CN113260886A - 紧凑型基于偏振的多通光学架构 - Google Patents

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Abstract

一种光学系统，可以产生数字可切换光学能力、光程或两者。它可以应用于紧凑、轻量和高效用光的可重新配置的广角光学系统。增加光程的架构可以利用偏振分束器来生成一个或多个光学腔的附加往返行程。在增强/虚拟现实系统中改变合成图像的焦距是特别适合本文所教导的技术的应用的示例。无源双腔系统可以用于提高通量，并且减少基于偏振的紧凑型广角镜头中的杂散光/伪影。

Description

紧凑型基于偏振的多通光学架构
交叉引用
本申请要求于2018年11月2日提交的美国临时专利申请No.62/755,345的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
偏振已经用于产生由部分反射器和偏振分束器形成的光学腔的附加的往返行程(例如，US 6,075,651)。这些结构可以用于产生紧凑型广角镜头并增加光程。现有技术描述了在这样的镜头之前的铁电液晶开关，该开关允许光执行腔的单通或腔的附加的往返行程(例如，US 8,767,284)。
发明内容
本文公开的是一种同轴光学系统，其包括：线偏振器；光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；以及第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；其中线偏振器、光学开关以及所述第一反射偏振器和第二反射偏振器中的每一个以同轴方式定位。
位于第一反射偏振器的焦距和第二反射偏振器的焦距的两者内的观察者将观察具有可切换的放大率的自身像。
还公开了一种离轴光学系统，其包括：线偏振器；第一光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；第二光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与第一线偏振态正交的第二线偏振态；第三反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，第三反射偏振器具有曲率半径为R3的形状；以及第四反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，第四反射偏振器具有曲率半径为R4的形状。第一反射偏振器和第二反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，第三反射偏振器和第四反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，使得取决于照射到其上的光的偏振态，第一反射偏振器和第二反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光，而第三反射偏振器和第四反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光。第一光学开关和第二光学开关可以分别被控制，使得由系统可以实现不同的四个光学能力中的一个，四个光学能力为R1+R3、R1+R4、R2+R3和R2+R4。
还公开了一种用于控制来自显示器的、能够由观察者观察到的光的光学系统，该系统包括：显示装置，透射圆偏振态；一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央部分反射器且在相对端部处分别由第一反射偏振器和第二反射偏振器限定，其中第一光学腔和第二光学腔中的每一个包括分离的四分之一波延迟器；以及输出偏振器。由系统通行到观察者的光包括透射穿过第一腔且在第二腔中再循环的第一光分量，以及在第一腔中再循环且透射穿过第二腔的第二光分量。
第一反射偏振器和第二反射偏振器的几何形状相同。使用第一腔形成的图像和使用第二腔形成的图像在观看者处叠加。
