[发明专利]头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器

说明书

本文中公开了用于在近眼显示器系统中的多个图像平面上显示图像的技术。一种可切换式光学设备包括第一偏振器，该第一偏振器可配置为将入射光偏振为第一圆偏振状态的光；第二偏振器，该第二偏振器可配置为透射第二圆偏振状态的光并且将第一圆偏振状态的光反射为第一圆偏振状态的光。该可切换式光学设备还包括部分反射器，该部分反射器位于第一偏振器与第二偏振器之间。该部分反射器被配置为透射来自第一偏振器的光并且反射来自第二偏振器的光，其中反射光和来自第二偏振器的光的偏振状态不同。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者包括胆甾型液晶(CLC)圆偏振器，该胆甾型液晶圆偏振器通过电压信号而是可切换的。

本申请是于国际申请日2018年8月8日提交的、2020年12月21日进入中国国家阶段的、申请号为201880094876.3、发明名称为“头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器”的分案申请。

背景技术

诸如形式为头戴装置或一副眼镜的头戴式显示器(HMD)系统或平视显示器(HUD)系统之类的人工现实系统通常包括近眼显示器，该近眼显示器被配置为经由电子显示器或光学显示器例如在用户眼睛前方约10mm至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)应用中一样，近眼显示器可以显示虚拟对象或组合真实对象的图像与虚拟对象的图像。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透视透明的显示玻璃或镜片(通常称为光学透视)或通过观看由相机所捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成图像(CGI))和周围环境两者。

近眼显示器系统可以包括光学系统，该光学系统被配置为在图像平面上形成计算机生成图像的图像。近眼显示器的光学系统可以中继图像源(例如，显示面板)所生成的图像，以创建虚拟图像，该虚拟图像看起来远离图像源并且不止与用户的眼睛相距仅几厘米远。例如，光学系统可以准直来自图像源的光，或以其他方式将显示的虚拟对象的空间信息转换为角度信息，以创建虚拟图像，该虚拟图像看起来很远。光学系统还可以放大图像源，以使图像看起来大于图像源的实际大小。在许多情况下，由于例如成本、尺寸、重量、有限视场、小眼箱、或用于中继图像源所生成的图像的光学系统的效率低下，所以人工现实系统的应用受到限制。

发明内容

本公开一般涉及用于近眼显示器的折叠式光学系统。反射圆偏振器(CP)可以用于折叠式光学系统，以替换对准的反射线性偏振器和波片，从而避免了反射线性偏振器和波片的对准。反射圆偏振器可以反射圆偏振光，同时保持反射光的偏手性与入射光的偏手性相同。反射圆偏振器可以使用例如胆甾型液晶(CLC)制成。在一些实施例中，反射圆偏振器可以为可切换式，使得折叠式光学系统可以具有不同的光学功率并且可以能够在不同的图像平面上中继显示的图像。

在一些实施例中，一种可切换式光学设备可以包括第一偏振器，该第一偏振器可配置为将入射光偏振为第一圆偏振状态的光；第二偏振器，该第二偏振器可配置为透射第二圆偏振状态的光并且将第一圆偏振的光偏振状态反射为第一圆偏振状态的光；以及部分反射器，该部分反射器位于第一偏振器与第二偏振器之间。该部分反射器可以被配置为透射来自第一偏振器的光并且反射来自第二偏振器的光，其中反射光和来自第二偏振器的光可以具有不同的偏振状态。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者可以包括胆甾型液晶(CLC)圆偏振器，该CLC圆偏振器可以通过电压信号而可切换。

在可切换式光学设备的一些实施例中，第一偏振器、第二偏振器或部分反射器中的至少一者可以位于弯曲表面上。在一些实施例中，弯曲表面可以是光学透镜的表面。

在可切换式光学设备的一些实施例中，胆甾型液晶(CLC)圆偏振器可以包括多个层，每个层具有不同的反射波长范围。在一些实施例中，多个层中的每个层可以具有不同的节距。

在一些实施例中，第一偏振器或第二偏振器被配置为在接收电压信号时透射第一圆偏振状态的光和第二圆偏振状态的光两者。在一些实施例中，第一偏振器可以被配置为在接收电压信号时将入射光偏振为第二圆偏振状态的光。在一些实施例中，第一圆偏振状态可以为左旋圆偏振，而第二圆偏振状态可以为右旋圆偏振。