TW202305425A - 用於在表面上設置光子積體電路的設備、系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種系統，其包含（1）至少一個具有一非平面表面之光學元件，（2）至少一個設置在該光學元件之該非平面表面上之光子積體電路，該光子積體電路包含：（A）含有一光學各向異性有機材料之一光學核心及（B）設置在該光學核心上方之一包覆層。亦揭示各種其他設備、系統及方法。

Description

用於在表面上設置光子積體電路的設備、系統及方法

本發明大體上針對用於在平面或非平面表面上設置光子積體電路（PIC）的設備、系統及方法。如將在下文更詳細解釋的，此等設備、系統及方法可提供許多特徵及益處。 以引用的方式併入

本申請案根據35 U.S.C. §119(e)之規定主張於2021年4月26日提交申請的美國臨時申請案第63/179,953號及於2022年2月15日提交申請的美國非臨時申請案第63/179,953號的優先權的權益，所述申請案的內容以全文引用的方式併入本文中。

有機材料可併入至各種不同的光學及/或電光裝置架構中，包括主動或被動光學器件及/或電活性裝置。由於其輕質及適形性，一或多個有機層可併入至可穿戴裝置中，諸如智慧型眼鏡。在期望舒適、可調整的外觀尺寸的情況下，對於如同虛擬及/或擴增實境裝置等新興技術而言，此類有機層可為有吸引力的候選者。

在一些實例中，虛擬實境（VR）及擴增實境（AR）眼鏡裝置或耳機可使得使用者能夠體驗事件，諸如在電腦產生的三維世界模擬中與人的交互及/或查看疊加在真實世界視圖上之資料。舉例而言，可藉由光學頭戴式顯示器（OHMD）及/或藉由使用具有透明抬頭式顯示器（HUD）或AR覆蓋的嵌入式無線眼鏡來實現將資訊疊加至視野上。VR/AR眼鏡裝置及耳機可用於多種用途。舉例而言，政府可將此類裝置用於軍事訓練，醫療專業人員可使用此類裝置來模擬手術，及/或工程師可將此類裝置用作設計可視化輔助工具。

此等及其他應用可利用光學各向異性有機材料的一或多個特性（包括折射率）來操縱光。儘管最近取得了進展，但為了在此類裝置及系統中使用，提供有機或其他介電材料以實現經改良光學及機械性質將係有利的。

如本文中所揭示，可將一類光學各向異性有機材料併入至各種PIC及對應組件中，包括透鏡、光柵、濾光器、波導、交叉結構、錐體、定向耦合器及/或分束器。在某些具體實例中，PIC可耦合至及/或設置在光學元件上，該光學元件位於諸如透鏡之光學裝置之透明孔徑內。舉例而言，此類光學元件可併入在可調透鏡、可調式光學元件、自適應光學器件、VR/AR眼鏡裝置及/或OHMD中。

在一些實例中，PIC可經配置以整合兩個或多於兩個光子功能，所述光子功能攜載施加在典型地在可見光及近紅外線光譜中之光波長上之資訊信號。PIC可包括及/或表示形成整合式電光機械系統之被動及/或主動組件。

在一些實例中，PIC之被動組件可包括及/或表示核心層及包覆層。在此類實例中，包覆層可設置在核心層上方，並且核心層之折射率可大於包覆層之折射率。儘管無機材料（諸如無機薄膜晶體及/或無機非晶薄膜）及/或有機聚合物可用於形成PIC中之被動組件，但此類無機材料及/或有機聚合物可無法提供及/或實現由光學各向異性有機材料提供的各種優點及/或特徵。

舉例而言，一些無機材料及/或有機聚合物可無法提供與光學各向異性有機材料一樣高的雙折射率及/或折射率。因此，在某些光學系統、裝置及/或實施中，此類無機材料及/或有機聚合物可能比作為PIC之光學各向異性有機材料表現得更差。作為另一實例，一些無機材料及/或有機聚合物可為剛性的、脆性及/或非撓性的（尤其與光學各向異性有機材料相比）。因此，此類無機材料及/或有機聚合物可無法在非平面表面（諸如併入在凹透鏡、凸透鏡及/或菲涅耳透鏡中之彼等非平面表面）上、沿著所述非平面表面，及/或橫跨所述非平面表面輪廓化、塑形及/或設置。

在一些實例中，光學各向異性有機材料之光學及機械性質可為其在PIC中之應用提供許多優勢，包括在施加負載下的機械穩定性、機械可撓性及較少實現由於誘導應變所致的缺陷、熱穩定性，及高於許多比較無機及/或聚合物材料之折射率。此等優點亦可包括及/或導致更高的操作效率及/或更長的壽命。

根據各種具體實例，光學各向異性有機材料可併入至光子積體電路之被動或主動組件中。光學各向異性有機材料可包括單軸定向或雙軸定向的微晶體或玻璃。在一些具體實例中，光學各向異性有機材料可包括及/或表示較佳分子斂集、定向及/或分子對準以實現某些特性及/或屬性。光學各向異性有機材料可包括及/或表示結晶（例如，單晶）、部分結晶及/或非晶材料（例如，各向異性玻璃）。

根據本文中所描述之一般原理，可將本文中所描述之任何具體實例的特徵彼此組合使用。在結合隨附圖式、附件及申請專利範圍閱讀以下詳細描述時，將更充分地理解此等及其他具體實例、特徵及優點。

雖然本文中所描述之例示性具體實例可易於進行各種修改及替換形式，但特定具體實例已在圖式中藉由實例的方式示出，且將在本文中進行詳細描述。然而，本文中所描述之例示性具體實例並不旨在限於所揭示特定形式。相反，本發明涵蓋屬於本發明範圍內之所有修改、組合、等效物及替代方案。

以下將參考圖1至圖7提供對能夠促進PIC在非平面表面上之設置的各種設備、裝置、系統、組件及/或實施的詳細描述。對應於圖8的論述將提供用於將PIC設置在非平面表面上之例示性方法的詳細描述。對應於圖9至圖12的論述將提供對可將PIC與光學各向異性有機材料合併在一起的例示性人工實境裝置、可穿戴裝置、眼動追蹤裝置(eye-tracking device)及/或相關系統類型的詳細描述。

圖1至圖3說明包括光學各向異性有機材料之例示性PIC 100。如在圖1至圖3中所說明，例示性PIC 100可包括及/或表示光學核心102及/或包覆層104。在一些實例中，光學核心102可包括、含有及/或表示光學各向異性有機材料。另外或替代地，包覆層104可包括、含有及/或表示光學各向異性有機材料。在任何狀況下，包覆層104可覆蓋、包裹及/或設置在光學核心102上方。

光學核心102可包括及/或形成多種形狀中之任一者。在一些實例中，光學核心102可包括及/或表示能夠導引光波之任何形狀。在一個實例中，光學核心102可表示及/或形成正方形。此類形狀之實例包括但不限於矩形、四邊形、三角形、圓形、橢圓形、由兩個矩形形成的狹槽、五邊形、其中一或多者的組合，及/或任何其他合適的形狀。

在一些具體實例中，光學各向異性有機材料可表徵為單軸定向或雙軸定向折射率。在一個實例中，光學各向異性材料之最大折射率可達到至少1.6、至少1.8、至少2.0及/或至少2.2。在某些應用中，PIC之效能可隨著光學各向異性有機材料之折射率增加而增加。換言之，光學各向異性有機材料之折射率愈高，PIC可表現愈佳。

在一個實例中，光學各向異性材料之雙折射率可達到至少0.5、至少0.7、至少0.9、至少0.11、至少0.13、至少0.15、至少0.17及/或至少0.19。在某些應用中，PIC之效能可隨著光學各向異性有機材料之雙折射率增加而增加。換言之，光學各向異性有機材料之雙折射率愈高，PIC可表現愈佳。

在一些實例中，光學各向異性有機材料可提供聚合物及其他有機固體材料，其促進經改良光學性質，諸如可控制折射率及/或雙折射率、光學透明度及/或光學透明度。在一個實例中，光學各向異性有機材料可形成及/或併入至薄膜中。另外，可將複數個此類薄膜堆疊在一起以形成多層薄膜。

在一些實例中，多層薄膜可包括及/或表示複數個有機固體晶體層。在一個實例中，此多層薄膜可包括及/或表示光學裝置及/或系統之一部分及/或組件。舉例而言，具有圓形反射偏振器之透鏡系統可包括及/或併入有多層有機固體薄膜。在此實例中，多層薄膜可包括及/或表示複數個雙軸定向的有機固體材料層。每一雙軸層可由三個相互正交之折射率（n ₁、n ₂、n ₃）表徵，其中n ₁≠n ₂≠n ₃。

