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Pancake光學(xué)元件

（映維網(wǎng)Nweon?2023年08月01日）Pancake已經(jīng)成為廠商小型化頭顯的一個(gè)重要選擇。對(duì)于正在研發(fā)下一代VR頭顯的Valve而言，團(tuán)隊(duì)同樣有探索類似的光學(xué)元件設(shè)計(jì)。

在名為“Compact optics for head-mounted display systems”的專利申請(qǐng)中，V社又介紹了一份與Pancake光學(xué)元件相關(guān)的發(fā)明。

圖1是描述頭顯設(shè)備100的示意圖。與頭顯設(shè)備100相關(guān)聯(lián)的計(jì)算設(shè)備可以向頭顯設(shè)備100提供與單個(gè)虛擬內(nèi)容項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的渲染數(shù)據(jù)。渲染數(shù)據(jù)可以包括用于通過(guò)設(shè)備的顯示呈現(xiàn)虛擬內(nèi)容項(xiàng)的圖形表示的指令，例如相關(guān)的幾何、視點(diǎn)、紋理、光照、陰影等的指令。

計(jì)算設(shè)備可以位于網(wǎng)絡(luò)中與頭顯設(shè)備100的遠(yuǎn)程位置。在其他實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備可以與頭顯設(shè)備100并列，并通過(guò)有線或無(wú)線方式耦合到頭顯設(shè)備。

圖2示出了相對(duì)于用戶眼睛206定位的頭顯設(shè)備200的部分202。頭顯設(shè)備200可以配置為顯示可由用戶左眼和右眼看到的圖像。示例光線208和210說(shuō)明了從頭顯設(shè)備200到用戶眼睛206的角膜212的潛在光路。

圖3示出了包括顯示器和光學(xué)子系統(tǒng)的系統(tǒng)300的示意性截面圖。例如，系統(tǒng)300可以并入頭戴式設(shè)備中。圖3同時(shí)了用戶眼睛308的示意圖。

顯示系統(tǒng)302可包括像素化顯示器304和位于像素化顯示器前面以提供圓偏振光的圓偏振光片305。在其他實(shí)施例中，顯示器304可以配置為輸出不同偏振光，例如垂直或水平偏振光。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以將顯示器304配置為輸出特定顏色的偏振光，例如在第一偏振狀態(tài)下偏振光的藍(lán)光和綠光以及在第二偏振狀態(tài)下偏振光的紅光。第一極化狀態(tài)可以與第二極化狀態(tài)正交。

所述顯示系統(tǒng)302可包括發(fā)射光的背光組件，所述背光組件可包括光源，諸如一個(gè)或多個(gè)LED、一個(gè)或多個(gè)OLED、一個(gè)或多個(gè)量子。背光組件中的光源可以發(fā)射跨廣譜的光，以便顯示系統(tǒng)302可以產(chǎn)生跨可見光譜的彩色圖像。例如，背光組件可以在大約160至180度的范圍內(nèi)均勻地在其整個(gè)正面發(fā)射光。

光學(xué)子系統(tǒng)306可包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件，用于將來(lái)自顯示器302的光320、322指向用戶眼睛308。

Valve指出，光學(xué)子系統(tǒng)306可以具有折反射或Pancake結(jié)構(gòu)，例如，通過(guò)反射和折射或“折疊”光路可以提供非常緊湊的設(shè)計(jì)。

光學(xué)子系統(tǒng)306可包括一個(gè)或多個(gè)反射偏振器、波片、附加衍射光學(xué)元件等。在這種情況下，光學(xué)子系統(tǒng)306可以包括光學(xué)元件的組件，其配置為使用至少部分地基于光的偏振的軸上光學(xué)折疊將來(lái)自顯示系統(tǒng)302的光，

光學(xué)系統(tǒng)306可以包括多個(gè)堆疊的衍射光學(xué)元件，所述衍射光學(xué)元件均調(diào)諧以作用于光的特定偏振并通過(guò)具有不同偏振狀態(tài)的光。光學(xué)子系統(tǒng)306可以粘貼到顯示系統(tǒng)302的其余部分。

光學(xué)子系統(tǒng)306可以包括各種其它光學(xué)元件。例如，光學(xué)子系統(tǒng)306可包括至少一個(gè)偏振分束器。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，反射偏光鏡338可以粘附到光學(xué)透明基材。反射偏振器可位于衍射光學(xué)元件和光學(xué)子系統(tǒng)的出口表面(之間。反射偏振器可以基本上透射具有第一偏振狀態(tài)的光，并且基本上反射具有與第一偏振狀態(tài)正交的第二偏振狀態(tài)的光。