还公开了一种向观察者提供显示的图像的选择性放大量的光学系统，该光学系统包括：第一数字偏振开关，与显示器相邻，以控制进入系统的光的偏振态；一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央偏振分束器，并且在相对端部处分别由具有曲率半径R1的第一反射偏振器和具有曲率半径R2的第二反射偏振器限定，其中第一光学腔和第二光学腔中的每一个包括分离的四分之一波延迟器；以及第二数字偏振开关，与观察者相邻，以基于照射在第二数字偏振开关上的光的偏振态来控制哪些光离开系统。从系统离开通行到观察者的光包括第一光分量、第二光分量、第三光分量和第四光分量，第一光分量通行穿过第一腔一次和第二腔一次，第二光分量通行穿过第一腔三次和第二腔一次，第三光分量通行穿过第一腔一次和第二腔三次，并且第四光分量通行穿过第一腔三次和第二腔三次。第一数字偏振开关和第二数字偏振开关中的每一个具有两个状态，因此两个开关的组合具有四个可能的状态，组合的状态中的每一个状态对应于从系统离开通行的光的第一分量、第二分量、第三分量和第四分量中的一个。光的四个分量中的每一个都是所显示的图像的放大，其放大量由每个光分量被第一反射偏振器反射的次数和每个光分量被第二反射偏振器反射的次数确定。
第一数字偏振开关包括线偏振器、光学开关和四分之一波延迟器。第二数字偏振开关包括四分之一波延迟器、光学开关和线偏振器。
附图说明
图1A第一状态下的同轴数字可切换反射光学元件。
图1B第二状态下的同轴数字可切换反射光学元件。
图2离位的四个状态数字可切换反射光学元件。
图3现有技术的基于偏振的广角准直器，其信号路径效率为25％。
图4A一对对称的新型光学腔，提供50％的信号路径效率。
图4B以图4A的布置示出了被拒绝的(伪影)路径的光路。
图5A一对双通光学腔，其示出与单通光路对应的第一输出。
图5B以图5A的布置示出了与第一腔(R1)的附加往返行程对应的第二输出。
图5C以图5A的布置示出了与第二腔(R2)的附加往返行程对应的第三输出。
图5D以图5A的布置示出了与第一(R1)光学腔和第二(R2)光学腔的附加往返行程的第四输出。
具体实施方式
偏振分束器或反射偏振器包括线栅偏振器(WGP)、多层拉伸膜(例如3M DBEF)和胆甾型液晶。与依赖于倾斜界面的分束器(例如McNeille PBS)不同，这些偏振分束器能够回反射(retro-reflecting)一种偏振。这样的元件的单轴曲率可以无应力地实现(例如，实现反射时的柱面能力(cylindrical power))，并且已经示出线栅偏振器可以经由热成型(例如，实现反射时的球面能力)具有复合曲率。热成型的WGP可以用于创建可用作凹面反射镜或凸面反射镜的反射元件。它们可以基本上形成为任何期望的反射元件，并且具有偏振敏感的附加特性。特定线偏振态(SOP)的光当被引入到WGP时可以像常规反射光学元件一样被反射。正交SOP的光当被引入WGP时可以完全透射。
在一个布置中，一对WGP层串联布置，其中偏振开关可以创建一对不同的光学反射输出。在偏振开关的一个状态下，第一WGP反射光，在偏振开关的第二状态下，第二WGP反射光。偏振开关可以是线偏振器，随后是液晶开关。在一个示例中，一个WGP是平面的，另一个具有凹面曲率。观察者会看到反射镜，该反射镜可以经由向LC器件施加电压而既可以作为常规反射镜，也可以作为凹面放大镜来操作。在另一个示例中，每个交叉的WGP具有不同的曲率半径，从而允许在两个焦距之间切换。在第三实施例中，两个反射器都是平坦的，并且切换用于创建光程改变，其可以用于(例如)非机械变焦镜头。
在另一种布置中，可切换反射元件离位地(off-normal)操作。通过使WGP布置相对于输入射线倾斜了(例如)45°，输入和输出光可以沿着分开的路径行进。如前所述，这允许在两个反射光学元件之间切换。它还允许分级级联。例如，一对数字偏振开关与两对反射WGP结合可以产生四个输出焦距。
