Valve Pancake VR专利分享用多个衍射光学元件来优化衍射，降低色差

　　Pancake已经成为厂商小型化头显的一个重要选择。对于正在研发下一代VR头显的Valve而言，团队同样有探索类似的光学元件设计。

　　在名为“Compact optics for head-mounted display systems”的专利申请中，V社又介绍了一份与Pancake光学元件相关的发明。

　　图1是描述头显设备100的示意图。与头显设备100相关联的计算设备可以向头显设备100提供与单个虚拟内容项相关联的渲染数据。渲染数据可以包括用于通过设备的显示呈现虚拟内容项的图形表示的指令，例如相关的几何、视点、纹理、光照、阴影等的指令。

　　计算设备可以位于网络中与头显设备100的远程位置。在其他实施例中，计算设备可以与头显设备100并列，并通过有线或无线方式耦合到头显设备。

　　图2示出了相对于用户眼睛206定位的头显设备200的部分202。头显设备200可以配置为显示可由用户左眼和右眼看到的图像。示例光线208和210说明了从头显设备200到用户眼睛206的角膜212的潜在光路。

　　图3示出了包括显示器和光学子系统的系统300的示意性截面图。例如，系统300可以并入头戴式设备中。图3同时了用户眼睛308的示意图。

　　显示系统302可包括像素化显示器304和位于像素化显示器前面以提供圆偏振光的圆偏振光片305。在其他实施例中，显示器304可以配置为输出不同偏振光，例如垂直或水平偏振光。

　　在一个实施例中，可以将显示器304配置为输出特定颜色的偏振光，例如在第一偏振状态下偏振光的蓝光和绿光以及在第二偏振状态下偏振光的红光。第一极化状态可以与第二极化状态正交。

　　所述显示系统302可包括发射光的背光组件，所述背光组件可包括光源，诸如一个或多个LED、一个或多个OLED、一个或多个量子。背光组件中的光源可以发射跨广谱的光，以便显示系统302可以产生跨可见光谱的彩色图像。例如，背光组件可以在大约160至180度的范围内均匀地在其整个正面发射光。

　　光学子系统306可包括一个或多个衍射光学元件，用于将来自显示器302的光320、322指向用户眼睛308。

　　Valve指出，光学子系统306可以具有折反射或Pancake结构，例如，通过反射和折射或“折叠”光路可以提供非常紧凑的设计。

　　光学子系统306可包括一个或多个反射偏振器、波片、附加衍射光学元件等。在这种情况下，光学子系统306可以包括光学元件的组件，其配置为使用至少部分地基于光的偏振的轴上光学折叠将来自显示系统302的光，

　　光学系统306可以包括多个堆叠的衍射光学元件，所述衍射光学元件均调谐以作用于光的特定偏振并通过具有不同偏振状态的光。光学子系统306可以粘贴到显示系统302的其余部分。

　　光学子系统306可以包括各种其它光学元件。例如，光学子系统306可包括至少一个偏振分束器。

　　在至少一个实施例中，反射偏光镜338可以粘附到光学透明基材。反射偏振器可位于衍射光学元件和光学子系统的出口表面(之间。反射偏振器可以基本上透射具有第一偏振状态的光，并且基本上反射具有与第一偏振状态正交的第二偏振状态的光。

　　至少在一个实现中，反射偏振器可以表示一个分束器，并只允许第一方向的线偏振光通过它，从而反射所有其他在第一方向上不是线偏振光的光。反射偏振器可以是线性偏振器反射器，或反射线性偏振器。所以，反射偏振器可以将线性偏振器和分束器的功能组合成单个元件。

　　在图4中，系统400可包括像素化显示系统402。显示系统402可包括像素化显示404和位于像素化显示前面以提供圆偏振光的偏光镜405。所述显示系统402可包括发射光的背光组件。背光组件中的光源可以发射跨广谱的光，以便显示系统402可以产生跨可见光谱的彩色图像。例如，背光组件可以在大约160至180度的范围内均匀地在其整个正面发射光。

　　与背光源组件协调的显示系统402可以在高达约180度的角度范围内发射光。这个发射角度的范围可以称为背光组件的视场或背光组件的光锥。

　　光学子系统406和410可包括位于显示系统的一个或多个衍射光学元件406，以将来自显示系统402的光420、422、424指向用户眼睛408。光学子系统可以有一个Pancake结构。

　　光学子系统可进一步包括四分之一波片412和反射偏振器414。光学系统的衍射光学元件406包括堆叠在一起的第一衍射光学元件和第二衍射光学元件。

　　反射偏振片414可以粘附到光学透明基片上，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状态的光，并且基本上反射具有与第一偏振状态正交的第二偏振状态的光。

　　在至少一个实施例中，反射偏振器414可以表示仅让第一方向的线偏振光通过它的分束器，从而反射在第一方向上不是线偏振光的所有其他光。所述反射偏振器414可是线性偏振器反射器。

　　图4示出了根据一个或多个实施例的光学系统的折叠光路420、422、424。光学元件中的一个或多个可以具有一个或多个涂层或层，例如抗反射涂层、增强对比度涂层、反射或部分反射涂层。例如，在衍射光学元件406和圆偏振器405之间可以有部分反射器以提供反射光学系统。

　　在图5中，显示系统500可以实质上类似于上述系统400，但可以包括在衍射光学元件406和所述四分之一波片412之间耦合(的光学透明层502。光学透明层或组件502可以由玻璃、塑料或任何其他合适的材料形成。

　　图6示出了宽度和高度为46毫米的示例性衍射光学元件的相位轮廓的表面相位图600。相位以模数2π表示。图7是显示图6的衍射光学元件沿水平轴的相位截面图700，其中水平轴在−5.0 mm至+5.0 mm之间延伸。

　　衍射光学元件可以包括任何类型的衍射光学元件中的一个或多个，衍射光学元件可包括第一衍射光学元件和第二衍射光学元件，第一衍射光学元件可用于衍射第一偏振状态的光并通过第二偏振状态的光，第二衍射光学元件可用于衍射第二偏振状态的光并通过第一偏振状态的光。

　　在至少一个实施例中，第一衍射光学元件优化为衍射具有第一偏振状态的第一颜色的光(例如红光)，并且第二衍射光学元件优化为衍射具有与第一偏振状态正交的第二偏振状态的第二颜色和第三颜色(例如蓝色和绿色)的光。因此，可以使用多个(例如两个)衍射光学元件来基于偏振提供针对特定颜色的优化衍射，从而显著降低光学系统的整体色差。

　　名为“Compact optics for head-mounted display systems”的V社专利申请最初在2022年12月提交，并在日前由美国专利商标局公布。