CN210776031U - 紧凑准直光学系统 - Google Patents

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Abstract

一种光学系统，包括光学部件的布置，其包括与第一棱镜的第三表面相关联的第一偏振选择反射器PSR。第一棱镜包括入射表面，该入射表面具有对应于第一PSR的第一直角轴的法线。第一棱镜包括垂直于入射表面的第二表面，并且具有对应于第一PSR的第二直角轴的法线。光学部件的布置限定了以下光路：该光路朝向第一PSR传播，穿越第一PSR，然后沿第一方向穿越第二PSR，并且然后从第二方向从第二PSR沿输出图像方向反射。第二PSR相对于第一PSR倾斜，使得输出图像方向倾斜于第一PSR的第一直角轴和第二直角轴。

Description

紧凑准直光学系统
技术领域
本实用新型涉及光学系统，以及特别地涉及具有紧凑准直图像投射器的光学系统。
背景技术
在头戴式显示器(HMD)领域中特别需要紧凑光学装置，其中光学模块执行图像生成(“成像器”)和图像到无限远的准直以便传递给观看者的眼睛的功能。图像可以从显示装置获得，直接从空间光调制器(SLM) 例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、硅上液晶(LCoS)、数字微镜器件(DMD)、OLED显示器、微LED阵列、扫描源或类似装置获得，或间接借助于中继透镜或光纤束获得。由像素阵列组成的图像通过准直装置聚焦到无限远并且通常通过作为组合器的部分反射表面或反射表面传送到观察者的眼睛中，分别用于非透视应用和透视应用。通常，传统的自由空间光学模块被用于这些目的。
随着系统的期望视场(FOV)增加，这种类型的传统光学模块变得更笨重和更庞大，因此即使对于中等性能的装置也是不切实际的。这是所有类型显示器的主要缺点，但在头戴式应用中尤其如此，在头戴式应用中，系统必须尽可能轻便和紧凑。
对紧凑性的要求导致了几种不同的复杂光学解决方案，其中许多方案对于大多数实际应用来说仍然不够紧凑，并且同时在成本、复杂性和可制造性方面存在缺陷。在一些情况下，全范围的光学视角可见的眼睛运动盒 (EMB)较小，例如小于6mm，使得光学系统的性能对于光学系统相对于观察者的眼睛的即使小的运动仍敏感，并且不能适应足够的瞳孔运动以便从这种显示器中舒适地阅读文本。
用于HMD和近眼显示器的特别有利的一系列解决方案可从Lumus Ltd.(鲁姆斯有限公司)(以色列)购得，其通常采用具有至少一组部分反射表面的光导(光导光学元件[LOE]、光导、波导)或用于将图像传送至用户的眼睛的其他合适的光学元件。在以下PCT专利公布中描述了鲁姆斯有限公司的技术的各个方面，这些PCT专利公布通过引用结合到本文中作为提供本实用新型的相关背景：WO 01/95027，WO 2006/013565， WO 2006/085309，WO 2006/085310，WO 2007/054928，WO 2008/023367 和WO 2008/129539。
实用新型内容
根据本实施方式的教导，提供了一种光学系统，该光学系统包括：光学部件的布置，其包括第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)、第二PSR (PBS-B)和光导(124)，光学部件的布置限定光路，光路至少部分地由光限定，该光：朝向第一PSR(PBS-A)传播，穿越第一PSR(PBS-A)，然后沿第一方向穿越第二PSR(PBS-B)，然后从从第二方向从第二PSR (PBS-B)沿输出图像方向反射，并且其中，第二PSR(PBS-B)相对于第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，使得输出图像方向进入光导(124)。
在可选实施方式中，第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)与第一棱镜 (PRISM-A)的第三表面(A3)相关联，第一棱镜还包括入射表面(A1)，入射表面(A1)具有对应于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)的法线，并且第一棱镜还包括第二表面(A2)，第二表面(A2)垂直于入射表面(A1)，并且第二表面(A2)具有对应于第一PSR(PBS-A)的第二直角轴(A2N)的法线，并且第二PSR(PBS-B)相对于第一PSR(PBS-A) 倾斜(PRISM-BA)，使得输出图像方向倾斜于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)和第二直角轴(A2N)。
