CN115244434A - 液晶反射偏振器和具有该偏振器的薄饼透镜组件 - Google Patents

Abstract

提供了一种光学器件。该光学器件包括第一光学元件，该第一光学元件被配置成输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。该光学器件还包括第二光学元件，该第二光学元件包括具有手性的双折射材料，并且被配置成接收来自第一光学元件的椭圆偏振光并将椭圆偏振光反射为圆偏振光。

Description

液晶反射偏振器和具有该偏振器的薄饼透镜组件

技术领域

本公开总体上涉及光学器件，并且更具体地涉及液晶反射偏振器和具有该偏振器的薄饼透镜组件(pancake lens assembly)。

背景

具有手性(chirality)的双折射材料可以被用于各种光学元件或器件中。作为一种具有手性的双折射材料，胆甾型液晶(“CLC”)，也被称为手性向列液晶，已经被用于光学元件中，以根据入射光的旋向性来反射或透射圆偏振光。例如，CLC可以被配置成主要反射具有特定圆偏振的光并主要透射具有相反圆偏振的光。由于CLC的旋向性(handedness)选择性，CLC层(或CLC膜、CLC板等)或CLC层堆叠可用作圆反射偏振器。例如，包括左旋的CLC(“LHCLC”)的圆反射偏振器可以被配置成反射左旋的圆偏振(“LHCP”)光并透射右旋的圆偏振(“RHCP”)光，并且包括右旋的CLC(“RHCLC”)的圆反射偏振器可以被配置成反射右旋的圆偏振(“RHCP”)光并透射左旋的圆偏振(“LHCP”)光。CLC可以被配置成在宽的带宽上起作用，使得在光谱内具有不同波长的光可以被反射或透射。基于CLC的圆反射偏振器可以被用作各种应用中的多功能光学部件，诸如偏振转换元部件、亮度增强部件或光路折叠部件。

概述

因此，本发明涉及根据所附权利要求的光学器件、光学透镜组件和照明系统。

提供了一种与本公开的所公开的实施例一致的光学器件。该光学器件包括第一光学元件，该第一光学元件被配置成输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。该光学器件还包括第二光学元件，该第二光学元件包括具有手性的双折射材料。第二光学元件被配置成接收来自第一光学元件的椭圆偏振光，并将该椭圆偏振光反射为圆偏振光。

在根据本发明的光学器件的实施例中，第二光学元件可以被配置成以基本上为零的透光率透射椭圆偏振光。

在根据本发明的光学器件的实施例中，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括椭圆率或取向角中的至少一个。除此之外，当双折射材料的手性为左旋的时，椭圆偏振光的椭圆率可以在约-1<ε≤-0.85的范围内，或者当双折射材料的手性为右旋的时，椭圆偏振光的椭圆率可以在约0.85≤ε<1的范围内。

在根据本发明的光学器件的实施例中，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括椭圆率或取向角中的至少一个。除此之外，椭圆偏振光的取向角可以在约75度≤Ψ≤90度的范围内。

在根据本发明的光学器件的实施例中，与第二光学元件对于传入的圆偏振光的最小透光率相比，第二光学元件对于椭圆偏振光的最小透光率可以减小至少0.1％、至少0.2％、至少0.3％、至少0.4％或至少0.5％，并且椭圆偏振光和传入的圆偏振光中的每一个可以具有与双折射材料的旋向性相同的旋向性。

在根据本发明的光学器件的实施例中，入射光可以是线性偏振光，第二光学元件可以是四分之一波片，并且四分之一波片的偏振轴可以相对于线性偏振光的偏振方向定向，以将线性偏振光转换为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。

提供了一种与本公开的所公开的实施例一致的光学透镜组件。该光学透镜组件包括第一光学元件。该第一光学元件包括被配置成将入射光转换成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光的光学波片。该第一光学元件还包括反射镜，该反射镜被配置成透射椭圆偏振光的第一部分并反射椭圆偏振光的第二部分。光学透镜组件也可以包括第二光学元件。该第二光学元件包括反射偏振器，该反射偏振器被配置成从反射镜接收椭圆偏振光的第一部分，并将椭圆偏振光的第一部分朝向反射镜反射为具有第一旋向性的圆偏振光。反射偏振器包括具有手性的双折射材料。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，反射镜还可以被配置成将具有第一旋向性的圆偏振光朝向反射偏振器反射为具有第二旋向性的圆偏振光，反射偏振器还可以被配置成透射具有第二旋向性的圆偏振光，并且第一旋向性可以与第二旋向性相反。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，反射偏振器可以被配置成以基本上为零的透光率透射椭圆偏振光。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括椭圆率或取向角中的至少一个。除此之外，当双折射材料的手性为左旋的时，椭圆偏振光的椭圆率可以在约-1<ε≤-0.85的范围内，或者当双折射材料的手性为右旋的时，椭圆偏振光的椭圆率可以在约0.85≤ε<1的范围内。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括椭圆率或取向角中的至少一个。除此之外，椭圆偏振光的取向角可以在约75度≤Ψ≤90度的范围内。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，双折射材料可以具有恒定的螺旋间距。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，双折射材料可以具有沿双折射材料的轴向的梯度螺旋间距。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，反射偏振器可以包括具有至少两个不同螺旋间距的双折射材料的多层的堆叠。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，反射偏振器可以包括设置在双折射材料的层之间的多个正C板。

在根据本发明的光学透镜组件的实施例中，光学波片可以是四分之一波片，并且四分之一波片的偏振轴可以相对于入射光的偏振方向定向，以将入射光转换成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。

提供了一种与本公开的所公开的实施例一致的照明系统。该照明系统包括被配置成发射具有第一旋向性的第一偏振光的光源组件。该照明系统包括导光板，该导光板被配置成引导从光源组件接收的第一偏振光并输出该第一偏振光。导光板包括在两个光楔(wedges)之间的倾斜表面处彼此耦合的两个光楔和设置在倾斜表面处的反射偏振器。照明系统包括布置在导光板的第一侧表面处的反射片，并且该反射片被配置成将具有第一旋向性的第一偏振光反射为具有与第一旋向性相反的第二旋向性的第二偏振光。反射偏振器包括具有手性的双折射材料，并且被配置成选择性地透射具有第一旋向性的第一偏振光并反射具有第二旋向性的第二偏振光。

在根据本发明的照明系统的实施例中，光源组件可以在导光板的第二侧表面处耦合到导光板，并且导光板的第一侧表面和第二侧表面彼此相对布置。

鉴于本公开的描述、权利要求和附图，本领域技术人员可以理解本公开的其他方面。前面的总体描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，而不是对权利要求的限制。

附图简述

根据多个公开的实施例，提供以下附图以用于说明目的，并且这些附图并不旨在限制本公开的范围。在附图中：

图1A示出了根据本公开的实施例的胆甾型液晶(“CLC”)中的指向矢构型(director configuration)的示意图；

图1B示出了根据本公开的实施例的CLC的偏振选择性反射性；

图2A示出了根据本公开的实施例的胆甾型液晶(“CLC”)反射偏振器的横截面；

图2B示出了根据本公开的实施例的偏振光的偏振椭圆图；

图2C示出了根据本公开的实施例的模拟结果，该模拟结果示出了针对具有不同偏振椭圆参数的入射光，光泄漏率(light leakage)相对CLC层的厚度的关系；

图2D示出了根据本公开的实施例的实验结果，该实验结果示出了CLC层的光泄漏率相对入射到CLC层上的光的椭圆率的的关系；

图3A示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器的横截面；

图3B示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器的横截面；

图3C示出了模拟结果，该模拟结果示出了不包括正C板的传统CLC反射偏振器的离轴入射角光泄漏率；

图3D示出了根据本公开的实施例的模拟结果，该模拟结果示出了具有两个正C板的CLC反射偏振器的离轴入射角光泄漏率；

图4示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器的横截面；

图5A示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件的示意图；

图5B示意性地示出了根据本公开的实施例的图5A中所示的薄饼透镜组件的光路的横截面视图；

图6A示出了根据本公开的另一实施例的薄饼透镜组件的示意图；

图6B示意性地示出了根据本公开的实施例的图6A中所示的薄饼透镜组件的光路的横截面视图；

图7示出了根据本公开的实施例的包括CLC反射偏振器的照明系统的示意图；

图8A示出了根据本公开的实施例的近眼显示器(“NED”)的图；以及

图8B示出了根据本公开的实施例的图8A中所示的NED的前主体的横截面视图。

详细描述

将参照附图描述与本公开一致的实施例，附图仅仅是用于说明性目的的示例，并不意欲限制本公开的范围。只要可能，相同的参考数字就在所有附图中用于指相同或相似的部分，而其详细描述可以被省略。

此外，在本公开中，所公开的实施例和所公开的实施例的特征可以组合。所描述的实施例是本公开的一些但不是全部实施例。基于所公开的实施例，本领域中的普通技术人员可以得到与本公开一致的其他实施例。例如，可以基于所公开的实施例来做出修改、改编、替换、添加或其他变化。所公开的实施例的这样的变化仍然在本公开的范围内。因此，本公开不限于所公开的实施例。替代地，本公开的范围由所附权利要求限定。

如在本文所使用的，术语“耦合”、“被耦合”、“耦合的”或诸如此类可以包含光学耦合、机械耦合、电耦合、电磁耦合或它们的组合。在两个光学元件之间的“光学耦合”指以下配置：两个光学元件布置在一个光学系列中，以及来自一个光学元件的光输出可以被另一个光学元件直接或间接地接收。光学系列指多个光学元件在光路中的光学定位，使得从一个光学元件输出的光可以被其他光学元件中的一个或更多个透射、反射、衍射、转换、修改或以其他方式处理或操纵。在一些实施例中，多个光学元件被布置的顺序可以影响或可以不影响多个光学元件的总输出。耦合可以是直接耦合或间接耦合(例如，通过中间元件耦合)。

短语“A或B中的至少一个”可以包括A和B的所有组合，诸如，仅A、仅B或者A和B。同样，短语“A、B或C中的至少一个”可以包括A、B和C的所有组合，诸如，仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或者A和B和C。短语“A和/或B”可以以类似于短语“A或B中的至少一个”的方式解释。例如，短语“A和/或B”可以包括A和B的所有组合，诸如仅A、仅B或A和B。同样，短语“A、B和/或C”具有类似于短语“A、B或C中的至少一个”的含义。例如，短语“A、B和/或C”可以包括A、B和C的所有组合，诸如仅A、仅B、仅C、A和B、A和C、B和C、或A和B和C。

