CN112255794B - 光学模组、近眼显示装置和光投射方法 - Google Patents

光学模组、近眼显示装置和光投射方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学模组，沿着光路方向依次包括偏振分光片、第一相位延迟单元、半透半反层、第二相位延迟单元和偏光片，第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，满足以下关系：α1＝‑α2＝45°或135°，光学模组还包括：位于第一相位延迟单元和偏振分光片之间的第一相位补偿单元，第一相位补偿单元的光轴位于与偏振分光片的透光轴正交的平面内、或与偏振分光片的反光轴正交的平面内；和/或位于第二相位延迟单元和偏光片之间的第二相位补偿单元，第二相位补偿单元的光轴位于与偏光片的透光轴正交的平面内、或与偏光片的吸光轴正交的平面内。

Description

光学模组、近眼显示装置和光投射方法
技术领域
本发明大致涉及光学领域，尤其涉及一种光学模组、近眼显示装置以及光投射方法。
背景技术
在虚拟显示(VR)、增强显示(AR)、其他混合显示技术中，需要采用光学模组来向用户呈现图像。现有的光学模组一般体积较大，厚度往往在30mm 以上，随着科技的进步，用户越来越重视产品的体积以及重量，因此，需要研发一种体积小、重量轻的产品以满足市场的需求。其中，受限最大的因素为其中的光学模组。为了解决上述的体积和重量问题，许多公司推出基于 pancake技术方案的VR或者AR方案，即基于折叠光路的光学模组。
在一种折叠光路的光学模组中，主要包括依序设置的反射式偏振片、1/4 相位延迟片、具有半反半透功能的镜片、1/4相位延迟片以及偏光片。图像源进入该光学模组后，光线在反射式偏振片、相位延迟片以及镜片之间多次折返的方式，最终从偏光片射出。通过此种光学方案，极大的缩小了产品体积。
但在目前的pancake方案中，入射到用户眼中的光线，除了用户期望的光线之外，还有一些非期望的光线，影响用户体验。尤其是当光线的入射角较大时，入射光第一次经过反射式偏振片时，不一定会被完全反射，而是会产生较大比例的漏光现象，一部分光仍然会通过反射式偏振片进入用户的眼中，漏光的强度可能会达到沿着光轴的信号光强度的38％，从而影响用户的观看体验。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个问题，本发明提供一种光学模组，沿着光路方向依次包括偏振分光片、第一相位延迟单元、半透半反层、第二相位延迟单元和偏光片，其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度；所述光学模组还包括：
位于所述第一相位延迟单元和所述偏振分光片之间的第一相位补偿单元，其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述偏振分光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏振分光片的反光轴正交的平面内；和/或
位于所述第二相位延迟单元和所述偏光片之间的第二相位补偿单元，其中所述第二相位补偿单元的光轴位于与所述偏光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏光片的吸光轴正交的平面内。
根据本发明的一个方面，第一相位延迟单元配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*pi+3/4pi的相位延迟、或n*pi+1/4pi的相位延迟，所述第二相位延迟单元配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*pi+3/4p i的相位延迟、或n*pi+1/4pi的相位延迟，其中n为整数。
根据本发明的一个方面，所述光学模组包括第一相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束经过所述第二相位延迟单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
根据本发明的一个方面，所述光学模组包括第一相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并反射的光束经过所述第一相位延迟单元、第一相位补偿单元后入射到所述偏振分光片上时，其偏振方向垂直于所述偏振分光片的透光轴。
根据本发明的一个方面，所述光学模组包括第二相位补偿单元，其中所述第二相位补偿单元配置成使得：根据入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布，对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
根据本发明的一个方面，所述光学模组包括第一相位补偿单元和第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
根据本发明的一个方面，所述光学模组包括第一相位补偿单元和第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并反射的光束经过所述第一相位延迟单元、第一相位补偿单元后入射到所述偏振分光片上时，其偏振方向垂直于所述偏振分光片的透光轴；所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
根据本发明的一个方面，所述光学模组还包括透镜，所述透镜与所述半透半反层相邻设置，所述半透半反层贴附在所述透镜的表面上。
本发明还提供一种近眼显示装置，包括：
显示屏；和
如上所述的光学模组，设置在所述显示屏的光路下游。
本发明还提供一种光投射方法，通过如上所述的光学模组实施。
通过本发明实施例的光学模组，能够减少折叠光路中漏光的发生，尤其是一些优选实施例能够在大角度范围内减少或者消除折叠光路中的漏光，有助于提高用户的感受效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1A示出了基于折叠光路的光学模组的示意图；
