CN110088672A - 光学系统 - Google Patents

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貟智省
约·安妮·埃特
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Abstract

本发明描述了一种用于向观察者显示物体的光学系统。该光学系统包括一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和设置在该一体化第一光学组件和该一体化第二光学组件之间的一体化第三光学组件。该一体化第一光学组件具有第一焦距，并且包括反射偏振器以及一个或多个第一光学透镜。该一体化第二光学组件具有第二焦距，并且包括部分反射器以及一个或多个第二光学透镜，该部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率。该一体化第三光学组件具有第三焦距，并且包括弯曲第一相位延迟器。该第三焦距大于该第一焦距和该第二焦距中的较小者。

Description

光学系统
背景技术
光学系统可利用彼此间隔开的反射偏振器和部分反射器。此类光学系统可用于头戴式显示器。
发明内容
在本说明书的一些方面中，提供了用于向观察者显示物体的光学系统。光学系统包括一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和设置在一体化第一光学组件和一体化第二光学组件之间的一体化第三光学组件。一体化第一光学组件具有第一焦距，并且包括反射偏振器以及一个或多个第一光学透镜，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。一体化第二光学组件具有第二焦距，并且包括部分反射器和一个或多个第二光学透镜，该部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率。一体化第三光学组件具有第三焦距，并且包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器。第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较小者。
在本说明书的一些方面中，提供了用于向观察者显示物体的光学系统。光学系统包括一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和设置在一体化第一光学组件和一体化第二光学组件之间的一体化第三光学组件。一体化第一光学组件包括反射偏振器以及一个或多个第一光学透镜，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。一体化第二光学组件包括部分反射器以及一个或多个第二光学透镜，该部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率。一体化第三光学组件包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器。反射偏振器在反射偏振器的顶点处具有第一曲率半径，部分反射器在所述部分反射器的顶点处具有第二曲率半径，并且第一相位延迟器在第一相位延迟器的顶点处具有第三曲率半径。第三曲率半径大于第一曲率半径和第二曲率半径中的较小者。
附图说明
图1为光学系统的示意性剖视图；
图2为一体化第一光学组件的示意剖视图；
图3为一体化第二光学组件的示意剖视图；
图4为一体化第三光学组件的示意剖视图；
图5为包括两个光学透镜的一体化光学组件的示意剖视图；
图6为光学系统的弯曲层的示意性剖视图；
图7为反射偏振器的示意性正视图；
图8为反射偏振器的示意性剖视图；
图9为头戴式显示器的示意性顶视图；
图10为光学系统的示意性剖视图；并且
图11为透镜或一体化光学组件的示意性正视图。
具体实施方式
在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中通过举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
本说明书的光学系统可用于例如头戴式显示器，在该头戴式显示器中将来自显示面板的图像提供给观察者。此类头戴式显示器可用于例如虚拟现实和/或游戏应用。在一些实施方案中，光学系统包括靠近反射偏振器并与反射偏振器间隔开的部分反射器，并且包括设置在部分反射器和反射偏振器之间的相位延迟器(例如，四分之一波长延迟器)。相关的光学系统在提交于2015年9月25日的美国专利申请14/865,017(Ouderkirk等人)中有所描述，其内容以不与本说明书矛盾的程度以引用方式并入本文。
在本说明书的光学系统中，部分反射器可设置在一体化第一光学组件之中或之上，其中一体化第一光学组件包括一个或多个第一光学透镜。例如，一体化第一光学组件可包括单个光学透镜，并且部分反射器可设置在该单个光学透镜的主表面上。又如，一体化第一光学组件可包括粘结在一起以形成复合透镜的两个光学透镜，并且部分反射器可设置在两个光学透镜之间或设置在两个透镜中的一个的主表面上。类似地，反射偏振器可设置在一体化第二光学组件之中或之上，其中一体化第二光学组件包括一个或多个第二光学透镜。一体化第三光学组件可设置在一体化第一光学组件和一体化第二光学组件之间，其中一体化第三光学组件包括弯曲相位延迟器。例如，在一些实施方案中，一体化第三光学组件包括一个或多个第三光学透镜，并且相位延迟器设置在该第三光学透镜中的一个第三光学透镜的弯曲主表面上。
根据本发明，已经发现这样的光学系统尤其可用于头戴式显示器，即在所述光学系统中，一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和一体化第三光学组件分别具有第一焦距、第二焦距、和第三焦距，其中第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较小者。已经发现利用包括设置在一体化第一光学组件和一体化第二光学组件之间的弯曲相位延迟器的一体化第三光学组件允许例如另外的像差校正，同时与仅使用两个一体化光学组件相比保持紧凑的设计，即使当一体化第三光学组件具有相对低的光焦度(相对大的焦距)时也是如此。在一些情况下，已经发现与使用具有类似光焦度的三个光学组件相比，针对一体化第三光学组件利用相对低的光焦度提供更紧凑的光学系统。已经发现本说明书的光学系统在例如紧凑系统中提供具有高对比度和低失真的宽视场。
图1为用于向观察者110显示物体100的光学系统1000的示意性图解。物体100可以是显示面板，例如诸如液晶显示(LCD)面板或有机发光二极管(OLED)显示面板。光学系统1000包括一体化第一光学组件200、一体化第二光学组件300、和设置在一体化第一光学组件200和一体化第二光学组件300之间的一体化第三光学组件400。一体化第一光学组件200可被配置为更靠近观察者110，并且一体化第二光学组件300可被配置为更远离观察者110，如图1所示。另选地，一体化第一光学组件可被配置为更远离观察者110，并且一体化第二光学组件可被配置为更靠近观察者，如图10所示。一体化第一光学组件200具有第一焦距，并包括一个或多个第一光学透镜210且包括反射偏振器220，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态(例如，偏振态144)的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态(例如，偏振态142)的光。反射偏振器220可以为例如聚合物多层光学膜偏振器或线栅偏振器。一体化第二光学组件300具有第二焦距，并包括一个或多个第二光学透镜310且包括部分反射器320，该部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率。一体化第三光学组件400具有第三焦距，并且包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器420。在一些实施方案中，一体化第三光学组件400包括一个或多个第三光学透镜410。第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较小者。在一些实施方案中，第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较大者。在一些实施方案中，第三焦距为第一焦距和第二焦距中的较小者的至少两倍。在一些实施方案中，第三焦距为第一焦距和第二焦距中的较大者的至少两倍。
在其他实施方案中，相比于图1所示的情况，部分反射器320、第一相位延迟器420、和反射偏振器220中的一者或多者分别设置在一个或多个光学透镜310、410、和210的不同主表面上。例如，部分反射器320可以另选地设置在面向观察者110的一个或多个第二光学透镜310的主表面上。在这种情况下，附加的膜或部件(例如，偏振器和/或相位延迟器)可设置在面向物体100的一个或多个第二光学透镜310的主表面上。在一些实施方案中，一体化第一光学组件200、一体化第二光学组件300、和一体化第三光学组件400中的每一个的每个主表面朝向观察者110为凹形的。
如果期望的多个波长(例如，400nm至700nm的范围)中具有第一偏振态的光的至少60％透射穿过偏振器，则可称该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光。在一些实施方案中，期望的多个波长中具有第一偏振态的光的至少70％、或至少80％透射穿过偏振器。如果期望的多个波长(例如，400nm至700nm的范围)中具有第二偏振态的光的至少60％从反射偏振器反射，则可称该反射偏振器基本上反射具有第二偏振态的光。在一些实施方案中，期望的多个波长中具有第二偏振态的光的至少70％、或至少80％从偏振器反射。
期望的多个波长可以为例如400nm至700nm的可见波长范围。还可使用其它波长范围。例如，期望的多个波长可以只包括可见范围的一部分(例如，450nm至680nm)，或者可包括可见范围内的窄波段(例如，红波段、绿波段、和篮波段，各自具有不大于50nm的带宽)，这些窄波段被选择为与单色或接近单色的光源重叠。在此类情况下，反射偏振器220可以为陷波反射偏振器，并且部分反射器320可以为如在美国专利申请14/865,017(Ouderkirk等人)中进一步描述的陷波反射偏振器，上述专利在上文中以引用方式并入本文。
由物体100发射的光线136的一部分从一体化第二光学组件300穿过，从一体化第三光学组件400穿过，从一体化第一光学组件200的反射偏振器220反射，从一体化第三光学组件400往回穿过，从一个或多个第二光学透镜310穿过，从部分反射器320反射，从一个或多个第二光学透镜310往回穿过，并从一体化第三光学组件和一体化第一光学组件穿过到达观察器110。透镜中的每一个可具有光焦度(有限焦距)，如本文其他地方进一步所述。在一些实施方案中，第一相位延迟器420为在期望的多个波长中的至少一个波长处的四分之一波长延迟器，并且首先以消光状态(例如，偏振态142)入射在反射偏振器220上的光线136，在从第一相位延迟器420穿过两次之后，以正交穿过状态(例如，偏振态144)入射在反射偏振器220上。在其他实施方案中，第一相位延迟器420为在期望的多个波长中的至少一个波长处的八分之一波长延迟器，并且一体化第三光学组件400包括同样是八分之一波长延迟器的第二相位延迟器(例如，在一个或多个第三光学透镜410的不同主表面上)。
在一些实施方案中，物体100是被配置为发射圆偏振光的显示面板。例如，显示面板可包括四分之一波长延迟器和线性偏振器，以便产生圆偏振光。在一些实施方案中，包括线性偏振器和第二相位延迟器(其可为四分之一波长延迟器)的任选的附加偏振器设置在一体化第二光学组件300和物体100之间。
一体化第一光学组件可设置在显示面板和一体化第二光学组件之间，或者一体化第二光学组件可设置在显示面板和一体化第一光学组件之间。图10为用于向观察者111显示物体101的光学系统1001的示意性图解。光学系统1001可对应于光学系统1000，除了一体化光学组件和任选的附加偏振器的相对位置之外。物体101可以是显示面板，例如，液晶显示(LCD)面板或有机发光二极管(OLED)显示面板。光学系统1001包括一体化第一光学组件201、一体化第二光学组件301、和设置在一体化第一光学组件201和一体化第二光学组件301之间的一体化第三光学组件401。在例示的实施方案中，一体化第一光学组件201被配置为更远离观察者111，并且一体化第二光学组件301被配置为更靠近观察者111。一体化第一光学组件201具有第一焦距，并包括一个或多个第一光学透镜211且包括反射偏振器222，该反射偏振器基本上透射具有第一偏振态(例如，偏振态141)的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态(例如，偏振态143)的光。反射偏振器222可以为例如聚合物多层光学膜偏振器或线栅偏振器。一体化第二光学组件301具有第二焦距，并包括一个或多个第二光学透镜311且包括部分反射器321，该部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率。一体化第三光学组件401具有第三焦距，并且包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器421。在一些实施方案中，一体化第三光学组件401包括一个或多个第三光学透镜411。第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较小者。在一些实施方案中，第三焦距大于第一焦距和第二焦距中的较大者。在一些实施方案中，第三焦距为第一焦距和第二焦距中的较小者的至少两倍。在一些实施方案中，第三焦距为第一焦距和第二焦距中的较大者的至少两倍。
