使用基于液晶的微显示装置的光学装置的电子补偿方法和系统制造方法及图纸

获取电子显示装置和双折射元件。电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的液晶材料。电子显示装置和双折射元件分别具有各自的偏振轴。电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量。确定与偏移量成比例的补偿电压。在透明电极上施加补偿电压，以使液晶材料呈现中间状态。电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了旋转偏移。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用基于液晶的微显示装置的光学装置的电子补偿方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求于2019年1月29日提交的美国临时专利申请第62/797,973号的优先权，该申请的全部公开内容通过引用合并于本文中。
本专利技术涉及光学装置和系统，具体地涉及包括图像投影光学装置的光学装置和系统，该图像投影光学装置投影由基于液晶的电子微显示装置(例如硅基液晶(LCoS)显示装置和液晶显示(LCD)装置)产生的图像。
技术介绍
在头戴式显示器(HMD)和近眼显示器(NED)领域中，特别需要紧凑型光学装置，其中，光学模块执行图像生成以及将图像准直到无穷远的功能，以传递到观看者的眼睛。图像可以从电子显示装置获得：从诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCoS)、数字微镜装置(DMD)、OLED显示器、扫描源或类似装置的空间光调制器(SLM)直接获得，或者借助于中继透镜或光纤束间接获得。由像素阵列组成的图像通过准直装置被聚焦到无穷远，并且通常通过充当组合器的反射面或部分反射面传送到观看者的眼睛中，以分别用于非透视应用和透视应用。通常，常规的自由空间光学模块用于这些目的。HMD和NED的特别有利的解决方案系列可以从Lumus有限公司(以色列)商购，这些解决方案通常采用具有部分反射面的光导基板(光波导)或者用于将图像传递到用户的眼睛的其他适用的光学元件。在依赖基于液晶的装置(例如LCoS或LCD)作为显示装置的光学架构中，显示装置响应于照明光学器件(该照明光学器件包括偏振光源)的照射而发射偏振光波。由显示装置发射的偏振光波通过成像光学器件以产生准直的偏振图像光波，在前述用于HMD和NED的解决方案系列的情况下，该准直的偏振图像光波然后耦合至光导基板中。通常在显示装置与照明光学器件之间的布置中使用双折射元件，以抑制不想要的光透射到成像光学器件。对于例如LCoS的反射型显示装置，双折射元件被布置在显示装置的输出与照明光学器件之间。对于背光显示装置(例如LCD)，双折射元件被布置在照明光学器件与显示装置的输入之间。图1示出了图像投影光学装置10(在下文中称为图像投影仪10)的非限制性示例的示意图，该图像投影光学装置10具有实现为反射型显示装置(即LCoS)的显示装置12，该显示装置12产生可以注入到光导基板中的准直的偏振图像光波。由光波透射材料形成的照明棱镜20具有多个外表面，所述外表面包括光入射面28、图像显示面30和光出射表面32。偏振选择分束器构造22(简称为PBS22)被布置在照明棱镜20内的相对于光波入射面28倾斜的平面上。照明棱镜20基于标记为24和26的两个组成棱镜(即由两个组成棱镜24和棱镜26形成)，其中棱镜24、棱镜26中的至少一个被设置在斜面上，并且偏振分束器形成PBS22的至少一部分。棱镜24、26的两个斜面彼此粘合在一起以形成粘合的照明棱镜组件(即照明棱镜20)。照明棱镜20用于显示装置12的照明。此处显示为光源14(例如发光二极管(LED))和线性偏振器16的组合的偏振光源与光波入射面28相关联。显示装置12与图像显示面30相关联，并且生成与图像对应的反射光的空间调制。来自偏振光源的光(通常被命名为入射光束18)被PBS22反射，以照射显示装置12。显示装置12被配置成使得与预期图像的明亮区域对应的反射光具有相对于偏振光源旋转的偏振。因此，如图1所示，偏振照明(即，入射光束18)以第一偏振(通常相对于PBS22是s偏振)通过光波入射面28进入照明棱镜20，并且朝向图像显示面30反射，在图像显示面30处照射在显示装置12上。与图像的明亮区域对应的像素以调制的旋转偏振(通常为p偏振)反射，使得来自明亮像素的照射(被命名为19的反射光束)透射通过PBS22并且到达使光波准直的准直光学器件36(为简单起见，在此示出为透镜，但是实际上可以被形成为棱镜、一个或更多个相位差板以及一个或更多个准直透镜)。为了限制倾斜和偏斜射线(其具有从图1中的纸平面出来即沿y轴的方向分量)传播到准直光学器件36，双折射元件34(例如偏振补偿器、四分之一波片、全波片等)被布置在图像显示面30与显示装置12之间。为了使倾斜/偏斜射线的影响最小，双折射元件34必须与显示装置12的平面正确对准。这需要使双折射元件34的本征轴(Eigenaxe)(寻常轴(ordinaryaxe)和非寻常轴(extraordinaryaxe))与显示设备12的相应本征轴(寻常轴和非寻常轴)对准。通常，如果本征轴未对准，则就由图像投影仪10发射的光波的输出偏振而言，可能存在显著泄漏。例如，如果双折射元件34未对准达θ弧度的角度，则输出光波的偏振方向可能会改变2θ，并且根据马卢斯定律(Malus’slaw)，泄漏可能近似为4θ2。为了减少泄漏，已经提出了主动对准技术，在该技术中，双折射元件34和显示装置12相对于彼此机械地旋转，直到各自的本征轴在规定的公差内对准为止。然而，这样的主动对准技术很复杂，并且需要专用的光学测试台设备，这可能会非常昂贵。
技术实现思路
本专利技术涉及利用基于液晶的电子显示装置对光学元件(特别是双折射元件)的未对准进行电子补偿的方法、系统和装置。根据本专利技术的实施方式的教导，提供了一种方法。该方法包括：获取电子显示装置和双折射元件，电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，并且电子显示装置和双折射元件均具有各自的偏振轴；将电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量；以及确定与偏移量成比例的补偿电压，补偿电压在被施加到透明电极上时导致液晶材料呈现中间状态，使得电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了电子显示装置的偏振轴与双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。可选地，电子显示装置包括硅基液晶显示器。可选地，双折射元件包括四分之一波片。可选地，双折射元件包括全波片。可选地，双折射元件包括偏振补偿器。可选地，偏移量在基于电子显示装置的偏振轴和双折射元件的偏振轴的预期公差的预定范围内。可选地，确定补偿电压包括：在透明电极上施加电压；以及迭代地评估响应于所施加的电压而产生的偏振图像光波的至少一个图像质量度量，并且调节所施加的电压，直到至少一个图像质量度量满足性能标准。可选地，该方法还包括：在评估至少一个图像质量度量之前，使电子显示装置发射的偏振图像光波通过光学装置。根据本专利技术的教导的实施方式，还提供了一种系统。该系统包括：供电装置，其被配置成在电压范围内输出电压并且耦接至电连接装置，该电连接装置在供电装置与电子显示装置的透明电极之间提供电耦接，电子显示装置具有布置在透明电极之间的至少一层液晶材料；分析器，其被配置成评估由电子显示装置发射的偏振图像光波的至少一个图像质量度量；以及偏振敏感分束器，其被布置在电子显示装置与分析器之间的光路上。偏振敏感分束器被配置成透射由电子显示装置产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n获取电子显示装置和双折射元件，所述电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，并且所述电子显示装置和所述双折射元件均具有各自的偏振轴；/n将所述电子显示装置和所述双折射元件相对于彼此布置，使得所述电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于所述双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量；以及/n确定与所述偏移量成比例的补偿电压，所述补偿电压在被施加到所述透明电极上时导致所述液晶材料呈现中间状态，使得所述电子显示装置产生偏振图像光波，所述偏振图像光波具有根据所述液晶材料呈现的所述中间状态的偏振方向上的偏振，并且所述偏振补偿了所述电子显示装置的偏振轴与所述双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190129 US 62/797,9731.一种方法，包括：
获取电子显示装置和双折射元件，所述电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，并且所述电子显示装置和所述双折射元件均具有各自的偏振轴；
将所述电子显示装置和所述双折射元件相对于彼此布置，使得所述电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于所述双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量；以及
确定与所述偏移量成比例的补偿电压，所述补偿电压在被施加到所述透明电极上时导致所述液晶材料呈现中间状态，使得所述电子显示装置产生偏振图像光波，所述偏振图像光波具有根据所述液晶材料呈现的所述中间状态的偏振方向上的偏振，并且所述偏振补偿了所述电子显示装置的偏振轴与所述双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电子显示装置包括硅基液晶显示器。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双折射元件包括四分之一波片。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双折射元件包括全波片。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双折射元件包括偏振补偿器。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述偏移量在基于所述电子显示装置的偏振轴和所述双折射元件的偏振轴的预期公差的预定范围内。


