感器、运动传感器、位置传感器和眼睛跟踪传感器。这些传感器中的一些可以使用结构光图案用于感测。在一些实施方式中，HMD装置200可以包括用于与控制台通信的输入/输出接口。在一些实施方式中，HMD装置200可以包括虚拟现实引擎(未示出)，该虚拟现实引擎可以在HMD装置200内执行应用，并且从多种传感器接收HMD装置200的深度信息、位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其一些组合。在一些实施方式中，由虚拟现实引擎接收的信息可以用于向一个或更多个显示组件产生信号(例如，显示指令)。在一些实施方式中，HMD装置200可以包括定位器(未示出，诸如定位器126)，所述定位器相对于彼此和相对于参考点被定位在主体220上的固定位置中。每个定位器可以发射可由外部成像装置检测的光。

图3是用于实现本文公开的一些实例的以一副眼镜形式的近眼显示器系统300的实例的透视图。近眼显示器系统300可以是图1的近眼显示器系统120的特定实现，并且可以被配置成作为虚拟现实显示器、增强现实显示器和/或混合现实显示器来操作。近眼显示器系统300可以包括框架305和显示器310。显示器310可以被配置成向用户呈现内容。在一些实施方案中，显示器310可以包括显示电子器件和/或显示光学器件。例如，如上文关于图1的近眼显示器系统120描述的，显示器310可以包括LCD显示面板、LED显示面板或光学显示面板(例如，波导显示组件)。

近眼显示器系统300还可以包括在框架305上或在框架305内的多种传感器350a、350b、350c、350d和350e。在一些实施方案中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个深度传感器、运动传感器、位置传感器、惯性传感器或环境光传感器。在一些实施方案中，传感器350a-350e可以包括一个或更多个图像传感器，所述图像传感器被配置成生成表示不同方向上的不同视场的图像数据。在一些实施方案中，传感器350a-350e可以用作输入装置以控制或影响近眼显示器系统300的显示内容，和/或向近眼显示器系统300的用户提供交互式VR/AR/MR体验。在一些实施方案中，传感器350a-350e也可以用于立体成像。

在一些实施方案中，近眼显示器系统300还可以包括一个或更多个照明器330，以将光投射到物理环境中。投射的光可以与不同的频带(例如，可见光、红外光、紫外光等)相关联，并且可以服务于多种目的。例如，照明器330可以在黑暗环境中(或者在具有低强度的红外光、紫外光等的环境中)投射光，以帮助传感器350a-350e在黑暗环境内捕获不同对象的图像。在一些实施方案中，照明器330可以用于将特定的光图案投射到环境中的对象上。在一些实施方案中，照明器330可以用作定位器，诸如上文参考图1描述的定位器126。

在一些实施方案中，近眼显示器系统300还可以包括高分辨率照相机340。照相机340可以捕获视场中的物理环境的图像。所捕获的图像可以例如由虚拟现实引擎(例如，图1的虚拟现实引擎116)处理，以将虚拟对象添加到所捕获的图像上或者修改所捕获的图像中的物理对象，并且所处理的图像可以由用于AR应用或MR应用的显示器310显示给用户。

图4图示出了根据某些实施方案的使用波导显示器的光学透视增强现实系统400的实例。增强现实系统400可以包括投影仪410和合路器415。投影仪410可以包括光源或图像源412和投影仪光学器件414。在一些实施方案中，图像源412可以包括显示虚拟对象的多于一个像素，诸如LCD显示面板或LED显示面板。在一些实施方案中，图像源412可以包括生成相干光或部分相干光的光源。例如，图像源412可以包括激光二极管、垂直腔面发射激光器和/或发光二极管。在一些实施方案中，图像源412可以包括多于一个光源，每个光源发射对应于原色(例如，红色、绿色或蓝色)的单色图像光。在一些实施方案中，图像源412可以包括光学图案生成器，诸如空间光调制器。投影仪光学器件414可以包括一个或更多个光学部件，所述一个或更多个光学部件可以调节来自图像源412的光，诸如扩展、准直、扫描来自图像源412的光或将来自图像源412的光投影到合路器415。例如，一个或更多个光学部件可以包括一个或更多个透镜、液体透镜、反射镜、光圈和/或光栅。在一些实施方案中，投影仪光学器件414可以包括具有多于一个电极的液体透镜(例如，液晶透镜)，所述电极允许对来自图像源412的光进行扫描。

合路器415可以包括输入耦合器430，用于将来自投影仪410的光耦合到合路器415的基底420中。合路器415可以透射至少50％的第一波长范围内的光并且反射至少25％的第二波长范围内的光。例如，第一波长范围可以是从约400nm至约650nm的可见光，并且第二波长范围可以在红外波段，例如从约800nm至约1000nm。输入耦合器430可以包括体全息光栅、衍射光学元件(DOE)(例如，表面浮雕光栅)、基底420的倾斜表面或折射耦合器(例如，光楔(wedge)或棱镜)。输入耦合器430对于可见光可以具有大于30％、50％、75％、90％或更高的耦合效率。耦合到基底420中的光可以通过例如全内反射(TIR)在基底420内传播。基底420可以呈一副眼镜的镜片的形式。基底420可以具有平坦的表面或弯曲的表面，并且可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、晶体或陶瓷。基底的厚度可以在例如从小于约1mm至约10mm或更大的范围内。基底420对可见光可以是透明的。

基底420可以包括多于一个输出耦合器440或者可以被耦合到多于一个输出耦合器440，所述输出耦合器440被配置成从基底420提取由基底420引导并在基底420内传播的光的至少一部分，并且将所提取的光460引导至增强现实系统400的用户的眼睛490。像输入耦合器430一样，输出耦合器440可以包括光栅耦合器(例如，体全息光栅或表面浮雕光栅)、其他DOE、棱镜等。输出耦合器440在不同位置处可以具有不同的耦合(例如，衍射)效率。基底420还可以允许来自合路器415前面的环境的光450以很少的损失或没有损失地穿过。输出耦合器440也可以允许光450以很少的损失穿过。例如，在一些实施方式中，输出耦合器440对于光450可以具有低衍射效率，使得光450可以被折射或者以其他方式以很少的损失穿过输出耦合器440，并且因此可以具有比所提取的光460更高的强度。在一些实施方式中，输出耦合器440对光450可以具有高衍射效率，并且可以以很少的损失将光450衍射到某些期望的方向(即，衍射角)。结果，用户可以观看合路器415前面的环境和由投影仪410投影的虚拟对象的组合图像。

此外，如上文描述的，在人工现实系统中，为了改善用户与所呈现的内容的交互，人工现实系统可以跟踪用户的眼睛，并且基于用户正在观看的位置或方向来修改或生成内容。跟踪眼睛可以包括跟踪瞳孔的位置和/或形状和/或眼睛的角膜，并且确定眼睛的旋转位置或凝视方向。一种技术(被称为瞳孔中心角膜反射或PCCR方法)涉及使用NIR LED来在眼睛角膜表面上产生闪光，并且然后捕获眼睛区域的图像/视频。凝视方向可以从瞳孔中心和闪光之间的相对运动来估计。多种全息光学元件可以用于眼睛跟踪系统，用于照亮用户的眼睛或者收集由用户的眼睛反射的光。

用于眼睛跟踪或图像显示的人工现实系统中的全息光学元件的一个实例可以是全息体布拉格光栅，该全息体布拉格光栅通过将全息材料层暴露于由两个或更多个相干光束之间的干涉生成的光图案而可以被记录在全息材料层上。

图5A图示出了体布拉格光栅(VBG)500的实例。图5A所示的体布拉格光栅500可以包括具有厚度D的透射全息光栅。体布拉格光栅500的折射率n可以以振幅n₁调制，并且体布拉格光栅500的光栅周期可以是Λ。具有波长λ的入射光510可以以入射角θ入射到体布拉格光栅500上，并且可以作为入射光520折射到体布拉格光栅500中，入射光520在体布拉格光栅500中以角度θ_n传播。入射光520可以被体布拉格光栅500衍射成衍射光530，衍射光530可以在体布拉格光栅500中以衍射角θ_d传播，并且可以作为衍射光540从体布拉格光栅500折射出去。