当第一元件被描述为被“附着(attached)”、“提供(provided)”、“形成(formed)”、“粘附(affixed)”、“安装(mounted)”、“固定(secured)”、“连接(connected)”、“结合(bonded)”、“记录(recorded)”或“设置(disposed)”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处、或至少部分地在第二元件中时，第一元件可以使用任何合适的机械或非机械方式(例如沉积、涂覆、蚀刻、结合、胶合、旋拧(screwing)、压配合、搭扣配合、夹紧等)被“附着”、“提供”、“形成”、“粘附”、“安装”、“固定”、“连接”、“结合”、“记录”或“设置”到第二元件、在第二元件上、在第二元件处、或至少部分地在第二元件中。此外，第一元件可以与第二元件直接接触，或者在第一元件和第二元件之间可以有中间元件。第一元件可以设置在第二元件的任何合适的侧(例如左侧、右侧、正面、背面、顶部或底部)处。

当第一元件被示出或描述为设置或布置在第二元件“上”时，术语“在......上”仅用于指示在第一元件和第二元件之间的示例相对定向。该描述可以基于在图中所示的参考坐标系，或者可以基于在附图中所示的当前视图或示例配置。例如，当在图中所示的视图被描述时，第一元件可以被描述为设置在第二元件“上”。应当理解，术语“在......上”可能不一定暗示第一元件在竖直重力方向上在第二元件的上方。例如，当第一元件和第二元件的组件旋转180度时，第一元件可以在第二元件“下方”(或者第二元件可以在第一元件“上”)。因此，应当理解，当附图显示第一元件在第二元件“上”时，该配置仅仅是说明性示例。第一元件可以相对于第二元件以任何合适的定向进行设置或布置(例如，在第二元件之上或上方、在第二元件之下或下方、在第二元件左侧、在第二元件右侧、在第二元件后面、在第二元件前面等)。

本文使用的术语“处理器”可以包括任何合适的处理器，例如中央处理单元(“CPU”)、图形处理单元(“GPU”)、专用集成电路(“ASIC”)、可编程逻辑器件(“PLD”)或它们的组合。也可以使用上面没有列出的其他处理器。处理器可以被实现为软件、硬件、固件或它们的组合。

术语“控制器”可以包括被配置成生成用于控制设备、电路、光学元件等的控制信号的任何合适的电路、软件或处理器。“控制器”可以被实现为软件、硬件、固件或它们的组合。例如，控制器可以包括处理器，或者可以被包括作为处理器的一部分。

术语“非暂时性计算机可读介质”可以包括用于存储、传递、通信、广播或传输数据、信号或信息的任何合适的介质。例如，非暂时性计算机可读介质可以包括存储器、硬盘、磁盘、光盘、磁带等。存储器可以包括只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“ROM”)、闪存等。

本公开提供了一种光学器件，该光学器件可以包括被配置成输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光的第一光学元件。该光学器件还可以包括第二光学元件，该第二光学元件包括具有手性的双折射材料，并且被配置成接收来自第一光学元件的椭圆偏振光并将椭圆偏振光反射为圆偏振光。一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括椭圆率或取向角中的至少一个。在一些实施例中，第一光学元件可以是透射型光学元件、反射型光学元件、吸收型光学元件或其组合。例如，第一光学元件可以是光学波片，其可以被配置成将线性偏振光或圆偏振光转换成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。在一些实施例中，第一光学元件可以是光源组件。在一些实施例中，光源组件可以生成并输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。在一些实施例中，光学波片可以是光源组件的一部分。在一些实施例中，光学波片可以与光源组件分开提供。第二光学元件可以被配置成以基本上为零的透光率透射具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光，从而导致光学器件对于具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光的基本上为零的光泄漏率。在一些实施例中，第二光学元件可以是基于具有手性的双折射材料的反射偏振器。可以通过使用第一光学元件配置反射偏振器的入射光的性质(例如，一个或更多个预定偏振椭圆参数)来抑制反射偏振器的光泄漏率。

在一些实施例中，双折射材料的手性可以是双折射材料本身的性质，例如，双折射材料可以包括手性晶体分子，或者双折射材料的分子可以包括手性官能团(chiralfunctional group)。在一些实施例中，双折射材料的手性可以通过掺杂到双折射材料中的手性掺杂剂来引入。在一些实施例中，具有手性的双折射材料可包括扭弯向列(twist-bendnematic)LC(或扭弯向列相中的LC)，其中LC指向矢可以呈现出周期性的扭转和弯曲变形，形成具有相反手性的双重退化域(doubly degenerate domains)的锥形螺旋线(conicalhelix)。扭弯向列LC中的LC指向矢可以相对于螺旋轴倾斜，并且因此扭弯向列相可以被认为是常规向列相的广义情况，其中LC指向矢相对于螺旋轴正交。胆甾型液晶(“CLC”)是一类具有手性的双折射材料。在下面的描述中，为了说明的目的，CLC被用作具有手性的双折射材料的示例。CLC反射偏振器(即，基于CLC的反射偏振器)被用作基于具有手性的双折射材料的反射偏振器的示例。在一些实施例中，具有抑制的光泄漏率的光学元件(例如，反射偏振器)也可以基于具有手性的另一合适的双折射材料来配置，遵循下面描述的CLC反射偏振器的相同设计原则。

胆甾型液晶(“CLC”)是具有螺旋结构的液晶，因此呈现出手性，即旋向性。CLC也被称为手性向列液晶。对于CLC的反射带内的入射波长，具有与CLC的螺旋结构的旋向性相同的旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被反射，并且具有与CLC的螺旋结构的旋向性不同(例如，相反)的旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被透射。由于CLC的旋向性选择性，CLC层(或CLC膜、CLC板等)可以用作CLC反射偏振器。在一些实施例中，对于CLC的反射光和透射光两者，它们的偏振态可以保持不变。在一些实施例中，由于CLC的波片效应，反射光和/或透射光的偏振态可以改变，这可能导致CLC层的光泄漏率，并因此降低CLC反射偏振器的消光比(extinction ratio)。此外，CLC层的光泄漏率可能随着入射角的增大而增加。

本公开提供了一种被配置成减小CLC层的光泄漏率的光学器件。在一些实施例中，可以通过控制偏振入射光的椭圆率和/或CLC层与偏振入射光之间的时钟角(例如，取向角)来减小CLC层的光泄漏率。在一些实施例中，可以调整或修改偏振入射光的性质(例如，偏振椭圆参数)以匹配CLC层的性质(例如，通过椭圆率匹配)，使得CLC层的输出主要或基本上是反射的圆偏振光，具有减小的透光率(例如，CLC层的透光率基本上为零)。为了修改入射到CLC层上的光的光学性质，光学器件可以包括设置在光路中的CLC层的上游的光学元件，并且该光学元件被配置成在光入射到CLC层上之前将光转换成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。在一些实施例中，光学元件可以是透射型光学元件、反射型光学元件、吸收型光学元件或其组合。在一些实施例中，光学器件可以包括设置在光路中的CLC层的上游的光学元件，并且该光学元件被配置成朝向CLC层输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光作为CLC层的入射光。

在一些实施例中，设置在光路中的CLC层的上游的光学元件可以是光学波片。光学波片可以是四分之一波片(“QWP”)。四分之一波片可以相对于入射到QWP上的光(例如，线性偏振入射光)的偏振方向定向，或者基于入射光的性质以其他方式配置，以将入射光转换为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。可以例如通过优化来确定或选择椭圆偏振光的一个或更多个预定偏振椭圆参数，使得入射到CLC层上的椭圆偏振光的透射部分显著减小或基本上为零。在一些实施例中，对于椭圆偏振光，CLC层的透光率(或光泄漏率)可以减小到低于0.05％。由于光泄漏率的减小，可以实现光学器件的改进的光学性能。

图1A示出了胆甾型液晶(“CLC”)的指向矢构型100的示意图，图1B示出了图1A中所示的CLC的偏振选择性反射性。CLC是具有螺旋结构的液晶，因此呈现出手性，即旋向性。CLC也被称为手性向列液晶。在图1A所示的示意图中，向列LC分子用固体棒表示。CLC可以被组织在一个或更多个层111、112、113、114、115中，层内没有位置排序。为了说明目的，在图1A所示的示意图中，层彼此分开以更好地说明结构。尽管示出了五个层，但层的数量不受本公开的限制，其可以是任何合适的数量，如1、2、3、4、6、7等。由于手性掺杂剂的存在，向列LC指向矢(例如，CLC分子的长轴)可以沿着层的轴向(例如，图1A所示的z方向)旋转。在同一层中，向列LC指向矢可以沿相同方向定向。在一些实施例中，向列LC指向矢的变化可以是周期性的。向列LC指向矢的变化的周期，即向列LC指向矢旋转360°的轴向长度，称为螺旋间距P。在一些实施例中，向列LC指向矢的变化可以在每半个间距(P/2)重复，因为在0°和±180°处的向列LC指向矢可以等效。螺旋间距P可以确定CLC的反射带，即可以经由布拉格反射被CLC反射的入射波长的波段。在一些实施例中，螺旋间距P可以与可见光的波长具有相同的数量级。CLC的反射带可以以波长λ₀＝n*P为中心，其中n可以是CLC的平均折射率，该平均折射率可以被计算为n＝(n_e+n_o)/2。在这些方程中，n_e和n_o分别表示向列LC的非常反射率和普通反射率，P表示CLC的螺旋间距。CLC的反射带宽Δλ可以被计算为Δλ＝Δn*P，其可以与CLC的双折射率Δn成正比，其中Δn＝n_e-n_o。

对于CLC的反射带内的入射波长，具有与CLC的螺旋结构的旋向性相同的旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被反射，并且具有与CLC的螺旋结构的旋向性不同(例如，相反)的旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被透射。例如，如图1B所示，左旋的CLC(“LHCLC”)150对于左旋的圆偏振(“LHCP”)入射光可以呈现出高反射特性(例如，高反射率)，而对于右旋的圆偏振(“RHCP”)入射光呈现出高透射特性(例如，高透射率)。即，对于具有在LHCLC150的反射带内的入射波长的光，当该光是LHCP光(或包括LHCP光部分)时，LHCLC150可以主要或基本上反射LHCP光(或LHCP光部分)。当光是RHCP光(或包括RHCP光部分)时，LHCLC150可以主要或基本上透射RHCP光(或RHCP光部分)。由于CLC的旋向性选择性，可以使用CLC的薄膜来实现反射偏振器。在一些实施例中，对于CLC150的反射光和透射光两者，它们的偏振态可以保持不变。在一些实施例中，由于CLC150的波片效应，反射光或透射光中至少一个的偏振态可以改变，这可能导致光泄漏率。当入射波长在LHCLC150的反射带之外时，无论旋向性如何，圆偏振光可以由LHCLC150透射。非偏振光或线性偏振光可以分解为RHCP光(或RHCP分量或部分)和LHCP光(或LHCP分量或部分)，其中每个分量可以根据该分量的旋向性和CLC的螺旋结构的旋向性选择性地被反射或透射。

