CN117881997A - 为减轻眩光而优化的折叠光学系统 - Google Patents

Abstract

一种光学系统包括成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器。该光学系统被构造为：在由该成像器发射的图像被该主反射镜反射、被该反射偏振器透射、并且通过该眩光捕获器射出该系统之后，显示被发射图像的虚像。对于由该成像器发射并且沿着第一方向通过该眩光捕获器射出该系统的每一条光线而言，当光线沿着与该第一方向重合但相反的第二方向入射在该眩光捕获器上时，该眩光捕获器使入射光线中的至少一些透射，使得在被透射的入射光线试图通过该眩光捕获器射出该光学系统的情况下，该眩光捕获器捕获所述被透射的入射光，透射所述被透射的入射光线的不多于约2％。

Description

为减轻眩光而优化的折叠光学系统

发明内容

在本说明书的一些方面中，提供了一种光学系统，该光学系统包括成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器。该光学系统被构造为：在由该成像器发射的图像被该主反射镜反射、被该反射偏振器透射、并且通过该眩光捕获器射出该光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像。对于由该成像器发射并且沿着第一方向通过该眩光捕获器射出该光学系统以供观看者观看的每一条光线而言，当光线沿着与该第一方向重合但相反的第二方向入射在该眩光捕获器上时，该眩光捕获器使入射光线中的至少一些透射，使得在被透射的入射光线试图通过该眩光捕获器射出该光学系统的情况下，该眩光捕获器捕获所述被透射的入射光并且透射所述被透射的入射光线的不多于约2％。

在本说明书的一些方面中，提供了一种光学系统，该光学系统被构造为向观看者显示由成像器发射的图像的虚像。该光学系统包括该成像器、主反射镜、百叶窗以及沿着折叠光路设置的出射表面。由该成像器发射、沿循该折叠光路并且沿着朝向该观看者的相应向前方向通过该出射表面射出该光学系统的光线基本上被该百叶窗透射，而沿着与该向前方向重合但相反的反方向入射在该出射表面上的光线基本上被该百叶窗阻挡。

在本说明书的一些方面中，提供了一种光学系统，该光学系统包括成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器。该眩光捕获器包括面向该反射偏振器的第一侧以及相反的第二侧。该光学系统被构造为：在由该成像器发射的图像被该反射偏振器和该主反射镜各自反射至少一次、被该反射偏振器透射、并且通过该眩光捕获器在相对于该光学系统的光轴的预定锥角内射出该光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像。该主反射镜相对于该眩光捕获器设置：当从该眩光捕获器的该第二侧以该预定锥角内的角度入射在该眩光捕获器上的入射光线被该眩光捕获器透射并且从该主反射镜反射作为被反射光线时，使得所述被反射光线不被该眩光捕获器透射。

在本发明的一些方面中，提供了一种光学系统，该光学系统包括设置在眩光捕获器与显示器之间的反射偏振器。该光学系统被构造为通过该眩光捕获器以多个相应图像角度发射从该显示器发射的多条图像射线，使得以与所述图像角度中的一个基本上相等的入射角在该眩光捕获器处入射在该光学系统上的任何光线都被该眩光捕获器透射并且被该光学系统捕获。

附图说明

图1A和图1B示出了现有技术中具有折叠光路的光学系统，该光学系统受到由系统反射的外部光的影响而产生光学眩光；

图2A和图2B示出了根据本说明书的实施方案的在没有阳光眩光和具有阳光眩光的光学系统中测量的性能；

图3是根据本说明书的一个实施方案的光学系统的侧视图，该光学系统被设计为减轻由从光学系统内的反射引起的眩光；并且

图4A和图4B提供了根据本说明书的实施方案的关于用作光学系统中的眩光捕获器的百叶窗的细节；

图5是根据本说明书的实施方案的示出光学系统的角度位置的光学系统的视图；

图6A和图6B示出了根据本说明书的实施方案的随着光学系统的动眼框移动的观看者的眼睛；并且

图7示出了根据本说明书的实施方案的关于光学系统的折叠光路的附加细节。

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以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。

随着汽车市场中对增强现实平视显示器(HUD)系统的需求的增加，HUD系统的物理体积已经增加以满足对此类光学系统的需求。为了减少所需的体积，引入了光学系统，其中使用光偏振和反射/折射元件来折叠光路。虽然使用这些系统减小了体积，但是光路的折叠性质通常意味着进入光学系统的阳光从系统内部的元件(例如，主HUD镜)反射并且在系统中产生有害的眩光和反射。将在此类系统中聚焦到挡风玻璃上的阳光估计为大约10⁵尼特，这是比在日光条件期间HUD虚像的典型亮度更高的数量级。另外，在许多情况下，阳光反射路径与HUD光路重叠，这使得实际上不可能阻挡眩光而不阻挡正被投影以供驾驶员观看的图像。

根据本说明书的一些方面，光学系统被构造为减轻由阳光和其他外部光源的反射引起的眩光。在一些实施方案中，光学系统(例如，平视显示器或HUD)包括成像器(例如，图片生成单元、显示器等)、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器。在一些实施方案中，光学系统可被构造为：在由成像器发射的图像被主反射镜(例如，主HUD镜)反射、被反射偏振器透射、并且通过该眩光捕获器射出光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像。在一些实施方案中，对于由成像器发射并且沿着第一方向(例如，从眩光捕获器引向挡风玻璃的方向，在该挡风玻璃处图像被反射以供观看)通过眩光捕获器射出光学系统以供观看者观看的每一条光线而言，当光线(例如，传入太阳射线)沿着与第一方向重合但相反的第二方向入射在眩光捕获器上时，眩光捕获器可使入射光线中的至少一些透射(即，允许射线中的一些射线进入光学系统)，使得在被透射的入射光线试图通过眩光捕获器射出光学系统的情况下，眩光捕获器捕获(例如，阻挡)所述被透射的入射光并且透射所述被透射的入射光线的不多于约2％、或不多于约1％、或不多于约0.1％。

在一些实施方案中，眩光捕获器可包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向(例如，沿着眩光捕获器的x轴)延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向(例如，与第一眩光捕获器方向正交的方向，诸如眩光捕获器的y轴)排列。在一些实施方案中，眩光捕获器可包括接受光锥，该接受光锥由基本上被眩光捕获器透射的光线的最大入射角θ_c限定。也就是说，眩光捕获器可被构造成使得以小于或等于θ_c的角度入射的入射光线将基本上被眩光捕获器透射，并且以大于θ_c的角度入射在眩光捕获器上的光线将基本上被眩光捕获器阻挡。在一些实施方案中，主反射镜可相对于眩光捕获器成角度设置，使得沿着第二方向被眩光捕获器透射的光线以眩光捕获器的接受光锥外的角度从主反射镜反射。在一些实施方案中，被眩光捕获器透射(即，通过眩光捕获器进入光学系统)并且从主反射镜反射的光线可在眩光捕获器上的入射角θ_m大于或等于1/2θ_c。

在一些实施方案中，光学系统还可包括限定观看者的眼睛的可能位置的动眼框，使得对于动眼框内的眼睛的任何位置，所述被透射的入射光都被眩光捕获器捕获。

根据本说明书的一些方面，光学系统可被构造为向观看者显示由成像器发射的图像的虚像。在一些实施方案中，光学系统可包括成像器、主反射镜、百叶窗以及沿着折叠光路设置的出射表面(例如，光学系统的表面，图像光通过该表面射出系统，该表面在一些实施方案中可以是百叶窗的表面)。出于该讨论的目的，光路可被限定为通过使用反射元件(例如，镜)、折射元件(例如，透镜)和/或偏振相关光学元件(例如，多层光学膜偏振器、光学延迟器板等)折叠成使得光路的长度比光学系统的物理长度更长的光学系统的光路。在一些实施方案中，例如，折叠光路的至少两个不同的相邻区段可彼此形成小于约45度、或小于约40度、或小于约35度的角度。