在另一个布置中，使用成对的光学腔的架构可以产生独特的优点。光学腔可以包括非偏振部分反射器和偏振分束器，该偏振分束器包围将偏振输入转换为双通下的正交偏振态(SOP)的光学元件。这些架构可以使用共享的光学元件来创建可以具有某些功能对称性的一对腔。在一个配置中，具有相同光学能力的一对(例如凹面)偏振分束器形成结构的外部元件，其具有共享的中央平坦部分反射器。架构可以使单腔紧凑型广角准直仪(WAC)的效率从理论上25％翻倍至50％。
在另一个配置中，偏振不敏感的部分反射器形成结构的外部元件，其具有共享的中央偏振分束器。当与一个或多个波长不敏感的偏振开关组合时，可以电配置为传输所选择的复合光路。相对于共享的偏振分束器对称布置的一对数字偏振开关可以在紧凑的单元中创建四个光学状态。
图1A和图1B示出了可切换反射镜的示例。对于图1A和图1B，关于液晶(LC)开关的偏振态情况不同。随机偏振光入射到线偏振器上，如典型的直接观看式LCD所使用的那样。偏振器可以是防反射涂覆的，或具有哑光面(或防眩光)。将其层压到液晶开关，诸如扭转向列型、反平行摩擦向列型、垂直对准(VA)向列型、平行对准向列型(π单元)或面内开关(IPS向列型或铁电液晶)。LC开关典型地在一个电压状态下(典型地在大多数情况下通电，但对于VA则不通电)在法线入射时呈现各向同性，并且在未通电状态下最大程度地操纵偏振状态(SOP)。可以引入补偿层以改善离轴性能。广角消色差开关(自补偿开关，例如夏普，美国专利申请No.62/588,095，其内容通过引用并入本文)对于避免对于任何波长或射线角度在两种状态之间的串扰是特别有吸引力。该示例示出了两个串联且紧密接近的WGP层。两者都是热成型的，其中层1具有曲率半径R1，层2具有曲率半径R2。
未偏振的输入光照射到与吸收轴线正交的偏振器上，然后通行穿过的光照射到LC器件上。对于示例性LC器件，偏振在未通电状态下转换为正交SOP(图1A)，通行穿过第一WGP(R1)，并且被第二WGP(R2)反射。反射光返回，再次通行穿过第一WGP、LC器件和线偏振器(即，相反顺序)。当通电时(图1B)，LC器件通过从偏振器入射的SOP。该光被第一WGP(R1)反射，并如以前一样，通行穿过LC器件和偏振器返回。如果两个WGP层代表半径为R1和R2的凹面反射镜，并且观察者在各自的焦距之内，则它们将观察到具有可切换放大率的自身像。
图2示出了离轴布置，其中一对WGP也用作折叠反射镜。如上所述的LC器件(LC1)被插入在第一对WGP的上游，并且第二LC器件被插入在第一组WGP与第二组WGP之间(LC2)。这些器件与如以前一样以1位切换模式来操作。在该示例中，第一组WGP具有任意半径R1和R2，而第二组WGP具有任意曲率半径R3和R4。一对开关可以产生表1中所示的四个焦距。
LC1电压 LC2电压 输出
0 0 (R1+R3)
0 1 (R1+R4)
1 0 (R2+R3)
1 1 (R2+R4)
表1由图2的可切换反射镜产生的四个状态。
可切换的光学元件具有要在可以受益于紧凑、轻量、非机械切换的任何光学系统中使用的潜力。形成的偏振选择器件可以提供各种类型的光学能力(球面、非球面、柱面、环面等)。可以通过形成WGP来以规定的方式修改局部表面法线分布来制造的任何反射元件。
通过提供附加的机械支撑，可能有必要以稳健的方式实现每个WGP的期望的表面。相对于载体基板，功能性WGP可以极度薄。同时，载体基板在被释放之后可能没有足够的刚性以保持模制件的形状。在一个配置中，薄载体基板上的WGP被形成为提供(例如)两个曲率半径，在WGP从模制件中移除作为独立部件之后该曲率半径可能不足以保持。随后，两个薄WGP层被插入到具有期望的曲率半径的模制件腔中。然后可以将树脂注入到腔中，使得在从模制件中释放后，保持期望的形状。该树脂可以具有非常低的双折射聚合物。