光学系统1001还包括任选的附加偏振器360，其包括第二相位延迟器363(其可为四分之一波长延迟器)和线性偏振器361。在例示的实施方案中，由物体101发射的光线137在从反射偏振器222穿过之后具有偏振态141。光线137的一部分从部分反射器321反射，并且在从第一相位延迟器421穿过之后以偏振态143从反射偏振器222反射。这些光线以偏振态147入射在偏振器360上并透射到观察者111。光线137的另一部分以偏振态149透射穿过部分反射器321。光线137的这部分被偏振器360消光并且不透射到观察者111。
在一些实施方案中，反射偏振器、部分反射器、和/或相位延迟器围绕两个正交的轴线弯曲。例如，反射偏振器可设置在透镜的球形或非球面表面上。图6为层1027的剖视图，该层具有顶点1057并且围绕两个正交的轴线(例如，x轴和y轴)弯曲。层1027可以是部分反射器、相位延迟器、或反射偏振器。层1027具有至少一个第一位置1052，该至少一个第一位置1052具有距从顶点1057穿过的光轴1040的径向距离r1，以及距在顶点1057处垂直于光轴1040的平面1047(平行于x-y平面)的位移s1。在一些实施方案中，层1027为反射偏振器，并且比率s1/r1为至少0.1或至少0.2，并且可小于0.8或小于0.6。例如，在一些实施方案中，s1/r1在0.2至0.8的范围内或在0.3至0.6的范围内。层1027具有至少一个第二位置1054，该至少一个第二位置1054具有距光轴1040的径向距离r2，以及距平面1047的位移s2。在一些实施方案中，层1027为反射偏振器，并且s2/r2为至少0.3，并且可小于0.8。层1027具有直径D、最大垂度Sm、和在顶点1057处的曲率半径R。在一些实施方案中，反射偏振器和相位延迟器中的每一者围绕两个正交的轴线弯曲。在一些实施方案中，反射偏振器、相位延迟器、和部分反射器中的每一者围绕两个正交的轴线弯曲。
在一些实施方案中，反射偏振器围绕光轴1040旋转对称或基本上旋转对称。如果膜或部件的形状中的方位角变化不大于约10％，则可称该膜或部件是基本上旋转对称的。方位角变化是指围绕光轴1040或1140的方位角坐标通过顶点1057或1157的变化，参见图6和图7。在一些实施方案中，s1/r1的方位角变化小于10％、或小于8％、或小于6％、或小于4％、或小于2％、或小于1％、或甚至小于0.5％。一个或多个位置1052可以是具有距光轴1040的共同径向距离r1的位置环，并且类似地，一个或多个位置1054可以是具有距光轴1040的共同径向距离r2的位置环。如果膜的形状的方位角变化足够小而使得膜可被模制成旋转对称的透镜而不使膜起皱，则可称膜是旋转对称的。坐标s1和坐标r1定义层1027的区A1，该区A1具有距光轴1040的距离不超过r1的径向位置，或具有沿光轴距顶点1057的不超过s1的距离。
图7为可对应于层1027的反射偏振器1127的正视图。反射偏振器1127围绕两个正交的轴线(例如，x轴和y轴)弯曲，并且具有顶点1157和从顶点1157穿过的光轴1140(平行于z轴)。反射偏振器1127可为聚合物多层反射偏振器，并且可具有在顶点1157处为基本上单轴取向的至少一个层(例如，图8的层1272)。例如，至少一个层的取向可在y方向上，如在顶点1157处的箭头所指示。该方向也可为反射偏振器1127的消光方向，并且正交方向(x方向)可为反射偏振器的透射轴。反射偏振器1127还包括至少一个层，该至少一个层在远离光轴1140的该至少一个层上的至少一个第一位置1153处为基本上光学双轴的，并且在远离光轴的至少一个第二位置1152处为基本上光学单轴的。
聚合物多层光学膜可被形成(例如，热成形)以提供反射偏振器1127。光学膜初始可具有单轴取向的至少一个层，其具有沿y方向的消光轴。在形成期间，光学膜被拉伸以适形于工具的形状。光学膜被拉伸是因为期望的形状为围绕两个正交的轴线弯曲。与此形成对比的是，光学膜将不需要被拉伸以适形于仅围绕一个轴弯曲的形状。形成过程可使光学膜在第二位置1152处基本上单轴取向(因为膜在成形期间在该位置处被沿取向方向拉伸)，但由于光学膜在形成时的拉伸而导致在第一位置1153处的双轴取向。在第一位置1153和第二位置1152处的消光轴由那些位置处的箭头指示。消光轴在第一位置1153处偏移α度。透射轴可正交于消光轴，并且也可在第一位置1153处偏移α度。在一些实施方案中，在反射偏振器的整个区域上、或在由s1和r1限定的反射偏振器的区域上、或在反射偏振器的反射孔上，反射偏振器1127的透射轴(或消光轴)的最大变化小于约5度、或小于约3度、或小于约2度、或小于约1.5度、或小于约1度，其中s1和s2如针对层1027所述。反射孔是指由光学系统反射时使用的反射偏振器的一部分。反射孔可以基本上为反射偏振器的整个区域，或者可在反射偏振器的边界附近排除反射偏振器的一部分。透射轴的最大变化可以被确定为透射轴与固定方向(例如，图7中的x方向)之间的最大角度差减去透射轴与固定方向之间的最小角度差。
在本文所述的任何光学系统中使用的任何反射偏振器可为线性反射偏振器，其可适于反射具有第一线性偏振态的光并透射具有与第一线性偏振态正交的第二线性偏振态的光。
在本说明书的任何光学系统中使用的任何反射偏振器可为热成形的反射偏振器，其可为热成形的聚合物多层光学膜。聚合物多层光学膜可包括多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层。这在图8中示出，图8为包括交替的第一聚合物层1272和第二聚合物层1274的反射偏振器1227的侧视图。图中指出平面外(厚度)z方向和正交的平面中x方向和y方向。合适的聚合物多层反射偏振器在例如美国专利5,882,774(Jonza等人)和美国专利6,609,795(Weber等人)中有所描述。将反射偏振器形成为复合曲线的方法在上文中以引用方式并入本文的美国专利申请14/865,017(Ouderkirk等人)、以及提交于2016年9月2日且其内容以不与本说明书矛盾的程度以引用方式并入本文的PCT申请US2016/050024(Ouderkirk等人)中有所描述。
在一些实施方案中，在本说明书的光学系统中使用的反射偏振器(例如，反射偏振器220)为多层光学膜，其在被形成(例如，热成形)为光学透镜的期望形状之前基本上为单轴取向，因为它具有至少0.7、或至少0.8、或至少0.85的单轴性程度U，其中U＝(1/MDDR-1)/(TDDR1/2-1)，MDDR定义为纵向拉伸比，并且TDDR定义为横向拉伸比。此类基本上单轴取向的多层光学膜在美国专利2010/0254002(Merrill等人)中有所描述，并且可包括多个交替的第一聚合物层和第二聚合物层，其中第一聚合物层具有沿长度方向(例如，x方向)和厚度方向(例如，z方向)基本上相同但与沿宽度方向(例如，y方向)的折射率基本上不同的折射率。例如，沿x方向和z方向的折射率之差的绝对值可以小于0.02或小于0.01，并且沿x方向和y方向的折射率之差的绝对值可以大于0.05或大于0.10。除非另外指明，否则折射率是指在550nm的波长下的折射率。基本上单轴取向的反射偏振器可以商品名APF得自3M公司(3MCompany)。也可使用其他类型的多层光学膜反射偏振器(例如，以DBEF得自3M公司(3MCompany))。在其他实施方案中，使用其他类型的反射偏振器(例如，线栅偏振器)。