图5B图示出了图5A所示的体布拉格光栅500的布拉格条件。矢量505表示光栅矢量

其中/>

矢量525表示入射波矢量/>

并且矢量535表示衍射波矢量/>

其中

在布拉格相位匹配条件下，/>

因此，对于给定的波长λ，可能仅存在一对完全满足布拉格条件的入射角θ(或θ_n)和衍射角θ_d。类似地，对于给定的入射角θ，可能仅存在一个完全满足布拉格条件的波长λ。因此，衍射可能仅发生在小波长范围和小入射角范围内。体布拉格光栅500的衍射效率、波长选择性和角度选择性可以是体布拉格光栅500的厚度D的函数。例如，在布拉格条件下体布拉格光栅500的半幅全宽(FWHM，full-width-half-magnitude)波长范围和FWHM角度范围可以与体布拉格光栅500的厚度D成反比，而在布拉格条件下的最大衍射效率可以是函数sin²(a×n₁×D)，其中a是系数。对于反射体布拉格光栅，在布拉格条件下的最大衍射效率可以是函数tanh²(a×n₁×D)。

在一些实施方案中，多路复用布拉格光栅可以用于实现期望的光学性能，诸如对于整个可见光谱(例如，从约400nm至约700nm或从约440nm至约650nm)的高衍射效率和大的FOV。多路复用布拉格光栅的每个部分可以用于衍射来自相应的FOV范围和/或在相应的波长范围内的光。因此，在一些设计中，可以使用多个体布拉格光栅，每个体布拉格光栅在相应的记录条件下被记录。

上文描述的全息光学元件可以被记录在全息材料(例如，光聚合物)层中。在一些实施方案中，HOE可以首先被记录，并且然后被层压在近眼显示系统中的基底上。在一些实施方案中，全息材料层可以被涂覆或层压在基底上，并且然后HOE可以被记录在全息材料层中。

通常，为了在光敏材料层中记录全息光学元件，两个相干光束可以以一定角度相互干涉，以在光敏材料层中生成独特的干涉图案，这又可以在光敏材料层中生成独特的折射率调制图案，其中折射率调制图案可以对应于干涉图案的光强图案。光敏材料层可以包括例如卤化银乳剂、重铬酸盐明胶、包含悬浮在聚合物基质中的可光聚合的单体的光聚合物、光折变晶体及类似物。用于全息记录的光敏材料层的一个实例是两级光聚合物。

图6图示出了包括两级光聚合物的全息记录材料的实例。两级光聚合物的原材料610可以是包括基质前体612和成像组分614的树脂。原材料610中的基质前体612可以包括单体，该单体可以在第一阶段被热固化或以其他方式固化，以聚合并形成包括由聚合物粘合剂622形成的交联基质的光聚合物膜620。成像组分614可以包括写入单体和聚合引发剂，诸如光敏染料、引发剂和/或链转移剂。因此，光聚合物膜620可以包括聚合物粘合剂622、写入单体(例如丙烯酸酯单体)和引发剂，诸如光敏染料、引发剂和/或链转移剂。聚合物粘合剂622可以充当写入单体和引发剂的骨架或载体基质。例如，在一些实施方案中，聚合物粘合剂622可以包括低折射率(例如<1.5)橡胶状聚合物(例如聚氨酯)，其可以在全息曝光期间提供机械支撑并确保由光图案进行的折射率调制被永久保持。

包括写入单体和聚合引发剂的成像组分614可以被分散在载体基质中。写入单体可以用作折射率调制剂(refractive index modulator)。例如，写入单体可以包括可以与引发剂反应并聚合的高折射率丙烯酸酯单体。光敏染料可以用于吸收光并与引发剂相互作用以产生活性物质，诸如自由基、阳离子(例如酸)或阴离子(例如碱)。活性物质(例如自由基)可以通过攻击单体来引发聚合。例如，在一些单体中，一个电子对可以牢固地保持在σ键中的两个碳之间，而另一个电子对可以被更松散地保持在π键中，并且自由基可以使用来自π键的一个电子以与两个碳原子中的第一个碳原子形成更稳定的键。来自π键的另一个电子可以返回到两个碳原子中的第二个碳原子，并将整个分子转变成另一个自由基。因此，单体链(例如，聚合物)可以通过向单体链的末端添加另外的单体并将自由基转移到单体链的末端以攻击和向链中添加更多的单体来形成。

在记录过程(例如，第二阶段)期间，由两个相干光束640和642之间的干涉生成的干涉图案可以导致亮条纹中的光敏染料和引发剂从引发剂生成活性物质，诸如自由基、阳离子(例如，酸)或阴离子(例如，碱)，其中活性物质(例如，自由基)可以从引发剂转移到单体，并且导致亮条纹中单体的聚合，如上文描述的。当提取聚合物基质上的氢原子时，引发剂或自由基可以与聚合物基质结合。自由基可以转移到单体链的末端，以向链中添加更多的单体。当亮条纹中的单体被附接到单体链时，未曝光的暗区域中的单体可以扩散到亮条纹以增强聚合。结果，聚合浓度和密度梯度可以在光聚合物膜620中形成，由于写入单体的较高折射率，导致光聚合物膜620中的折射率调制。例如，具有较高浓度的单体和聚合的区域可能具有较高的折射率。因此，全息图或全息光学元件630可以在光聚合物膜620中形成。

在曝光期间，在一个单体链末端的自由基可以与在另一个单体链末端的自由基组合以形成更长的链并终止聚合。除了由于自由基组合而终止之外，聚合也可以通过聚合物的歧化而终止，其中来自一个链的氢原子可以被提取到另一个链，以生成具有末端不饱和基团的聚合物和具有末端饱和基团的聚合物。聚合也可以由于与杂质或抑制剂(例如氧气)的相互作用而终止。此外，随着曝光和聚合的进行，更少的单体可用于扩散和聚合，并且因此扩散和聚合可以被抑制。聚合可以停止，直到不再有单体或者直到单体链终止曝光。在所有或基本上所有的单体已经被聚合之后，不再有新的全息光学元件630(例如，光栅)可以被记录在光聚合物膜620中。

在一些实施方案中，光敏材料层中记录的全息光学元件可以被UV固化或热固化或增强，例如用于染料漂白、完成聚合、永久固定记录的图案以及增强折射率调制。在该过程结束时，可以形成全息光学元件，诸如全息光栅。全息光栅可以是具有例如几微米、或几十微米或几百微米的厚度的体布拉格光栅。

为了生成用于记录HOE的期望的光干涉图案，通常可以使用两个或更多个相干光束，其中一个光束可以是参考光束，而另一个光束可以是可具有期望的波前轮廓的物体光束。当通过参考光束照亮记录的HOE时，可以重建具有期望的波前轮廓的物体光束。

在一些实施方案中，全息光学元件可以用于衍射可见光波段之外的光。例如，IR光或NIR光(例如，在940nm或850nm)可以用于眼睛跟踪。因此，全息光学元件可能需要衍射IR光或NIR光，而不是可见光。然而，可能存在非常少的对红外光敏感的全息记录材料。因此，为了记录可以衍射红外光的全息光栅，可以使用较短波长(例如，在可见光波段或UV波段，诸如在约660nm、约532nm、约514nm或约457nm)的记录光，并且记录条件(例如，两个干涉相干光束的角度)可以不同于重建条件。

图7A图示出了用于记录体布拉格光栅700的记录光束和从体布拉格光栅700重建的光束。在图示的实例中，体布拉格光栅700可以包括使用第一波长(诸如660nm)的参考光束720和物体光束710记录的透射体全息图。当第二波长(例如，940nm)的光束730以0°入射角被入射到体布拉格光栅700上时，入射光束730可以以如衍射光束740所示的衍射角被体布拉格光栅700衍射。

