[发明专利]使用基于液晶的微显示装置的光学装置的电子补偿方法和系统

说明书

获取电子显示装置和双折射元件。电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的液晶材料。电子显示装置和双折射元件分别具有各自的偏振轴。电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量。确定与偏移量成比例的补偿电压。在透明电极上施加补偿电压，以使液晶材料呈现中间状态。电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了旋转偏移。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年1月29日提交的美国临时专利申请第62/797,973号的优先权，该申请的全部公开内容通过引用合并于本文中。

技术领域

本发明涉及光学装置和系统，具体地涉及包括图像投影光学装置的光学装置和系统，该图像投影光学装置投影由基于液晶的电子微显示装置(例如硅基液晶(LCoS)显示装置和液晶显示(LCD)装置)产生的图像。

背景技术

在头戴式显示器(HMD)和近眼显示器(NED)领域中，特别需要紧凑型光学装置，其中，光学模块执行图像生成以及将图像准直到无穷远的功能，以传递到观看者的眼睛。图像可以从电子显示装置获得：从诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCoS)、数字微镜装置(DMD)、OLED显示器、扫描源或类似装置的空间光调制器(SLM)直接获得，或者借助于中继透镜或光纤束间接获得。由像素阵列组成的图像通过准直装置被聚焦到无穷远，并且通常通过充当组合器的反射面或部分反射面传送到观看者的眼睛中，以分别用于非透视应用和透视应用。通常，常规的自由空间光学模块用于这些目的。

HMD和NED的特别有利的解决方案系列可以从Lumus有限公司(以色列)商购，这些解决方案通常采用具有部分反射面的光导基板(光波导)或者用于将图像传递到用户的眼睛的其他适用的光学元件。

在依赖基于液晶的装置(例如LCoS或LCD)作为显示装置的光学架构中，显示装置响应于照明光学器件(该照明光学器件包括偏振光源)的照射而发射偏振光波。由显示装置发射的偏振光波通过成像光学器件以产生准直的偏振图像光波，在前述用于HMD和NED的解决方案系列的情况下，该准直的偏振图像光波然后耦合至光导基板中。

通常在显示装置与照明光学器件之间的布置中使用双折射元件，以抑制不想要的光透射到成像光学器件。对于例如LCoS的反射型显示装置，双折射元件被布置在显示装置的输出与照明光学器件之间。对于背光显示装置(例如LCD)，双折射元件被布置在照明光学器件与显示装置的输入之间。

图1示出了图像投影光学装置10(在下文中称为图像投影仪10)的非限制性示例的示意图，该图像投影光学装置10具有实现为反射型显示装置(即LCoS)的显示装置12，该显示装置12产生可以注入到光导基板中的准直的偏振图像光波。由光波透射材料形成的照明棱镜20具有多个外表面，所述外表面包括光入射面28、图像显示面30和光出射表面32。偏振选择分束器构造22(简称为PBS 22)被布置在照明棱镜20内的相对于光波入射面28倾斜的平面上。照明棱镜20基于标记为24和26的两个组成棱镜(即由两个组成棱镜24和棱镜26形成)，其中棱镜24、棱镜26中的至少一个被设置在斜面上，并且偏振分束器形成PBS 22的至少一部分。棱镜24、26的两个斜面彼此粘合在一起以形成粘合的照明棱镜组件(即照明棱镜20)。照明棱镜20用于显示装置12的照明。