在本说明书的光学系统中使用的(一个或多个)相位延迟器(例如，第一相位延迟器420)可为膜或涂层。用于形成相位延迟器的合适涂层包括在美国专利申请公开US 2002/0180916(Schadt等人)、US 2003/028048(Cherkaoui等人)、以及US 2005/0072959(Moia等人)中描述的线性光聚合聚合物(LPP)材料和液晶聚合物(LCP)材料。合适的LPP材料包括ROP-131 EXP 306 LPP，并且合适的LCP材料包括ROF-5185 EXP 410 LCP，这两者均可得自瑞士奥什维尔落利刻新材料公司(Rolic Technologies，Allschwil，Switzerland)。
在本说明书的光学透镜中使用的部分反射器(例如，部分反射器320)可以是任何合适的部分反射器。例如，部分反射器可通过在透明基板上涂覆薄金属层(例如，银或铝)来构造。部分反射器也可通过例如将薄膜电介质涂层沉积到透镜基板的表面上，或者通过将金属和电介质涂层的组合沉积在表面上来形成。在一些实施方案中，部分反射器在期望的多个波长中具有平均光学反射率和平均光学透射率，其中平均光学反射率和平均光学透射率各自在30％至70％的范围内、或各自在40％至60％的范围内、或各自在45％至55％的范围内。部分反射器可以是例如半镜。
在一些实施方案中，光学系统1000具有光轴121，并且类似地，在一些实施方案中，光学系统1001具有光轴122。在一些实施方案中，光学系统1000(或1001)的每个透镜围绕光轴121(或122)旋转对称。在其他实施方案中，一个或多个光学透镜关于光轴121(或122)非旋转对称。例如，在一些实施方案中，光学系统的(一个或多个)透镜或(一个或多个)光学元件可以围绕光轴非旋转对称，这至少部分地是由于(一个或多个)透镜或(一个或多个)光学元件的非旋转对称边缘，和/或由于(一个或多个)透镜或(一个或多个)光学元件的表面的曲率的方位角依赖性。图11为透镜或一体化光学组件777的示意性正视图，该一体化光学组件777可以对应于本文其他地方描述的第一一体化光学组件、第二一体化光学组件、或第三一体化光学组件中的任一个，并且包括围绕光轴778不对称的非旋转对称边缘779。利用非旋转对称的透镜或光学元件允许光学系统在头戴式显示器中用于在具有低轮廓的紧凑系统中提供宽视野，如PCT申请US2016/050024(Ouderkirk等人)中进一步描述的，该专利在上文以引用方式并入本文。
这样的非旋转对称的透镜或光学元件的光轴可被理解为在透镜或光学元件的中心附近的轴线，其中由显示器发射并沿光轴传播的光线以最小程度的折射从(一个或多个)透镜和/或(一个或多个)光学元件穿过，使得沿接近光轴但不同于光轴的轴线的光传播经历较大程度的折射。沿光轴的光线可从(一个或多个)透镜和/或(一个或多个)光学元件穿过而不被折射或基本上不被折射。基本上不被折射意味着入射在表面上的光线与透射穿过该表面的光线之间的角度不超过15度。在一些实施方案中，入射线与透射线之间的角度小于10度、或小于5度、或小于3度、或小于2度。在一些实施方案中，光学系统包括一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和一体化第三光学组件，并且沿光学系统的光轴传播的光线从一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和一体化第三光学组件穿过而基本上不被折射。在一些实施方案中，沿光轴传播的光线从一体化第一光学组件、一体化第二光学组件、和一体化第三光学组件穿过，而不在光学系统的任何主表面上折射超过10度、或超过5度、或超过3度、或超过2度。
图2是示出第一焦距L1的一体化第一光学组件200的示意性剖视图。图3是示出第二焦距L2的一体化第二光学组件300的示意性剖视图。图4是示出第三焦距L3的一体化第三光学组件400的示意性剖视图。如果从透镜或一体化光学组件的光轴(最初准直的近轴光线)附近的无限远处传播的光聚焦到焦点，则透镜或一体化光学组件具有由透镜或一体化光学组件(例如，沿透镜或一体化光学组件的光轴的在透镜或一体化光学组件的中点处的点)与焦点之间的距离给出的焦距。如果透镜或一体化光学组件没有将来自无限远处的宽光束聚焦到一个点但仍将近轴光线聚焦到焦点，则透镜或一体化光学组件具有从透镜或一体化光学组件到焦点的焦距。在一些实施方案中，透镜或一体化光学组件对于在不同平面(例如，y-z平面对x-z平面)中传播的光具有不同的焦点和对应的不同焦距。例如，透镜的表面可在不同平面中的透镜顶点处具有不同的曲率半径，并且这可导致在不同平面中传播的光的不同光焦度。在一些实施方案中，透镜或一体化光学组件对于所有平面中的近轴光线具有相同的焦距。
透镜或一体化光学组件的焦距可以根据透镜或一体化光学组件的各种表面的曲率和该各种表面之间的距离、以及透镜或一体化光学组件的各种部件的折射率来确定。曲率可以根据在部件的顶点或角顶处的或沿光学系统的光轴的曲率半径来描述。曲率半径在不同平面中可以是不同的，或者在所有平面中可以是相同的。
在一些实施方案中，第三焦距L3不超过第一焦距L1和第二焦距L2中的较大者的10倍。在一些实施方案中，第三焦距L3不超过第一焦距L1和第二焦距L2中的较小者的10倍。在一些实施方案中，第一焦距L1和第二焦距L2是不同的(例如，第一焦距和第二焦距中的较大者可以比第一焦距和第二焦距中的较小者大至少5％、或至少10％)。在一些实施方案中，第一焦距L1和第二焦距L2基本上相同(例如，第一焦距和第二焦距中的较大者可以比第一焦距和第二焦距中的较小者大不超过10％、或不超过5％)。在一些实施方案中，一体化第一光学组件200、一体化第二光学组件300、和一体化第三光学组件400中的每一者的一个或多个透镜分别为会聚透镜或会聚透镜堆叠。
一体化第一光学组件200、一体化第二光学组件300、和一体化第三光学组件400分别可根据光焦度而不是焦距来描述。光焦度是焦距的倒数。一体化第三光学组件400的光焦度可为一体化第一光学组件200和一体化第二光学组件300的光焦度中的较小者的至少0.1倍。一体化第三光学组件400的光焦度可为一体化第一光学组件200和一体化第二光学组件300的光焦度中的较大者的不超过0.5倍。
分别地，一体化第一光学组件200、一体化第二光学组件300、和一体化第三光学组件400可分别根据在反射偏振器的顶点处的反射偏振器的曲率半径(第一曲率半径)、在部分反射器的顶点处的部分反射器的曲率半径(第二曲率半径)、以及在第一相位延迟器的顶点处的第一相位延迟器的曲率半径(第三曲率半径)来描述。在一些实施方案中，第三曲率半径不超过第一曲率半径和第二曲率半径中的较大者的10倍。在一些实施方案中，第三曲率半径不超过第一曲率半径和第二曲率半径中的较小者的10倍。在一些实施方案中，第一曲率半径和第二曲率半径是不同的(例如，第一曲率半径和第二曲率半径中的较大者可以比第一曲率半径和第二曲率半径中的较小者大至少5％、或至少10％)。在一些实施方案中，第一曲率半径和第二曲率半径基本上相同(例如，第一曲率半径和第二曲率半径中的较大者可以比第一曲率半径和第二曲率半径中的较小者大不超过10％、或不超过5％)。
