光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于向观察者显示图像的光学系统，该光学系统包括：像素化显示器，该像素化显示器包括多个发射未经偏振的图像光的像素；部分反射器，该部分反射器在预定波长范围内具有至少30％的平均光学反射率；第一延迟层，该第一延迟层设置在该像素化显示器与该部分反射器之间；第二延迟层，该第二延迟层设置在该第一延迟层与该部分反射器之间；和反射偏振器，该反射偏振器设置在该第一延迟层与该第二延迟层之间。该反射偏振器适于：通过再循环由这些像素发射的未经偏振的图像光的至少一部分来增加由该像素化显示器发射并向该观察者显示的像素化图像的亮度；以及接收由该部分反射器反射的图像射线并将所接收到的图像射线朝向该观察者反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学系统
技术介绍
光学系统可以用于头戴式显示器例如以向观察者提供图像。该光学系统可包括部分反射器、反射偏振器和显示面板。
技术实现思路
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：像素化显示器，该像素化显示器适于发射像素化图像；第一光学透镜，所述第一光学透镜包括弯曲的第一主表面；部分反射器，该部分反射器设置在第一光学透镜的主表面上并适形于该主表面；第一延迟层，该第一延迟层设置在该像素化显示器与该部分反射器之间；第二延迟层，该第二延迟层设置在该第一延迟层与该部分反射器之间；以及反射偏振器，该反射偏振器设置在该第一延迟层与该第二延迟层之间。该像素化显示器包括多个发光像素，其中每个发光像素适于发射未经偏振的图像光。该部分反射器在至少从约450nm延伸到约600nm的预定波长范围内具有至少30％的平均光学反射率。该反射偏振器在预定波长范围内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第二偏振态的光。该反射偏振器适于：通过再循环由每个发光像素发射的未经偏振的图像光的至少一部分来增加由该像素化显示器发射并向观察者显示的像素化图像的亮度；以及接收由该部分反射器反射的图像射线并将所接收到的图像射线朝向该观察者反射。在本说明书的一些方面中，提供了用于向观察者显示像素化虚像的光学系统。该光学系统包括：像素化显示系统，该像素化显示系统适于发射像素化图像；以及折叠光学系统，该折叠光学系统设置在该像素化显示系统与该观察者之间，并且适于接收该发射的像素化图像并形成像素化虚像。该像素化显示系统和该折叠光学系统在这两者之间共享共同的反射偏振器。该共同的反射偏振器适于：通过在该像素化显示系统内再循环所发射的像素化图像的至少一部分来增加所发射的像素化图像的亮度；将该发射的像素化图像的由该反射偏振器透射的至少一部分朝向该观察者反射。附图说明图1为用于向观察者显示图像的光学系统的示意图；图2为用于向观察者显示图像的光学系统的示意性剖视图；图3为反射偏振器对正交第一偏振态和第二偏振态的透射率的示意性曲线图；图4为反射偏振器对正交第一偏振态和第二偏振态的反射率的示意性曲线图；图5为多层反射偏振器的示意性剖视图；图6为线栅偏振器的示意性前视图；图7A至图7B为延迟量与波长关系的示意曲线图；并且图8是头戴式显示器的示意性俯视图。具体实施方式在以下说明中参考附图，该附图形成本专利技术的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。折叠光学系统诸如描述于美国专利第9557568号(Ouderkirk等人)中的那些例如利用反射偏振器和部分反射器来提供折叠光学路径。此类光学系统可用于例如头戴式显示器中以向例如观察者提供高视场。像素化有机发光二极管(OLED)显示器可用于向折叠光学系统提供图像。此类OLED显示器通常包括圆偏振器，该圆偏振器具有吸收性线性偏振器和四分之一波长延迟器，以便以降低显示器的亮度或效率为代价来降低环境反射。如美国专利第9773847号(Epstein等人)中所述，反射偏振器可设置在该吸收偏振器与该延迟器之间，以通过再循环发射材料的光输出的原本将被吸收性线性偏振器吸收的部分来增加增益或亮度(例如，增加至少10％、或至少20％、或至少30％)。根据本说明书，已经发现的是，单个反射偏振器可用于在折叠光学系统中提供折叠光学路径并且在像素化显示系统中提供再循环。例如，在部分反射器与反射偏振器之间的折叠光学路径是指比在该反射偏振器与该部分反射器之间的距离显著更长(例如，至少2倍长或约3倍长)的光学路径。折叠光学系统是指包括此类折叠光学路径的光学系统。像素化显示系统可包括OLED显示面板，该OLED显示面板不具有常规用于OLED显示面板中的吸收偏振器。图1为用于向观察者315显示像素化虚像340的光学系统100的示意性剖视图。光学系统100包括像素化显示系统250，该像素化显示系统包括像素化显示器410并且适于发射像素化图像316。光学系统100还包括折叠光学系统260，该折叠光学系统设置在该像素化显示系统250与观察者315之间。该折叠光学系统260包括部分反射器240，该部分反射器可围绕两个正交轴弯曲(在图1的示意图中未示出曲率)。该像素化显示系统250和该折叠光学系统260在这两者之间共享共同的反射偏振器270。该折叠光学系统260适于接收发射的像素化图像316并形成像素化虚像340。该共同的反射偏振器270适于通过在像素化显示系统250内再循环所发射的像素化图像316的至少一部分来增加所发射的像素化图像316的亮度。例如，所发射的像素化图像316可由包括光312的光线形成。光312的部分314透射穿过反射偏振器270，并且光312的部分313由反射偏振器270朝向像素化显示器410反射。部分313的至少一部分317由像素化显示器410反射回反射偏振器270。部分317的至少一部分在入射到反射偏振器270上时处于第二偏振态，并且透射穿过反射偏振器270。以此方式，光313被至少部分地再循环。