在一些实施方案中，由成像器发射、可沿循折叠光路并且沿着朝向观看者的相应向前方向通过出射表面射出光学系统的光线可基本上被百叶窗透射，而沿着与向前方向重合但相反的反方向入射在出射表面上的光线(例如，进入光学系统的阳光射线)当射出光学系统时基本上被百叶窗阻挡、或被百叶窗捕获。

在一些实施方案中，百叶窗可包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一百叶窗方向(例如，百叶窗的x轴)延伸并且沿着不同的第二百叶窗方向(例如，百叶窗的y轴)排列。在一些实施方案中，百叶窗可包括接受光锥，该接受光锥由基本上被百叶窗透射的光线的最大入射角θ_c限定。在一些实施方案中，主反射镜可相对于百叶窗成角度设置，使得沿着反方向被百叶窗透射的光线以百叶窗的接受光锥外的角度从主反射镜反射(即，它们基本上被百叶窗阻挡并且不离开光学系统)。在一些实施方案中，被百叶窗透射并且从主反射镜反射的光线在百叶窗上的入射角θ_m可大于或等于1/2θ_c(即，在百叶窗的接受光锥外)。

在一些实施方案中，光学系统还可包括限定观看者的眼睛的可能位置的动眼框。在一些实施方案中，对于动眼框内的眼睛的任何位置，沿着反方向入射在出射表面上的光线可基本上被百叶窗阻挡。

根据本说明书的一些方面，光学系统可包括成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器。在一些实施方案中，眩光捕获器可包括面向反射偏振器的第一侧以及相反的第二侧。在一些实施方案中，光学系统可被构造为：在由成像器发射的图像被反射偏振器和主反射镜各自反射至少一次、被反射偏振器透射、并且通过眩光捕获器在相对于光学系统的光轴的预定锥角内射出光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像。在一些实施方案中，主反射镜可相对于眩光捕获器设置：当从眩光捕获器的第二侧(即，从光学系统外部的点)以预定锥角内的角度入射在眩光捕获器上的入射光线被眩光捕获器透射(即，进入光学系统)并且从主反射镜反射作为反射光线时，使得所述被反射光线不被眩光捕获器透射(例如，被眩光捕获器捕获或阻挡)。

在一些实施方案中，眩光捕获器包括接受光锥，该接受光锥由基本上被眩光捕获器透射的光线的最大入射角θ_c限定。在一些实施方案中，被透射的光线的强度可以是入射光线的强度的至少80％。在一些实施方案中，主反射镜可相对于眩光捕获器成角度设置，使得所述被反射光线以眩光捕获器的接受光锥外的角度入射在眩光捕获器上(即，所述被反射光线基本上被眩光捕获器阻挡或捕获)。在一些实施方案中，所述被反射光线可以大于或等于1/2θ_c(即，在眩光捕获器的接受光锥外并且因此基本上被眩光捕获器阻挡)的角度θ_m入射在眩光捕获器上。

在一些实施方案中，光学系统还可包括限定观看者的眼睛的可能位置的动眼框，其中对于动眼框内的眼睛的任何位置，所述被反射光线都不被眩光捕获器透射。

根据本说明书的一些方面，光学系统可包括设置在眩光捕获器与显示器之间的反射偏振器。在一些实施方案中，光学系统可被构造为通过眩光捕获器以多个相应图像角度发射从显示器发射的多条图像射线，使得以与图像角度中的一个基本上相等的入射角在眩光捕获器处入射在光学系统上的任何光线都被眩光捕获器透射并且被光学系统捕获。

在一些实施方案中，眩光捕获器可以是或包括百叶窗。例如，在一些实施方案中，眩光捕获器可包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向(即，眩光捕获器的第一维度诸如长度)延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向(即，眩光捕获器的第二维度诸如宽度)排列。

在一些实施方案中，光学系统还可包括主反射镜。在一些实施方案中，显示器、主反射镜、反射偏振器和眩光捕获器限定光学系统的折叠光路。也就是说，由显示器发射的光线将冲击在主反射镜、反射偏振器和眩光捕获器中的每一者上、被它们反射或被它们透射至少一次。在一些实施方案中，主反射镜可相对于眩光捕获器的平面成角度设置，使得在眩光捕获器处入射在光学系统上并且被眩光捕获器透射的光线被主反射镜反射，以便光线被眩光捕获器捕获。

