CN111587392A - 波导照射器 - Google Patents
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Abstract
一种用于增强现实头戴式显示目镜的光学系统，该光学系统被配置为将图像传递到眼睛，其中，该光学系统包括光学器件。该光学器件被设置为接收从光源输出的光。该光学器件进一步相对于空间光调制器布置为使得从光源接收的光传播通过光学器件并照射空间光调制器。照射空间光调制器的光通过光学器件被重定向返回，并通过至少一个耦入光学元件被耦入至少一个波导中。所耦合光的至少一部分通过至少一个耦出光学元件从至少一个波导中射出并被引导到用户的眼睛。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119(e)主张2017年12月11日提交的题为“WAVEGUIDEILLUMINATOR(波导照射器)”的，序列号为62/597,359的美国临时专利申请以及2018年1月30日提交的题为“WAVEGUIDE ILLUMINATOR(波导照射器)”的，序列号为62/624,109的美国临时专利申请的优先权益，上述每个申请的全部公开内容特此通过引用并入此文。
通过引用纳入
本申请通过引用将以下专利申请中的每一者的全部内容纳入：2014年11月27日提交的，序列号为14/555,585的，作为于2015年7月23日公开的，序列号为2015/0205126的美国公开的美国申请；2015年4月18日提交的，序列号为14/690,401的，作为于2015年10月22日公开的，序列号为2015/0302652的美国公开的美国申请；2014年3月14日提交的，序列号为14/212,961的美国申请，现为2016年8月16日公开的，序列号为9,417,452的美国专利；2014年7月14日提交的，序列号为14/331,218的，作为于2015年10月29日公开的序列号为2015/0309263的美国公开的美国申请；以及2017年12月11日提交的，序列号为62/597,359的美国临时申请。
技术领域
本公开涉及具有既用于空间光调制器照射又用于图像投影的通用光学器件的显示系统。
背景技术
现代计算和显示技术促进了用于所谓“虚拟现实”或“增强现实”体验的系统的开发，在这些体验当中，数字再现的图像或其部分以看起来真实或可以被感知为真实的方式呈现给用户。虚拟现实或“VR”场景通常涉及数字或虚拟图像信息的呈现，而对于其它实际的真实世界的视觉输入不透明；增强现实或“AR”场景通常涉及呈现将数字或虚拟图像信息呈现为用户周围的实际世界的可视化的增强。混合现实或“MR”场景是AR类型场景，且通常涉及集成到自然世界中，并对自然世界做出响应的虚拟对象。例如，MR场景可以包括AR图像内容，其看起来被真实世界中的对象遮挡或者以其它方式，被感知为与真实世界中的对象交互。
参考图1，描绘了增强现实场景10。AR技术的用户看到了真实世界的公园状设置20，该设置以人、树、背景中的建筑物以及混凝土平台30为特征。用户还感知到他/她“看到了”“虚拟内容”，诸如站在真实世界平台30上的机器人雕像40，以及看起来是大黄蜂的化身的飞舞的卡通式化身角色50。这些元素50、40是“虚拟的”，因为它们在真实世界中不存在。由于人类视觉感知系统是复杂的，因此要产生有助于在其它虚拟或真实世界图像元素当中舒适、感觉自然、丰富呈现的虚拟影像元素的AR技术极具挑战性。
本文公开的系统和方法解决了与AR和VR技术相关的各种挑战。
可以在显示系统中使用偏振分束器，以将偏振光引导到光调制器，然后将该光引导到观看者。一般而言，一直要求减小显示系统的尺寸，因此还需要减小显示系统的组成部件的尺寸，包括利用偏振分束器的组成部件。
发明内容
本公开的系统、方法和设备各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独地负责本文所公开的期望属性。
本说明书中描述的主题的一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。根据说明书、附图和权利要求书，其它特征、方面和优点将变得显而易见。值得注意的是，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
本文描述了具有既用于空间光调制器照射又用于图像投影的通用光学器件的头戴式显示系统的各种示例。
示例：
1.一种头戴式显示系统，被配置为向用户的眼睛投射光以在所述用户的视野中显示增强现实图像内容，所述头戴式显示系统包括：
框架，其被配置为被支撑在所述用户的头部；
至少一个光源，其被配置为输出光；
空间光调制器，其被设置为接收来自所述至少一个光源的光；
目镜，其被设置在所述框架上，所述目镜被配置为将来自所述空间光调制器的光引导到所述用户的眼睛中以向所述用户的视野显示增强显示图像内容，所述目镜的至少一部分是透明的并且在所述用户穿戴所述头戴式显示器时被设置在所述用户的眼睛前方的位置处，其中，透明部分将来自所述用户前方的物理环境的一部分的光向所述用户的眼睛透射，以提供所述用户前方的所述物理环境的所述一部分的视图，所述目镜包括：
(a)至少一个波导；
(b)至少一个耦入光学元件，其被配置为将来自所述空间光调制器的光耦入所述至少一个波导中；以及
(c)至少一个耦出光学元件，其被配置为将在所述波导内被引导的光耦出所述波导，并将所述光向所述用户的眼睛引导；以及
光学器件，其具有光焦度，所述光学器件被设置为接收从所述光源输出的光，所述光学器件相对于所述空间光调制器被布置为使得从所述光源接收的所述光传播通过所述光学器件并照射所述空间光调制器，
其中，所述头戴式显示系统被配置为使得照射所述空间光调制器的光通过所述光学器件被重定向返回并通过所述至少一个耦入光学元件被耦入所述至少一个波导中，并且所耦合的光的至少一部分通过所述至少一个耦出光学元件从所述至少一个波导射出并被引导到所述用户的眼睛。
2.根据示例1所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射不同颜色光的多颜色光源。
3.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射红色、绿色、和蓝色光的红绿蓝色(RGB)光源。
4.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射青色、品红色、和黄色光的青、品红、黄色(CMY)光源。
5.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，包括：
多个横向移位的光发射器，其被配置为输出光；
聚光光学器件，其被配置为收集来自所述多个光发射器的光；
扩散器；以及
多个孔，其邻近所述扩散器。
6.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括耦合光学器件，其相对于所述光发射器设置以收集从所述光源输出的光。
7.根据示例6所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件包括复合抛物面聚光器(CPC)。
8.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括反射性空间光调制器。
9.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括液晶空间光调制器。
10.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括垂直对准的液晶空间光调制器。
11.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括基于偏转的空间光调制器。
12.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括可移动反射镜阵列。
13.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括光吸收器，以使得在关闭状态下，光被所述可移动反射镜阵列引导到所述光吸收器，以及在打开状态下，光被引导到对应的耦入光学元件。
14.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括对可见光透明的材料，所述材料具有足以通过全内反射来在所述波导中引导光的折射率。
15.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括波导堆叠。
16.根据示例15所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的不同波导被配置为输出具有不同的相应颜色的光。
17.根据示例15或16所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的第一波导、第二波导、和第三波导被配置为分别输出第一颜色光、第二颜色光、和第三颜色光，所述第一颜色光、第二颜色光、和第三颜色光分别为红色光、蓝色光、和绿色光。
18.根据示例15至16中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的不同波导被配置为输出具有不同波前的光，所述具有不同波前的光具有不同的发散量、会聚量、和准直量中的至少一者，就像从距所述用户的眼睛不同距离处投射的一样。
19.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被配置为耦入特定偏振的光。
20.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述耦入光学元件包括衍射光学元件和反射器中的至少一者。
21.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件。
22.根据示例21所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
23.根据示例22所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
24.根据示例23所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
25.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的一波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
26.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的一波导中的所述耦入光学元件的光源，所述光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
27.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入所述至少一个波导中的一波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
28.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件被配置为耦入预定偏振的光。
29.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括相对于彼此横向移位的多个耦入光学元件。
30.根据示例29所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的第一波导中以在其中引导所述光的第一耦入光学元件、以及被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的第二波导中以在其中引导所述光的第二耦入光学元件，所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相对于彼此横向移位。
31.根据示例29或30所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件的第一光源和相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件的第二光源。
32.根据示例30所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件中的第一光源，所述第一光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
33.根据示例32所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件中的第二光源，所述第二光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
34.根据示例33所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光和从所述第二波导耦出的光具有不同的会聚量、发散量、和准直量中的至少一者，并因此看起来像源自不同的深度平面。
35.根据示例31至34任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光被准直，并且从所述第二波导输出的光发散。
36.根据示例31至34任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光发散第一量，并且从所述第二波导耦出的光发散第二量，其中，所述第二量不同于所述第一量。
37.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
38.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述至少一个耦入光学元件中的光源，所述至少一个耦入光学元件被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入所述至少一个波导中的一波导中，所述至少一个光源被配置为在不同时间发射不同的红色光、绿色光和蓝色光。
39.根据示例31所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源是第一颜色光源，并且所述第二光源是具有与所述第一颜色不同的颜色的第二颜色光源。
40.根据示例39所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源是红色光源，并且所述第二颜色光源是绿色光源和蓝色光源之一。
41.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括多个耦入光学元件组，每组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述多组中的每组相对于彼此横向移位。
42.根据示例41所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
43.根据示例42所述的系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色能够传播所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
44.根据示例43所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
45.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括第一耦入光学元件组和第二耦入光学元件组，所述第一耦入光学元件组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述第二耦入光学元件组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述第一组和所述第二组相对于彼此横向移位。
46.根据示例45所述的头戴式显示系统，其中，所述第一多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
47.根据示例46所述的头戴式显示系统，其中，所述第一多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色能够传播通过所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
48.根据示例47所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
49.根据示例48所述的头戴式显示系统，其中，第二多个耦入光学元件包括第四耦入光学元件和第五耦入光学元件，所述第五耦入光学元件被设置在所述第四耦入光学元件的上方，以使得第四颜色的光能够被所述第四耦入光学元件耦入第四波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第五颜色能够传播通过所述第四耦入光学元件到达所述第五耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第五波导中以在其中被引导。