7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述补偿电压包括：
在所述透明电极上施加电压；以及
迭代地评估响应于所施加的电压而产生的偏振图像光波的至少一个图像质量度量，并且调节所施加的电压，直到所述至少一个图像质量度量满足性能标准。


8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在评估所述至少一个图像质量度量之前，使由所述电子显示装置发射的所述偏振图像光波通过光学装置。


9.一种系统，包括：
供电装置，被配置成在电压范围内输出电压并且耦接至电连接装置，所述电连接装置在所述供电装置与电子显示装置的透明电极之间提供电耦接，所述电子显示装置具有布置在所述透明电极之间的至少一层液晶材料；
分析器，被配置成评估由所述电子显示装置发射的偏振图像光波的至少一个图像质量度量；以及
偏振敏感分束器，被布置在所述电子显示装置与所述分析器之间的光路上，其中，所述偏振敏感分束器被配置成透射由所述电子显示装置产生的偏振图像光波；
其中，相对于所述电子显示装置布置双折射元件，使得所述电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于所述双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量，并且其中，所述供电装置被配置成输出与所述偏移量成比例的补偿电压，所述补偿电压在被施加到所述透明电极上时导致所述液晶材料呈现中间状态，使得所述电子显示装置产生偏振图像光波，所述偏振图像光波具有根据所述液晶材料呈现的所述中间状态的偏振方向上的偏振，并且所述偏振补偿了所述电子显示装置的偏振轴与所述双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。


10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述电子显示装置包括硅基液晶显示器。


11.根据权利要求9所述的系统，其中，所述双折射元件包括四分之一波片。


12.根据权利要求9所述的系统，其中，所述双折射元件包括偏振补偿器。


13.根据权利要求9所述的系统，其中，所述偏移量在基于所述电子显示装置的偏振轴和所述双折射元件的偏振轴的预期公差的预定范围内。


14.根据权利要求9所述的系统，还包括：
控制单元，所述控制单元包括耦接至存储介质的至少一个处理器，所述控制单元操作地耦接至所述供电装置和所述分析器并且被配置成：从所述分析器接收所述图像质量度量，并且调节所述供电...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃坦·罗宁，
申请(专利权)人：鲁姆斯有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL