[发明专利]具有成形偏振器的逆序交叉薄饼透镜

说明书

在各种实施例中，描述了包括成形反射偏振器的薄饼透镜块。在实施例中，成形反射偏振器可以包括光学元件，该光学元件可以被配置为透射来自光源的光的至少一部分。此外，成形反射偏振器可以包括线栅偏振器，该线栅偏振器包括(i)支撑衬底，(ii)耦合到支撑衬底的线栅衬底，以及(iii)设置在线栅衬底上的线栅。成形反射偏振器可以与光学元件间隔一定距离，该距离可以包括填充有材料(例如空气或纳米空隙材料)的腔。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年10月15日提交的美国非临时申请第16/159,752号的权益，该美国非临时申请要求2018年6月7日提交的美国临时申请第62/682,041号的权益，这两个申请的公开内容通过此引用以其整体并入。

背景

在头戴式显示器(HMD)中，用户的眼睛通常占据通常被称为适眼区(eye box)的空间区域，并且可以为用户的每只眼睛提供相应的适眼区。HMD通常显示内容并(例如，使用一个或更多个光学元件)将内容导向适眼区。不幸的是，在HMD内的各种光学元件之间反射的光可能在该过程中产生寄生光。这可能导致呈现给用户的内容的对比度降低。特别地，具有偏振元件的系统可能引入寄生光和/或重影图像(ghost image)，这可能降低图像质量，并因而降低用户的整体体验。

概述

在一些实施例中，描述了一种薄饼透镜块。在至少一个实施例中，该薄饼透镜块可以包括(i)被配置为透射来自辐射源的辐射的至少一部分的光学元件，以及(ii)与光学元件隔开一定距离的成形(shaped)反射偏振器。此外，成形反射偏振器可以被配置为向薄饼透镜块提供消色差光焦度(achromatic optical power)。在一个实施例中，该距离可以被配置为在薄饼透镜块中提供额外的光路长度，并且该距离可以由空气间隙(air gap)或材料中的至少一种来提供。

在一些实施例中，光学元件可以包括(i)具有第一定向轴的第一延迟器，其中第一延迟器可以被配置为选择性地透射来自辐射源的辐射的一部分辐射，(ii)部分反射器，该部分反射器接收来自第一延迟器的该部分辐射并透射该部分辐射，以及(iii)第二延迟器,第二延迟器具有与成形反射偏振器相距一定距离的表面，其中第二延迟器可以定向到第二定向轴，该第二定向轴可以基本上正交于第一定向轴，并且其中第二延迟器透射来自部分反射器的部分辐射。在一些实施例中，成形反射偏振器可以被配置成将由第二延迟器透射的部分辐射反射通过第二延迟器回到部分反射器，其中部分反射器将来自第二延迟器的辐射的第二部分反射回成形反射偏振器。

成形反射偏振器可以包括线栅偏振器。线栅偏振器可以包括(i)支撑衬底(bolstering substrate)，(ii)耦合到支撑衬底的线栅衬底，以及(iii)设置在线栅衬底上的线栅。支撑衬底可以为线栅偏振器提供机械支撑，并且可以保持由第二延迟器透射的部分辐射的偏振状态。在一个方面，成形反射偏振器可以具有可以是凸的、凹的、平面的或不规则的表面。此外，线栅偏振器可以设置在具有曲率半径的透镜上，并且支撑衬底的厚度可以至少部分基于该曲率半径。在一些实施例中，线栅偏振器可以是热成型的，并且支撑衬底可以具有玻璃化转变温度，该玻璃化转变温度的特征在于与温度相关的变化率低于阈值。支撑衬底可以包括三乙酰纤维素(tri-acetyl cellulose，TAC)材料或聚甲基丙烯酸甲酯(poly-methyl methacrylate，PMMA)材料。在至少一个实施例中，线栅衬底可以包括TAC材料或PMMA材料。此外，线栅可以包括TAC材料。

在一些实施例中，头戴式显示器(HMD)可以包括电子显示器和薄饼透镜块，电子显示器被配置为发射光。薄饼透镜块可以包括(i)被配置为透射由电子显示器发射的光的至少一部分的光学元件，以及(ii)与光学元件隔开一定距离的成形反射偏振器。此外，成形反射偏振器可以被配置为向薄饼透镜块提供消色差光焦度。