光学系统技术方案

本发明专利技术描述了包括至少第一透镜、部分反射器以及反射偏振器的光学系统。所述光学系统具有光轴，使得沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射。所述光学系统的至少一个主表面关于所述光轴不旋转对称。所述光学系统的主表面可具有由第一公式定义的第一部分以及由不同的公式定义的与第一部分相邻的第二部分。所述第一透镜可具有适于邻近观察者的眼睛放置并基本上与观察者的面部相适应的仿形边缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学系统
技术介绍
光学系统可包括在头戴式显示器中以向观察者提供图像。光学系统可包括显示面板以及显示面板与观察者的眼睛之间的各种光学部件。
技术实现思路
在本说明书的一些方面中，提供了光学系统，该光学系统包括第一透镜、第二透镜、部分反射器以及反射偏振器。第一透镜和第二透镜中的至少一者在两个互相正交的方向上具有屈光度。部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率。反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。光学系统具有光轴，使得沿该光轴传播的光线穿过第一透镜、第二透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射。在一些实施方案中，光学系统的至少一个主表面关于光轴不旋转对称。在一些实施方案中，第一透镜、第二透镜、部分反射器以及反射偏振器中的至少一者包括至少一个包括光轴的不对称平面。在一些实施方案中，光学系统相对于入射在光学系统上并与光轴成较小的第一入射角而不是较大的第二入射角的光线关于光轴旋转对称，并且其中对于第一入射角和第二入射角中的每一个，多个入射光线穿过第一透镜、第二透镜、部分反射器以及反射偏振器。在本说明书的一些方面中，提供了光学系统，该光学系统包括第一透镜、部分反射器以及反射偏振器。部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率。反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。光学系统具有光轴，使得沿该光轴传播的光线穿过第一透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射。第一透镜具有由相应不同的第一公式和第二公式定义的相反的第一主表面和第二主表面。每个公式而不是每个主表面关于光轴旋转对称。在本说明书的一些方面中，提供了光学系统，该光学系统包括在两个互相正交的方向上具有屈光度的第一透镜、部分反射器以及反射偏振器。部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率。反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。光学系统具有光轴，使得沿该光轴传播的光线穿过第一透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射。第一透镜具有相反的第一主表面和第二主表面，每个主表面具有由第一公式定义的第一部分以及由不同的第二公式定义的与第一部分相邻的第二部分。每个主表面的第一公式和第二公式关于光轴旋转对称。在本说明书的一些方面中，提供了用于向观察者显示图像的光学系统。该光学系统包括：第一透镜，该第一透镜在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，该部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。第一透镜具有适于邻近观察者的眼睛放置并基本上与观察者的面部相适应的仿形边缘。在本说明书的一些方面中，提供了头戴式显示系统。头戴式显示系统包括：显示器，该显示器发射图像以供观察者的眼睛观看；第一透镜；部分反射器，该部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。光学系统具有光轴，使得由显示器发射的沿该光轴传播的第一图像射线穿过第一透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射并且穿过观察者的眼睛的瞳孔。由显示器发射的并与光轴成第一斜角的至少一个第二图像射线穿过第一透镜、部分反射器、反射偏振器并且穿过观察者的眼睛的瞳孔，使得与至少一个第二图像射线重合的直线与观察者的面部特征相交于交点处。显示器设置在交点与观察者的眼睛之间。在本说明书的一些方面中，提供了光学系统，该光学系统包括：第一透镜；部分反射器，该部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。光学系统具有光轴，使得沿该光轴传播的光线穿过第一透镜、部分反射器以及反射偏振器而基本上不被折射。对于光学系统的至少一个主表面而言，该主表面不具有关于光轴旋转对称的表面部分。在本说明书的一些方面中，提供了制造定制的光学叠堆的方法。该方法包括测量观察者的面部轮廓；以及提供第一透镜，该第一透镜具有适于邻近观察者的眼睛放置并基本上与所测量的观察者的面部轮廓相适应的仿形边缘。光学叠堆包括基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光的反射偏振器。反射偏振器设置在第一透镜的主表面上。在本说明书的一些方面中，提供了光学系统，该光学系统包括：第一透镜；部分反射器，该部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。对于光学系统的至少一个主表面而言，使用最小二乘拟合对至少一个主表面拟合的任何n次多项式之间的最大相关系数小于0.95，n大于零。在本说明书的一些方面中，提供了透镜，该透镜包括具有相反的第一主表面和第二主表面的透镜基底以及设置在第一主表面和第二主表面中的一者上的具有各向异性机械特性的膜。膜具有与透镜基底的长轴对准的第一轴。透镜在两个互相正交的方向上具有屈光度，并且该透镜关于任何轴不旋转对称。在本说明书的一些方面中，提供了透镜，该透镜包括透镜基底和设置在透镜基底的主表面上的具有各向异性机械特性的膜。透镜具有主轴。