图3示出了现有技术的广角准直器(WAC)20，其中观察者22穿过WAC镜头观看电子显示器(在这种情况下为有机发光显示器(OLED))。该分析中不包括光学部件的附加插入损耗(例如，偏振器和反射器吸收)。显示器随后是宽带四分之一波(QW)延迟器24和线偏振器26，它们一起起到吸收被背板电极反射的环境光的作用。宽带QW延迟器28(QW2)将该光转换为左旋圆偏振光(指示为带圈的L)，50％的光被部分反射器30透射到腔中。第二宽带QW延迟器32(QW3)(例如与第一宽带延迟器交叉)将光转换回输入线性SOP。反射偏振器34被取向为将所有(一种线偏振态的)光返回到腔。该元件可以是平面的，或者可以形成为提供光学能力。QW3将线偏振光转换为左旋圆偏光，其然后在部分反射器30处发生旋向性改变(产生右旋圆偏振(表示为带圈的R))，还会在反射上造成另外50％的损耗。一半通行穿过反射器30，然后一半穿过其通行。因此，腔的附加往返行程将光转换为正交SOP，其中，其由反射偏振器34有效地透射。然后，该光可以通行穿过清除偏振器36。因此，现有技术的WAC镜头的最大效率可以为25％，其中剩余75％(至多)被系统中的偏振器吸收。这些光中的一些可能会替代地导致杂散光和伪影，从而降低图像的对比度和整体质量。腔的附加往返行程可被称为通过腔的重新循环。
图4A示出了光学系统40，其中观察者42通过如本文所公开的高效放大器(或WAC)46观看电子显示器44。所示的放大器具有带共享中央部分反射器的一对光学腔。在该示例中示出的外部光学元件是相同形成的凹面反射偏振器。在此示例中，有机发光二极管(OLED)显示器显示为图像源，还有如前所述的“伪影破坏者”(GB)圆偏振器。伪影破坏者包括宽带四分之一波延迟器(QW1)，其光轴相对于偏振器P1取向为±π/4并且吸收轴垂直于附图的平面。GB消除环境中被显示器反射的任何向后行进的光。注意到，显示器可以替代地是液晶显示器。
出于说明的目的，假定部件具有零插入损耗。反射偏振器48(WGP1)将来自显示器的在附图的平面中偏振的光透射到腔1中。在该示例中，宽带四分之一波延迟器50(QW2)将该偏振转换为左旋圆偏振。理想的50:50部分反射器52透射一半的入射光(路径1)。其余的50％(路径2)被部分反射器反射且被转换为右旋圆偏振。以下段落追迹了光学系统的两个“信号路径”。
路径1是由部分反射镜52透射到腔2中的50％。在该示例中的四分之一波延迟器54(QW3)的慢轴垂直于QW2的慢轴，所以在第一次通过QW3后，恢复原始线性SOP。反射偏振器56在附图的平面中具有反射轴线，因此光被反射并接收与(在该示例中)凹面反射镜相关联的光学能力。在第二次通过QW3后，光再次变为左旋圆偏振。该光的一半(25％)被部分反射器反射，具有右旋圆偏振。在第三次通行QW3后，SOP是垂直于附图的线性偏振。该光从腔2逸出，并通行穿过具有在附图的平面中的吸收轴线的偏振器58，以给出路径1的25％的效率。
路径2是部分反射器52初始反射的50％(如上所述)。第二次通行QW2将SOP转换为垂直于附图的线性偏振。该光被偏振分束器48反射且接收与(在该示例中)凹面反射镜相关联的光学能力。在第三次通过QW2后，SOP再次为右旋圆偏振。该光的一半(25％)通行穿过部分反射镜52进入腔2。从这里开始，路径2的光跟随路径1的光到达观察者。如果偏振分束器的几何形状很好地匹配，则观看者会接收代表路径1和路径2叠加的图像光，因此效率是单腔系统的效率的两倍。
除了两条信号路径以外，部分反射器还产生了一对等幅伪影，这些伪影在图4B中被追迹。路径3的光被部分反射器52透射两次，因此它两次通行穿过腔1和腔2。这样，25％返回原始SOP，并通行穿过偏振分束器48，并进入显示器组装件。在该配置下，由GB消除来自显示器的镜面返回。该路径接收与偏振分束器56相关联的光学能力。
路径4的光被部分反射器52反射两次，因此在腔1中保留了两次往返行程。与路径3的情况一样，25％返回原始SOP，并通行穿过偏振分束器48，并进入显示组装件。该路径接收与偏振分束器48相关联的光学能力。
假定信号和伪影光以标称相同的振幅离开放大器组装件，则信号伪影的对比度可能受到两个因素的影响：显示器组装件在消除向后行进的光时的效率以及无法由显示器组装件消除与残留向前行进的伪影光相关联的附加损耗。后者可以进入在附图的平面中偏振的腔1，因此可以遵循信号路径到达观看者。在缺少插入损耗时，这意味着伪影最小程度地接收附加的50％损耗，以便到达观看者。