根据本实施方式的教导，提供了一种光学系统，该光学系统包括光学部件的布置，其包括第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)，第一PSR与第一棱镜的第三表面(A3)相关联，第一棱镜还包括入射表面(A1)，入射表面具有对应于第一PSR的第一直角轴(A1N)的法线，第一棱镜还包括第二表面(A2)，第二表面垂直于入射表面，并且第二表面具有对应于第一PSR的第二直角轴(A2N)的法线，以及第二PSR(PBS-B)，光学部件的布置限定光路，光路至少部分地由光限定，该光：朝向第一PSR传播，穿越第一PSR，然后沿第一方向穿越第二PSR，然后从第二方向从第二PSR沿输出图像方向反射，并且其中第二PSR相对于第一PSR倾斜 (PRISM-BA)，使得输出图像方向倾斜于第一PSR的第一直角轴和第二直角轴。
在可选实施方式中，第三表面与第一直角轴和第二直角轴基本成45 度角。
在另一可选实施方式中，光学部件的布置还包括准直器(101)，准直器被配置在光路中。
在另一可选实施方式中，准直器包括具有透镜光轴(120N)的第一透镜(120)，光学部件的布置包括配置在光路中的反射元件(122)，并且其中反射元件的表面的法线(122N)相对于第一PSR的第一直角轴和第二直角轴倾斜(122A)。
在另一可选实施方式中，反射元件是镜子。在另一可选实施方式中，反射元件是第四透镜(420)。在另一可选实施方式中，第一PSR的法线 (PBS-AN)相对于透镜光轴(120N)成45°(度)角度(PBS-AA)。
在另一可选实施方式中，还包括：
提供图像输入光(L4)的图像光提供器(110)，
光路包括图像输入光(L4)，
准直器被部署在位于图像光提供器(110)下游且位于第一PSR上游的光路中，准直器包括：
与透镜相邻的第一四分之一波片(WAVE-A)，
第一棱镜(PRISM-A)，其具有：
接收图像输入光的入射表面(A1)，以及
与第一四分之一波片(WAVE-A)相邻的第二表面(A2)，以及
与第一PSR(PBS-A)相邻的第三表面(A3)，
第二透镜(PRISM-B)，其具有：
与第一PSR(PBS-A)相邻的第四表面(B1)，以及
与第二PSR(PBS-B)相邻的第五表面(B2)，
第二四分之一波片(WAVE-B)，其与反射元件(122)相邻，以及
第三棱镜(PRISM-C)，其具有：
与第二PSR(PBS-B)相邻的第七表面(C1)，
与第二四分之一波片(WAVE-B)相邻的第八表面(C2)，以及
第九表面(C3)
被配置成使得光路包括：
图像输入光(L4)，其经由入射表面(A1)进入第一棱镜，
从第一PSR反射(L5)，穿越第一四分之一波片(WAVE-A)，
从第一透镜(120)反射，重新穿越第一四分之一波片，第一棱镜，穿过第一PSR，第二棱镜，沿第一方向穿过第一PSR，第三棱镜，第二四分之一波片，
从镜子反射，重新穿越第二四分之一波片，第三棱镜，
从第二PSR的第二方向反射，
穿越第三棱镜，以及
光路的从第九表面(C3)沿输出图像方向的输出。
在另一可选实施方式中，还包括：光导(124)，其具有至少两个主平行外表面和至少一组部分反射内表面，被配置成使得从第九表面(C3)输出的光路进入光导。
在另一可选实施方式中，光路包括未准直图像光的输入。
在另一可选实施方式中，准直器被部署在位于第一PSR与第二PSR 之间的光路中。
在另一可选实施方式中，准直器被部署在位于第二PSR下游的光路中。
在另一可选实施方式中，从第二PSR(PBS-B)反射的光是对应于图像的准直光。
在另一可选实施方式中，其中，在从第二PSR(PBS-B)反射之后，准直光然后从系统输出。
在另一可选实施方式中，其中，输出图像方向在相对于系统的输出表面的法线(D2N)的给定角度范围内。
附图说明
本文仅通过示例的方式参照附图描述实施方式，在附图中：
图1示出了光学系统的第一示意图
图2示出了光学系统的第二草图，其示出了光轴和角度。
图3示出了准直器的替选位置的第一示例的示意图。
图4示出了准直器的替选位置的第二示例的示意图。
图5示出了准直器的替选位置的第三示例的示意图。
图6示出了准直器的替选位置的第四示例的示意图。
图7示出了准直器的替选位置的第五示例的示意图。
图8示出了准直器的替选位置的第六示例的示意图。
具体实施方式
[第一实施方式-图1至图2]
参照附图及所附描述，可以更好地理解根据本实施方式的系统的原理和操作。本实用新型是用于将光、具体地准直光投射至光学元件的紧凑光学系统。当前实施方式的特征是使用一对非平行偏振选择反射器在单个棱镜块内形成楔形配置(非平行)以输出准直光的图像。在给出投射器棱镜中的主分束器(偏振选择反射器，PSR)的情况下，使用相对于主PSR倾斜的——更具体地相对于主PSR的直角轴倾斜的——额外PSR可以提供在调整准直图像光的输出光束角度上的额外的自由度，例如用于耦合到 LOE中。从系统输出的光的输出光束角度可以在相对于系统的输出表面的法线的给定角度范围内。