图2A示出了根据本公开的实施例的CLC反射偏振器200的y-z横截面。如图2A所示，CLC反射偏振器200可以包括具有螺旋结构的CLC层215，该螺旋结构包括恒定螺旋间距(例如，相同的固定螺旋间距的重复)。螺旋的轴可以法向(例如，垂直)于CLC层215的表面。在一些实施例中，CLC反射偏振器200还可以包括用于支撑和保护目的的一个或更多个基板205。为了说明目的，在图2A中示出了两个基板205。基板的数量不限于两个，并且可以是任何合适的数量。基板205在可见光波段(约380nm至约700nm)内可以是光学透明的。在一些实施例中，基板205也可以在一些或所有的红外(“IR”)波段(例如，约700nm至约1mm，或其任何部分)中是透明的。例如，基板205可以包括玻璃、塑料、蓝宝石等。基板205可以是刚性的、半刚性的、柔性的或半柔性的。在一些实施例中，基板205可以是另一光学器件或另一光电器件的一部分。例如，基板205可以是功能设备的一部分，例如显示屏。在一些实施例中，基板205可以是光学透镜组件的一部分，例如光学透镜组件的透镜基板。在一些实施例中，基板205中的至少一个可设置有对准层210，对准层210可以被配置成提供CLC的初始对准。在图2A所示的实施例中，出于说明的目的，提供了两个对准层210，其中每个对准层210与每个基板205耦合(例如，堆叠)。对准层210的数量不限于两个，并且可以是任何合适的数量。对准层的数量可以与基板的数量相同，也可以不与基板的数量相同。在一些实施例中，对准层210可以提供CLC的反平行同质对准(anti-parallel homogeneous alignments)。

在一些实施例中，CLC的螺旋间距可以与可见光的波长具有相同的数量级。因此，CLC层215可以具有在可见光谱中的反射带。当入射波长在CLC层215的反射带内时，具有与CLC层215的螺旋结构的旋向性相同的旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被反射，并且具有与CLC层215的螺旋结构的旋向性不同(例如，相反)旋向性的圆偏振光可以主要或基本上被透射。由于CLC层215的波片效应，反射光或透射光中的至少一个的偏振态可以改变为椭圆偏振。这种现象可以称为去偏振。去偏振可能导致CLC层215的光泄漏率，这可能降低CLC反射偏振器200的消光比。

在所公开的实施例中，CLC层215可以耦合到光学波片220。光学波片220可被配置成将入射光221转换成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光204，并将椭圆偏振光204导向CLC层215。在一些实施例中，光学波片220可以是四分之一波片(“QWP”)。在一些实施例中，入射光221可以是基本上法向入射到QWP上的线性偏振光，并且QWP的偏振轴可以相对于线性偏振光221的偏振方向被定向或配置，以朝向CLC层215输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光204。在一些实施例中，CLC层215可以被耦合到光源230，该光源230被配置成发射非偏振光222。在一些实施例中，线性偏振器225可以被设置在光学波片220和光源230之间。线性偏振器225可以被配置成将由光源230发射的非偏振光222转换成入射到光学波片220上的线性偏振光221。在一些实施例中，光源230可以直接发射线性偏振光(例如，光222可以是线性偏振光)。在这样的实施例中，可以省略线性偏振器225。在一些实施例中，光源230可以发射圆偏振光(例如，光222可以是圆偏振光)。在这样的实施例中，光学波片220可以是第一光学波片。第二光学波片(未示出)可以设置在第一光学波片220和光源230之间，以将圆偏振光转换成入射到第一光学波片220上的线性偏振光。

在一些实施例中，入射到光学波片220上的光可以是圆偏振光。光学波片220可以是QWP，或者可以是任何其他合适的波片。光学波片220可以被配置(例如，可以配置光学波片220的性质，诸如光轴、厚度、材料等)，使得从光学波片220输出的光是具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。从光学波片220输出的具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光可以被引导到CLC层215上，并且可以被CLC层215基本上反射为圆偏振光，其中透光率基本上被抑制(例如，透光率可以显著减小或者可以基本上为零)。可以相对静态地或相对动态地执行光学波片220的配置。例如，当CLC层215的性质固定并且入射到光学波片220上的光固定时，可以适当地确定或配置光学波片220的性质，使得具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光由光学波片220输出，并被导向CLC层215。当具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光入射到CLC层215上时，椭圆偏振光可以基本上被转换为圆偏振光并作为圆偏振光被反射，其中通过CLC层215的透光率(或光泄漏率)减小。在操作期间，光学波片220的性质可以保持基本上相同。在一些实施例中，当入射到光学波片220上的光可以随时间改变时，和/或当CLC层215的性质可以随时间改变时，光学波片220的性质可以被动态调整(例如，通过调整施加到光学波片220的电场，使得光学波片220朝向CLC层215输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光)。

在一些实施例中，椭圆偏振光的偏振椭圆参数可以包括取向角Ψ或椭圆率ε中的至少一个。由于CLC层215的波片效应，具有预定取向角Ψ和椭圆率ε(可以通过优化确定或计算其值或范围)中的一个或更多个的椭圆偏振光可以被CLC层215基本上或主要反射为圆偏振光，从而减少透过CLC层215的光量。结果，可以显著地减小或抑制由透射光引起的光泄漏率。在一些实施例中，光学波片220可以是CLC反射偏振器200的一部分。在一些实施例中，光学波片220可以是除CLC反射偏振器200之外的另一元件或器件的一部分。

图2B示出了偏振光的偏振椭圆图240。平面波的电场可以描述为两个正交分量(例如，水平分量和竖直分量)的矢量和。这两个分量可以由它们各自的振幅和两个分量之间的相对相位来表征。当沿着波传播的方向观察时，完全偏振波的电场矢量的尖端描绘出一种规则的图案。在一般形式中，该图案可以由椭圆表示，该椭圆可以被称为如图2B所示的偏振椭圆。椭圆具有长度为a的半长轴x’和长度为b的半短轴y’，其中a和b分别对应于两个正交分量的振幅。如从正水平轴逆时针方向测量的(当耦合到CLC层215时，正水平轴x是CLC层215的对准方向)，半长轴x’的角是平面波的取向角Ψ，其中0°≤Ψ≤180°。椭圆作为椭圆形的度数可以用被称为偏心率或椭圆率ε的形状参数表示，ε被定义为ε＝b/a，其是半短轴y’的长度与半长轴x’的长度的比值，其中-1≤ε≤1。LHCP光可以具有ε＝-1，而RHCP光可以具有ε＝1。左旋的椭圆偏振(“LHEP”)光可以具有-1<ε<0和0°≤Ψ≤180°，而右旋的椭圆偏振(“RHEP”)光可以具有0<ε<1和0°≤Ψ≤180°。线性偏振光可以具有ε＝0和0°≤Ψ≤180°。

在一些实施例中，CLC层215可包括双折射率在约0.15至约0.4范围内的LC。为了减小CLC层215对于具有与CLC层215的螺旋结构相同的旋向性的椭圆偏振入射光的的光泄漏率(例如，为了减小透光率)，椭圆偏振入射光的取向角Ψ可以被配置成是约

约

约

约

约

约

约

约

约

或约

的范围内的值。在一些实施例中，取向角Ψ可以在n₁°≤Ψ≤n₂°的范围内，其中n₁可以是等于或大于75的任何合适值，而n₂可以是等于或小于90且大于n₁的任何合适值。在一些实施例中，当双折射材料的手性是左旋的时，例如，当CLC层215包括LHCLC(称为LHCLC层)时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约-1<ε≤-0.85的范围内的值。例如，当CLC层215是LHCLC层时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约-0.95≤ε≤-0.85、约-0.9≤ε≤-0.85、约-0.95≤ε≤-0.9、约-1<ε≤-0.9、或约-1<ε≤-0.95的范围内的值。当双折射材料的手性是右旋的时，例如，当CLC层215包括RHCLC(称为RHCLC层)时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约0.85≤ε<1的范围内的值。例如，当CLC层215是RHCLC层时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约0.85≤ε≤0.95、约0.85≤ε≤0.9、约0.9≤ε≤0.95、约0.9≤ε<1或约0.95≤ε<1的范围内的值。椭圆偏振入射光的取向角Ψ和椭圆率ε的值可以随着CLC层215中包括的LC的双折射率变化而变化。

图2C示出了模拟结果，该模拟结果示出了对于具有不同偏振椭圆参数的基本上法向的入射光，光泄漏率相对CLC层215的厚度的关系。为了说明目的，在模拟中使用了包括LHCLC的CLC层215(称为LHCLC层215)。如图2C所示，水平轴是CLC层215的厚度(以间距为单位)，竖直轴是光泄漏率，该光泄漏率是CLC层215对于具有与CLC层215的螺旋结构的旋向性相同的旋向性(例如，左旋的)的偏振入射光的透光率。分别针对具有不同偏振椭圆参数的五个法向入射光来评估CLC层215的光泄漏率。参考图2A和图2C，曲线260示出了针对LHCP入射光202(ε＝-1)的CLC层215的厚度相关的光泄漏率，曲线270示出了针对第一LHEP入射光204(ε＝-0.95和Ψ＝80°)的厚度相关的光泄漏率，曲线275示出了针对第二LHEP入射光206(ε＝-0.97和Ψ＝170°)的厚度相关的光泄漏率，曲线280示出了针对第三LHEP入射光208(ε＝-0.95和Ψ＝170°)的厚度相关的光泄漏率，曲线285示出了针对第四LHEP入射光212(ε＝-0.90和Ψ＝170°)的厚度相关的光泄漏率。在图2A中，根据本公开的实施例，第一LHEP入射光204是指由光学波片220输出的光。LHCP入射光202和LHEP入射光206、208和212是用于与LHEP入射光204比较的假设入射光，因此用图2A中的虚线箭头示出。

