[发明专利]用于头戴式显示系统的偏振复用光学器件

说明书

本发明大体上涉及用于改善显示系统(例如激光扫描光束显示系统或HMD系统或其它装置的其它类型的显示系统(例如，微显示器))的性能和效率的技术。本公开的显示系统可以使用允许经改进的衍射光学器件优化的偏振多路复用。在至少一些实施方式中，显示系统可以根据波长(例如，颜色)或视场来选择性地偏振光。一种光学组合器可以包括偏振敏感衍射光学元件，偏振敏感衍射光学元件中的每一者针对颜色子集或整个视场的部分而被优化，从而为显示系统提供改进的校正光学器件。

技术领域

本发明总体涉及显示系统，且更具体地，涉及改进显示系统的效率和性能。

背景技术

当前一代虚拟现实(“VR”)体验是使用可被拴到固定计算机(例如个人计算机(“PC”)、膝上型计算机或游戏控制台)的、与智能电话和/或其相关联的显示器组合和/或集成或自包含的头戴式显示器(“HMD”)创建的。通常，HMD是佩戴在用户头部上的显示设备，其在一只眼睛(单目HMD)或每只眼睛(双目HMD)的前面具有小显示设备。显示单元通常是小型化的，并且可以包括例如CRT、LCD、硅基液晶(LCoS)、OLED技术或激光扫描光束显示器。双目HMD具有向每只眼睛显示不同图像的潜力。这种能力被用于显示立体图像。

随着智能电话、高清晰度电视以及其它电子设备的发展，对具有增强性能的显示器的需求增加。虚拟现实和增强现实系统，特别是使用HMD的系统的日益普及，已经进一步增加了这种需求。虚拟现实系统通常完全包围佩戴者的眼睛，并用“虚拟”现实代替佩戴者前方的实际或物理视图(或实际现实)，而增强现实系统通常提供佩戴者眼睛前方的一个或多个屏幕的半透明或透明覆盖，使得实际视图用附加信息增强，并且媒介化现实系统可以类似地将现实世界元素与虚拟元素相结合的信息呈现给观看者。

对于增强现实应用，可以提供将虚拟图像和现实世界进行组合并同时传递给用户的眼睛的透视光学组合器。一旦用于光组合器的这种技术使用了高效率的衍射光学器件，就能够容易地制造，并有其它优点。然而，设计在整个视场上和/或在多个波长上提供高水平校正的衍射光学组合器可能是一个重大的挑战。

发明内容

头戴式显示系统可以概括为包括：支撑结构；以及连接到支撑结构的显示系统。显示系统包括：显示光源；选择性偏振光学器件，用于接收来自显示光源的光，并且输出处于第一偏振状态的第一颜色的光和处于第二偏振状态的第二颜色的光，第二偏振状态与第一偏振状态正交；以及光组合器，其被定位成接收来自选择性偏振光学器件的光并向观察者的眼睛提供图像。光组合器包括：第一偏振敏感衍射光学元件(PSDOE)，第一偏振敏感衍射光学元件包括第一衍射图案，第一衍射图案衍射第一偏振状态的光并通过第二偏振状态的光而不衍射，第一衍射图案为第一颜色提供经优化的校正；以及第二PSDOE，其包括第二衍射图案，第二衍射图案衍射第二偏振状态的光并且使第一偏振状态的光通过而不衍射，第二衍射图案为第二颜色提供经优化的校正。选择性偏振光学器件、第一PSDOE和第二PSDOE中的每一者可以包括多扭曲延迟器。选择性偏振光学器件、第一PSDOE和第二PSDOE中的至少一者可以包括多扭曲延迟器。选择性偏振光学器件、第一PSDOE和第二PSDOE中的至少一者可以包括液晶材料。选择性偏振光学器件可以用于输出处于第二偏振状态的第三颜色的光，并且第二衍射图案可以为第二颜色和第三颜色提供经优化的校正。第一颜色可以是红色，第二颜色和第三颜色可以分别是绿色和蓝色。第一颜色可以是红色，第二颜色可以是绿色或蓝色。光组合器可以包括入连接器和出连接器。支撑结构可以包括眼镜镜片。显示光源可以包括激光扫描光束系统或微型显示器。