CN115016120A - 借助于再利用偏振光的反折射系统的改进效率 - Google Patents

Abstract

公开了一种光学系统。所述光学系统包括准直光学器件，所述准直光学器件包括偏振分束器，所述偏振分束器包括一个或多个偏振选择反射表面，所述一个或多个偏振选择反射表面被配置成将图像光分离成（s）偏振光和（p）偏振光。所述准直光学器件进一步包括：被配置成接收和反射从所述一个或多个偏振选择反射表面发射的（p）偏振光的第一反射镜、被配置成接收和反射从所述一个或多个偏振选择反射表面发射的（s）偏振光的第二反射镜、以及被配置成接收从第一反射镜反射的（p）偏振光并且接收从第二反射镜反射的（s）偏振光的校正器透镜，其中（s）偏振光的光路径和（p）偏振光的光路径基本相等，其中（p）偏振光和（s）偏振光被配置成组合以形成用户图像。

Description

借助于再利用偏振光的反折射系统的改进效率

背景技术

反折射光学系统组合了反射和折射光学器件。在多种显示器中发现这些系统，所述显示器包括平视显示器（HUD）（诸如，固定式HUD）和佩戴式显示器（例如，头戴式显示器、头盔式显示器、虚拟眼镜等）。在这些系统中发现的常用部件是偏振分束器（beamsplitter）（PBS）。

PBS通过在反射方向上（通常为90度）反射一个偏振类型的光、并且在传输方向上（没有角度改变）传输正交偏振的光来进行工作。利用PBS的反折射系统需要入射在该系统上的偏振光，这降低了整个光学路径的吞吐量效率（throughput efficiency）。例如，通过使光学系统偏振，除了其他光学损耗之外，光利用效率降低到~45%。因此，期望提供一种基于PBS的光学系统，该光学系统提供足够的显示特性，同时以比常规方法更高的效率来利用光。

发明内容

公开了一种光学系统。在一个或多个实施例中，所述光学系统包括准直光学器件。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括偏振分束器。在一个或多个实施例中，偏振分束器包括一个或多个偏振选择反射表面。在一个或多个实施例中，一个或多个偏振选择反射表面被配置成将来自光源的图像光分离（split）成第一光束和第二光束。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括第一波片，所述第一波片被配置成接收第一光束。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括第一反射镜，所述第一反射镜被配置成接收来自第一波片的第一光束并且将第一光束向后反射通过第一波片，其中第一光束传输通过一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射，其中传输通过一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射的第一光束被配置为（s）偏振光。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括第二波片，所述第二波片被配置成接收第二光束。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括第二反射镜，所述第二反射镜被配置成接收来自第二波片的第二光束并且将第二光束向后反射通过第二波片，其中第二光束传输通过一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射，其中传输通过一个或多个偏振选择反射表面或从其反射的第二光束被配置为（p）偏振光。在一个或多个实施例中，准直光学器件包括校正器透镜，所述校正器透镜被配置成接收从第一反射镜反射的第一光束和从第二反射镜反射的第二光束，其中第一光束的光路径的长度和第二光束的光路径的长度基本相等，其中第一光束和第二光束被配置成组合以形成用户图像。

在所述光学系统的一些实施例中，当离开准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径是平行的。

在所述光学系统的一些实施例中，当离开准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径是共线的。

在所述光学系统的一些实施例中，所述光学系统进一步包括被设置在偏振分束器上的场透镜，所述场透镜被配置成接收来自光源的图像光。

在所述光学系统的一些实施例中，校正器透镜、场透镜、第一反射镜、第二反射镜和偏振分束器被配置成装配到具有小于两立方厘米的体积的封装中。

在所述光学系统的一些实施例中，所述光学系统进一步包括光源。

在所述光学系统的一些实施例中，光源包括以下各项中的至少一个：发光二极管显示器、微型发光二极管显示器、有机发光二极管显示器、有源矩阵液晶显示器或者硅上液晶显示器或数字微镜器件显示器。