图5A-5D示出了基于偏振切换的可重新配置的放大器的示例。放大器再次含有一对腔。在该示例中，存在外部偏振不敏感的部分反射器和共享的中央偏振分束器。部分反射器和偏振分束器两者都可以具有任意的几何形状(或局部表面正态分布)。偏振切换组装件对称地布置在放大器组装件的任一侧。这样，输入侧上的开关可以确定信号光穿过放大器组装件所采取的路径，并且输出侧上的开关可以确定选择哪个信号分量以传输到观看者。使用一对宽带(例如液晶)数字开关，可以将输入线性SOP保持不变或切换到正交SOP，以给出总共四个不同的信号路径。以下段落追迹了可以选择用于传输到观看者的四个输出信号路径。
该示例的光学系统60包括显示器组装件64，一对数字偏振开关68和70以及一对具有共享中央偏振分束器76的双通腔。观看者62经由可重新配置的放大器组装件66接收来自显示器64的图像光。腔1由部分反射器72和偏振分束器76形成，并且腔2由偏振分束器76和部分反射器80形成。选择用于传输到观看者的特定信号路径可以由输入偏振开关68和输出偏振开关70的逻辑状态确定。在此示例中，偏振开关包括线偏振器、宽带开关和宽带QW延迟器，该宽带开关可以保持输入不变或将所有相关波长切换为正交线性SOP，并且宽带QW延迟器可以将所有相关波长从线性SOP转换为圆形SOP。偏振开关元件可以共同用作宽带圆偏振“旋向性开关”(HS)。
产生相同的四个输出的光学部件的相对取向有很多布置，因此以下代表一个这样的布置的示例。输入旋向性开关(HS1)和输出旋向性开关(HS2)以反射镜布置示出。在线偏振开关(SW1)的零延迟状态下，四分之一波延迟器(QW1)将光从线偏振器1转换为左旋圆。在SW1的半波延迟状态下，QW1透射右旋圆偏振。类似地，在线偏振开关SW2的零延迟状态下，四分之一波延迟器(QW4)将左旋圆偏振转换为与偏振器2的吸收轴线正交的线偏振。在SW2的半波延迟状态下，QW4将右旋圆偏振转换为与偏振器2的吸收轴线正交的线偏振。
图5A示出了通向观看者的最直接路径，或“单通”路径。该输出可以不接收反射能力，因为它没有被任何一个部分反射器反射。因此，任何光学能力可以来自可选地放置在光路中的折射元件(未示出)，该折射元件对所有输出状态可以是共有的。如前所述，出于说明目的，效率是理想的并且忽略部件的插入损耗。在输入旋向性开关(HS1)68的零延迟状态下，光通过部分反射器72以50％效率透射。由部分反射器72(未示出)反射的右旋圆形光返回到显示器组装件。该光可以优选地通过任何方式被消除以避免不必要的伪影图像。在该示例中，四分之一波延迟器74(QW2)相对于QW1取向，使得在附图的平面中偏振的光当68透射左旋圆时被透射。偏振分束器76取向为透射在附图的平面中偏振的光。第三四分之一波延迟器78(QW3)取向为光轴与QW2的光轴交叉，使得恢复原始的左旋圆SOP。该光的一半(25％)由部分反射器80透射。在第二旋向性开关(HS2)70的零延迟状态下，选择左旋圆偏振用于透射，该左旋圆偏振被转换为在附图的平面中偏振的光并提供给观看者。
图5B示出了进行腔1的附加往返行程的信号路径。HS1处于半波延迟状态时，将透射右旋圆(RHC)，QW2将SOP转换为垂直于附图的线性取向。该光被偏振分束器76反射，并且在第二次通过QW2 74之后被转换为RHC。该光的一半(25％)被部分反射器72反射为LHC，并且接收与R1相关联的光学能力。它还可以接收与腔1的往返行程相关联的附加光程。在第三次通过QW2之后，光在附图的平面中偏振，并由偏振分束器76透射。这通过QW378被转换为LHC，并且该光的一半(12.5％)被部分反射器80透射。如前所述，当HS2处于零延迟状态时，通过转换为在观看者的平面中偏振的光，选择引入的LHC用于传输到观看者。
图5C示出了进行腔2的双通的信号路径。在HS1处于零延迟状态的情况下，左旋圆(LHC)被透射，并且QW2将SOP转换为在附图的平面中为线性取向。该光由偏振分束器76透射，并由QW3转换为LHC。该光的一半(25％)被部分反射器80反射为RHC，并接收与R2相关联的光学能力。在第二次通过QW3后，SOP垂直于附图线性取向。该光被偏振分束器76反射。在第三次通行QW3后，SOP再次变为RHC，并且该光的一半(12.5％)被部分反射器80透射。在半波状态下，开关70通过转换为在附图的平面中偏振的光，使引入的RHC光通行到观看者。