在一些实施方案中，眩光捕获器可包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向排列(例如，眩光捕获器可以是百叶窗)。在一些实施方案中，眩光捕获器中的板条的几何形状可限定由最大入射角θ_c限定的接受光锥。在一些实施方案中，被主反射镜反射的光线的反射角可在接受光锥外(并且因此基本上被眩光捕获器阻挡)。

现在转向图，图1A和图1B示出了现有技术中具有折叠光路的光学系统，该光学系统受到由系统反射的外部光的影响而产生光学眩光。在图1A中，现有技术光学系统300诸如平视显示器(HUD)可包括发射一条或多条图像射线60的图片生成单元10(例如，显示器)。图像射线60可以是被反射偏振器20反射的第一偏振光(例如，线性s偏振或线性p偏振)。所述被反射图像射线60被引导到主HUD镜40，在该主HUD镜处它们被反射。光学系统300可包括一个或多个膜或元件，该一个或多个膜或元件切换或旋转图像射线60的偏振类型(例如，从线性s偏振光到线性p偏振光，或反之亦然)，使得图像射线60接着通过反射偏振器20，在该反射偏振器处它们冲击在表面诸如挡风玻璃80上，然后朝向观看者110的眼睛反射，该观看者在挡风玻璃80之外的某个点处感知到虚像70。

显示器10、反射偏振器20和HUD镜40的元件限定了折叠光路，其中图像射线60的偏振被操纵以控制从反射偏振器20的反射或通过该反射偏振器的透射。使用单个镜的该折叠光路允许产生足够长的焦距，以在比其他HUD系统显著更紧凑的空间(例如，比使用两个镜来限定折叠光路的其他HUD构造少多达40％的内部体积)中实现期望的虚像70。然而，如图1B中可见，HUD部件的该排列允许来自太阳120的传入阳光射线65通过挡风玻璃80和反射偏振器20，从HUD镜40反射，并且沿循图像射线60的光路返回并冲击在挡风玻璃80上以在虚像70的边界内产生明亮的眩光斑点。该眩光斑点可以是大约10⁵尼特，其是至少比HUD虚像70的典型亮度更大的数量级。阳光反射路径(由图1B中的阳光射线65所示)可与HUD的图像光路(由图1A中的图像射线60所示)重叠，使得不可能在不阻挡图像本身的情况下进行阻挡。应当指出的是，尽管图1A和图1B所示的光学系统300使用单个镜(HUD镜40)，但当HUD镜的位置(也就是说，通过镜的平面)与系统中的图像的光路基本上正交时，该阳光眩光问题存在于具有其他排列的光学系统、包括双镜系统中。在此类系统中，由显示器10发射的图像射线60可首先被“折叠镜”反射，之后被反射偏振器20和HUD镜40反射，然后被反射偏振器20透射到挡风玻璃80上。在本领域的此类系统中，HUD镜的位置通常使得其允许阳光射线在反方向上沿循系统的光路，从而在挡风玻璃上产生类似于图1B所示的眩光。

为了说明阳光眩光的问题，图2A和图2B示出了在没有阳光眩光(图2A)和具有阳光眩光(图2B)的光学系统中测量的性能。首先看图2A，看到示出图像90(在该示例中，图像是简单的棋盘图案)的亮度测量值200A。图像90具有3982尼特的最大亮度测量值。图2B示出了当在图像90中或附近看到阳光眩光95时的类似亮度测量值200B。在图2B的示例中，最大亮度测量值现在是5.2-10⁵尼特(针对阳光眩光斑点95测量的亮度)，并且图像90相比而言更难以看见。也就是说，阳光眩光95比图像90中最亮的斑点亮大约130倍。

