[发明专利]使用空间变化偏振元件使偏振设备调准

说明书

一种用于偏振设备的调准装置，包括用于使光束偏振的偏振器子组件、用于在偏振器子组件下游的光束路径中可旋转地支撑偏振设备的旋转支撑物、位于旋转支撑物下游以用于接收通过偏振设备传播的光束的检偏器子组件、以及光电探测器阵列，该光电探测器阵列设置在检偏器子组件下游并沿着光束的宽度维度延伸，用于检测通过检偏器子组件传播的光束。偏振器子组件或检偏器子组件中的至少一个包括具有沿光束的宽度维度变化的偏振属性的空间变化偏振元件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年3月28日提交的美国申请第16/368,111号的优先权，该美国申请的内容通过引用以其整体并入本文以用于全部目的。

技术领域

本公开涉及光学装备制造，尤其涉及用于基于偏振的光学设备的调准和组装的设备和方法。

背景

光的偏振属性可用于遥感、成像、眩光消除(glare removal)、光束重定向和切换，提供3D观看效果等。基于偏振的光学设备常包括诸如偏振器和波片的元件。偏振光学元件需要精确地取向，以确保设备的预期操作。例如，为了获得圆偏振光，人们可以使用与四分之一波片堆叠的线性光学偏振器，该四分之一波片的光轴精确地取向为相对于线性光学偏振器的透射轴成45度。如果线性偏振器相对于波片的光轴以不同的角度取向，则可能产生椭圆偏振乃至线性偏振。

头戴式显示器(HMD)、近眼显示器(NED)和包括可穿戴显示器的其他显示系统常使用偏振元件和设备来转换光束的光学偏振，以重定向和切换光束。折叠光束配置可用于为显示器提供紧凑的透镜。为了实现折叠光束配置，偏振旋转器可以与透射和/或反射偏振器相结合。在组装具有折叠光束配置的基于偏振的光学设备的过程中，需要以精确的角度旋转各个偏振部件。装配夹具中偏振部件的旋转角度经常是通过反复试验逐一确定的。基于偏振的设备的繁琐且耗时的光学组装增加了它们的制造成本。

概述

根据本公开，提供了一种用于偏振设备的调准装置。该调准装置包括：偏振器子组件，用于使具有沿第一轴的宽度的光束偏振；旋转支撑物，用于在偏振器子组件下游的光束路径中可旋转地支撑偏振设备；检偏器子组件，位于旋转支撑物下游，用于接收通过偏振设备传播的光束；以及光电探测器阵列，位于检偏器子组件下游，光电探测器阵列沿第一轴延伸，用于检测通过检偏器子组件传播的光束。偏振器子组件或检偏器子组件中的至少一个包括具有沿第一轴变化的偏振属性的空间变化偏振元件。

偏振器子组件可以包括线性透射偏振器，并且检偏器子组件可以包括空间变化偏振元件。偏振器子组件还可以包括在线性透射偏振器下游的四分之一波片。偏振器子组件可以包括空间变化偏振元件，并且检偏器子组件可以包括线性透射偏振器。检偏器子组件还可以包括在线性透射偏振器上游的四分之一波片。

在一些实施例中，空间变化偏振元件包括偏振器片段的阵列，该阵列沿着第一轴延伸。偏振器片段的透射轴方向可以从阵列的偏振器片段到偏振器片段变化。在一些实施例中，空间变化偏振元件包括线性透射偏振器，该线性透射偏振器沿着第一轴延伸并且具有沿着第一轴平滑且连续变化的透射轴方向。

在一些实施例中，空间变化偏振元件包括半波片片段的阵列以及该阵列下游的线性偏振器，该阵列沿着第一轴延伸。阵列的半波片片段的光轴方向可以从阵列的半波片片段到半波片片段变化。在一些实施例中，空间变化偏振元件包括沿第一轴延伸并具有沿第一轴平滑且单调变化的光轴方向的半波光学延迟器，以及位于半波光学延迟器下游的线性偏振器。

在一些实施例中，空间变化偏振元件包括光学延迟器的阵列，该阵列沿着第一轴延伸。阵列的光学延迟器的延迟或光轴方向中的至少一个可以从阵列的光学延迟器到光学延迟器变化。例如，阵列的光学延迟器的延迟在光束的0.2个波长和0.3个波长之间变化。在一些实施例中，空间变化偏振元件包括光学延迟器，该光学延迟器沿着第一轴延伸并且具有沿着第一轴平滑且连续变化的光学延迟或光轴方向中的至少一个。偏振设备可以包括扁平透镜偏振部件。