50.根据示例49所述的头戴式显示系统，其中，所述第二多个耦入光学元件包括第六耦入光学元件，其被设置在所述第四耦入光学元件和所述第五耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第六颜色能够传播通过所述第四耦入光学元件和所述第五耦入光学元件到达所述第六耦入光学元件，并且能够被耦入第六波导中以在其中被引导。
51.根据示例50所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光具有与从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导耦出的光不同的会聚量、发散量、和准直量中的至少一者，并因此看起来像源自与从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光不同的深度。
52.根据示例51所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光被准直，并且从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光发散。
53.根据示例52所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光发散，并且从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光发散不同的量。
54.根据示例45至53中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件组中的第一光源，所述第一光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
55.根据示例45至54中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件组的第二光源，所述第二光源也被配置为在不同时间发射不同颜色光。
56.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦出光学元件包括衍射性光学元件。
57.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦出元件被配置为沿着至少一个第一轴增加眼动范围的尺寸。
58.根据示例57所述的头戴式显示系统，进一步包括正交光瞳扩展器，所述正交光瞳扩展器包括在所述至少一个波导中或所述至少一个波导上的至少一个光重定向元件，所述至少一个光重定向元件被配置为沿着与所述至少一个第一轴正交的第二轴增加所述眼动范围的尺寸。
59.根据示例58所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光重定向元件包括衍射性光学元件。
60.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，至少所述至少一个波导的一部分在所述至少一个光源和所述光学器件之间延伸，通过所述光学器件来被引导的来自所述至少一个光源的光传播通过所述至少一个波导的所述一部分到达所述光学器件。
61.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述第一侧面上，以使得来自所述空间光调制器的光被引导到所述第一侧面上。
62.根据示例61所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述第一侧面上。
63.根据示例61所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述第二侧面上。
64.根据示例63所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
65.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括光源耦入光学元件，其相对于所述至少一个波导的邻近所述至少一个光源的一部分设置，以便接收来自所述至少一个光源的光，并且将来自所述至少一个光源的光耦入所述至少一个波导的所述一部分中以在其中被引导。
66.根据示例65所述的系统，进一步包括相对于所述至少一个波导的邻近所述光源的所述一部分的耦出光学元件，其被配置为将在所述至少一个波导的所述一部分中引导的光引导出所述至少一个波导的所述一部分，通过所述光学器件并到达所述空间光调制器。
67.根据示例66所述的头戴式显示系统，其中，所述头戴式显示系统被配置为使得从所述至少一个波导的邻近所述至少一个光源的所述一部分耦入所述光学器件的所述光的至少一部分入射在所述空间光调制器上，再次传播通过所述光学器件，入射在所述至少一个波导的第二部分上，再次在其中被引导，从中被耦出并被引导到所述用户的眼睛。
68.根据示例65至67中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括隔离器以减小从所述至少一个波导的邻近所述光源的所述一部分到所述至少一个波导的所述第二部分中的串扰。
69.根据示例68所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器包括不透明表面和反射性表面之一。
70.根据示例58所述的系统，其中，所述隔离器被设置在所述至少一个波导中。
71.根据示例65至70中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上。
72.根据示例71所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第一侧面上以在其中被引导，并且在所述至少一个波导的所述一部分中被引导的光从所述至少一个波导的所述第一侧面被耦出并到达位于所述第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
73.根据示例71所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述至少一个波导的所述第二侧面上。
74.根据示例71或73所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
75.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个波导，其被光学耦合到所述至少一个光源以从所述至少一个光源接收光，以在其中引导来自所述至少一个光源的光，并且将在其中引导的光耦入所述光学器件中，以使得从所述至少一个波导耦入所述光学器件中的所述光的至少一部分入射在所述空间光调制器上，再次传播通过所述光学器件并入射在所述至少一个波导上，在其中被引导，从中被耦出并被引导到所述用户的眼睛。
76.根据示例75所述的头戴式显示系统，进一步包括耦入元件，其被设置在所述至少一个波导上，以接收来自所述光源的光并将来自所述光源的光耦入所述至少一个波导中以在其中被引导。
77.根据示例76所述的头戴式显示系统，进一步包括耦出元件，其被设置在所述至少一个波导上，以接收来自所述光源的在所述至少一个波导内被引导的光，并且将在所述至少一个波导中被引导的光耦出所述至少一个波导，并通过所述光学器件到达所述空间光调制器。
78.根据示例75至77中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括隔离器，以减少所述至少一个波导和所述至少一个波导之间的串扰。
79.根据示例78所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器包括不透明表面和反射性表面中的至少一者。
80.根据示例78或79所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器被设置在所述至少一个波导中或在所述至少一个波导上。
81.根据示例75至80中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上。
82.根据示例81所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第一侧面上以在其中被引导，并且将在所述至少一个波导中被引导的光耦出所述至少一个波导的所述第一侧面到达在所述第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
83.根据示例81所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第二侧面上以在其中引导所述光，并且将在所述至少一个光导中被引导的光耦出所述至少一个波导的所述第一侧面到达所述在第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
84.根据示例81或83所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
85.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括一个或多个透镜。
86.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括多个透镜。
87.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件具有正光焦度。
88.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括一个或多个折射性光学元件。
89.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器被配置为调制偏振。
90.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括检偏器，其位于所述空间光调制器和所述用户的眼睛之间的光路中。
91.根据示例90所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器被设置在所述光学器件和所述至少一个耦入光学元件之间的光路中。
92.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被设置在所述至少一个光源和所述空间光调制器之间。
93.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括偏振光源。
94.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器被设置在所述光学器件和所述空间光调制器之间。
95.根据示例94所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器被直接设置在所述空间光调制器上。
96.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器包括线栅偏振器。
97.根据示例90所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器是圆偏振器。
98.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括具有可调光焦度的可变光学元件。
99.根据示例98所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件包括透镜或反射镜。
100.根据示例98或99所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件被配置为具有第一状态和第二状态，其中，在所述第一状态下，所述可变光学元件具有与在所述第二状态下时不同的光焦度。
101.根据示例100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有负光焦度，并且在所述第二状态下具有零光焦度。
102.根据示例100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有正光焦度，并且在所述第二状态下具有零光焦度。
103.根据示例100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一负光焦度，并且在所述第二状态下具有不同的第二负光焦度。
104.根据示例100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一正光焦度，并且在所述第二状态下具有不同的第二正光焦度。
105.根据示例100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一负光焦度，并且在所述第二状态下具有第二正光焦度。
106.根据示例98所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件包括液体透镜。
107.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括可调调光器，其包括提供透射通过的光的可变衰减的光学元件。
108.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括处方透镜，其被配置为提供对所述用户的眼睛的屈光矫正。
109.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括静态透镜，其被设置在所述至少一个波导和所述用户的眼睛之间的路径中。
110.根据示例91所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器被配置为还用作偏振器，以使光从所述光源向所述光学器件传播。
111.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括滤色器阵列，其被设置在所述波导的邻近所述用户的侧面上，其中，所述滤色器阵列包括多个不同的滤色器。
112.根据示例111所述的头戴式显示系统，其中，所述滤色器阵列包括被设置在所述滤色器之间的吸收材料，其被配置为减少杂散光的传播和反射。
113.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，偏振器能够被设置在所述光源的光路中，并且被配置为透射第一偏振的光并反射第二偏振的光，其中，所反射的所述第二偏振的光的被引导朝向所述光源的一部分获得第一偏振。
114.根据示例113所述的头戴式显示系统，其中，所反射的所述第二偏振的光的被引导朝向所述光源的一部分通过从被设置为收集来自所述光源的光的耦合光学器件反射来获得所述第一偏振。
115.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括四分之一波片。
116.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其被配置为提供所述光的更一致的正交旋转。
117.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件和空间光调制器相对于彼此倾斜。
118.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件、光学器件、和空间光调制器相对于所述目镜倾斜。
119.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件、光学器件、和空间光调制器相对于所述目镜倾斜。
120.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，来自所述光源的光被配置为被回收或被重新利用。
121.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被配置为将来自所述光源的具有第一偏振的光透射到所述光学器件，并且将具有不同的第二偏振的光反射回所述光源。
122.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述偏振器之间的耦合元件，其将由所述偏振器反射的所述第二偏振的所述光中的至少一些转换为所述第一偏振的光。
123.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光源包括被配置为输出光的多个横向移位的光发射器。
124.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括聚光光学器件或耦合元件，其被配置为收集来自所述多个光发射器的光。
125.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的光路中的扩散器。
