[实用新型]紧凑准直光学系统

说明书

一种光学系统，包括光学部件的布置，其包括与第一棱镜的第三表面相关联的第一偏振选择反射器PSR。第一棱镜包括入射表面，该入射表面具有对应于第一PSR的第一直角轴的法线。第一棱镜包括垂直于入射表面的第二表面，并且具有对应于第一PSR的第二直角轴的法线。光学部件的布置限定了以下光路：该光路朝向第一PSR传播，穿越第一PSR，然后沿第一方向穿越第二PSR，并且然后从第二方向从第二PSR沿输出图像方向反射。第二PSR相对于第一PSR倾斜，使得输出图像方向倾斜于第一PSR的第一直角轴和第二直角轴。

技术领域

本实用新型涉及光学系统，以及特别地涉及具有紧凑准直图像投射器的光学系统。

背景技术

在头戴式显示器(HMD)领域中特别需要紧凑光学装置，其中光学模块执行图像生成(“成像器”)和图像到无限远的准直以便传递给观看者的眼睛的功能。图像可以从显示装置获得，直接从空间光调制器(SLM) 例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、硅上液晶(LCoS)、数字微镜器件(DMD)、OLED显示器、微LED阵列、扫描源或类似装置获得，或间接借助于中继透镜或光纤束获得。由像素阵列组成的图像通过准直装置聚焦到无限远并且通常通过作为组合器的部分反射表面或反射表面传送到观察者的眼睛中，分别用于非透视应用和透视应用。通常，传统的自由空间光学模块被用于这些目的。

随着系统的期望视场(FOV)增加，这种类型的传统光学模块变得更笨重和更庞大，因此即使对于中等性能的装置也是不切实际的。这是所有类型显示器的主要缺点，但在头戴式应用中尤其如此，在头戴式应用中，系统必须尽可能轻便和紧凑。

对紧凑性的要求导致了几种不同的复杂光学解决方案，其中许多方案对于大多数实际应用来说仍然不够紧凑，并且同时在成本、复杂性和可制造性方面存在缺陷。在一些情况下，全范围的光学视角可见的眼睛运动盒 (EMB)较小，例如小于6mm，使得光学系统的性能对于光学系统相对于观察者的眼睛的即使小的运动仍敏感，并且不能适应足够的瞳孔运动以便从这种显示器中舒适地阅读文本。

用于HMD和近眼显示器的特别有利的一系列解决方案可从Lumus Ltd.(鲁姆斯有限公司)(以色列)购得，其通常采用具有至少一组部分反射表面的光导(光导光学元件[LOE]、光导、波导)或用于将图像传送至用户的眼睛的其他合适的光学元件。在以下PCT专利公布中描述了鲁姆斯有限公司的技术的各个方面，这些PCT专利公布通过引用结合到本文中作为提供本实用新型的相关背景：WO 01/95027，WO 2006/013565， WO 2006/085309，WO 2006/085310，WO 2007/054928，WO 2008/023367 和WO 2008/129539。

实用新型内容

根据本实施方式的教导，提供了一种光学系统，该光学系统包括：光学部件的布置，其包括第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)、第二PSR (PBS-B)和光导(124)，光学部件的布置限定光路，光路至少部分地由光限定，该光：朝向第一PSR(PBS-A)传播，穿越第一PSR(PBS-A)，然后沿第一方向穿越第二PSR(PBS-B)，然后从从第二方向从第二PSR (PBS-B)沿输出图像方向反射，并且其中，第二PSR(PBS-B)相对于第一PSR(PBS-A)倾斜(PRISM-BA)，使得输出图像方向进入光导(124)。

在可选实施方式中，第一偏振选择反射器PSR(PBS-A)与第一棱镜 (PRISM-A)的第三表面(A3)相关联，第一棱镜还包括入射表面(A1)，入射表面(A1)具有对应于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)的法线，并且第一棱镜还包括第二表面(A2)，第二表面(A2)垂直于入射表面(A1)，并且第二表面(A2)具有对应于第一PSR(PBS-A)的第二直角轴(A2N)的法线，并且第二PSR(PBS-B)相对于第一PSR(PBS-A) 倾斜(PRISM-BA)，使得输出图像方向倾斜于第一PSR(PBS-A)的第一直角轴(A1N)和第二直角轴(A2N)。