光学延迟器片段制造技术

本发明专利技术公开了一种光学元件，光学元件包括光学表面，光学表面被构造为在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处接收光。光学表面由竖直轴线和水平轴线限定，竖直轴线和水平轴线限定在逆时针方向上按顺序编号的四个笛卡尔象限。光学表面的第一纵向区段对中于竖直轴线上，并且光学表面的第二纵向区段对中于水平轴线上。第一纵向区段和第二纵向区段各自延伸跨过光学表面的相反边缘并且对于基本上法向入射的光具有相同的基本上均匀的延迟。光学元件包括四个分立延迟器区段。每个延迟器区段设置在光学表面的相应笛卡尔象限上，并且具有的与光学表面的基本上均匀的延迟的延迟差大于零。

Optical retarder segment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学延迟器片段
本公开涉及光学元件。具体地，本公开涉及具有多个片段的光学延迟器。
技术介绍
光学系统可利用反射偏振器、部分反射器和相位延迟器。此类光学系统可用于头戴式显示器。
技术实现思路
在本说明书的一些方面，提供了一种光学元件。该光学元件包括光学表面，该光学表面被构造为在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处接收光。该光学表面由竖直轴线和水平轴线限定，该竖直轴线和该水平轴线限定在逆时针方向上按顺序编号的四个笛卡尔象限。该光学表面的第一纵向区段对中于竖直轴线上，并且该光学表面的第二纵向区段对中于水平轴线上。第一纵向区段和第二纵向区段各自延伸跨过该光学表面的相反边缘并且对于基本上法向入射的光具有相同的基本上均匀的延迟。该光学元件包括四个分立延迟器区段。每个延迟器区段设置在该光学表面的相应笛卡尔象限上，并且具有的与该光学表面的基本上均匀的延迟的延迟差大于零。在本说明书的一些方面，上述光学元件包括在一种光学系统中。该光学系统包括一个或多个光学透镜、反射偏振器、部分反射器、第一延迟器层、第二延迟器层和第三延迟器层。该一个或多个光学透镜具有至少一个主表面。该反射偏振器设置在该一个或多个光学透镜的第一主表面上并适形于该第一主表面。该部分反射器和该反射偏振器限定在两者之间的折叠光学腔。在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处，该反射偏振器基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光。该部分反射器设置在该一个或多个光学透镜的第二主表面上并适形于该第二主表面。该部分反射器在该预定波长处具有至少30％的平均光学反射率。第一延迟器层设置在该折叠光学腔中，而第二延迟器层和第三延迟器层设置在该折叠光学腔的外部。第三延迟器层包括上述光学元件。在本说明书的一些方面，一种光学系统包括一个或多个光学透镜、反射偏振器、部分反射器、第一延迟器层、第二延迟器层和第三延迟器层。该一个或多个光学透镜具有至少一个主表面。该反射偏振器设置在该一个或多个光学透镜的第一主表面上并适形于该第一主表面。该部分反射器和该反射偏振器限定在两者之间的折叠光学腔。在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处，该反射偏振器基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光。该部分反射器设置在该一个或多个光学透镜的第二主表面上并适形于该第二主表面。该部分反射器在该预定波长处具有至少30％的平均光学反射率。第一延迟器层设置在该折叠光学腔中，而第二延迟器层和第三延迟器层设置在该折叠光学腔的外部。第一延迟器层和第二延迟器层在该预定波长处具有基本上均匀的延迟，而第三延迟器层在该预定波长处具有基本上不均匀的延迟。在本说明书的一些方面，上述光学系统被构造为使得当在该光学系统的输入端处接收到图像并在该光学系统的输出端处检测到图像时，该光学系统的输出端处的图像具有的最大对比度变化比在不具有第三延迟器层的对比光学系统的输出端处检测到的图像小至少5％。在本说明书的一些方面，上述光学系统被构造为使得当具有第一偏振态的均匀偏振的明场图像入射在该光学系统上并且在反射偏振器和部分反射器中的每一者处经历至少一次反射之后从该光学系统出射时，出射的图像填充出射孔径，填充该孔径的图像具有处于第一偏振态的第一图像分量，其中第一图像分量的最大强度比不具有第三延迟器层的对比光学系统小至少10％。在本说明书的一些方面，上述光学系统被构造为使得当具有第一偏振态的均匀偏振的明场图像入射在该光学系统上并且在反射偏振器和部分反射器中的每一者处经历至少一次反射之后从该光学系统出射时，出射的图像填充出射孔径，填充该孔径的图像具有处于第一偏振态的第一图像分量，其中第一图像分量的最大强度比不具有第三延迟器层的对比光学系统小至少10％。