具有反射偏振器的光束扫描器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于投影仪的近眼显示器的光束扫描器，其包括具有反射偏振器的棱镜元件和四分之一波长的波片。光束折叠棱镜元件接收来自光源的偏振光束并将束耦合到可倾斜反射器，例如2D可倾斜MEMS反射器，以用于对光束进行角度扫描。入射到可倾斜反射器上的光束通过偏振与从可倾斜反射器反射的光束分离。通过在光束入射到可倾斜反射器上之前和之后使光束传播通过QWP，实现了基于偏振的分离。当光束通过QWP进行两次传播时，光束将其偏振变为正交偏振，从而使得其能够与入射光束分离。光束扫描器可接收来自多个光源的多个光束。本发明专利技术公开了基于此类光束扫描器的投影仪和近眼显示器。显示器。显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有反射偏振器的光束扫描器


[0001]本公开涉及可穿戴头戴式耳机，并且具体地讲，涉及可穿戴视觉显示头戴式耳机的部件和模块。

技术介绍

[0002]头戴式显示器(HMD)、头盔式显示器、近眼显示器(NED)等越来越多地用于显示虚拟现实(VR)内容、增强现实(AR)内容、混合现实(MR)内容等。此类显示器正在各种领域中找到应用，包括娱乐、教育、培训和生物医学科学(仅举几个示例)。所显示的VR/AR/MR内容可以是三维(3D)的，以增强体验并将虚拟对象与用户观察到的真实对象匹配。可实时跟踪用户的眼睛位置和注视方向和/或取向，并且可取决于用户的头部取向和注视方向来动态地调整所显示的图像，以提供沉浸到模拟或增强的环境中的更好体验。
[0003]头戴式显示器需要紧凑型显示设备。因为HMD或NED的显示器通常佩戴在用户的头部上，所以大的、笨重的、不平衡的和/或沉重的显示设备将是麻烦的，并且对于用户佩戴而言可能是不舒服的。
[0004]基于投影仪的显示器提供角域中的图像，用户可直接观察到这些图像，而无需中间屏幕或显示面板。可使用波导以将角域中的图像承载到用户的眼睛。在扫描投影仪显示器中缺少屏幕或高数值孔径准直光学器件会实现显示器的尺寸和重量的减小。投影仪显示器的扫描器需要为快速的，具有宽扫描范围，并保持被扫描光束的光学质量以形成角域中的图像。