在所述光学系统的一些实施例中，所述光学系统被配置为用于在基底波导上显示的准直系统。

在所述光学系统的一些实施例中，基底波导将被配置为平视显示器。

在所述光学系统的一些实施例中，光源包括源分束器、反射镜或棱镜中的至少一个。

在所述光学系统的一些实施例中，所述光学系统进一步包括颜色敏感的分束器。

在所述光学系统的一些实施例中，场透镜包括衍射表面。

在所述光学系统的一些实施例中，一个或多个偏振选择反射表面中的一个包括四分之一波长延迟器膜（retarder film）。

在所述光学系统的一些实施例中，第一波片或第二波片中的至少一个包括四分之一波长延迟器膜。

在所述光学系统的一些实施例中，当离开准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径在彼此的1毫米之内。

在所述光学系统的一些实施例中，当离开准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径是平行的。

还公开了一种用于向用户提供光信息的方法。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：将来自光源的图像光传输到偏振分束器。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：将所述图像光分离成第一光束和第二光束，其中第一光束和第二光束是线偏振的。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第一光束传输通过第一波片，其中第一光束变成圆偏振的。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第一光束反射离开第一反射镜，其中第一光束被转换成不同手性（handedness）的圆偏振光。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第二光束传输通过第二波片，其中第二光束变成圆偏振的。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第二光束反射离开第二反射镜，其中第二光束被转换成不同手性的圆偏振光。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第一光束向后传输通过第一波片并且通过偏振选择反射表面，其中来自传输通过偏振选择反射表面的第一光束的光被配置为（p）偏振光。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：使第二光束向后传输通过第二波片并且使第二光束反射离开偏振选择反射表面，其中来自反射离开偏振选择反射表面的第二光束的光被配置为（s）偏振光。在一个或多个实施例中，用于向用户提供光信息的方法包括：将第一光束和第二光束引导到校正器透镜，其中第一光束和第二光束被组合以形成用户图像。

本发明内容仅仅作为对详细描述和附图中充分描述的主题的介绍而提供。该发明内容不应当被视为描述了基本特征，也不应当用于确定权利要求的范围。此外，要理解的是，前述发明内容和以下详细描述两者仅仅是示例和解释性的，并且不一定限制所要求保护的主题。

附图说明

参考附图来描述该详细描述。在说明书和附图中的不同实例中的相同参考数字的使用可以指示相似或相同的项。本公开的各种实施例或示例（“示例”）在以下详细描述和附图中公开。附图不一定是按比例的。一般而言，除非权利要求中另行规定，否则所公开的过程的操作可以以任意次序来执行。在附图中：

图1是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统的框图；

图2是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统的框图；

图3是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统的框图；

图4图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统的透视图；以及

图5是图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于向用户提供光信息的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地解释本公开的一个或多个实施例之前，要理解的是，实施例在其应用方面不限于在以下描述中阐述或在附图中图示的方法或步骤或部件的布置和构造的细节。在实施例的以下详细描述中，可以阐述许多具体细节，以便提供对本公开的更透彻的理解。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，将明显的是，本文中公开的实施例可以在没有这些具体细节中的一些的情况下来实践。在其他实例中，可能不会详细描述公知的特征，以避免不必要地使本公开复杂化。

如本文中所使用，参考数字之后的字母意图参考如下特征或元件的实施例，该特征或元件可以与具有相同参考数字（例如，1、1a、1b）的先前描述的元件或特征类似但不一定相同。此类简写符号仅出于方便的目的而使用，并且不应当被解释成以任何方式限制本公开，除非明确相反地声明。

此外，除非明确相反地声明，否则“或”指代包括性的或，并且不是排他性的或。例如，条件A或B通过以下各项中的任一个来满足：A为真（或存在）并且B为假（或不存在）、A为假（或不存在）并且B为真（或存在）、以及A和B两者为真（或存在）。