如图2A所示，由于CLC层215的波片效应，CLC层215可将LHCP入射光202(ε＝-1)反射为LHEP光202’。参考图2C，如曲线260所示，当CLC层215的厚度约为9个间距时，CLC层215的光泄漏率约为0.55％。随着CLC层215的厚度逐渐增加到约14个间距，CLC层215的光泄漏率逐渐减小到约0.1％的最小值。随着CLC层215的厚度进一步增加到约20个间距，CLC层215的光泄漏率基本上保持相同，其约为0.1％。

如图2A中所示，CLC层215可将第一LHEP入射光204(ε＝-0.95和Ψ＝80°)反射为LHCP光204’。比较图2C中所示的曲线260和270，在相同厚度下，CLC层215对于第一LHEP入射光204(ε＝-0.95和Ψ＝80°)呈现出比对于LHCP入射光202(ε＝-1)更低的光泄漏率。如曲线270所示，当CLC层215的厚度约为9个间距时，CLC层215的光泄漏率约为0.45％。随着CLC层215的厚度逐渐增加到约14个间距，CLC层215的光泄漏率逐渐减小到基本上为0的最小值。随着CLC层215的厚度进一步增加到约20个间距，CLC层215的光泄漏率基本上保持相同，其约为0。在一些应用中，CLC层215的厚度可以在10个间距到11个间距的范围内。在该厚度范围内，如曲线260所示，对于LHCP光202(ε＝-1)，泄漏范围从约0.3％(10个间距)到约0.18％(11个间距)。在相同的厚度范围内，如曲线270所示，对于第一LHEP光204(ε＝-0.95和Ψ＝80°)，泄漏率范围从约0.2％(10个间距)到约0.08％(11个间距)。因此，在10个间距至11个间距的厚度范围内，对于第一LHEP入射光204(ε＝-0.95和Ψ＝80°)的泄漏率减小约0.1％。在可以使用更厚的CLC 215层(例如，厚度大于11个间距)的其他应用中，对于第一LHEP入射光204的泄漏率始终减小约0.1％。在CLC层215的一些应用中，诸如在包括一个或更多个CLC反射偏振器的虚拟现实(“VR”)设备中，即使0.1％的光泄漏率也会显著降低VR设备的光学性能。

如图2A所示，CLC层215可以将第二LHEP入射光206(ε＝-0.97和Ψ＝170°)反射为LHEP光206’。参考图2C，比较曲线275(ε＝-0.97和Ψ＝170°)、曲线260(ε＝-1)和270(ε＝-0.95和Ψ＝80°)，在相同厚度下，对于三个入射光当中的第二LHEP入射光206(ε＝-0.97和Ψ＝170°)，CLC层215呈现最高的光泄漏率。如曲线275所示，当CLC层215的厚度约为9个间距时，CLC层215的光泄漏率约为0.65％。随着CLC层215的厚度逐渐增加到约14个间距，CLC层215的光泄漏率逐渐减小到约0.2％的最小值。随着CLC层215的厚度进一步增加到约20个间距，CLC层215的光泄漏率基本上保持相同，其约为0.2％。

如图2A所示，CLC层215可以将第三LHEP入射光208(ε＝-0.95和Ψ＝170°)反射为LHEP光208’。参考图2C，将曲线280(ε＝-0.95和Ψ＝170°)与曲线260(ε＝-1)、270(ε＝-0.95和Ψ＝80°)和275(ε＝-0.97和Ψ＝80°)进行比较，在相同厚度下，对于四个入射光当中的第三LHEP入射光208(ε＝-0.95和Ψ＝170°)，CLC层215呈现出最高的光泄漏率。如曲线280所示，当CLC层215的厚度约为9个间距时，CLC层215的光泄漏率约为0.75％。随着CLC层215的厚度逐渐增加到约14个间距，CLC层215的光泄漏率逐渐减小到约0.3％的最小值。随着CLC层215的厚度进一步增加到约20个间距，CLC层215的光泄漏率基本上保持相同，其约为0.3％。

如图2A所示，CLC层215可以将第四LHEP入射光212(ε＝-0.90和Ψ＝170°)反射为LHEP光212’。参考图2C，将曲线285(ε＝-0.90和Ψ＝170°)与曲线260(ε＝-1)、270(ε＝-0.95和Ψ＝80°)、275(ε＝-0.97和Ψ＝80°)和280(ε＝-0.95和Ψ＝170°)进行比较，在相同厚度下，对于五个入射光当中的第四LHEP入射光212(ε＝-0.90和Ψ＝170°)，CLC层215呈现出最高的光泄漏率。如曲线285所示，当CLC层215的厚度约为9个间距时，CLC层215的光泄漏率大于0.8％。当CLC层215的厚度增加到约11个间距时，CLC层215的光泄漏率减小到约0.75％。随着CLC层215的厚度逐渐增加到约14个间距，CLC层215的光泄漏率逐渐减小到约0.7％的最小值。随着CLC层215的厚度进一步增加到约20个间距，CLC层215的光泄漏率基本上保持相同，其约为0.7％。

参考图2A和图2C，对于具有与CLC层215的螺旋结构的旋向性相同旋向性的偏振光，偏振光的取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个可能影响CLC层215的光泄漏率，从而影响CLC反射偏振器200的消光比。与圆偏振入射光相比，对于具有预定取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个的椭圆偏振入射光，CLC层215可以具有减小的光泄漏率。椭圆偏振入射光的取向角Ψ可以影响CLC层215的光泄漏率。当椭圆率ε(例如，-0.95)相同时，椭圆偏振入射光的不同的取向角Ψ可能导致显著不同的光泄漏率。比较图2C中所示的曲线270和280，90度的取向角Ψ差异可能导致0.3％的最小光泄漏率差异。椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以影响CLC层215的光泄漏率。当取向角Ψ(例如，Ψ＝170°)相同时，椭圆偏振入射光的不同的椭圆率ε会导致显著不同的光泄漏率。比较图2C中所示的曲线275、280和285，在相同的厚度下，在三个入射光当中，CLC层215对于第四LHEP入射光212(ε＝-0.90)呈现出最高的光泄漏率，对于第二LHEP入射光206(ε＝-0.97)呈现出最低的光泄漏率。约0.7的椭圆率ε差异(例如，ε＝-0.97和ε＝-0.90)可能导致0.55％的最小光泄漏率差异。

参考图2A和图2C，通过具体配置入射到CLC层215上的椭圆偏振光的取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个，所公开的光学器件可以减小CLC层215的光泄漏率。如图2C所示，对于偏振入射光，CLC层215的最小光泄漏率可以随CLC层215的厚度而变化。例如，通过具体地配置入射到CLC层215上的椭圆偏振光的取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个，当厚度高于约12个间距时，所公开的光学器件可以将CLC层215的最小光泄漏率减小到低于或等于0.05％。当CLC层215的厚度在约10个间距至11个间距的范围内时，通过具体配置入射到CLC层215上的椭圆偏振光的取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个，所公开的光学器件可以将CLC层215的最小光泄漏率减小到低于或等于0.1％。

图2D示出了根据本公开的实施例的实验结果，该实验结果示出了CLC层(例如，CLC层215)的光泄漏率相对入射到CLC层上的光的椭圆率ε的关系。如图2D所示，水平轴是入射到CLC层上的光的椭圆率ε，以及竖直轴是CLC层的光泄漏率，即CLC层的透光率。在一些实施例中，CLC层可以包括LHCLC。曲线290示出了不同椭圆率下的光泄漏率。如曲线290所示，当入射光为LHCP光(ε＝-1)时，CLC层的光泄漏率被测量为约3.4％。对于具有约80°的取向角Ψ的椭圆偏振入射光，随着椭圆偏振入射光的椭圆率ε从-1逐渐增大到-0.9，CLC层的光泄漏率逐渐减小到一个最小值，该最小值被测量为约3％。随着椭圆偏振入射光的椭圆率ε进一步增大到-0.6，CLC层的光泄漏率逐渐增大到约6％。曲线290指示当入射光的椭圆率ε从-1增大到-0.9时，CLC层的光泄漏率减小约0.4％。即，当入射光被配置为左旋的椭圆偏振光(ε＝-0.9)而不是左旋的圆偏振光(ε＝-1)时，包括LHCLC的CLC层(称为LHCLC层)的光泄漏率达到最小值。

参考图2C和图2D，在一些实施例中，与对于LHCP光的LHCLC层的最小透光率相比，对于具有预定取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个的LHEP入射光的LHCLC层(例如，CLC层215)的最小透光率可以减小至少0.4％。在一些实施例中，与对于LHCP光的LHCLC层的最小透光率相比，对于具有预定取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个的LHEP入射光的LHCLC层的最小透光率可以减小至少0.1％。在一些实施例中，与对于LHCP入射光的LHCLC层的最小透光率相比，对于具有预定取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个的LHEP入射光的LHCLC层的最小透光率可以减小至少0.3％。在一些实施例中，与对于LHCP入射光的LHCLC层的最小透光率相比，对于具有预定取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或更多个的LHEP入射光的LHCLC层的最小透光率可以减小至少0.2％。尽管在描述本公开的实施例时使用左旋的椭圆偏振入射光和左旋的圆偏振光作为示例，但是对于右旋的椭圆偏振入射光和右旋的圆偏振光可以类似地实现这些实施例。

图3A示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器300的横截面。图3A中所示的CLC反射偏振器300可以包括与在图2A中所示的CLC反射偏振器200中包括的元件相似的元件。类似元件的详细描述可以参考结合图2A给出的上述描述。如图3A所示，CLC反射偏振器300可以包括堆叠在一起的多个双折射材料层(例如，多个单间距CLC层)，其中每个CLC层可以具有带有恒定螺旋间距的螺旋结构。螺旋间距可以因层而变化(例如，多个单间距CLC层中的至少两个螺旋间距可以不同)。CLC层可以具有窄的反射带宽，并且可以光学耦合到发射不同颜色(例如，不同波长)的光的对应窄带(例如，30nm带宽)光源。在一些实施例中，CLC层的反射带可以不彼此重叠。在一些实施例中，CLC层的反射带可以彼此重叠(例如，轻微重叠)，使得CLC反射偏振器300的总反射带可以是连续的和宽的。

在一些实施例中，每个CLC层可以设置在两个基板305之间。一个或更多个对准层310可以设置在CLC层和基板之间的每个CLC层的一侧或更多个侧处。在一些实施例中，每个CLC层可以与至少一个基板305耦合。在一些实施例中，两个相邻的CLC层可以与设置在该两个相邻CLC层之间的相同基板305耦合，如图3A所示。为了说明目的，图3A示出了CLC反射偏振器300包括三个CLC层325、330和335。三个CLC层325、330和335中的至少一个(例如，一个、两个或三个)可以包括具有恒定螺旋间距的螺旋结构(例如，螺旋结构中的螺旋间距可以相同)。例如，在一些实施例中，三个CLC层325、330和335中的每一个可以包括具有恒定螺旋间距的螺旋结构(例如，螺旋结构中的螺旋间距可以相同)。

在一些实施例中，CLC层325、330和335中的至少一个的螺旋结构的螺旋间距可以不同，例如，从CLC反射偏振器300的一侧到另一侧逐渐增大或减小。在一些实施例中，CLC层325、330和335可以具有窄反射带宽。在一些实施例中，CLC层325、330和335中的一个或更多个可以耦合到一个或更多个对应的窄带(例如，30nm带宽)光源，该窄带光源被配置成发射不同颜色(例如，不同波长)的光。例如，在一些实施例中，CLC层325、330和335可以具有分别在蓝光、绿光和红光的波长范围内的反射带。在一些实施例中，CLC层325、330和335可以分别耦合到中心波长约为450nm、530nm和630nm的窄带蓝色光源、绿色光源和红色光源。如图3A所示的三个CLC层325、330和335的堆叠配置仅用于说明。可以使用其他合适的配置。此外，CLC层的数量不限于三个。可以使用任何合适数量的CLC层。

随着光的入射角的增大，CLC层可以反射较短的波长。这种现象可以称为蓝移(blue shift)。此外，由于包括在CLC层中的CLC的波片效应，当具有与CLC层的旋向性相同的旋向性的圆偏振光入射到CLC层上时，透射光的偏振态可以改变为椭圆偏振。这种现象可以称为去偏振。透射光的去偏振可能导致CLC层的光泄漏率，这可能降低CLC反射偏振器的消光比。随着入射角度的增大，光泄漏率可能增大。此外，当堆叠多个单间距CLC层以实现宽反射带时，当透射光入射到随后的CLC层上时，由CLC层引起的透射光的去偏振可能导致较低的反射率。考虑到CLC层的蓝移和去偏振效应，为了在斜入射角处实现光学补偿并为了实现宽的反射带，与所公开的实施例一致的CLC反射偏振器可以包括以预定顺序布置的多个单间距CLC层和一个或更多个补偿膜。

图3B示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器350的横截面。CLC反射偏振器350可以包括与图3A中所示的CLC反射偏振器300中包括的元件相似的元件。类似元件的描述可以参考结合图3A给出的上述描述。如图3B所示，CLC反射偏振器350可以包括以预定顺序布置的多个单间距CLC层和一个或更多个补偿膜。为了实现覆盖整个可见波长范围的反射带，CLC反射偏振器350可以包括多个单间距CLC层，每个层被配置用于特定波长。例如，在图3B所示的实施例中，CLC反射偏振器350可以包括四个单间距CLC层：具有在蓝光波长范围内的反射带的第一CLC层352(称为“B-CLC”层352)、具有在红光波长范围内的反射带的第二CLC层354(称为“R-CLC”层354)、具有在橙光波长范围内的反射带的第三CLC层356(称为“O-CLC”层356)和具有在绿光波长范围内的反射带的第四CLC层358(称为“G-CLC”层358)。为了在斜入射角处实现光学补偿，CLC反射偏振器350还可以包括两个或更多个补偿膜。补偿膜可以是任何合适的光学膜，例如正C板。为了说明的目的，在图3B所示的实施例中，CLC反射偏振器350包括两个补偿膜：设置在O-CLC层356和G-CLC层358之间的第一正C板360，以及设置在O-CLC层356和R-CLC层354之间的第二正C板360。离轴光351(例如，不是法向入射到CLC反射偏振器350上的光)可以从G-CLC层358侧入射到CLC反射偏振器350上。在一些实施例中，CLC层352、354、356和358也可以用作或起到负C板的作用。补偿膜(例如，正C板360)的正C板性质可以补偿CLC层352、354、356和358的负C板性质。在一些实施例中，正C板360可以是具有实质上为零的平面内延迟和正的厚度方向延迟的延迟膜。正C板360可以包括垂直于正C板的平面对准的光轴。从CLC层输出的椭圆偏振光在通过正C板后可以被转换为圆偏振光。通过分别配置两个正C板360的厚度方向延迟，可以补偿透射光的去偏振，并且可以减小CLC反射偏振器350对于离轴入射光的光泄漏率。

图3B中所示的堆叠配置以及CLC层和正C板的数量仅用于说明。也可以使用其他合适的布置或合适数量(例如，三个或四个以上)的CLC层。例如，在一些实施例中，CLC反射偏振器350可以包括B-CLC层352、R-CLC层354和G-CLC层358，并且可以不包括O-CLC层356。在一些实施例中，可以添加一个或更多个用于其他颜色的附加CLC层，诸如黄色CLC层、紫色CLC层等。此外，正C板的数量也可以是任何合适的数量，诸如一个、三个、四个等。例如，在一些实施例中，CLC反射偏振器350除了包括设置在O-CLC层356和G-CLC层358之间的正C板360和设置在O-CLC层356和R-CLC层354之间的正C板360之外，还可以包括设置在B-CLC层352和R-CLC层354之间的正C板360。在一些实施例中，CLC反射偏振器350可以包括设置在B-CLC层352和R-CLC层354之间的正C板360，以及设置在O-CLC层356和G-CLC层358之间的正C板360，而没有设置在R-CLC层354和O-CLC层356之间的正C板。在一些实施例中，CLC反射偏振器350可以包括设置在B-CLC层352和R-CLC层354之间的正C板360，以及设置在O-CLC层356和R-CLC层354之间的正C板360，而没有设置在O-CLC层356和G-CLC层358之间的正C板。在一些实施例中，不同的CLC层顺序可以不同于图3B中所示的顺序。可以使用针对堆叠的CLC层的任何其他合适的顺序。

图3C示出了模拟结果，该模拟结果示出了不包括正C板的传统CLC反射偏振器的离轴入射角光泄漏率。图3D示出了模拟结果，该模拟结果示出了图3B中所示的包括两个正C板的CLC反射偏振器350的离轴入射角光泄漏率。在图3C和图3D所示的每个曲线图中，水平轴是入射波长(单位：nm)，竖直轴是由斯托克斯参数(Stokes parameter)S0表示的透射光的归一化光强度，即CLC反射偏振器的光泄漏率。曲线370示出了图3B中所示的CLC反射偏振器350的光泄漏率，该CLC反射偏振器350中包括两个正C板。曲线380示出了具有B-CLC层、R-CLC层、O-CLC层和G-CLC层(类似于图3B中所示的那些层)的CLC反射偏振器的光泄漏率，其中在CLC层之间没有设置正C板。两个CLC反射偏振器的光泄漏率是针对40°入射角(离轴入射角的示例)估算的。如曲线380所示，没有正C板的CLC反射偏振器的光泄漏率仅在蓝色波长范围内(例如从440nm到500nm)基本上为零。在其他波长范围内，例如从500nm到640nm，光泄漏率始终很大。相比较而言，如曲线370所示，不止是在蓝色波长范围(例如，从440nm到500nm)内，具有两个正C板的CLC反射偏振器350的光泄漏率在其他波长范围(诸如绿色波长范围(例如，从530nm到560nm)和红色波长范围(例如，从600nm到640nm))内也基本上为零。

图4示出了根据本公开的另一实施例的CLC反射偏振器400的横截面。CLC反射偏振器400可以包括与图2A中所示的CLC反射偏振器200中包括的元件相似的元件。类似元件的描述可以参考结合图2A给出的上述描述。如图4所示，CLC反射偏振器400可以包括具有变化的(例如，非恒定)螺旋间距(例如，梯度螺旋间距)的螺旋结构的CLC层415。在一些实施例中，螺旋间距可以在预定方向(例如，在CLC层415的厚度方向)上逐渐增大或减小。为了说明目的，在图4所示的实施例中，变化的螺旋间距被示出为沿着CLC层415的厚度方向(例如，沿着图4所示的+z轴方向)逐渐增大。变化的螺旋间距配置可导致用于CLC层415的宽的反射带。在一些实施例中，CLC反射偏振器400可以耦合到宽带多色光源(未示出)，诸如覆盖可见波长范围的300nm带宽光源。为了讨论的目的，CLC反射偏振器400被描述为具有覆盖可见波长范围的300nm带宽反射带的LHCLC折射偏振器。在一些实施例中，CLC反射偏振器400可以被配置为RHCLC反射偏振器。宽带LHCP光402可以基本上法向入射到CLC反射偏振器400的较短间距侧(例如，图4所示的下侧)上。出于讨论的目的，宽带LHCP光402可以包括分别具有约450nm、约530nm和约630nm的中心波长的LHCP蓝光分量、LHCP绿光分量和LHCP红光分量。当基本上沿着CLC层415的轴向传播时，LHCP蓝光分量、LHCP绿光分量和LHCP红光分量可以分别主要或基本上被CLC层415反射为LHCP蓝光、LHCP绿光和LHCP红光，LHCP蓝光、LHCP绿光和LHCP红光随后被组合以被可视地观察为宽带LHCP光402’。

可以组合各种实施例中所述的CLC折射偏振器和CLC折射偏振器的特征。例如，图4中所示的可变的(例如，梯度)间距CLC层415可以耦合到一个或更多个正C板和光学波片，以减小离轴入射角和轴上入射角处的光泄漏率。在一些实施例中，在图3A和图3B中示出的单间距CLC层的堆叠可以被耦合到光学波片，以减小轴上入射角处的光泄漏率。

根据本公开的实施例的CLC反射偏振器可以在许多领域中具有各种应用，这些应用都在本公开的范围内。下面将解释增强现实(“AR”)、虚拟现实(“VR”)、混合现实(“MR”)领域或它们的一些组合中的一些示例性应用。近眼显示器(“NED”)已广泛应用于各种各样的应用，诸如航空、工程、科学、医学、计算机游戏、视频、体育、培训和模拟。NED的一个应用是实现VR、AR、MR或它们的某种组合。NED的理想特性包括紧凑、重量轻、高分辨率、大视场(“FOV”)和小的形状因子。NED可以包括被配置成生成图像光的显示元件和被配置成将图像光导向用户眼睛的透镜系统。透镜系统可以包括多个光学元件，例如透镜、波片、反射器等，以用于将图像光聚焦到用户眼睛上。为了实现紧凑的尺寸和轻的重量，并保持令人满意的光学特性，NED可以在透镜系统中采用薄饼透镜组件来折叠光路，从而减小NED中的后焦距。