参照图1，示出了根据本实用新型的各个方面构造和操作的通常标记为100的光学系统的第一草图。为了附图和说明书的简单和清楚，界面，例如棱镜之间的提供光束分离的界面，作为单独的元件被示为偏振选择反射器(PSR)。为了简化本说明书和附图中的参考而不作任何限制，将偏振选择反射器示为偏振分束器(PBS)的典型实现。对于本领域技术人员而言将明显的是，偏振选择反射器/PSR/PBS可以被使用各种技术实现为离散元件或集成到棱镜中，所述技术包括但不限于多层介电涂层和线栅金属条例如由Moxek制造的线栅金属条。在PBS是涂层的情况下，涂层被施加到一个或更多个棱镜的一个或更多个表面上，然后棱镜可以彼此光学附接(例如，粘合在一起)。在这种情况下，PBS可以不是离散元件(在以下描述中被描述为“相邻”)，然而，用于描述配置的术语“相邻”的使用对于本领域技术人员而言将是明显的。可以适当地使用上述PBS的实现方式的任何组合。例如，涂层和/或线栅的组合为单个界面提供不同的偏振选择，每个选择在不同的方向上(界面的相对侧透射/反射朝向界面的每一侧传播的光)。
针对PBS使用术语“穿越”和“反射”是本领域中描述光与PBS的相互作用所常用的。例如，到达PBS的第一表面(侧面)的大部分光将 (穿越)继续以从PBS的第二表面(侧面)传播，或者(反射)返回以传播离开PBS的第一表面。本领域技术人员知道这些相互作用的物理现象可以包括吸收、折射、透射等。
本附图不是按比例绘制的，包括元件和光路的取向和角度，以及简化光路并且未示出界面处的折射。光路仅由一个光线/光束描绘。通常，在本文通过光束表示图像的任何地方，应当注意，光束是图像的样本光束，其通常由成略微不同的角度的多个光束形成，每个光束对应于图像的点或像素。所示的光线通常是图像的形心。也就是说，光对应于图像，并且中心光线是来自图像中心或图像中心像素的中心光线。
用于光路的标志符(L1，L3，L6等)也用于经过光路的相应部分的光的类型(照明、偏振图像光、图像的准直光等)。根据使用的语境，对光路或光的类型的提及对于本领域技术人员而言将是明显的。
通常，光学系统100包括紧凑准直器103，紧凑准直器103具有包括第一PSR(PBS-A)和第二PSR(PBS-B)的至少两个偏振选择反射器(PRS)。光路至少部分地由光限定，该光穿越第一PSR(PBS-A)，然后沿第一方向穿越第二PSR(PBS-B)，并且然后自第二PSR从第二方向(PBS-B) 反射。
还参照图2，示出了光学系统100的第二草图，其示出了光轴和角度。一个重要特征是准直器(101，准直元件，准直光源)部署在光路中并且第一PSR(PBS-A)与第二PSR(PBS-B)不平行。换句话说，在第一PSR 与第二PSR(PBS-A与PBS-B)之间存在(非零)角度(PRISM-BA)，通常是斜的。准直器提供准直图像辐射，即对应于图像的光。
为了帮助读者，注意，在本说明书中，通常后缀“A”用于作为角度的要素，后缀“N”用于作为法线的要素。
光学系统100的示例性实现方式包括准直器101，准直器101包括具有透镜光轴(图2的120N)的第一透镜120和与第一透镜120相邻的第一1/4波片(WAVE-A)。反射光学元件通常使用镜子实现，但这是非限制性的，并且可以使用其他部件例如下面描述的透镜。为简单起见，在本说明书中使用非限制性示例镜子122。在当前示例中，镜子122位于第二PSR(PBS-B)之后的光路中。反射光学元件具有反射元件表面的法线(图2， 122N)。在这种情况下，镜子122具有镜子122的表面的法线(122N)。镜子的法线122N与第一透镜120的透镜光轴120N不平行。换句话说，法线122N与透镜光轴120N之间存在(非零)角度122A。
在典型的示例性配置中，第一PSR(PBS-A)的法线(PBS-AN)相对于第一透镜120的透镜光轴120N成45°(度)的角度(PBS-AA)。
紧凑准直器103的输入(L4)是未准直光。在示例性实现方式中，图像光由图像光提供器110提供。图像光提供器110可以由部件例如液晶显示器(LCD)、硅上液晶(LCoS)、数字微镜器件(DMD)、OLED显示器和微LED阵列来实现。
