[发明专利]紧凑型基于偏振的多通光学架构

说明书

本申请涉及一种紧凑型基于偏振的多通光学架构。一种光学系统，可以产生数字可切换光学能力、光程或两者。它可以应用于紧凑、轻量和高效用光的可重新配置的广角光学系统。增加光程的架构可以利用偏振分束器来生成一个或多个光学腔的附加往返行程。在增强/虚拟现实系统中改变合成图像的焦距是特别适合本文所教导的技术的应用的示例。无源双腔系统可以用于提高通量，并且减少基于偏振的紧凑型广角镜头中的杂散光/伪影。

本申请是申请日为2019年11月3日，申请号为201980085194.0，发明名称为“紧凑型基于偏振的多通光学架构”的申请的分案申请。

交叉引用

本申请要求于2018年11月2日提交的美国临时专利申请No.62/755,345的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

偏振已经用于产生由部分反射器和偏振分束器形成的光学腔的附加的往返行程(例如，US 6,075,651)。这些结构可以用于产生紧凑型广角镜头并增加光程。现有技术描述了在这样的镜头之前的铁电液晶开关，该开关允许光执行腔的单通或腔的附加的往返行程(例如，US 8,767,284)。

发明内容

本文公开的是一种同轴光学系统，其包括：线偏振器；光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；以及第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；其中线偏振器、光学开关以及所述第一反射偏振器和第二反射偏振器中的每一个以同轴方式定位。

位于第一反射偏振器的焦距和第二反射偏振器的焦距的两者内的观察者将观察具有可切换的放大率的自身像。

还公开了一种离轴光学系统，其包括：线偏振器；第一光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；第二光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第三反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第三反射偏振器具有曲率半径为R3的形状；以及第四反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第四反射偏振器具有曲率半径为R4的形状。第一反射偏振器和第二反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，第三反射偏振器和第四反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，使得取决于照射到其上的光的偏振态，第一反射偏振器和第二反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光，而第三反射偏振器和第四反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光。第一光学开关和第二光学开关可以分别被控制，使得由系统可以实现不同的四个光学能力中的一个，四个光学能力为R1+R3、R1+R4、R2+R3和R2+R4。

还公开了一种用于控制来自显示器的、能够由观察者观察到的光的光学系统，该系统包括：显示装置，透射圆偏振态；一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央部分反射器且在相对端部处分别由第一反射偏振器和第二反射偏振器限定，其中第一光学腔和第二光学腔中的每一个包括分离的四分之一波延迟器；以及输出偏振器。由系统通行到观察者的光包括透射穿过第一腔且在第二腔中再循环的第一光分量，以及在第一腔中再循环且透射穿过第二腔的第二光分量。

第一反射偏振器和第二反射偏振器的几何形状相同。使用第一腔形成的图像和使用第二腔形成的图像在观看者处叠加。