本文中公开了用于在近眼显示器系统中的多个图像平面上显示图像的技术。一种可切换式光学设备包括第一偏振器，该第一偏振器可配置为将入射光偏振为第一圆偏振状态的光；第二偏振器，该第二偏振器可配置为透射第二圆偏振状态的光并且将第一圆偏振状态的光反射为第一圆偏振状态的光。该可切换式光学设备还包括部分反射器，该部分反射器位于第一偏振器与第二偏振器之间。该部分反射器被配置为透射来自第一偏振器的光并且反射来自第二偏振器的光，其中反射光和来自第二偏振器的光的偏振状态不同。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者包括胆甾型液晶(CLC)圆偏振器，该胆甾型液晶圆偏振器通过电压信号而是可切换的。振器通过电压信号而是可切换的。振器通过电压信号而是可切换的。
【技术实现步骤摘要】
头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器
[0001]本申请是于国际申请日2018年8月8日提交的、2020年12月21日进入中国国家阶段的、申请号为201880094876.3、专利技术名称为“头戴式显示器中的可切换式反射圆偏振器”的分案申请。
技术介绍
[0002]诸如形式为头戴装置或一副眼镜的头戴式显示器(HMD)系统或平视显示器(HUD)系统之类的人工现实系统通常包括近眼显示器，该近眼显示器被配置为经由电子显示器或光学显示器例如在用户眼睛前方约10mm至20mm内向用户呈现内容。如在虚拟现实(VR)应用、增强现实(AR)应用或混合现实(MR)应用中一样，近眼显示器可以显示虚拟对象或组合真实对象的图像与虚拟对象的图像。例如，在AR系统中，用户可以例如通过透视透明的显示玻璃或镜片(通常称为光学透视)或通过观看由相机所捕获的周围环境的显示图像(通常称为视频透视)，来观看虚拟对象的图像(例如，计算机生成图像(CGI))和周围环境两者。
[0003]近眼显示器系统可以包括光学系统，该光学系统被配置为在图像平面上形成计算机生成图像的图像。近眼显示器的光学系统可以中继图像源(例如，显示面板)所生成的图像，以创建虚拟图像，该虚拟图像看起来远离图像源并且不止与用户的眼睛相距仅几厘米远。例如，光学系统可以准直来自图像源的光，或以其他方式将显示的虚拟对象的空间信息转换为角度信息，以创建虚拟图像，该虚拟图像看起来很远。光学系统还可以放大图像源，以使图像看起来大于图像源的实际大小。在许多情况下，由于例如成本、尺寸、重量、有限视场、小眼箱、或用于中继图像源所生成的图像的光学系统的效率低下，所以人工现实系统的应用受到限制。
技术实现思路
[0004]本公开一般涉及用于近眼显示器的折叠式光学系统。反射圆偏振器(CP)可以用于折叠式光学系统，以替换对准的反射线性偏振器和波片，从而避免了反射线性偏振器和波片的对准。反射圆偏振器可以反射圆偏振光，同时保持反射光的偏手性与入射光的偏手性相同。反射圆偏振器可以使用例如胆甾型液晶(CLC)制成。在一些实施例中，反射圆偏振器可以为可切换式，使得折叠式光学系统可以具有不同的光学功率并且可以能够在不同的图像平面上中继显示的图像。
[0005]在一些实施例中，一种可切换式光学设备可以包括第一偏振器，该第一偏振器可配置为将入射光偏振为第一圆偏振状态的光；第二偏振器，该第二偏振器可配置为透射第二圆偏振状态的光并且将第一圆偏振的光偏振状态反射为第一圆偏振状态的光；以及部分反射器，该部分反射器位于第一偏振器与第二偏振器之间。该部分反射器可以被配置为透射来自第一偏振器的光并且反射来自第二偏振器的光，其中反射光和来自第二偏振器的光可以具有不同的偏振状态。第一偏振器或第二偏振器中的至少一者可以包括胆甾型液晶(CLC)圆偏振器，该CLC圆偏振器可以通过电压信号而可切换。
[0006]在可切换式光学设备的一些实施例中，第一偏振器、第二偏振器或部分反射器中