此外，可以采用“一”或“一个”的使用来描述本文中公开的实施例的元件和部件。这样做仅仅是为了方便，并且“一”和“一个”意图包括“一个”或“至少一个”，并且单数也包括复数，除非明显地它另有含义。

最后，如本文中所使用，对“一个实施例”或“一些实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在本文中公开的至少一个实施例中。说明书中的不同地方中的短语“在一些实施例中”的出现不一定全部指代相同的实施例，并且实施例可以包括本文中明确描述或固有存在的特征中的一个或多个、或者两个或更多此类特征的子组合的任何组合、连同在本公开中可能不一定明确描述或固有存在的任何其他特征。

公开了一种准直反折射光学系统。该光学系统包括偏振分束器、两个波片和两个反射镜。该光学系统被配置成接收入射的非偏振光，并且将非偏振光分离成线偏振的第一光束和线偏振的第二光束。第一光束通过第一波片传输到第一反射镜，所述第一反射镜将第一光束向后反射通过第一波片，从而得到（s）偏振光。第二光束通过第二波片传输到第二反射镜，所述第二反射镜将第二光束向后反射通过第二波片，从而得到（p）偏振光。（s）偏振光和（p）偏振光经由偏振分束器被引导成一对平行且准直的光束。具体地，偏振分束器上的偏振敏感的涂层选择性地反射（s）偏振光并且传输（p）偏振光。在这种情况下，来自（p）偏振光的光不会丢失，而是被向后反射到该系统中。该系统可以进一步包括一个或多个透镜以及用于引导、准直和/或修改光的其他元件部分。反折射准直器系统被用于多种光学系统中。授予Brown的美国专利号10,746,989公开了一种用于平视显示器（HUD）的反折射准直器，该专利通过引用全部并入本文中。

图1是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统100的框图。在实施例中，光学系统100可以被配置为配置有准直光学器件104的准直系统，用于在基底波导（诸如，HUD）上显示的图像。本文中使用的术语HUD指代固定式HUD、近眼显示器、头戴式显示器、头盔式显示器或者使用组合器以用于将来自光源的图像覆盖在现实世界场景上的任何类型的显示器。在一些实施例中，HUD系统可以被配置用于较小驾驶舱环境中和佩戴式显示器应用中，并且还为航空电子应用提供了适当的视场和眼箱（eye box）。在一些实施例中，HUD系统可以被配置用于与所佩戴的部件（诸如，眼镜、护目镜、帽子、头盔等）一起使用，或者可以是具有固定式组合器的HUD系统。基底波导可以被配置为反射组合器或全息组合器。准直光学器件104被集成或与基底波导和/或光学系统100的其他部件间隔开。在一些实施例中，组合器可以被配置为波导组合器，该波导组合器被设计成将来自两个或更多输入的光组合成单个输出。

在实施例中，光学系统100包括光源108，所述光源108被配置成向准直光学器件104发射图像光112（例如，来自光源的意图向用户形成可观察图像的光）。光源108可以是用于提供图像的任何设备，包括但不限于：数字微镜器件（DMD）显示器、CRT显示器、发光二极管（LED）显示器、微型LED显示器、有机发光二极管（OLED）显示器、有源矩阵液晶显示器（AMLCD）、硅上液晶（LCOS）显示器等。在一些实施例中，光源108是微型显示器，并且提供线偏振光。

在一些实施例中，准直光学器件104被配置为反折射准直器系统，并且包括偏振分束器116、第一反射镜120和第二反射镜124。第一反射镜120和/或第二反射镜可以被配置为具有弯曲表面。在一些实施例中，偏振分束器116被配置为矩形棱镜形式。在一些实施例中，偏振分束器116包括正面128、第一波片面132、第二波片面136、端面140、以及一个或多个偏振选择反射表面144。偏振选择反射表面可以被配置为电介质涂层、线栅偏振器表面、或被配置成选择性地反射偏振光的任何其他表面。第一反射镜被设置在第一波片面132上，并且第二反射镜被设置在面136上。偏振分束器116提供内部折叠的光学路径（例如，作为折叠镜操作的偏振分束器116）。