图7B是图示出记录光束和重建光束的波矢量以及记录的体布拉格光栅的光栅矢量的全息动量图705的实例。图7B示出了在全息光栅记录和重建期间的布拉格匹配条件。记录光束(例如，物体光束710和参考光束720)的波矢量750和760的长度可以根据2πn/λ_c基于记录光波长λ_c(例如，660nm)来确定，其中n是全息材料层的平均折射率。记录光束的波矢量750和760的方向可以基于期望的光栅矢量K(770)来确定，使得波矢量750和760以及光栅矢量K(770)可以形成如图7B所示的等腰三角形。光栅矢量K可以具有振幅2π/Λ，其中Λ是光栅周期。光栅矢量K又可以基于期望的重建条件来确定。例如，基于期望的重建波长λ_r(例如，940nm)以及入射光束(例如，0°处的光束730)和期望的衍射光束(例如，衍射光束740)的方向，体布拉格光栅700的光栅矢量K(770)可以基于布拉格条件来确定，其中入射光束(例如，光束730)的波矢量780和衍射光束(例如，衍射光束740)的波矢量790可以具有振幅2πn/λ_r，并且可以与如图7B所示的光栅矢量K(770)形成等腰三角形。

如上文描述的，对于给定的波长，可能仅存在一对完全满足布拉格条件的入射角和衍射角。类似地，对于给定的入射角，可能仅存在一个完全满足布拉格条件的波长。当重建光束的入射角不同于满足体布拉格光栅的布拉格条件的入射角时，或者当重建光束的波长不同于满足体布拉格光栅的布拉格条件的波长时，衍射效率可以作为由与布拉格条件的角度或波长失谐引起的布拉格失配因子的函数而降低。因此，衍射可能仅发生在小波长范围和小入射角范围内。

图8图示出了用于记录全息光学元件的全息记录系统800的实例。全息记录系统800包括分束器810(例如，分束器立方体)，分束器810可以将入射准直激光束802分成两个光束812和814，这两个光束812和814是相干的并且具有相似的强度。光束812可以被第一反射镜820朝向板830反射，如反射的光束822所示。在另一路径上，光束814可以被第二反射镜840反射。反射的光束842可以被朝向板830引导，并且可以在板830处与光束822干涉以生成可以包括亮条纹和暗条纹的干涉图案。在一些实施方案中，板830也可以是反射镜。全息记录材料层850可以形成在板830上或形成在安装在板830上的基底上。如上文描述的，干涉图案可以导致全息光学元件被记录在全息记录材料层850中。

在一些实施方案中，掩模860可以用于在全息记录材料层850的不同区域记录不同的HOE。例如，掩模860可以包括用于全息记录的光圈862，并且可以移动以将光圈862放置在全息记录材料层850上的不同区域，从而在不同的记录条件(例如，具有不同角度的记录光束)下在不同区域记录不同的HOE。

基于全息记录材料的一些参数，可以为特定应用选择全息记录材料，所述参数诸如全息记录材料的空间频率响应、动态范围、光敏性、物理尺寸、机械性质、波长灵敏度以及显影或漂白方法。

动态范围指示在全息记录材料中可以实现的折射率变化。动态范围可以影响例如实现高效率的装置的厚度和可以在全息材料层中多路复用的全息图的数量。动态范围可以用折射率调制(RIM)来表示，它可以是折射率的总变化的一半。通常，全息光学元件中大的折射率调制是期望的，以便提高衍射效率并在同一全息材料层中记录多个全息光学元件。然而，对于全息光聚合物材料，由于全息光聚合物材料中单体的溶解度限制，最大可实现的折射率调制或动态范围可能受到限制。

空间频率响应是全息材料可以记录的特征尺寸的量度，并且可以指示可以实现的布拉格条件的类型。空间频率响应可以通过调制传递函数来表征，所述调制传递函数可以是描绘变化频率的正弦波的曲线。通常，单个空间频率值可以用于表示频率响应，其可以指示折射率调制开始下降或折射率调制降低3dB的空间频率值。空间频率响应也可以用线/mm、线对/mm或正弦曲线的周期来表示。

全息记录材料的光敏性可以指示用于实现一定效率的光剂量，诸如100％(或对于光折射晶体1％)。在特定全息材料中可以实现的物理尺寸可以影响光圈尺寸以及HOE装置的光谱选择性。全息记录材料的物理参数可以包括例如损伤阈值和环境稳定性。波长灵敏度可以用于选择用于记录设置的光源，并且还可以影响最小可实现周期。一些材料可能对宽波长范围内的光敏感。许多全息材料可能需要曝光后显影或漂白。显影考虑因素可以包括全息材料在记录之后被如何显影或以其他方式处理。

为了记录用于人工现实系统的全息光学元件，可能期望光聚合物材料对可见光敏感，可以产生大的折射率调制Δn(例如，高动态范围)，并且具有单体和/或聚合物的时间和空间可控的反应和/或扩散，使得可以抑制链转移和终止反应。

图9A-图9D图示出了光聚合物材料的实例中自由基聚合的实例。自由基聚合可以用于聚合多种单体，包括烯烃(例如乙烯和丙烯)和乙烯基单体(例如偏二氯乙烯、苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯)，并且与例如阴离子聚合相比，自由基聚合对反应物杂质不太敏感。自由基聚合通常包括单体链的引发、传播和终止。在自由基聚合中，在聚合工艺期间，单体链可以被连续引发、传播和终止。

图9A图示出了聚合之前的光聚合物材料。图9A所示的光聚合物材料可以包括聚合物基质910(例如聚氨酯)、未反应的写入单体920(例如丙烯酸酯单体)和引发剂930。在一些实施方案中，光聚合物材料还可以包括一些光敏染料和/或链转移剂(未示出)，如上文描述的。未反应的写入单体920和引发剂930可以被分散在聚合物基质910中。

图9B图示出了单体链的引发，其中生成自由基940。用于聚合的自由基可以通过例如光解、热分解、电离辐射、电解及类似过程生成。在图9B所示的实例中，自由基940可以在暴露于全息记录光时立即由引发剂生成，全息记录光可以裂解引发剂中的键以产生自由基。

图9C图示出了单体链的传播，其中自由基940可以引发聚合并传播到链末端以添加更多单体。自由基940可以通过攻击单体920来引发聚合，如上文描述的。例如，在一些单体中，电子对可以被松散地保持在两个碳原子之间的π键中，并且自由基940可以使用来自π键的一个电子以与两个碳原子中的第一个碳原子形成更稳定的键。来自π键的另一个电子可以返回到第二个碳原子，并将整个分子转变成另一个自由基。因此，可以通过向单体链950的末端添加另外的单体920并将自由基940转移到单体链950的末端以向链中添加更多的单体920来开始形成单体链950。如上文关于图6描述的，引发剂930或自由基940可以通过抽氢反应和链转移反应与聚合物基质910反应并被附接到聚合物基质910，使得附接到引发剂的单体链950可以通过引发剂被附接到聚合物基质910。

图9D图示出了单体链的终止，其中在单体链950的末端处的自由基940可以例如与在另一个单体链950的末端处的自由基940组合以形成更长的单体链960，或者与抑制物质970(例如，O₂)组合。在一些实施方案中，聚合也可以通过聚合物的歧化而终止，其中来自一个链末端的氢原子可以被提取到另一个链末端，以生成具有末端不饱和基团的聚合物和具有末端饱和基团的聚合物。

全息光聚合物的性能可以取决于聚合期间物质如何扩散和反应。在自由基聚合中，聚合和扩散通常以相对不受控的方式同时发生，这可能导致一些不期望的结果。

图10A-图10C图示出了在不受控的光聚合物材料层1000中记录全息光学元件的实例。图10A图示出了未曝光的光聚合物材料层1000，其可以包括悬浮在树脂中的单体1010，该树脂可以包括载体聚合物基质1005(例如，由聚合物粘合剂622形成的交联基质)。单体1010可以基本上均匀地分布在光聚合物材料层1000中。

图10B图示出了在全息记录期间单体扩散和聚合的实例。当光聚合物材料层1000暴露于光图案1020时，单体1010可以扩散到光聚合物材料层1000中的亮条纹，并且如上文描述的在亮条纹中聚合以形成聚合物1030和1040。一些聚合物，诸如聚合物1030，可以与聚合物基质1005结合。一些聚合物，诸如聚合物1040，可以不与聚合物基质1005结合。