根據某些具體實例，可將多層有機固體薄膜併入至圓形反射偏振器中以用於顯示系統，以提供高寬帶效率及/或高離軸對比度。藉由相對於毗鄰層未對準及/或旋轉每一層，與使用比較無機材料的架構相比，此類雙軸定向多層薄膜可促進較高的信號效率及/或較大的重影抑制。另外，有機固體薄膜可實施在各種投影機中以增強及/或改良亮度。

各種光學各向異性有機材料可用於形成及/或產生有機固體薄膜。此類光學各向異性有機材料之實例可包括各種種類的可結晶有機半導體。舉例而言，有機半導體可包括及/或表示小分子、大分子、液晶、有機金屬化合物、寡聚物、聚合物、p型、n型及/或雙極性多環芳烴（諸如蒽(anthracene)、菲(phenanthrene)、碳60、芘(pyrene)、心環烯(corannulene)、芴(fluorene)、聯苯(biphenyl)、叔苯基(ter-phenyl)等）。一些有機半導體可包括及/或表示環狀、線性及/或支鏈結構，無論是飽和的還是不飽和的。另外或替代地，一些有機半導體可包括及/或表示雜原子及/或飽和或不飽和雜環（諸如呋喃(furan)、吡咯(pyrrole)、噻吩(thiophene)、吡啶(pyridine)、嘧啶(pyrimidine)、哌啶(piperidine)等）。此類雜原子可包括及/或表示氟、氯、氮、氧、硫、磷以及各種金屬。用於模製固體有機半導體材料的合適原料可包括及/或表示含有本文中所揭示之有機材料中之一或多者的純有機組合物、熔體、溶液及/或懸浮液。

在結構上，所揭示之有機材料以及由其衍生的薄膜可為單晶、多晶及/或玻璃狀的。在一個實例中，有機固體晶體可包括緊密斂集的結構（例如，有機分子），其展現出期望的光學性質，諸如高及/或可調折射率或雙折射率。各向異性有機固體材料可包括分子的較佳堆斂集及/或分子的較佳定向或對準。

在一些實例中，有機固體晶體材料可支援、促進及/或提供功能，包括相位調變、光束操縱、波前塑形及校正、光通信、光計算、全像術及其類似物。由於其光學及機械性質，有機固體晶體材料可併入至被動或主動光學器件（諸如AR/VR耳機）及/或在某些應用中替代比較材料系統（諸如聚合物、無機材料及液晶）。在某些態樣中，有機固體晶體可具有與無機晶體之光學性質相媲美的光學性質，同時展現液晶之可加工性及電回應。

由於其熔化溫度相對較低，有機固體晶體材料可經模製以形成所要結構。此類模製製程可促進相較於塊狀晶體之切割、研磨及/或拋光更經濟的複雜結構。在一個實例中，單晶或多晶形狀（諸如片狀或立方體）可部分或完全熔化成所要形式，且然後可控冷卻以形成具有新形狀的單晶。

在一些實例中，用光學各向異性有機材料形成PIC組件的製程可包括及/或涉及熱模製、熱壓印、圖案化及/或蝕刻。熱模製及熱壓印製程可利用具有圖案的模具表面，該圖案為欲形成之PIC組件之逆互易結構。相比而言，圖案化及蝕刻製程可利用平面或非平面結構及/或表面。

在一些實例中，用光學各向異性有機材料形成PIC組件的一種方法可包括及/或涉及產生及/或形成核心層及設置在核心層上方之包覆層。在其他實例中，用光學各向異性有機材料形成PIC組件的一種方法可包括及/或涉及形成及/或產生包覆層及嵌入在該包覆層內之核心層。在一個實例中，一種用光學各向異性有機材料形成PIC組件的方法可包括及/或涉及氣相沈積、壓印及/或熱生長。

壓印及/或蝕刻技術可用於在模製製程之後形成被動組件。另外，熱生長方法可與具有預定形狀（例如，某些紋理、結構、厚度、曲率等）的模具結合使用。可藉由以下步驟來形成曲率：在彎曲及/或非平面基板上方直接圖案化PIC組件/層，在平面基板上方形成PIC組件/層，後續接著進行熱或機械彎曲，及/或在柔性基板上方形成PIC組件/層，後續接著層壓至彎曲及/或非平面基板上。

在氣相沈積或熱生長方法中，有機固體晶體層可形成在包覆層之沈積表面上方。在一些實例中，包覆層之沈積表面可為平面的或非平面的。在此類實例中，沈積表面可預先圖案化有如同溝槽或凹槽的表面特徵。有機固體晶體可形成為隨後被圖案化及/或蝕刻的毯覆層。替代地，可在包覆層之沈積表面上方形成阻擋遮罩，並且可藉由阻擋遮罩中之開口在包覆層上方選擇性地形成有機固體晶體層。

在壓印方法中，可在包覆層之沈積表面上方形成有機固體晶體層。包覆層之沈積表面可為平面的或非平面的。壓印方法可包括及/或涉及在包覆層之沈積表面上施加光學各向異性有機材料薄膜的塗佈步驟，其中相對於核心層將光學各向異性有機材料分配至具有逆互易結構的模具中之填充步驟，及/或影響有機材料之成核及/或微晶生長的熱或溶劑退火步驟。在一個實例中，模製光學各向異性有機材料組件的製程可包括及/或涉及控制成核或晶體生長的動力學及/或熱力學。

在某些具體實例中，在模製器件靠近成核區域施加的溫度可低於模製組合物之熔化溫度（T _m）。然而，在模製期間遠離成核區域施加的溫度可高於熔化溫度。此類溫度梯度可與選擇性熔化製程（例如，雷射、烙鐵等）結合實現以移除多餘的核(nuclei)，從而留下較少核（例如，單個核）用於晶體生長。

可使用等溫製程、緩慢冷卻及/或區域退火來控制晶體生長。在一些具體實例中，潤滑劑可用於促進單晶的生長。此類潤滑劑之實例包括但不限於聚合物、寡聚物、小分子、其中之一或多者的組合或變體，及/或任何其他合適的潤滑劑。此類潤滑劑可表徵為比模製組合物之熔化溫度低至少20℃的熔化溫度。

在一些具體實例中，合適的模具可由聚合物形成，該聚合物表徵為高於模製組合物之熔化溫度（T _m）的軟化溫度及/或玻璃轉換溫度（T _g）。在一個實例中，潤滑劑及/或脫模劑（例如，氟化基團、矽酮、烴鏈等）可施加至模具之內表面及/或與模製組合物組合。可將額外材料施加至模具之內表面以減少模具與模製組合物之間的相互作用。模具之內表面可藉助化學鍵合及/或物理吸收小分子以及具有例如用氟化基團、矽酮及/或烴基終端化的線性、分支、樹枝狀或環狀結構的聚合物/寡聚物(oligomer)進行處理。

本文中所揭示之光學各向異性有機材料可併入至各種光學系統及裝置中。舉例而言，此類材料可併入至波導及/或光柵架構中。在此實例中，由彼等材料製成的組件可為光學透明的。

如本文中參考材料或元件所使用，術語「透明」或「光學透明」可在可見光譜內展現至少80%（例如，大約80%、90%、95%、97%、98%、99%或99.5%的透射率等）及小於5%的塊材混濁度(bulk haze)（例如，大約0.1%、0.2%、0.4%、1%、2%或4%的塊材混濁度等）。透明材料典型地可展現極其低的光吸收及/或最小光散射。

在一些實例中，本文中所規定的數值可構成及/或表示近似值。在一個實例中，如本文中所使用的術語「近似值」可意指且包括所述值以及在所述值之10%內的所有值。因此，舉例而言，對數值「50」的引用可構成及/或表示包括等於50±5之值（例如，在45至55範圍內之值）的近似值。

如本文中所使用，術語「混濁度(haze)」及「清晰度」可係指與光透射穿過材料相關聯的光學現象。在一些實例中，混濁度及/或清晰度可歸因於光在材料內之折射（例如，由於第二相或孔隙率及/或光自材料之一或多個表面的反射）。如所屬技術領域中具有通常知識者將理解，混濁度可與經受廣角散射（例如，與法線成大於2.5°的角度）的光量以及透射對比度的對應損失相關聯。清晰度可與經受窄角散射（亦即，與法線成小於2.5°的角度）及伴隨的光學銳度或透視品質損失有關的光量有關。

在一些實例中，PIC 100可包括及/或表示設置在光學核心102上方的不同類型的包覆層。舉例而言，如在圖2中所說明，PIC 100可包括及/或表示包覆層204，光學核心102經放置、耦合及/或設置在該包覆層上。在此實例中，PIC 100亦可包括及/或表示在一或多側（例如，與包覆層104相對及/或相鄰）圍繞光學核心102之包覆層104。包覆層104及204中之一或多者可具有小於光學核心102之折射率的折射率。另外或替代地，包覆層104及204中之一或多者可包括及/或表示光學各向異性有機材料。