技术实现思路

[0005]根据本公开，提供了一种光束扫描器，其包括光束折叠棱镜元件，光束折叠棱镜元件包括相邻的第一表面和第二表面以及在第一表面处的第一反射偏振器。光束折叠棱镜元件被配置为使入射的第一光束从光束折叠棱镜元件内反射至少两次，包括从第一反射偏振器的一次反射，然后使第一光束通过第二表面被重定向到光束折叠棱镜元件外。四分之一波长的波片(QWP)被配置为接收离开光束折叠棱镜元件的第一光束并使光束传播通过光束折叠棱镜元件。可倾斜反射器被配置为接收第一光束并以可变的角度将第一光束朝向QWP反射回去。在操作中，在从可倾斜反射器的反射之后通过QWP传播的第一光束传播通过光束折叠棱镜元件。光束折叠棱镜元件的第一表面和第二表面可形成在他们之间小于45度的角度。
[0006]在一些实施例中，入射的第一光束具有第一偏振状态，并且第一反射偏振器被配置为反射具有第一偏振状态的光并且使具有第二偏振状态的光透射，由此通过QWP传播两次的第一光束通过第一反射偏振器离开光束折叠棱镜元件。光束折叠棱镜元件可被配置为在第二表面处通过全内反射来反射第一光束。QWP可基本上平行于光束折叠棱镜元件的第二表面延伸，并且可通过气隙与光束折叠棱镜元件分离。可倾斜反射器可包括微机电系统(MEMS)可倾斜反射器，其可围绕一个轴或两个轴倾斜。
[0007]在一些实施例中，提供了第二棱镜元件，第二棱镜元件用于使由光束折叠棱镜元件输出的第一光束传播通过其，第二棱镜元件邻接第一反射偏振器。第二棱镜元件可包括邻接第二棱镜元件的表面中的一者的光束收集器。光束折叠棱镜元件的第一表面可以是弯曲的，以用于准直从第一表面反射的第一光束。第二棱镜元件还可包括与光束折叠棱镜元件的弯曲表面匹配的弯曲表面，并且第一反射偏振器可夹在光束折叠棱镜元件和第二棱镜元件之间。
[0008]在一些实施例中，光束折叠棱镜元件还包括第二反射偏振器，第二反射偏振器在光束折叠棱镜元件内设置在第一光束的光学路径中，光学路径介于光束折叠棱镜元件内的从第二表面和第一表面的反射之间，并且QWP光耦接到光束折叠棱镜元件的第三表面。在操作中，第一光束经历从第二表面的第一反射，传播通过第二反射偏振器，通过QWP经历从第三表面的第二反射，由第一反射偏振器反射，通过QWP在其第三表面离开光束折叠棱镜元件，由可倾斜反射器反射以传播返回通过QWP，通过第二反射偏振器，并且到光束折叠棱镜元件外。第二棱镜元件可耦接到光束折叠棱镜元件的第一表面，用于接收入射在第二棱镜元件上的第二光束，并且用于通过第一反射偏振器将第二光束耦合到光束折叠棱镜元件。光束折叠棱镜元件还可包括：第四表面和在第四表面处的第三反射偏振器，其中第三反射偏振器邻接第一反射偏振器和第二反射偏振器；第五表面和在第五表面处的第四反射偏振器，其中第四反射偏振器邻接第一反射偏振器和第二反射偏振器；第三棱镜元件，第三棱镜元件耦接到光束折叠棱镜元件的第四表面，用于接收入射在第三棱镜元件上的第三光束，并用于通过第三反射偏振器将第三光束耦合到光束折叠棱镜元件；以及第四棱镜元件，第四棱镜元件耦接到光束折叠棱镜元件的第五表面，用于接收入射在第四棱镜元件上的第四光束，并且用于通过第四反射偏振器将第四光束耦合到光束折叠棱镜元件。第一反射偏振器、第二反射偏振器、第三反射偏振器和第四反射偏振器可形成对称金字塔形结构，对称金字塔形结构具有共同顶点、四个侧面和共同矩形基部。
[0009]根据本公开，提供了一种投影仪，其包括至少一个光源，至少一个光源用于向上述光束扫描器提供第一光束。
[0010]在一些实施例中，投影仪包括：第一光源，第一光源用于提供第一光束；光束折叠棱镜元件，光束折叠棱镜元件包括相邻的第一表面和第二表面以及在第一表面处的第一反射偏振器，其中光束折叠棱镜元件被配置为使入射的第一光束从光束折叠棱镜元件内反射至少两次，包括从第一反射偏振器的一次反射，然后使第一光束通过第二表面被重定向到光束折叠棱镜元件外；四分之一波长的波片(QWP)，被配置为接收离开光束折叠棱镜元件的第一光束并使光束传播通过光束折叠棱镜元件；可倾斜反射器，被配置为接收第一光束并以可变的角度将第一光束朝向QWP反射回去，其中在操作中，在从可倾斜反射器的反射之后通过QWP传播的第一光束传播通过光束折叠棱镜元件。
[0011]在一些实施例中，投影仪还包括：第二光源，用于提供第二光束；第二棱镜元件，第二棱镜元件耦接到光束折叠棱镜元件的第一表面，用于接收入射在第二棱镜元件上的第二光束，并且用于通过第一反射偏振器将第二光束耦合到光束折叠棱镜元件；其中光束折叠棱镜元件还包括第二反射偏振器，第二反射偏振器在光束折叠棱镜元件内设置在第一光束的如下光学路径中，光学路径在光束折叠棱镜元件内介于从第二表面的反射与从第一表面的反射之间，并且其中QWP光耦合到光束折叠棱镜元件的第三表面。
[0012]在一些实施例中，在操作中，第一光束经历从第二表面的第一反射，传播通过第二反射偏振器，经历通过QWP从第三表面的第二反射，由第一反射偏振器反射，通过QWP在光束折叠棱镜元件的第三表面离开光束折叠棱镜元件，由可倾斜反射器反射以通过QWP传播返回，通过第二反射偏振器，并且到光束折叠棱镜元件外；并且其中在操作中，第二光束经历从第二棱镜元件内的第一反射，传播通过第一反射偏振器，通过QWP经历从第三表面的第二反射，由第二反射偏振器反射，通过QWP在光束折叠棱镜元件的第三表面离开光束折叠棱镜元件，由可倾斜反射器反射以通过QWP传播返回，通过第一反射偏振器，并且到光束折叠棱镜元件外。