126.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的一个或多个孔。
127.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的多个孔。
128.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的扩散器和多个孔，所述扩散器邻近所述孔。
129.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光源包括一个或多个激光二极管。
130.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括耦合光学器件，其相对于所述光源设置以收集从所述光源输出的光。
131.根据示例130所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件包括复合抛物面聚光器(CPC)。
132.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括聚光光学器件，其相对于所述光源设置以收集从所述光源输出的光。
133.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述聚光光学器件包括一个或多个透镜。
134.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述聚光光学器件包括多个透镜。
135.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和光学器件之间的四分之一波长延迟器。
136.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，偏振器被附着到所述空间光调制器。
137.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，偏振器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
138.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将偏振器附着到所述空间光调制器。
139.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，补偿器被附着到所述空间光调制器。
140.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，补偿器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
141.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将补偿器粘附到所述空间光调制器。
142.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，延迟器被附着到所述空间光调制器。
143.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，延迟器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
144.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将延迟器粘附到所述空间光调制器。
145.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，四分之一波长延迟器被附着到所述空间光调制器。
146.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，四分之一波长延迟器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
147.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将四分之一波长延迟器粘附到所述空间光调制器。
148.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器包括线栅偏振器。
149.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述空间光调制器和所述耦入光学元件之间的圆偏振器。
150.根据示例149所述的头戴式显示系统，其中，所述圆偏振器包括线性检偏器和四分之一波长延迟器。
151.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光学器件和所述至少一个波导之间并在所述光源和所述光学器件之间的单个偏振器。
152.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光吸收器包括吸收材料。
153.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光吸收器包括环绕滤色器阵列中的滤色器的吸收材料。
154.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，所述光源相对于所述至少一个波导被横向设置，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学元件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
155.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在相对于所述至少一个波导横向延伸的透明层上，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
156.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在透明层上，所述透明层更接近所述至少一个波导的更靠近所述用户前方的所述环境的侧面，而非所述至少一个波导的更靠近所述用户的眼睛的侧面，所述透明层相对于所述至少一个波导横向延伸，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
157.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在透明层上，所述透明层更接近所述至少一个波导的更靠近所述用户的眼睛的侧面，而非所述至少一个波导的更靠近所述用户前方的所述环境的侧面，所述透明层相对于所述至少一个波导横向延伸，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
158.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，透明层包括盖玻璃。
159.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括相对于彼此横向移位的多个滤色器，所述滤色器相对于多个耦入光学元件横向对准，所述多个耦入光学元件相对于彼此横向移位，以使得传播通过相应的滤色器的光入射在相应的耦入光学元件上。
160.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，所述多个滤色器包括滤色器阵列。
161.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
162.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括检偏器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
163.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
164.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
165.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括四分之一波长延迟器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
166.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括第一圆偏振器，其位于所述至少一个波导和具有光焦度的所述光学器件之间。
167.根据示例166所述的头戴式显示系统，其中，所述第一圆偏振器位于所述光源和具有光焦度的所述光学器件之间。
168.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括第二圆偏振器，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
169.根据示例168所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
170.根据示例168或169所述的头戴式显示系统，进一步包括第三圆偏振器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
171.根据示例170所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其位于所述第二圆偏振器和所述第三圆偏振器之间。
172.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
173.根据示例168至171中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
174.根据示例170至171中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于所述第三圆偏振器和所述空间光调制器之间。
175.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
176.根据示例168至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
177.根据示例170至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述第三圆偏振器和所述空间光调制器之间。
178.根据示例172至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述补偿器和所述空间光调制器之间。
179.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于所述至少一个波导倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
180.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于所述空间光调制器倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
181.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于至少一个偏振器或延迟器倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
182.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其法线相对于具有光焦度的所述光学器件的光轴倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
183.根据示例179至182中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光以使其远离所述至少一个波导的耦入光学元件。
184.根据示例179至183中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光，以使得少量的所述反射光被耦入所述至少一个波导中并在其中被引导。
185.根据示例179至184中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光，以使得少量的所述反射光被引导到所述用户的眼睛。
186.根据示例179至185中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面将至少一些所述反射光重定向到所述光源。
187.根据示例179至186中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括光吸收器，以接收来自所倾斜的所述至少一个光学表面的至少一些所述反射光。
188.根据示例179至187中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面在所述盖玻璃上。
189.根据示例179至188中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面在以下一者或多者上：至少一个延迟器、至少一个偏振器、或至少一个补偿器。
190.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述盖玻璃是楔形的。
191.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，至少一个延迟器、至少一个偏振器、或至少一个补偿器是楔形的。
192.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振旋转器，其相对于所述光源设置以旋转从中发射的光的偏振。
193.根据示例166或167所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振旋转器，其被设置在所述光源和所述第一圆偏振器之间。
194.根据上述任一示例所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述头戴式显示系统进一步包括分别与所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相关联的第一滤色器和第二滤色器。
195.根据示例194所述的头戴式显示系统，其中，所述第一滤色器比所述第二滤色器透射更多的第一颜色的光，并且所述第二滤色器比所述第一滤色器透射更多的所述第二颜色的光。
196.根据示例194或195所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括第一波导和第二波导，其中，所述第一耦入光学元件将比所述第二滤色器更多的第一颜色的光耦入所述第一波导中，以及所述第二耦入光学元件将比所述第一颜色更多的所述第二颜色的光耦入所述第二波导中。
197.根据示例194至196中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述第一滤色器和所述第二滤色器与相应的第一耦入光学元件和第二耦入光学元件横向对准。
198.根据示例194至197中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括第一光源和第二光源，其中，所述第一光源和所述第二光源被设置为引导光分别通过所述第一滤色器和所述第二滤色器，分别到达所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件。
199.根据示例194至197中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括第一光源和第二光源，其中，所述第一滤色器被设置在所述第一光源与所述第一耦入光学元件之间的第一光路中，所述第二滤色器被设置所述第二光源与所述第二耦入光学元件之间的第二光路中。
200.根据示例198或199所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源包括被配置为发射第一颜色的第一颜色光源，所述第二光源包括被配置为发射第二颜色的第二颜色光源。
201.根据示例198或199所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源和所述第二光源包括被配置为发射所述第一颜色和所述第二颜色两者的宽带彩色光源。
附图说明
图1示出了用户通过AR设备看到的增强现实(AR)的视图。
图2示出了用于为用户模拟三维影像的传统显示系统。
图3A至图3C示出了曲率半径与焦半径之间的关系。
图4A示出了人类视觉系统的调节-辐辏响应的表示。
图4B示出了用户的一对眼睛的不同调节状态和辐辏状态的示例。
图4C示出了用户经由显示系统观看的内容的俯视图的表示的示例。
图4D示出了用户经由显示系统观看的内容的俯视图的表示的另一示例。