至少在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，反射偏振器可以表示一個(gè)分束器，并只允許第一方向的線偏振光通過(guò)它，從而反射所有其他在第一方向上不是線偏振光的光。反射偏振器可以是線性偏振器反射器，或反射線性偏振器。所以，反射偏振器可以將線性偏振器和分束器的功能組合成單個(gè)元件。

在圖4中，系統(tǒng)400可包括像素化顯示系統(tǒng)402。顯示系統(tǒng)402可包括像素化顯示404和位于像素化顯示前面以提供圓偏振光的偏光鏡405。所述顯示系統(tǒng)402可包括發(fā)射光的背光組件。背光組件中的光源可以發(fā)射跨廣譜的光，以便顯示系統(tǒng)402可以產(chǎn)生跨可見光譜的彩色圖像。例如，背光組件可以在大約160至180度的范圍內(nèi)均勻地在其整個(gè)正面發(fā)射光。

與背光源組件協(xié)調(diào)的顯示系統(tǒng)402可以在高達(dá)約180度的角度范圍內(nèi)發(fā)射光。這個(gè)發(fā)射角度的范圍可以稱為背光組件的視場(chǎng)或背光組件的光錐。

光學(xué)子系統(tǒng)406和410可包括位于顯示系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件406，以將來(lái)自顯示系統(tǒng)402的光420、422、424指向用戶眼睛408。光學(xué)子系統(tǒng)可以有一個(gè)Pancake結(jié)構(gòu)。

光學(xué)子系統(tǒng)可進(jìn)一步包括四分之一波片412和反射偏振器414。光學(xué)系統(tǒng)的衍射光學(xué)元件406包括堆疊在一起的第一衍射光學(xué)元件和第二衍射光學(xué)元件。

反射偏振片414可以粘附到光學(xué)透明基片上，并且四分之一波片412可以粘附到反射偏振片上。反射偏振器414可以基本上透射具有第一偏振狀態(tài)的光，并且基本上反射具有與第一偏振狀態(tài)正交的第二偏振狀態(tài)的光。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，反射偏振器414可以表示僅讓第一方向的線偏振光通過(guò)它的分束器，從而反射在第一方向上不是線偏振光的所有其他光。所述反射偏振器414可是線性偏振器反射器。

圖4示出了根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)的折疊光路420、422、424。光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)可以具有一個(gè)或多個(gè)涂層或?qū)?，例如抗反射涂層、增?qiáng)對(duì)比度涂層、反射或部分反射涂層。例如，在衍射光學(xué)元件406和圓偏振器405之間可以有部分反射器以提供反射光學(xué)系統(tǒng)。

在圖5中，顯示系統(tǒng)500可以實(shí)質(zhì)上類似于上述系統(tǒng)400，但可以包括在衍射光學(xué)元件406和所述四分之一波片412之間耦合(的光學(xué)透明層502。光學(xué)透明層或組件502可以由玻璃、塑料或任何其他合適的材料形成。

圖6示出了寬度和高度為46毫米的示例性衍射光學(xué)元件的相位輪廓的表面相位圖600。相位以模數(shù)2π表示。圖7是顯示圖6的衍射光學(xué)元件沿水平軸的相位截面圖700，其中水平軸在?5.0 mm至+5.0 mm之間延伸。

衍射光學(xué)元件可以包括任何類型的衍射光學(xué)元件中的一個(gè)或多個(gè)，衍射光學(xué)元件可包括第一衍射光學(xué)元件和第二衍射光學(xué)元件，第一衍射光學(xué)元件可用于衍射第一偏振狀態(tài)的光并通過(guò)第二偏振狀態(tài)的光，第二衍射光學(xué)元件可用于衍射第二偏振狀態(tài)的光并通過(guò)第一偏振狀態(tài)的光。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，第一衍射光學(xué)元件優(yōu)化為衍射具有第一偏振狀態(tài)的第一顏色的光(例如紅光)，并且第二衍射光學(xué)元件優(yōu)化為衍射具有與第一偏振狀態(tài)正交的第二偏振狀態(tài)的第二顏色和第三顏色(例如藍(lán)色和綠色)的光。因此，可以使用多個(gè)(例如兩個(gè))衍射光學(xué)元件來(lái)基于偏振提供針對(duì)特定顏色的優(yōu)化衍射，從而顯著降低光學(xué)系統(tǒng)的整體色差。

相關(guān)專利：Valve Patent | Compact optics for head-mounted display systems

https://patent.nweon.com/29567

名為“Compact optics for head-mounted display systems”的V社專利申請(qǐng)最初在2022年12月提交，并在日前由美國(guó)專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/111009