在一些实施例中，该准直光学器件包括邻近于第一波片面132或在第一波片面132上设置的第一波片145、以及邻近于第二波片面136或在第二波片面136上设置的第二波片146。第一波片145和第二波片可以被配置为能够更改行进通过它的光波的偏振状态的任何偏振材料。例如，第一波片145和/或第二波片146可以被配置为半波片、半波延迟器膜、四分之一波片或四分之一波长延迟器膜。例如，第一波片145和/或第二波片146可以被配置为将线偏振光转换成圆偏振光的四分之一波片。第一波片145和/或第二波片146可以由任何材料构成，所述材料包括但不限于石英、云母或塑料。

从光源108传输通过偏振分束器116的面128的图像光112被部分地反射离开偏振分束器116内的一个或多个偏振选择反射表面144，从而产生线偏振的第一光束147。第一光束147传输通过第一波片145，从而将第一光束147的线偏振光更改成圆偏振光。第一光束147然后被反射离开第一反射镜，从而反转了圆偏振第一光束147的手性，并且第一光束147通过第一波片145向后传递，从而成为（p）偏振光150。（p）偏振光150然后传输通过一个或多个偏振选择反射表面144并且通过端面140。

由偏振分束器对图像光112的划分还产生了线偏振的第二光束148。第二光束148传输通过一个或多个偏振选择反射表面144并且传输通过第二波片146，从而将第一光束147的线偏振光更改成圆偏振光。第二光束148然后反射离开第二反射镜124，从而反转了圆偏振第二光束148的手性，并且第二光束148向后传递通过第二波片146，从而成为（s）偏振光152。（s）偏振光152然后反射离开一个或多个偏振反射表面144并且传输通过端面140。

准直光学器件104中的元件的组合对与端面140相关联的出射光瞳（exit pupil）处的光进行准直。在一个实施例中，具体实施为反折射系统的准直光学器件104有利地帮助使该系统的设计在体积上显著小于传统设计。例如，在一些实施例中，该准直光学器件具有小于20立方厘米的体积。然而，准直光学器件104可以具有任何大小或大小范围。例如，准直光学器件可以具有从20立方厘米变动到200立方厘米的体积。在另一示例中，该准直光学器件可以具有大于200立方厘米的体积。在另一示例中，该准直光学器件可以具有小于2.0立方厘米的体积。在另一示例中，该准直光学器件可以具有小于0.2立方厘米的体积。在另一示例中，该准直光学器件可以具有小于0.02立方厘米的体积。

重要的是，（p）偏振光148在准直光学器件104中的使用（例如，再利用）大大地增加了来自光源108的图像光112到达端面140和/或用户（例如，以（s）偏振光152和（p）偏振光150的形式）的效率，该效率是如在仅利用（s）偏振光152的常规准直光学器件中那样可用光到达端面140的效率的几乎两倍。例如，使用相同的光源108，用户可以从光学系统100接收比不包括第二反射镜124的系统多40%的光能。在另一示例中，使用相同的光源，用户可以从光学系统100接收比不包括第二反射镜124的系统多45%的光能。相应地，从系统100中移除第二反射镜可能会使由该系统所传输的光能减少超过40%。因为第一光束147和第二光束148的光路径基本相等，所以没有检测到图像质量中的明显改变。

图2是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统200的框图。光学系统200被配置有如光学系统100那样的一个或多个部件。例如，光学系统200可以被配置有光学系统100的所有部件。在一些实施例中，准直光学器件104进一步包括：设置在面128上的场透镜204，其被配置成接收来自光源108的光；校正器透镜208，其被配置成接收来自偏振分束器116的（s）偏振光150和（p）偏振光152。