本专利技术的一个或多个实施方案的细节在以下附图和说明书中示出。从说明书和附图以及从权利要求中将显而易见本专利技术的其他特征、目的和优点。附图说明在这些附图中，类似的符号表示类似的元件。点线表示可选或功能部件，而虚线表示视图外的部件。图1是用于透射光的光学系统的示意性剖视图。图2是包括分立延迟器片段的光学元件的示意性前视平面图。图3A至图3D是具有各种形状的分立延迟器片段的示意性前视平面图。图4A是包括分立延迟器区段的光学系统中的明场与暗场的亮度比率与分立延迟器区段的延迟的关系的曲线图。图4B是包括分立延迟器区段的光学系统中的漏光与分立延迟器区段的延迟的关系的曲线图。图4C是包括分立延迟器区段的光学系统中的光焦度变化与分立延迟器区段的延迟的关系的曲线图。图5A是来自不包括分立延迟器区段的光学系统的暗场图像的亮度的等高线图。图5B是来自包括分立延迟器区段的光学系统的暗场图像的亮度的等高线图。图5C是来自不包括分立延迟器区段的光学系统的明场图像的亮度的等高线图。图5D是来自包括分立延迟器区段的光学系统的明场图像的亮度的等高线图。图6是用于透射光的模拟光学系统的示意性剖视图。图7A是用于透射光的模拟光学系统的示意性剖视图。图7B是模拟光学元件的示意性前视平面图，该模拟光学元件在四分之一波延迟器上包括分立延迟器片段。具体实施方式根据本公开的原理，一种光学系统可包括用于改善光学显示器的对比度的光学元件。该光学元件包括光学表面，该光学表面被构造为接收预定波长的光。该光学元件包括具有均匀延迟的光学表面部分和具有不同延迟的光学表面部分。该光学元件包括第一纵向区段和第二纵向区段，第一纵向区段和第二纵向区段延伸跨过该光学表面的相反边缘并且对于基本上法向入射的光具有相同的基本上均匀的延迟。该光学元件包括四个分立延迟器区段，这些分立延迟器区段各自设置在该光学表面上并且具有的与纵向区段的基本上均匀的延迟的延迟差大于零。上述光学元件可用于光学系统以改善该光学系统的对比度。一种光学系统可包括反射偏振器层、部分反射器层、第一延迟器层、第二延迟器层和第三延迟器层，每一层设置在一个或多个光学透镜的至少一个主表面或另一层上。该部分反射器和该反射偏振器限定在两者之间的折叠光学腔。在预定波长处，该反射偏振器基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光。该部分反射器在该预定波长处具有至少30％的平均光学反射率。第一延迟器层设置在该折叠光学腔中，而第二延迟器层和第三延迟器层设置在该折叠光学腔的外部。第三延迟器层包括上述光学元件。根据本专利技术，可使用具有不均匀的延迟的光学元件来校正存在于一些光学系统中的各种光学缺陷，从而提供改善的光学性能。光学系统中的偏振部件(诸如波片和反射偏振器)可导致光学系统中的误差和错位，诸如通过偏振部件的制造差异或者偏振部件对以斜角入射在该偏振部件上的光的性能差异所导致的。例如，在使用标准四分之一波延迟器的光学系统中，反射偏振器的局部消光态与首次入射在反射偏振器上的光线的偏振态之间以及/或者反射偏振器的局部透光态与再次入射在反射偏振器上的光线的偏振态之间可能存在不对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学元件，包括：/n光学表面，所述光学表面被构造为在约400nm至约1000nm范围内的预定波长λ处接收光，所述光学表面由竖直轴线和水平轴线限定，所述竖直轴线和所述水平轴线限定在逆时针方向上按顺序编号的四个笛卡尔象限；/n第一纵向区段，所述第一纵向区段基本上对中于所述竖直轴线上；/n第二纵向区段，所述第二纵向区段基本上对中于所述水平轴线上，所述第一纵向区段和所述第二纵向区段各自延伸跨过所述光学表面的相反边缘并且对于基本上法向入射的光具有相同的基本上均匀的延迟δ；和/n四个分立延迟器区段，每个延迟器区段设置在所述光学表面的相应笛卡尔象限上，/n其中每个分立延迟器区段具有的与δ的延迟差θ大于零。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171025 US 62/576,7721.一种光学元件，包括：
光学表面，所述光学表面被构造为在约400nm至约1000nm范围内的预定波长λ处接收光，所述光学表面由竖直轴线和水平轴线限定，所述竖直轴线和所述水平轴线限定在逆时针方向上按顺序编号的四个笛卡尔象限；
第一纵向区段，所述第一纵向区段基本上对中于所述竖直轴线上；
第二纵向区段，所述第二纵向区段基本上对中于所述水平轴线上，所述第一纵向区段和所述第二纵向区段各自延伸跨过所述光学表面的相反边缘并且对于基本上法向入射的光具有相同的基本上均匀的延迟δ；和
四个分立延迟器区段，每个延迟器区段设置在所述光学表面的相应笛卡尔象限上，
其中每个分立延迟器区段具有的与δ的延迟差θ大于零。