图10C图示出了在全息记录之后聚合物扩散的实例。在曝光期间在亮条纹中形成并且不与聚合物基质1005结合的一些聚合物1040可以在光聚合物材料层1000中自由扩散，如上文描述的。一些聚合物1040可以从曝光的区域(例如，亮条纹)扩散到未曝光的区域中，这可以使不同折射率的所得到的条纹模糊。在一些情况下，当曝光的区域上的自由基的浓度高时，一些未封端的自由基或未附接到聚合物基质1005的自由基也可以扩散到未曝光的区域中，并且导致在未曝光的区域中聚合。因此，未结合的聚合物或自由基扩散到未曝光的区域中可以降低记录的全息光学元件的折射率调制Δn、衍射效率和最小间距。因此，可能期望的是将聚合物1040附接到曝光的区域中的聚合物基质1005，并在曝光之后停止扩散和聚合，以减少或防止聚合物1040或自由基扩散到未曝光的区域。

此外，在曝光期间，由立即引发和聚合引起的折射率调制Δn可以在光聚合物材料层中形成中间全息光学元件。中间全息光学元件可以改变光聚合物材料层中的曝光图案，诸如散射或衍射曝光图案中的光，这可能导致形成有噪声的光栅，并且在使用这样的全息光学元件的光学系统(诸如波导显示器或眼睛跟踪系统)中造成雾度和清晰度的损失。

此外，当自由基聚合不受控制(例如，聚合在曝光之后继续进行)并且使用一系列具有恒定剂量的曝光或曝光来产生多路复用全息图时，第一次曝光可以消耗大部分单体，导致每次后续曝光的折射率调制和衍射效率指数下降。因此，可能需要复杂的剂量时间表程序来平衡多路复用全息图中全息图的衍射效率。

至少出于这些原因，可能需要受控自由基聚合(CRP)光聚合物全息材料，以便实现期望的折射率调制、频率响应、衍射效率等。CRP的实例可以包括原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合和氮氧化物介导的聚合(NMP)。在受控自由基聚合中，通过在整个聚合中保持非常低的自由基浓度，可以抑制不可逆的自由基终止和转移反应。可以在低浓度的活性传播链和主要量的可逆休眠链之间建立动态平衡，所述可逆休眠链可以被重新活化用于链延伸。

原子转移自由基聚合(ATRP)是基于内部球电子转移过程，并且通常使用有机卤化物(例如烷基卤化物)作为引发剂和过渡金属络合物作为催化剂。ATRP涉及最初形成的烷基卤加合物与不饱和化合物(例如单体)的重新活化以生成间歇形成的自由基，以及间歇形成的自由基与另外的单体的进一步反应。多种过渡金属络合物，诸如Cu、Fe、Ru、Ni和Os的络合物，可以用作用于ATRP的催化剂。在聚合期间，可以从有机卤化物中提取卤素，并且可以将由例如光产生的自由基添加到烯烃的双键中。自由基生成和卤素转移可以由金属络合物催化，这可以使卤素转移更有效。

图11A图示出了原子转移自由基聚合(ATRP)工艺1100的实例。在ATRP工艺1100中，引发剂R-X(1102)，诸如烷基卤化物或休眠的卤素封端的聚合物链，可以被活化以提取卤素(X)并形成自由基1104，自由基1104可以如上文描述的攻击单体1106以形成更长的聚合物链1108，聚合物链1108包括转移到聚合物链1108的末端的自由基。聚合物链1108可以通过与卤素结合而失活，以形成另一个卤素封端的聚合物链1110，其是休眠的聚合物链。卤素封端的聚合物链1110可以被再次重新活化以提取卤素并形成自由基1112，该自由基1112可以类似于自由基1108并且可以攻击另一单体1106以形成甚至更长的聚合物链1114，该聚合物链1114包括转移到聚合物链1114的末端的自由基。聚合物链1114可以重复地失活和重新活化以形成更长的聚合物1116。聚合中聚合物链的数量可以由引发剂或自由基的数量决定。每条链可以具有相同的概率与单体一起传播，以形成活的或休眠的聚合物链。结果，可以生成具有相似分子量并因此具有窄的分子量分布的聚合物。

因此，在ATRP工艺中，休眠物质可以被过渡金属络合物活化，以经由电子转移过程生成自由基。过渡金属可以被氧化到较高的氧化态。活性自由基可以通过与卤素结合而失活。这种可逆过程可以通过过渡金属络合物在烷基卤化物R-X(或卤素封端的聚合物链P_n-X)和对应的自由基R˙(或P_n˙)之间建立平衡。在聚合结束时，链末端可以通过卤素封端可逆地终止(例如，活的但休眠的)，并且休眠链可以被重新活化并用作用于进一步聚合的大分子引发剂。可能期望的是平衡向休眠物质转移，以便保持自由基浓度低，从而抑制自由基终止反应并能够控制聚合物结构。聚合开始时的终止可能导致失活剂(即X-Mtⁿ⁺¹-Y/配体)浓度的上升。因此，平衡可以向休眠物质转移，并且自由基浓度可以降低，并且因此聚合可以自我调节以生成具有相似长度或低分散度(或高均匀度)的聚合物。

图11B图示出了原子转移自由基聚合(ATRP)的方案1120的实例。ATRP涉及在引发剂R-X(例如烷基卤化物)或休眠的传播链末端R-P_n-X(或简称P_n-X)和作为催化剂的处于较低氧化态的过渡金属络合物Mt^m/L之间的可逆卤素转移，其中R或P_n是聚合物链，X是卤素(例如Br或Cl)，Mt是过渡金属(例如，铜、铁、钴、钌或镍)，并且L是络合配体。引发剂P_n-X、络合配体L和自由基R˙(或P_n˙)的实例在图11B中示出。ATRP工艺可能导致传播自由基R˙(或P_n˙)和具有配位的卤化物配体(例如，X-Mt^m+1/L)的处于较高氧化态的金属络合物的形成。活性自由基可以以活化速率k_活化生成，以速率k_p传播以添加更多单体M，并以速率k_失活可逆地失活。单体M的实例也在图11B中示出。由于ATRP是基于自由基的工艺，因此活性物质也可以以速率k_t终止形成聚合物P_n-P_n。随着反应进行，自由基终止可能由于例如持续性自由基效应、增加的链长以及转化率和粘度而减少。因此，平衡可以强烈地向休眠物质转移，即k_活化<<k_失活，并且自由基可以具有较短的寿命来扩散或向聚合物链添加更多单体。平衡可能受到例如温度、压力、介质或溶剂、引发剂(例如烷基卤化物)和催化剂(例如过渡金属络合物)的影响。

图11C图示出了原子转移自由基聚合(ATRP)的方案1130的实例。方案1130可以是方案1120的具体实例。若干种不同的过渡金属，诸如铜、铁、钴、钌和镍(通常以与氯、溴或碘的盐的形式)，可以与多种络合配体(诸如基于氮和膦的结构)一起在ATRP使用，如上文描述的。一种最常用的过渡金属是铜，因为它成本低且通用。配体可以溶解金属离子，这也可以影响过渡金属离子的还原电位。烷基溴化物、氯化物和碘化物可以用作引发剂。配体的一些实例可以包括bipy、PMDETA、HMTETA、Me₆-TERN、pPPh3、N-(烷基)-2-吡啶基-甲基苯胺及类似物。烷基卤化物的一些实例可以包括EBiB、MBrP、PEBr及类似物。

ATRP反应可能非常稳健，因为它们耐受许多存在于单体或引发剂中的官能团，诸如烯丙基、氨基、环氧基、羟基和乙烯基基团。由于易于制备和便宜的催化剂(例如铜络合物)、基于吡啶的配体和引发剂(例如烷基卤化物)，ATRP也可以是有利的。

在一些实施方案中，对ATRP反应的控制可以通过添加少量的失活剂来改善，失活剂可以有助于平衡向休眠物质转移。例如，可以添加相对于活化剂浓度为10％的失活剂，这可以对应于由于如上文描述的不可逆终止而在聚合期间形成的失活剂的量。

可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合是另一种为自由基聚合提供活性特征的可逆失活自由基聚合技术。一些RAFT材料可以包括呈硫代羰基硫化合物(例如，诸如二硫酯、硫代氨基甲酸酯和黄原酸酯)或类似化合物的形式的链转移剂，以在自由基聚合期间介导聚合并控制生成的分子量和多分散性。RAFT聚合的优点可以包括控制大多数通过自由基聚合可聚合的单体的聚合的能力，所述单体诸如(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、丙烯腈、苯乙烯、二烯和乙烯基单体；单体和溶剂(例如OH、NR₂、COOH、CONR₂或SO₃H)中未受保护的官能团的耐受性，其中聚合可以在含水介质或质子介质中进行；与反应条件(例如，本体、有机溶液或水溶液、乳液、微乳液或悬浮液)的相容性；以及相对于竞争技术易于实现并且便宜。