该折叠光学系统260在形成像素化虚像340之前借助于共同的反射偏振器270和部分反射器240中的每一者将所发射的像素化图像在折叠光学系统260内反射至少一次来折叠所发射的像素化图像316的光学路径。该共同的反射偏振器270适于将所发射的像素化图像316的由反射偏振器270透射的至少一部分朝向观察者315反射。例如，所发射的像素化图像316的由反射偏振器270透射的部分可包括光314，该光的至少一部分310被部分反射器240反射回反射偏振器270，然后该反射偏振器将光310的至少一部分311朝向观察者315反射。光311和313在从反射偏振器270反射之后立即具有第一偏振态142，并且光314和317在透射穿过反射偏振器270之后立即具有第二偏振态144(可包括延迟层以随后改变偏振态，如本文别处进一步所述)。第一偏振态142可表征为反射偏振器270的阻光态，并且第二偏振态144可表征为反射偏振器的透光态。在一些实施方案中，反射偏振器270适于通过反射所发射的光的具有第一偏振态142的至少一部分313来再循环由像素化显示器410中的每个发光像素发射的未经偏振的图像光312的至少一部分，其中所反射的光的至少一部分317具有第二偏振态144并且在由像素化显示器410反射之后由反射偏振器透射。该像素化显示系统250和折叠光学系统260可包括图1中未示出的附加元件，如本文其他地方进一步描述的(参见例如图2)。图2为用于向观察者215显示图像140(例如，像素化虚像)的光学系统200的示意性剖视图。光学系统200可对应于例如光学系统100。光学系统200包括像素化显示器10，该像素化显示器适于发射像素化图像16。像素化显示器10包括多个发光像素11，其中每个发光像素适于发射未经偏振的图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于向观察者显示图像的光学系统，包括：/n像素化显示器，所述像素化显示器适于发射像素化图像并包括多个发光像素，每个发光像素适于发射未经偏振的图像光；/n第一光学透镜，所述第一光学透镜包括弯曲的第一主表面；/n部分反射器，所述部分反射器设置在所述第一光学透镜的主表面上并适形于所述主表面，并且在至少从约450nm延伸到约600nm的预定波长范围内具有至少30％的平均光学反射率；/n第一延迟层，所述第一延迟层设置在所述像素化显示器与所述部分反射器之间；/n第二延迟层，所述第二延迟层设置在所述第一延迟层与所述部分反射器之间；和/n反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第一延迟层与所述第二延迟层之间，并且在所述预定波长范围内基本上反射具有第一偏振态的光并基本上透射具有正交的第二偏振态的光，其中所述反射偏振器适于：/n通过再循环由每个发光像素发射的未经偏振的图像光的至少一部分来增加由所述像素化显示器发射并向所述观察者显示的像素化图像的亮度；以及/n接收由所述部分反射器反射的图像射线并将所接收到的图像射线朝向所述观察者反射。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180814 US 62/718,5811.一种用于向观察者显示图像的光学系统，包括：
像素化显示器，所述像素化显示器适于发射像素化图像并包括多个发光像素，每个发光像素适于发射未经偏振的图像光；
第一光学透镜，所述第一光学透镜包括弯曲的第一主表面；
部分反射器，所述部分反射器设置在所述第一光学透镜的主表面上并适形于所述主表面，并且在至少从约450nm延伸到约600nm的预定波长范围内具有至少30％的平均光学反射率；
第一延迟层，所述第一延迟层设置在所述像素化显示器与所述部分反射器之间；
第二延迟层，所述第二延迟层设置在所述第一延迟层与所述部分反射器之间；和
反射偏振器，所述反射偏振器设置在所述第一延迟层与所述第二延迟层之间，并且在所述预定波长范围内基本上反射具有第一偏振态的光并基本上透射具有正交的第二偏振态的光，其中所述反射偏振器适于：
通过再循环由每个发光像素发射的未经偏振的图像光的至少一部分来增加由所述像素化显示器发射并向所述观察者显示的像素化图像的亮度；以及
接收由所述部分反射器反射的图像射线并将所接收到的图像射线朝向所述观察者反射。


2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述多个发光像素设置于基板上，所述基板在可见光范围内具有大于约20％的平均光学反射率。


3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述第一延迟层为针对所述预定波长范围内的至少一个波长的基本上四分之一波长延迟器。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学系统，其中所述第二延迟层为针对所述预定波长范围内的至少一个波长的基本上四分之一波长延迟器。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，还包括第二光学透镜，所述第二光学透镜设置在所述第一光学透镜与所述反射偏振器之间。


6.根据权利要求5所述的光学系统，其中所述第二光学透镜包括朝向所述像素化显示器凹入的弯曲的第一主表面以及设置在所述第二光学透镜的所述第一主表面与所述像素化显示器之间的相反的平坦的第二主表面。


7.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述第二延迟层设置在所述第二光学透镜的所述平坦的第二主表面上。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学系统，其中所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·L·翁，大卫·J·W·奥斯吐恩，藤田崇，貟智省，蒂莫西·J·内维特，
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