2.根据权利要求1所述的光学元件，其中θ小于约0.2λ。


3.根据权利要求1所述的光学元件，其中第一分立延迟器区段和第三分立延迟器区段具有大于δ的延迟差θ+，并且第二分立延迟器区段和第四分立延迟器区段具有小于δ的延迟差θ-。


4.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述第一纵向区段和所述第二纵向区段各自具有相同的均匀光学厚度Λ，并且每个分立延迟器区段具有的与Λ的光学厚度差ε大于零。


5.根据权利要求1所述的光学元件，还包括设置在光学透镜上的延迟器，其中所述光学表面为所述延迟器的主表面的一部分。


6.一种用于透射光的光学系统，包括：
一个或多个光学透镜，所述一个或多个光学透镜具有至少一个主表面；
反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述一个或多个光学透镜的第一主表面上并且适形于所述第一主表面，所述反射偏振器在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光；
部分反射器，所述部分反射器设置在所述一个或多个光学透镜的第二主表面上并且适形于所述第二主表面，所述部分反射器在所述预定波长处具有至少30％的平均光学反射率，所述部分反射器和所述反射偏振器限定在两者之间的折叠光学腔；
第一延迟器层，所述第一延迟器层设置在所述折叠光学腔内部；
第二延迟器层，所述第二延迟器层设置在所述折叠光学腔外部；和
第三延迟器层，所述第三延迟器层包括根据权利要求1所述的光学元件。


7.一种光学系统，包括：
一个或多个光学透镜，所述一个或多个光学透镜具有至少一个主表面；
反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述一个或多个光学透镜的第一主表面上并且适形于所述第一主表面，所述反射偏振器在约400nm至约1000nm范围内的预定波长处基本上反射具有第一偏振态的光并且基本上透射具有正交的第二偏振态的光；
部分反射器，所述部分反射器设置在所述一个或多个光学透镜的第二主表面上并且适形于所述第二主表面，所述部分反射器在所述预定波长处具有至少30％的平均光学反射率，所述部分反射器和所述反射偏振器限定在两者之间的折叠光学腔；
第一延迟器层，所述第一延迟器层设置在所述折叠光学腔内部并且在所述预定波长处具有基本上均匀的延迟；
第二延迟器层，所述第二延迟器层设置在所述折叠光学腔外部并且在所述预定波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：貟智省，迈克尔·L·斯坦纳，乔·A·埃特，蒂莫西·L·翁，吉勒·J·伯努瓦，约翰·D·李，埃林·A·麦克道尔，苏珊·L·肯特，
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