图12图示出了可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合工艺1200的实例。RAFT聚合工艺1200可以包括，例如，在框1210引发，在框1220传播或链增长，在框1230预平衡，在框1240再引发，在框1250主平衡，以及在框1260终止。

RAFT聚合工艺1200可以在框1210开始，其中可以包括分解自由基引发剂的自由基源，诸如AIBN，可以分解以形成两个片段(I^·)。片段(I^·)可以与单个单体分子反应，以产生长度为1的传播(即增长)聚合物自由基P₁ ^·。

在框1220，呈其活性(自由基)形式的长度为n的传播自由基P_n ^·可以被添加到单体M中，以形成更长的传播自由基P_n+1 ^·。

在框1230，具有n个单体的传播自由基P_n ^·可以与RAFT剂(例如，链转移剂硫代氨基甲酸酯(S＝C(Z)S-P_n))反应，以形成在两个末端具有P_n和R的中间RAFT加合物自由基：

中间RAFT加合物自由基可以在任一方向上经历断裂反应，以产生起始物质(例如，传播自由基P_n ^·和RAFT剂)、或自由基R^·和聚合物RAFT剂(S＝C(Z)S-P_n)。该过程可以是可逆的，其中中间RAFT加合物自由基可以失去自由基R^·或传播自由基P_n ^·。

在框1240，自由基R^·可以与另一种单体物质反应，以开始另一个活性聚合物链。

在框1250，通过快速交换的过程，聚合物链增长的自由基和机会可以在尚未经历终止的物质之间共享，所述物质诸如聚合物自由基P_n ^·和聚合物RAFT剂(S＝C(Z)S-P_n)。快速平衡可以在休眠物质与活性传播的自由基P_n ^·和P_m ^·之间形成。自由基可以由聚合物链相等地共享，导致聚合物链具有相等的增长机会和窄的分散度。

在框1260，呈活性形式的聚合物链可以经由双自由基终止进行反应以形成链，该链可以不被重新活化以进一步反应。可能期望的是充分阻碍RAFT加合物自由基，使得其不经历终止反应。对于RAFT聚合，由于所得到的聚合物链中硫代羰基硫端基的存在，终止反应可以被最小化。

氮氧化物介导的聚合(NMP)通常使用烷氧基胺引发剂

以生成具有良好控制的立体化学和非常低的多分散性指数(即分散度)的聚合物。NMP通常使用氮氧化物，诸如2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基(TEMPO)，以使增长的聚合物自由基可逆地失活或捕获增长的聚合物自由基，以形成休眠的烷氧基胺。在升高的温度，例如约100℃-125℃，TEMPO和聚苯乙烯自由基的自由基失活平衡系数K_平衡＝k_活化/k_失活可以极大地有利于休眠的烷氧基胺的形成。结果，聚合物自由基在NMP中可能主要是休眠的，这可能降低双分子终止的可能性。因为单体可以仅在连续的活化和失活反应之间被添加到增长的聚合物自由基中，所以聚合的速率可能比常规自由基聚合更慢。NMP对杂质相对不敏感，并且可以在不需要纯化溶剂或试剂的情况下进行。此外，NMP可以在许多非均相系统中进行，所述非均相系统诸如悬浮液、分散体、乳液和微乳液。

图13图示出了NMP的方案1300的实例。用于NMP的引发剂可以是烷氧基胺1310。烷氧基胺1310可以被视为通过N-O单键与仲胺结合的醇。在某些条件下，可以发生C-O键的均裂以生成稳定的氮氧化物自由基1320和碳自由基1330，氮氧化物自由基1320呈2中心的3电子N-O体系的形式，碳自由基1330可以作为用于自由基聚合的引发剂。附接到氮的R基团可以是大体积的空间位阻基团，并且在O-位的R基团可以形成稳定的自由基，该稳定的自由基可以是苄基的以使聚合成功发生。氮氧化物自由基可以是持续性自由基，并且碳自由基可以是暂时性自由基。这可能导致氮氧化物自由基重复耦合到增长的聚合物链的末端。由于氮氧化物自由基与增长的链末端的高耦合速率，可能存在很少的两个活性增长链的耦合，这可能是不可逆的终止。因此，由于特别稳定的氮氧化物自由基，随着反应进行，氮氧化物自由基可以具有越来越大的浓度。碳自由基是暂时性的，在终止步骤中与自身或与持续性自由基快速反应，以形成期望的产物。随着时间推移，可能存在更高浓度的持续性自由基，使得由于持续性自由基的更大可用性，仍然存在的任何暂时性自由基可以与持续性自由基耦合。因此，氮氧化物自由基可以保护增长链免受终止过程的影响。在任何给定的时间，几乎所有增长链都可以被各自介导的氮氧化物自由基封端，并且可以以相似的速率解离和增长，产生很大程度上均匀的链长和结构。NMP可以允许控制链长和结构，并且只要存在可用的单体，就可以允许聚合继续进行。

如上文描述的，为了制造具有期望的折射率调制、频率响应、衍射效率等的全息光学元件，期望的是使用对可见光敏感、具有高动态范围、并且具有在空间和时间上可控的反应和/或扩散的光聚合物材料，使得可以抑制链转移和终止反应。为了在HOE记录期间在空间和时间上控制单体和/或聚合物的反应和/或扩散，期望的是使用受控自由基聚合(CRP)材料。上文描述的CRP材料可以通过温度、压力、介质或溶剂、引发剂(例如烷基卤化物)和催化剂(过渡金属络合物)来控制或活化。例如，使用热分解引发系统，诸如热引发剂，ATRP通常可以在约65℃-90℃进行，RAFT可以在约90℃-110℃进行，并且NMP可以在约100℃-125℃进行。在升高的温度聚合之后，通常可以使用脱气程序。这些CRP材料可以不通过光(特别是可见光)来控制或活化。此外，可能期望的是在室温记录HOE，而不是在升高的温度记录，其中可能需要后续脱气程序。

根据某些实施方案，光活化的受控自由基聚合(CRP)材料可以用于记录高性能HOE，其具有例如高动态范围、小特征尺寸、高衍射效率和大量多路复用全息图。光活化的CRP材料中的聚合可以通过光来开启或关闭。此外，自由基的浓度在聚合期间可以是低的，并且一旦曝光停止，自由基可以失活。因此，光活化的CRP材料可以在空间和时间上被控制以在曝光期间经历聚合，并且可以在曝光之后立即停止聚合。因此，曝光之后的单体的聚合和模糊效应可以被最小化。光活化的CRP材料的实例可以包括具有铜或其他过渡金属光催化剂的ATRP材料、具有有机光催化剂的无金属的ATRP材料、光致电子转移RAFT(PET-RAFT)、具有金属催化剂或无金属的催化剂的RAFT材料及类似物。光催化剂可以包括光氧化还原催化剂，该光氧化还原催化剂可以包括光敏化合物，当该光敏化合物被光激发时，可以在化学还原和氧化过程中介导化合物之间的电子转移。

图14图示出了根据某些实施方案的用于记录全息光学元件的光活化的无金属ATRP工艺的方案1400的实例。不是使用如图11A-图11C所示的过渡金属络合物和配体作为催化剂，可以使用小分子有机光氧化还原催化剂，诸如图14所示的10-苯基吩噻嗪(PTH)，根据以下用于单体(例如甲基丙烯酸酯)的受控聚合：

通过PTH的光催化可以允许用光进行可逆活化，其中只有在照射时才可能发生聚合，并且在没有光的情况下可能被完全抑制。因此，通过PTH的光催化能够以高的链端基保真度精确控制聚(甲基丙烯酸酯)的分子量和分子量分布，从而能够合成明确的嵌段共聚物和无规共聚物。例如，由光活化的聚合生成的聚合物的分散度(或多分散性指数)可以小于2或小于1.5，或接近1.0。