在一些實例中，PIC 100可包括及/或表示能夠執行及/或提供一或多個光子功能的一或多個被動及/或主動組件。此類被動組件之實例包括但不限於波導、交叉結構、錐體、定向耦合器、光耦合器、分束器、光柵、馬赫-岑德干涉儀（MZI）、光纖、其中之一或多者的組合或變體，及/或任何其他合適的被動組件。此類主動組件之實例包括但不限於光調變器、移相器、光開關、光閘極、光達（light detection and ranging，LIDAR）裝置、雷射、光二極體、光學共振器、光子晶體、眼動追蹤裝置、發光裝置、其中之一或多者的組合或變體，及/或任何其他合適的主動組件的組合或變體。

圖5及圖6分別說明能夠在PIC 100上及/或作為PIC 100之一部分實施的光子組件500及600的圖形及/或示意性表示。如圖5中所說明，光子組件500可包括及/或表示光學環形共振器502、光二極體504、雷射506、錐體508、光學調變器510、波導512、耦合器514、耦合器516、光子晶體518、光纖520及/或光二極體522。類似地，如在圖6中所說明，光子組件600可包括及/或表示光耦合器602、波導604、定向耦合器606、MZI裝置608及/或分光器610。

在一些實例中，光學核心102可經配置以產生、傳輸及/或攜載電磁輻射。舉例而言，光學核心102可產生、傳輸及/或攜載可見及近紅外線光譜中波長的輻射。在一個實例中，光學核心102可具有與正在產生、傳輸及/或攜載的電磁輻射之波長實質上相等及/或相似的厚度。

在一些實例中，PIC 100可耦合及/或設置在光學元件上。在此類實例中，PIC 100之光學核心102可沿著光學元件之輪廓表面生長、沈積、圖案化、層壓或蝕刻。此類光學元件之實例包括但不限於透鏡、玻璃組件、塑膠組件、補償器、反射鏡、延遲器、偏振器、其中之一或多者的組合或變體，及/或任何其他合適的光學組件。在一個實例中，光學元件可具有一或多個非平面的、輪廓的及/或彎曲的表面。在此實例中，PIC 100可耦合至光學元件之非平面、輪廓及/或彎曲表面中之一者及/或設置在其上。藉由如此做，PIC 100可經塑形及/或輪廓化為光學元件上之彼表面的曲率。至少部分由於光學各向異性有機材料，PIC 100可實現及/或支援此塑形及/或輪廓化。舉例而言，光學核心可沿著光學元件之輪廓表面生長、沈積、圖案化、層壓或蝕刻。

圖4說明包括及/或表示凹透鏡402及/或凸透鏡404之光學組件400。如在圖4中所說明，凹透鏡402可包括及/或表示凹形及/或彎曲的非平面表面406。相比而言，凸透鏡404可包括及/或表示凸形及/或彎曲的曲面408。儘管圖4中之凹透鏡402及凸透鏡404經說明為各自具有多個非平面及/或彎曲表面，但凹透鏡402及/或凸透鏡404之替代具體實例可各自僅具有單個非平面及/或彎曲表面。

在一些實例中，一或多個PIC可耦合至及/或沿著經塑形及/或輪廓化透鏡的非平面表面（例如，凸面、凹面及/或菲涅耳圖案）設置。圖7說明系統700，其包括及/或表示耦合至透鏡702之彎曲表面及/或沿著其設置的PIC 100（1）、100（2）及100（3）。在一些實例中，PIC 100（1）至（3）可經塑形及/或輪廓化以配合與其所設置的非平面表面的曲率。在此類實例中，PIC 100（1）至（3）的此類塑形及/或輪廓化可藉由併入在PIC 100（1）至（3）中之光學各向異性有機材料來實現及/或支援。因此，光學各向異性有機材料可促進及/或支援PIC 100（1）至（3）中之順應性及/或靈活性。

在一些實例中，其上設置有PIC的透鏡可併入在頭戴式顯示器（諸如包括在圖9中之系統900及/或圖10中之系統1000中之顯示裝置）中。在此類實例中，頭戴式顯示器可經定尺寸以由人工實境系統的使用者佩戴。在一個實例中，設置在透鏡上之PIC可執行及/或提供與頭戴式顯示器相關的一或多個光子功能。舉例而言，設置在頭戴式顯示器之透鏡上之PIC可包括及/或表示發光裝置，該發光裝置經配置以在使用者操作頭戴式顯示器時照明該人工實境系統之使用者之視線內的區域。在此實例中，發光裝置可構成、表示及/或提供由頭戴式顯示器顯示及/或疊加以供使用者查看的虛擬圖形及/或影像之一或多個像素。

作為另一實例，設置在頭戴式顯示器之透鏡上之PIC可包括及/或表示眼動追蹤裝置（例如包括在圖11中之系統1100及/或圖12中之子系統1200中之追蹤裝置），眼動裝置經配置以在使用者操作頭戴式顯示器時追蹤人工實境系統之使用者的注視。在此實例中，眼動追蹤裝置可向人工實境系統遞送及/或提供指示使用者注視的資訊，以促進至少部分基於使用者的注視修改由頭戴式顯示器顯示及/或疊加的一或多個虛擬圖形及/或影像。

圖8為用於將光子積體電路設置在非平面表面上之例示性方法800的流程圖。在一個實例中，圖8中所示之步驟可在組裝及/或製造包括設置在曲面透鏡上之PIC的可穿戴裝置（諸如頭戴式顯示器及/或VR或AR眼鏡）期間執行。另外或替代地，圖8中所示之步驟亦可併入及/或涉及與上文結合圖1至圖7提供的描述一致的各種子步驟及/或變體。

如圖8中所示，方法800可包括及/或涉及形成PIC的步驟（810），該PIC包括包覆層及/或含有光學各向異性有機材料之光學核心。可以多種方式執行步驟810，包括上文結合圖1至圖7所描述之彼等方式中之任一者。舉例而言，可穿戴設備製造商及/或承包商可形成PIC，該PIC包括包覆層及含有光學各向異性有機材料之光學核心。在此實例中，可穿戴設備製造商及/或承包商可將包覆層設置在光學核心上方。

方法800亦可包括將PIC設置在光學元件之非平面表面上的步驟（820）。可以多種方式執行步驟820，包括上文結合圖1至圖7所描述之彼等方式中之任一者。舉例而言，可穿戴設備製造商及/或承包商可將PIC耦合及/或設置在透鏡之曲面上。在此實例中，透鏡之曲面可包括及/或表示凸面、凹面及/或菲涅耳圖案。

方法800可進一步包括將光學元件併入至經定尺寸為由使用者佩戴的可穿戴裝置中之步驟（830）。可以多種方式執行步驟830，包括上文結合圖1至圖7所描述之的彼等方式中之任一者。舉例而言，可穿戴設備製造商及/或承包商可將光學元件併入至經定尺寸為由使用者佩戴的可穿戴裝置中。在此實例中，設置在併入至可穿戴裝置中之光學元件上的PIC可執行與可穿戴裝置支援的人工實境環境相關的一或多個光子功能。 實例具體實例

實例1：一種系統，其包含（1）至少一個具有一非平面表面之光學元件，（2）至少一個設置在該光學元件之該非平面表面上之光子積體電路，該光子積體電路包含：（A）含有一光學各向異性有機材料之一光學核心及（B）設置在該光學核心上方之一包覆層。

實例2：如實例1之系統，其中該光子積體電路之該包覆層含有一光學各向異性有機材料。

實例3：如實例1或2之系統，其中該光學各向異性有機材料包含（1）一單軸定向折射率或（2）一雙軸定向折射率中之至少一者。

實例4：如實例1至3中任一項之系統，其中該光學核心（1）經配置以傳輸電磁輻射且（2）具有實質上等於該電磁輻射之一波長的一厚度。

實例5：如實例1至4中任一項之系統，其中（1）該光子積體電路之該包覆層具有一折射率，並且（2）該光子積體電路之該光學核心具有大於該包覆層之該折射率的一折射率。

實例6：如實例1至5中任一項之系統，其中該核心及該包覆層一起構成（1）該光子積體電路之一被動組件及（2）該光子積體電路之一主動組件中之至少一者。

實例7：如實例1至6中任一項之系統，其中該光子積體電路之該被動組件包含一波導、一交叉結構、一錐體、一定向耦合器、一分束器或一光柵中之至少一者。

實例8：如實例1至7中任一項之系統，其中該光子積體電路之該主動組件包含光調變器、移相器或光開關或光閘極中之至少一者。

實例9：如實例1至8中任一項之系統，其中該光學元件包含具有一曲面之一透鏡，該光子積體電路設置在該透鏡之該曲面上。

實例10：如實例1至9中任一項之系統，其進一步包含一頭戴式顯示器，其經定尺寸為由一人工實境系統之一使用者佩戴，其中該頭戴式顯示器併入有該透鏡及設置在該透鏡上之該光子積體電路。