图1B示出了图1A的光学模组的光路示意图和偏振状态；
图1C示出了图1A的光学模组在偏振分光片处漏光损耗的示意图；
图2示出了根据本发明一个实施方式的光学模组的示意图；
图3A、图3B、图3C和图3D分别示出了根据本发明实施例的光学模组的光学参数的示意图；
图4示出了根据图2实施例的光学模组的光路示意图和偏振状态；
图5示出了根据本发明另一个实施方式的光学模组的示意图；
图6示出了根据图5实施例的光学模组的光路示意图和偏振状态；
图7示出了根据本发明另一个实施方式的光学模组的示意图；
图8A、8B分别示出了根据本发明对比例1的光学模组的特定角度入射的光束的偏振状态变化；
图8C和图8D分别示出了根据本发明对比例1的光学模组的信号光、杂散光的强度随光线不同入射角度的分布；
图8E示出了图1C中在偏振分光片PBS处的信号光的漏光损耗
图9A示出了根据本发明实施例1的光学模组的光束的偏振状态变化；
图9B示出了根据本发明实施例1的光学模组的信号光和杂散光的强度随光线不同入射角度的分布；
图10A示出了根据本发明实施例2的光学模组的光束的偏振状态；
图10B示出了根据本发明实施例2的光学模组的信号光、杂散光的强度随光线不同入射角度的分布；
图11A示出了根据本发明实施例3的光学模组的光束的偏振状态；
图11B示出了根据本发明实施例3的光学模组的信号光、杂散光的强度随光线不同入射角度的分布；和
图12示出了根据本发明实施例4的漏光损耗，用于说明实施例4减小了偏振分光片处的信号光的漏光损耗。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、" 长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、 "水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、" 第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语" 安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，。除非另有明确规定和限定，属于“片”，“膜”应做广义理解，例如，可以是独立光学元件，也可以是贴敷在透镜或透明基片上的带膜层。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上" 或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方 "和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1A示出了一种基于折叠光路的光学模组，图中右侧为物侧，例如放置显示屏，图中左侧为像侧(观察侧)，即用户的眼球所在的位置。如图1A 所示的光学模组中，沿着光路的方向(从物侧到像侧)依次包括屏幕、偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、半透半反层BS、第二相位延迟单元QWP2 和偏光片POL。图1B示出了图1A的光学模组在工作过程中的光路以及偏振态的变化，下面参考图1A和1B详细描述。
图1A的光学模组的理论工作过程如下。偏振分光片PBS接收到上游的光源或者屏幕的照射，仅允许与其透光轴TPBS平行的偏振光D1出射。偏振光D1 经过第一相位延迟单元QWP1被调制为圆偏光或椭圆偏光D2，圆偏光或椭圆偏光D2部分透射通过半透半反层BS(圆偏光或椭圆偏光D2-1)，部分被半透半反层BS反射(圆偏光或椭圆偏光D2-2)。透射通过半透半反层BS的圆偏光或椭圆偏光D2-1经过第二相位延迟单元QWP2后被调制为线偏光D3，线偏光D3的偏振方向如图所示，与偏光片POL的透光轴TPOL垂直，因此无法透射通过偏光片POL。被半透半反层BS反射的圆偏光或椭圆偏光D2-2改变其光路方向，再次通过第一相位补偿单元QWP1，被调制为线偏光D4，线偏光D4 的偏振方向垂直于偏振分光片PBS透光轴TPBS，无法透射通过偏振分光片PBS，因此再次被偏振分光片PBS反射。被反射的线偏光D4经过第一相位延迟单元 QWP1被调制为圆偏光D5，圆偏光D5依次部分透射通过半透半反层BS和第二相位延迟单元QWP2，被调制为线偏光D6，线偏光D6的偏振方向与偏光片POL 的透光轴TPOL平行，因此可以透射通过偏光片POL，形成信号(光)。
但在实际的折叠光路中，首次入射到偏光片POL上的偏振光D3将部分透射通过偏光片POL，形成图1A所示的“噪声”，即产生漏光现象。尤其是当入射光束与光学组件的光轴OO(图1B 中水平方向)所成的入射角较大时，这种漏光现象更为严重，漏光的强度(噪声的强度)甚至可达到轴向信号光强度的38％，严重干扰用户的观看体验。
本申请的发明人发现，针对上述问题，可以通过精巧的设置光学模组中的一些参数来进行改善。本发明的光学模组中，沿着光路方向依次包括偏振分光片、第一相位延迟单元、半透半反层、第二相位延迟单元和偏光片，其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度。并且在本发明中，通过在适当的位置设置相位补偿单元，能够显著减轻当入射光束与光学组件的光轴所成的入射角较大时出现的漏光现象。
图2中示出了根据本发明一个实施例的光学模组20。并且为了便于描述，图2中还示出了xyz坐标系，其中垂直纸面向里为正x方向，竖直向下为正 y方向，水平向左(从物侧到像侧)为正z方向(即沿着光路的方向)。下面参考附图详细描述。
如图2所示，光学模组20沿着光路方向依次包括偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、半透半反层BS、第二相位延迟单元QWP2和偏光片POL，另外还包括位于所述第一相位延迟单元QWP1和所述偏振分光片PBS之间的第一相位补偿单元RA。图2中为了清楚显示光路，还示出了屏幕。本领域技术人员容易理解，屏幕可以是光学模组20的一部分，但不限于此，光学模组 20例如可以独立于屏幕而被提供。
图2所示的光学模组20中，偏振分光片PBS接收来自光源或者屏幕的光束，所述偏振分光片PBS具有透光轴TPBS，允许偏振方向与透光轴TPBS平行的部分光束透射，并将其余部分光束反射。因此，从偏振分光片PBS出射的光束为线偏光。第一相位延迟单元QWP1配置成可将入射到其上的光束调制为圆偏光或椭圆偏光。入射到第一相位延迟单元QWP1上的光束可以为线偏光，也可以为带有一定圆偏分量的线偏光。以线偏光为例，第一相位延迟单元QWP1 对线偏光进行调制后成为圆偏光或者椭圆偏光。半透半反层BS位于所述第一相位延迟单元QWP1的光路下游，并接收所述圆偏光或椭圆偏光，允许所述圆偏光或者椭圆偏光至少部分透射，本发明不限制所述半透半反层BS的具体的透射率，可以为50％或其他比例。第二相位延迟单元QWP2位于所述半透半反层BS的光路下游，并从所述半透半反层BS接收透射的圆偏光或椭圆偏光，进行调制后成为线偏光，并出射到偏光片POL。偏光片POL设置在所述第二相位延迟单元QWP2的光路下游，所述光片具有透光轴TPOL，允许偏振方向与透光轴平行的部分光束透射，并将其余部分光束吸收，或者反射回所述第二相位延迟单元QWP2。
本发明中需要区分第一相位延迟单元QWP1和第二相位延迟单元QWP2的“正”和“负”的类型。“正”和“负”定义如下：
正相位延迟单元：令入射光束沿光轴方向的偏振分量产生N*p i+1/4p i 的相位延迟，其中N为整数；
负相位延迟单元：令入射光束沿光轴方向的偏振分量产生M*p i+3/4p i 的相位延迟，其中M为整数。
根据本发明的实施例，当满足以下关系时，图1A 所示的漏光现象可以被极大地减轻：所述第一相位延迟单元QWP1和第二相位延迟单元QWP2同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，
其中α1为逆着光路方向观察(即在图2中从左向右观察)、所述偏振分光片PBS的透光轴TPBS逆时针旋转到第一相位延迟单元QWP1的光轴TQWP1所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片POL的透光轴TPOL逆时针旋转到第二相位延迟单元QWP2的光轴TQWP2所转过的角度。上面描述了角度α1和α2的关系，本领域技术人员容易理解，上述等式容许在工程可接受范围内的误差，例如当二者与目标角度之间的差异在正负5度的范围内时，均可认为满足上述等式。以目标角度α1＝α2＝45°为例，当实际中α1＝40°、α2＝50°时，可认为满足α1＝α2＝45°。
图3A示出了α1为45度的情形，图3B示出了α1为135度的情形，图3C 示出了α2为45度的情形，图3B示出了α2为135度的情形。
在图2的实施例中，所述第一相位补偿单元RA的光轴位于与所述偏振分光片PBS的透光轴TPBS正交的平面内、或与所述偏振分光片PBS的反光轴正交的平面内。
图4示出了图2的光学模组20在工作过程中的光路示意图。下面参考图4详细描述。图4中用于表明光束的箭头上面的圆点或者箭头，表明了该光束对应的偏振态。
偏振分光片PBS接收到上游的光源或者屏幕的照射，仅允许与其透光轴 TPBS平行的偏振光E1出射。偏振光E1经过第一相位补偿单元RA，出射带有一定圆偏分量的线偏光E1’，然后经过第一相位延迟单元QWP1被调制为圆偏光或椭圆偏光E2，圆偏光或椭圆偏光E2部分透射通过半透半反层BS(圆偏光或椭圆偏光E2-1)，部分被半透半反层BS反射(圆偏光或椭圆偏光E2-2)。透射通过半透半反层BS的圆偏光或椭圆偏光E2-1经过第二相位延迟单元 QWP2后被调制为线偏光E3，线偏光E3的偏振方向如图所示，与偏光片POL 的透光轴TPOL垂直，因此无法透射通过偏光片POL，被偏光片POL吸收或者反射。被半透半反层BS反射的圆偏光或椭圆偏光E2-2改变其光路方向，再次通过第一相位补偿单元QWP1，被调制为线偏光E4，然后经过第一相位补偿单元RA，出射带有一定圆偏分量的线偏光E4’，线偏光E4’的偏振方向垂直于偏振分光片PBS透光轴TPBS，无法透射通过偏振分光片PBS，因此再次被偏振分光片PBS反射。被反射的线偏光E4’经过第一相位补偿单元RA，被引入一定的圆偏分量，调制为线偏光E4＇＇，然后经过第一相位延迟单元QWP1被调制为圆偏光E5，圆偏光E5依次部分透射通过半透半反层BS和第二相位延迟单元QWP2，被调制为线偏光E6，线偏光E6的偏振方向与偏光片POL的透光轴TPOL平行，因此可以透射通过偏光片POL，形成信号(光)。
在图2和图4的实施例中，通过在第一相位延迟单元QWP1和所述偏振分光片PBS之间增设第一相位补偿单元RA，使得初次入射到所述半透半反层BS 并透射的光束经过所述第二相位延迟单元QWP2后入射到所述偏光片POL上时，其偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏光片POL的透光轴，因此极大地减小了漏光和杂散光的强度，杂散光的强度在一些实施例中可被减小到信号光强度的5％(不用于限制本发明)，同时基本不会影响信号光。
另外，发明人发现，图1A和1B的光学模组中，由圆偏光或椭圆偏光D2-2 通过第一相位补偿单元QWP1后形成的线偏光D4将部分通过偏振分光片PBS，形成图1C所示的“漏光损耗”，这会导致信号光强度的降低。因此，根据本发明的一个优选实施例，在设计所述第一相位补偿单元RA时，使得第一相位补偿单元RA根据从所述偏振分光片PBS沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层BS并反射的光束 E2-2(见图4)经过所述第一相位延迟单元QWP1、第一相位补偿单元RA后入射到所述偏振分光片PBS上时，其偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏振分光片PBS的透光轴。
根据本发明的一个优选实施例，所述第一相位延迟单元QWP1配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*pi+3/4pi的相位延迟、或n*pi+1/4pi的相位延迟；第二相位延迟单元QWP2配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*p i+3/4p i的相位延迟、或n*pi+1/4pi 的相位延迟，其中n为整数。根据本发明的一个优选实施例，所述第一相位延迟单元QWP1和第二相位延迟单元QWP2均为四分之一波片。
图2和图4的实施例中，在所述第一相位延迟单元QWP1和所述偏振分光片PBS之间设置了第一相位补偿单元RA，用于调节光束的偏振分量或者偏振态，使得初次入射到所述半透半反层BS并透射的光束经过所述第二相位延迟单元QWP2后入射到所述偏光片POL上时，其偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏光片POL的透光轴，因此极大地减小了漏光和杂散光的强度。图5示出了本发明的另一个实施例，其中在所述第二相位延迟单元和所述偏光片之间设置有第二相位补偿单元，其中所述第二相位补偿单元的光轴位于与所述偏光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏光片的吸光轴正交的平面内。所述第二相位补偿单元配置成使得：根据入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布，对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。下面参考附图详细描述。
如图5所示，光学模组30沿着光路方向依次包括偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、半透半反层BS、第二相位延迟单元QWP2、第二相位补偿单元RB和偏光片POL。同样，图5中为了清楚显示光路，还示出了屏幕。本领域技术人员容易理解，屏幕可以是光学模组30的一部分，但不限于此，例如光学模组30可以独立于屏幕而被提供。所述第二相位补偿单元RB的光轴位于与所述偏光片POL的透光轴TPOL正交的平面内、或与所述偏光片POL 的吸光轴正交的平面内。
图6示出了图5的光学模组30在工作过程中的光路示意图。下面参考图 6详细描述。
偏振分光片PBS接收到上游的光源或者屏幕的照射，仅允许与其透光轴 TPBS平行的偏振光F1出射。偏振光F1经过第一相位延迟单元QWP1被调制为圆偏光或椭圆偏光F2，圆偏光或椭圆偏光F2部分透射通过半透半反层BS(圆偏光或椭圆偏光F2-1)，部分被半透半反层BS反射(圆偏光或椭圆偏光F2-2)。透射通过半透半反层BS的圆偏光或椭圆偏光F2-1经过第二相位延迟单元 QWP2后被调制为线偏光F3，线偏光F3穿过第二相位补偿单元RB，被引入一定的圆偏分量，出射线偏光F3＇，线偏光F3＇的偏振方向如图所示，与偏光片POL的透光轴TPOL垂直，因此无法透射通过偏光片POL。被半透半反层BS 反射的圆偏光或椭圆偏光F2-2改变其光路方向，再次通过第一相位补偿单元 QWP1，被调制为线偏光F4，线偏光F4的偏振方向垂直于偏振分光片PBS透光轴TPBS，无法透射通过偏振分光片PBS，因此再次被偏振分光片PBS反射。被反射的线偏光F4经过第一相位延迟单元QWP1被调制为圆偏光F5，圆偏光 F5依次部分透射通过半透半反层BS和第二相位延迟单元QWP2，被调制为线偏光F6，然后经过第二相位补偿单元RB，被引入一定的圆偏分量，出射线偏光F6＇，线偏光F6＇的偏振方向与偏光片POL的透光轴TPOL平行，因此可以透射通过偏光片POL，形成信号(光)。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第二相位补偿单元RB配置成使得：根据入射到第二相位补偿单元RB上的各入射角的光束的偏振态分布，对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层BS并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元QWP2、所述第二相位补偿单元RB后入射到所述偏光片POL 上时，其偏振方向垂直于所述偏光片POL的透光轴。通过这样的方式，线偏光F3＇的偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏光片POL的透光轴，因此极大地减小了漏光和杂散光的强度，杂散光的强度可被减小到信号光强度的5％，同时基本不会影响信号光。
上面分别描述了设置第一相位补偿单元RA和第二相位补偿单元RB的实施例，也可以同时设置第一相位补偿单元RA和第二相位补偿单元RB，下面参考图7描述。
如图7所示，光学模组40沿着光路方向依次包括偏振分光片PBS、第一相位补偿单元RA、第一相位延迟单元QWP1、半透半反层BS、第二相位延迟单元QWP2、第二相位补偿单元RB和偏光片POL。第一相位补偿单元RA的光轴位于与所述偏振分光片PBS的透光轴TPBS正交的平面内、或与所述偏振分光片PBS的反光轴正交的平面内，第二相位补偿单元RB的光轴位于与所述偏光片POL的透光轴TPOL正交的平面内、或与所述偏光片POL的吸光轴正交的平面内。
根据本发明的一个优选实施例，所述第一相位补偿单元RA配置成根据从所述偏振分光片PBS沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，所述第二相位补偿单元RB配置成根据初次入射到第二相位补偿单元 RB上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层BS并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元QWP2、所述第二相位补偿单元RB后入射到所述偏光片POL上时，其偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏光片POL的透光轴TPOL。
另外，本发明中为了清楚起见，将区分初次(首次)入射到半透半反层的光束以及二次入射到半透半反层的光束。参考图1B，光束D2称为初次(首次)入射到半透半反层BS上的光束；光束D5称为二次入射到半透半反层BS 上的光束，光束D2-2、D2-4、D4、D5和D6均可称为折返光束。对于图2-图 7的光路结构也可做相同的理解，此处不再赘述。另外，对于“初次入射到第二相位补偿单元RB上的各入射角的光束”，也做同样理解，例如在图6中，光束F3可称为初次入射到第二相位补偿单元RB上的光束，光束F6称为二次入射到第二相位补偿单元RB上的光束。
同样的，在图7的实施例中，为了减少如图1C所示的“漏光损耗”，所述第一相位补偿单元RA可以配置成使得：根据从所述偏振分光片PBS沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层BS并反射的光束经过所述第一相位延迟单元QWP1、第一相位补偿单元RA后入射到所述偏振分光片PBS上时，其偏振方向垂直于或者尽量垂直于所述偏振分光片PBS的透光轴；所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
在图2-图7的光路结构中，初次入射到半透半反层并透射的光束最终入射到偏光片上时，其偏振方向垂直于或者基本垂直于偏光片的透光轴；而被半透半反层反射的折返光束最终入射到偏光片上时，其偏振方向平行于或者基本平行于偏光片的透光轴。
在图2-图7的实施例中，通过设置第一相位延迟单元QWP1和第二相位延迟单元QWP2的类型、光轴角度关系以及第一相位补偿单元和第二相位补偿单元，能够使得初次入射到半透半反层并透射的光束最终入射到偏光片上时的偏振态符合或者尽可能符合被所述偏光片POL吸收的条件，即偏振方向垂直于或者尽可能垂直于所述偏光片POL的透光轴TPOL，或平行于或者尽可能平行于所述偏光片POL的吸光轴。
相比于现有技术的折叠光路的方案，通过本发明的技术方案，能够使得初次入射到所述半透半反层BS上并透射的光束最终透射通过偏光片POL的比例更小，因此产生的噪声(杂散光)更小。绝大部分光束被反射并形成折返光束，二次入射到半透半反层BS上并透射，最终入射到其偏光片POL上时，其偏振方向与所述偏光片POL的透光轴TPOL平行或尽可能平行，因而能够透射并形成信号(光)。
本领域技术人员容易理解，本发明中，第一相位补偿单元RA使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束最终入射到偏光片POL上的各入射角的光束的偏振态符合被所述偏光片吸收的条件，并非必然使得该光束的偏振态完全符合被偏光片吸收条件，只要使得更大比例的光束的偏振态符合被吸收的条件即可(与不设置相位补偿单元的情形相比较)。或者第一相位补偿单元 RA使得初次入射到所述半透半反层并反射的光束再次入射到偏振分光片上的各入射角的光束的偏振态符合被所述偏振分光片反射的条件，并非必然使得该光束的偏振态完全符合被偏振分光片反射的条件，只要使得更大比例的光束的偏振态符合被反射的条件即可(与不设置相位补偿单元的情形相比较)。同样的，第二相位补偿单元RB使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束最终入射到偏光片POL上的各入射角的光束的偏振态符合被所述偏光片吸收的条件，并非必然使得该光束的偏振态完全符合被吸收的条件，只要使得更大比例的光束的偏振态符合被吸收的条件即可(与不设置相位补偿单元的情形相比较)。
另外，本发明的上下文中，“正交”或“垂直”，包括相互之间成90度的情形，但不严格限制于此，例如在90°±5°的范围内，都可以认为是“正交”或“垂直”。
本领域技术人员容易理解，第一相位补偿单元RA、第二相位补偿单元RB 的相位补偿量不限于具体的数值，只要能够有助于提高初次入射到半透半反层并透射的光束入射到偏光片POL时被反射的比例即可。另外，第一相位补偿单元RA和第二相位补偿单元可以均由单个相位补偿片构成，也可以包括多个相位补偿片，本发明不限制其具体数量。在进行具体的光路设计时，在给定了波长、偏光片POL、第一相位延迟单元QWP1、第二相位延迟单元QWP2、 PBS的光学参数和器件方位参数之后，可进行第一相位补偿单元RA、第二相位补偿单元RB的设计，只要相比于未增加第一相位补偿单元RA、第二相位补偿单元RB时能够提高初次入射到半透半反层BS并透射的光束入射到偏光片POL时被吸收的比例即可。具体计算方法此处不再赘述。
根据本发明的一个优选实施例，所述光学模组20、30和40还包括透镜，所述透镜与所述半透半反层相邻设置，所述半透半反层贴附在所述透镜的表面上。
发明人通过如下具体实施例测试了本发明的效果。
对比例1
对比例1的光路结构如图1A所示，其中在吸收式偏振片POL的光路上游具有发光的屏幕。对比例1的光路结构的具体参数如下：
第一相位补偿单元QWP1和第二相位补偿单元QWP2的类型均为正。光线的入射角θ和方位角
Figure BDA0002747068910000161
的含义分别如下：θ为光线与z轴正方向的夹角，
Figure BDA0002747068910000162
为光线在xy平面内投影与x轴正方向夹角。偏振分光片PBS的透光轴平行于x轴。
第一相位延迟单元QWP1为正相位延迟单元，它由no＜ne，且光轴满足α1＝45°的四分之一波片构成。第二相位延迟单元QWP2为正相位延迟单元，它由no＜ne，且光轴满足α2＝α1＝45°的四分之一波片构成。半透半反层 BS的反射率50％，透射率为％50(本发明不限于此)。偏光片POL的透光轴平行y轴。
为方便说明，将光在传播时的偏振态用Pioncare球进行表示。
图8A表示在对比例1中，以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000163
入射的入射光线在依次首次通过偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、第二相位延迟单元QWP2、偏光片Pol后的偏振状态，分别用绿点M、品红点N、红点O、黑色点P表示。在光以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000171
入射时：由第二相位延迟单元QWP2的快轴和慢轴组成的旋转轴为品红色直线FOSO，由第一相位延迟单元QWP1的快轴和慢轴组成的旋转轴为红色直线FNSN，如图8A所示。
当光以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000172
入射时，它首次经过第一相位延迟单元QWP1和首次经过QWP1后偏振被调制的过程在Poincare球上表示为：第一相位延迟单元 QWP1调制过程——将点M绕着品红色直线FNSN顺时针旋转90°到点N；第二相位延迟单元QWP2调制过程——将点N绕着红色直线FOSO顺时针旋转90°到点O。 (顺时针旋转指对于直线FS从F端向S端看去时顺时针旋转)。
当光以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000173
入射时，符合被偏光片POL吸收的偏振态在 Pioncare球上为黑点P关于球心对称的点(此时与绿点M重合)，而由图8A 可以看到以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000174
入射的光在依次首次经过偏振分光片PBS、第二相位延迟单元QWP2、第一相位延迟单元QWP1后偏振态(红点)0与绿点M并不重合，且两点处半径构成的夹角较大，因此首先到达偏光片的光不会被全部吸收，会产生较多的漏光。
图8B表示在对比例1中，以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000175
入射的入射光线在依次首次通过偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、第二相位延迟单元QWP2、偏光片POL后的偏振状态，分别用绿点M、品红点N、红点O、黑色点P表示。光以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000176
入射时，符合被偏光片POL吸收的偏振态在Pioncare球上为黑点P关于球心对称的点，而由图8B可以看到以θ＝60°，
Figure BDA0002747068910000177
入射的光在依次首次经过偏振分光片PBS、第一相位延迟单元QWP1、第二相位延迟单元QWP2后偏振态与P点关于球心的对称点并不重合，且两点处半径构成的夹角很大，因此首次到达偏光片POL的光会有很大部会直接通过偏光片POL，而不是被完全吸收，会有严重的漏光产生。
信号光、杂散光的强度随光线不同入射角度分布如图8C和8D所示。由图可知，光线在θ较小时(θ＜30°)，信号光的强度远大于杂散光强度，该区域漏光现象并不明显，但当在θ较大时杂散光的强度和信号光强度可比拟，特别是在θ＝65°、
Figure BDA0002747068910000181
附近，杂散光的强度反而大于信号光强度，此时漏光现象十分严重。另外，图8E示出了图1C中在偏振分光片PBS处的信号光的漏光损耗。
实施例1
实施例1的光路结构如图2所示。相比于对比例1，实施例1的光路结构中增加了第一相位补偿单元RA。第一相位延迟单元QWP1为负相位延迟单元，第二相位延迟单元QWP2为正相位延迟单元，它由no＞ne，且光轴满足α2＝-α1＝-45°(即135°)的四分之一波片构成。
第一相位补偿RA可以有多种构型。本实施例中选定的第一相位补偿单元 RA的参数如下表所示，其包括沿着光路方向叠加的相位延迟片A1和相位延迟片A2。其中相位延迟片A1的参数如下：no＜ne，光轴方向平行于x轴、相位延迟量为96nm。相位延迟片A2的参数如下：no＞ne，光轴方向平行于y轴、相位延迟量为98nm。
相位延迟片A1 相位延迟片A2
光轴方向 与x轴平行 与y轴平行
相位延迟量(Retardance) 96nm 98nm
类型 n<sub>o</sub>＜n<sub>e</sub> n<sub>o</sub>＞n<sub>e</sub>
以θ＝60，
Figure BDA0002747068910000182
入射的光线在实施例1结构中的偏振态变化如图9A所示，可以看到光第一次经过第二相位延迟单元的偏振态点0与点P关于球心的对称点相距很近，因此该光线在第一次进入偏光片POL时大部分被吸收，漏光被减少。
杂散光的强度随光线不同入射角度分布如图9B所示。与图8D相比，本实施例极大降低折叠光路中的漏光，漏光强度减小到原来的12％。
实施例2
实施例2的光路结构如图5所示。相对于对比例1，实施例2的光路结构中增加了第二相位补偿单元RB。其中第一相位延迟单元为负相位延迟单元。第二相位延迟单元为正相位延迟单元，它由no＞ne，且光轴满足α2＝-α1＝-45°的四分之一波片构成。
第二相位补偿单元RB可以有多种构型。本实施例中选定的第二相位补偿单元RB的参数如下表所示，其包括沿着光路方向叠加的相位延迟片B1和相位延迟片B2。其中相位延迟片B1的参数如下：no＜ne，光轴方向平行于x轴、相位延迟量为133nm。相位延迟片B2的参数如下：no＜ne，光轴方向平行于z 轴、相位延迟量为104nm。
相位延迟片B1 相位延迟片B2
光轴方向 与x轴平行 与z轴平行
相位延迟量(Retardance) 133nm 104nm
类型 n<sub>o</sub>＜n<sub>e</sub> n<sub>o</sub>＜n<sub>e</sub>
以θ＝60，
Figure BDA0002747068910000191
入射的光线在实施例2结构中的偏振态变化如图10A 所示，可以看到光第一次经过第二相位延迟单元的偏振态点V与P点关于球心的对称点几乎重合，因此该光线在第一次进入偏光片POL时几乎全被吸收，不产生漏光。
杂散光的强度随光线不同入射角度分布如图10B所示。与图8D相比，本实施例极大降低折叠光路中的漏光，漏光强度减小到原来的10％。
实施例3
实施例3的光路结构如图7所示。相对于对比例1，实施例3的光路结构增加了第一相位补偿单元RA和第二相位补偿单元RB。其中第一相位延迟单元为正相位延迟单元。第二相位延迟单元为负相位延迟单元，它由 no＞ne，且光轴满足α2＝-α1＝-45°的四分之一波片构成
第一相位补偿单元RA可以有多种构型。本实施例中选定的第一相位补偿单元RA的参数如下：其包括沿着光路方向叠加的相位延迟片A1和相位延迟片A2。其中相位延迟片A1的参数如下：no<ne，光轴方向平行于x轴、相位延迟量为206nm。相位延迟片A2的参数如下：no<ne，光轴方向平行于y轴、相位延迟量为85nm。
第二相位补偿单元RB可以有多种构型。本实施中选定的第二相位补偿单元RB的参数如下：其包括沿着光路方向叠加的相位延迟片B1和相位延迟片 B2。其中相位延迟片B1的参数如下：no>ne，光轴方向平行于x轴、相位延迟量为85nm。相位延迟片B2的参数如下：no>ne，光轴方向平行于y轴、相位延迟量为206nm。