如图14图示的，在室温用记录光(例如，UV光或可见光)激发PTH可以使烷基卤化物引发剂活化，并且可以生成用于随后的单体传播的碳中心的传播自由基P_n ^·，以及包括自由基阳离子形式的光催化剂PTH^+T和溴阴离子Br^-的失活的催化剂络合物。失活的催化剂络合物随后可以通过形成休眠的溴封端的物质(P_n-Br)并还原回初始状态PTH来使增长的聚合物链失活，导致受控的链传播。在光激发停止之后，失活的催化剂络合物可以使增长的聚合物链失活，以产生如上文描述的ATRP工艺中的封端的休眠状态。因此，在光活化的无金属ATRP中，聚合可以在室温发生，而不进行后续的脱气程序。与使用金属催化剂的ATRP相反，没有金属和相关配体可以简化总体聚合设置。

无金属的有机光催化剂可以包括例如吩噻嗪、芳族烃、吩嗪、吩噁嗪、咔唑和噻吩并噻吩的多种衍生物。这些催化剂家族可以实现电子转移事件的激发，否则这些电子转移事件不会通过热处理发生。无金属的有机光催化剂的一些实例可以包括苝、具有萘基的吩噻嗪(Napt-PTH)、苯并[b]-吩噻嗪(benzoPTZ)、1,2,3,5-四(咔唑-9-基)-4,6-二氰基苯(4CzIPN)、4-[2-(4-二苯基氨基苯基)噻吩并[3,2-b]噻吩-3-基]苯腈(TT-TPA)、3,7-二(2-萘基)-2-萘-10-吩噁嗪(Dinapht-PhenO)及类似物。

图15图示出了实验结果的实例，示出了根据某些实施方案，在光活化的无金属ATRP工艺中，聚合反应可以通过光来控制。如实例所示，当曝光开启时，单体转化速率可以相对于曝光时间单调地增加，而当曝光关闭时，单体转化速率可以保持恒定。例如，图15示出了在移除曝光之后的一小时内没有观察到反应。再暴露于曝光可能导致进一步的反应。光开/关循环被重复若干次，直到达到高的转化率(例如，约90％)，指示聚合过程的有效活化和失活。此外，即使在多个光开/关循环的情况下，也可以获得转化速率与曝光时间的线性增加。

在光致RAFT工艺中，聚合可以在室温发生，而无需脱气程序。此外，聚合过程可以通过打开和关闭曝光来控制。光控RAFT聚合可以包括由光直接活化的RAFT剂的均裂，以生成自由基R^·(而不是由添加的引发剂生成自由基)；或者由光引发剂或光氧化还原催化剂通过光致电子转移-可逆加成-断裂链转移(PET-RAFT)引发的自由基的生成。

图16图示出了根据某些实施方案的用于记录全息光学元件的光致电子转移RAFT(PET-RAFT)工艺的方案1600的实例。在PET-RAFT中，过渡金属光催化剂，诸如fac-Ir(ppy)₃或Ru(bpy)₃Cl₂，可以用于经由RAFT的直接活化通过光致电子转移过程或能量转移过程聚合宽范围的共轭单体(例如(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺和苯乙烯)、非共轭单体(例如乙烯基酯、N-乙烯基吡咯烷酮、异戊二烯和二甲基乙烯基膦酸酯)、茂金属单体(例如，阳离子二茂钴和中性二茂铁)及类似物。例如，如方案1600所示，在光照射下(例如，在约460nm的蓝光)，光催化剂fac-Ir(ppy)₃可以进入其激发态，在激发态它被用于还原RAFT剂(例如，硫代羰基硫化合物)。因为Ir^(IV)/Ir^(III)*的还原电位远低于大多数三硫代碳酸酯、二硫代苯甲酸酯和黄原酸酯的还原电位，所以Ir^(III)*能够通过PET过程还原这些RAFT剂。RAFT剂的减少可能导致自由基(Pn^·)和Ir^(IV)物质的产生，其中生成的自由基可以与单体反应或可以被Ir^(IV)失活以再生Ir^(III)。因此，光的存在可以使自由基传播活化，而光的缺乏可以抑制聚合，导致整个聚合过程的时间控制。

图17图示出了根据某些实施方案的使用光活化的CRP材料记录全息光学元件的实例。如图示的，光活化的CRP材料层1720可以在基底1710上形成，其中光活化的CRP材料层1720可以包括上文描述的光活化的CRP材料中的任何一种，诸如具有铜或其他过渡金属光催化剂的ATRP材料、具有光催化剂的无金属的ATRP材料、光致电子转移RAFT(PET-RAFT)、具有金属催化剂或无金属的催化剂的RAFT材料及类似物。在图17所示的实例中，光活化的CRP材料层1720可以包括小分子有机光氧化还原催化剂，诸如图14所示的10-苯基吩噻嗪(PTH)。

当光活化的CRP材料层1720暴露于由两个相干记录光束1740和1750生成的干涉光图案时，亮条纹1730中的光可以导致光催化剂活化烷基卤化物引发剂，并且生成用于后续单体传播的碳中心的传播自由基P_n ^·，以及包括自由基阳离子形式的光催化剂PTH^+T和溴阴离子Br^-的失活的催化剂络合物。失活的催化剂络合物随后可以通过形成休眠的溴封端的物质(P_n-Br)并还原回初始状态PTH来使增长的聚合物链失活。在光激发停止之后，失活的催化剂络合物可以使增长的聚合物链失活，以产生如上文描述的ATRP工艺中的封端的休眠状态。

因此，自由基浓度在聚合期间可以保持低的，并且链转移可以被抑制。此外，自由基可以具有较短的向聚合物链中添加单体的寿命，并且可以大部分被附接到聚合物基质且不太可能扩散到暗条纹中。在曝光停止之后，可能不发生聚合，这与传统材料相反，在传统材料中在曝光之后聚合继续进行。因此，通过受控聚合可以避免复杂的剂量时间表程序。因为在曝光之后由聚合和扩散引起的模糊效应可以被减少或最小化，所以可以尽可能有效地使用最大可实现的折射率调制Δn，导致比基于不受控的聚合的材料更高的整体动态范围。此外，最小特征尺寸或间距也可以被减小。

图18是图示出根据某些实施方案的制造全息光学元件的方法的实例的简化流程图1800。流程图1800中描述的操作仅仅是为了说明的目的，而不意图是限制性的。在多种实施方式中，可以对流程图1800进行修改以增加附加操作，省略一些操作，合并一些操作，分开一些操作或使一些操作重新排序。

在框1810，可以获得全息记录材料。全息记录材料可以包括基质单体和写入单体的混合物。基质单体可以被配置成聚合(例如，经由热处理)以形成聚合物基质。写入单体可以被分散在基质单体中，并且可以被配置成当全息记录材料暴露于记录光时聚合。基质单体和写入单体可以具有不同的折射率。例如，写入单体可以具有比基质单体更高的折射率。全息记录材料还可以包括一些引发剂，诸如光敏染料、引发剂、催化剂(例如光催化剂)、链转移剂、RAFT剂或类似物，如上文描述的。

在框1820，全息记录材料的层可以被沉积在基底上。例如，全息记录材料可以通过旋涂被沉积在基底上。衬底可以包括一种或更多种类型的介电材料，诸如玻璃、石英、塑料、聚合物、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、晶体或陶瓷。例如，基底可以包括塑料膜。在一些实施方案中，全息记录材料的层可以被两个基底夹在中间。例如，全息记录材料的层可以被聚酯膜或称为聚酯薄膜(mylar)的塑料片的柔性层覆盖。

在框1830，全息记录材料的层可以被固化，例如，被热固化或被光固化，以聚合基质单体并形成聚合物基质。写入单体可以在固化条件下不聚合，并且可以被分散在形成的聚合物基质中。引发剂也可以被分散在形成的聚合物基质中。聚合物基质可以用作全息记录材料的层的载体基质或骨架。

任选地，在框1840，全息记录材料的层可以被层压在第二基底上。例如，将全息记录材料的层夹在中间的两个基底中的一个，诸如聚酯膜或塑料片的柔性层，可以被剥离，并且然后一个基底上的全息记录材料的层可以被层压在另一个基底上，诸如光学部件(例如石英、玻璃或晶体板或透镜)上。