在一些实施方案中，第一一体化光学组件、第二一体化光学组件、和第三一体化光学组件中的一者或多者包括多于一个透镜。图5中示出例示性示例，其示出一体化光学组件234，该一体化光学组件234包括第一光学透镜266和第二光学透镜288，其中层333设置在第一光学透镜266和第二光学透镜288之间。一体化光学组件234可对应于本文其他地方所述的第一光学组件、第二光学组件、和第三光学组件中的任一者(例如，一体化光学组件200、300、或400)，并且层333可以是例如部分反射器、相位延迟器或部分反射器。在其他实施方案中，层333可以设置在第一光学透镜266和第二光学透镜288的外主外表面上，而非设置在两个透镜之间的界面处。其他复合透镜设计可以在本说明书的任何一体化光学组件中使用。在一些实施方案中，第一光学组件、第二光学组件、和第三光学组件中的一者或多者包括双合透镜、三合透镜、和/或消色差透镜。
本说明书的任何光学系统可以在诸如头戴式显示器(例如，虚拟现实显示器)等设备中使用。图9是包括框架1792以及第一显示部分1794a和第二显示部分1794b的头戴式显示器1790的示意性顶视图。第一显示部分1794a和第二显示部分1794b分别包括外表面1782a和外表面1782b，并且分别包括内表面1784a和内表面1784b。第一显示部分1794a和第二显示部分1794b中的每一者可包括本说明书的光学系统。例如，第一显示部分1794a(并且类似地对于第二显示部分1794b)可包括光学系统1000，其中显示面板(对应于物体100)与外表面1782a相邻，一体化第二光学组件300面向显示面板，并且一体化第一光学组件200面向内表面1784a。又如，第一显示部分1794a(并且类似地对于第二显示部分1794b)可包括光学系统1001，其中显示面板(对应于物体101)与外表面1782a相邻，一体化第一光学组件201面向显示面板，并且一体化第二光学组件301面向内表面1784a。在一些实施方案中，可使用单个显示面板跨越部分1794a和1794b代替单独的显示面板。头戴式显示器1790还可包括相机和/或眼睛跟踪系统，如美国专利申请14/865,017(Ouderkirk等人)中进一步所述，上述专利在上文中以引用方式并入本文。
以下是示例性实施方案的列表。
实施方案1为一种用于向观察者显示物体的光学系统，包括：
一体化第一光学组件，所述一体化第一光学组件具有第一焦距并且包括：
一个或多个第一光学透镜；和
反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光；
一体化第二光学组件，所述一体化第二光学组件具有第二焦距并且包括：
一个或多个第二光学透镜；和
部分反射器，所述部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率；以及一体化第三光学组件，所述一体化第三光学组件设置在所述一体化第一光学组件和所述一体化第二光学组件之间，所述一体化第三光学组件具有第三焦距并且包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器，
其中所述第三焦距大于所述第一焦距和所述第二焦距中的较小者。
实施方案2为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述第三焦距大于所述第一焦距和所述第二焦距中的较大者。
实施方案3为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述第三焦距为所述第一焦距和所述第二焦距中的较小者的至少两倍。
实施方案4为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述第三焦距为所述第一焦距和所述第二焦距中的较大者的至少两倍。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的光学系统，其中所述第三焦距不超过所述第一焦距和所述第二焦距中的较大者的10倍。
实施方案6为根据实施方案1至4中任一项所述的光学系统，其中所述第三焦距不超过所述第一焦距和所述第二焦距中的较小者的10倍。
实施方案7为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述第一焦距和所述第二焦距不同。
实施方案8为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述第一焦距和所述第二焦距基本上相同。
实施方案9为根据实施方案1所述的光学系统，包括显示面板，所述显示面板设置为靠近所述第二一体化光学组件且与所述第一一体化光学组件相反。
实施方案10为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述期望的多个波长包括400nm至700nm的波长范围。
实施方案11为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述反射偏振器为线栅偏振器。
实施方案12为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述反射偏振器为聚合物多层光学膜。
实施方案13为根据实施方案12所述的光学系统，其中所述聚合物多层光学膜包括至少一个层，所述至少一个层在所述至少一个层上的远离从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的至少一个第一位置处为基本上光学双轴的，并且在远离所述光轴的至少一个第二位置处为基本上光学单轴的。
实施方案14为根据实施方案1至13中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器围绕两个正交的轴线弯曲。
实施方案15为根据实施方案1至14中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器具有至少一个第一位置，所述至少一个第一位置具有距从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的径向距离r1，以及距在所述顶点处垂直于所述光轴的平面的位移s1，s1/r1为至少0.1。
实施方案16为根据实施方案15所述的光学系统，其中s1/r1为至少0.2。
实施方案17为根据实施方案1所述的光学系统，还包括显示面板，其中所述一体化第一光学组件设置在所述显示面板和所述一体化第二光学组件之间。
实施方案18为根据实施方案1所述的光学系统，还包括显示面板，其中所述一体化第二光学组件设置在所述显示面板和所述一体化第一光学组件之间。
实施方案19为一种头戴式显示器，所述头戴式显示器包括根据实施方案1所述的第一光学系统和设置为靠近所述第一光学系统的根据实施方案1所述的第二光学系统。