示例性图像光提供器110在图1中被示出为包括照明器112，照明器 112提供经过第五棱镜PRISM-E的照明L1，照明L1从第三PBS(PBS-C) 反射L2，经过可选的第一偏振器POL-A到LCOS114。从LCOS 114的反射是(未准直)图像(光)L3，L3穿越第五棱镜PRISM-E，第三PBS(PBS-C)，第六棱镜PRISM-F，并且然后穿越第二偏振器POL-B和1/2λ第三偏振波片WAVE-C。得到的未准直图像光L3经由光波入射表面(A1)从图像光提供器110输出到紧凑准直器103中作为未准直输入图像光L4。图像光提供器110和紧凑准直器103可以彼此相邻(接触)，或者经由间隙对准。
第一棱镜(PRISM-A)具有作为接收图像光L4的光波入射表面(A1) 的第一表面，以及与第一四分之一波片(WAVE-A)相邻的第二表面(A2)。第二表面(A2)通常垂直于第一表面(A1)。第一棱镜(PRISM-A)的第三表面(A3)与第一PSR(PBS-A)相关联(相邻)。入射表面(A1)具有对应于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)的法线。第二表面(A2) 示出为垂直于入射表面(A1)的典型示例性构造，并且第二表面(A2) 具有对应于第一PSR(PBS-A)的第二直角轴(A2N)的法线。第二PSR (PBS-B)相对于第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，因此输出图像方向L8相对于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)和第二直角轴 (A2N)倾斜。
第二棱镜(PRISM-B)具有与第一PSR(PBS-A)相邻的第四表面(B1)，与第二PSR(PBS-B)相邻的第五表面(B2)，以及与第一棱镜(PRISM-A) 入射表面(A1)相对的第六表面(B3)。
第二四分之一波片(WAVE-B)与镜子122相邻。
第三棱镜(PRISM-C)具有与第二PSR(PBS-B)相邻的第七表面(C1)，与第二四分之一波片(WAVE-B)相邻的第八表面(C2)，以及第九表面 (C3)。
第四棱镜(PRISM-D)具有与第九表面(C3)相邻的第十表面(D1) 和第十一表面(D2)。
在一些实现方式中，可以将棱镜组合，例如，可以将第三棱镜 (PRISM-C)和第四棱镜(PRISM-D)构造为单个棱镜。
在当前示例性实现方式中，光路包括经由光波入射表面(A1)进入第一棱镜(PRISM-A)的图像输入光(L4)，以及从第一PSR(PBS-A) 的反射(L5)。反射光(L5)的光路穿越第一棱镜(PRISM-A)和第一四分之一波片(WAVE-A)，从第一透镜120反射(L6)，重新穿越第一四分之一波片(WAVE-A)、第一棱镜(PRISM-A)，朝向第一PSR(PBS-A) 传播(行进)且沿第一方向穿过第一PSR(PBS-A)(L6)。光路的方向指的是冲击在PSR的一侧。在第一PSR(PBS-A)的情况下，光从第一棱镜 (PRISM-A)朝向第一PSR(PBS-A)的第一侧面行进到第三表面(A3)，穿越第一PSR(PBS-A)且从第一PSR的与第二棱镜(PRISM-B)的第四表面(B1)相邻/相关联的第二侧面离开第一PSR(PBS-A)。
光路(L6)继续穿过第二棱镜(PRISM-B)，沿第一方向穿过第二PSR (PBS-B)，穿过第三棱镜(PRISM-C)和第二四分之一波片(WAVE-B)。然后，光从镜子122反射L7，重新穿越第二四分之一波片(WAVE-B)，第三棱镜(PRISM-C)，并从第二PSR(PBS-B)从第二方向反射输出光 L8，穿越第三棱镜(PRISM-C)，第四棱镜(PRISM-D)，并从第十一表面 (D2)输出。
在第二PSR(PBS-B)的情况下，光朝向第二PSR(PBS-B)的第一侧面——即，从第二棱镜(PRISM-B)向第五表面(B2)——行进，穿越第二PSR(PBS-B)且从第二PSR(PBS-B)的与第三棱镜(PRISM-C) 的第七表面(C1)相邻/相关联的第二侧面离开第二PSR()。在反射之后，光路L7沿第二方向冲击在第二PSR(PBS-B)的第二侧面上(即，从第三棱镜(PRISM-C)到第七表面(C1))，从第二PSR(PBS-B)的第二侧面反射为反射输出光L8。
该实现方式的特征在于，可以在相对于系统的输出表面(D2)的法线(图2，D2N)的给定角度范围内调整来自系统的输出光(L8)(输出图像方向)的输出光束角度(L8A)。
来自紧凑光学准直器103的输出光L8在光学系统100中继续以进入光导(LOE，124)。因此，输出图像方向(L8)为进入光导(124)。LOE 具有至少两个主平行外表面和至少一组部分反射内表面。
