用于近眼显示器的低倾角光瞳中继器制造技术

一种用于近眼显示器的光束扫描器，包括光束折叠光瞳中继器，该光束折叠光瞳中继器被配置为接收从可倾斜反射器反射的光束并且将该光束中继到出射光瞳，同时保留经反射的光束的光束角。光束折叠光瞳中继器包括分束器，例如，被配置为将光束重定向到弯曲反射器的偏振分束器，该弯曲反射器将光束朝向出射光瞳发送。从弯曲反射器反射的光束的偏振可以被设置在偏振分束器与弯曲反射器之间的光束的光路中的波片改变为正交偏振，从而使得经反射的光束能够朝向出射光瞳、传播通过偏振分束器。光瞳复制波导可以被设置在出射光瞳附近。可以使用2D可倾斜反射器或成对1D可倾斜反射器。2D可倾斜反射器或成对1D可倾斜反射器。2D可倾斜反射器或成对1D可倾斜反射器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于近眼显示器的低倾角光瞳中继器


[0001]本公开涉及可佩戴头戴式耳机，具体涉及用于可佩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)等正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。这样的显示器正在包括娱乐、教育、训练和生物医学科学在内的各种领域中找到应用，仅举几个示例。通过向用户的每只眼睛提供单独图像，所显示的VR/AR/MR内容可以为三维的(3D)。可以实时跟踪用户的眼睛位置和凝视方向和/或取向，并且可以依据用户的头部取向和凝视方向动态调整所显示的图像，以将虚拟对象与用户所观察的真实对象相匹配，并且通常提供沉浸到模拟环境或增强环境中的体验。
[0003]对于头戴式显示器，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，所以大而笨重的、失衡的和/或重型的显示设备可能较为麻烦，并且对于用户可能不太舒适。
[0004]基于投影仪的显示器提供角域中的图像，该图像可以由用户直接观察，而无需中间屏幕或显示面板。波导可以用来将角域中的图像载送到用户的眼睛。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使得能够减小显示器的尺寸和重量。用于投影仪显示器的扫描仪需要是快速的、具有宽的扫描范围、并且保留被扫描以在角域中形成图像的光束的光学质量。