图5示出了用于通过修改波前发散来模拟三维影像的方法的各方面。
图6示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。
图7示出了由波导输出的出射光束的示例。
图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。
图9A示出了各自包括耦入光学元件的堆叠波导组的示例的横截面侧视图。
图9B示出了图9A的一个或多个堆叠波导的示例的透视图。
图9C示出了图9A和图9B的一个或多个堆叠波导的示例的俯视平面图。
图9D示出了可穿戴显示系统的示例。
图10是包括偏振分束器的投影仪组件的侧视图，其中光源将光注入分束器的一个侧面，并且投影光学器件从分束器的另一侧面接收光。
图11A是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括光源、空间光调制器、用于照射空间光调制器并投射空间光调制器(SLM)的图像的光学器件、以及用于向用户输出图像信息的显示器。该系统包括用于将来自光学器件的光耦入波导中的耦入光学元件，以及用于将光耦出波导到眼睛的耦出光学元件。
图11B是图11A所示的增强现实显示系统的俯视图，其示出了上面设置有耦入光学元件和耦出光学元件以及光源的波导。该俯视图还示出了正交光瞳扩展器。
图11C是图11A的增强现实显示系统的侧视图，该系统具有共享的偏振器/检偏器和基于偏振的空间光调制器(例如硅上液晶SLM)。
图12A是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括多颜色光源(例如时分复用RGBLED或激光二极管)、空间光调制器、用于照射空间光调制器并向眼睛投射空间光调制器的图像的光学器件、以及波导堆叠，不同的波导包括不同的颜色选择性耦入光学元件以及耦出光学元件。
图12B是图12A的增强现实显示系统的侧视图，该系统进一步包括基于MEMS(微机电)的SLM，诸如可移动反射镜阵列(例如数字光处理(DLPTM)技术)和光吸收器。
图12C是图12B的增强现实显示系统的一部分的俯视图，其示意性地示出了耦入光学元件和光吸收器以及光源之一的横向布置。
图13A是包括波导堆叠的增强现实显示系统的透视图，不同的波导包括不同的耦入光学元件，其中耦入光学元件相对于彼此横向移位。同样相对于彼此横向移位的一个或多个光源被设置为通过使光传播通过光学器件，使光从空间光调制器反射，并且使所反射的光再次传播光学器件而将光引导到相应的耦入光学元件。
图13B是图13A所示的示例的侧视图，其示出了横向移位的耦入光学元件和光源以及光学器件和空间光调制器。
图13C是图13A和图13B所示的增强现实显示系统的俯视图，其示出了一个或多个横向移位的耦入光学元件和相关联的一个或多个横向移位的光源。
图14A是包括波导堆叠的增强现实显示系统的侧视图，不同的波导包括不同的耦入光学元件，其中耦入光学元件相对于彼此横向移位(在该示例中，在z方向上发生横向移位)。
图14B是图14A所示的显示系统的俯视图，其示出了横向移位的耦入光学元件和光源。
图14C是图14A和图14B所示的显示系统的正交侧视图。
图15是增强现实显示系统的俯视图，该系统包括波导堆叠组，不同的波导包括不同的耦入光学元件。光源和耦入光学元件以不同于图14A至图14C所示的备选配置被布置。
图16A是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括相对于彼此横向移位的多个耦入光学元件组，每组包括一个或多个颜色选择性光学耦入光学元件。
图16B是图16A中的显示系统的俯视图。
图17是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括被反射性表面分开的波导，该反射性表面可以将在邻近光源的波导的一部分中引导的光耦出该波导的该一部分，并朝向空间光调制器被耦入到光学器件中。在该示例中，光学器件和光源被示出为设置在波导的同一侧面上。
图18是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括波导，该波导用于接收来自光源的光并将在该波导中引导的光引导到光学器件中并朝向空间光调制器。该显示系统附加包括接收来自空间光调制器且再次传播通过光学器件的光的波导。该波导包括耦出光的反射性表面。该波导还包括将光耦入其中的反射性表面。在该示例中，光学器件和光源被示出为设置在波导的同一侧面上。
图19是包括自适应光学元件或可变焦光学元件的增强现实显示系统的侧视图。在波导堆叠和眼睛之间的第一可变光学元件可以改变从波导耦出并被引导到眼睛的光的发散度和准直度，以改变对象看起来所在的深度。在波导堆叠的相反侧面上的第二可变光学元件可以对第一光学元件对从增强现实显示系统和用户前方环境的光的作用进行补偿。增强现实显示系统进一步包括处方透镜，以为患有近视、远视、散光等的用户提供眼科矫正，诸如屈光矫正。
图20A是包括滤色器阵列的增强现实显示系统的侧视图。一个或多个横向移位的耦入光学元件位于不同的波导上，并且横向移位的滤色器与相应的耦入光学元件对准。
图20B示出了具有在光学器件和空间光调制器之间的检偏器的图20A的增强现实显示系统。
图20C示出了类似于图20A和图20B所示的增强现实显示系统，但是使用基于偏转的空间光调制器，诸如基于可移动微反射镜的空间光调制器。
图20D是诸如图20C所示的增强现实显示系统的一部分的俯视图，其示意性地示出了在滤色器阵列上方的横向移位的光源和对应的横向移位的耦入光学元件。
图20E示出了基于偏转的空间光调制器如何引导光远离对应的耦入光学元件，并到达环绕图20D的增强现实显示系统的滤色器阵列中的滤色器的掩模上。
图20F是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括设置在波导堆叠的用户侧上的盖玻璃和设置在盖玻璃的世界侧上的光源。
图20G是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括设置在波导堆叠的世界侧上的盖玻璃和设置在盖玻璃的世界侧上的光源。
图21是增强现实显示系统的侧视图，该系统包括配备有光回收器的光源，该光回收器被配置为回收光，诸如一种偏振的光。
图22是通过对应的聚光光学器件和一个或多个孔传播光的一个或多个光源的侧视图。光还可以通过邻近一个或多个孔定位的扩散器传播。
图23A是增强现实显示系统的一部分的侧视图，该系统包括光源、具有光焦度的光学器件、用于接收和向用户的眼睛输出图像信息的波导，其中该系统进一步包括一个或多个延迟器和偏振器，该延迟器和偏振器被配置为减少可作为重影输入波导的来自光学表面的反射。
图23B是诸如图23A所示的增强现实显示系统的一部分的侧视图，该系统具有被配置为减少可产生重影的反射的附加的延迟器和偏振器。
图23C是诸如图23A和图23B所示的增强现实显示系统的侧视图，该系统具有被配置为减少可产生重影的反射的减少的延迟器和偏振器。
图24是增强现实显示系统的侧视图，该系统利用诸如盖玻璃上的倾斜表面之类的倾斜表面来引导反射，使其不能被引导到用户的眼睛中，从而潜在地减少重影反射。
图25是图24的系统的实施例，其中盖玻璃上的倾斜表面被配置为将反射朝向吸收光的光吸收器引导。
具体实施方式
现在将参考附图，其中贯穿附图，相同的参考标号表示相同的部件。除非另有所指，否则这些附图是示意性的，不必按比例绘制。
图2示出了用于为用户模拟三维影像的传统显示系统。应当理解，用户的眼睛被间隔开，并且在观看空间中的真实对象时，每只眼睛具有对象的略微不同的视图，并且可能在每只眼睛的视网膜上的不同位置处形成对象的图像。这可被称为双眼像差，并且可被人类视觉系统用于提供深度感。传统显示系统通过呈现具有同一虚拟对象的略微不同的视图的两个有区别的图像190、200来模拟双眼像差，其中每个图像用于一只眼睛210a、210b，这些图像与使得每只眼睛在所需深度处将虚拟对象看作真实对象的虚拟对象的视图相对应。这些图像提供双眼线索，用户的视觉系统可以解释这些线索以推断深度感。
继续参考图2，图像190、200沿z轴与眼睛210a、210b间隔距离230。z轴平行于眼睛注视在观看者的正前面的光学无限远处的对象的观看者的视轴。图像190、200是平坦的，并且位于距眼睛210a、210b的固定距离处。基于分别呈现给眼睛210a、210b的图像中的虚拟对象的略微不同的视图，眼睛可以自然地转动，以使得对象的图像落在每只眼睛视网膜上的对应的点处，从而保持单一的双眼视觉。该转动可以使得每只眼睛210a、210b的视线会聚到虚拟对象被感知所在的空间中的点上。因此，提供三维影像通常涉及提供双眼线索，这些线索可以操纵用户的眼睛210a、210b的辐辏，并且人类视觉系统解释这些线索以提供深度感。
然而，生成逼真和舒适的深度感是具有挑战性的。应当理解，来自距眼睛不同距离处的对象的光具有不同发散量的波前。图3A至图3C示出了距离和光线发散之间的关系。对象与眼睛210之间的距离按照递减的次序由距离R1、R2和R3表示。如图3A至3C所示，随着到对象的距离减小，光线变得更加发散。相反，随着距离的增加，光线变得更加准直。换句话说，可以认为由点(对象或对象的一部分)产生的光场具有球面波前曲率，该球面波前曲率是该点距用户眼睛的距离的函数。随着对象与眼睛210之间的距离减小，曲率增大。尽管为了在图3A至图3C和本文中的其它图中清楚地说明而仅示出单只眼睛210，但是有关眼睛210的讨论可以应用于观看者的眼睛210a和210b两者。
继续参考图3A至图3C，来自观看者的眼睛所注视的对象的光可以具有不同程度的波前发散。由于波前发散量不同，光可以由眼睛的晶状体进行不同的聚焦，这反过来可能需要晶状体呈现不同的形状以在眼睛的视网膜上形成聚焦图像。在视网膜上没有形成聚焦图像的情况下，所产生的视网膜模糊充当调节线索，该调节线索使眼睛的晶状体的形状改变，直到在视网膜上形成聚焦图像。例如，调节线索可以触发环绕眼睛的晶状体的睫状肌松弛或收缩，从而调节施加到保持晶状体的悬韧带的力，从而使眼睛的晶状体的形状改变，直到消除或最小化注视对象的视网膜模糊，从而在眼睛的视网膜(例如中央凹)上形成注视对象的聚焦图像。眼睛的晶状体改变形状的过程可被称为调节，并且在眼睛的视网膜(例如中央凹)上形成注视对象的聚焦图像所需的眼睛的晶状体的形状可被称为调节状态。
现在参考图4A，示出了人类视觉系统的调节-辐辏响应的表示。眼睛移动以注视对象使眼睛接收来自对象的光，其中光在眼睛的每个视网膜上形成图像。在视网膜上形成的图像中存在视网膜模糊可以提供调节线索，并且图像在视网膜上的相对位置可以提供辐辏线索。调节线索使调节的发生，导致眼睛的晶状体分别呈现特定调节状态，该状态在眼睛的视网膜(例如中央凹)上形成对象的聚焦图像。另一方面，辐辏线索使辐辏运动(眼睛旋转)发生，以使得在每只眼睛的每个视网膜上形成的图像处于保持单一双眼视觉的对应的视网膜点处。在这些位置，可以认为眼睛已经呈现特定辐辏状态。继续参考图4A，调节可以被理解为眼睛实现特定调节状态的过程，并且辐辏可以被理解为眼睛实现特定辐辏状态的过程。如图4A所示，如果用户注视另一对象，则眼睛的调节和辐辏状态可能改变。例如，如果用户注视z轴上的不同深度处的新对象，则调节状态可能改变。
不受理论的限制，可以认为对象的观看者可能由于辐辏和调节的组合而将对象感知为“三维的”。如上所述，两只眼睛相对于彼此的辐辏动作(即，使得瞳孔彼此靠近或远离使眼睛的视线会聚以注视对象的眼睛旋转)与眼睛的晶状体的调节密切相关。在正常情况下，根据被称为“调节-辐辏反射”的关系，改变眼睛的晶状体的形状以将焦点从一个对象改变到不同距离处的另一对象将自动使到同一距离的辐辏的匹配变化。同样，在正常情况下，辐辏的变化将引发晶状体形状的匹配变化。
现在参考图4B，示出了眼睛的不同调节和辐辏状态的示例。一对眼睛222a注视光学无限远处的对象，而一对眼睛222b注视小于光学无限远处的对象221。值得注意的是，每对眼睛的辐辏状态是不同的，一对眼睛222a注视正前方，而一对眼睛222会聚在对象221上。形成每对眼睛222a和222b的眼睛的调节状态是也是不同的，如由晶状体220a、220b的不同形状所表示的。
但是，传统“3-D”显示系统的许多用户发现这些传统系统并不舒适，或者根本不能感知到深度感，因为这些显示器中存在调节和辐辏状态之间的失配。如上所述，许多立体或“3-D”显示系统通过向每只眼睛提供略微不同的图像来显示场景。这样的系统对于许多观看者来说是不舒服的，因为其中一个因素是它们只能提供场景的不同的呈现并且引起眼睛辐辏状态的改变，而没有对应的调节状态的改变。相反，图像由位于距眼睛的固定距离处的显示器示出，以使得眼睛以单个调节状态查看所有图像信息。这种布置通过引起辐辏状态改变而没有调节状态的匹配改变起作用，其违背了“调节-辐辏反射”。可以认为这种失配使观看者的不适。提供调节和辐辏间之间的更好匹配的显示系统可以形成更逼真和舒适的三维影像模拟。
不受理论的限制，可以认为人眼通常可以解释有限数量的深度平面以提供深度感知。因此，可以通过向眼睛提供与这些有限数量的深度平面中的每一者相对应的图像的不同呈现来实现高度可信的感知深度的模拟。在一些实施例中，不同的呈现可以既提供辐辏线索又提供匹配的调节线索，从而提供生理上正确的调节-辐辏匹配。
继续参考图4B，示出了两个深度平面240，这两个平面与空间中距眼睛210a、210b的不同距离相对应。对于给定的深度平面240，可以通过为每只眼睛210a、210b显示适当的不同视角(perspective)的图像来提供辐辏线索。此外，对于给定深度平面240，形成提供给每只眼睛210a、210b的图像的光可以具有与由该深度平面240的一距离处的点产生的光场相对应的波前发散。
在所示实施例中，深度平面240包含点221的沿z轴的距离是1m。如本文所使用的，可以利用位于用户眼睛的出射光瞳处的零点来测量沿z轴的距离或深度。因此，位于1m深度处的深度平面240与在这些眼睛的视轴上相对于用户眼睛出射光瞳1m的距离，其中眼睛指向光学无限远。作为近似，沿z轴的深度或距离可以测量为：从用户眼睛前方的显示器(例如，从波导的表面)开始的距离加上设备和用户眼睛的出射光瞳之间的距离值。该值可被称为出瞳距离，并且与用户眼睛的出射光瞳和在用户眼睛前方用户穿戴的显示器之间的距离相对应。在实践中，出瞳距离值可以是通常用于所有观看者的标准化值。例如，出瞳距离是20mm，并且处于1m深度处的深度平面可以位于显示器前方980mm的距离处。
现在参考图4C和图4D，分别示出了匹配的调节和辐辏距离和失配的调节和辐辏距离的示例。如图4C所示，显示系统可以向每只眼睛210a、210b提供虚拟对象的图像。该图像可以使眼睛210a、210b呈现辐辏状态，在该状态下眼睛会聚在深度平面240上的点15上。另外，图像可以由具有与深度平面240处的真实对象相对应的波前曲率的光形成。因此，眼睛210a、210b呈现调节状态，在该状态下图像聚焦在这些眼睛的视网膜上。因此，用户可以感知虚拟对象位于深度平面240上的点15处。
应当理解，眼睛210a、210b的调节状态和辐辏状态中的每一者都与z轴上的特定距离相关联。例如，在距眼睛210a、210b特定距离处的对象使这些眼睛基于该对象的距离呈现特定的调节状态。与特定的调节状态相关联的距离可被称为调节距离Ad。类似地，存在与处于特定的辐辏状态的眼睛或彼此相对的位置相关联的特定的辐辏距离Vd。在调节距离和辐辏距离匹配的情况下，调节和辐辏之间的关系可被认为在生理上是正确的。对于观看者来说，这被认为是最舒适的情境。
然而，在立体显示器中，调节距离和辐辏距离可能并不总匹配。例如，如图4D所示，显示给眼睛210a、210b的图像可以通过与深度平面240相对应的波前发散来显示，并且眼睛210a、210b可以呈现特定的调节状态，在该状态下聚焦于该深度平面上的点15a，15b。但是，显示给眼睛210a、210b的图像可能会提供辐辏线索，这使眼睛210a、210b会聚在未位于深度平面240上的点15上。因此，在一些实施例中，调节距离与从眼睛210a、210b的出射光瞳到深度平面240的距离相对应，而辐辏距离与从眼睛210a、210b的出射光瞳到点15的较大距离相对应。调节距离与辐辏距离不同。因此，存在调节-辐辏失配。这种失配被认为是不合需要的并且可能引起用户的不适。应当理解，失配对应于距离(例如Vd-Ad)并且可以使用屈光度来表征。
在一些实施例中，应当理解，可以使用眼睛210a、210b的出射光瞳以外的参考点来确定用于确定调节-辐辏失配的距离，只要针对调节距离和辐辏距离使用相同的参考点即可。例如，可以测量从角膜到深度平面，从视网膜到深度平面，从目镜(例如显示设备的波导)到深度平面的距离等。
不受理论的限制，可以认为在失配本身不引起明显不适的情况下，用户仍可感知到高达约0.25屈光度，高达约0.33屈光度和高达约0.5屈光度的调节-辐辏失配是生理上正确的。在一些实施例中，本文公开的显示系统(例如图6的显示系统250)向观看者呈现具有约0.5屈光度或更小的调节-辐辏失配的图像。在一些其它实施例中，由显示系统提供的图像的调节-辐辏失配为约0.33屈光度或更小。在另外一些实施例中，由显示系统提供的图像的调节-辐辏失配为约0.25屈光度或更小，包括约0.1屈光度或更小。
图5示出了通过修改波前发散来模拟三维影像的方法的各方面。该显示系统包括波导270，该波导270被配置为接收利用图像信息编码的光770，并将该光输出到用户眼睛210。波导270可以输出具有限定波前发散量的光650，该发散量与由所需深度平面240上的点产生的光场的波前发散相对应。在一些实施例中，针对该深度平面上呈现的所有对象提供相同的波前发散量。另外，将示出可以向用户的另一只眼睛提供来自类似波导的图像信息。