实施方案20为根据实施方案1所述的光学系统，其中所述一体化第一光学组件、所述一体化第二光学组件、和所述一体化第三光学组件中的至少一者具有非旋转对称边缘。
实施方案21为一种用于向观察者显示物体的光学系统，包括：
一体化第一光学组件，所述一体化第一光学组件包括：
一个或多个第一光学透镜；和
反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光；
一体化第二光学组件，所述一体化第二光学组件包括：
一个或多个第二光学透镜；和
部分反射器，所述部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率；以及设置在所述一体化第一光学组件和所述一体化第二光学组件之间的一体化第三光学组件，所述一体化第三光学组件包括用于改变从其中穿过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器，
其中所述反射偏振器在所述反射偏振器的顶点处具有第一曲率半径，所述部分反射器在所述部分反射器的顶点处具有第二曲率半径，所述第一相位延迟器在所述第一相位延迟器的顶点处具有第三曲率半径，所述第三曲率半径大于所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较小者。
实施方案22为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述第三曲率半径大于所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较大者。
实施方案23为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述第三曲率半径为所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较小者的至少两倍。
实施方案24为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述第三曲率半径为所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较大者的至少两倍。
实施方案25为根据实施方案21至24中任一项所述的光学系统，其中所述第三曲率半径为所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较大者的不超过10倍。
实施方案26为根据实施方案21至24中任一项所述的光学系统，其中所述第三曲率半径为所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较小者的不超过10倍。
实施方案27为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述第一曲率半径和所述第二曲率半径不同。
实施方案28为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述第一曲率半径和所述第二曲率半径基本上相同。
实施方案29为根据实施方案21所述的光学系统，包括显示面板，所述显示面板设置为靠近所述第二一体化光学组件且与所述第一一体化光学组件相反。
实施方案30为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述期望的多个波长包括400nm至700nm的波长范围。
实施方案31为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述反射偏振器为线栅偏振器。
实施方案32为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述反射偏振器为聚合物多层光学膜。
实施方案33为根据实施方案32所述的光学系统，其中所述聚合物多层光学膜包括至少一个层，所述至少一个层在所述至少一个层上的远离从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的至少一个第一位置处为基本上光学双轴的，并且在远离所述光轴的至少一个第二位置处为基本上光学单轴的。
实施方案34为根据实施方案21至33中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器围绕两个正交的轴线弯曲。
实施方案35为根据实施方案21至34中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器具有至少一个第一位置，所述至少一个第一位置具有距从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的径向距离r1，以及距在所述顶点处垂直于所述光轴的平面的位移s1，s1/r1为至少0.1。
实施方案36为根据实施方案35所述的光学系统，其中s1/r1为至少0.2。
实施方案37为根据实施方案21所述的光学系统，还包括显示面板，其中所述一体化第一光学组件设置在所述显示面板和所述一体化第二光学组件之间。
实施方案38为根据实施方案21所述的光学系统，还包括显示面板，其中所述一体化第二光学组件设置在所述显示面板和所述一体化第一光学组件之间。
实施方案39为一种头戴式显示器，所述头戴式显示器包括根据实施方案21所述的第一光学系统和设置为靠近所述第一光学系统的根据实施方案21所述的第二光学系统。
实施方案40为根据实施方案21所述的光学系统，其中所述一体化第一光学组件、所述一体化第二光学组件、和所述一体化第三光学组件中的至少一者具有非旋转对称边缘。
除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (19)

1.一种用于向观察者显示物体的光学系统，包括：
一体化第一光学组件，所述一体化第一光学组件具有第一焦距并且包括：
一个或多个第一光学透镜；和
反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光；
一体化第二光学组件，所述一体化第二光学组件具有第二焦距并且包括：
一个或多个第二光学透镜；和
部分反射器，所述部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率；以及
一体化第三光学组件，所述一体化第三光学组件设置在所述一体化第一光学组件和所述一体化第二光学组件之间，所述一体化第三光学组件具有第三焦距并且包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器，
其中所述第三焦距大于所述第一焦距和所述第二焦距中的较小者。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第三焦距大于所述第一焦距和所述第二焦距中的较大者。
3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第三焦距为所述第一焦距和所述第二焦距中的所述较小者的至少两倍。