實例11：如實例1至10中任一項之系統，其中該頭戴式顯示器包含一眼動追蹤裝置，該眼動追蹤裝置經配置以在該人工實境系統之該使用者操作該頭戴式顯示器時追蹤該使用者的一注視，該眼動追蹤裝置併入有設置在該透鏡上之該光子積體電路。

實例12：如實例1至11中任一項之系統，其中該頭戴式顯示器包含一發光裝置，該發光裝置經配置以在該使用者操作該頭戴式顯示器時照明該人工實境系統之該使用者之一視線內的一區域，該發光裝置併入有設置在該透鏡上之該光子積體電路。

實例13：如實例1至12中任一項之系統，其中該光學各向異性有機材料具有至少1.9之一折射率。

實例14：如實例1至13中任一項之系統，其中該光學各向異性有機材料具有至少0.15之一雙折射率。

實例15：如實例1至14中任一項之系統，其中（1）該非平面表面包含該光學元件之一輪廓表面，且（2）該光學核心沿著該光學元件之該輪廓表面圖案化或蝕刻。

實例16：如實例1至15中任一項之系統，其中該輪廓表面包含該光學元件之一凸面、該光學元件之一凹面或該光學元件之一菲涅耳圖案中之至少一者。

實例17：如實例1至16中任一項之系統，其中該光學各向異性有機材料包含一有機固體晶體材料。

實例18：一種光子積體電路，其包含（1）含有一光學各向異性有機材料之一光學核心及（2）一包覆層，該包覆層（A）設置在該光學核心上方並且（B）耦合至一光學元件之一非平面表面。

實例19：如實例18之光子積體電路，其中該光子積體電路之該包覆層含有一光學各向異性有機材料。

實例20：一種方法，其包含（1）形成一光子積體電路，其包括一包覆層及含有一光學各向異性有機材料之一光學核心，其中形成該光子積體電路包含將該包覆層設置在該光學核心上方，（2）將該光子積體電路設置在一光學元件之一非平面表面上，及（3）將該光學元件併入至經定尺寸由一使用者佩戴的一可穿戴裝置中。

本發明之具體實例可包括各種類型之人工實境系統或結合各種類型之人工實境系統來實施。人工實境係在向使用者呈現之前已以某一方式調整的實境形式，其可包括例如虛擬實境（VR）、擴增實境、混合實境（MR）、複合實境，或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全電腦產生的內容或與所捕獲（例如，真實世界）內容組合的電腦產生的內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，其中任何一者可在單一頻道或多個頻道中呈現（諸如向觀眾產生三維（3D）效應的立體視訊）。另外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中形成內容及/或以其他方式用於人工實境（例如，在人工實境中執行活動）的應用程式、產品、配件、服務或其某一組合。

可以各種不同的外觀尺寸及配置來實施人工實境系統。一些人工實境系統可設計為在無近眼顯示器（NED）的情況下工作。其他人工實境系統可包括NED，該NED亦提供對真實世界的可見性（諸如，圖9中之擴增實境系統900）或在視覺上將使用者沉浸在人工實境中（諸如，例如圖10中之虛擬實境系統1000）。雖然一些人工實境裝置可為整裝系統，但其他人工實境裝置可與外部裝置通信及/或協調以向使用者提供人工實境體驗。此類外部裝置之實例包括手持控制器、行動裝置、桌上型電腦、使用者佩戴的裝置，一或多個其他使用者佩戴的裝置及/或任何其他合適的外部系統。

轉向圖9，擴增實境系統900可包括具有框架910之眼鏡裝置902，該框架經配置以將左顯示裝置915（A）及右顯示裝置915（B）保持在使用者之眼睛前面。顯示裝置915（A）及915（B）可一起或獨立地動作以向使用者呈現影像或一系列影像。雖然擴增實境系統900包括兩個顯示器，但本發明之具體實例可在具有單個NED或多於兩個NED的擴增實境系統中實施。

在一些具體實例中，擴增實境系統900可包括一或多個感測器，諸如感測器940。感測器940可回應於擴增實境系統900的運動而產生量測信號，且可位於框架910的實質上任何部分上。感測器940可表示各種不同感測機構中之一或多者，諸如位置感測器、慣性量測單元（IMU）、深度相機總成、結構化光發射器及/或偵測器，或其任何組合。在一些具體實例中，擴增實境系統900可包括或可不包括感測器940，或可包括多於一個感測器。在感測器940包括IMU之具體實例中，IMU可基於來自感測器940之量測信號來產生校準資料。感測器940之實例可包括但不限於加速計、陀螺儀、磁力計、偵測運動之其他合適類型的感測器，用於IMU之錯誤校正的感測器，或其某一組合。

在一些實例中，擴增實境系統900亦可包括麥克風陣列，該麥克風陣列具有複數個聲音換能器920（A）至920（J），統稱為聲音換能器920。聲音換能器920可表示偵測由聲波引起的氣壓變化的換能器。每一聲音換能器920可經配置以偵測聲音並將所偵測到的聲音轉換成電子格式（例如，類比或數位格式）。圖9中之麥克風陣列可包括，例如，十個聲音換能器：920（A）及920（B），其可經設計為置放在使用者之對應耳朵內部；聲音換能器920（C）、920（D）、920（E）、920（F）、920（G）及920（H），其可位於框架910上之各種位置處；及/或聲音換能器920（I）及920（J），其可位於對應頸帶905上。

在一些具體實例中，聲音換能器920（A）至（J）中之一或多者可用作輸出換能器（例如，揚聲器）。舉例而言，聲音換能器920（A）及/或920（B）可為耳塞或任何其他合適類型的耳機或揚聲器。

麥克風陣列之聲音換能器920的配置可變化。雖然擴增實境系統900在圖9中示出為具有十個聲音換能器920，但聲音換能器920的數目可大於或小於十。在一些具體實例中，使用更多數目的聲音換能器920可增加所收集的音訊資訊的量及/或音訊資訊的靈敏度及準確性。相比而言，使用較低數目個聲音換能器920可降低相關聯控制器950處理所收集音訊資訊所需的計算能力。另外，麥克風陣列之每一聲音換能器920之位置可變化。舉例而言，聲音換能器920之位置可包括使用者上之定義位置，框架910上之定義座標，與每一聲音換能器920相關聯的定向，或其某一組合。

聲音換能器920（A）及920（B）可定位在使用者之耳朵的不同部分上，諸如在耳廓後面，在耳屏後面及/或在耳殼或耳窩內。或者，除了耳道內部的聲音換能器920之外，在耳朵上或周圍亦可存在額外聲音換能器920。將聲音換能器920定位靠近使用者之耳道可使得麥克風陣列能夠收集關於聲音如何到達耳道的資訊。藉由將聲音換能器920中之至少兩者定位在使用者頭部的任一側上（例如，作為雙耳麥克風），擴增實境裝置900可模擬雙耳聽覺並且捕獲圍繞使用者頭部的3D立體聲場。在一些具體實例中，聲音換能器920（A）及920（B）可經由有線連接930連接至擴增實境系統900，且在其他具體實例中，聲音換能器920（A）及920（B）可經由無線連接（例如，藍芽連接）連接至擴增實境系統900。在其他具體實例中，聲音換能器920（A）及920（B）可根本不與擴增實境系統900結合使用。

框架910上之聲音換能器920可沿著鏡腿之長度，橫跨橋接件，在顯示裝置915（A）及915（B）上面或下面，或其某一組合而定位。聲音換能器920亦可經定向使得麥克風陣列能夠在圍繞佩戴擴增實境系統900之使用者周圍的廣泛方向上偵測聲音。在一些具體實例中，可在擴增實境系統900的製造期間執行最佳化程序，以判定麥克風陣列中之每一聲音換能器920的相對位置。

在一些實例中，擴增實境系統900可包括或連接至諸如頸帶905之外部裝置（例如，成對裝置）。頸帶905通常表示配對裝置的任何類型或形式。因此，對頸帶905的以下論述亦可適用於各種其他配對裝置，諸如充電盒、智慧型手錶、智慧型電話、腕帶、其他可穿戴裝置、手持式控制器、平板電腦、膝上型電腦、其他外部計算裝置，等等。

如所示出，頸帶905可經由一或多個連接器耦合至眼鏡裝置902。連接器可為有線的或無線的，且可包括電氣及/或非電氣（例如，結構）組件。在一些狀況下，眼鏡裝置902及頸帶905可獨立地操作，而在其之間無任何有線或無線連接。雖然圖9在眼鏡裝置902及頸帶905上之實例位置中說明眼鏡裝置902及頸帶905的組件，但所述組件可定位在別處及/或以不同方式分佈在眼鏡裝置902及/或頸帶905上。在一些具體實例中，眼鏡裝置902及頸帶905的組件可位於與眼鏡裝置902、頸帶905或其某一組合配對的一或多個額外周邊裝置上。