[0013]在一些实施例中，可倾斜反射器包括2D微机电系统(MEMS)可倾斜反射器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光束扫描器，包括：光束折叠棱镜元件，包括相邻的第一表面和第二表面以及在所述第一表面处的第一反射偏振器，其中所述光束折叠棱镜元件被配置为使入射的第一光束从所述光束折叠棱镜元件内反射至少两次，包括从所述第一反射偏振器的一次反射，然后使所述第一光束通过所述第二表面被重定向到所述光束折叠棱镜元件外；四分之一波长的波片QWP，被配置为接收离开所述光束折叠棱镜元件的所述第一光束并使所述第一光束传播通过所述QWP；可倾斜反射器，被配置为接收所述第一光束并以可变的角度将所述第一光束朝向所述QWP反射回去；其中在操作中，从所述可倾斜反射器反射之后传播通过所述QWP的所述第一光束传播通过所述光束折叠棱镜元件。2.根据权利要求1所述的光束扫描器，其中所述入射的第一光束具有第一偏振状态，并且其中所述第一反射偏振器被配置为反射具有所述第一偏振状态的光、并且使具有第二偏振状态的光透射，由此传播通过所述QWP两次的所述第一光束通过所述第一反射偏振器离开所述光束折叠棱镜元件。3.根据权利要求1或权利要求2所述的光束扫描器，其中所述光束折叠棱镜元件被配置为在所述第二表面处通过全内反射来反射所述第一光束。4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的光束扫描器，其中所述QWP基本上平行于所述光束折叠棱镜元件的所述第二表面延伸、并且通过气隙与所述第二表面分离。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光束扫描器，其中所述可倾斜反射器包括微机电系统(MEMS)可倾斜反射器。6.根据权利要求5所述的光束扫描器，其中所述MEMS可倾斜反射器能够关于两个轴倾斜。7.根据权利要求1至6中任一项所述的光束扫描器，其中所述第一表面和所述第二表面形成在所述第一表面与所述第二表面之间的小于45度的角度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的光束扫描器，还包括第二棱镜元件，所述第二棱镜元件用于使由所述光束折叠棱镜元件输出的所述第一光束传播通过所述第二棱镜元件，所述第二棱镜元件邻接所述第一反射偏振器；并且优选地其中所述第二棱镜元件包括邻接所述第二棱镜元件的表面中的一个表面的光束收集器；和/或优选地其中：所述第一表面是弯曲的以用于准直从所述第一表面反射的所述第一光束；所述第二棱镜元件包括与所述光束折叠棱镜元件的所述弯曲表面匹配的弯曲表面；并且所述第一反射偏振器夹在所述光束折叠棱镜元件与所述第二棱镜元件中间。9.根据权利要求1至8中任一项所述的光束扫描器，其中所述光束折叠棱镜元件还包括第二反射偏振器，所述第二反射偏振器在所述光束折叠棱镜元件内设置在所述第一光束的如下光学路径中，所述光学路径在所述光束折叠棱镜元件内在从所述第二表面的反射与从所述第一表面的反射之间，并且其中所述QWP被光耦接到所述光束折叠棱镜元件的第三表面；其中在操作中，所述第一光束经历从所述第二表面的第一反射，传播通过所述第二反
射偏振器，经历通过所述QWP从所述第三表面的第二反射，由所述第一反射偏振器反射，通过所述QWP在所述光束折叠棱镜元件的第三表面处离开所述光束折叠棱镜元件，由所述可倾斜反射器反射以通过所述QWP传播返回，通过所述第二反射偏振器，并且到所述光束折叠棱镜元件外；并且优选地还包括第二棱镜元件，所述第二棱镜元件耦接到所述光束折叠棱镜元件的所述第一表面，所述第二棱镜元件用于接收在所述第二棱镜元件上入射的第二光束，并且用于通过所述第一反射偏振器将所述第二光束耦合到所述光束折叠棱镜元件。10.根据权利要求9所述的光束扫描器，其中所述光束折叠棱镜元件还包括：第四表面和在所述第四表面处的第三反射偏振器，其中所述第三反射偏振器邻接所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器；第五表面和在所述第五表面处的第四反射偏振器，其中所述第四反射偏振器邻接所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器；第三棱镜元件，耦接到所述光束折叠棱镜元件的所述第四表面，用于接收入射在所述第三棱镜元件上的第三光束，并用于通过所述第三反射偏振器将所述第三光束耦合到所述光束折叠棱镜元件；以及第四棱镜元件，耦接到所述光束折叠棱镜元件的所述第五表面，用于接收入射在所述第四棱镜元件上的第四光束，并且用于通过所述第四反射偏振器将所述第四光束耦合到所述光束折叠棱镜元件；并且优选地其中所述第一反射偏振器、所述第二反射偏振器、所述第三反射偏振器和所述第四反射偏振器形成对称金字塔形结构，所述对称金字塔形结构具有共同顶点、四个侧面和共同矩形基部。11.一种投影仪，包括：第一光...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：