技术实现思路

[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光束扫描器，包括第一可倾斜反射器，用于从光源接收第一光束并且以可变角反射第一光束；以及光束折叠光瞳中继器，被配置用于从第一可倾斜反射器接收第一光束并且将第一光束中继到出射光瞳，该光束折叠光瞳中继器包括分束器，被配置用于接收由第一可倾斜反射器反射的第一光束并且反射第一光束的至少一部分；以及弯曲反射器，被配置用于接收由分束器反射的第一光束的一部分，并且用于将第一光束的一部分反射返回到分束器；其中分束器被配置用于将由弯曲反射器反射的第一光束的一部分的至少一部分透射到光束折叠光瞳中继器的出射光瞳。
[0006]可选地，弯曲反射器的曲率半径基本等于从第一可倾斜反射器到弯曲反射器的光路长度以及从弯曲反射器到出射光瞳的光路长度。可选地，弯曲反射器包括弯月透镜，弯月透镜在其远端凸面上具有反射涂层。
[0007]可选地，分束器包括偏振分束器(PBS)，该偏振分束器被配置为反射具有第一偏振态的光并且透射具有与第一偏振态正交的第二偏振态的光，其中从可倾斜反射器反射并且照射到PBS上的第一光束具有第一偏振态。可选地，光束扫描器还包括第一四分之一波长波片(QWP)，该第一四分之一波长波片被设置在PBS与弯曲反射器之间的光路中，并且被配置
为在两次通过第一QWP时将第一光束的偏振从第一偏振态转换为第二偏振态，由此在操作中，由弯曲反射器反射的第一光束传播通过PBS。可选地，PBS具有带有两个正方形面和四个矩形非正方形面的立方体的形状。
[0008]可选地，光束扫描器还包括：第一透镜，位于第一可倾斜反射器与PBS之间的光路中，用于聚焦由第一可倾斜反射器反射的第一光束以朝向PBS传播；第二透镜，位于PBS与出射光瞳之间的光路中，用于对传播通过PBS的第一光束进行准直；以及第二QWP，位于第一可倾斜反射器与PBS之间的光路中，其中在操作中，由光源发射的第一光束具有第二偏振态并且在照射到第一可倾斜反射器上之前传播通过PBS。可选地，第一可倾斜反射器包括2D可倾斜微电子机械系统(MEMS)反射器。
[0009]可选地，第一可倾斜反射器包括1D可倾斜MEMS反射器，该可倾斜MEMS反射器用于沿着第一方向扫描第一光束。可选地，光束扫描器还包括第二可倾斜MEMS反射器，该第二可倾斜MEMS反射器包括被设置在出射光瞳附近的1D可倾斜MEMS反射器，用于接收传播通过分束器的第一光束并且沿着不平行于第一方向的第二方向扫描第一光束。
[0010]可选地，光束扫描器包括位于第一可倾斜反射器与分束器之间的光路中的光束折叠棱镜元件。可选地，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。可选地，光束折叠棱镜元件被配置为：在将第一光束重定向以通过第二表面离开光束折叠棱镜元件且朝向第一可倾斜反射器之前，将由光源发射的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。可选地，光束扫描器还包括QWP，该QWP被配置用于接收从光束折叠棱镜元件出射的第一光束并且使第一光束传播通过QWP，其中在操作中，在从可倾斜反射器反射之后，传播通过QWP的第一光束传播通过光束折叠棱镜元件。
[0011]可选地，光束扫描器还包括第二棱镜元件，用于使由光束折叠棱镜元件输出的第一光束传播通过，该第二棱镜元件邻接第一反射偏振器。
[0012]可选地，光束折叠棱镜元件还包括第二反射偏振器，该第二反射偏振器被设置在光束折叠棱镜元件内的第一光束的以下光路中，即在光束折叠棱镜元件内的第二表面和第一表面的反射之间的光路中，并且其中QWP被光耦合到光束折叠棱镜元件的第三表面，其中在操作中，第一光束经历来自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的来自第三表面的第二反射，被第一反射偏振器反射，在光束折叠棱镜元件的第三表面处从光束折叠棱镜元件出射通过QWP，被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以及从光束折叠棱镜元件离开。
[0013]可选地，光束扫描器还包括第二棱镜元件，该第二棱镜元件被耦合到光束折叠棱镜元件的第一表面，用于接收照射到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。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供了一种投影仪，包括第一光源，用于提供第一光束；第一可倾斜反射器，用于从光源接收第一光束并且以可变角反射第一光束；以及光束折叠光瞳中继器，被配置用于从第一可倾斜反射器接收第一光束并且将第一光束中继到出射光瞳，该光束折叠光瞳中继器包括分束器，被配置用于接收由第一可倾斜反射器反射的第一光束并且反射第一光束的至少一部分；以及弯曲反射器，被配置用于接收由分束器反射的第一光束的一部分，并且用于将第一光束的一部分反射返回到分束器；其中分束器被配置
用于将由弯曲反射器反射的第一光束的一部分的至少一部分透射到光束折叠光瞳中继器的出射光瞳。
[0015]可选地，分束器包括偏振分束器(PBS)，该偏振分束器被配置为反射具有第一偏振态的光并且透射具有与该第一偏振态正交的第二偏振态的光，其中从可倾斜反射器反射并且照射到PBS上的第一光束具有第一偏振态，投影仪还包括：第一透镜，位于第一可倾斜反射器与PBS之间的光路中，用于聚焦由第一可倾斜反射器反射的第一光束以朝向PBS传播；第二透镜，位于PBS与出射光瞳之间的光路中，用于对传播通过PBS的第一光束进行准直；以及第一四分之一波长波片(QWP)，该第一QWP被设置在PBS与弯曲反射器之间的光路中并且被配置为在两次通过第一QWP时将第一光束的偏振从第一本文档来自技高网...

