紧凑型基于偏振的多通光学架构制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑型基于偏振的多通光学架构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。
技术介绍
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，US6,075,651)。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，US8,767,284)。
技术实现思路
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。还公开了一种向观察者提供显示的图像的选择性放大量的光学系统，该光学系统包括：第一数字偏振开关，与显示器相邻，以控制进入系统的光的偏振态；一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央偏振分束器，并且在相对端部处分别由具有曲率半径R1的第一反射偏振器和具有曲率半径R2的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；以及第二数字偏振开关，与观察者相邻，以基于照射在第二数字偏振开关上的光的偏振态来控制哪些光离开系统。从系统离开通行到观察者的光包括第一光分量、第二光分量、第三光分量和第四光分量，第一光分量通行穿过第一腔一次和第二腔一次，第二光分量通行穿过第一腔三次和第二腔一次，第三光分量通行穿过第一腔一次和第二腔三次，并且第四光分量通行穿过第一腔三次和第二腔三次。第一数字偏振开关和第二数字偏振开关中的每一个具有两个状态，因此两个开关的组合具有四个可能的状态，组合的状态中的每一个状态对应于从系统离开通行的光的第一分量、第二分量、第三分量和第四分量中的一个。光的四个分量中的每一个都是所显示的图像的放大，其放大量由每个光分量被第一反射偏振器反射的次数和每个光分量被第二反射偏振器反射的次数确定。第一数字偏振开关包括线偏振器、光学开关和四分之一波延迟器。第二数字偏振开关包括四分之一波延迟器、光学开关和线偏振器。附图说明图1A第一状态下的同轴数字可切换反射光学元件。图1B第二状态下的同轴数字可切换反射光学元件。图2离位的四个状态数字可切换反射光学元件。图3现有技术的基于偏振的广角准直器，其信号路径效率为25％。图4A一对对称的新型光学腔，提供50％的信号路径效率。图4B以图4A的布置示出了被拒绝的(伪影)路径的光路。图5A一对双通光学腔，其示出与单通光路对应的第一输出。图5B以图5A的布置示出了与第一腔(R1)的附加往返行程对应的第二输出。图5C以图5A的布置示出了与第二腔(R2)的附加往返行程对应的第三输出。图5D以图5A的布置示出了与第一(R1)光学腔和第二(R2)光学腔的附加往返行程的第四输出。具体实施方式偏振分束器或反射偏振器包括线栅偏振器(WGP)、多层拉伸膜(例如3MDBEF)和胆甾型液晶。与依赖于倾斜界面的分束器(例如McNeillePBS)不同，这些偏振分束器能够回反射(retro-reflecting)一种偏振。这样的元件的单轴曲率可以无应力地实现(例如，实现反射时的柱面能力(cylindricalpower))，并且已经示出线栅偏振器可以经由热成型(例如，实现反射时的球面能力)具有复合曲率。热成型的WGP可以用于创建可用作凹面反射镜或凸面反射镜的反射元件。它们可以基本上形成为任何期望的反射元件，并且具有偏振敏感的附加特性。特定线偏振态(SOP)的光当被引入到WGP时可以像常规反射光学元件一样被反射。正交SOP的光当被引入WGP时可以完全透射。在一个布置中，一对WGP层串联布置，其中偏振开关可以创建一对不同的光学反射输出。在偏振开关的一个状态下，第一WGP反射光，在偏振开关的第二状态下，第二WGP反射光。偏振开关可以是线偏振器，随后是液晶开关。在一个示例中，一个WGP是平面的，另一个具有凹面曲率。观察者会看到反射镜，该反射镜可以经由向LC器件施加电压而既可以作为常规反射镜，也可以作为凹面放大镜来操作。在另一个示例中，每个交叉的WGP具有不同的曲率半径，从而允许在两个焦距之间切换。在第三实施例中，两个反射器都是平坦的，并且切换用于创建光程改变，其可以用于(例如)非机械变焦镜头。在另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同轴光学系统，包括：/n线偏振器；/n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所述第一线偏振态正交的第二线偏振态；/n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，所述第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；以及/n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，所述第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；/n其中，所述线偏振器、光学开关以及所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器中的每一个以同轴方式定位。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181102 US 62/755,3451.一种同轴光学系统，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所述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，所述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，所述第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；
其中，所述线偏振器、光学开关以及所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器中的每一个以同轴方式定位。


2.根据权利要求1所述的同轴显示系统，其中，位于所述第一反射偏振器的焦距和所述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。


3.一种离轴光学系统，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所述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，所述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，所述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所述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，所述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，所述第四反射偏振器具有曲率半径为R4的形状；
其中，所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，所述第三反射偏振器和所述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，所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光，而所述第三反射偏振器和所述第四反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光；
其中，所述第一光学开关和所述第二光学开关可以分别被控制，使得由所述系统能够实现不同的四个光学能力中的一个，所述四个光学能力为R1+R3、R1+R4、R2+R3和R2+R...

【专利技术属性】
技术研发人员：G夏普，A麦盖蒂根，
申请(专利权)人：加里夏普创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US