在一些情况下，可将眩光捕获器添加到HUD系统以减轻在某些入射角下发生的一些阳光眩光。例如。具有一系列平行板条的百叶窗可限定“接受光锥”，该“接受光锥”将仅允许入射角低于阈值(该阈值由百叶窗的几何形状限定)的光线透射通过百叶窗。虽然这可消除阳光以更大入射角进入HUD，但是恰巧与HUD的光学图像路径对准的阳光射线仍将基本上被百叶窗透射。也就是说，沿着与所射出的图像射线离开HUD系统的方向重合(但相反)的方向入射在百叶窗上的阳光射线仍将被允许通过，因为它们在由百叶窗限定的接受光锥内。如图2B所示，这些射线可沿循系统的光路，被HUD镜反射，并且通过百叶窗返回以变成使虚像模糊的眩光。

图3示出了根据本说明书的光学系统的侧视图，该光学系统被设计为减轻由从光学系统内的反射引起的眩光。在一些实施方案中，光学系统100可包括发射一条或多条图像射线60的图片生成单元10(例如，显示器)。在一些实施方案中，图像射线60可首先从第一镜(例如，“折叠”镜)30反射，之后从反射偏振器20反射。在一些实施方案中，反射偏振器20可基本上反射具有第一偏振类型的光(例如，具有线性s偏振类型的光)，并且可基本上透射具有第二正交偏振类型的光(例如，具有线性p偏振类型的光)。图像射线60最初具有第一偏振类型，并切从反射偏振器20朝向HUD镜40反射。在从HUD镜40反射之后，图像射线60现在是第二偏振类型的，并且基本上透射通过反射偏振器20。在一些实施方案中，光学系统100还可包括一个或多个光学元件(例如，多层光学膜或其他光学层)，诸如可更改图像射线60的偏振类型的四分之一波片。尽管在图3中省略了这些偏振更改元件，但这种偏振更改实施方案的示例在图7中示出并且在本文别处讨论。现在为相反的第二偏振类型的图像射线60被反射偏振器20透射，基本上透射通过眩光捕获器50，并且冲击在挡风玻璃80(或类似表面)上，在该挡风玻璃处它们被反射到观看者110的眼睛中以产生虚像70。

在一些实施方案中，来自太阳120(或类似外部光源)的光线65可沿循与系统的光路(即，图像射线60所沿循的路径)重合但相反的路径通过挡风玻璃80。沿循这种路径的光线65可透射通过百叶窗50、通过反射偏振器20，并且被HUD镜40反射。在图3的实施方案中，HUD镜40相对于至少眩光捕获器50成角度排列，使得阳光射线65以眩光捕获器50的接受光锥外的角度从HUD镜40反射。也就是说，阳光射线65以这种角度从HUD镜40反射，该角度使得它们将被阻挡或“捕获”而不射出眩光捕获器50，并且因此将不被投射到挡风玻璃80上并且将不遮蔽因此形成的虚像70。在一些实施方案中，眩光捕获器50可捕获入射光线65，使得光线65的不多于约2％、或多于过约1％、或优选地不多于约0.1％被眩光捕获器50透射。关于眩光捕获器50及其接受光锥的附加细节在本文别处以及图4A和图4B中讨论。

在一些实施方案中，光学系统100还可包括“动眼框”，或者限定眼睛110的可能位置的三维体积空间，对于这些可能位置，图像光线60是可见的并且基本上聚焦(即，虚拟图像70被很好地限定并且基本上清楚且可辨别的位置)，并且对于这些可能位置，任何反射阳光射线65仍被眩光捕获器50阻挡或捕获。关于这种动眼框的附加系列在图6A和图6B中给出并且在本文别处讨论。

应当指出的是，光学系统100内的光学部件的仔细排列，包括显示器10、折叠镜30、反射偏振器20、HUD镜40和眩光捕获器50的位置和取向允许折叠光路，该折叠光路允许图像射线60沿着第一方向通过眩光捕获器50射出以产生虚像70，但该折叠光路捕获在进入HUD系统时沿循第二方向(与第一方向相反但重合)的阳光射线65。特别指出的是眩光捕获器50和HUD镜40的取向角度之间的关系。