將諸如頸帶905之類的外部裝置與擴增實境眼鏡裝置配對，可使得眼鏡裝置能夠獲得一副眼鏡的外觀尺寸，同時仍為擴展能力提供足夠的電池及計算能力。擴增實境系統900之電池功率、計算資源及/或額外特徵中之一些或全部可由配對的裝置提供或在配對裝置與眼鏡裝置之間共用，因此減少重量，熱量分佈及眼鏡裝置總體的外觀尺寸，同時仍保持所要功能性。舉例而言，頸帶905可允許將原本包括在眼鏡裝置上之組件包括在頸帶905中，此係因為使用者可在其肩部上承受比其在其肩部上承受較重的重量負載。頸帶905亦可具有較大表面積，在該較大表面積上方，熱量散發且散佈至周圍環境中。因此，頸帶905可允許比獨立眼鏡裝置上原本可能的更大的電池及計算能力。由於在頸帶905中攜載的重量可比在眼鏡裝置902中攜帶的重量對使用者的侵入性小，因此，與使用者將承受佩戴較重獨立眼鏡裝置相比，使用者可承受佩戴較輕眼鏡裝置並且攜載或佩戴配對裝置更長的時間，從而使得使用者能夠將人工實境環境更全面地融入至其日常活動中。

頸帶905可與眼鏡裝置902及/或其他裝置通信地耦合。此等其他裝置可向擴增實境系統900提供某些功能（例如，追蹤、定位、深度映射、處理、儲存等）。在圖9之具體實例中，頸帶905可包括兩個聲音換能器（例如，920（I）及920（J）），其為麥克風陣列的一部分（或潛在地形成其自己的麥克風子陣列）。頸帶905亦可包括控制器925及電源935。

頸帶905之聲音換能器920（I）及920（J）可經配置以偵測聲音並將所偵測到聲音轉換成電子格式（類比或數位）。在圖9之具體實例中，聲音換能器920（I）及920（J）可被定位在頸帶905上，從而增加頸帶聲音換能器920（I）及920（J）與位於眼鏡裝置902上之其他聲音換能器920之間的距離。在一些狀況下，增加麥克風陣列之聲音換能器920之間的距離可改良經由麥克風陣列執行的波束成形的準確性。舉例而言，若聲音由聲音換能器920（C）及920（D）偵測到，並且聲音換能器920（C）與920（D）之間的距離大於例如聲音換能器920（D）與920（E）之間的距離，所偵測到聲音之所判定源位置可比聲音換能器920（D）及920（E）已偵測到聲音的情況更準確。

頸帶905之控制器925可處理由頸帶905及/或擴增實境系統900上之感測器產生的資訊。舉例而言，控制器925可處理來自麥克風陣列之資訊，該資訊描述由麥克風陣列偵測到的聲音。對於每一所偵測到聲音，控制器925可執行到達方向（DOA）估計以估計所偵測到聲音到達麥克風陣列的方向。當麥克風陣列偵測到聲音時，控制器925可用該資訊填充音訊資料集。在擴增實境系統900包括慣性量測單元之具體實例中，控制器925可自位於眼鏡裝置902上之IMU計算所有慣性及空間計算。連接器可在擴增實境系統900與頸帶905之間以及擴增實境系統900與控制器925之間傳遞資訊。該資訊可為以下形式：光學資料、電資料、無線資料或任何其他可傳輸資料形式。將由擴增實境系統900產生的資訊的處理移動至頸帶905可減輕眼鏡裝置902中之重量及熱量，從而使使用者更舒適。

頸帶905中之電源935可向眼鏡裝置902及/或頸帶905提供功率。電源935可包括但不限於鋰離子電池、鋰聚合物電池、一次鋰電池、鹼性電池或任何其他形式的電力儲存裝置。在一些狀況下，電源935可為有線電源。在頸帶905上而非在眼鏡裝置902上包括電源935可幫助更佳地分配由電源935產生的重量及熱量。

如所註明，一些人工實境系統可代替將人工實境與實際實境相融合，實質上用虛擬體驗來替換使用者對真實世界的感官知覺中之一或多者。此類型的系統的一個實例為頭戴式顯示系統，諸如圖10中之虛擬實境系統1000，其大部分或完全覆蓋使用者的視野。虛擬實境系統1000可包括前剛性主體1002及帶1004，帶經塑形為裝配在使用者頭部周圍。虛擬實境系統1000亦可包括輸出音訊換能器1006（A）及1006（B）。此外，雖然在圖10中未示出，但前剛性體1002可包括一或多個電子元件，包括一或多個電子顯示器，一或多個慣性量測單元（IMU），一或多個追蹤發射器或偵測器及/或用於形成人工實境體驗的任何其他合適裝置或系統。

人工實境系統可包括各種類型的視覺回饋機制。舉例而言，擴增實境系統900及/或虛擬實境系統1000中之顯示裝置可包括一或多個液晶顯示器（LCD）、發光二極體（LED）顯示器、微型LED顯示器、有機LED（OLED）顯示器、數位光投射（DLP）微顯示器，矽上液晶（LCoS）微顯示器及/或任何其他合適類型的顯示螢幕。此等人工實境系統可包括用於兩隻眼睛的單個顯示螢幕，或可提供用於每隻眼睛的顯示螢幕，此可為變焦調整或校正使用者的折射異常提供額外的靈活性。此等人工實境系統中之一些人工實境系統亦可包括具有一或多個透鏡（例如，凹透鏡或凸透鏡、菲涅耳透鏡、可調整液體透鏡等）的光學子系統，使用者可藉由該光學子系統觀看顯示螢幕。此等光學子系統可用於多種目的，包括準直（例如，使物件看上去比其物理距離更大的距離），放大（例如，使物件看上去比其實際大小更大），及/或（例如，向觀眾之眼睛）中繼光。此等光學子系統可用於非瞳孔成形架構（諸如直接使光準直但會導致所謂的枕形失真的單透鏡配置）及/或瞳孔成形架構（諸如產生所謂桶形失真以消除枕形失真的多透鏡配置）。

除了使用顯示螢幕外或代替使用顯示螢幕，本文中所描述之人工實境系統中之一些人工實境系統可包括一或多個投影系統。舉例而言，擴增實境系統900及/或虛擬實境系統1000中之顯示裝置可包括將光（使用例如波導）投射至顯示裝置中之微LED投影機，諸如允許環境光從中通過的清透組合透鏡。顯示裝置可將投射光朝向使用者瞳孔折射，且可使得使用者能夠同時觀看人工實境內容及真實世界。顯示裝置可使用各種不同的光學組件中之任一者來完成此操作，包括波導組件（例如，全像、平面、繞射、偏振及/或反射波導元件），光操縱表面及元件（諸如繞射、反射及折射元件及光柵）、耦合元件等。人工實境系統亦可經配置有任何其他合適類型或形式的影像投影系統，諸如在虛擬視網膜顯示器中使用的視網膜投影機。

本文中所描述之人工實境系統亦可包括各種類型之電腦視覺組件及子系統。舉例而言，擴增實境系統900及/或虛擬實境系統1000可包括一或多個光學感測器，諸如二維（2D）或3D相機，結構化光發射器及偵測器、飛行時間深度感測器、單光束或掃掠雷射測距儀、3D LiDAR感測器及/或任何其他合適類型或形式的光學感測器。人工實境系統可處理來自此等感測器中之一或多者的資料，以識別使用者之位置，繪製真實世界地圖，為使用者提供關於真實世界周圍的上下文及/或執行各種其他功能。

本文中所描述人工實境系統亦可包括一或多個輸入及/或輸出音訊換能器。輸出音訊換能器可包括音圈揚聲器、帶式揚聲器、靜電揚聲器、壓電揚聲器、骨傳導換能器、軟骨傳導換能器，耳屏振動換能器及/或任何其他合適類型或形式的音訊換能器。類似地，輸入音訊換能器可包括電容式麥克風、動態麥克風、帶式麥克風及/或任何其他類型或形式的輸入換能器。在一些具體實例中，單個換能器可用於音訊輸入及音訊輸出兩者。

在一些具體實例中，本文中所描述之人工實境系統亦可包括觸覺（亦即，觸覺）回饋系統，可將其併入至頭飾、手套、緊身衣、手持控制器、環境裝置（例如，椅子、地板墊等）中，及/或任何其他類型的裝置或系統。觸覺回饋系統可提供各種類型的皮膚回饋，包括振動、力、牽引力、紋理及/或溫度。觸覺回饋系統亦可提供各種類型的運動感覺回饋，諸如運動及順應性。觸覺回饋可使用電動機、壓電致動器、流體系統及/或各種其他類型的回饋機構來實施。觸覺回饋系統可獨立於其他人工實境裝置，在其他人工實境裝置內及/或結合其他人工實境裝置來實施。

