[发明专利]利用偏振器提高Pancharatnam Berry相位部件的图像质量

说明书

各种实施例阐述了一种近眼显示器(NED)，其包括被配置为输出图像光的电子显示器。此外，该NED包括多个Pancharatnam Berry相位(PBP)光学元件(630)，其与一个或更多个圆偏振器(610，620)相结合以改善光学性能。PBP元件产生三个衍射级的输出。典型地，在包括这种PBP元件的光学系统中，使用三个衍射级中的一个(650)，而另外两个(670，660)是不期望的，并且优选地保持在相对低的强度。圆偏振器(610，620)可以降低两个不期望的衍射级的强度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年3月15日提交的、序列号为62/643,691的、标题为“ComputerGenerated Reality”的美国临时专利申请的优先权权益，并要求于2018年6月12日提交的、序列号为16/006,706的、标题为“Improving Image Quality of Pancharatnam BerryPhase Components Using Polarizers”的美国专利申请的优先权权益。这些申请的主题在此通过引用并入本文。

背景

各种实施例的领域

本公开的实施例总体上涉及近眼显示器，更具体地，涉及使用偏振器(polarizer)来改善Pancharatnam Berry相位部件的光学性能。

相关技术的描述

Pancharatnam Berry相位(PBP)或几何相位部件可用于头戴式显示器(HMD)的光学组件中，头戴式显示器可以是例如虚拟现实(VR)系统、增强现实(AR)系统、混合现实(MR)系统或其某种组合的一部分。PBP部件可以由液晶(LC)或超材料制成。PBP部件可以实现为PBP光栅和/或PBP透镜。然而，这两种类型的PBP部件的工作都依赖于波长。例如，PBP部件的衍射角或焦距根据光的波长而变化。这种特征可能降低光学系统的图像质量，所述光学系统采用PBP部件和发射多个波长或颜色通道的光的光源。

概述

各种实施例阐述了一种近眼显示器(NED)，其包括被配置为输出图像光的电子显示器。此外，该NED包括一个或更多个PBP光学元件，PBP光学元件与一个或更多个偏振器相结合以改善光学性能。在一些示例中，光学元件可以被配置用于光束转向(例如，通过衍射)。在其他示例中，光学元件可以被配置为透镜。

通常，PBP元件产生三个衍射级的输出。在包括这种PBP元件的光学系统中，使用三个衍射级中的一个，而其他两个可能是不期望的，并且保持在相对低的强度(理想地，强度为零)。这些不期望的衍射级的非零强度可能导致重影图像和其他降低光学系统的图像质量的效应。PBP元件的工作对波长的依赖性相对较强。因此，如果特定的PBP元件被设计用于特定波长的光，那么该PBP元件在其他波长的光上将不能有效地工作。例如，PBP元件可以产生两个不期望的衍射级的相对高的强度。圆偏振器可以降低两个不期望的衍射级的强度。

本文公开的技术的一个优点是，PBP元件可以用于在多个波长或颜色通道上工作，同时降低光学性能的衰退。