在框1850，全息记录材料的层可以暴露于记录光图案，以使诸如记录光图案的亮条纹的选定区域中的写入单体聚合，如上文关于例如图7A-图8描述的。记录光图案可以对应于光栅、透镜、漫射器及类似物。记录光图案可以引起写入单体的聚合和扩散，以形成对应于如上文描述的记录光图案的全息光学元件。

本发明的实施方案可以用于制造人工现实系统的部件，或者可以结合人工现实系统来实现。人工现实是在呈现给用户之前已经以某种方式被调整的现实的形式，其可以包括例如虚拟现实(VR)、增强现实(VR)、混合现实(MR)、混杂现实或它们的某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或它们的某种组合，并且其中的任何一种都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(诸如，对观看者产生三维效果的立体视频)。另外地，在一些实施方案中，人工现实还可以与用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)的应用、产品、附件、服务或它们的某种组合相关联。可以在多种平台上实现提供人工现实内容的人工现实系统，所述多种平台包括连接至主计算机系统的头戴式显示器(HMD)、独立的HMD、移动装置或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

图19是用于实现本文公开的一些实例的近眼显示器系统(例如，HMD装置)的电子系统1900的实例的简化框图。电子系统1900可以用作上文描述的HMD装置或其他近眼显示器的电子系统。在该实例中，电子系统1900可以包括一个或更多个处理器1910和存储器1920。处理器1910可以被配置成执行用于在多个部件处执行操作的指令，并且可以是例如通用处理器或适合于在便携式电子装置内实现的微处理器。处理器1910可以与在电子系统1900内的多于一个部件通信地耦合。为了实现这种通信耦合，处理器1910可以跨过总线1940与其他图示的部件通信。总线1940可以是适于在电子系统1900内传输数据的任何子系统。总线1940可以包括多于一条计算机总线和另外的电路以传输数据。

存储器1920可以被耦合到处理器1910。在一些实施方案中，存储器1920可以提供短期存储和长期存储两者，并且可以被分成若干个单元。存储器1920可以是易失性的(诸如，静态随机存取存储器(SRAM)和/或动态随机存取存储器(DRAM))和/或非易失性的(诸如，只读存储器(ROM)、闪存及类似物)。此外，存储器1920可以包括可移动存储装置，诸如安全数字(SD)卡。存储器1920可以为电子系统1900提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施方案中，存储器1920可以被分布到不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以被存储在存储器1920上。指令可以采取可以由电子系统1900可执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，所述源代码和/或可安装代码当在电子系统1900上(例如，使用多种通常可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等中的任何一种)编译和/或安装时，可以采取可执行代码的形式。

在一些实施方案中，存储器1920可以存储多于一个应用模块1922至1924，应用模块1922至1924可以包括任何数量的应用。应用的实例可以包括游戏应用、会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。这些应用可以包括深度感测功能或眼睛跟踪功能。应用模块1922-1924可以包括待由处理器1910执行的特定指令。在一些实施方案中，应用模块1922-1924中的某些应用或部分可以由其他硬件模块1980执行。在某些实施方案中，存储器1920可以另外包括安全存储器，该安全存储器可以包括另外的安全控件，以防止对安全信息的复制或其他未授权的访问。

在一些实施方案中，存储器1920可以包括被加载在其中的操作系统1925。操作系统1925可以是可操作的，以启动由应用模块1922-1924提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1980以及与无线通信子系统1930的接口，无线通信子系统1930可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1925可以适于跨过电子系统1900的部件执行其他操作，包括线程管理(threading management)、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。

无线通信子系统1930可以包括例如红外通信装置、无线通信装置和/或芯片组(诸如，

装置、IEEE 802.11装置、Wi-Fi装置、WiMax装置、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统1900可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1930的一部分或者作为耦合到系统的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1934。根据期望的功能，无线通信子系统1930可以包括单独的收发器，以与基站收发器台和其他无线装置以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(诸如，无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)或无线个域网(WPAN))进行通信。WWAN可以是例如WiMax(IEEE 802.16)网络。WLAN可以是例如IEEE 802.11x网络。WPAN可以是例如蓝牙网络、IEEE 802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。无线通信子系统1930可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他装置交换数据。无线通信子系统1930可以包括使用天线1934和无线链路1932来发送或接收数据(诸如，HMD装置的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统1930、处理器1910和存储器1920可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。

电子系统1900的实施方案还可以包括一个或更多个传感器1990。传感器1990可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximitysensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合了加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器、或者可操作以提供感测输出(sensory output)和/或接收感测输入的任何其他类似模块诸如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器1990可以包括一个或更多个惯性测量单元(IMU)和/或一个或更多个位置传感器。IMU可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于HMD装置的初始位置的HMD装置的估计位置。位置传感器可以响应于HMD装置的运动来生成一个或更多个测量信号。位置传感器的实例可以包括但不限于，一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的一种类型的传感器或者它们的某种组合。位置传感器可以位于IMU的外部、IMU的内部或者它们的某种组合。至少一些传感器可以使用结构化光图案用于感测。

电子系统1900可以包括显示模块1960。显示模块1960可以是近眼显示器，并且可以向用户图形地呈现来自电子系统1900的信息，诸如图像、视频和多种指令。这样的信息可以从一个或更多个应用模块1922-1924、虚拟现实引擎1926、一个或更多个其他硬件模块1980、它们的组合或者(例如，通过操作系统1925)用于为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中得到。显示模块1960可以使用液晶显示(LCD)技术、发光二极管(LED)技术(包括例如，OLED、ILED、μLED、AMOLED、TOLED等)、发光聚合物显示(LPD)技术或某种其他显示技术。

电子系统1900可以包括用户输入/输出模块1970。用户输入/输出模块1970可以允许用户向电子系统1900发送动作请求。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始应用或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块1970可以包括一个或更多个输入装置。示例性的输入装置可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统1900的任何其他合适的装置。在一些实施方案中，用户输入/输出模块1970可以根据从电子系统1900接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。

电子系统1900可以包括照相机1950，照相机1950可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。照相机1950也可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于VR应用、AR应用或MR应用。照相机1950可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在一些实施方式中，照相机1950可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3D图像。

在一些实施方案中，电子系统1900可以包括多于一个其他硬件模块1980。其他硬件模块1980中的每一个可以是电子系统1900内的物理模块。虽然其他硬件模块1980中的每一个可以被永久地配置成结构，但是其他硬件模块1980中的一些可以被临时配置成执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块1980的实例可以包括，例如，音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(NFC)模块、可再充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施方案中，其他硬件模块1980的一个或更多个功能可以用软件来实现。

在一些实施方案中，电子系统1900的存储器1920还可以存储虚拟现实引擎1926。虚拟现实引擎1926可以执行电子系统1900内的应用，并且从多种传感器接收HMD装置的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或它们的某种组合。在一些实施方案中，由虚拟现实引擎1926接收的信息可以用于为显示模块1960产生信号(例如，显示指令)。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1926可以为HMD装置生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外地，虚拟现实引擎1926可以响应于从用户输入/输出模块1970接收的动作请求来执行应用内的动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器1910可以包括可以执行虚拟现实引擎1926的一个或更多个GPU。

在多种实施方式中，上文描述的硬件和模块可以在单个装置上被实现，或者在可以使用有线连接或无线连接彼此通信的多个装置上被实现。例如，在一些实施方式中，一些部件或模块(诸如，GPU、虚拟现实引擎1926和应用(例如，跟踪应用))可以在与头戴式显示器装置分离的控制台上被实现。在一些实施方式中，一个控制台可以被连接至多于一个HMD或者可以支持多于一个HMD。

在可选择的配置中，不同的部件和/或另外的部件可以被包括在电子系统1900中。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上文描述的方式的方式被分布在部件中。例如，在一些实施方案中，电子系统1900可以被修改为包括其他系统环境，诸如AR系统环境和/或MR环境。

上文讨论的方法、系统和装置是实例。多种实施方案可以酌情省略、替换或添加多种过程或部件。例如，在可选择的配置中，所描述的方法可以以不同于所描述的顺序来执行，和/或可以添加、省略和/或组合多个阶段。此外，关于某些实施方案描述的特征可以在多种其他实施方案中被组合。实施方案的不同方面和要素可以以相似的方式被组合。此外，技术不断发展，并且因此许多要素是实例，其不将本公开内容的范围限制于那些具体实例。