藉由提供觸覺、聽覺內容及/或視覺內容，人工實境系統可在各種上下文及環境中形成完整的虛擬體驗或增強使用者的真實世界體驗。舉例而言，人工實境系統可在特定環境內輔助或擴展使用者的感知、記憶或認知。一些系統可增強使用者與實境世界中其他人的互動，或可實現與虛擬世界中其他人的更沉浸式互動。人工實境系統亦可用於教育目的（例如，用於學校、醫院、政府組織、軍事組織、商業企業等的教學或培訓），娛樂目的（例如，用於玩視訊遊戲、聽音樂、觀看視訊內容等）及/或出於可接取性目的（例如，作為助聽器，助視器等）。本文中所揭示具體實例可在此等上下文及環境中之一或多者及/或在其他上下文及環境中啟用或增強使用者的人工實境體驗。

在一些具體實例中，本文中所描述之系統亦可包括眼動追蹤子系統，該眼動追蹤子系統經設計為識別及追蹤使用者之眼睛的各種特性，諸如使用者的注視方向。在一些實例中，片語「眼動追蹤」可指代量測、偵測、感測、判定及/或監控眼睛的位置、定向及/或運動的過程。所揭示系統可以各種不同的方式量測眼睛之位置、方向及/或運動，包括藉由使用各種基於光學的眼動追蹤技術、基於超聲的眼動追蹤技術等。眼動追蹤子系統可以多種不同方式進行配置，並且可包括各種不同的眼動追蹤硬體組件或其他電腦視覺組件.舉例而言，眼動追蹤系統可包括各種不同的光學感測器，諸如二維（2D）或3D相機、飛行時間深度感測器、單光束或掃掠雷射測距儀、3D LiDAR感測器及/或任何其他適合類型或形式的光學感測器。在此實例中，處理子系統可處理來自此等感測器中之一或多者的資料以量測、偵測、判定及/或以其他方式監控使用者之眼睛的位置、定向及/或運動。

圖11為併入有能夠追蹤使用者之眼睛的眼動追蹤子系統之例示性系統1100的說明。如在圖11中所描繪，系統1100可包括光源1102、光學子系統1104、眼動追蹤子系統1106，及/或控制子系統1108。在一些實例中，光源1102可產生用於影像（例如，欲向觀眾之眼睛1101呈現）的光。光源1102可表示各種合適的裝置中之任一者。舉例而言，光源1102可包括二維投影機（例如，LCoS顯示器）、掃描源（例如，掃描雷射）或其他裝置（例如，LCD、LED顯示器、OLED顯示器、主動矩陣OLED顯示器（AMOLED）、透明OLED顯示器（TOLED）、波導，或一些其他能夠產生光以向觀眾呈現影像的顯示器）。在一些實例中，影像可表示虛擬影像，其可係指由來自空間中之點的光線的明顯發散形成的光學影像，與由光線的實際發散形成的影像相反。

在一些具體實例中，光學子系統1104可接收由光源1102產生的光並且基於接收到的光產生包括影像之會聚光1120。在一些實例中，光學子系統1104可包括可能與致動器及/或其他裝置通信的任何數目的透鏡（例如，菲涅耳透鏡、凸透鏡、凹透鏡）、光圈、濾光器、反射鏡、稜鏡及/或其他光學組件。特定而言，致動器及/或其他裝置可平移及/或旋轉光學組件中之一或多者以變更會聚光1120之一或多個態樣。此外，各種機械耦合可用於以任何合適的組合維持光學組件的相對間距及/或定向。

在一個具體實例中，眼動追蹤子系統1106可產生指示觀眾之眼睛1101的注視角度的追蹤資訊。在此具體實例中，控制子系統1108可至少部分基於此追蹤資訊而控制光學子系統1104之態樣（例如，會聚光1120之入射角）。此外，在一些實例中，控制子系統1108可儲存及利用歷史追蹤資訊（例如，在給定持續時間（諸如前一秒或其分數）內的追蹤資訊的歷史）來預測眼睛1101之注視角度（例如，視軸與眼睛1101之解剖軸之間的角度）。在一些具體實例中，眼動追蹤子系統1106可偵測自眼睛1101之某一部分（例如，角膜、虹膜、瞳孔或其類似物）發出的輻射來判定眼睛1101之當前注視角度。在其他實例中，眼動追蹤子系統1106可採用波前感測器來追蹤瞳孔之當前位置。

可使用任何數目的技術來追蹤眼睛1101。一些技術可涉及用紅外線光照明眼睛1101，並且使用至少一個經調諧成對紅外線光敏感的光學感測器量測反射。可分析關於紅外線光如何自眼睛1101反射的資訊以判定一或多個眼部特徵（諸如角膜、瞳孔、虹膜及/或視網膜血管）之位置、定向及/或運動。

在一些實例中，由眼動追蹤子系統1106之感測器捕獲的輻射可經數位化（亦即，轉換為電子信號）。此外，感測器可將此電子信號之數位表示傳輸至一或多個處理器（例如，與包括眼動追蹤子系統1106的裝置相關聯的處理器）。眼動追蹤子系統1106可包括各種不同配置中之各種感測器中之任一者。舉例而言，眼動追蹤子系統1106可包括對紅外線輻射作出反應的紅外線偵測器。紅外線偵測器可為熱偵測器、光子偵測器及/或任何其他合適類型的偵測器。熱探測器可包括對入射紅外線輻射之熱效應作出反應的偵測器。

在一些實例中，一或多個處理器可處理由眼動追蹤子系統1106之感測器產生的數位表示，以追蹤眼睛1101之移動。在另一實例中，此等處理器可藉由執行由儲存在非暫態記憶體上之電腦可執行指令表示的演算法來追蹤眼睛1101之移動。在一些實例中，晶載邏輯（例如，特殊應用積體電路或ASIC）可用於執行此類演算法之至少一部分。如所述，眼動追蹤子系統1106可經程式化以使用感測器之輸出來追蹤眼睛1101之移動。在一些具體實例中，眼動追蹤子系統1106可分析由感測器產生之數位表示，以自反射的改變提取眼睛旋轉資訊。在一個具體實例中，眼動追蹤子系統1106可使用角膜反射或閃爍（亦被稱為浦金耶影像）及/或眼睛瞳孔1122的中心作為隨時間追蹤的特徵。

在一些具體實例中，眼動追蹤子系統1106可使用眼睛瞳孔1122的中心及紅外線或近紅外線、非準直光來形成角膜反射。在此等具體實例中，眼動追蹤子系統1106可使用眼睛瞳孔1122的中心與角膜反射之間的向量來計算眼睛1101的注視方向。在一些具體實例中，所揭示之系統可在追蹤使用者之眼睛之前為個體執行校準程序（使用例如監督或非監督技術）。舉例而言，校準程序可包括指導使用者查看顯示器上顯示的一或多個點，同時眼動追蹤系統記錄對應於與每一點相關聯的每一注視位置的值。

在一些具體實例中，眼動追蹤子系統1106可使用兩種類型的紅外線及/或近紅外線（也稱為主動光）眼動追蹤技術：明瞳及暗瞳眼動追蹤，此可基於照明源相對於所使用光學元件的位置進行區分。若照明與光路同軸，則眼睛1101可充當逆反射器，因為光線自視網膜反射，從而形成類似於攝影中之紅眼效應的明瞳效應。若照明源偏離光路，則眼睛瞳孔1122可會顯得較暗，此係因為來自視網膜之逆反射經引導遠離感測器。在一些具體實例中，明瞳追蹤可形成更大的虹膜/瞳孔對比度，從而允許具有虹膜色素沉著的更穩健的眼動追蹤，並且可以減少干擾（例如，由睫毛及其他模糊特徵引起的干擾）為特徵。明瞳追蹤亦可允許在自完全黑暗至極其明亮的環境的照明條件下進行追蹤。

在一些具體實例中，控制子系統1108可控制光源1102及/或光學子系統1104以減少可由眼睛1101引起或受其影響的影像之光學像差（例如色差及/或單色像差）。在一些實例中，如上文所提及，控制子系統1108可使用來自眼動追蹤子系統1106的追蹤資訊來執行此類控制。舉例而言，在控制光源1102，控制子系統1108可變更由光源1102產生的光（例如，藉由影像渲染）以修改（例如，預失真）影像，以使得減少了眼睛1101引起的影像像差。

所揭示之系統可追蹤瞳孔之位置及相對大小兩者（因為例如瞳孔擴張及/或收縮）。在一些實例中，用於偵測及/或追蹤瞳孔之眼動追蹤裝置及組件（例如，感測器及/或源）對於不同類型的眼睛可係不同的（或以不同方式校準）。舉例而言，對於不同顏色及/或不同瞳孔類型、大小及/或其類似物的眼睛，感測器之頻率範圍可能不同（或以單獨方式校準）。如此，本文中所描述之各種眼動追蹤組件（例如，紅外線源及/或感測器）可需要針對每一單獨的使用者及/或眼睛進行校準。