在当前示例性实现方式中，照明器提供由第三PBS(PBS-C)反射到光路L2的偏振光(s偏振，s-pol)L1。L2的从LCOS 114的反射将偏振改变为p偏振(p-pol)L3，并且1/2λ第三偏振波片WAVE-C将偏振改变为s-pol未准直输入图像光L4。s-pol光L4被第一PSR(PBS-A)反射到光路L5，并且从准直光源101中的第一偏振波片WAVE-A的两次穿越而出现为p-pol光L6。p-pol光L6穿越第一PSR(PBS-A)和第二PSR(PBS-B)，此后第二波片WAVE-B的两次穿越产生s-pol光L7，该s-pol光L7由第二 PSR(PBS-B)反射并作为s-pol光L8从紧凑准直器103输出。
[替选实施方式-图3至图8]
在替选实现方式中，可以省略一个或更多个棱镜或所有棱镜。例如，在图1中，光学系统100可以被构造成没有第一棱镜(PRISM-A)、第二棱镜(PRISM-B)和/或第三棱镜(PRISM-C)。
在替选实施方式中，光路中的准直元件(准直器)不在第一PSR (PBS-A)的上游，而是由位于沿光路的其他位置处的一个或更多个元件实现。在这种情况下，当前附图的透镜(120)可以用镜子代替。在另一种情况下，光路L6可以是未准直的输入光。
参照图3，示出了准直器的替选位置的第一示例的草图。在替选紧凑准直器303的该第一示例光学系统300中，准直器(准直光源301)可以部署在第一PSR(PBS-A)与第二PSR(PBS-B)之间的光路中。第二棱镜(PRISM-B)的第六表面(B3)与第三四分之一波片(WAVE-3A)相邻，第三四分之一波片又与第三透镜(320)相邻。在当前示例中，图像光被示出为光路L34，该光路L34穿越第一PSR(PBS-A)和第三四分之一波片(WAVE-3A)，从第三透镜320反射(L35)，重新穿越第三四分之一波片(WAVE-3A)、第二棱镜(PRISM-B)，从第一PSR(PBS-A)沿第一方向(L6)反射。
参照图4，示出了准直器的替选位置的第二示例的草图。在替选紧凑准直器403的该第二示例400中，准直器(准直光源401)可以部署在第二PSR(PBS-B)的下游的光路中。在当前附图中，该第二示例用与第二表面(A2)相邻的第四镜子(422)替换第一透镜(120)，并用第四四分之一波片(WAVE-4B)和第四透镜420替换镜子122以实现准直器(401)。第三棱镜(PRISM-C)已被棱镜(PRISM-4C)替换，棱镜(PRISM-4C) 的一个边缘与第四四分之一波片(WAVE-4B)相邻。
在当前示例中，经由光波入射表面(A1)进入第一棱镜(PRISM-A) 的图像输入光(L4)从第一PSR(PBS-A)反射(L45)。反射光的光路(L45) 穿越第一棱镜(PRISM-A)并从第四镜子(422)反射(L46)，重新穿越第一棱镜(PRISM-A)，朝向第一棱镜(PRISM-A)传播(行进)且穿过第一PSR(PBS-A)。光路(L6)继续穿过第二棱镜(PRISM-B)，沿第一方向穿过第二PSR(PBS-B)，穿过棱镜(PRISM-4C)和第四四分之一波片(WAVE-4B)。然后，光从第四透镜420反射L47，重新穿越第四四分之一波片(WAVE-4B)，棱镜(PRISM-4C)，并且反射输出光L8。该示例的特征在于准直器(401)[特别地，第四四分之一波片(WAVE-4B)的表面]与棱镜(PRISM-4C)的第八表面(C2)不相邻且成角度。准直器(401) 的光轴[第四四分之一波片(WAVE-4B)的表面]平行于第四镜子(422) 的光轴]。
参照图5，示出了准直器的替选位置的第三示例的草图。在替选紧凑准直器503的该第三示例光学系统500中，准直器(准直光源501)可以部署在光路中相对于第一PSR(PBS-A)(现在用第五PSR(PBS-5A)替换)的替选位置处。在当前示例中，图像光被示出为光路L54，该光路L54 穿越第五PSR(PBS-5A)和第五四分之一波片(WAVE-5A)，从第五透镜 (520)反射(L55)，从第五PSR(PBS-5A)反射为光路L555，从第五镜子(522)反射为朝向第二PSR(PSB-B)的光路L56。该示例的特征在于第五PSR(PBS-5A)，其通常定位成从第一PSR(PBS-A)的取向旋转 90°。在该示例中，不使用第一棱镜(PRISM-A)并且第五四分之一波片 (WAVE-5A)表面类似于入射表面(A1)并且第五镜子(522)表面类似于第二表面(A2)，第二表面(A2)具有分别对应于第一PSR[在该示例中为第五PSR(PBS-5A)]的第一直角轴(A1N)和第二直角轴(A2N) 的法线。
