提供了一种在重放图像的全息显示器中使用的光学组件1。所述光学组件可特别用于增强现实头戴式耳机。所述光学组件包括被布置成由光束离轴照射的光调制元件12。所述光调制元件12调制入射光以生成重放图像，并且生成零级光束。聚焦系统19被布置在所述光调制元件之后。光去除器120定位在所述聚焦系统之后，并且被配置成从由所述聚焦系统19聚焦的光中去除所述零级光束。所述聚焦系统19被配置成将来自所述光调制元件12的零级光聚焦在不同于第二平面的第一平面中，所述第二平面是所述重放图像的平行光的聚焦平面。所述光去除器去除所述第一平面中的所述零级光。一平面中的所述零级光。一平面中的所述零级光。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少全息显示器中的零级光的光学组件和方法
[0001]本专利技术涉及一种在重放图像的全息显示器中使用的光学组件和一种用于生成全息重放图像的方法。更具体地，光学组件在近眼显示器中使用，诸如全息增强现实(AR)头戴式耳机或虚拟现实(VR)头戴式耳机。在此类AR和VR头戴式耳机中，光学组件可以用于生成全息重放图像，该全息重放图像随后被传递给佩戴头戴式耳机的用户。也考虑了其他应用，诸如在平视显示器(HUD)或投影仪中的使用。
技术介绍
[0002]其中用户佩戴具有类似于眼镜的外观的头戴式耳机的增强现实(AR)头戴式耳机是已知的。在一些AR头戴式耳机中，2D图像被投影到用户眼睛前面的屏幕元件上，使得用户可以看到其周围环境和被投影到屏幕元件上的图像两者。术语“混合现实”有时也用于描述与真实对象交互的虚拟图像(投影到屏幕元件上的图像)。出于本申请的目的，术语“增强现实”被广义地理解为包括术语“混合现实”。虚拟现实(VR)头戴式耳机也是已知的，其中用户佩戴覆盖其眼睛的头戴式耳机，使得用户看到投影到屏幕元件上的图像，但不看到其周围环境。
[0003]AR和VR头戴式耳机具有从游戏到商业应用的广泛潜在用途，诸如设计原型。
[0004]全息显示器也是已知的，其操纵光来创建对象的三维图像。还考虑了在此类显示器中使用空间光调制器来控制光的相位以再现三维图像。
[0005]当使用空间光调制器进行全息成像时出现的一个问题是，除了全息重放图像之外，空间光调制器还生成零级光束，该零级光束是由落在空间光调制器的像素之间的不可寻址区域或死区上的光引起的，或者是由于显示相位中的误差(诸如其中由空间光调制器产生的实际相位值与要求的相位值不完全匹配)引起的。零级光束是可能难以从重放图像中去除的不期望特征。
技术实现思路
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种在重放图像的全息显示器中使用的光学组件，其包括：
[0007]光源；
[0008]光调制元件，所述光调制元件被布置成由光束离轴照射并且被配置成调制入射光，所述光调制元件包括像素阵列并且被布置成生成重放图像和零级光束；
[0009]聚焦系统，所述聚焦系统被布置在所述光调制元件之后，并且被配置成聚焦来自所述光调制元件的调制光和所述零级光束；
[0010]光去除器，所述光去除器定位在所述聚焦系统之后，所述光去除器被配置成从由所述聚焦系统聚焦的光去除所述零级光束；以及
[0011]终端光学元件，所述终端光学元件用于引导已由所述光去除器从所述光学组件去除所述零级光的调制光；
[0012]其中所述聚焦系统被配置成将来自所述光调制元件的所述零级光聚焦在不同于第二平面的第一平面中，所述第二平面是所述重放图像的平行光的聚焦平面，并且
[0013]其中所述光去除器被配置成去除所述第一平面中的所述零级光。
[0014]本专利技术的一个优点是零级光被去除，从而防止明亮的光传递给观察者。另一个优点是在不同于重放图像的平行光的聚焦平面的平面中去除了零级光。以这种方式，可以避免由去除零级光引起的粗糙边缘。照射“离轴”是指与部件的光学轴线成角度的照射，而不是与光学轴线平行或同轴的照射。
[0015]另一个优点是可以减小“共轭图像”的影响。共轭图像由空间光调制器的不完美相位控制产生，并且是类似于期望图像的翻转和旋转版本的可见附加图像。此类共轭图像以与重放图像相反的方式聚焦，即，将重放对象移动得越近，共轭对象就移动得越远。不同的第一聚焦平面和第二聚焦平面的一个优点是，这也具有使任何共轭图像不可能聚焦的效果，从而减小其影响。
[0016]在一些实施方案中，所述聚焦系统被配置成在位于所述第一平面中的所述光去除器之外形成中间重放图像。当零级光在重放图像之前被去除时，任何剩余的零级光在用户观看其时可能会会聚；当其到达用户的瞳孔时是会聚的，使得其在到达用户的视网膜之前聚焦，并且在其入射到视网膜上的点处是发散的。因此，用户不能聚焦在零级光上，这从激光器安全的角度来看是有利的。
[0017]所述光学组件还可以包括准直器，所述准直器由来自所述光源的光束照射，以使所述光束准直，使得所述光束会聚。会聚光束使来自光调制元件的零级光的聚焦平面前移，从而允许零级光在光去除器处被去除。