所揭示之系統可在有及無視覺校正的情況下追蹤雙眼，諸如由使用者佩戴的隱形眼鏡提供的視覺校正。在一些具體實例中，視覺校正元件（例如，可調透鏡）可直接併入至本文中所描述之人工實境系統中。在一些實例中，使用者之眼睛的顏色可能需要修改對應的眼動追蹤演算法。舉例而言，眼動追蹤演算法可需要至少部分基於棕色眼睛與例如藍色眼睛之間的不同顏色對比度進行修改。

圖12為圖11中所說明之眼動追蹤子系統的各種態樣的更詳細說明。如此圖中所示，眼動追蹤子系統1200可包括至少一個源1204及至少一個感測器1206。源1204通常表示能夠發射輻射的任何類型或形式的元件。在一個實例中，源1204可產生可見、紅外線及/或近紅外線輻射。在一些實例中，源1204可向使用者之眼睛1202輻射電磁光譜之未經準直紅外線及/或近紅外線部分。源1204可利用各種採樣率及速度。舉例而言，所揭示之系統可使用具有較高採樣率的源以便捕獲使用者之眼睛1202的凝視眼動及/或正確量測使用者之眼睛1202的跳視動態。如上文所述，任何類型或形式的眼動追蹤技術可用於追蹤使用者之眼睛1202，包括基於光學的眼動追蹤技術、基於超音波的眼動追蹤技術等。

感測器1206通常表示能夠偵測輻射的任何類型或形式的元件，諸如自使用者之眼睛1202反射的輻射。感測器1206之實例包括但不限於電荷耦合裝置（CCD）、光二極體陣列、基於互補金屬氧化物半導體（CMOS）的感測器裝置及/或其類似物。在一個實例中，感測器1206可表示具有預定參數的感測器，包括但不限於動態解析度範圍、線性度及/或選擇的其他特性及/或專為眼動追蹤而設計。

如上文所述，眼動追蹤子系統1200可產生一或多個閃爍。如上文所詳述，閃爍1203可表示來自使用者之眼睛的結構的輻射的反射（例如，來自紅外線源的紅外線輻射，諸如源1204）。在各種具體實例中，閃爍1203及/或使用者的瞳孔可使用由處理器（在人工實境裝置內或外部）執行的眼動追蹤演算法來追蹤。舉例而言，人工實境裝置可包括處理器及/或記憶體裝置以便在本地執行眼動追蹤，及/或收發器以發送及接收在外部裝置（例如，行動電話、雲端伺服器或其他計算裝置）上執行眼動追蹤所需的資料。

圖12示出由眼動追蹤子系統（諸如眼動追蹤子系統1200）所捕獲之實例影像1205。在此實例中，影像1205可包括使用者的瞳孔1208及其附近閃爍1210兩者。在一些實例中，瞳孔1208及/或閃爍1210可使用基於人工智慧的演算法（諸如基於電腦視覺的演算法）來識別。在一個具體實例中，影像1205可表示一系列圖框中之單個圖框，所述圖框可被連續分析以便追蹤使用者的眼睛1202。此外，瞳孔1208及/或閃爍1210可在一段時間內被追蹤以判定使用者的注視。

在一個實例中，眼動追蹤子系統1200可經配置以識別及量測使用者之瞳孔間距離（IPD）。在一些具體實例中，眼動追蹤子系統1200可在使用者佩戴人工實境系統時量測及/或計算使用者之IPD。在此等具體實例中，眼動追蹤子系統1200可偵測使用者之眼睛的位置並且可使用此資訊來計算使用者的IPD。

如所述，本文中所揭示之眼動追蹤系統或子系統可以多種方式追蹤使用者之眼睛位置及/或眼睛移動。在一個實例中，一或多個光源及/或光學感測器可捕獲使用者眼睛之影像。眼動追蹤子系統然後可使用所捕獲資訊來判定使用者之瞳孔間距離、眼距及/或每一眼睛的3D位置（例如，用於失真調整目的），包括扭轉及旋轉的量級（亦即、滾動、俯仰及擺動）及/或每一眼睛的注視方向。在一個實例中，紅外線光可由眼動追蹤子系統發射並且自每一眼睛反射。反射光可由光學感測器接收或偵測並且分析以自每一眼睛反射的紅外線光的改變提取眼睛旋轉資料。

眼動追蹤子系統可使用多種不同方法中之任一者來追蹤使用者之眼睛。舉例而言，光源（例如，紅外線發光二極體）可將點圖案發射至使用者之每一眼睛上。眼動追蹤子系統然後可偵測（例如，經由耦合至人工實境系統之光學感測器）並且分析來自使用者之每一眼睛的點圖案的反射，以識別使用者之每一瞳孔的位置。因此，眼動追蹤子系統可追蹤每一眼睛的多達六個自由度（亦即，3D位置、滾動、俯仰及擺動），並且追蹤量的至少一子集可自使用者之兩隻眼睛組合以估計注視點（亦即，使用者正在觀看的虛擬場景中之3D位置或位置）及/或IPD。

在一些狀況下，使用者之瞳孔及顯示器之間的距離可隨著使用者之眼睛移動沿不同方向觀看而改變。瞳孔與顯示器之間的隨著觀看方向改變而變化的距離可被稱為「瞳孔遊移」，並且可促進使用者在瞳孔與顯示器之間的距離改變時由於不同位置中的光聚焦而感知到失真。因此，量測相對於顯示器的不同眼睛位置及瞳孔距離處的失真並針對不同位置及距離生成失真校正可允許藉由追蹤使用者之眼睛的3D位置並且應用對應於使用者之眼睛中之每一眼睛在給定時間點的3D位置的失真校正來減輕由瞳孔遊移引起的失真。因此，知曉使用者之眼睛中之每一者的3D位置可允許藉由對每一3D眼睛位置應用失真校正減輕由眼睛瞳孔與顯示器之間的距離的改變引起的失真。此外，如上文所述，知曉使用者之眼睛中之每一者的位置亦可使得眼動追蹤子系統能夠對使用者之IPD進行自動調整。

在一些具體實例中，顯示子系統可包括各種額外子系統，所述子系統可結合本文中所描述之眼動追蹤子系統工作。舉例而言，顯示子系統可包括變焦子系統、場景渲染模組及/或會聚處理模組。變焦子系統可使左右顯示元件使顯示裝置的焦距變化。在一個具體實例中，變焦子系統可藉由移動顯示器、藉以觀看該顯示器的光學器件或兩者來物理地改變顯示器與光學器件之間的距離。另外，相對於彼此移動或平移兩個透鏡亦可用於改變顯示器之焦距。因此，變焦子系統可包括致動器或電動機，所述致動器或電動機移動顯示器及/或光學器件以改變其之間的距離。此變焦子系統可與顯示子系統分離或整合至顯示子系統中。變焦子系統亦可整合至其致動子系統及/或本文中所描述之眼動追蹤子系統中或與其分開。

在一個實例中，顯示子系統可包括會聚處理模組，該會聚處理模組經配置以基於由眼動追蹤子系統判定的注視點及/或注視線的估計交點來判定使用者注視的會聚深度。會聚可係指兩隻眼睛同時沿相反方向移動或旋轉以維持單一雙眼視覺，此可由人眼自然且自動地執行。因此，使用者之眼睛靠近的位置係使用者正在看的位置，並且典型地亦為使用者之眼睛聚焦的位置。舉例而言，會聚處理模組可對注視線進行三角量測，以估計與注視線交點相關聯的使用者的距離或深度。與注視線的交點相關聯的深度然後可用作適應距離的近似值，此可識別使用者之眼睛所指向的距使用者的距離。因此，會聚距離可允許判定使用者之眼睛應聚焦的位置以及眼睛聚焦的距使用者之眼睛的深度，從而向虛擬場景提供關於渲染調整的資訊（諸如物件或焦點平面）。

會聚處理模組可與本文中所描述之眼動追蹤子系統協調以對顯示子系統進行調整以考慮使用者之會聚深度。當使用者聚焦於在遠處之某物時，使用者之瞳孔可比在使用者聚焦於在近處之某物時分開稍微較遠。眼動追蹤子系統可獲得關於使用者之會聚度或聚焦深度的資訊，並且可當使用者之眼睛聚焦或靠近於在近處之某物時將顯示子系統調整為較近緊挨著，且當使用者之眼睛聚焦或靠近於在遠處之某物時分開較遠。

由上文所描述之眼動追蹤子系統產生的眼動追蹤資訊也可用於例如修改不同電腦產生的影像如何呈現的各種態樣。舉例而言，顯示子系統可經配置以基於由眼動追蹤子系統產生的資訊來修改電腦產生的影像如何呈現的至少一個態樣。舉例而言，可基於使用者之眼睛移動來修改電腦產生的影像，使得若使用者正在仰望，則電腦產生的影像可在螢幕上向上移動。類似地，若使用者正在向側面或向下看，則電腦產生的影像可在螢幕上向側面或向下移動。若使用者之眼睛閉合，電腦產生的影像可暫停或自顯示器移除，並且在使用者之眼睛重新睜開時恢復。