在一些实施例中，单个波导可被配置为输出具有设定的波前发散量的光，该波前发散量与单个深度平面或有限数量深度平面的波前发散，和/或波导可被配置为输出有限波长范围的光。因此，在一些实施例中，针对不同的深度平面，可以利用波导堆叠来提供不同的的波前发散量和/或输出不同波长范围的光。如本文所使用的，应当理解，在一个深度平面处，可以遵循平面或曲面的轮廓。在一些实施例中，有利地为了简单起见，深度平面可以遵循平面的轮廓。
图6示出了用于向用户输出图像信息的波导堆叠的示例。显示系统250包括波导堆叠或堆叠波导组件260，其可用于使用波导270、280、290、300、310向眼睛/大脑提供三维感知。应当理解，在一些实施例中，显示系统250可以被视为光场显示器。此外，波导组件260也可被称为目镜。
在一些实施例中，显示系统250可被配置为提供基本连续的辐辏线索和多个不连续的调节线索。可以通过向用户的每只眼睛显示不同的图像来提供辐辏线索，并且可以通过输出借助可选的离散的波前发散量形成图像的光来提供调节线索。换言之，显示系统250可被配置为输出具有可变波前发散水平的光。在一些实施例中，每个离散的波前发散水平对应于特定深度平面，并且可以由波导270、280、290、300、310中的特定一者提供。
继续参考图6，波导组件260还可以包括位于波导之间的特征320、330、340、350。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以是一个或多个透镜。波导270、280、290、300、310和/或特征(例如透镜)320、330、340、350可被配置为以各种波前曲率水平或光线发散水平向眼睛发送图像信息。每个波导水平可以与特定深度平面相关联，并且可被配置为输出与该深度平面相对应的图像信息。图像注入设备360、370、380、390、400可用作波导的光源，并且可用于将图像信息注入波导270、280、290、300、310中，如本文所述，每个波导可以被配置跨每个相应的波导分配入射光上用于朝向眼睛210输出。光从图像注入设备360、370、380、390、400的输出表面410、420、430、440、450出射，并且注入波导270、280、290、300、310的相应的输入表面460、470、480、490、500中。在一些实施例中，输入表面460、470、480、490、500中的每一者可以是相应波导的边缘，或者可以是相应的波导的主表面(即，直接面向世界510或观看者眼睛210的波导表面中的一者)的一部分。在一些实施例中，可以将单个光束(例如准直光束)注入每个波导中，以便以与特定波导相关联的深度平面对应的特定角度(和发散量)输出朝向眼睛210定向的克隆准直光束的整个视场。在一些实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400的一者可以与一个或多个(三个)波导270、280、290、300、310相关联以及将光注入这些波导中。
在一些实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400是离散的显示器，每个离散的显示器产生用于分别注入相应波导270、280、290、300、310中的图像信息。在一些其它实施例中，图像注入设备360、370、380、390、400是单个多路复用显示器的输出端，这些显示器例如可以经由一个或多个光学导管(例如光纤光缆)将图像信息通过管道传输到图像注入设备360、370、380、390、400中的每一者。将理解，由图像注入设备360、370、380、390、400提供的图像信息可以包括不同波长或颜色(例如本文所讨论的不同的分量颜色)的光。
在一些实施例中，注入波导270、280、290、300、310中的光由光投射器系统520提供，光投射器系统520包括光模块530，其可以包括诸如发光二极管(LED)之类的光发射器。来自光模块530的光可以经由分束器550而被引导到光调制器530(例如空间光调制器)并被光调制器530修改。光调制器530可被配置为改变注入波导270、280、290、300、310中的光的感知强度，以通过图像信息对光进行编码。空间光调制器的示例包括液晶显示器(LCD)，其包括硅上液晶(LCOS)显示器。应当理解，图像注入设备360、370、380、390、400被示意性地示出，并且在一些实施例中，这些图像注入设备可以表示公共投射系统中的不同光路和位置，该公共投射系统被配置为将光输出到波导270、280、290、300、310中关联的一者中。在一些实施例中，波导组件260的波导可以充当理想的透镜，同时将注入波导中的光中继出到用户眼睛。在此概念中，对象可以是空间光调制器540，且图像可以是深度平面上的图像。
在一些实施例中，显示系统250可以是扫描光纤显示器，其包括一个或多个扫描光纤，这些扫描光纤被配置为以各种图案(例如光栅扫描、螺旋扫描、利萨如图案等)将光投射到一个或多个波导270、280、290、300、310中并最终投射到观看者的眼睛210。在一些实施例中，所示图像注入设备360、370、380、390、400可示意性地表示单个扫描光纤或扫描光纤束，单个扫描光纤或扫描光纤束被配置为将光注入波导270、280、290、300、310中的一个或多个波导中。在一些其它实施例中，所示的图像注入设备360、370、380、390、400可以示意性地表示一个或多个扫描光纤或一个或多个扫描光纤束，这些扫描光纤或扫描光纤束中的每一者被配置为将光注入波导270、280、290、300、310中关联的一者中。应当理解，一个或多个光纤可被配置为将光从光模块530传输到一个或多个波导270、280、290、300、310。应当理解，可以在一个或多个扫描光纤与一个或多个波导270、280、290、300、310之间提供一个或多个居间光学结构，以例如将从扫描光纤出射的光重定向到一个或多个波导270、280、290、300、310中。
控制器560控制堆叠波导组件260中的一者或多者的操作，包括图像注入设备360、370、380、390、400、光源530和光调制器540的操作。在一些实施例中，控制器560是本地数据处理模块140的一部分。控制器560包括编程(例如非暂时性介质中的指令)，该编程根据例如本文公开的多种方案中任何方案调节图像信息到波导270、280、290、300、310的定时和提供。在一些实施例中，控制器可以是单个集成设备，或者是通过有线或无线通信信道连接的分布式系统。在一些实施例中，控制器560可以是处理模块140或150(图9D)的一部分。
继续参考图6，波导270、280、290、300、310可被配置为通过全内反射(TIR)在每个相应的波导内传播光。波导270、280、290、300、310可以各自是平面的或具有另一形状(例如弯曲的)，具有顶部主表面和底部主表面以及在这些顶部主表面与底部主表面之间延伸的边缘。在所示的配置中，波导270、280、290、300、310可各自包括耦出光学元件570、580、590、600、610，这些元件被配置为通过将在每个相应的波导内传播的光重定向出波导来从波导中提取光，从而向眼睛210输出图像信息。尽管在本说明中被称为“耦出光学元件”，但是耦出光学元件无需是光学元件，也可以是非光学元件。所提取的光也可被称为耦出光，并且耦出光学元件也可被称为光提取光学元件。在波导中传播的光照射光提取光学元件的位置处，可以由波导输出所提取的光束。如本文进一步所讨论的，耦出光学元件570、580、590、600、610例如可以是光栅，光栅包括衍射光学特征。尽管为了便于描述和描绘清楚而被示出为设置在波导270、280、290、300、310的底部主表面处，但是在一些实施例中，如本文进一步所讨论的，耦出光学元件570、580、590、600、610可以被设置在顶部主表面和/或底部主表面，和/或可以被直接设置在波导270、280、290、300、310的体中。在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610可以被形成在附接到透明基板的材料层中，从而形成波导270、280、290、300、310。在一些其它实施例中，波导270、280、290、300、310可以是单片材料，并且耦出光学元件570、580、590、600、610可以被形成在该片材料的表面上和/或内部中。
继续参考图6，如本文所讨论的，每个波导270、280、290、300、310被配置为输出光以形成对应于特定深度平面的图像。例如，最靠近眼睛的波导270可被配置为将注入这种波导270中的准直光传送到眼睛210。准直光可以代表光学无限远焦平面。下一上行波导280可被配置为发出在到达眼睛210之前传播通过第一透镜350(例如负透镜)的准直光；这样的第一透镜350可被配置为产生微凸的波前曲率，以使得眼睛/大脑将来自下一上行波导280的光解释为来自从光学无限远向内更接近眼睛210的第一焦平面。类似地，第三上行波导290使其输出光在到达眼睛210之前通过第一透镜350和第二透镜340。第一透镜350和第二透镜340的组合光焦度可被配置为产生另一波前曲率增量，以使得眼睛/大脑将来自第三波导290的光解释为来自第二焦平面的光，该来自第二焦平面的光从光学无限远比来自下一上行波导280的光向内朝向人更靠近。
其它波导层300、310和透镜330、320被类似地配置，其中堆叠中的最高波导310通过其与眼睛之间的所有透镜发送其输出，以获得代表与人最接近的焦平面的总光焦度(aggregate focal power)。为了在观看/解释来自堆叠波导组件260的另一侧面上的世界510的光时补偿透镜堆叠320、330、340、350，可以在堆叠的顶部设置补偿透镜层620以补偿下面的透镜堆叠320、330、340、350的总焦度。这种配置提供与可用的波导/透镜配对一样多的感知焦平面。波导的耦出光学元件和透镜的聚焦方面都可以是静态的(即，不是动态的或电活性的)。在一些替代实施例中，通过使用电活性特征，它们中的一者或全部两者可以是动态的。
在一些实施例中，波导270、280、290、300、310中的两者或更多者可具有相同的相关联深度平面。例如，多个波导270、280、290、300、310可被配置为将图像集输出到相同的深度平面，或者波导270、280、290、300、310的多个子集可被配置为将图像集输出到相同的一个或多个深度平面，每个深度平面一个图像集。这可以提供形成拼接图像以在那些深度平面上提供扩展的视野的优势。
继续参考图6，耦出光学元件570、580、590、600、610可被配置为将光重定向出它们相应的波导并且针对与该波导相关联的特定深度平面输出具有适当的发散量或准直量的该光。因此，具有不同相关联深度平面的波导可以具有不同的耦出光学元件570、580、590、600、610的配置，这些耦出元件取决于相关联的深度平面输出具有不同发散量的光。在一些实施例中，光提取光学元件570、580、590、600、610可以是体特征或表面特征，其可被配置为以特定角度输出光。例如，光提取光学元件570、580、590、600、610可以是体全息图、表面全息图和/或衍射光栅。在一些实施例中，特征320、330、340、350可以不是透镜；相反，它们可以仅仅是间隔物(例如包层和/或用于形成气隙的结构)。
在一些实施例中，耦出光学元件570、580、590、600、610是形成衍射图案的衍射特征，或“衍射光学元件”(在本文中也被称为“DOE”)。优选地，DOE具有足够低的衍射效率，以使得仅光束的一部分通过DOE的每个交叉点朝向眼睛210偏转，而其余部分经由TIR继续移动通过波导。因此，携带图像信息的光被分成多个相关的出射光束，这些出射光束在多个位置处离开波导，结果是针对在波导内四处弹跳的特定准直光束，形成朝向眼睛210的相当均匀的出射图案。
在一些实施例中，一个或多个DOE可以在它们活跃地衍射的“接通”状态与不明显衍射的“关断”状态之间可切换。例如，可切换的DOE可以包括聚合物分散液晶层，其中微滴在主体介质中包括衍射图案，并且微滴的折射率可以被切换为基本上匹配主体材料的折射率(在这种情况下，图案不会明显地衍射入射光)，或者微滴可以切换为与主体介质的折射率不匹配的折射率(在这种情况下，该图案活跃地衍射入射光)。
在一些实施例中，可提供相机组件630(例如数码相机，包括可见光和红外光相机)以捕获眼睛210和/或眼睛210周围的组织的图像，从而例如检测用户输入和/或监测用户的生理状态。如本文所使用的，相机可以是任何图像捕获设备。在一些实施例中，相机组件630可以包括图像捕获设备和将光(例如红外光)投射到眼睛的光源，然后该光可以被眼睛反射并被图像捕获设备检测到。在一些实施例中，相机组件630可以被附接到框架80(图9D)并且可以与处理模块140和/或150电通信，处理模块140和/或150可以处理来自相机组件630的图像信息。在一些实施例中，可以针对每只眼睛使用一个相机组件630以分别监测每只眼睛。
现在参考图7，示出了由波导输出的出射光束的示例。示出了一个波导，但是应当理解，波导组件260(图6)中的其它波导可以类似地起作用，其中波导组件260包括多个波导。光640在波导270的输入表面460处被注入波导270中，并通过TIR在波导270内传播。在光640照射DOE 570的点处，一部分光作为出射光束650离开波导。出射光束650被示例为基本上平行，但是如本文所讨论的，取决于与波导270相关联的深度平面，出射光束650也可以以一角度(例如形成发散的出射光束)被重定向以传播到眼睛210。应当理解，基本上平行的出射光束可以指示具有耦出光学元件的波导，该耦出光学元件将光耦出以形成看起来被设置在距离眼睛210较远距离(例如光学无限远)处的深度平面上的图像。其它波导或其它组耦出光学元件可以输出更加发散的出射光束图案，这将需要眼睛210调节到更近的距离以将其聚焦在视网膜上，并且这些光束图案可以被大脑解释为来自比光学无限远更接近眼睛210的距离的光。
在一些实施例中，可以通过在每个分量颜色(例如三种或更多种分量颜色)中叠加图像来在每个深度平面处形成全色图像。图8示出了堆叠波导组件的示例，其中每个深度平面包括使用多种不同分量颜色形成的图像。所示的实施例示出了深度平面240a至240f，但也可以构想更多或更少的深度。每个深度平面可以具有与其相关联的三种或更多种分量颜色图像，包括：第一颜色G的第一图像；第二颜色R的第二图像；以及第三颜色B的第三图像。在图中通过字母G、R和B之后的屈光度(dpt)的不同数字表示不同的深度平面。例如，每个字母后面的数字表示屈光度(1/m)，或该深度平面距观看者的距离的倒数，并且图中的每个框表示单独的分量彩色图像。在一些实施例中，为了解决眼睛对不同波长的光的聚焦的差异，不同分量颜色的深度平面的精确放置可以变化。例如，给定深度平面的不同分量颜色图像可以被放置在与距用户的不同距离相对应的深度平面上。这样的布置可以增加视敏度和用户舒适度和/或可以减少色差。
在一些实施例中，每种分量颜色的光可以由单个专用波导输出，因此，每个深度平面可以具有与其相关联的多个波导。在这样的实施例中，图中包括字母G、R或B的每个框可以被理解为表示单独的波导，并且针对每个深度平面可以提供三个波导，其中针对每个深度平面提供三个分量彩色图像。虽然为了便于描述，在该图中与每个深度平面相关联的波导被示出为彼此邻近，但是应当理解，在物理设备中，波导可以全部布置为每层级具有一个波导堆叠。在一些其它实施例中，多个分量颜色可以由相同的波导输出，以使得例如可以针对每个深度平面仅提供单个波导。
继续参考图8，在一些实施例中，G是绿色，R是红色，并且B是蓝色。在一些其它实施例中，除了红色、绿色或蓝色之外，可以使用与其它波长的光相关联的其它颜色(包括品红色和青色)，或者这些颜色可以替换红色、绿色或蓝色中的一种或多种。
应当理解，本公开通篇对给定颜色的光的提及将被理解为包括在被观看者感知为具有该给定颜色的光的波长范围内的一个或多个波长的光。例如，红光可以包括在约620nm至780nm范围内的一个或多个波长的光，绿光可以包括在约492nm至577nm范围内的一个或多个波长的光，并且蓝光可以包括在约435nm至493nm范围内的一个或多个波长的光。
在一些实施例中，光源530(图6)可被配置为发射观看者的视觉感知范围之外的一个或多个波长(例如红外和/或紫外波长)的光。此外，显示器250的波导的耦入、耦出和其它光重定向结构可被配置为将该光从显示器引导出并朝向用户的眼睛210发射，例如用于成像和/或用户刺激应用。
现在参考图9A，在一些实施例中，可能需要将照射在波导上的光重定向以将该光耦入波导中。可以使用耦入光学元件重定向光并且将光耦入其对应的波导中。尽管在说明书中被称为“耦入光学元件”，但是耦入光学元件无需是光学元件，也可以是非光学元件。图9A示出了堆叠波导组660的示例的横截面侧视图，每个堆叠波导包括耦入光学元件。波导可各自被配置为输出一个或多个不同波长的光，或一个或多个不同波长范围的光。应当理解，除了来自图像注入设备360、370、380、390、400中的一者或多者的光从需要重定向光以耦入的位置注入波导中之外，堆叠660可以对应于堆叠260(图6)，并且所示的堆叠660的波导可以与波导270、280、290、300、310的一部分相对应。