[0018]所述光学组件还可以包括偏振分束器，所述偏振分束器被配置成接收来自所述准直器的光并且将所接收的光反射到所述光调制元件上，其中所述准直器的轴线与所述偏振分束器的光学轴线不对准，使得来自所述准直器的光束的中心偏离中心地撞击所述光调制元件。在一些实施方案中，所述准直器的所述光学轴线相对于所述偏振分束器的所述光学轴线成角度布置，所述角度基本上等于所述光束中的最短光波长的值除以所述像素阵列的像素间距的值的两倍。通过将准直器和偏振分束器设置成离轴照射光调制元件，来自光调制元件的零级光束是离轴的并且可以被光去除器去除。
[0019]偏振器可以布置在偏振分束器与光调制元件之间。在一些实施方案中，所述偏振器相对于所述光调制元件的所述光学轴线倾斜，使得任何直接反射都不是所述零级光的直接反射。避免零级光的直接反射可以通过避免由该反射引起的伪像来提高图像质量。
[0020]所述偏振器可以被布置成允许具有与所述偏振分束器的偏振平面成45度设置的偏振的光透射。在此类实施方案中，来自偏振分束器的光的强度可以被偏振器减小大约一半。从光调制器反射的光在通过偏振分束器时可以再减小大约一半。这种布置的结果是来自光学组件的重放图像的观察者与来自偏振分束器和/或偏振器的任何镜面反射隔离。
[0021]在一些实施方案中，位于所述光调制元件之后的所有光学元件，包括所述聚焦系统，都以所述重放图像的视场的中心为中心。其原因是不能完全校正光调制元件之后的场变像差。因此，对离轴光的任何操纵都发生在光调制元件之前。
[0022]所述光学组件可以包括定位在所述光调制元件之后的反射镜，其中所述反射镜位于凹槽或孔径内，以抑制外围光的反射。这倾向于改善光学组件的离轴性能。替代地或另
外，反射镜可以被光吸收材料包围，以抑制外围光的反射。
[0023]光去除器可以是视场光阑孔径。部件的布置意味着零级光被离轴引导，即偏离中心线，因此视场光阑孔径可以允许重放图像通过该孔径，并阻挡孔径外部的零级光。在此类实施方案中，所述光调制元件可以包括调整器，以允许所述光调制元件围绕至少一个轴线倾斜，从而允许所述零级光被引导到所述视场光阑孔径上。如果不在高制造公差下工作，这是特别方便的，因为它允许调整光学组件。另外，所述光学组件可以设置有传感器，用于检测零级光是否被视场光阑孔径切断。如果提供了传感器，则所述光学组件可以被配置成在所述光源正在发射光并且所述传感器未检测到光的情况下停止所述光源的光发射。传感器是安全特征，其积极地考虑零级光并确保其不被传送到终端用户。
[0024]聚焦系统可以是物镜。
[0025]所述光学组件可以包括位于所述视场光阑孔径之后的普罗索光学部件，其中所述普罗索光学部件包括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】1.一种在重放图像的全息显示器中使用的光学组件，其包括：光源；光调制元件，所述光调制元件被布置成由光束离轴照射并且被配置成调制入射光，所述光调制元件包括像素阵列并且被布置成生成重放图像和零级光束；聚焦系统，所述聚焦系统被布置在所述光调制元件之后，并且被配置成聚焦来自所述光调制元件的调制光和所述零级光束；光去除器，所述光去除器定位在所述聚焦系统之后，所述光去除器被配置成从由所述聚焦系统聚焦的所述光去除所述零级光束；以及终端光学元件，所述终端光学元件用于引导已由所述光去除器从所述光学组件去除所述零级光的调制光；其中所述聚焦系统被配置成将来自所述光调制元件的所述零级光聚焦在不同于第二平面的第一平面中所述聚焦系统被配置成将来自所述光调制元件的所述零级光聚焦在不同于第二平面的第一平面中，所述第二平面是所述重放图像的平行光的聚焦平面，并且其中所述光去除器被配置成去除所述第一平面中的所述零级光。2.根据权利要求1所述的光学组件，其中所述聚焦系统被配置成在位于所述第一平面中的所述光去除器之外形成中间重放图像。3.根据权利要求1或权利要求2所述的光学组件，其还包括准直器，所述准直器由来自所述光源的光束照射，以使所述光束准直，使得所述光束会聚。4.根据权利要求3所述的光学组件，其还包括偏振分束器，所述偏振分束器被配置成接收来自所述准直器的光并且将所接收的光反射到所述光调制元件上，其中所述准直器的轴线与所述偏振分束器的光学轴线不对准，使得来自所述准直器的所述光束的中心偏离中心地撞击所述光调制元件。5.根据权利要求4所述的光学组件，其中所述准直器的所述光学轴线相对于所述偏振分束器的所述光学轴线成角度布置，所述角度基本上等于所述光束中的最短光波长的值除以所述像素阵列的像素间距的值的两倍。6.根据权利要求5所述的光学组件，其还包括布置在所述偏振分束器与所述光调制元件之间的偏振器。7.根据权利要求6所述的光学组件，其中所述偏振器相对于所述光调制元件的所述光学轴线倾斜，使得任何直...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾尔弗雷德，
申请(专利权)人：维德酷有限公司，
类型：发明
国别省市：
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