图5D示出了进行腔1和腔2的双通的信号路径。因为它遵循图5B和图5C的信号路径，所以不再重复详细的迹线。在这种情况下，HS1处于半波状态以提供腔1的附加往返行程，而HS2处于半波状态以选择随后追迹腔2的附加往返行程的偏振。由于每个附加往返行程都会产生附加50％损失，因此该路径的总体效率可以为6.3％。
偏振器、QW延迟器、偏振开关和偏振分束器的取向有很多布置，它们生成如上所述的相同的四个信号路径。图5所示的示例只是许多这样的配置中的一个。此外，包括偏振分束器的反射元件的几何形状是任意的，包括平面、凹面、凸面等。可以引入来自透镜的屈光力以在单通状态下偏置光学能力。屈光力可以与经由反射引入的屈光力协同工作，以创建四个有用的光学能力状态。同样，图5A-图5D的布置可以用于创造四个不同的光程。
在一个配置中，偏振分束器具有复合曲率，使得它呈现为用于光穿过腔1的凹面反射器，以及为用于光穿过腔2的凸面反射器。特别令人感兴趣的是，弯曲的偏振分束器可以使三个能力状态解耦。就是说，它可以将能力引入到符号相反的腔1和腔2中，并且可以实质上不将净能力引入到穿过腔1和腔2两者的状态中。表2示出了这样的配置的示例。
HS1的状态 HS2的状态 能力腔1 能力腔2 净能力
0 0 0 0 0
HW 0 R1+R2 0 R1+R2
0 HW 0 R3-R2 R3-R2
HW HW R1+R2 R3-R2 R1+R3
表2：由图5A的配置产生的状态的示例，其中偏振分束器76具有光学能力。R代表每个表面的曲率半径(其中R1是第一50:50反射器72的曲率半径，R2是偏振分束器76的曲率半径，R3是第二50:50的反射器80的曲率半径)。
如图5所示，光学腔的单通传输可以是50％，而与腔1和腔2两者的附加往返行程相对应的状态只能是6.3％。根据一个配置，通过考虑对于光学系统的每种状态可能与孔径光阑相关联的损耗，总通量(throughput)可以总体上平衡。具体地，可以选择具有最差聚光的最小孔径状态以与镜头的最高效率状态(25％)重合。相反，可以选择最大的孔径状态，使其具有最佳的聚光，以与镜头的最低效率状态(6.3％)重合。

Claims (9)

1.一种同轴光学系统，包括：
线偏振器；
光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与所述第一线偏振态正交的第二线偏振态；
第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，所述第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；以及
第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，所述第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；
其中，所述线偏振器、光学开关以及所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器中的每一个以同轴方式定位。
2.根据权利要求1所述的同轴显示系统，其中，位于所述第一反射偏振器的焦距和所述第二反射偏振器的焦距的两者内的观察者将观察具有可切换的放大率的自身像。
3.一种离轴光学系统，包括：
线偏振器；
第一光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与所述第一线偏振态正交的第二线偏振态；
第一反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，所述第一反射偏振器具有曲率半径为R1的形状；
第二反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，所述第二反射偏振器具有曲率半径为R2的形状；
