[发明专利]具有偏振体全息图的光学系统

说明书

一种光学系统包括基底和形成在基底上方的偏振体全息图(PVH)复合膜。PVH复合膜包括第一PVH层和第二PVH层，第一PVH层形成在基底上方并具有第一旋向性的螺旋扭曲，第二PVH层耦合到第一PVH层并具有与第一旋向性正交的第二旋向性的螺旋扭曲。第一PVH层被配置为反射和会聚具有第一旋向性的圆偏振光。第二PVH层被配置为反射和会聚具有第二旋向性的圆偏振光。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年5月20日提交的美国申请第16/417,223号的优先权，出于所有目的，该美国申请的内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开涉及一种光学系统，且更具体地，涉及一种具有偏振体全息图(polarization volume hologram，PVH)层的光学系统。

背景

头戴式显示器(HMD)已经被广泛用于例如视频回放、游戏和体育。HMD的一个主要应用是实现虚拟现实(VR)或增强现实(AR)。

一些VR或AR应用需要监视用户的眼睛和/或用户眼睛周围的区域的眼睛跟踪功能。通过监视眼睛和/或周围的区域，HMD可以确定用户的注视方向，这可以用于改善显示质量、性能和/或用户体验，并且可以用于解决视觉辐辏/调节冲突。此外，通过监视眼睛和/或周围的区域，HMD可以估计用户的心理状态和/或心理状态的变化，以及用户的身体特征。HMD可以使用上述信息来例如确定向用户提供什么内容。例如，如果用户正专注于特定的任务或活动，则HMD可以确定用户不喜欢被其他信息打断，除非这样的信息对用户很重要。然而，在传统技术中，由于HMD特别是智能眼镜的尺寸小，很难布置各种额外的部件来进行眼睛跟踪。

概述

根据本公开，提供了一种光学系统，包括基底和形成在基底上方的偏振体全息图(PVH)复合膜。PVH复合膜包括第一PVH层和第二PVH层，第一PVH层形成在基底上方并具有第一旋向性的螺旋扭曲，第二PVH层耦合到第一PVH层并具有与第一旋向性正交的第二旋向性的螺旋扭曲。第一PVH层被配置为反射和会聚具有第一旋向性的圆偏振光。第二PVH层被配置为反射和会聚具有第二旋向性的圆偏振光。

在一些实施例中，第一PVH层和第二PVH层中的每一个可以被配置为反射红外(IR)光。

在一些实施例中，光学系统还可以包括：光源，其发射将被目标朝向第一PVH层和第二PVH层反射的光束，该光束具有IR光谱中的波长。

在一些实施例中，光源是第一光源，光束是第一光束，并且波长是第一波长；光学系统还包括：第二光源，其发射将被目标朝向第一PVH层和第二PVH层反射的第二光束，该第二光束具有在IR光谱中并且不同于第一波长的第二波长。

在一些实施例中，第一波长对应于由第一PVH层中的液晶(LC)分子形成的第一布拉格光栅的第一布拉格周期；并且第二波长对应于由第二PVH层中的LC分子形成的第二布拉格光栅的第二布拉格周期。

在一些实施例中，光学系统还可以包括：光学传感器，其被配置为使用由第一PVH层反射的偏振光生成第一图像，并且使用由第二PVH层反射的偏振光生成第二图像。

在一些实施例中，第一图像和第二图像是目标的同一区域的不同视角的视图。

在一些实施例中，第一图像和第二图像是目标的不同区域的图像。

在一些实施例中，光学系统还可以包括：光学开关，其被布置在PVH复合膜和光学传感器之间，并且被配置为在透射由第一PVH层反射的偏振光并阻挡由第二PVH层反射的偏振光的第一状态和透射由第二PVH层反射的偏振光并阻挡由第一PVH层反射的偏振光的第二状态之间切换。

在一些实施例中，光学开关包括：四分之一波片；和被配置为在两个正交的偏振方向之间切换的可切换线性偏振器。