在描述中给出了具体细节，以提供对实施方案的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施实施方案。例如，为了避免模糊实施方案，熟知的电路、过程、系统、结构和技术已经被示出而没有不必要的细节。此描述仅提供示例性的实施方案，并且不意图限制本发明的范围、适用性或配置。而是，实施方案的前述描述将为本领域技术人员提供用于实现多种实施方案的使能描述(enabling description)。在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在要素的功能和布置方面进行多种改变。

此外，一些实施方案被描述为过程，过程被描绘为流程图或框图。尽管每一个都可以将操作描述为顺序过程，但是许多操作可以并行或并发地被执行。此外，操作的顺序可以被重新排列。过程可以具有图中未包括的另外的步骤。此外，可以通过硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现方法的实施方案。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行相关联的任务的程序代码或代码段可以被存储在诸如存储介质的计算机可读介质中。处理器可以执行相关联的任务。

对于本领域技术人员来说，将明显的是，可以根据特定的要求进行实质性的变化。例如，还可以使用定制的硬件或专用的硬件，和/或可以以硬件、软件(包括便携式软件，诸如小程序(applet)等)或者两者来实现特定的要素。此外，可以采用到其他计算装置诸如网络输入/输出装置的连接。

参考附图，可以包括存储器的部件可以包括非暂时性机器可读介质。术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”可以指参与提供使机器以特定方式操作的数据的任何存储介质。在上文提供的实施方案中，多种机器可读介质可以涉及向处理单元和/或其他装置提供指令/代码以用于执行。另外地或可选择地，机器可读介质可以用于存储和/或携带这样的指令/代码。在许多实施方式中，计算机可读介质是物理存储介质和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。计算机可读介质的常见形式包括例如磁介质和/或光学介质(诸如光盘(CD)或数字多功能盘(DVD))、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、闪存-EPROM、任何其他存储器芯片或盒、如下文描述的载波、或计算机可以从中读取指令和/或代码的任何其他介质。计算机程序产品可以包括代码和/或机器可执行指令，其可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、应用(App)、子例程、模块、软件包、类、或指令、数据结构或程序语句的任何组合。

本领域技术人员将理解，用于传送本文描述的消息的信息和信号可以使用多种不同的技术和技艺中的任何一种来表示。例如，在整个上文的描述中可以引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片(chip)可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或其任何组合来表示。

如本文使用的术语“和”以及“或”可以包括多种含义，这些含义还被预期至少部分地取决于使用这样的术语的上下文。通常，“或”如果用于关联列表，诸如A、B或C，则意图表示A、B和C(此处以包含的意义使用)以及A、B或C(此处以排他的意义使用)。此外，如本文使用的术语“一个或更多个”可以用来以单数形式描述任何特征、结构或特性，或者可以用来描述特征、结构或特性的某种组合。然而，应当注意，这仅仅是说明性的实例，并且所要求保护的主题不限于该实例。此外，术语“......中的至少一个(at least one of)”如果用于关联列表，诸如A、B或C，则可以被解释为表示A、B和/或C的任何组合，诸如A、AB、AC、BC、AA、ABC、AAB、AABBCCC等。

此外，虽然已经使用硬件和软件的特定组合描述了某些实施方案，但是应当认识到，硬件和软件的其他组合也是可能的。某些实施方案可以仅以硬件实现，或者仅以软件实现，或者使用它们的组合来实现。在一个实例中，可以用包含计算机程序代码或指令的计算机程序产品来实现软件，所述计算机程序代码或指令可由一个或更多个处理器执行，用于执行在本公开内容中描述的任何或所有步骤、操作或过程，其中计算机程序可以被存储在非暂时性计算机可读介质上。本文描述的多种过程可以在相同的处理器上或者以任何组合在不同的处理器上实现。

在装置、系统、部件或模块被描述为被配置成执行某些操作或功能的情况下，可以例如通过设计执行操作的电子电路、通过对可编程电子电路(诸如微处理器)进行编程以(诸如通过执行计算机指令或代码)执行操作、或者被编程为执行存储在非暂时性存储器介质上的代码或指令的处理器或核、或者它们的任何组合来完成这样的配置。过程可以使用多种技术(包括但不限于用于过程间通信的传统技术)进行通信，并且不同的过程对可以使用不同的技术，或者同一对过程可以在不同的时间使用不同的技术。

因此，说明书和附图应被视为说明性的而不是限制性的。然而，将明显的是，在不脱离如在权利要求中阐述的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行添加、删减、删除以及其他修改和改变。因此，尽管已经描述了具体实施方案，但是这些实施方案并不意图是限制性的。多种修改和等同物都在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种光学记录膜，包括：

第一基底；

第二基底；

聚合物基质，所述聚合物基质在所述第一基底和所述第二基底之间并且通过第一折射率表征；

单体，所述单体被分散在所述聚合物基质中并且通过不同于所述第一折射率的第二折射率表征，所述单体被配置成在所述光学记录膜的暴露于记录光的区域中聚合；和

光催化剂，所述光催化剂用于所述单体的受控自由基聚合，所述光催化剂被分散在所述聚合物基质中。

2.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述单体包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、苯乙烯、二烯或乙烯基单体。

3.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述光催化剂对可见光敏感，并且被配置成在暴露于所述可见光时生成用于使所述单体聚合的自由基。

4.根据权利要求3所述的光学记录膜，其中所述光催化剂被配置成在暴露于所述可见光时生成用于使所述自由基失活的失活催化剂。

5.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括过渡金属光催化剂或无金属的有机光催化剂。

6.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括用于原子转移自由基聚合(ATRP)的光催化剂。

7.根据权利要求6所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括吩噻嗪、芳族烃、吩嗪、吩噁嗪、咔唑、噻吩并噻吩或苝的衍生物。

8.根据权利要求7所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括10-苯基吩噻嗪。

9.根据权利要求6所述的光学记录膜，还包括烷基卤化物。

10.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括用于加成断裂链转移RAFT聚合的过渡金属光催化剂。

11.根据权利要求10所述的光学记录膜，其中所述光催化剂包括fac-Ir(ppy)₃或Ru(bpy)₃Cl₂。

12.根据权利要求10所述的光学记录膜，还包括被配置成用作链转移剂的RAFT剂或硫代羰基硫化合物中的至少一种。

13.根据权利要求1所述的光学记录膜，其中所述聚合物基质包括聚氨酯。

14.一种全息光学元件，包括：

聚合物基质，所述聚合物基质包括通过第一折射率表征的第一聚合物材料；

第二聚合物材料，所述第二聚合物材料由所述聚合物基质支撑并且通过不同于所述第一折射率的第二折射率表征，所述第二聚合物材料根据非均匀图案被分布在所述聚合物基质中；和

光催化剂，所述光催化剂用于受控自由基聚合，所述光催化剂被分散在所述聚合物基质中。

15.根据权利要求14所述的全息光学元件，其中所述光催化剂包括过渡金属光催化剂或无金属的有机光催化剂。

16.根据权利要求14所述的全息光学元件，其中所述光催化剂包括用于原子转移自由基聚合(ATRP)的光催化剂或用于加成断裂链转移(RAFT)聚合的过渡金属光催化剂。

17.根据权利要求14所述的全息光学元件，其中所述第二聚合物材料包括有机卤化物或硫代羰基硫化合物。

18.根据权利要求14所述的全息光学元件，其中所述第二聚合物材料的分散度小于2。

19.根据权利要求14所述的全息光学元件，其中根据所述非均匀图案分布在所述聚合物基质中的所述第二聚合物材料形成全息图、全息布拉格光栅、多路复用全息光栅、全息透镜或全息漫射器。

20.一种光学记录材料，包括：

基质单体，所述基质单体通过第一折射率表征并且被配置成聚合以形成聚合物基质；

写入单体，所述写入单体被分散在所述基质单体中并且通过不同于所述第一折射率的第二折射率表征，所述写入单体被配置成在暴露于记录光时聚合；和

光催化剂，所述光催化剂用于所述写入单体的受控自由基聚合，所述光催化剂被分散在所述基质单体中。