图5A示出了根据本公开的实施例的薄饼透镜组件500的示意图。薄饼透镜组件500可以在NED中实现以折叠光路，从而减小NED中的后焦距。如图5A所示，薄饼透镜组件500可以将从电子显示器550(其可以是其他合适的光源)发射的光521聚焦到位于出射光瞳(exitpupil)560处的视窗。在下文中，由电子显示器550发射的用于形成图像的光521也被称为“图像光”。当用户佩戴NED时，出射光瞳560可以在其中眼睛570被定位在视窗区域中的位置处。在一些实施例中，电子显示器550可以是单色显示器，其包括窄带单色光源(例如，30nm带宽的光源)。在一些实施例中，电子显示器550可以是多色显示器(例如，红绿蓝(“RGB”)显示器)，其包括宽带多色光源(例如，覆盖可见光波长范围的300nm带宽的光源)。在一些实施例中，电子显示器550可以是通过堆叠多个单色显示器而创建的多色显示器(例如，RGB显示器)，该多个单色显示器可以分别包括对应的窄带单色光源。

在一些实施例中，薄饼透镜组件500可包括耦合在一起以产生例如单片光学元件的第一光学元件505和第二光学元件510。在一些实施例中，第一光学元件505和第二光学元件510的一个或更多个表面可以成形为补偿场曲率。在一些实施例中，第一光学元件505和/或第二光学元件510的一个或更多个表面可以成形为球形凹面的(例如，球面的一部分)、球形凸面的、旋转对称非球面、自由形式的形状(freeform shape)、或可以减轻场曲率的某种其他形状。在一些实施例中，第一光学元件505和/或第二光学元件510的一个或更多个表面的形状可以被设计成另外补偿其他形式的光学像差。在一些实施例中，薄饼透镜组件500内的一个或更多个光学元件可以具有一个或更多个涂层(诸如抗反射涂层)，以减少重影图像并增强对比度。在一些实施例中，第一光学元件505和第二光学元件510可以通过粘合剂515耦合在一起。第一光学元件505和第二光学元件510中的每一个可以包括一个或更多个光学透镜。

第一光学元件505可以包括被配置成接收来自电子显示器550的图像光的第一表面505_1和被配置成输出改变的图像光的相对的第二表面505_2。第一光学元件505可以包括以光学系列布置的线性偏振器(或线性偏振器表面)502、波片(或波片表面)504和反射镜(或反射镜表面)506，线性偏振器(或线性偏振器表面)502、波片(或波片表面)504和反射镜(或反射镜表面)506中的每一个可以是结合到第一光学元件505或形成在第一光学元件505处的单独层或涂层。可以将线性偏振器502、波片504和反射镜506结合到第一光学元件505的第一表面505_1或第二表面505_2或形成在第一光学元件505的第一表面505_1或第二表面505_2处。为了讨论的目的，图5A示出了线性偏振器502和波片504被结合到第一表面505_1或形成在第一表面505_1处，并且反射镜506被结合到第二表面505_2或形成在第二表面505_2处。在一些实施例中，反射镜506可以是被配置成反射接收光的一部分的部分反射器。在一些实施例中，反射镜506可以被配置成透射接收光的约50％并反射接收光的约50％，并且可以被称为“50/50反射镜”。在一些实施例中，反射光的旋向性可以反转，而透射光的旋向性可以保持不变。

第二光学元件510可以具有面向第一光学元件505的第一表面510_1和相对的第二表面510_2。第二光学元件510可以包括反射偏振器508(或反射偏振器表面508)，其可以是结合到第二光学元件510或形成在第二光学元件510处的单独层或涂层。反射偏振器508可以结合到第二光学元件510的第一表面510_1或第二表面510_2或形成在第二光学元件510的第一表面510_1或第二表面510_2处，并且可以接收从反射镜506输出的光。为了讨论的目的，图5A示出了反射偏振器508被结合到第二光学元件510的第一表面510_1或形成在第二光学元件510的第一表面510_1处。反射偏振器508可以包括反射偏振膜，该反射偏振膜被配置成主要反射第一偏振的接收光并主要透射第二偏振的接收光。根据本公开的实施例，反射偏振器508可以是CLC反射偏振器。例如，反射偏振器508可以是CLC反射偏振器200、300、350或400中的任何一个。

参考图5A，在一些实施例中，从电子显示器550发射的图像光521可以是非偏振的。线性偏振器502可以被配置成将非偏振光图像光521转换为线性偏振光。波片504的偏振轴(例如，快轴)可以相对于线性偏振器502的透射轴定向，以将线性偏振光转换成朝向CLC反射偏振器508的、具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光，使得椭圆偏振光可以基本上被CLC反射偏振器508反射，且光泄漏率减小(例如，可以减少由CLC反射偏振器508透射的椭圆偏振光的一部分)。在一些实施例中，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括上面结合图2B-图2D描述的取向角Ψ或椭圆率ε中的至少一个。

例如，一个或更多个预定偏振椭圆参数可以包括上面结合图2B-图2D描述的取向角Ψ和椭圆率ε两者。在一些实施例中，CLC反射偏振器508可以包括具有在约0.15至约0.4范围内的双折射率的LC。为了减小CLC反射偏振器508针对与该CLC反射偏振器508的螺旋结构具有相同旋向性的椭圆偏振入射光的光泄漏率(例如，为了减小透光率)，椭圆偏振入射光的取向角Ψ可以被配置成是约75°≤Ψ≤90°、约75°≤Ψ≤85°、约75°≤Ψ≤80°、约80°≤Ψ≤90°、约80°≤Ψ≤85°、约85°≤Ψ≤90°、约76°≤Ψ≤89°、约77°≤Ψ≤88°、约78°≤Ψ≤87°、或约79°≤Ψ≤86°的范围中的值。在一些实施例中，取向角Ψ可以在n₁°≤Ψ≤n₂°的范围内，其中n₁可以是等于或大于75的任何合适值，而n₂可以是等于或小于90且大于n₁的任何合适值。当CLC反射偏振器508包括LHCLC(称为LHCLC反射偏振器)时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约-1<ε≤-0.85范围内的值。例如，当CLC反射偏振器508是LHCLC反射偏振器时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约-0.95≤ε≤-0.85、约-0.9≤ε≤-0.85、约-0.95≤ε≤-0.9、约-1<ε≤-0.9、或约-1<ε≤-0.95范围内的值。当CLC反射偏振器508包括RHCLC(称为RHCLC反射偏振器)时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约0.85≤ε<1范围内的值。例如，当CLC反射偏振器508是RHCLC反射偏振器时，椭圆偏振入射光的椭圆率ε可以被配置成是约0.85≤ε≤0.95、约0.85≤ε≤0.9、约0.9≤ε≤0.95、约0.9≤ε<1或约0.95≤ε<1的范围内的值。通过这样的配置，可以抑制由CLC反射偏振器508的光泄漏率引起的重影图像，并且可以改进薄饼透镜组件500的光学性能。

图5B示出了根据本公开的实施例的图5A中所示的薄饼透镜组件500的光路的示意性横截面视图。在图5B中，字符“s”表示对应的光被s偏振，RHCP和LHCP分别表示右旋的圆偏振光和左旋的圆偏振光，RHEP和LHEP分别表示右旋的椭圆偏振光和左旋的椭圆偏振光。出于讨论的目的，如图5B所示，线性偏振器502可以被配置成透射s偏振光并阻挡p偏振光，并且反射偏振器508可以是左旋的CLC(“LHCLC”)反射偏振器。为了说明的目的，电子显示器550、线性偏振器502、波片504、反射镜506和反射偏振器508在图5B中被示出为平坦表面。在一些实施例中，电子显示器550、线性偏振器502、波片504、反射镜506和反射偏振器508中的一个或更多个可以包括曲面。

如图5B所示，电子显示器550可以生成覆盖预定光谱(诸如，可见光谱范围的一部分或整个可见光谱范围)的非偏振光图像光521。非偏振光图像光521可以由线性偏振器502透射为s偏振光图像光523，该s偏振光图像光523可以由波片504透射为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数(例如，取向角Ψ和椭圆率ε中的一个或两者在预定范围内或在预定值处)的LHEP光525。LHEP光525的第一部分可以被反射镜506反射为朝向波片504的RHCP光527，并且LHEP光525的第二部分可以通过反射镜506被透射为朝向CLC反射偏振器508的LHEP光528。

入射到CLC反射偏振器508上的LHEP光528可以具有与CLC反射偏振器508的螺旋结构相同的旋向性(例如，左旋向性)。结果，LHEP光528可以由CLC反射偏振器508反射为朝向反射镜506的LHCP光529。LHCP光529可以被反射镜506反射为RHCP光531，RHCP光531可以通过CLC反射偏振器508被透射为RHCP光533。RHCP光533可以被聚焦到眼睛570上。

在一些实施例中，线性偏振器502可以是第一线性偏振器，波片504可以是第一波片，并且薄饼透镜组件500还可以包括被布置在CLC反射偏振器508和眼睛570之间的第二线性偏振器和第二波片，以增强薄饼透镜组件500的性能。图6A示出了根据本公开的另一实施例的薄饼透镜组件600的示意图。薄饼透镜组件600可以包括类似于图5A中所示的薄饼透镜组件500中包括的元件。类似元件的描述可以参考结合图5A给出的上述描述。如图6A所示，第二光学元件510可包括以光学系列布置的第二波片(或第二波片表面)535和第二线性偏振器(或第二线性偏振器表面)530，第二波片(或第二波片表面)535和第二线性偏振器(或第二线性偏振器表面)中的每一个可以是结合到第二光学元件510的第一表面510_1或第二表面510_2或形成在第二光学元件510的第一表面510_1或第二表面510_2处的单个膜或涂层。为了讨论的目的，图6A示出了第二波片535和第二线性偏振器530被结合到第二光学元件510的第二表面510_2或形成在第二光学元件510的第二表面510_2处。