参照图6，示出了准直器的替选位置的第四示例的草图。在替选紧凑准直器603的该第四示例光学系统600中，准直器(准直光源601)可以部署在光路中相对于第一PSR(PBS-A)(现在用第五PSR(PBS-5A)替换)的替选位置处。在当前示例中，图像光被示出为光路L64，该光路L64 穿越第五PSR(PBS-5A)并从第六镜子(522)反射为光路L65，光路L65 从第五PSR(PBS-5A)反射为光路L655，光路L655然后穿越第六四分之一波片(WAVE-6A)，从第六透镜(620)反射(L66)为朝向第二PSR (PSB-B)的光路L66。在该示例中，不使用第一棱镜(PRISM-A)并且第六镜子(622)表面类似于入射表面(A1)并且第六四分之一波片 (WAVE-6A)表面类似于第二表面(A2)，第二表面(A2)具有分别对应于第一PSR[在该示例中为第五PSR(PBS-5A)]的第一直角轴(A1N) 和第二直角轴(A2N)的法线。
参照图7，示出了准直器的替选位置的第五示例的草图。在替选紧凑准直器703的该第五示例700中，准直器(准直光源701)可以部署在第二PSR(PBS-B)的下游的光路中。在当前附图中，该第五示例用与第七 PSR(PBS-7A)替换第一PSR(PBS-A)，并用第七镜子(722)替换第一透镜(120),并且用第七四分之一波片(WAVE-7B)和第七透镜720替换镜子122以实现准直器(701)。另外，第七棱镜(PRISM-7A)被添加为与第一棱镜(PRISM-A)相邻，以便与第七镜子(722)邻接。在当前示例中，使用两个棱镜[第一棱镜(PRISM-A)和第七棱镜(PRISM-7A)] 来阐明第二表面(A2)的放置。在使用单个棱镜[代替第一棱镜(PRISM-A) 和第七棱镜(PRISM-7A)]的情况下，第二表面(A2)将是单个棱镜内部的构造线，仍然垂直于入射表面(A1)。
在当前示例中，图像输入光(L4)从第七PSR(PBS-7A)反射(L75)。反射光的光路(L75)从第七镜子(422)反射(L76)，朝向第七PSR(PBS-7A) 传播并穿过第七PSR(PBS-7A)。光路(L76)继续以沿第一方向穿过第二PSR(PBS-B)，穿过第三棱镜(PRISM-C)和第七四分之一波片 (WAVE-7B)。然后，光从第七透镜720反射L77，重新穿越第七四分之一波片(WAVE-7B)、第三棱镜(PRISM-C)，并且反射输出光L8。该示例的特征在于准直器(701)[特别地，第七四分之一波片(WAVE-7B)的表面]与第三棱镜(PRISM-C)的第八表面(C2)相邻。另外，与通常相对于输入图像光路L4成45°的第一PSR(PBS-A)不同，第七PSR(PBS-7A) 相对于输入图像光路L4成45°以外的角度，并且第七镜子(722)相应地相对于第七PSR(PBS-7A)成45°以外的角度，以对准传播光路(L76) 以用于准直器701的准直。在该示例中，第二表面(A2)不与第七镜子(722) 相邻，因为第七镜子(722)相对于入射表面(A1)成斜角。
参照图8，示出了准直器的替选位置的第六示例的草图。在替选紧凑准直器803的该第六示例800中，准直器(准直光源801)可以部署为在若干位置处的部件。在当前附图中，该示例将第一四分之一波片 (WAVE-A)和第一透镜(120)保持为第九准直器(801-2)，然而，如将要描述的，现在在第一光路中的不同位置处。添加第八四分之一波片 (WAVE-8A)和第八透镜(820-1)作为第八准直器(801-1)。用第九四分之一波片(WAVE-8B)和相应的第九透镜820-3替换镜子122，从而实现准直器(401)。第三棱镜(PRISM-C)已被第八棱镜(PRISM-8C)替换，第八棱镜(PRISM-8C)的一个边缘与第九四分之一波片(WAVE-8B) 相邻。
在当前示例中，图像输入光(L84)穿越第五PSR(PBS-5A)和第八四分之一波片(WAVE-8A)，从第八透镜(820-1)反射为光路L85，光路 L85从第五PRS(PBS-5A)反射为光路L855，穿越第一四分之一波片 (WAVE-A)，从第一透镜(120)反射为光路L86，光路L86重新穿越第五PRS(PBS-5A)，穿越第八棱镜(PRISM-8C)和第九四分之一波片 (WAVE-8B)。然后，光从第九透镜820-3反射L7，重新穿越第九四分之一波片(WAVE-8B)、第八棱镜(PRISM-8C)，并且反射输出光L8。该示例的特征在于使用多个四分之一波片和透镜。在该示例中，不使用第一棱镜(PRISM-A)并且第八四分之一波片(WAVE-8A)表面类似于入射表面(A1)，并且第一四分之一波片(WAVE-A)为第二表面(A2)，第二表面(A2)具有分别对应于第一PSR[在该示例中为第五PSR(PBS-5A)] 的第一直角轴(A1N)和第二直角轴(A2N)的法线。
通常，从第二PSR(PBS-B)反射的光是对应于图像的准直光。在光 L7从第二PSR(PBS-B)反射之后，然后从紧凑准直器103设备输出准直输出光L8。