所示的堆叠波导组660包括波导670、680和690。每个波导包括关联的耦入光学元件(其也可被称为波导上的光输入区域)，其中例如，设置在波导670的主表面(例如顶部主表面)上的耦入光学元件700、设置在波导680的主表面(例如顶部主表面)上的耦入光学元件710，以及设置在波导690的主表面(例如顶部主表面)上的耦入光学元件720。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720中的一者或多者可以被设置在相应的波导670、680、690的底部主表面上(特别是在一个或多个耦入光学元件是反射性的偏转光学元件的情况下)。如图所示，耦入光学元件700、710、720可以被设置在其相应的波导670、680、690的顶部主表面上(或下一层波导的顶部)，特别是在那些耦入光学元件是透射性的偏转光学元件的情况下。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以被设置在相应的波导670、680、690的主体中。在一些实施例中，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720是波长选择性的，以使得它们选择性地重定向一个或多个波长的光，同时透射其它波长的光。虽然在它们相应的波导670、680、690的一侧或角上示出，但是应当理解，在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720可以被设置在其相应的波导670、680、690的其它区域中。
如图所示，耦入光学元件700、710、720可以彼此横向偏移。在一些实施例中，每个耦入光学元件可以被偏移，以使得耦入光学元件接收光，而该光无需传播通过另一耦入光学元件。例如，每个耦入光学元件700、710、720可被配置为从不同的图像注入设备360、370、380、390和400接收光，如图6所示，并且可以与其它耦入光学元件700、710、720分开(例如横向地间隔开)，以使得该耦入光学元件基本上不接收来自耦入光学元件700、710、720中的其它偶入光学元件的光。
每个波导还包括相关联的光分布元件，其中，例如，设置在波导670的主表面(例如顶部主表面)上的光分布元件730、设置在波导680的主表面(例如顶部主表面)上的光分布元件740、以及设置在波导690的主表面(例如顶部主表面)上的光分布元件750。在一些其它实施例中，光分布元件730、740、750可以被分别设置在相关联的波导670、680、690的底部主表面上。在一些其它实施例中，光分布元件730、740、750可以被分别设置在相关联的波导670、680、690的顶部主表面和底部主表面上；或者，光分布元件730、740、750可以被分别设置在不同的相关联的波导670、680、690中的顶部主表面和底部主表面中的不同表面上。
波导670、680、690可以被例如气体、液体和/或固体材料层间隔开并分离。例如，如图所示，层760a可以使波导670和680分隔开；层760b可以使波导680和690分隔开。在一些实施例中，层760a和760b由低折射率材料(即，具有低于形成波导670、680、690中的紧邻的波导的材料的折射率的材料)形成。优选地，形成层760a、760b的材料的折射率比形成波导670、680、690的材料的折射率小0.05或更多，或小0.10或更多。有利地，较低折射率层760a、760b可以作为包层，其有助于光通过波导670、680、690的全内反射(TIR)(例如，在每个波导的顶部主表面与底部主表面之间的TIR)。在一些实施例中，层760a、760b由空气形成。尽管未示出，但应当理解，所示波导组660的顶部和底部可以包括紧邻的包层。
优选地，为了便于制备和出于其它考虑，形成波导670、680、690的材料相似或相同，并且形成层760a、760b的材料相似或相同。在一些实施例中，形成波导670、680、690的材料在一个或多个波导之间可以是不同的，和/或形成层760a、760b的材料可以是不同的，同时仍然保持上述各种折射率关系。
继续参考图9A，光线770、780、790入射在波导组660上。应当理解，光线770、780、790可以通过一个或多个图像注入设备360、370、380、390、400(图6)注入波导670、680、690中。
在一些实施例中，光线770、780、790具有不同的特性，例如，不同的波长或不同的波长范围，这些不同的波长或波长范围可以对应于不同的颜色。耦入光学元件700、710、720各自偏转入射光，以使得光通过TIR传播通过波导670、680、690中的相应一者。在一些实施例中，耦入光学元件700、710、720分别选择性地偏转一个或多个特定波长的光，同时将其它波长透射到下面的波导和相关联的耦入光学元件。
例如，耦入光学元件700可被配置为偏转具有第一波长或波长范围的光线770，同时分别透射具有不同的第二和第三波长或波长范围的光线780和790。透射光线780照射在耦入光学元件710上并被其偏转，该耦入光学元件710被配置为偏转第二波长或波长范围的光。光线790被耦入光学元件720偏转，该耦入光学元件720被配置为选择性地偏转第三波长或波长范围的光。
继续参考图9A，所偏转的光线770、780、790被偏转为使得它们传播通过对应的波导670、680、690；也就是说，每个波导的耦入光学元件700、710、720将光偏转到对应的波导670、680、690中，以将光耦入该对应的波导中。光线770、780、790以一定角度被偏转，这些角度使光通过TIR传播通过相应的波导670、680、690。光线770、780、790通过TIR传播通过相应的波导670、680、690，直到照射到波导的对应的光分布元件730、740、750上。
现在参考图9B，示出了图9A的堆叠波导的示例的透视图。如上所述，耦入光线770、780、790分别被耦入光学元件700、710、720偏转，然后分别通过TIR在波导670、680、690内传播。然后，光线770、780、790分别照射在光分布元件730、740、750上。光分布元件730、740、750使光线770、780、790偏转，以使得光线770、780、790分别朝向耦出光学元件800、810、820传播。
在一些实施例中，光分布元件730、740、750是正交光瞳扩展器(OPE)。在一些实施例中，OPE将光偏转或分布到耦出光学元件800、810、820，并且在一些实施例中，还可以在光传播到耦出光学元件时增加该光的光束或光斑尺寸。在一些实施例中，可以省略光分布元件730、740、750，并且可以将耦入光学元件700、710、720配置为将光直接偏转到耦出光学元件800、810、820。例如，参考图9A，光分布元件730、740、750可分别被耦出光学元件800、810、820代替。在一些实施例中，耦出光学元件800、810、820是出射光瞳(EP)或出射光瞳扩展器(EPE)，其将光引导到眼睛210(图7)中。应当理解，OPE可被配置为在至少一个轴上增加眼动范围(eye box)的尺寸，并且EPE可以在与OPE的轴相交(例如正交)的轴上增加眼动范围。例如，每个OPE可被配置为将照射OPE的光的一部分重定向到同一波导的EPE，同时允许该光的剩余部分继续沿波导传播。当再次照射OPE时，剩余光的另一部分被重定向到EPE，并且该部分的剩余部分继续沿波导进一步传播，以此类推。类似地，在照射EPE时，照射光的一部分朝向用户被引导出波导，并且该光的剩余部分继续通过波导传播，直到它再次照射EP，此时照射光的另一部分被引导出波导，以此类推。因此，每当光的一部分被OPE或EPE重定向时，可以“复制”单束耦入光，从而形成所克隆光束的场，如图6所示。在一些实施例中，OPE和/或EPE可被配置为修改光束的尺寸。
因此，参考图9A和图9B，在一些实施例中，波导组660包括用于每种分量颜色的波导670、680、690；耦入光学元件700、710、720；光分布元件(例如OPE)730、740、750；以及耦出光学元件(例如EP)800、810、820。波导670、680、690可以以每个波导之间具有气隙/包层的方式被堆叠。耦入光学元件700、710、720将入射光(其中不同的耦入光学元件接收不同波长的光)重定向或偏转到其波导中。然后光以一定角度传播，这将导致相应的波导670、680、690内的TIR。在所示的示例中，光线770(例如蓝光)以先前描述的方式被第一耦入光学元件700偏转，然后继续沿波导反弹，与光分布元件(例如OPE)730以及然后耦出光学元件(例如EP)800相互作用。光线780和790(例如，分别为绿光和红光)将传播通过波导670，其中光线780照射在耦入光学元件710上并被耦入光学元件710偏转。光线780然后经由TIR沿波导680反弹，前进到其光分布元件(例如OPE)740，然后到达耦出光学元件(例如EP)810。最后，光线790(例如红光)传播通过波导690而照射在波导690的耦入光学元件720上。光耦入光学元件720偏转光线790，以使得该光线通过TIR传播到光分布元件(例如OPE)750，然后通过TIR传播到耦出光学元件(例如EP)820。然后，耦出光学元件820最终将光线790耦出到观看者，观看者还接收来自其它波导670、680的耦出光。
图9C示出了图9A和图9B的多个堆叠波导的示例的俯视平面图。如图所示，波导670、680、690以及每个波导的相关联的光分布元件730、740、750和相关联的耦出光学元件800、810、820可以垂直对准。然而，如本文所讨论的，耦入光学元件700、710、720不是垂直对准的；相反，耦入光学元件优选地是不重叠的(例如，如俯视图所示，横向地间隔开)。如本文进一步所讨论的，该不重叠的空间布置有助于将来自不同资源的光一对一地注入不同的波导中，从而允许特定光源被唯一地耦合到特定波导。在一些实施例中，包括不重叠的空间分离的耦入光学元件的布置可被称为移位光瞳系统，并且这些布置内的耦入光学元件可以对应于子光瞳。
图9D示出了可以集成本文所公开的各种波导和相关系统的可穿戴显示系统60的示例。在一些实施例中，显示系统60是图6的系统250，其中图6更详细地示意性地示出了该系统60的一些部分。例如，图6的波导组件260可以是显示器70的一部分。
继续参考图9D，显示系统60包括显示器70，以及支持该显示器70的功能的各种机械和电子模块和系统。显示器70可以被耦接到框架80，该框架可由显示系统用户或观看者90穿戴，并且被配置为将显示器70定位在用户90的眼前。在一些实施例中，显示器70可以被视为眼镜。在一些实施例中，扬声器100被耦接到框架80并且被配置为定位在用户90的耳道附近(在一些实施例中，另一扬声器(未示出)可选择性地定位在用户的另一耳道附近以提供立体声/可塑形的声音控制)。显示系统60还可以包括一个或多个麦克风110或其它检测声音的设备。在一些实施例中，麦克风被配置为允许用户向系统60提供输入或命令(例如语音菜单命令的选择、自然语言问题等)，和/或可以允许与其它人(例如与类似显示系统的其他用户)进行音频通信。麦克风可被进一步配置为外围传感器以收集音频数据(例如来自用户和/或环境的声音)。在一些实施例中，显示系统60可进一步包括被配置为检测用户周围世界的对象、刺激物、人、动物、位置或其它方面的一个或多个面向外部的环境传感器112。例如，环境传感器112可以包括一个或多个相机，这些相机例如可以面朝外部定位，以便捕获与用户90的一般视场的至少一部分相类似的图像。在一些实施例中，显示系统还可以包括外围传感器120a，其可以与框架80分离并且被附接到用户90的身体(例如用户90的头部、躯干、四肢等上)。在一些实施例中，外围传感器120a可被配置为获取表征用户90的生理状态的数据。例如，传感器120a可以是电极。
继续参考图9D，显示器70通过通信链路130(诸如通过有线引线或无线连接)可操作地耦接到本地数据处理模块140，本地数据处理模块140可以以各种配置安装，诸如固定地附接到框架80，固定地附接到用户戴的头盔或帽子，嵌入耳机中，或以其它方式可移除地附接到用户90(例如采取背包式配置，采取束带耦接式配置)。类似地，传感器120a可以通过通信链路120b(例如通过有线引线或无线连接)可操作地耦接到本地处理和数据模块140。本地处理和数据模块140可以包括硬件处理器以及数字存储器，诸如非易失性存储器(例如闪存或硬盘驱动器)，这两者都可用于辅助数据的处理、缓存和存储。可选地，本地处理器和数据模块140可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用处理硬件等。这些数据包括a)通过传感器(其例如可以可操作地耦接到框架80或以其它方式附接到用户90)捕获的数据，这些传感器诸如图像捕获设备(诸如相机)、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备、陀螺仪和/或在此公开的其它传感器；和/或b)使用远程处理模块150和/或远程数据存储库160获取和/或处理的数据(包括与虚拟内容有关的数据)，这些数据可能在被执行完这样的处理或检索之后传送到显示器70。本地处理和数据模块140可以通过通信链路170、180(诸如经由有线或无线通信链路)可操作地耦接到远程处理模块150和远程数据存储库160，以使得这些远程模块150、160可操作地彼此耦接，并且作为资源可用于本地处理和数据模块140。在一些实施例中，本地处理和数据模块140可以包括图像捕获设备、麦克风、惯性测量单元、加速度计、指南针、GPS单元、无线电设备和/或陀螺仪中的一者或多者。在一些其它实施例中，这些传感器中的一者或多者可以被附接到框架80，或者可以是通过有线或无线通信路径与本地处理和数据模块140通信的独立结构。
继续参考图9D，在一些实施例中，远程处理模块150可以包括被配置为分析和处理数据和/或图像信息的一个或多个处理器，例如，包括一个或多个中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、专用处理硬件等。在一些实施例中，远程数据存储库160可以包括数字数据存储设施，该数据存储设施可以通过因特网或“云”资源配置中的其它网络配置获得。在一些实施例中，远程数据存储库160可以包括一个或多个远程服务器，这些服务器向本地处理和数据模块140和/或远程处理模块150提供信息，例如用于生成增强现实内容的信息。在一些实施例中，在本地处理和数据模块中存储所有数据都，并执行所有计算，允许从远程模块完全自主地使用。可选地，包括CPU、GPU等的外部系统(例如一个或多个处理器、一个或多个计算机的系统)可以执行至少一部分处理(例如生成图像信息，处理数据)，并且例如经由无线或有线连接将信息提供给模块140、150、160，以及从模块140、150、160接收信息。
图10是示出了投影仪组件1000的示意图，该投影仪组件1000利用偏振分束器(PBS)1020照射空间光调制器(SLM)1030并且将来自SLM 1030的光通过投影光学器件1040重定向到目镜(未示出)。投影仪组件1000包括照射源1010，照射源1010例如可以包括发光二极管(LED)、激光器(例如激光二极管)或其它类型的光源。该光可以通过准直光学器件准直。照射源1010可以发射偏振的、非偏振的或部分偏振的光。在所示的设计中，照射源1010可以发射具有p偏振的偏振光1012。对准第一光学元件1015(例如预偏振器)以使具有第一偏振(例如p偏振)的光通过。
该光被引导到偏振分束器1020。最初，光传播通过PBS 1020的界面1022(例如偏振界面)，其被配置为透射第一偏振(例如p偏振)的光。因此，光继续到达空间光调制器1030并入射在空间光调制器1030上。如图所示，SLM 1030是反射性SLM，其被配置为后向反射入射的光并选择性地调制光。SLM 1030例如包括可具有不同状态的一个或多个像素。可以基于像素的状态调制入射在各个像素上的光。因此，可以驱动SLM 1030来调制光以提供图像。在该示例中，SLM 1030可以是基于偏振的SLM，该SLM调制入射在其上的光的偏振。例如，在打开状态下，SLM 1030的像素将输入光从第一偏振态(例如p偏振态)改变为第二偏振态(例如s偏振态)，从而显示亮状态(例如白色像素)。第二偏振态可以是被调制(例如旋转)90°的第一偏振态。在打开状态下，具有第二偏振态的光被界面1022反射并向下传播到投影仪光学器件1040。在关闭状态下，SLM 1030不会改变入射在其上的光的偏振态，例如不会从第一偏振态旋转输入光，因此显示暗状态(例如黑色像素)。在关闭状态下，具有第一偏振态的光透射通过界面1022，并向上传播回到照射源1010而非用户的眼睛。
在从SLM 1030反射之后，光1014(例如所调制的光)的一部分从界面1022反射并离开PBS 1020以被引导到用户的眼睛。发射的光传播通过投影仪光学器件1040，并被成像到目镜(未示出)的耦入光栅(ICG)1050上。
图11A示出了用于向用户的眼睛210呈现图像并用于观看世界510的系统(例如增强现实显示系统)1100A，该系统具有图10所示配置的替代配置。系统1100包括光源1110、空间光调制器(SLM)1140和波导1120，该系统被布置为使得来自光源1110的光照射SLM 1140，并且从SLM 1140反射的光被耦入波导1120中以被引导到眼睛210。系统1100A包括光学器件1130，其被设置为既照射SLM 1140，又投射SLM 1140的图像。例如，来自光源1110的光沿第一方向传播通过光学器件1130，到达SLM 1140，从而照射SLM 1140。从SLM 1140反射的光沿着与第一方向相反的第二方向再次传播通过光学器件1130，然后被引导到波导1120并被耦入该波导中。
