[發明專利]頭戴式顯示器中的可切換式反射圓偏振器

在審

• 申請號: 202211389516.0
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN115542555A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 彭楓琳;耿瑩;Y·N·B·蘇萊;M·王;呂璐;J·戈利耶
• 申請（專利權）人: 元平臺技術有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/28;G02B27/00;G02B27/09;G02B5/30;G02F1/1335;G02F1/137
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭振

本文中公開了用于在近眼顯示器系統中的多個圖像平面上顯示圖像的技術。一種可切換式光學設備包括第一偏振器，該第一偏振器可配置為將入射光偏振為第一圓偏振狀態的光；第二偏振器，該第二偏振器可配置為透射第二圓偏振狀態的光并且將第一圓偏振狀態的光反射為第一圓偏振狀態的光。該可切換式光學設備還包括部分反射器，該部分反射器位于第一偏振器與第二偏振器之間。該部分反射器被配置為透射來自第一偏振器的光并且反射來自第二偏振器的光，其中反射光和來自第二偏振器的光的偏振狀態不同。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者包括膽甾型液晶(CLC)圓偏振器，該膽甾型液晶圓偏振器通過電壓信號而是可切換的。

本申請是于國際申請日2018年8月8日提交的、2020年12月21日進入中國國家階段的、申請號為201880094876.3、發明名稱為“頭戴式顯示器中的可切換式反射圓偏振器”的分案申請。

背景技術

諸如形式為頭戴裝置或一副眼鏡的頭戴式顯示器(HMD)系統或平視顯示器(HUD)系統之類的人工現實系統通常包括近眼顯示器，該近眼顯示器被配置為經由電子顯示器或光學顯示器例如在用戶眼睛前方約10mm至20mm內向用戶呈現內容。如在虛擬現實(VR)應用、增強現實(AR)應用或混合現實(MR)應用中一樣，近眼顯示器可以顯示虛擬對象或組合真實對象的圖像與虛擬對象的圖像。例如，在AR系統中，用戶可以例如通過透視透明的顯示玻璃或鏡片(通常稱為光學透視)或通過觀看由相機所捕獲的周圍環境的顯示圖像(通常稱為視頻透視)，來觀看虛擬對象的圖像(例如，計算機生成圖像(CGI))和周圍環境兩者。

近眼顯示器系統可以包括光學系統，該光學系統被配置為在圖像平面上形成計算機生成圖像的圖像。近眼顯示器的光學系統可以中繼圖像源(例如，顯示面板)所生成的圖像，以創建虛擬圖像，該虛擬圖像看起來遠離圖像源并且不止與用戶的眼睛相距僅幾厘米遠。例如，光學系統可以準直來自圖像源的光，或以其他方式將顯示的虛擬對象的空間信息轉換為角度信息，以創建虛擬圖像，該虛擬圖像看起來很遠。光學系統還可以放大圖像源，以使圖像看起來大于圖像源的實際大小。在許多情況下，由于例如成本、尺寸、重量、有限視場、小眼箱、或用于中繼圖像源所生成的圖像的光學系統的效率低下，所以人工現實系統的應用受到限制。

發明內容

本公開一般涉及用于近眼顯示器的折疊式光學系統。反射圓偏振器(CP)可以用于折疊式光學系統，以替換對準的反射線性偏振器和波片，從而避免了反射線性偏振器和波片的對準。反射圓偏振器可以反射圓偏振光，同時保持反射光的偏手性與入射光的偏手性相同。反射圓偏振器可以使用例如膽甾型液晶(CLC)制成。在一些實施例中，反射圓偏振器可以為可切換式，使得折疊式光學系統可以具有不同的光學功率并且可以能夠在不同的圖像平面上中繼顯示的圖像。

在一些實施例中，一種可切換式光學設備可以包括第一偏振器，該第一偏振器可配置為將入射光偏振為第一圓偏振狀態的光；第二偏振器，該第二偏振器可配置為透射第二圓偏振狀態的光并且將第一圓偏振的光偏振狀態反射為第一圓偏振狀態的光；以及部分反射器，該部分反射器位于第一偏振器與第二偏振器之間。該部分反射器可以被配置為透射來自第一偏振器的光并且反射來自第二偏振器的光，其中反射光和來自第二偏振器的光可以具有不同的偏振狀態。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者可以包括膽甾型液晶(CLC)圓偏振器，該CLC圓偏振器可以通過電壓信號而可切換。

在可切換式光學設備的一些實施例中，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彎曲表面上。在一些實施例中，彎曲表面可以是光學透鏡的表面。

在可切換式光學設備的一些實施例中，膽甾型液晶(CLC)圓偏振器可以包括多個層，每個層具有不同的反射波長范圍。在一些實施例中，多個層中的每個層可以具有不同的節距。

在一些實施例中，第一偏振器或第二偏振器被配置為在接收電壓信號時透射第一圓偏振狀態的光和第二圓偏振狀態的光兩者。在一些實施例中，第一偏振器可以被配置為在接收電壓信號時將入射光偏振為第二圓偏振狀態的光。在一些實施例中，第一圓偏振狀態可以為左旋圓偏振，而第二圓偏振狀態可以為右旋圓偏振。