相位延迟片A1 相位延迟片A2
光轴方向 与x轴平行 与y轴平行
相位延迟量(Retardance) 206nm 85nm
类型 n<sub>o</sub>&lt;n<sub>e</sub> n<sub>o</sub>&lt;n<sub>e</sub>
相位延迟片B1 相位延迟片B2
光轴方向 与x轴平行 与y轴平行
相位延迟量(Retardance) 85nm 206nm
类型 n<sub>o</sub>&gt;n<sub>e</sub> n<sub>o</sub>&gt;n<sub>e</sub>
以θ＝60，
Figure BDA0002747068910000201
入射的光线在实施例3结构中的偏振态变化如图11A 所示，可以看到光第一次经过第二相位延迟单元相位补偿单元的偏振态点V 与P点关于球心的对称点几乎重合，因此该光线在第一次进入偏光片POL时几乎全被吸收，不产生漏光。
杂散光的强度随光线不同入射角度分布如图11B所示。与图8D相比，本实施例极大降低折叠光路中的漏光，漏光强度减小到原来的7％。
实施例4
实施例4用于说明第一相位补偿单元如何降低在偏振分光片PBS附近的漏光损耗，光路结构如图2或图7所示。第一相位补偿RA可以有多种构型。本实施例中选定的第一相位补偿单元RA的参数如下表所示，其包括沿着光路方向叠加的相位延迟片A1和相位延迟片A2。其中相位延迟片A1的参数如下： no<ne，光轴方向平行于x轴、相位延迟量为92nm。相位延迟片A2的参数如下：no<ne，光轴方向平行于z轴、相位延迟量为138nm。
在PBS处的漏光损耗随光线不同入射角度分布如图12所示。与图8E相比，本实施例极大降低折叠光路中的漏光PBS的漏光损耗，减小到原来的27％。
相位延迟片A1 相位延迟片A2
光轴方向 与x轴平行 与y轴平行
相位延迟量(Retardance) 92nm 138nm
类型 n<sub>o</sub>&lt;n<sub>e</sub> n<sub>o</sub>&lt;n<sub>e</sub>
通过上述实施例1-3可以看出，相较于对比例1，根据本发明实施例的光学模组能够减少折叠光路中漏光的发生，能够在大角度范围内减少或者消除折叠光路中的漏光。
通过上述实施例4可以看出，相较于对比例1，根据本发明实施例的光学模组能够减少折叠光路中漏光的发生，能够在大角度范围内减少或者消除折叠光路中的漏光。
本发明还涉及一种近眼显示装置，包括：显示屏；和如上所述的光学模组20、30或40，光学模组20、30或40设置在所述显示屏的光路下游。所述近眼显示装置诸如增强现实AR装置、虚拟现实VR装置或其他类型的混合现实MR装置。
本发明还涉及一种光投射方法，通过如上所述的光学模组实施。
根据本发明的一个实施例的光投射方法，包括：
S201：通过偏振分光片接收入射光束，出射偏振光(线偏光)。
S202：通过第一相位补偿单元从所述偏振分光片接收偏振光，并进行相位补偿，例如引入一定的圆偏分量，出射带有一定圆偏分量的线偏光；其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述偏振分光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏振分光片的反光轴正交的平面内。
S203：通过第一相位延迟单元从所述第一相位补偿单元接收线偏光，并将其调制为圆偏光或椭圆偏光。
S204：通过半透半反层接收所述圆偏光或椭圆偏光，并允许所述圆偏光或椭圆偏光至少部分反射。
S205：所述至少部分反射的圆偏光或椭圆偏光透射通过所述第一相位延迟单元和第一相位补偿单元并被所述偏振分光片反射，再次透射通过所述第一相位补偿单元、第一相位延迟片、半透半反层和第二相位延迟片。
S206：通过偏光片从所述第二相位延迟片接收光束，所述偏光片具有透光轴和吸光轴。
其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度。
根据本发明的一个优选实施例，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束经过所述第二相位延迟单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。上述光投射方法例如可通过如图2所示的光学模组20实施。
根据本发明另一个实施例的光投射方法包括：
S301：通过偏振分光片接收入射光束，出射偏振光(线偏光)；
S302：通过第一相位延迟单元从所述偏振分光片接收偏振光，并将其调制为圆偏光或椭圆偏光；
S303：通过半透半反层接收所述圆偏光或椭圆偏光，并允许所述圆偏光或椭圆偏光至少部分反射；
S304：所述至少部分反射的圆偏光或椭圆偏光透射通过所述第一相位延迟单元并被所述偏振分光片反射，再次透射通过所述第一相位延迟片、半透半反层；
S305：通过第二相位延迟片从所述半透半反层接收再次透射通过所述半透半反层的圆偏光或椭圆偏光，并将其调制为线偏光；
S306：通过第二相位补偿单元从所述第二相位延迟片接收所述线偏光，并进行相位补偿，例如引入一定的圆偏分量，出射带有一定圆偏分量的线偏光；其中所述第二相位补偿单元的光轴位于与所述偏光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏光片的吸光轴正交的平面内。
S307：通过偏光片从所述第二相位延迟片接收光束，所述偏光片具有透光轴和吸光轴，
其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度。
根据本发明的一个优选实施例，所述第二相位补偿单元配置成使得：根据入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布，对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。上述光投射方法例如可通过如图5所示的光学模组 30实施。
根据本发明另一个实施例的光投射方法包括：
S401：通过偏振分光片接收入射光束，出射偏振光(线偏光)；