图4A和图4B提供了关于光学系统100的实施方案中的图3的眩光捕获器50的细节。同时检查图4A和图4B，眩光捕获器50可包括彼此隔开、大致平行的多个板条52，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向56延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向54排列。在一些实施方案中，眩光捕获器50可包括由最大入射角θc限定的接受光锥，其中接受光锥表示将基本上被眩光捕获器50透射(即，被允许通过眩光捕获器50)的光线的入射角。角度θc可由以下公式限定：

θc＝2tan^-1(S/H)

其中S是表示连续板条52之间的间隔的尺寸，并且H表示眩光捕获器50的高度。限定眩光捕获器50但未必或直接有助于限定θc的其他尺寸包括P(一个板条52的起点与相邻板条52的起点之间的“周期”或距离)和W(单个板条52的宽度)。

图5是根据本说明书的示出光学系统的角度位置的光学系统的视图。应当指出的是，光学系统100a不是完整的系统，并且仅示出了主HUD镜40与眩光捕获器50之间的关系，以及它们可如何传递或阻挡来自太阳120(或其他外部光源)的光线65。为了清楚起见，省略了功能HUD系统所必需的其他部件(诸如图3所示的那些部件)。在图5所示的光学系统100a的实施方案中，主HUD镜40可相对于眩光捕获器成角度设置，使得沿着第二方向被眩光捕获器透射的光线以眩光捕获器的接受光锥外的角度从主反射镜反射。

例如，以小于1/2θc的入射角(例如，图5所示的角度θ_pass)入射在眩光捕获器上的光线65将透射通过眩光捕获器50并且将冲击在HUD镜40上。光线65接着以角度θ_HUD从HUD镜40反射，该角度是传入光线与从HUD镜40反射的光线之间的角度。如果该反射光线65以大于1/2θc的角度(例如，图5所示的角度θ_block)冲击在眩光捕获器50上，则反射光线65将基本上被眩光捕获器捕获(阻挡)并且将不被透射通过。为了实现此类实施方案，光学系统100a可被构造成使得眩光捕获器50和HUD镜40相对于车辆行驶方向的角度(分别为θ_L和θ_M)在眩光捕获器50与HUD镜40之间产生期望的角度关系。例如，在一个实施方案中，对于θ_L约23度且对于θ_M约39.8度的值被示出为光学倾斜角，以防止传入阳光角度与系统光学图像路径重叠，同时最小化总体HUD体积。角度θ_L和θ_M的这些具体值仅是一个示例并且并不意味着以任何方式进行限制。存在在本说明书的精神内的其他角度和构型。

图6A和图6B示出了随着光学系统的动眼框移动的观看者的眼睛，如先前在本文别处所讨论的。在一些实施方案中，动眼框115被限定为三维体积空间，观看者的眼睛110可通过该体积空间移动并且仍能够接收和观看图像射线60而不会显著改变聚焦或图像分辨率。图6A示出了动眼框115的上部部分中的眼睛110，其中该眼睛可接收进入动眼框115的上部部分的图像射线60。图6B示出了动眼框115的下部部分中的眼睛110，其中该眼睛可接收进入动眼框115的下部部分的图像射线60。在一些实施方案中，光学系统(诸如图3的光学系统100)被构造成使得外部光线(例如，传入阳光射线)65被眩光捕获器捕获，而不管观看者的眼睛110位于动眼框115的哪个部分中。也就是说，本文所述的光学系统的性能应当使得其不会根据为该系统设计的动眼框115中的眼110的位置而显著改变。

最终，图7示出了关于图3的光学系统100的折叠光路的附加细节，包括旋转或改变通过系统的图像射线的偏振类型的元件。图3所示的图像射线用指示射线在通过光学系统时的偏振类型的符号指示，从而指示改变。应当指出的是，图7所示的具体极化方案仅为示例，并且其他方案可被使用并且与本说明书一致。