上文所描述眼動追蹤子系統可以多種方式併入至本文中所描述之各種人工實境系統中之一或多者中。舉例而言，系統1100及/或眼動追蹤子系統1200的各種組件中之一或多者可併入至圖9中之擴增實境系統900及/或圖10中之虛擬實境系統1000以使得此等系統能夠執行各種眼動追蹤任務（包括本文中所描述之眼動追蹤操作中之一或多者）。

本文中所描述及/或說明的處理參數及步驟順序僅藉由實例給出且可根據需要變化。舉例而言，雖然本文中說明及/或描述之步驟可以特定次序示出或論述，但此等步驟不一定需要以所說明或所論述次序執行。本文中所描述及/或說明之各種例示性方法亦可省略本文中所描述或說明之步驟中之一或多者，或除了所揭示步驟之外亦包括其他步驟。

提供前面的描述以使得所屬技術領域中具有通常知識者能夠最好地利用本文中所揭示之例示性具體實例的各種態樣。此例示性描述並不旨在為詳盡的或限於所揭示任何精確形式。在不脫離本發明之精神及範圍的情況下，可進行諸多修改及變型。在本文中所揭示之具體實例應被認為在所有方面為說明性的而非限制性。在判定本發明的範圍時，應參考所附的任何請求項及其等效物。

除非另有說明，否則說明書及/或申請專利範圍中使用的術語「連接至」及「耦合至」（及其派生詞）應解釋為允許直接及間接（亦即，經由其他元件或組件）連接。另外，在說明書及/或申請專利範圍中使用的術語「一（a）」或「一（an）」應被解釋為意指「中之至少一者」。最終，為了易於使用，在說明書及/或申請專利範圍中使用的術語「包括」及「具有」（以及其派生詞）可與單詞「包含」互換使用並具有相同的含義。

100:光子積體電路（PIC） 100(1):光子積體電路（PIC） 100(2):光子積體電路（PIC） 100(3):光子積體電路（PIC） 102:光學核心 104:包覆層 204:包覆層 400:光學組件 402:凹透鏡 404:凸透鏡 406:非平面表面 408:曲面 500:光子組件 502:光學環形共振器 504:光二極體 506:雷射 508:錐體 510:光學調變器 512:波導 514:耦合器 516:耦合器 518:光子晶體 520:光纖 522:光二極體 600:光子組件 602:光耦合器 604:波導 606:定向耦合器 608:馬赫-岑德干涉儀（MZI）裝置 610:分光器 700:系統 702:透鏡 800:方法 810:步驟 820:步驟 830:步驟 900:系統/擴增實境系統 902:眼鏡裝置 905:頸帶 910:框架 915(A):左顯示裝置 915(B):右顯示裝置 920(A):聲音換能器 920(B):聲音換能器 920(C):聲音換能器 920(D):聲音換能器 920(E):聲音換能器 920(F):聲音換能器 920(G):聲音換能器 920(H):聲音換能器 920(I):聲音換能器 920(J):聲音換能器 925:控制器 930:有線連接 935:電源 940:感測器 950:控制器 1000:系統 1002:前剛性主體 1004:帶 1006(A):輸出音訊換能器 1006(B):輸出音訊換能器 1100:系統 1101:眼睛 1102:光源 1104:光學子系統 1106:眼動追蹤子系統 1108:控制子系統 1120:會聚光 1122:瞳孔 1200:子系統/眼動追蹤子系統 1202:眼睛 1203:閃爍 1204:源 1205:影像 1206:感測器 1208:瞳孔 1210:閃爍

附圖說明了許多例示性具體實例並且為說明書之一部分。附圖與以下描述一起展示及解釋了本發明之各種原理。

[圖1]為根據本發明之一或多個具體實例的能夠設置在表面上之例示性光子積體電路的說明。

[圖2]為根據本發明之一或多個具體實例的能夠設置在表面上之例示性光子積體電路的說明。

[圖3]為根據本發明之一或多個具體實例的能夠設置在表面上之例示性光子積體電路的說明。

[圖4]為根據本發明之一或多個具體實例的包括凹透鏡及凸透鏡之例示性光學元件的說明。

[圖5]為根據本發明之一或多個具體實例的能夠經由光學各向異性有機材料實施的例示性光子組件的說明。

[圖6]為根據本發明之一或多個具體實例的能夠經由光學各向異性有機材料實施的例示性光子組件的說明。

[圖7]為根據本發明之一或多個具體實例的涉及設置在表面上之光子積體電路的例示性系統的說明。

[圖8]為根據本發明之一或多個具體實例的用於在表面上設置光子積體電路的例示性方法的流程圖。

[圖9]為可結合本發明之具體實例使用的例示性擴增實境眼鏡的說明。

[圖10]為可結合本發明之具體實例使用的例示性虛擬實境耳機的圖。

[圖11]為併入有能夠追蹤使用者之眼睛的眼動追蹤子系統的例示性系統的說明。

[圖12]為圖11中所說明之眼動追蹤子系統的各種態樣的更詳細說明。

100(1):光子積體電路(PIC)

100(2):光子積體電路(PIC)

100(3):光子積體電路(PIC)

700:系統

702:透鏡

Claims (20)

1. 一種系統，其包含： 至少一個光學元件；及 至少一個光子積體電路，其設置在該光學元件之表面上，該光子積體電路包含： 光學核心，其含有光學各向異性有機材料；及 包覆層，其設置在該光學核心上。
2. 如請求項1之系統，其中該光子積體電路之該包覆層含有光學各向異性有機材料。
3. 如請求項1之系統，其中該光學各向異性有機材料包含以下中之至少一者： 單軸定向折射率；或 雙軸定向折射率。
4. 如請求項1之系統，其中該光學核心： 經配置以傳輸電磁輻射；且 具有實質上等於該電磁輻射之波長的厚度。
5. 如請求項1之系統，其中該光子積體電路之該光學核心具有折射率，該折射率大於該包覆層之折射率。
6. 如請求項1之系統，其中該光學核心及該包覆層一起構成以下中之至少一者： 該光子積體電路之被動組件；及 該光子積體電路之主動元件。
7. 如請求項6之系統，其中該光子積體電路之該被動組件包含以下中之至少一者： 波導； 交叉結構； 錐體； 定向耦合器； 分束器；或 光柵。
8. 如請求項6之系統，其中該光子積體電路之該主動組件包含以下中之至少一者： 光調變器； 移相器；或 光開關或光閘極。
9. 如請求項1之系統，其中： 該光學元件包含具有平面表面之透鏡，該光子積體電路設置在該透鏡之該平面表面上；或是 該光學元件包含具有曲面之透鏡，該光子積體電路設置在該透鏡之該曲面上。
10. 如請求項9之系統，其進一步包含頭戴式顯示器，其尺寸是適合人工實境系統的使用者佩戴，其中該頭戴式顯示器併入有該透鏡及設置在該透鏡上之該光子積體電路。
11. 請求項10之系統，其中該頭戴式顯示器包含眼動追蹤裝置，該眼動追蹤裝置經配置以在該人工實境系統之該使用者操作該頭戴式顯示器時追蹤該使用者的注視，該眼動追蹤裝置併入有設置在該透鏡上之該光子積體電路。
12. 如請求項10之系統，其中該頭戴式顯示器包含發光裝置，該發光裝置經配置以在該使用者操作該頭戴式顯示器時照明該人工實境系統之該使用者之視線內的一區域，該發光裝置併入有設置在該透鏡上之該光子積體電路。
13. 如請求項1之系統，其中該光學各向異性有機材料具有至少1.9之折射率。
14. 如請求項1之系統，其中該光學各向異性有機材料具有至少0.05之雙折射率。
15. 如請求項1之系統，其中： 該非平面表面包含該光學元件之輪廓表面；且 該光學核心沿著該光學元件之該輪廓表面生長、沈積、圖案化、層壓或蝕刻。
16. 如請求項15之系統，其中該輪廓表面包含以下中之至少一者： 該光學元件之凸面；或 該光學元件之凹面。
17. 如請求項1之系統，其中該光學各向異性有機材料包含有機固體晶體材料。
18. 一種光子積體電路，其包含： 光學核心，其含有光學各向異性有機材料；及 包覆層，該包覆層： 被設置在該光學核心上方；且 被耦合至光學元件之非平面表面。
19. 如請求項18之光子積體電路，其中該光學核心具有折射率，該折射率大於該包覆層之折射率。
20. 一種方法，其包含： 形成光子積體電路，該光子積體電路包括包覆層及含有光學各向異性有機材料之光學核心，其中形成該光子積體電路包括將該包覆層設置在該光學核心上方； 將該光子積體電路設置在光學元件之非平面表面上；及 將該光學元件及設置在該光學元件上之該光子積體電路併入至尺寸是適合使用者佩戴的可穿戴裝置中。

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