在各种实施方式中，可以在组件(紧凑准直器)的外肋中的每个中部署一个至三个透镜。例如，光学系统100包括一个透镜，并且第六示例 800包括三个透镜。
注意，上述示例、使用的数字和示例性计算用于帮助描述本实施方式。无意的印刷错误、数学错误和/或简化计算的使用不会减损本实用新型的实用性和基本优点。
就所附权利要求书是在没有多项应用的情况下来撰写的而言，这仅仅是为了适应不允许这种多项引用的管辖区域中的形式要求。注意，通过使权利要求多项应用而暗示的所有可能的特征组合被明确地设想并且应该被认为是本实用新型的一部分。
应当理解，以上描述仅旨在用作示例，并且在所附权利要求中限定的本实用新型的范围内，许多其他实施方式是可能的。

Claims (18)

1.一种光学系统，包括：
(a)光学部件的布置，包括：
(i)第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)，
(ii)第二PSR(PBS-B)，以及
(iii)光导(124)，
所述光学系统的特征在于还包括：
(b)所述光学部件的布置限定光路，所述光路至少部分地由光限定，所述光：
(i)朝向所述第一PSR(PBS-A)传播，
(ii)穿越所述第一PSR(PBS-A)，
(iii)然后沿第一方向穿越所述第二PSR(PBS-B)，并且
(iv)然后从第二方向从所述第二PSR(PBS-B)沿输出图像方向反射，并且
(c)其中所述第二PSR(PBS-B)相对于所述第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，使得所述输出图像方向进入所述光导(124)。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，
所述第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)与第一棱镜(PRISM-A)的第三表面(A3)相关联，
(A)所述第一棱镜还包括入射表面(A1)，所述入射表面(A1)具有对应于所述第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)的法线，并且
(B)所述第一棱镜还包括第二表面(A2)，所述第二表面(A2)垂直于所述入射表面(A1)，并且所述第二表面(A2)具有对应于所述第一PSR(PBS-A)的第二直角轴(A2N)的法线，并且
所述第二PSR(PBS-B)相对于所述第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，使得所述输出图像方向倾斜于所述第一PSR(PBS-A)的所述第一直角轴(A1N)和所述第二直角轴(A2N)。
3.一种光学系统，其特征在于，包括：
(a)光学部件的布置，包括：
(i)第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)，其与第一棱镜(PRISM-A)的第三表面(A3)相关联，
(A)所述第一棱镜还包括入射表面(A1)，所述入射表面(A1)具有对应于所述第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)的法线，并且
(B)所述第一棱镜还包括第二表面(A2)，所述第二表面(A2)垂直于所述入射表面(A1)，并且所述第二表面(A2)具有对应于所述第一PSR(PBS-A)的第二直角轴(A2N)的法线，以及
(C)第二PSR(PBS-B)，
(b)所述光学部件的布置限定光路，所述光路至少部分地由光限定，所述光：
(i)朝向所述第一PSR(PBS-A)传播，
(ii)穿越所述第一PSR(PBS-A)，
(iii)然后沿第一方向穿越所述第二PSR(PBS-B)，并且
(iv)然后从第二方向从所述第二PSR(PBS-B)沿输出图像方向反射，并且
(c)其中所述第二PSR(PBS-B)相对于所述第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，使得所述输出图像方向倾斜于所述第一PSR(PBS-A)的所述第一直角轴(A1N)和所述第二直角轴(A2N)。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述第三表面与所述第一直角轴和所述第二直角轴基本成45度角。
5.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述光学部件的布置还包括准直器(101)，所述准直器被配置在所述光路中。
6.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于：