S402：通过第一相位补偿单元从所述偏振分光片接收偏振光，并进行相位补偿，例如引入一定的圆偏分量，出射带有一定圆偏分量的线偏光；其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述偏振分光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏振分光片的反光轴正交的平面内。
S403：通过第一相位延迟单元从所述第一相位补偿单元接收线偏光，并将其调制为圆偏光或椭圆偏光；
S404：通过半透半反层从所述第一相位延迟单元接收所述圆偏光或椭圆偏光，并允许所述圆偏光或椭圆偏光至少部分反射；
S405：所述至少部分反射的圆偏光或椭圆偏光透射通过所述第一相位延迟单元和第一相位补偿单元并被所述偏振分光片反射，再次透射通过所述第一相位补偿单元、第一相位延迟片、半透半反层；
S406：通过第二相位延迟片从所述半透半反层接收再次透射通过所述半透半反层的圆偏光或椭圆偏光，并将其调制为线偏光；
S407：通过第二相位补偿单元从所述第二相位延迟片接收所述线偏光，并进行相位补偿，例如引入一定的圆偏分量，出射带有一定圆偏分量的线偏光；所述第二相位补偿单元的光轴位于与所述偏光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏光片的吸光轴正交的平面内。
S408：通过偏光片从所述第二相位延迟片接收光束，所述偏光片具有透光轴和吸光轴，
其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度。
根据本发明的一个优选实施例，所述第一相位补偿单元配置成根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。上述光投射方法例如可通过如图7所示的光学模组40实施。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学模组，沿着光路方向依次包括偏振分光片、第一相位延迟单元、半透半反层、第二相位延迟单元和偏光片，其中所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元同为正相位延迟单元或同为负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝α2＝45°或135°；或者所述第一相位延迟单元和第二相位延迟单元为类型相反的正相位延迟单元或负相位延迟单元，并且满足以下关系：α1＝-α2＝45°或135°，其中α1为逆着光路方向观察、所述偏振分光片的透光轴逆时针旋转到第一相位延迟单元的光轴所转过的角度，α2为逆着光路方向观察、所述偏光片的透光轴逆时针旋转到第二相位延迟单元的光轴所转过的角度；
所述光学模组还包括：
位于所述第一相位延迟单元和所述偏振分光片之间的第一相位补偿单元，其中所述第一相位补偿单元的光轴位于与所述偏振分光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏振分光片的反光轴正交的平面内；和/或
位于所述第二相位延迟单元和所述偏光片之间的第二相位补偿单元，其中所述第二相位补偿单元的光轴位于与所述偏光片的透光轴正交的平面内、或与所述偏光片的吸光轴正交的平面内，
所述光学模组还包括透镜，所述透镜与所述半透半反层相邻设置，所述半透半反层贴附在所述透镜的表面上。
2.如权利要求1所述的光学模组，其中第一相位延迟单元配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*pi+3/4pi的相位延迟、或n*pi+1/4pi的相位延迟，所述第二相位延迟单元配置成可令入射到其上的线偏光沿光轴方向的偏振分量产生n*pi+3/4pi的相位延迟、或n*pi+1/4pi的相位延迟，其中n为整数。
3.如权利要求1或2所述的光学模组，其中所述光学模组包括第一相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束经过所述第二相位延迟单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
4.如权利要求1或2所述的光学模组，其中所述光学模组包括第一相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并反射的光束经过所述第一相位延迟单元、第一相位补偿单元后入射到所述偏振分光片上时，其偏振方向垂直于所述偏振分光片的透光轴。
5.如权利要求1或2所述的光学模组，其中所述光学模组包括第二相位补偿单元，其中所述第二相位补偿单元配置成使得：根据入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布，对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
6.如权利要求1或2所述的光学模组，其中所述光学模组包括第一相位补偿单元和第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
7.如权利要求1或2所述的光学模组，其中所述光学模组包括第一相位补偿单元和第二相位补偿单元，所述第一相位补偿单元配置成使得：根据从所述偏振分光片沿各个方向入射到其上的线偏光的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并反射的光束经过所述第一相位延迟单元、第一相位补偿单元后入射到所述偏振分光片上时，其偏振方向垂直于所述偏振分光片的透光轴；所述第二相位补偿单元配置成根据初次入射到第二相位补偿单元上的各入射角的光束的偏振态分布对其进行调制，使得初次入射到所述半透半反层并透射的光束依次经过所述第二相位延迟单元、所述第二相位补偿单元后入射到所述偏光片上时，其偏振方向垂直于所述偏光片的透光轴。
8.一种近眼显示装置，包括：
显示屏；和
如权利要求1-7中任一项所述的光学模组，设置在所述显示屏的光路下游。
9.一种光投射方法，通过如权利要求1-7中任一项所述的光学模组实施。
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