[发明专利]采用偏振内反射器的光导光学元件

说明书

光导光学元件(LOE)包括透明基板，该透明基板具有两个平行主外表面，用于在基板内通过全内反射(TIR)引导光。提供具有结构偏振器的LOE内的相互平行内表面，该结构偏振器对平行于主偏振透射轴偏振的光是透明的，并且对垂直于主偏振透射轴偏振的光是部分地或完全地反射的。通过相继内表面的偏振轴的合适取向以及TIR的偏振混合特性和/或双折射材料的使用，可以实现从每个相继小平面耦出图像照明的期望比例。

技术领域

本发明涉及显示系统，并且特别地涉及适合用于显示器的光导光学元件。

背景技术

某些显示技术——特别适合于平视显示器(例如，用于虚拟现实和增强现实应用的近眼显示器)——采用光导光学元件，也称为“波导”，具有一系列内部倾斜的相互平行的部分反射平面(或“小平面”)。图像投影仪光学耦合到波导并且将与准直图像对应的光注入到波导中，以便通过内部反射沿波导传播，以及通过小平面序列处的反射朝向观察者的眼睛从波导逐渐耦出，从而与投影机的输出孔径相比，扩大了与眼睛相对的有效孔径光学孔径。

小平面的反射率对偏振和角度敏感。通常使用电介质涂层来生成期望的反射率图案。

当光在波导内传播时，其由外表面以全内反射(TIR)的角度反射。这种类型的反射在S偏振与P偏振之间生成相位变化。因此，以S偏振或P偏振传播的光将保持其偏振，而具有两个偏振分量的组合偏振(对角或椭圆)将改变取向。

发明内容

本发明是一种光导光学元件。

根据本发明的实施方式的教导，提供了一种光导光学元件，该光导光学元件包括：(a)透明基板，其具有至少两个平行主外表面，用于在基板内通过外表面处的内反射引导光；以及(b)多个相互平行内表面，其被部署在所述基板内且与主外表面不平行，每个内表面的至少一部分包括具有主偏振透射轴的结构偏振器，该结构偏振器对平行于主偏振透射轴偏振的光是基本上透明的，并且对于垂直于主偏振透射轴偏振的光是至少部分地反射的。

根据本发明的实施方式的另一特征，针对内表面中的每个相继内表面相对于在前内表面旋转主偏振透射轴。

根据本发明的实施方式的另一特征，在内表面中的第一内表面与内表面中的后续内表面之间沿第一方向旋转结构偏振器的主偏振透射轴，并且在内表面中的后续内表面与内表面中的进一步后续内表面之间沿与第一方向相反的第二方向旋转结构偏振器的主偏振透射轴。

根据本发明的实施方式的另一特征，在内表面中的第一内表面与内表面中的后续内表面之间将结构偏振器的主偏振透射轴旋转通过第一角度，并且在内表面中的后续内表面与内表面中的进一步后续内表面之间将结构偏振器的主偏振透射轴旋转通过第二角度，第二角度大于第一角度。

根据本发明的实施方式的另一特征，结构偏振器对垂直于主偏振透射轴偏振的光是基本上完全反射的。

根据本发明的实施方式的另一特征，基板的至少一部分由表现出双折射的材料形成。

根据本发明的实施方式的另一特征，主偏振透射轴对于多个内表面中的至少两个相继内表面是平行的。

根据本发明的实施方式的另一特征，该基板具有在主外表面之间测量的厚度，并且其中，该结构偏振器跨小于整个厚度来延伸。

根据本发明的实施方式的另一特征，该结构偏振器横跨小于该厚度的一半。

根据本发明的实施方式的另一特征，该结构偏振器不延伸到主外表面中的任一主外表面。

根据本发明的实施方式的另一特征，还提供了部署在基板内且与主外表面不平行的另外一组相互平行的内表面，该另外一组内表面中的每个表面的至少一部分包括多层部分反射电介质涂层。

根据本发明的实施方式的另一特征，该另外一组内表面与多个内表面平行。