(a)所述准直器包括具有透镜光轴(120N)的第一透镜(120)，
(b)所述光学部件的布置包括配置在所述光路中的反射元件(122)，并且
其中，所述反射元件的表面的法线(122N)相对于所述第一PSR的所述第一直角轴和所述第二直角轴倾斜(122A)。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述反射元件是镜子。
8.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述反射元件是第四透镜(420)。
9.根据权利要求6所述的光学系统，其特征在于：
(a)所述第一PSR的法线(PBS-AN)相对于所述透镜光轴(120N)成45°(度)角度(PBS-AA)。
10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于，还包括：
(a)提供图像输入光(L4)的图像光提供器(110)，
(b)所述光路包括所述图像输入光(L4)，
(c)所述准直器被部署在位于所述图像光提供器(110)下游且位于所述第一PSR上游的所述光路中，所述准直器包括：
(i)与所述第一透镜相邻的第一四分之一波片(WAVE-A)，
(d)所述第一棱镜(PRISM-A)，其具有：
(i)接收所述图像输入光的所述入射表面(A1)，以及
(ii)与所述第一四分之一波片(WAVE-A)相邻的所述第二表面(A2)，以及
(iii)与所述第一PSR(PBS-A)相邻的所述第三表面(A3)，
(e)第二棱镜(PRISM-B)，其具有：
(i)与所述第一PSR(PBS-A)相邻的第四表面(B1)，以及
(ii)与所述第二PSR(PBS-B)相邻的第五表面(B2)，
(f)第二四分之一波片(WAVE-B)，其与所述反射元件(122)相邻，以及
(g)第三棱镜(PRISM-C)，其具有：
(i)与所述第二PSR(PBS-B)相邻的第七表面(C1)，
(ii)与所述第二四分之一波片(WAVE-B)相邻的第八表面(C2)，以及
(iii)第九表面(C3)
(h)被配置成使得所述光路包括：
(i)所述图像输入光(L4)，其经由所述入射表面(A1)进入所述第一棱镜，
(ii)从所述第一PSR反射(L5)，穿越所述第一四分之一波片(WAVE-A)，
(iii)从所述第一透镜(120)反射，重新穿越所述第一四分之一波片，所述第一棱镜，穿过所述第一PSR，所述第二棱镜，沿第一方向穿过所述第二PSR，所述第三棱镜，所述第二四分之一波片，
(iv)从所述镜子反射，重新穿越所述第二四分之一波片，所述第三棱镜，
(v)从所述第二PSR的所述第二方向反射，
(vi)穿越所述第三棱镜，以及
(vii)所述光路的从所述第九表面(C3)沿所述输出图像方向的输出。
11.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于，还包括：
(a)第四棱镜(PRISM-D)，其具有：
(i)与所述第九表面(C3)相邻的第十表面(D1)，以及
(ii)第十一表面(D2)，
从所述第九表面(C3)输出的所述光路穿越所述第四棱镜(PRISM-D)并且从所述第十一表面(D2)沿所述输出图像方向输出。
12.根据权利要求10所述的光学系统，其特征在于，还包括：
(a)光导(124)，其具有至少两个主平行外表面和至少一组部分反射内表面，
(b)被配置成使得从所述第九表面(C3)输出的所述光路进入所述光导。
13.根据权利要求3所述的光学系统，其中，所述光路包括未准直图像光的输入。
14.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述准直器被部署在位于所述第一PSR与所述第二PSR之间的所述光路中。
15.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述准直器被部署在位于所述第二PSR下游的所述光路中。
16.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，从所述第二PSR(PBS-B)反射的光是对应于图像的准直光。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其特征在于，在从所述第二PSR(PBS-B)反射之后，所述准直光然后从所述系统输出。
18.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述输出图像方向在相对于所述系统的输出表面的法线(D2N)的给定角度范围内。
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