第二光学开关，其能够被控制以在第一光学开关状态下选择性地使光通行而不转换光的偏振态，或者在第二光学开关状态下将第一线偏振态转换成与所述第一线偏振态正交的第二线偏振态；
第三反射偏振器，其反射一种线偏振态的光且透射正交的线偏振态的光，所述第三反射偏振器具有曲率半径为R3的形状；以及
第四反射偏振器，其反射所述正交的线偏振态的光且透射所述一种线偏振态的光，所述第四反射偏振器具有曲率半径为R4的形状；
其中，所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，所述第三反射偏振器和所述第四反射偏振器彼此相邻且以对准方式定位，使得取决于照射到其上的光的偏振态，所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光，而所述第三反射偏振器和所述第四反射偏振器中的一个将以折叠方式反射光；
其中，所述第一光学开关和所述第二光学开关可以分别被控制，使得由所述系统能够实现不同的四个光学能力中的一个，所述四个光学能力为R1+R3、R1+R4、R2+R3和R2+R4。
4.一种用于控制来自显示器的、能够由观察者观察到的光的光学系统，包括：
显示装置，透射圆偏振态；
一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央部分反射器且在相对端部处分别由第一反射偏振器和第二反射偏振器限定，其中第一光学腔和第二光学腔中的每一个包括分离的四分之一波延迟器；以及
输出偏振器；
其中，由所述系统通行到观察者的光包括透射穿过所述第一腔且在所述第二腔中再循环的第一光分量，以及在所述第一腔中再循环且透射穿过所述第二腔的第二光分量。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中，所述第一反射偏振器和所述第二反射偏振器的几何形状相同。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其中，使用所述第一腔形成的图像和使用所述第二腔形成的图像在观看者处叠加。
7.一种光学系统，向观察者提供显示的图像的选择性放大量，所述光学系统包括：
第一数字偏振开关，与所述显示器相邻，以控制进入所述系统的光的偏振态；
一对光学腔，包括第一腔和第二腔，具有共享的中央偏振分束器，并且在相对端部处分别由具有曲率半径R1的第一反射偏振器和具有曲率半径R2的第二反射偏振器限定，其中第一光学腔和第二光学腔中的每一个包括分离的四分之一波延迟器；以及
第二数字偏振开关，与所述观察者相邻，以基于照射在所述第二数字偏振开关上的光的偏振态来控制哪些光离开所述系统；
其中，从所述系统离开通行到所述观察者的光包括第一光分量、第二光分量、第三光分量和第四光分量，所述第一光分量通行穿过所述第一腔一次和所述第二腔一次，所述第二光分量通行穿过所述第一腔三次和所述第二腔一次，所述第三光分量通行穿过所述第一腔一次和所述第二腔三次，并且所述第四光分量通行穿过所述第一腔三次和所述第二腔三次。
其中，所述第一数字偏振开关和第二数字偏振开关中的每一个具有两个状态，因此所述两个开关的组合具有四个可能的状态，所述组合的状态中的每一个状态对应于从系统离开通行的光的第一分量、第二分量、第三分量和第四分量中的一个；并且
其中，光的四个分量中的每一个都是所显示的图像的放大，其放大量由每个光分量被所述第一反射偏振器反射的次数和每个光分量被所述第二反射偏振器反射的次数确定。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述第一数字偏振开关包括线偏振器、光学开关和四分之一波延迟器。
9.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述第二数字偏振开关包括四分之一波延迟器、光学开关和线偏振器。
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