第二波片535可以接收来自反射偏振器508的圆偏振光。第二线性偏振器530可以设置在第二波片535和眼睛570之间。图6B中更好地示出了该配置。在一些实施例中，第二波片535的偏振轴可以相对于第二线性偏振器530的透射轴定向，以对于可见光谱和/或红外光谱将线性偏振光转换成圆偏振光，反之亦然。在一些实施例中，对于消色差(achromatic)设计，第二波片535可以包括多层双折射材料(例如聚合物或液晶)以产生宽光谱范围上的四分之一波双折射。例如，第二波片535的偏振轴(例如，快轴)与第二线性偏振器530的透射轴之间的角可以被配置成在35-50度的范围内。第二波片535和第二线性偏振器530的组合可以降低由直接从电子显示器550接收的非偏振图像光引起的重影图像的强度。此外，第二波片535和第二线性偏振器530的组合还可以用作抗那喀索斯(anti-narcissus)膜，使得用户不会观察到用户的眼睛的图像。

图6B示出了根据本公开的实施例的图6A中所示的薄饼透镜组件600的光路的示意性横截面视图。图6B所示的某些元件与图5B所示的元件相似或相同。这样的元件的描述可以参考结合图5B给出的上述描述。在图6B中，字符“p”表示对应的光被p偏振。如图6B所示，非偏振图像光521从电子显示器550传播到反射偏振器508的光路可以类似于图5B中所示的光路。如图6B所示，RHCP光533可以由第二波片535转换成p偏振光538。布置在第二波片535和眼睛570之间的第二线性偏振器530可以被配置成透射p偏振光并阻挡s偏振光。因此，p偏振光538可以由第二线性偏振光器530透射为可以聚焦到眼睛570上的p偏振光537。此外，直接从电子显示器550入射到第二波片535上的非偏振光图像光521’可以被透射为朝向第二线性偏振器530的非偏振光523’。非偏振光523’可以由第二线性偏振器530透射为为p偏振光525’，从而降低由直接从电子显示器550接收的图像光521’引起的重影图像的强度。

第二波片535和第二线性偏振器530的组合也可以用作抗那喀索斯膜。例如，如图6B所示，p偏振光537和p偏振光525’可以分别由眼睛570反射为在z方向上行进的s偏振光539和s偏振光527’。由于第二线性偏振器530可以被配置成透射p偏振光并阻挡s偏振光，所以s偏振光539和s偏振光527’都可以被第二线性偏振器530阻挡。因此，那喀索斯可以被抑制，并且用户的眼睛570可以不观察到眼睛的图像。

参考图5A和图6A，电子显示器550可以是任何合适的显示器。在一些实施例中，电子显示器550可以包括自发射面板，诸如有机发光二极管(“OLED”)显示面板、微发光二极管(“Micro-LED”)显示面板、量子点(“QD”)显示面板或其某种组合。在一些实施例中，电子显示器550可以包括非发射显示器，即由外部照明系统照明的显示面板，诸如液晶显示器(“LCD”)面板、硅上液晶(“LCoS”)显示面板、或数字光处理(“DLP”)显示面板，或其某种组合。外部照明系统可以包括光源。光源的示例可以包括激光器、LED、OLED或其某种组合。光源可以是窄带或宽带。在一些实施例中，光源可以发射非偏振图像光。

本公开还提供了一种包括CLC反射偏振器的照明系统。图7示出了根据本公开实施例的包括CLC反射偏振器的照明系统700的示意图。照明系统700可以被配置成照明显示面板。如图7所示，照明系统700可以包括由两个或更多个光楔(例如，第一光楔705a和第二光楔705b)形成的平面导光板710。为了说明的目的，图7示出了照明系统700中的两个光楔705a和705b。在照明系统700的其他实施例中可以包括任何其他合适数量(诸如三个、四个、五个、六个等)的光楔。例如，光楔705a和705b中的至少一个可由两个或更多个较小的光楔形成。在一些实施例中，照明系统700可以包括被布置或设置在导光板710的第一侧表面710_1处的反射片720。在一些实施例中，如图7所示，反射片720可设置在第一侧表面710_1的外部。在一些实施例中，如图7所示，照明系统700可以包括被布置或设置在导光板710的第二侧表面710_2处的光源组件715。第一侧表面710_1和第二侧表面710_2可以位于导光板710的相对端部处。在一些实施例中，照明系统700可以包括被布置在两个光楔705a和705b中至少一个光楔的倾斜表面710_3处的反射偏振器725。在一些实施例中，倾斜表面710_3可以指第一光楔705a的倾斜表面或第二光楔705b的倾斜表面。第一光楔705a的倾斜表面和第二光楔705b的倾斜表面可以彼此适配。

光源组件715可以包括被配置成发射光的光源和被配置成调节光的光学组件。光源可以包括一个或更多个发光二极管(“LED”)、电致发光面板(“ELP”)、一个或更多个冷阴极荧光灯(“CCFL”)、一个或更多个热阴极荧光灯(“HCFL”)或一个或更多个外部电极荧光灯(“EEFL”)等。LED光源可以包括多个白色LED或多个RGB(“红、绿、蓝”)LED等。光学组件可以包括被配置成调节从光源接收的光的一个或更多个光学部件。调节由光源发射的光可以包括，例如，根据来自控制器的指令进行透射、衰减、扩展、准直、调整取向和/或偏振。从光源组件715输出的光可以在导光板710的第二侧表面710_2处耦合到导光板710中。侧表面710_2可以被称为导光板710的光入射表面。

光楔705a和705b中的至少一个可以包括光学透明材料，诸如光学透明丙烯树脂等。从光入射表面(例如，第二侧表面710_2)进入的光可以经由全内反射(“TIR”)在导光板710内部传播。反射偏振器725可以设置在两个光楔705a和705b中至少一个光楔的倾斜表面710_3处，其中两个光楔705a和705b可以在它们各自的倾斜表面处彼此耦合(例如，彼此接触)以形成平面导光板710。在一些实施例中，反射偏振器725可以形成在第一光楔705a的倾斜表面上，涂覆到第一光楔705a的倾斜表面，或者以其他方式经由合适的方式设置在第一楔块705a的倾斜表面处。在一些实施例中，反射偏振器725可以形成在第二光楔705b的倾斜表面上，涂覆到第二光楔705b的倾斜表面，或者以其他方式经由合适的方式设置在第二楔块705b的倾斜表面处。如图7所示，反射偏振器725可以设置在第一光楔705a的倾斜表面和第二光楔705b的倾斜表面之间。反射偏振器725可以被配置成选择性地透射第一偏振的光并反射与第一偏振不同的第二偏振的光。反射片720可以被设置在导光板710的第一侧表面710_1处，使得光源组件715和反射片720可以被设置为彼此相对。反射片720可以具有基本上高的反射率(例如，高于90％)，并且当反射接收到的光时，可以将第二偏振的光转换成第一偏振的光，或者反之亦然。

在操作中，从光源组件715发射的第一偏振光702可以具有第一偏振。第一偏振光702可以经由TIR在导光板710内部传播直到到达反射片720，其中第一偏振光702可以由反射片720反射为具有第二偏振的第二偏振光704。第二偏振光704可以经由TIR在导光板710内部传播，直到到达反射偏振器725。由于反射偏振器725可以被配置为选择性地透射第一偏振的光并反射第二偏振的光，因此具有第二偏振的第二偏振光704可以被反射偏振器725反射为具有第二偏振的第三偏振光706。第三偏振光706可以从导光板710的光输出表面710_4输出，以照亮耦合到照明系统700的显示面板中的显示功能材料，诸如液晶。

图7示出了与导光板710间隔一定距离的光源组件715。该图示是为了说明目的，并不旨在限制本公开的范围。在一些实施例中，光源组件715可以在导光板710的第二侧表面710_2处直接耦合到导光板710。在一些实施例中，照明系统700可以包括其他元件，诸如布置在导光板710的光输出表面710_4处的漫射片和/或棱镜片。

在一些实施例中，反射偏振器725可以是根据本公开的实施例的CLC反射偏振器，诸如图2A中的CLC反射偏振器200、图3A中的CLC反射偏振器300、或图4中的CLC反射偏振器400等。例如，CLC反射偏振器725可以是RHCLC反射偏振器，其可以被配置成主要或基本上反射RHCP光并且主要或基本上透射LHCP光。从光源组件715发射的第一偏振光702可以是LHCP光，其可以由CLC反射偏振器725透射并且可以经由TIR在导光板710内部传播直到到达反射片720。反射片720可以将第一LHCP光702反射为第二偏振光，即RHCP光704，RHCP光704可以经由TIR在导光板710内部传播，直到到达反射偏振器725。RHCP光704可以被反射偏振器725反射为第三偏振光，即可以在导光板710的光输出表面710_4处输出的RHCP光706，以照亮耦合到照明系统700的显示面板中的显示功能材料，诸如液晶。

回到图7，可以根据光源组件715的特性来确定CLC反射偏振器725的结构。CLC反射偏振器725的反射带可以对应于光源组件715的波长。例如，当光源组件715包括窄带单色光源(例如，30nm带宽的光源)时，CLC反射偏振器725可以被配置作为具有恒定螺旋间距的窄带CLC反射偏振器。当光源组件715包括宽带光源(例如，覆盖可见光谱的300nm带宽的光源)时，CLC反射偏振器725可以被配置作为具有梯度螺旋间距的宽带CLC反射偏振器。当光源组件715包括多个不同颜色的窄带单色光源(例如，窄带蓝色、绿色和红色光源)时，CLC反射偏振器725可以被配置成包括堆叠在一起的多个CLC层，其中这些CLC层可以具有至少两个不同的螺旋间距。在一些实施例中，每个CLC层可以具有不同的螺旋间距。

图8A示出了根据本公开的实施例的近眼显示器(“NED”)800的图；如图8A所示，NED800可以包括前主体805和带810。前主体805可以包括电子显示器的一个或更多个电子显示元件和一个或更多个光学元件(图8A中未详细示出)、惯性测量单元(“IMU”)830、一个或更多个位置传感器825和一个或更多个定位器820。在图8A所示的实施例中，一个或更多个位置传感器825可以位于IMU 830内。定位器820可以相对于参考点815位于前主体805上的各种位置。在图8A所示的实施例中，参考点815可以位于IMU 830的中心或任何其他合适的位置处。定位器820或定位器820中的部分可以位于前主体805的前侧820A、顶侧820B、底侧820C、右侧820D和左侧820E上。