光源1110可以包括发光二极管(LED)、激光器(例如激光二极管)或其它类型的光源。光源1110可以是偏振光源，但是光源1110不必限于此。在一些实施方式中，偏振器1115可以位于光源1110和SLM 1140之间。如图所示，偏振器1115位于光源1110和波导1120之间。该偏振器1115也可以是光回收器，其透射第一偏振的光，并将具有第二偏振的光反射回光源1110。这样的偏振器1115例如可以是线栅偏振器。诸如非成像光学元件(例如锥形复合抛物面聚光器(CPC，透镜))之类的耦合光学器件1105可以被相对于光源1110设置以接收从光源1110输出的光。耦合光学器件1105可以收集来自光源1110的光，并且在一些情况下，可以减小从光源1110发射的光的发散。耦合光学器件1105例如可以对从光源1110输出的光进行准直。耦合光学器件1105可以收集与系统1100A的角谱视场匹配的光。因此，耦合光学器件1105可以使由光源1110输出的光的角谱与系统1100A的视场相匹配。耦合光学器件1105可以具有不对称的轮廓以对从光源1110发射的光进行不对称的操作。例如，耦合光学器件1105可以在正交方向(例如x和z方向)上将发散减小不同的量。耦合光学器件1105中的这种不对称性可以解决从光源1110发射的光中的不对称性，光源1110例如可以包括激光二极管，该激光二极管沿着与正交方向(例如分别为z或x)相反的一个方向(例如x或z)发射较宽角度范围的光。
如上所述，系统1100A包括设置在光源1110和SLM 1140之间的光路中的光学器件1130，该光学器件1130被配置为照射SLM 1140。光学器件1130可以包括将来自光源1110的光透射到SLM 1140的透射性光学器件。光学器件1130也可被配置为将SLM 1140的图像或由SLM 1140形成的图像投射到波导1120中。图像可以被投射到眼睛210中的眼睛内。在一些设计中，光学器件1130可以包括一个或多个具有光焦度的透镜或光学元件。光学器件1130例如可以具有正光焦度。光学器件1130可以包括一个或多个折射性光学元件，诸如折射性透镜。也可以使用其它类型的光学元件。
SLM 1140可以是反射性的，其调制并反射来自其的光。SLM 1140可以是被配置为调制偏振的基于偏振的SLM。SLM 1140例如可以包括液晶(LC)SLM(例如硅上液晶(LCOS)SLM)。LC SLM例如可以包括扭曲向列(TN)液晶。SLM 1140可以基本类似于参考图10的SLM1030。SLM 1140例如可以包括一个或多个像素，这些像素被配置为取决于像素状态选择性地调制入射在像素上的光。对于某些类型的SLM 1140，像素例如可以通过改变偏振态，诸如旋转偏振(例如旋转线性偏振光的取向)来调制入射在其上的光束。
如上所述，SLM 1140可以是LCOS SLM 1140。在交叉偏振器配置中，LCOS SLM 1140可以标称为白色。当像素关闭(例如0电压)时，其具有亮状态，而当像素打开(例如高于阈值打开电压的电压)时，其具有暗状态。在这种交叉偏振配置中，当像素打开时且像素处于暗状态时，漏光被最小化。
在平行偏振器配置中，LCOS SLM 1140标称是黑色。当像素关闭(例如0电压)时，其具有暗状态，而当像素打开(例如高于阈值打开电压的电压)时，其具有亮状态。在这种平行偏振器配置中，当像素关闭并且像素处于暗状态时，漏光被最小化。可以使用摩擦方向(rubdirection)和补偿器角度来(重新)优化暗状态。补偿器角度可以指在光学器件1130和SLM1140之间的补偿器的角度，例如，如图20B所示。
平行偏振器配置的动态范围和吞吐量可以不同于交叉偏振器配置。此外，与交叉偏振器配置不同，可以针对对比度优化平行偏振器配置。
系统1100A包括用于向眼睛210输出图像信息的波导1120。波导1120可以基本类似于上面讨论的波导270、280、290、300、310、670、680和690。波导1120可以包括基本透明的材料，该材料具有足以在波导中引导光的折射率。如图所示，波导1120可以包括第一侧面1121和与第一侧面1121相对的第二侧面1123，以及对应的上主表面和下主表面及其周围的边缘。第一主表面1121和第二主表面1123可以足够平坦，以便在从SLM1140向眼睛210传播光时可以保留图像信息，从而可以将由SLM 1140形成的图像注入眼睛中。光学器件1130和SLM1140可以位于波导1120的第一侧面1121上。光源1110可以被设置在第二侧面1123上，以使得来自光源1110的光在传播通过波导1120以及通过光学器件1130到达SLM1140之前入射在第二侧1123上。因此，波导1120可以被设置在光源1110和光学器件1130之间。另外，波导1120的至少一部分可以在光源1110和光学器件1130之间延伸，借此光传播通过波导1120的一部分到达光学器件1130。因此，从光源1110发射的光可以被引导通过波导1120，进入并通过光学器件1130，并入射在SLM 1140上。SLM 1140将光反射回，使得该光通过光学器件1130并到达波导1120。
系统1100A还包括用于将来自光学器件1130的光耦入波导1120中的耦入光学元件1160。耦入光学元件1160可以被设置在波导1120的主表面(例如上主表面1123)上。在一些设计中，耦入光学元件1160可以被设置在波导1120的下主表面1121上。在一些设计中，耦入光学元件1160可以被设置在波导1120的主体中。尽管耦入光学元件1160被示出为位于波导1120的一侧或角点上，但是耦入光学元件1160也可以被设置在波导1120的其它区域中/其它区域上。耦入光学元件1160可以基于与上面参考图9A、图9B和图9C描述的耦入光学元件700、710、720类似。耦入光学元件1160可以是衍射性光学元件或反射器。其它结构也可用作耦入光学元件1160。耦入光学元件1160可被配置为以相对于波导1120的上主表面1123和下主表面1121的足够大的掠射角(grazing angle)(例如大于临界角)将入射在其上的光引导到波导1120中，从而通过全内反射在波导1120中引导该光。此外，耦入光学元件1160可以在宽波长范围内工作，因此被配置为将多种颜色的光耦入波导1120中。例如，耦入光学元件1160可被配置为将红光、绿光和蓝光耦入波导1120中。光源1110可以在不同时间发射红、绿、和蓝光。
系统1100A包括设置在波导1120上或波导1120中的光分布元件1170。光分布元件1170可以基本与上面关于图9B描述的光分布元件730、740和750类似。例如，光分布元件1170可以是正交光瞳扩展器(OPE)。光分布元件1170可被配置为通过使沿x方向，例如，朝向图11B的俯视图所示的z方向传播的光转向而在波导1120内展开光。因此，光分布元件1170可被配置为增加沿z轴的眼动范围的尺寸；参见图11B。光分布元件1170例如可以包括一个或多个衍射性光学元件，该衍射性光学元件被配置为衍射在波导1120内传播的入射在衍射光学元件上的光，从而例如在大体正交的方向上重定向该光。其它配置也是可能的。
如图11B所示，系统1100A还可以包括用于将光从波导1120耦出，到眼睛210的耦出光学元件1180。耦出光学元件1180可被配置为以与波导1120的上主表面1123和/或下主表面1121更垂直的角度，通过全内反射(TIR)来重定向在波导1120内传播的光，以使得该光不在波导1120内被引导。相反，该光例如通过下主表面1121被引导出波导1120。耦出光学元件1180例如可以包括一个或多个衍射性光学元件，该衍射性光学元件被配置为衍射在波导1120内传播的入射在衍射光学元件上的光，从而例如将光重定向出波导1120。其它配置也是可能的。
图11B还示出了相对于光分布光学元件(例如正交光瞳扩展器)1170和耦出光学元件1180横向设置的耦入光学元件1160的位置。图11B还示出了相对于耦入光学元件1160、光分布光学元件(例如正交光瞳扩展器)1170和耦出光学元件1180横向设置的光源1110的位置。
在操作中，系统1100A的光源1110将光发射到耦合光学器件1105中并通过偏振器1115。因此，该光可以是偏振的，例如，在第一方向上线性偏振的。该偏振光可以透射通过波导1120，进入波导1120的第二主表面，并从波导1120的第一主表面出射。该光可以通过光学器件1130传播到SLM 1140。光学器件1130对来自光源1110的光进行准准直和/或选择，从而照射SLM 1140，SLM 1140可以包括基于偏振的调制器，该调制器诸如通过取决于像素状态选择性地逐像素地旋转调制器的取向来调制入射在该调制器上的光的偏振。例如，第一像素可以处于第一状态并且旋转偏振，同时第二像素可以处于第二状态并且不旋转偏振。耦合光学器件1105和光学器件1130之间的光可以相当均匀地照射SLM 1140。在入射在SLM1140上之后，光通过光学器件1130被反射返回。光学器件1130可被配置为将来自SLM 1140的图像投射到波导1120中并最终进入眼睛210中，以使图像对眼睛210可见。在一些设计中，眼睛210的视网膜是SLM 1140和/或由SLM 1140形成的图像和/或在SLM 1140上形成的图像的光学共轭物。光学器件1130的光焦度有助于将SLM 1140上的图像投射到眼睛210中并到眼睛210的视网膜上。在一些实施方式中，例如，由耦出光学元件1180提供的光焦度可有助于和/或影响最终在眼睛210中形成的图像。当从SLM 1140反射的光通过光学器件朝向波导1120行进时，光学器件1130充当投影透镜。光学器件可以大致充当SLM 1140上的图像到邻近耦入光学元件1160的波导1120中的平面的傅里叶变换。两种光一起传播通过光学器件1130(第一光从光源1110到SLM 1140，第二光从SLM 1140到波导1120)可以大致起到对耦合光学器件1105的光瞳进行成像的作用。光源1110(也可能是耦合光学器件1105和/或偏振器1115)、光学器件1130、SLM 1140的对准和取向使得从SLM 1140反射的来自光源1110的光被引导到耦入光学元件1160上。与耦合光学器件1105相关联的光瞳可以与耦入光学元件1160对准。光可以传播通过在SLM 1140和眼睛210之间的光路中的检偏器1150(例如偏振器)。如图11A所示，检偏器(例如偏振器)1150可以被设置在光学器件1130和耦入光学元件1160之间的光路上。检偏器1150例如可以是具有取向的线性偏振器，从而透射第一偏振(P偏振)的光，并且阻挡第二偏振(S偏振)的光，或者透射第二偏振的光，并且阻挡第一偏振的光。检偏器1150可以是清理(clean-up)偏振器，并且进一步阻挡被SLM 1140和检偏器1150之间的或SLM 1140内的另一偏振器阻挡的偏振的光。检偏器1150例如可以是圆偏振器，其充当隔离器以减轻从波导1120，特别是耦入光学元件1160，往回朝向SLM 1140的反射。作为本文公开的任一偏振器，检偏器1150可以包括线栅偏振器，诸如吸收性线栅偏振器。这样的偏振器可以提供对不需要的光的明显吸收，因此增加了对比度。可以使一些此类偏振器在线和/或多层膜的顶部上包括一个或多个介电层。在一些实施方式中，SLM 1140可以是硅上液晶(LCOS)SLM，并且可以包括LC单元和延迟器(例如补偿器)。在一些实施方式中，检偏器1150可以是旨在针对不同入射角和不同波长提供SLM 1140的更一致的偏振旋转(例如90°)的补偿器。补偿器可用于通过改善跨入射角和波长范围入射的光线的旋转偏振来改善显示器的对比度。SLM 1140例如可以包括TN LCOS，该TN LCOS被配置为将第一像素的第一偏振(例如s偏振)的入射光旋转到第二偏振(例如p偏振)，以便当该光将传播通过检偏器1150时，产生亮的像素状态。相反，SLM 1140可被配置为不将第二像素的第一偏振(例如s偏振)的入射光旋转到第二偏振(例如p偏振)，以便当该光将被检偏器1150衰减或阻挡时，反射光保持第一偏转以产生暗像素。在这种配置中，沿着光路光源1110较近的偏振器1115的取向可以不同于(例如正交于)沿着光路到光源1110较远的检偏器1150。其它的，例如相反的，配置也是可能的。
然后，光被偏转，例如被耦入光学元件1160转向以在波导1120中被引导，在波导1120中，该光通过TIR传播。然后，光照射在光分布元件1170上，该光分布元件使光转向另一方向(例如，更多地朝向z方向)，引起沿z轴方向的眼动范围的尺寸增大，如图11B所示。因此，光朝向耦出光学元件1180偏转，这使光朝向眼睛210(例如，如图所示的用户眼睛)被从波导1120引导出。由耦出光学元件1180的不同部分沿z方向耦出的光使沿至少平行于z轴的方向的眼动范围的尺寸的增加，如图11B所定义的。值得注意的是，在该配置中，光学器件1130既用于照射SLM 1140，又用于将图像投射到耦入光学元件1160上。因此，光学器件1130可用作(例如均匀地)分配来自光源1110的光的投影光学器件，以及将SLM 1140的图像和/或由SLM 1140形成的图像提供到眼睛内的成像光学器件。图11A/图11B中的系统1100A在一些情况下可以比图10中的系统1000更紧凑。在一些情况下，不采用图10所示的PBS 1020可能降低系统的成本和/或减小系统尺寸。另外，在没有PBS 1020的情况下，该系统可以通过缩短光学器件1130的后焦距而更对称，并更易于设计。
如上所述，备选配置是可能的。参考图11C，例如，在一些设计中，系统1100C可被配置为使具有未被SLM 1140旋转的偏振的光通过。在一个实施方式中，例如，SLM 1140是基于液晶(LC)的SLM，并且可以包括硅上垂直对准(VA)LC(LCoS)。该SLM 1140可以具有处于不旋转偏振的第一状态的第一像素和处于旋转偏振的第二状态的第二像素。在图11C所示的配置中，利用了单个共享的检偏器/偏振器1155。该检偏器1155可以透射第一偏振(例如s偏振)的光，并且衰减或减少第二偏振(例如p偏振)的透射。因此，入射在处于不旋转偏振取向的第一状态下的第一像素上的光(例如s偏振光)通过SLM 1140被反射，并传播通过检偏器1155到达波导1120。相反，入射在处于旋转偏振取向的第二状态的第二像素上的光(例如s偏振光)通过SPM 1140被反射，并且被衰减、减少或不传播通过检偏器1155到达波导1120。该配置可允许图11A所示的偏振器1115和检偏器1150被集成到共享的光学元件(图11C所示的检偏器1155)中，从而可以通过减少光学部件的数量来简化图11A/图11B的系统1100。检偏器1155可以被设置在波导1120和光学器件1130之间。在其它实施方式中，可以使用分离的检偏器/偏振器和检偏器/偏振器，诸如图11A/图11B的系统1100所示。图11A和图11B示出了在光源1110和波导1120之间的偏振器1115，以及在光学器件1130和波导1120之间的检偏器1140。
可以采用各种利用光学器件1130既照射SLM 1140又对由SLM 1140形成的图像进行成像的其它配置。例如，尽管图11A至图11C示出了单个波导1120，但是可以使用一个或多个波导，诸如波导堆叠(用于不同颜色的光的可能不同的波导)。例如，图12A示出了示例系统1200A的横截面侧视图，示例系统1200A包括堆叠1205，堆叠1205包括波导1120、1122、1124，每个波导各自包括耦入光学元件1260、1262、1264。波导1120、1122、1124可各自被配置为输出一个或多个不同波长的光，或一个或多个不同波长范围的光。堆叠1205可以基本类似于堆叠260和660(图6和图9A)，并且所示的堆叠1205的波导1120、1122、1124可以与波导670、680、690的一部分对应，但是，堆叠1205和波导1120、1122、1124不必限于此。如图12A所示，耦入光学元件1260、1262、1264例如可以分别与波导1120、1122、1124相关联，包括在波导1120、1122、1124中或波导1120、1122、1124上。耦入光学元件1260、1262、1264可以使颜色选择性得，并且可以主要将某些波长转移或重定向到对应的波导1120、1122、1124中以在其中引导这些波长。如图所示，由于耦入光学元件1260、1262、1264是颜色选择性的，因此耦入光学元件1260、1262、1264不需要横向移位并且可以彼此堆叠。可以采用波长多路复用将特定颜色耦入对应的波导中。例如，红色耦入光学元件可以将红光耦入指定用于传播红光的波导中，而不偶入蓝光或绿光，相反，蓝光和绿光分别由其它蓝色或绿色选择性波导耦入其它波导中。
在一些实施方式中，光源1110可以是能够在不同时间发射不同颜色的光的多颜色光源。例如，光源1110可以发射红、绿和蓝(RGB)光，并且可被配置为在第一时间段发射红色以及不超过可忽略量的绿色和蓝色，在第二时间段发射绿色以及不超过可忽略量的红色和蓝色，并且在第三时间段发射蓝色以及不超过可忽略量的红色和绿色。可以重复这些循环，并且可以协调SLM 1140，以便针对特定颜色(红、绿或蓝)生成合适的像素状态图案，以针对给定图像帧提供适当的图像颜色分量。堆叠1205的不同波导1120、1122、1124可被各自配置为输出具有不同的各个颜色的光。例如，如图12A所示，波导1120、1122、1124可被配置为分别输出蓝色、绿色和红色光。当然，其它颜色也是可能的，例如，光源1110可以发射其它颜色，并且可以针对这些其它颜色配置颜色选择性的耦入光学元件1260、1262、1264；耦出光学元件等。另外，各个红色、绿色和蓝色发射器可以足够靠近以有效地用作单个光瞳光源。红色、绿色和蓝色发射器可以与透镜和二向色分离器组合以形成单个红色、绿色和蓝色光瞳源。单个光瞳的多路复用可以扩展到颜色选择性之外或作为其补充，并且可以包括使用偏振敏感光栅和偏振切换。这些彩色或偏振光栅也可以与多个显示光瞳结合使用以增加可定向(address)的层数。