在一些实施例中，场透镜204包括衍射表面和/或被配置为平凸非球面透镜。例如，衍射表面可以被配置为通过金刚石研磨、蚀刻、光刻、模制或其他过程来处理以形成衍射凹槽的非球面。在一些实施例中，衍射表面针对准直光学器件104提供了颜色校正和高阶像差控制。在一些实施例中，场透镜204由光学玻璃或塑料材料制造。在一些实施例中，可以在场透镜204之前或之后提供延迟器板或延迟器膜，以引起偏振改变。在一些实施例中，校正器透镜208由光学玻璃或塑料材料制造。

在一些实施例中，第一反射镜120包括弯曲反射表面216。例如，第一反射镜120可以被配置有具有二向色表面、镀银反射表面、金属反射表面或任何其他反射表面的弯曲反射表面216。第一反射镜120可以是弯曲的，以帮助通过准直光学器件104的光的准直。在一些实施例中，第一反射镜120针对弯曲反射表面216提供了非球面介质，并且在一些实施例中由光学玻璃或塑料材料制造。

在一些实施例中，第二反射镜124包括第二反射表面220。例如，第二反射镜124可以被配置有具有二向色表面、镀银反射表面、金属反射表面或任何其他反射表面的第二反射表面220。第二反射镜124可以是弯曲的，以帮助通过准直光学器件104的光的准直。在一些实施例中，第二反射镜124针对第二反射表面220提供了非球面介质，并且在一些实施例中由光学玻璃或塑料材料制造。在一些实施例中，场透镜204、第一反射镜120、第二反射镜124、偏振分束器116和校正器透镜106的组合用于对光进行准直。

准直光学器件104的元件可以围绕偏振分束器116粘合在一起（cementtogether），以形成小的、紧凑的封装。将场透镜204、第一反射镜120和/或第二反射镜124直接安装到偏振分束器116或偏振分束器116上提供的膜在非常严格的公差中提供了机械对准。有利地，校正器透镜208可以具有与偏振分束器116的面140所关联的尺寸相同的尺寸，使得获得容易的对准。类似地，场透镜204、第一反射镜120和/或第二反射镜124可以匹配相应面128、124和136的大小。

图3是图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统300的框图。光学系统300被配置有如光学系统100、200那样的一个或多个部件。例如，光学系统300可以被配置有光学系统100的所有部件。在一些实施例中，光学系统300包括光源108、以及被配置成具有或不具有源敏感的反射涂层312的光源分束器308。例如，光源108被配置为DMD微型显示器，其中从DMD微型显示器传输的图像（例如，图像光112）被源反射涂层312反射到准直光学器件104。准直光学器件104包括场透镜204、偏振分束器116、第一波片145、第一反射镜120、第二波片146、第二反射镜124和校正透镜208。在一些实施例中，光学系统300可以包括被设置在光源108与光源分束器308之间的光源延迟器。例如，光源延迟器可以与LCOS显示器一起使用。

如在光学系统100、200中那样，光学系统300创建了（s）偏振光150和（p）偏振光152。例如，在图像光112被分离成第一光束147和第二光束148之后，光波经由通过它们相应的波片（例如，第一波片145和第二波片146）的顺序透射性（transmittance）而被变换成（p）偏振光150和（s）偏振光152，其中（p）偏振光150和（s）偏振光152两者作为准直和平行光源经由校正透镜208离开。