4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述第三焦距为所述第一焦距和所述第二焦距中的所述较大者的至少两倍。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学系统，其中所述第三焦距不超过所述第一焦距和所述第二焦距中的较大者的10倍。
6.根据权利要求1所述的光学系统，包括显示面板，所述显示面板设置为靠近所述第二一体化光学组件且与所述第一一体化光学组件相反。
7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述反射偏振器为聚合物多层光学膜。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述聚合物多层光学膜包括至少一个层，所述至少一个层在所述至少一个层上的远离从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的至少一个第一位置处为基本上光学双轴的，并且在远离所述光轴的至少一个第二位置处为基本上光学单轴的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器围绕两个正交的轴线弯曲。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其中所述反射偏振器具有至少一个第一位置，所述至少一个第一位置具有距从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的径向距离r1，以及距在所述顶点处垂直于所述光轴的平面的位移s1，s1/r1为至少0.1。
11.一种头戴式显示器，所述头戴式显示器包括根据权利要求1所述的第一光学系统和设置为靠近所述第一光学系统的根据权利要求1所述的第二光学系统。
12.一种用于向观察者显示物体的光学系统，包括：
一体化第一光学组件，所述一体化第一光学组件包括：
一个或多个第一光学透镜；和
反射偏振器，所述反射偏振器基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光；
一体化第二光学组件，所述一体化第二光学组件包括：
一个或多个第二光学透镜；和
部分反射器，所述部分反射器对于期望的多个波长具有至少30％的平均光学反射率；和
一体化第三光学组件，所述一体化第三光学组件设置在所述一体化第一光学组件和所述一体化第二光学组件之间，所述一体化第三光学组件包括用于改变从其中通过的光的偏振态的弯曲第一相位延迟器，
其中所述反射偏振器在所述反射偏振器的顶点处具有第一曲率半径，所述部分反射器在所述部分反射器的顶点处具有第二曲率半径，所述第一相位延迟器在所述第一相位延迟器的顶点处具有第三曲率半径，所述第三曲率半径大于所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较小者。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述第三曲率半径大于所述第一曲率半径和所述第二曲率半径中的较大者。
14.根据权利要求12所述的光学系统，包括显示面板，所述显示面板设置为靠近所述第二一体化光学组件且与所述第一一体化光学组件相反。
15.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述反射偏振器为聚合物多层光学膜。
16.根据权利要求15所述的光学系统，其中所述聚合物多层光学膜包括至少一个层，所述至少一个层在所述至少一个层上的远离从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的至少一个第一位置处为基本上光学双轴的，并且在远离所述光轴的至少一个第二位置处为基本上光学单轴的。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的光学系统，其中所述反射偏振器围绕两个正交的轴线弯曲。
18.根据权利要求17所述的光学系统，其中所述反射偏振器具有至少一个第一位置，所述至少一个第一位置具有距从所述反射偏振器的顶点穿过的光轴的径向距离r1，以及距在所述顶点处垂直于所述光轴的平面的位移s1，s1/r1为至少0.1。
19.一种头戴式显示器，所述头戴式显示器包括根据权利要求12所述的第一光学系统和设置为靠近所述第一光学系统的根据权利要求12所述的第二光学系统。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114839781A (zh) * 2022-05-26 2022-08-02 业成科技（成都）有限公司 头戴式显示器

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6984261B2 (ja) * 2017-09-14 2021-12-17 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
WO2019148176A1 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 Sharp Gary D Hollow triple-pass optical elements
JP7151255B2 (ja) * 2018-08-06 2022-10-12 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置
WO2020035791A1 (en) * 2018-08-14 2020-02-20 3M Innovative Properties Company Optical system
US11885959B1 (en) * 2018-08-31 2024-01-30 Apple Inc. Optical system with ghost image mitigation
JP2022533757A (ja) * 2019-05-24 2022-07-25 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 光学システム
CN110161696B (zh) * 2019-06-03 2021-02-05 歌尔光学科技有限公司 补偿镜组及具有其的虚拟现实设备
CN111766706A (zh) * 2020-06-19 2020-10-13 江西微瑞光学有限公司 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组
CN111766705A (zh) * 2020-06-19 2020-10-13 江西微瑞光学有限公司 短距离、高透镜双折射容忍度的光学成像模组
US12007595B2 (en) 2020-12-14 2024-06-11 3M Innovative Properties Company Optical systems