在图7的光学系统100的实施方案中，显示器10发射一个或多个图像射线60，该一个或多个图像射线最初(在该示例中)具有线性s偏振类型。图像射线60首先从折叠镜30反射(维持其偏振类型)，并且从反射偏振器20的表面反射(在该示例中，该反射偏振器基本上反射线性s偏振类型的光)。图像射线60接着通过四分之一波片45，该四分之一波片将偏振类型改变为圆形偏振类型(或第一“偏手”类型)。这些圆偏振的图像射线60接着被HUD镜40反射，并且被反射为仍是圆形偏振类型的(而是反向“偏手”类型)的光。图像射线60接着返回通过四分之一波片45，该四分之一波片将偏振类型转换成线性p偏振光，该线性p偏振光基本上透射通过反射偏振器20和眩光捕获器50以向观看者显示。应当指出的是，光学系统100的其他实施方案可在系统内的不同位置使用附加四分之一波片45或其他偏振部件(例如，半波片)以实现类似的折叠光路。在一些实施方案中，折叠光路的两个相邻区段之间的角度(诸如角度θ_FOLD和θ_HUD)彼此可形成小于约45度的角度。

诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。

本领域普通技术人员将在本说明书中使用和描述的上下文中理解术语诸如“基本上”。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上相等”的使用不清楚，则“基本上相等”将指约大致为如上所述的约的情况。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上平行”的使用不清楚，则“基本上平行”将指在平行的30度以内。在一些实施方案中，描述为彼此基本上平行的方向或表面可以在平行的20度以内或10度以内，或者可以是平行的或标称平行的。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上对准”的使用不清楚，则“基本上对准”将指在对准对象的宽度的20％以内对准。在一些实施方案中，描述为基本上对准的对象可在对准对象的宽度的10％以内或5％以内对准。

上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

除非另外指出，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样适用于其他附图中的对应元件。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 (23)

1.一种光学系统，包括：成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器，所述光学系统被构造为：在由所述成像器发射的图像被所述主反射镜反射、被所述反射偏振器透射、并且通过所述眩光捕获器射出所述光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像，其中对于由所述成像器发射并且沿着第一方向通过所述眩光捕获器射出所述光学系统以供所述观看者观看的每一条光线而言，当光线沿着与所述第一方向重合但相反的第二方向入射在所述眩光捕获器上时，所述眩光捕获器使入射光线中的至少一些透射，使得在被透射的入射光线试图通过所述眩光捕获器射出所述光学系统的情况下，所述眩光捕获器捕获所述被透射的入射光并且透射所述被透射的入射光线的不多于约2％。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述眩光捕获器透射所述被透射的入射光线的不多于约1％。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述眩光捕获器透射所述被透射的入射光线的不多于约0.1％。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述眩光捕获器包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向排列。

5.根据权利要求1所述的光学系统，还包括动眼框，所述动眼框限定所述观看者的眼睛的可能位置，其中对于所述动眼框内的所述眼睛的任何位置，所述被透射的入射光都被所述眩光捕获器捕获。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述眩光捕获器包括接受光锥，所述接受光锥由基本上被所述眩光捕获器透射的光线的最大入射角θ_c限定，并且所述主反射镜相对于所述眩光捕获器成角度设置，使得沿着所述第二方向被所述眩光捕获器透射的光线以所述眩光捕获器的所述接受光锥外的角度从所述主反射镜反射。

7.根据权利要求6所述的光学系统，其中被所述眩光捕获器透射并且从所述主反射镜反射的所述光线在所述眩光捕获器上的入射角θ_m大于或等于¹/₂θ_c。

8.一种光学系统，所述光学系统被构造为向观看者显示由成像器发射的图像的虚像，所述光学系统包括所述成像器、主反射镜、百叶窗、以及沿着折叠光路设置的出射表面，其中由所述成像器发射、沿循所述折叠光路、并且沿着朝向所述观看者的相应向前方向通过所述出射表面射出所述光学系统的光线基本上被所述百叶窗透射，而沿着与所述向前方向重合但相反的反方向入射在所述出射表面上的光线基本上被所述百叶窗阻挡。

是否需要在独立权利要求中记载更多细节？将该独立权利要求保留在这里，同时在说明书中对其进行描述

9.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述折叠光路的至少两个不同的相邻区段彼此形成小于约45度的角度。