图8B示出了图8A中所示的NED 800的前主体的横截面视图。如图8B所示，前主体805可以包括电子显示器835和被配置成向出射光瞳845提供改变的图像光的薄饼透镜组件840。在一些实施例中，薄饼透镜组件840可以是根据本公开实施例的薄饼透镜组件，诸如图5A中的薄饼透镜组件500或图6A中的薄饼透镜组件600。在一些实施例中，电子显示器835可以是根据本公开的实施例的包括显示面板和照明系统(诸如图7中的照明系统700)的电子显示器。出射光瞳845可以是用户的眼睛850可能所处的前主体805的位置。为了说明的目的，图8B示出了与单只眼睛850相关联的前主体805的横截面，而与电子显示器835分离的另一电子显示器可以将由与薄饼透镜组件835分离的另一薄饼透镜组件改变的图像光提供给用户的另一只眼睛。

本公开还提供了一种方法。该方法涉及将具有一个或更多个预定参数的入射光提供给包括具有手性的双折射材料的光学元件(例如，反射偏振器)，使得入射光可以以减小的(例如，基本上为零)透光率被光学元件基本上反射。在一些实施例中，一个或更多个预定参数可以包括一个或更多个预定偏振椭圆参数，诸如椭圆率或取向角中的至少一个。在一些实施例中，将具有一个或更多个预定参数的入射光提供给包括具有手性的双折射材料的光学元件可以包括生成具有一个或更多个预定参数的入射光，以及将具有一个或更多个预定参数的入射光输出到光学元件。在一些实施例中，将具有一个或更多个预定参数的入射光提供给包括具有手性的双折射材料的光学元件可以包括将线性偏振光转换成具有一个或更多个预定参数(例如，预定偏振椭圆参数)的椭圆偏振光，以及将具有一个或更多个预定参数的椭圆偏振光输出到光学元件。在一些实施例中，将具有一个或更多个预定参数的入射光提供给包括具有手性的双折射材料的光学元件可以包括将圆偏振光转换成具有一个或更多个预定参数(例如，预定偏振椭圆参数)的椭圆偏振光，以及将具有一个或更多个预定参数的椭圆偏振光输出到光学元件。在一些实施例中，将具有一个或更多个预定参数的入射光提供给包括具有手性的双折射材料的光学元件可以包括将非偏振光转换成具有一个或更多个预定参数(例如，预定偏振椭圆参数)的椭圆偏振光，以及将具有一个或更多个预定参数的椭圆偏振光输出到光学元件。

任何合适的器件(例如，波片、光源组件)可以被用于向包括具有手性的双折射材料的光学元件提供具有一个或更多个预定参数的入射光。该方法还可以包括通过光学元件接收具有一个或更多个预定参数的入射光，并将该入射光反射为圆偏振光。在一些实施例中，入射光可以是具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。在一些实施例中，可以以减小(例如，基本上为零)的透光率将椭圆偏振光基本上反射为圆偏振光。

在一些实施例中，包括具有手性的双折射材料的光学元件可以是胆甾型液晶(“CLC”)反射偏振器。在一些实施例中，提供具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的入射光可以包括通过设置在CLC反射偏振器上游的光学波片改变入射光的性质，使得在入射光入射到CLC反射偏振器上之前，该入射光具有一个或更多个预定偏振椭圆参数。例如，光学波片可以将线性偏振光转换为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光，并将椭圆偏振光输出到CLC反射偏振器。在一些实施例中，提供具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的入射光可以包括由光源组件生成具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的入射光，以及由光源组件将具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的入射光输出到CLC反射偏振器。在一些实施例中，光源组件可以直接生成并输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光作为用于CLC反射偏振器的入射光。在一些实施例中，光源组件可以包括光学波片。在一些实施例中，光学波片可以与光源组件分开提供。当光学波片与光源组件分开提供时，在一些实施例中，光源组件可以输出线性偏振光，光学波片可以将线性偏振光转换为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光，并将椭圆偏振光输出到CLC反射偏振器。CLC反射偏振器可以接收具有一个或更多个预定参数的入射光，并以减小(例如，基本上为零)的透光率将该入射光反射为圆偏振光。

出于说明的目的，已经呈现了本公开的实施例的前述描述。它并不旨在是穷举的或将本公开限制于所公开的精确形式。相关领域中的技术人员可以认识到，按照上面的公开，许多修改和变化是可能的。

本描述的一些部分可以从对信息的操作的算法和符号表示方面描述本公开的实施例。数据处理领域的技术人员通常使用这些算法描述和表示来向本领域的其他技术人员有效地传达他们工作的实质。这些操作虽然在功能上、计算上或逻辑上进行了描述，但应理解为将由计算机程序或等效电路、微代码等来实现。此外，将操作的这些布置视为模块有时也被证明是方便的而不失一般性。所描述的操作和它们的相关模块可以体现在软件、固件、硬件或它们的任何组合中。

可以利用一个或更多个硬件或软件模块单独地或与其他设备组合地来执行或实现本文描述的任何步骤、操作或过程。在一个实施例中，利用包括计算机可读介质的计算机程序产品来实现软件模块，该计算机可读介质包含计算机程序代码，计算机程序代码可以由计算机处理器执行，用于执行所描述的任何或全部步骤、操作或过程。

本公开的实施例也可以涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以被特别构造成用于所需的目的，和/或它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算设备。这种计算机程序可以存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质中，或者任何类型的适于存储电子指令的介质中，其可以耦合到计算机系统总线。另外，说明书中提到的任何计算系统可以包括单个处理器，或者可以是采用多个处理器设计以增加计算能力的架构。

本公开的实施例也可以涉及由本文所述的计算过程产生的产品。这样的产品可以包括从计算过程获得的信息，其中信息被存储在非暂时性的、有形的计算机可读存储介质上并且可以包括计算机程序产品或本文所述的其他数据组合的任何实施例。

最后，在说明书中使用的语言主要为了可读性和指导目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制创造性主题。因此，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。

Claims (15)

1.一种光学器件，包括：

第一光学元件，其被配置成输出具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光；以及

第二光学元件，其包括具有手性的双折射材料，并且被配置成接收来自所述第一光学元件的所述椭圆偏振光，并将所述椭圆偏振光反射为圆偏振光。

2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第二光学元件被配置成以基本上为零的透光率透射所述椭圆偏振光。

3.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述一个或更多个预定偏振椭圆参数包括椭圆率或取向角中的至少一个。

4.根据权利要求3所述的光学器件，其中，当所述双折射材料的手性为左旋的时，所述椭圆偏振光的椭圆率在约-1<ε≤-0.85的范围内，或当所述双折射材料的手性为右旋的时，所述椭圆偏振光的椭圆率在约0.85≤ε<1的范围内，或者其中，所述椭圆偏振光的取向角在约75度≤Ψ≤90度的范围内。

5.根据权利要求1所述的光学器件，其中，与所述第二光学元件对于传入的圆偏振光的最小透光率相比，所述第二光学元件对于所述椭圆偏振光的最小透光率减小至少0.1％、至少0.2％、至少0.3％、至少0.4％或至少0.5％，并且其中，所述椭圆偏振光和所述传入的圆偏振光中的每一个具有与所述双折射材料的手性相同的旋向性。

6.根据权利要求1所述的光学器件，其中，入射光是线性偏振光，所述第二光学元件是四分之一波片，并且所述四分之一波片的偏振轴相对于所述线性偏振光的偏振方向定向，以将所述线性偏振光转换为具有所述一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。

7.一种光学透镜组件，包括：

第一光学元件，其包括被配置成将入射光转换为具有一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光的光学波片，以及被配置成透射所述椭圆偏振光的第一部分并反射所述椭圆偏振光的第二部分的反射镜；以及

第二光学元件，其包括反射偏振器，所述反射偏振器被配置成从所述反射镜接收所述椭圆偏振光的所述第一部分，并将所述椭圆偏振光的所述第一部分朝向所述反射镜反射为具有第一旋向性的圆偏振光，其中，所述反射偏振器包括具有手性的双折射材料。

8.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，

所述反射镜还被配置成将具有所述第一旋向性的圆偏振光朝向所述反射偏振器反射为具有第二旋向性的圆偏振光，

所述反射偏振器还被配置成透射具有所述第二旋向性的圆偏振光，并且

所述第一旋向性与所述第二旋向性相反。

9.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，所述反射偏振器被配置成以基本上为零的透光率透射所述椭圆偏振光。

10.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，所述一个或更多个预定偏振椭圆参数包括椭圆率或取向角中的至少一个。

11.根据权利要求10所述的光学透镜组件，其中，当所述双折射材料的手性为左旋的时，所述椭圆偏振光的椭圆率在约-1<ε≤-0.85的范围内，或者当所述双折射材料的手性为右旋的时，所述椭圆偏振光的椭圆率在约0.85≤ε<1的范围内，或者其中，所述椭圆偏振光的取向角在约75度≤Ψ≤90度的范围内。

12.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，所述双折射材料具有恒定的螺旋间距，或者其中，所述双折射材料具有沿所述双折射材料的轴向的梯度螺旋间距。

13.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，所述反射偏振器包括具有至少两个不同螺旋间距的双折射材料的多个层的堆叠，并且可选地，其中，所述反射偏振器还包括设置在双折射材料的所述层之间的多个正C板。

14.根据权利要求7所述的光学透镜组件，其中，

所述光学波片是四分之一波片，并且

所述四分之一波片的偏振轴相对于所述入射光的偏振方向定向，以将所述入射光转换为具有所述一个或更多个预定偏振椭圆参数的椭圆偏振光。

15.一种照明系统，包括：

光源组件，其被配置成发射具有第一旋向性的第一偏振光；

导光板，其被配置成引导从所述光源组件接收到的所述第一偏振光并输出所述第一偏振光，所述导光板包括在两个光楔之间的倾斜表面处彼此耦合的所述两个光楔和设置在所述倾斜表面处的反射偏振器；以及

反射片，其被布置在所述导光板的第一侧表面处，并被配置成将具有所述第一旋向性的所述第一偏振光反射为具有与所述第一旋向性相反的第二旋向性的第二偏振光，

其中，所述反射偏振器包括具有手性的双折射材料，并且被配置成选择性地透射具有所述第一旋向性的所述第一偏振光并反射具有所述第二旋向性的所述第二偏振光，并且可选地，其中，

所述光源组件在所述导光板的第二侧表面处耦合到所述导光板，并且

所述导光板的所述第一侧表面与所述第二侧表面彼此相对地布置。

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