的至少一者可以位于弯曲表面上。在一些实施例中，弯曲表面可以是光学透镜的表面。
[0007]在可切换式光学设备的一些实施例中，胆甾型液晶(CLC)圆偏振器可以包括多个层，每个层具有不同的反射波长范围。在一些实施例中，多个层中的每个层可以具有不同的节距。
[0008]在一些实施例中，第一偏振器或第二偏振器被配置为在接收电压信号时透射第一圆偏振状态的光和第二圆偏振状态的光两者。在一些实施例中，第一偏振器可以被配置为在接收电压信号时将入射光偏振为第二圆偏振状态的光。在一些实施例中，第一圆偏振状态可以为左旋圆偏振，而第二圆偏振状态可以为右旋圆偏振。
[0009]在一些实施例中，胆甾型液晶(CLC)圆偏振器可以包括以左旋胆甾型螺旋结构或右旋胆甾型螺旋结构布置的液晶分子。在一些实施例中，液晶分子可以被配置为与在CLC圆偏振器中施加的电场对准。
[0010]在一些实施例中，第一偏振器、部分反射器和第二偏振器可以形成折叠式透镜。当没有向CLC圆偏振器施加电压信号时，折叠式透镜可以具有第一光学功率，而当向CLC圆偏振器施加电压信号时，折叠式透镜可以具有与第一光学功率不同的第二光学功率。
[0011]在一些实施例中，一种在多个图像平面上显示图像的方法可以包括：使用第一偏振器将来自第一图像的光偏振为第一圆偏振状态的光；通过部分反射器将第一圆偏振状态的光透射到第二偏振器；通过第二偏振器将第一圆偏振状态的光反射回到部分反射器；通过部分反射器将第一圆偏振状态的光反射为第二圆偏振状态的光而返回到第二偏振器；通过第二偏振器将第二圆偏振状态的光透射到用户的眼睛；在第二偏振器上施加电压信号，以使得第二偏振器透射任何圆偏振状态的光；以及通过第二偏振器将来自第二图像的光透射到用户的眼睛。在一些实施例中，第二偏振器可以包括胆甾型液晶(CLC)反射圆偏振器。
[0012]在一些实施例中，该方法还可以包括：通过第一偏振器将来自第二图像的光偏振为第一圆偏振状态的光；以及通过部分反射器将来自第二图像的光中的第一圆偏振状态的光透射到第二偏振器。将来自第二图像的光透射到用户的眼睛可以包括：将来自第二图像的光中的第一圆偏振状态的光透射到用户的眼睛。
[0013]在一些实施例中，该方法还可以包括：在第一偏振器上施加第二电压信号，以使得第一偏振器透射任何圆偏振状态的光；以及通过第一偏振器和部分反射器将来自第二图像的光透射到第二偏振器，其中将来自第二图像的光透射到用户的眼睛可以包括：将来自第二图像的光中的任何圆偏振状态的光透射到用户的眼睛。
[0014]根据某些实施例，一种在显示模式和透视模式下操作近眼显示器设备的方法可以包括：将第一偏振器与电压信号断开连接，以将近眼显示器设备设置为显示模式；通过第二偏振器将来自显示图像的光偏振为第一圆偏振状态的光；通过部分反射器将第一圆偏振状态的光透射到第一偏振器；通过第一偏振器将第一圆偏振状态的光反射回到部分反射器；通过部分反射器将第一圆偏振状态的光反射为第二圆偏振状态的光而返回到第一偏振器；通过第一偏振器将第二圆偏振状态的光透射到用户的眼睛；将第一偏振器连接到电压信号，以将近眼显示器设备设置为透视模式(其中电压信号使得第一偏振器透射任何圆偏振状态的光)；以及通过第一偏振器将环境光透射到用户的眼睛。
[0015]在一些实施例中，操作近眼显示器设备的方法还可以包括：通过第二偏振器将环境光偏振为第一圆偏振状态的光；以及通过部分反射器将环境光中的第一圆偏振状态的光
透射到第一偏振器，其中将环境光透射到用户的眼睛可以包括：将环境光中的第一圆偏振状态的光透射到用户的眼睛。在一些实施例中，该方法还可以包括：在第二偏振器上施加第二电压信号，以使得第二偏振器透射任何圆偏振状态的光；以及通过第二偏振器和部分反射器将任何圆偏振状态的环境光透射到第一偏振器，其中将环境光透射到用户的眼睛可以包括：将任何圆偏振状态的环境光透射到用户的眼睛。在一些实施例中，在透视模式下，近眼显示器设备可以具有非零光学功率并且用作视力校正透镜。