TW202409638A (zh) 2022-08-19 2024-03-01 大根光學工業股份有限公司 光學系統與頭戴裝置
TWI823809B (zh) * 2023-04-13 2023-11-21 新鉅科技股份有限公司 光學透鏡組和頭戴式電子裝置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08223509A (ja) * 1995-02-14 1996-08-30 Olympus Optical Co Ltd 頭部装着型映像表示装置
US5644436A (en) * 1994-03-18 1997-07-01 Olympus Optical Co., Ltd. Concentric optical system
US20020024743A1 (en) * 2000-06-13 2002-02-28 Takeshi Endo Eyepiece optical system
CN105629494A (zh) * 2016-03-21 2016-06-01 深圳多哚新技术有限责任公司 一种短距离光学放大模组、眼镜、头盔以及vr系统
CN205485050U (zh) * 2015-09-03 2016-08-17 3M创新有限公司 头戴式显示器
CN205562977U (zh) * 2016-03-21 2016-09-07 深圳多哚新技术有限责任公司 短距离光学放大模组、眼镜、头盔及vr系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6160597A (en) 1993-02-17 2000-12-12 Rolic Ag Optical component and method of manufacture
US6025897A (en) * 1993-12-21 2000-02-15 3M Innovative Properties Co. Display with reflective polarizer and randomizing cavity
US5882774A (en) 1993-12-21 1999-03-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Optical film
US6215593B1 (en) 1996-11-13 2001-04-10 Ian A. Bruce Portable wide-field optical system with microlenses and fiber-optic image transfer element
GB9930557D0 (en) 1999-12-23 2000-02-16 Rolic Ag Optically active materials
JP2002107655A (ja) * 2000-09-27 2002-04-10 Minolta Co Ltd 映像表示装置
EP1227347A1 (en) 2001-01-29 2002-07-31 Rolic AG Optical device and method for manufacturing same
US6916440B2 (en) 2001-05-31 2005-07-12 3M Innovative Properties Company Processes and apparatus for making transversely drawn films with substantially uniaxial character
US6609795B2 (en) 2001-06-11 2003-08-26 3M Innovative Properties Company Polarizing beam splitter
US20070273970A1 (en) * 2006-05-26 2007-11-29 Creative Display Systems, Llc Wide field of view, compact collimating apparatus
US8212859B2 (en) 2006-10-13 2012-07-03 Apple Inc. Peripheral treatment for head-mounted displays
GB2465786A (en) * 2008-11-28 2010-06-02 Sharp Kk An optical system for varying the perceived shape of a display surface
US20140029096A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Sol-Grid, Llc 3D Polarized Eyewear
US20140146394A1 (en) 2012-11-28 2014-05-29 Nigel David Tout Peripheral display for a near-eye display device
US10416461B2 (en) * 2016-10-27 2019-09-17 Facebook Technologies, Llc Pancake lens with large FOV

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5644436A (en) * 1994-03-18 1997-07-01 Olympus Optical Co., Ltd. Concentric optical system
JPH08223509A (ja) * 1995-02-14 1996-08-30 Olympus Optical Co Ltd 頭部装着型映像表示装置
US20020024743A1 (en) * 2000-06-13 2002-02-28 Takeshi Endo Eyepiece optical system
CN205485050U (zh) * 2015-09-03 2016-08-17 3M创新有限公司 头戴式显示器
CN105629494A (zh) * 2016-03-21 2016-06-01 深圳多哚新技术有限责任公司 一种短距离光学放大模组、眼镜、头盔以及vr系统
CN205562977U (zh) * 2016-03-21 2016-09-07 深圳多哚新技术有限责任公司 短距离光学放大模组、眼镜、头盔及vr系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114839781A (zh) * 2022-05-26 2022-08-02 业成科技（成都）有限公司 头戴式显示器

Also Published As

Publication number Publication date
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