【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：第一可倾斜反射器，用于从光源接收第一光束并且以可变角反射所述第一光束；光束折叠光瞳中继器，被配置用于从所述第一可倾斜反射器接收所述第一光束并且将所述第一光束中继到出射光瞳，所述光束折叠光瞳中继器包括：分束器，被配置用于接收由所述第一可倾斜反射器反射的所述第一光束并且反射所述第一光束的至少一部分；以及弯曲反射器，被配置用于接收由所述分束器反射的所述第一光束的所述一部分，并且用于将所述第一光束的所述一部分反射返回到所述分束器；其中所述分束器被配置为：将由所述弯曲反射器反射的所述第一光束的所述一部分的至少一部分透射到所述光束折叠光瞳中继器的所述出射光瞳。2.根据权利要求1所述的光束扫描器，其中所述弯曲反射器具有的曲率半径基本等于从所述第一可倾斜反射器到所述弯曲反射器的光路长度以及从所述弯曲反射器到所述出射光瞳的光路长度；和/或其中所述弯曲反射器包括弯月透镜，所述弯月透镜在所述弯月透镜的远端凸面上具有反射涂层。3.根据权利要求1所述的光束扫描器，其中所述分束器包括偏振分束器PBS，所述偏振分束器被配置为：反射具有第一偏振态的光，并且透射具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态的光，其中从所述可倾斜反射器反射并且照射到所述PBS上的所述第一光束具有第一偏振态，所述光束扫描器还包括：第一四分之一波长波片QWP，设置在所述PBS与所述弯曲反射器之间的光路中，并且被配置为在两次通过第一QWP时将所述第一光束的偏振从所述第一偏振态转换为所述第二偏振态，由此在操作中，由所述弯曲反射器反射的所述第一光束传播通过所述PBS。4.根据权利要求3的光束扫描器，还包括：第一透镜，位于所述第一可倾斜反射器与所述PBS之间的光路中，用于聚焦由所述第一可倾斜反射器反射的所述第一光束，以朝向所述PBS传播；第二透镜，位于所述PBS与所述出射光瞳之间的光路中，用于对传播通过所述PBS的所述第一光束进行准直；以及第二QWP，位于所述第一可倾斜反射器与所述PBS之间的光路中，其中在操作中，由所述光源发射的所述第一光束具有所述第二偏振态，并且在照射到所述第一可倾斜反射器上之前传播通过所述PBS。5.根据权利要求1所述的光束扫描器，其中所述第一可倾斜反射器包括2D可倾斜微电子机械系统MEMS反射器；或其中所述第一可倾斜反射器包括1D可倾斜MEMS反射器，所述1D可倾斜MEMS反射器用于沿着第一方向扫描所述第一光束，所述光束扫描器还包括第二可倾斜MEMS反射器，所述第二可倾斜MEMS反射器包括被设置在所述出射光瞳附近的1D可倾斜MEMS反射器，用于接收传播通过所述分束器的所述第一光束，并且沿着不平行于所述第一方向的第二方向扫描所述第一光束。6.根据权利要求1所述的光束扫描器，还包括：光束折叠棱镜元件，位于所述第一可倾斜反射器与所述分束器之间的光路中，所述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：在将所述第一光束重定向以通过所述第二表面离开所述光束折叠棱镜元件且朝向所述第一可倾斜反射器之前，将由所述光源发射的所述第一光束从所述光束折叠棱镜元件内反射至少两次，所述至少两次包括从所述第一反射偏振器的一次反射；以及QWP，被配置用于接收从所述光束折叠棱镜元件出射的所述第一光束并且使所述第一光束传播通过所述QWP；其中在操作中，在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。7.根据权利要求6所述的光束扫描器，还包括第二棱镜元件，用于使由所述光束折叠棱镜元件输出的所述第一光束从其传播通过，所述第二棱镜元件邻接所述第一反射偏振器；和/或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被设置在所述光束折叠棱镜元件内的所述第一光束的以下光路中，即在所述光束折叠棱镜元件内的所述第二表面和所述第一表面的反射之间的光路中，并且其中所述QWP被光耦合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，被所述第一反射偏振器反射，在所述光束折叠棱镜元件的所述第三表面处从所述光束折叠棱镜元件出射通过所述QWP，被所述可倾斜反射器反射以传播返回通过所述QWP，通过所述第二反射偏振器，以及从所述光束折叠棱镜元件离开。8.根据权利要求7所述的光束扫描器，还包括第二棱镜元件，所述第二棱镜元件被耦合到所述光束折叠棱镜元件的所述第一表面，用于接收照射到所述第二棱镜元件上的第二光束，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。9.一种投影仪，包括：第一光源，用于提供第一光束；第一可倾斜反射器，用于从所述光源接收所述第一光束并且以可变角反射所述第一光束；光束折叠光瞳中继器，被配置用于从所述第一可倾斜反射器接收所述第一光束并且将所述第一光束中继到出射光瞳，所述光束折叠光瞳中继器包括：分束器，被配置用于接收由所述第一可倾斜反射器反射的所述第一光束并且反射所述第一光束的至少一部分；以及弯曲反射器，被配置用于接收由所述分束器反射的所述第一光束的所述一部分，并且用于将所述第一光束的所述一部分反射返回到所述分束器；其中所述分束器被配置用于将由所述弯曲反射器反射的所述第一光束的所述一部分的至少一部分透射到所述光束折叠光瞳中继器的所述出射光瞳。10.根据权利要求9所述的投影仪，其中所述分束器包括偏振分束器PBS，所述偏振分束器被配置为反射具有第一偏振态的光并且透射具有与所述第一偏振态正交的第二偏振态的光，其中从所述可倾斜反射器反射并且照射到所述PBS上的所述第一光束具有所述第一偏振态，所述投影仪还包括：
第一透镜，位于所述第一可倾斜反射器与所述PBS之间的光路中，用于聚焦由...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟川，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：