图4图示了根据本公开的一个或多个实施例的光学系统400的透视图。光学系统400被配置有如光学系统100、200、300那样的一个或多个部件。例如，光学系统300可以被配置有光学系统100的所有部件。在实施例中，该光学系统包括投射图像光（例如，图4中的绿光）的光源108。该图像光传递通过场透镜204、通过偏振分束器116，所述偏振分束器116将该图像光分离成第一光束147和第二光束148。第一光束147传输通过第一波片145朝向第一反射镜120，其被向后反射通过第一波片，从而将第一光束从线偏振光转换成（p）偏振光。（p）偏振光150然后传输通过一个或多个偏振选择反射表面144，从而离开偏振分束器116并且通过校正透镜208。第二光束148被引导到第二波片146并且通过所述第二波片146传输到第二反射镜124，其被反射，并且第二光束再次传输通过第二波片，从而将第二光束从线偏振光转换成（s）偏振光152。（s）偏振光152随后被向后反射到一个或多个偏振选择反射表面144，其中（p）偏振光152被反射离开偏振分束器116并且通过校正透镜208。离开校正透镜的（p）偏振光150和（s）偏振光152被准直。

光学系统100、200、300、400可以被配置成具有任何大小的形状。例如，光学系统100、200、300、400可以被装配到具有小于1立方厘米的体积的封装中。例如，包含校正器透镜208、场透镜204、第一反射镜120、第二反射镜124和偏振分束器116的光学系统100、200、300、400可以被装配到具有小于两立方厘米的体积的封装中。

在一些实施例中，系统100、200、300、400可以包括颜色选择分束器。例如，偏振分束器116可以被配置为颜色选择分束器。在另一示例中，光源分束器308可以被配置为颜色选择分束器。在另一示例中，系统100、200、300、400可以包括除了被配置为颜色敏感的分束器的光源分束器308和/或偏振分束器116之外的分束器。应当注意的是，颜色敏感的偏振分束器或折叠镜不需要进入和离开该颜色敏感的偏振分束器或折叠镜的光学路径是正交的。更确切地说，与重组路径相比，入射角需要对于分束路径是不同的。因此，以上描述不应当被解释为对本公开的限制，而仅仅是作为说明。

图5是图示了根据本公开的一个或多个实施例的用于向用户提供光信息的方法500的流程图。在实施例中，方法500包括：将来自光源108的图像光112传输到偏振分束器116的步骤510。光源108可以被配置为任何光源，包括但不限于DMD微型显示器。图像光的束还可以传递通过场透镜204）。

在实施例中，方法500包括：将图像光112分离成第一光束147和第二光束148的步骤520，其中第一光束147和第二光束148是线偏振的。例如，图像光112可以由偏振分束器116的偏振选择反射表面144分离成线偏振的第一光束147（例如，（s）偏振的第一光束）和线偏振的第二光束148（例如，（p）偏振的第二光束）。

在实施例中，方法500包括：使第一光束147传输通过第一波片145的步骤522，其中第一光束147变成圆偏振的。例如，当输入或入射的线偏振第一光束147的电场矢量被定向成与第一波片145（例如，四分之一波片）的慢轴和快轴处于45°角时，第一光束147的输出光变成圆偏振的。

在实施例中，方法500包括：使第一光束147反射离开第一反射镜120的步骤524，其中第一光束147被转换成不同手性的圆偏振光。例如，第一反射镜120可以将第一光束147的左旋圆偏振光转换成右旋圆偏振光。在另一示例中，第一反射镜120可以将第一光束147的右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光。

在实施例中，方法500包括：使第二光束148传输通过第二波片145的步骤526，其中第二光束148变成圆偏振的。例如，当输入或入射的线偏振第二光束148的电场矢量被定向成与第二波片146（例如，四分之一波片）的慢轴和快轴处于45°角时，第二光束148的输出光变成圆偏振的。

在实施例中，方法500包括：使第二光束148反射离开第二反射镜124的步骤528，其中第二光束148被转换成不同手性的圆偏振光。例如，第二反射镜124可以将第二光束148的左旋圆偏振光转换成右旋圆偏振光。在另一示例中，第二反射镜124可以将第二光束148的右旋圆偏振光转换成左旋圆偏振光。

