[发明专利]用于偏振旋转的液晶盒

说明书

提出了一种光学元件，其包括堆叠式液晶(LC)结构，用于针对头戴式显示器(HMD)显示应用，旋转分布在宽的波长和入射角上的入射圆偏振光的偏振(例如，旋向)。堆叠式LC结构具有双盒结构，其至少包括第一LC盒和第二LC盒，并且堆叠式LC结构对于在给定视场角内的宽带光(例如，可见光谱)旋转偏振光。设计的双LC盒结构的性能可以在不同应用情况下针对窄带波长和窄入射角被优化。

背景

本公开总体上涉及来自电子显示器的自适应视觉图像，且具体涉及最小化双折射光学部件的双折射色散。

近眼显示器(NED)、增强现实(AR)头戴式装置(headset)和虚拟现实(VR)头戴式装置可以用于模拟虚拟的、增强的和混合的现实环境。例如，立体图像可以显示在头戴式装置内部的电子显示器上，以模拟深度错觉。头部追踪传感器可以用于估计用户正在观看虚拟环境的哪个部分。然而，这种模拟会导致视觉疲劳和恶心，这是由于现有的头戴式装置无法正确地渲染或以其他方式补偿视觉辐辏调节冲突(vergence and accommodationconflict)。

为了创造舒适的观看体验，头戴式装置生成的虚拟图像需要在离眼睛适当的距离处生成。可以使用一个或更多个光学部件(例如液晶盒(liquid crystal cell))来实现这一点。然而，传统的液晶显示器是双折射的。

概述

本文提出了一种集成到近眼显示器(NED)的显示器中的堆叠式(stacked)液晶(LC)。NED可以是人工现实系统的一部分。堆叠式LC结构可以用作偏振旋转器。此处，堆叠式LC结构包括一个或更多个透明基板(substrate)和两个LC盒(例如，膜型)。入射到堆叠式LC结构上的宽带光(broadband light)在传播通过一个或更多个基板和两个LC盒之后作为宽带光离开堆叠式LC结构。堆叠式LC结构被配置成旋转入射宽带光的偏振。也就是说，入射宽带光作为宽带光离开堆叠式LC结构，该离开的宽带光的偏振相对于入射宽带光的偏振已经被旋转。例如，入射宽带光是右旋圆偏振的(RCP)，而离开堆叠式LC结构的宽带光是左旋圆偏振的(LCP)。在实施例中，构成堆叠式LC结构的两个LC盒之一由外部电源驱动以改变堆叠式LC结构的总相位延迟，而另外一个LC盒用作补偿器。在一些实施例中，另外一个LC盒还可以用作用于驱动系统的备用LC盒。在一些实施例中，两个LC盒都由外部电源驱动以改变总相位延迟。

在涉及堆叠式液晶(LC)结构的所附权利要求中具体公开了根据本发明的实施例，其中，在一个权利要求类别(例如堆叠式LC结构)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如，系统、方法、存储介质和计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。

在根据本发明的实施例中，堆叠式液晶(LC)结构可以包括：多个LC盒，其被配置为旋转在一个波长范围和一个入射角范围内的宽带光源的偏振，该多个LC盒以堆叠形式布置，使得宽带光连续穿过多个LC盒中的每一个，其中，由多个LC盒引起的相位调整的量在该波长范围和入射角范围内是与波长无关的(wavelength independent)，并且多个LC盒被相对于彼此定向成使得在宽带光内的所有频带的光的偏振的累积旋转是从第一偏振到第二偏振。

堆叠式LC结构可以是头戴式显示器(HMD)的关联部件。