主表面在沿第一方向的第一半径处距主轴的第一最大垂度，并且在沿第二方向的第二半径处距主轴的第二最大垂度。第一方向沿与主轴正交的第一轴，并且第二方向沿与主轴和第一轴两者正交的第二轴。第一最大垂度与第一半径的第一比率为第二最大垂度与第二半径的第二比率的至少1.05倍。第二比率为至少0.1。膜具有与第一轴或第二轴以预定方式对准的膜轴。在本说明书的一些方面中，提供了具有各向异性机械特性的成形光学膜。成形光学膜在第一平面中具有投影区，其中成形光学膜设置在第一平面的一侧。第一平面使得由任何闭合凸曲线界定的第二平面的任何区域的最大面积在所述第二平面平行于所述第一平面时最大，所述闭合凸曲线通过成形光学膜与第二平面的相交而限定。投影区具有质心、沿第一轴的长度以及沿正交的第二轴的宽度。第一轴和第二轴中的每一个设置在第一平面中并穿过质心。宽度为沿第一平面中穿过质心并连接投影区的边界上的相对点的任何线段的最小长度。成形光学膜具有第一最大垂度，该第一最大垂度为成形光学膜的沿第一轴距第一平面的最大位移和最小位移的差值。成形光学膜具有第二最大垂度，该第二最大垂度为成形光学膜的沿第二轴距第一平面的最大位移和最小位移的差值。第一最大垂度与长度的第一比率为第二最大垂度与宽度的第二比率的至少1.01倍。第二比率为至少0.05。附图说明图1A为光学系统的剖视图；图1B至图1C为显示器的剖视图；图2A为透镜的剖视图；图2B为图2A的透镜的前视图；图2C至图2D为透镜的前视图；图3为透镜的表面的剖视图；图4为邻近观察者的眼睛设置的光学系统的俯视图；图5A至图5B为邻近观察者的眼睛设置的光学系统的示意性剖视图；图5C为包括图5A至图5B的光学系统的头戴式显示系统的示意性剖视图；图6为光学系统的示意性剖视图；图7为示出了制造定制的光学系统的方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，包括：第一透镜；第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜中的至少一者在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，其中所述光学系统的至少一个主表面关于所述光轴不旋转对称。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.03 US 62/214,0491.一种光学系统，包括：第一透镜；第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜中的至少一者在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，其中所述光学系统的至少一个主表面关于所述光轴不旋转对称。2.一种用于向观察者显示图像的光学系统，包括：第一透镜；第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜中的至少一者在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器中的至少一者包括至少一个包括所述光轴的不对称平面。3.一种光学系统，包括：第一透镜；第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜中的至少一者在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，其中所述光学系统相对于入射在所述光学系统上并与所述光轴成较小的第一入射角而不是较大的第二入射角的光线关于所述光轴旋转对称，并且其中对于所述第一入射角和所述第二入射角中的每一个，多个入射光线穿过所述第一透镜、所述第二透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，还包括发射图像以供观察者的眼睛观看的显示器，其中由所述显示器发射的沿所述光轴传播的第一图像射线穿过所述第一透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射并且穿过所述观察者的所述眼睛的瞳孔，并且由所述显示器发射的并与所述光轴成第一斜角的至少一个第二图像射线穿过所述第一透镜、所述部分反射器、所述反射偏振器并且穿过所述观察者的所述眼睛的所述瞳孔，使得与所述至少一个第二图像射线重合的直线与所述观察者的面部特征相交于交点处，所述显示器设置在所述交点与所述观察者的所述眼睛之间。5.一种光学系统，包括：第一透镜；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，所述第一透镜具有由相应不同的第一公式和第二公式定义的相反的第一主表面和第二主表面，其中每个公式而不是每个主表面关于所述光轴旋转对称。6.一种光学系统，包括：第一透镜；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述光学系统具有光轴，沿所述光轴传播的光线穿过所述第一透镜、所述部分反射器和所述反射偏振器而基本上不被折射，所述第一透镜具有相反的第一主表面和第二主表面，每个主表面具有由第一公式定义的第一部分以及由不同的第二公式定义的与所述第一部分相邻的第二部分，用于每个主表面的所述第一公式和所述第二公式关于所述光轴旋转对称。7.一种用于向观察者显示图像的光学系统，包括：第一透镜，所述第一透镜在两个互相正交的方向上具有屈光度；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长具有至少30％的平均光学反射率；以及反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，所述第一透镜具有适于邻近观察者的眼睛放置并基本上与所述观察者的面部相适应的仿形边缘。8.一种头戴式显示系统，包括：显示器，所述显示器发射图像以供观察者的眼睛观看；第一透镜；部分反射器，所述部分反射器对于至少一个期望的波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·J·欧德科克，貟智省，蒂莫西·L·翁，埃林·A·麦克道尔，乔·A·埃特，罗伯特·M·詹宁斯，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US