在实施例中，方法500包括：使第一光束147向后传输通过第一波片145并且通过偏振选择反射表面144的步骤530，其中来自传输通过偏振选择反射表面144的第一光束147的光被配置为（p）偏振光。因此，第一光束147通过第一波片145（例如，四分之一波片）的顺序传输和再传输以及离开第一反射镜120的反射将第一光束147转换成线偏振光，尽管与由偏振分束器116进行的初始分离所形成的第一光束147的初始偏振状态相比，线偏振光具有相反的状态。

在实施例中，方法500包括：使第二光束148向后传输通过第二波片146并且使第二光束148反射离开偏振选择反射表面144的步骤540，其中来自反射离开偏振选择反射表面144的第二光束148的光被配置为（s）偏振光。因此，第二光束148通过第二波片146（例如，四分之一波片）的顺序传输和再传输以及离开第二反射镜124的反射将第二光束148转换成线偏振光，尽管与由偏振分束器116进行的原始分离所形成的第二光束148的初始偏振状态相比，线偏振光具有相反的状态。

在实施例中，方法500包括：将第一光束和第二光束引导到校正器透镜的步骤550，其中第一光束和第二光束被组合以形成用户图像（例如，由用户观察到的图像）。例如，（p）偏振光150可以从第一反射镜120被反射通过一个或多个偏振选择反射表面144，并且通过校正器透镜。同时，（s）偏振光152可以从第二反射镜120被反射到一个或多个偏振选择反射表面144，其中一个或多个偏振选择反射表面144反射（s）偏振光152，从而引导（s）偏振光152通过校正器透镜208。因为（p）偏振光150和（s）偏振光152的光路径基本相等（例如，从由偏振分束器116进行的光的初始分离到端面140的光路径长度），所以来自（p）偏振光150和（s）偏振光152的光形成了容易地可观察到的用户图像。例如，基本相等的光路径可以在彼此的10毫米之内。在另一示例中，基本相等的光路径可以在彼此的1毫米之内。在另一示例中，基本相等的光路径可以在彼此的0.1毫米之内。在另一示例中，基本相等的光路径可以在彼此的0.01毫米之内。在另一示例中，基本相等的光路径可以在彼此的0.001毫米之内。当（p）偏振光和（s）偏振光到达端面140时，来自（p）偏振光和（s）偏振光的光束（例如，光路径）是平行的和/或准直的。例如，当（p）偏振光和（s）偏振光到达端面140时，来自（p）偏振光和（s）偏振光的光束（例如，光路径）可以是共线的。

应当理解的是，准直光学器件104的一个或多个部件、或准直光学器件104内的一个或多个光路径（例如，（s）偏振和（p）偏振光路径）可以被更改或以其他方式修改。例如，偏振分束器116可以被旋转（例如，从图1中所示的取向旋转-90°），并且第一波片145和第一反射镜120可以被移动到偏振分束器的相对侧。利用这个布置，图像光112将再次被分离并转换成（s）偏振和（p）偏振光路径，然而，光将经由最初地是第一波片面132的事物离开准直光学器件104。部件的任何布置或部件的涂层（例如，一个或多个偏振选择反射表面144）的任何布置是可能的。

要理解的是，本文中公开的方法的实施例可以包括本文中描述的步骤中的一个或多个。此外，此类步骤可以以任何期望的次序执行，并且步骤中的两个或更多可以彼此同时执行。本文中公开的步骤中的两个或更多可以组合在单个步骤中，并且在一些实施例中，步骤中的一个或多个可以作为两个或更多子步骤来执行。此外，除了本文中公开的一个或多个步骤之外、或者作为对本文中公开的一个或多个步骤的替代，可以执行其他步骤或子步骤。