10.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述百叶窗包括间隔开的、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一百叶窗方向延伸并且沿着不同的第二百叶窗方向排列。

11.根据权利要求8所述的光学系统，还包括动眼框，所述动眼框限定所述观看者的眼睛的可能位置，其中对于所述动眼框内的所述眼睛的任何位置，沿着所述反方向入射在所述出射表面上的所述光线基本上被所述百叶窗阻挡。

12.根据权利要求8所述的光学系统，其中所述百叶窗包括接受光锥，所述接受光锥由基本上被所述百叶窗透射的光线的最大入射角θ_c限定，并且所述主反射镜相对于所述百叶窗成角度设置，使得沿着所述反方向被所述百叶窗透射的光线以所述百叶窗的所述接受光锥外的角度从所述主反射镜反射。

13.根据权利要求12所述的光学系统，其中被所述百叶窗透射并且从所述主反射镜反射的所述光线在所述百叶窗上的入射角θ_m大于或等于¹/₂θ_c。

14.一种光学系统，包括成像器、反射偏振器、主反射镜和眩光捕获器，所述眩光捕获器包括面向所述反射偏振器的第一侧以及相反的第二侧，所述光学系统被构造为：在由所述成像器发射的图像被所述反射偏振器和所述主反射镜各自反射至少一次、被所述反射偏振器透射、并且在相对于所述光学系统的光轴的预定锥角内通过所述眩光捕获器射出所述光学系统之后，向观看者显示被发射图像的虚像，其中所述主反射镜相对于所述眩光捕获器设置成：当从所述眩光捕获器的所述第二侧以所述预定锥角内的角度入射在所述眩光捕获器上的入射光线被所述眩光捕获器透射并且从所述主反射镜反射作为被反射光线时，使得所述被反射光线不被所述眩光捕获器透射。

15.根据权利要求14所述的光学系统，还包括动眼框，所述动眼框限定所述观看者的眼睛的可能位置，其中对于所述动眼框内的所述眼睛的任何位置，所述被反射光线都不被所述眩光捕获器透射。

16.根据权利要求14所述的光学系统，其中所述眩光捕获器包括接受光锥，所述接受光锥由基本上被所述眩光捕获器透射的光线的最大入射角θ_c限定，并且所述主反射镜相对于所述眩光捕获器成角度设置，使得所述被反射光线以所述眩光捕获器的所述接受光锥外的角度入射在所述眩光捕获器上。

17.根据权利要求16所述的光学系统，其中所述被反射光线以大于或等于¹/₂θ_c的角度θ_m入射在所述眩光捕获器上。

18.一种光学系统，包括设置在眩光捕获器与显示器之间的反射偏振器并且被构造为通过所述眩光捕获器以多个相应图像角度发射从所述显示器发射的多条图像射线，使得以与所述图像角度中的一个基本上相等的入射角在所述眩光捕获器处入射在所述光学系统上的任何光线都被所述眩光捕获器透射并且被所述光学系统捕获。

19.根据权利要求18所述的光学系统，其中所述眩光捕获器包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向排列。

20.根据权利要求18所述的光学系统，其中所述被透射光线的强度是所述入射光线的强度的至少80％。

21.根据权利要求18所述的光学系统，还包括主反射镜，其中所述显示器、所述主反射镜、所述反射偏振器和所述眩光捕获器限定所述光学系统的折叠光路。

22.根据权利要求21所述的光学系统，其中所述主反射镜相对于所述眩光捕获器的平面成角度设置，使得在所述眩光捕获器处入射在所述光学系统上并且被所述眩光捕获器透射的所述光线被所述主反射镜反射，以便所述光线被所述眩光捕获器捕获。

23.根据权利要求22所述的光学系统，其中所述眩光捕获器包括彼此隔开、大致平行的多个板条，所述多个板条沿着第一眩光捕获器方向延伸并且沿着不同的第二眩光捕获器方向排列，所述板条的几何形状限定由最大入射角θ_c限定的接受光锥，并且被所述主反射镜反射的所述光线的反射角在所述接受光锥外。