[0016]该
技术实现思路
既不本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可切换式光学设备，包括：第一偏振器，能够被配置为将入射光偏振为第一圆偏振状态的光；第二偏振器，能够被配置为：透射第二圆偏振状态的光，以及将所述第一圆偏振状态的光反射为所述第一圆偏振状态的光；以及部分反射器，位于所述第一偏振器与所述第二偏振器之间，其中所述部分反射器被配置为：透射来自所述第一偏振器的光，以及反射来自所述第二偏振器的光，其中经反射的所述光和来自所述第二偏振器的所述光具有不同的偏振状态，其中所述第一偏振器或所述第二偏振器中的至少一者包括胆甾型液晶CLC圆偏振器，所述胆甾型液晶圆偏振器能够通过电压信号切换；其中所述第一偏振器被配置为：在接收所述电压信号时，透射所述第一圆偏振状态的所述光与所述第二圆偏振状态的所述光两者；其中所述第二振器被配置为：在接收所述电压信号时，透射所述第一圆偏振状态的所述光与所述第二圆偏振状态的所述光两者。2.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中所述第一偏振器、所述第二偏振器或所述部分反射器中的至少一者位于弯曲表面上。3.根据权利要求2所述的可切换式光学设备，其中所述弯曲表面是光学透镜的表面。4.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中所述胆甾型液晶(CLC)圆偏振器包括多个层，每个层具有不同的反射波长范围。5.根据权利要求4所述的可切换式光学设备，其中所述多个层中的每个层具有不同的节距。6.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中所述第一偏振器被配置为在接收所述电压信号时，将所述入射光偏振为所述第二圆偏振状态的光。7.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中：所述第一圆偏振状态为左旋圆偏振；以及所述第二圆偏振状态为右旋圆偏振。8.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中所述胆甾型液晶(CLC)圆偏振器包括被布置成左旋或右旋胆甾型螺旋结构的液晶分子。9.根据权利要求8所述的可切换式光学设备，其中所述液晶分子被配置为与在所述CLC圆偏振器中施加的电场对准。10.根据权利要求1所述的可切换式光学设备，其中：所述第一偏振器、所述部分反射器和所述第二偏振器形成折叠式透镜；当所述电压信号没有被施加到所述CLC圆偏振器时，所述折叠式透镜具有第一光学功率；以及当所述电压信号被施加到所述CLC圆偏振器时，所述折叠式透镜具有与所述第一光学功率不同的第二光学功率。11.一种在多个图像平面上显示图像的方法，所述方法包括：
通过第一偏振器将来自第一图像的光偏振为第一圆偏振状态的光；通过部分反射器将所述第一圆偏振状态的所述光透射到第二偏振器；通过所述第二偏振器将所述第一圆偏振状态的所述光反射回到所述部分反射器；通过所述部分反射器将所述第一圆偏振状态的所述光反射为第二圆偏振状态的光而返回到所述第二偏振器；通过所述第二偏振器将所述第二圆偏振状态的所述光透射到用户...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭枫琳，耿莹，Y，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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