虽然已经参考附图中所图示的实施例描述了本发明的概念，但是在不脱离权利要求的范围的情况下，可以在本文中采用等同物以及进行替代。本文中说明和描述的部件仅仅是系统/设备和部件的示例，所述系统/设备和部件可以用于实现本发明概念的实施例，并且可以在不脱离权利要求的范围的情况下用其他设备和部件来替换。此外，除非权利要求中另行指定，否则本文中提供的任何尺寸、度和/或数值范围要被理解为非限制性示例。

Claims (15)

1.一种光学系统，包括：

准直光学器件，包括：

偏振分束器，其包括一个或多个偏振选择反射表面，所述一个或多个偏振选择反射表面被配置成将来自光源的图像光分离成第一光束和第二光束；

第一波片，其被配置成接收第一光束；

第一反射镜，其被配置成接收来自第一波片的第一光束并且将第一光束向后反射通过第一波片，其中第一光束传输通过所述一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射，其中传输通过所述一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射的第一光束被配置为（s）偏振光；

第二波片，其被配置成接收第二光束；

第二反射镜，其被配置成接收来自第二波片的第二光束并且将第二光束向后反射通过第二波片，其中第二光束传输通过所述一个或多个偏振选择反射表面中的一个或从其反射，其中传输通过所述一个或多个偏振选择反射表面或从其反射的第二光束被配置为（p）偏振光；以及

校正器透镜，其被配置成接收从第一反射镜反射的第一光束和从第二反射镜反射的第二光束，其中第一光束的光路径的长度和第二光束的光路径的长度基本相等，其中第一光束和第二光束被配置成组合以形成用户图像。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中当离开所述准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径是平行的。

3.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括被设置在偏振分束器上的场透镜，所述场透镜被配置成接收来自光源的图像光。

4.根据权利要求3所述的光学系统，其中校正器透镜、场透镜、第一反射镜、第二反射镜和偏振分束器被配置成装配到具有小于两立方厘米的体积的封装中。

5.根据权利要求1所述的光学系统，进一步包括光源。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中光源包括以下各项中的至少一个：发光二极管显示器、微型发光二极管显示器、数字微镜器件、有机发光二极管显示器、有源矩阵液晶显示器或者硅上液晶显示器。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统被配置为用于在基底波导上显示的准直系统。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其中基底波导被配置为平视显示器。

9.根据权利要求5所述的光学系统，其中光源包括源分束器、反射镜或棱镜中的至少一个。

10.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述光学系统包括颜色敏感的分束器。

11.根据权利要求3所述的光学系统，其中场透镜包括衍射表面。

12.根据权利要求1所述的光学系统，其中第一波片或第二波片中的至少一个包括四分之一波长延迟器膜。

13.根据权利要求1所述的光学系统，其中当离开所述准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径在彼此的1毫米之内。

14.根据权利要求1所述的光学系统，其中当离开所述准直光学器件时，第一光束的光路径和第二光束的光路径共线。

15.一种用于向用户提供光信息的方法，包括：

将来自光源的图像光传输到偏振分束器；

将所述图像光分离成第一光束和第二光束，其中第一光束和第二光束是线偏振的；

使第一光束传输通过第一波片，其中第一光束变成圆偏振的；

使第一光束反射离开第一反射镜，其中第一光束被转换成具有与传输通过第一波片的第一光束的圆偏振光不同的手性的圆偏振光；

使第二光束传输通过第二波片，其中第二光束变成圆偏振的；

使第二光束反射离开第二反射镜，其中第二光束被转换成具有与传输通过第二波片的第二光束的圆偏振光不同的手性的圆偏振光；

使第一光束向后传输通过第一波片并且通过偏振选择反射表面，其中来自传输通过所述偏振选择反射表面的第一光束的光被配置为（p）偏振光；

使第二光束向后传输通过第二波片并且使第二光束反射离开所述偏振选择反射表面，其中来自反射离开所述偏振选择反射表面的第二光束的光被配置为（s）偏振光；以及

将第一光束和第二光束引导到校正器透镜，其中第一光束和第二光束被组合以形成用户图像。

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