可以将不同波导1120、1122、1124中的不同耦入光学元件1260、1262、1264设置在彼此的上方和/或下方，并且将相对于彼此横向对准(例如，沿图12A所示的x和z方向)，这与相对于彼此横向移位并且不对准相反。因此，在一些实施方式中，例如，可以将不同耦入光学元件1260、1262、1264配置为使得第一颜色的光可以被耦入光学元件1260耦入波导1120中以在其中被引导，不同于第一颜色的第二颜色的光可以传播通过耦入光学元件1260到达下一耦入光学元件1262，并且可以被耦入光学元件1262耦入波导1122中以在其中被引导。不同于第一颜色和第二颜色的第三颜色的光可以传播通过耦入光学元件1260和1262到达耦入光学元件1264，并且可被耦入波导1124中以在其中被引导。另外，耦入光学元件1260、1262、1264可以是偏振选择性的。例如，不同的耦入光学元件1260、1262、1264可被配置为使得特定偏振的光被对应的偏振选择性耦入光学元件1260、1262、1264耦入波导中，或传播通过耦入光学元件1260、1262、1264。
取决于配置，SLM 1140可以包括调制偏振的基于偏振的SLM。系统1200A可以包括偏振器和/或检偏器，以便例如取决于各个像素的状态(例如，像素是否旋转偏振取向)逐像素调制注入堆叠1205的光。上面讨论了采用基于偏振的SLM的此类系统的各个方面，并且可以结合本文所述的任何其它特征采用这些特征中的任一者。然而，其它设计仍然是可能的。
例如，可以采用基于偏转的SLM 1140。例如，SLM 1140可以包括一个或多个可移动光学元件，诸如可移动反射镜，其可取决于光学元件的状态沿不同方向反射和/或偏转光。SLM 1140例如可以包括一个或多个像素，该一个或多个像素包括诸如微反射镜或反射器的此类光学元件。SLM 1140例如可以集成使用数字微反射镜设备(DMD)的数字光处理(DLPTM)技术。图12B示出了使用这种基于偏转的SLM 1140的系统1200B的示例。系统1200B包括基于偏转的SLM 1140以及光吸收器1250。光吸收器1250可以包括被配置为吸收光的吸收材料或结构。基于偏转的SLM 1140可以包括一个或多个微可动反射镜，其可以被选择性地倾斜以使光沿不同方向偏转。例如，基于偏转的SLM 1140可被配置为在给定像素处于亮状态下时使入射在其上的来自光源1110的光偏转到耦入光学元件1260、1262、1264。如上所述，因此，该光因此例如取决于光的颜色被耦入光学元件1260、1262、1264之一耦入各个波导1120、1122、1124之一中，并被引导到眼睛210。相反，在给定像素处于暗状态下时，来自光源1110的光可被偏转到光吸收器1250，并且该光不被耦入光学元件1260、1262、1264之一耦入各个波导1120、1122、1124之一中以及，并不被引导到眼睛210。相反，光可以被包括光吸收器1250的吸收材料吸收。在一些实施方式中，检偏器1150可以是偏振器(例如“清理”偏振器)，其用于消除来自耦入光学元件1260、1262、1264的不希望的反射。该偏振器是有用的，因为光学器件1130可以包括具有双折射并可以改变偏振的塑料光学元件。“清理”偏振器可以衰减或去除具有不需要的偏振的光(例如反射)，使其不被引导到波导1120、1122、1124上。其它类型的光调节元件也可以被设置在SLM 1140和波导1120、1122、1124之间，诸如在光学器件1130和波导1120、1122、1124之间。例如，这种光调节元件还可以包括圆偏振器(即线性偏振和诸如四分之一波片之类的延迟器)。圆偏振器可以减少再次入射在波导1120、1122、1124上并且耦入波导1120、1122、1124中的来自波导1120、1122、1124或耦入光学元件1260、1262、1264的反射量。反射光可以是圆偏振的，并且可以具备与入射光相反的圆偏振(例如，在反射时，右旋圆偏振光被变换为左旋圆偏振光，或者左旋圆偏振光被变换为右旋圆偏振光)。圆偏振器中的延迟器可以将圆偏振光变换为线性偏振光，诸如偏振器的正交偏振光，该线性偏振光被圆偏振器中的线性偏振器衰减(例如吸收)。清理偏振器可用于偏振无关的调制器(诸如DMD)。如上所述，清理偏振器可用于抑制反射和/或改善光以最佳偏振态耦合到耦入光学元件1260、1262、1264中。
图12B示出了此类系统1200B的侧视图或截面图，而图12C示出了耦入光学元件1264、光吸收器1250和光源1110的横向布置的俯视图。取决于特定像素的状态，SLM 1140会被配置为反射、偏转和/或引导来自光源1110的光到耦入光学元件1264(以及其它耦入光学元件1260、1262)或集光器1250的横向位置。
在某些设计中，光吸收器1250可以包括能量收集系统。光吸收器1250例如可以包括被配置为将光能变换为电能的光能的转换元件。光能转换元件例如可以包括太阳能电池。光能转换元件例如可以包括光电检测器，当光入射在其上时，光电检测器产生电输出。光能转换元件可以被电连接到电气部件，例如导电线，以引导电输出，以便向系统1200B提供电力和/或可能为一个或多个电池充电。
在某些设计中可以使用横向移位的非颜色选择性或宽带或多颜色耦入光学元件。例如，图13A是包括包含波导的堆叠1305的系统1300的透视图。堆叠1305可以基本类似于参考图12A的堆叠1205。堆叠1305中的每个波导可以包括耦入光学元件1360、1362、1364，然而，与图12A所示的设计相反，耦入光学元件1360、1362、1364相对于彼此被横向移位。如图13A、图13B和图13C所示，光源1110、1112、1114也相对于彼此被横向移位，并且可被设置为通过使光传播通过光学器件1130，从SLM 1140反射光，并使反射光再次传播通过光学器件1130，而将光引导到各个耦入光学元件1360、1362、1364。图13B的系统1300被示出为使得光源1114位于光源1110后面，因此未在图13B中示出。光源1110、1112、1114可以分别对应于耦入光学元件1360、1362、1364。在一个设计中，例如，光源1110、1112、1114和对应的耦入光学元件1360、1362、1364沿着公共(光)轴与光学器件1130的中心大致等距地(关于该中心对称地)被设置。公共(光)轴可以与光学器件1130的中心相交。在一个设计中，例如，光源1110、1112、1114和对应的耦入光学元件1360、1362、1364不沿着公共(光)轴与光学器件1130的中心大致等距地(关于该中心对称地)被设置。
耦入光学元件1360、1362、1364可被配置为将具有多种颜色的光耦入其各个的波导中。因此，这些耦入光学元件1360、1362、1364在本文中可以被称为宽带、多颜色或非颜色选择性耦入光学元件1360、1362、1364。例如，在一些情况下，这些耦入光学元件1360、1362、1364中的每一者被配置为将红色、绿色和蓝色光耦入包括耦入光学元件1360、1362、1364的相关联的波导中，以使得这种彩色光通过TIR在波导中被引导。这样的宽带耦入光学元件1360、1362、1364例如可以跨大范围的波长，例如在可见光范围内，执行操作，或者可以选择例如跨可见光范围分布的波长或波长区域。因此，这样的宽带或多颜色或非颜色选择性耦入光学元件1360、1362、1364可被配置为将各种不同颜色(例如红色、绿色和蓝色)的光转向波导中，以通过TIR在波导内被引导。尽管本文例如结合光源、耦入光学元件、波导等提及了红色、绿色、蓝色(RGB)，但是可以附加地或替代地使用其它颜色或颜色系，例如包括但不限于品红色、青色、黄色(CMY)。
如图13A所示，光源1110、1112、1114被示出为位于最上面波导的上方并且相对于彼此移位(例如沿x和z方向)。类似地，三个耦入光学元件1360、1362、1364被示出为位于三个各自的波导上并且相对于彼此被移位(例如沿x、y和z方向)。图13B是图13A所示的系统1300的侧视图，其示出了相对于彼此进行横向空间移位(例如沿x和z方向)的耦入光学元件1360、1362、1364以及相对于彼此横向移位(例如沿x和z方向)的光源1110、1112、1114中的一些。图13B还示出了光学器件1130和SLM1140。
图13C是图13A和图13B所示的增强现实显示系统的俯视图，其示出了耦入光学元件1360、1362、1364和相关联的光源1110、1112、1114。在这种设计中，耦入光学元件1360、1362、1364和相关联的光源1110、1112、1114绕公共(光)轴的中心以环形图案被设置。如图所示，光源1110、1112、1114和对应的耦入光学元件1360、1362、1364绕公共(光)轴的中心大致等距地被设置，但情况并不一定如此。在一些设计中，该中心点可以与沿着与光学器件1130的中心相交的公共(光)轴的光学器件1130的中心和/或沿着光学器件1130的光轴的位置相对应。同样因此，非颜色选择性耦入光学元件1360、1362、1364以及光源1110、1112、1114相对于彼此被横向移位(例如沿x和z方向)。
其它横向定位放置也是可能的。图14A至图14C示出了包括包含波导的堆叠1405的系统1400的备选配置，其中耦入光学元件1360、1362、1364以及光源1110、1112、1114相对于彼此被横向移位。图14A是侧视图，而图14B是图14A所示的系统1400的俯视图，图14A示出了横向移位的耦入光学元件1360、1362、1364和光源1110、1112、1114。图14C是图14A和图14B所示的系统1400的正交侧视图。
图14A和图14C的侧视图示出了如何将耦入光学元件1360、1362、1364设置在堆叠1405内的分离的波导上，以使得光可以被相应的横向移位的耦入光学元件1360、1362、1364耦入对应的波导中。在图14A和图14C中，耦入光学元件1360、1362、1364被示出为设置在波导的上主表面中。然而，耦入光学元件1360、1362、1364可以被替代地设置在各个波导的下主表面上或设置在波导的主体中。各种配置是可能的。
如在图14B的俯视图所示，耦入光学元件1360、1362、1364被设置成一列，沿z方向但不沿x方向相对于彼此横向移位。类似地，光源1110、1112、1114被设置成一列，也沿z方向但不沿x方向相对于彼此横向移位。耦入光学元件1360、1362、1364沿x方向相对于光源1110、1112、1114被横向移位。
其它配置也是可能的。图15是系统1500的俯视图，其示出了光源1110、1112、1114和耦入光学元件1360、1362、1364的备选配置。与图13C所示的所有光源1110、1112、1114大致位于一个侧面上(例如采取环形图案)并且所有耦入光学元件1360、1362、1364大致位于一个侧面上(即相对的侧面)上相反，光源1110、1112、1114和耦入光学元件1360、1362、1364沿着环形图案的圆周被散置或交替。
然而，在一些实施方式中，耦入光学元件1360、1362、1364和相关联的一个或多个光源1110、1112、1114也关于中心点以环形图案布置。因此，光源1110、1112、1114和对应的耦入光学元件1360、1362、1364可被设置为与中心大致等距。在一些设计中，该中心可以与沿着与光学器件1130的中心相交的公共中心轴的光学器件1130的中心和/或沿着光学器件的光轴的位置相对应。因此，来自第一光源1110的光可以跨光学器件1130的中心或中心轴或光轴经由光学器件1130被耦入耦入光学元件1360中(如图15的俯视图所示)。类似地，来自第二光源1112的光可以跨光学器件1130的中心或中心轴或光轴经由光学器件1130被耦入耦入光学元件1362中。同样，来自第三光源1114的光可以跨光学器件1130的中心或中心轴或光轴经由光学器件1130被耦入耦入光学元件1364中。也因此，非颜色选择性耦入光学元件1360、1362、1364以及光源1110、1112、1114相对于彼此被横向移位(例如沿x和z方向)。光学器件1130可被设计为使得焦点更多地进入堆叠1405中，以便子光瞳和耦入光学元件1360、1362、1364的位置在y方向上更靠近。在该配置中，耦入光学元件1360、1362、1364可以更小，因为它们更靠近光学器件1130的焦点。光源1110可以位于堆叠1405的用户侧上(例如，类似于图17和图18)，从而缩短光源1110和光学器件1130之间的距离或光路。
诸如图12A至图15所示的以上各种实施方式中，可以包括包含多个波导的堆叠(例如堆叠1205、1305、1405，例如包含波导1120、1122、1124的堆叠1205、包含波导(未标记)的堆叠1305，以及包含波导(未标记)的堆叠1405)以处理不同的颜色(例如红色、绿色和蓝色)。不同波导可用于不同颜色。类似地，可以包括多个堆叠，以向从相应的堆叠耦出的光提供不同的光学特性。例如，图12A至图12B的堆叠1205的波导1120、1122、1124可被配置为输出具有可能与看起来发出光的视在深度相关联的光学特性(例如，提供特定波前形状的光焦度)的光。例如，具有不同的发散量、会聚量或准直量的波前可看起来像从相对于眼睛210的不同距离处投射的一样。因此，可以将多个堆叠包括在不同的堆叠中，这些不同的堆叠被配置为使得由耦出光学元件耦出的光具有不同的会聚量、发散量或准直量，因此看起来源自不同深度。在一些设计中，不同的堆叠可以包括不同的透镜，诸如衍射性透镜或其它衍射性光学元件，以向不同的堆叠提供不同的光焦度量。因此，不同的堆叠将产生不同的会聚量、发散量或准直量，因此，来自不同堆叠的光看起来就像与不同深度平面或者与相对于眼睛210的不同距离处的对象相关联。
图16A是包括堆叠1605、1610、1620的系统1600的侧视图。如图16A所示，系统1600包括三个堆叠1605、1610、1620，但情况并不一定如此。可以设想具有更少或更多堆叠的系统。堆叠1605、1610和1620中的每一者包括一个或多个(例如三个)波导。图16A还示出了耦入光学元件组1630、1640、1650。第一组1630与第一堆叠1605相关联，第二组1640与第二堆叠1610相关联，并且第三组1650与第三堆叠1620相关联。组1630、1640、1650相对于彼此被横向移位。组1630、1640、1650各自包括颜色选择性耦入光学元件，这些耦入光学元件被配置为耦入不同的各个颜色，基本类似于图12A的耦入光学元件1260、1262、1264。如图16A所示，组1630、1640、1650中每一者内的耦入光学元件不相对于彼此被横向移位，但情况并不一定如此。可以设想一组中的耦入光学元件被相对于彼此横向移位的系统。系统1600可被配置为使得从堆叠1605、1610、1620中的每一者耦出的光具有不同的光焦度量。例如，堆叠中的波导可以包括具有给定光焦度的耦出光学元件或衍射透镜。不同堆叠1605、1610、1615的光焦度可以是不同的，以使得来自一个堆叠的光看起来源自与来自另一堆叠的光不同的深度。例如，一个堆叠的光焦度可以使来自该堆叠的光是准直的，而另一堆叠的光焦度可以使来自该堆叠的光发散。发散光可以看起来源自离眼睛210近距离的对象，而准直光可以看起来来自远距离处的对象。因此，从第一堆叠1605、第二堆叠1610和第三堆叠1620耦出的光可以具有不同的会聚量、发散量和准直量中的至少一者，因此看起来源自不同深度。在一些实施方式中，从堆叠中的一者耦出的光可以被准直，而由不同堆叠耦出的光可以发散。从其它堆叠中的一者耦出的光也可能发散，但发散不同的量。
如图16A所示，光源1110可以被相对于光学器件1130和SLM 1140设置，以将光引导到耦入光学元件组1630中，光源1112可以被相对于光学器件1130和SLM 1140设置，以将光引导到耦入光学元件组1640中，光源1114可以被相对于光学器件1130和SLM 1140设置，以将光引导到耦入光学元件组1650中。光源1110、1112、1114可被配置为在不同时间发射不同颜色的光。同样地，由于颜色选择性耦入光学元件采取上述方式，因此可以将不同各个颜色的光耦入堆叠中的不同波导中。例如，如果从第二光源1112发射蓝光，则光学器件1130和SLM 1140会将蓝光引导到第二耦入光学元件组1640。光可以传播通过第二组1640中的第一红色耦入光学元件和第二绿色耦入光学元件，并被第二组1640中的第三蓝色耦入光学元件转向到第二堆叠1610中的第三波导中。第二堆叠1610中的波导可以包括具有光焦度的耦出光学元件或其它光学元件(例如衍射性透镜)，以便向与特定深度平面或与第二堆叠1610相关联的物距相关联的眼睛210提供光束。
图16B是图16A中的系统1600的俯视图。不同的耦入光学元件组1630、1640、1650被示出为相对于彼此横向移位(例如沿x方向)。类似地，光源1110、1112、1114被示出为相对于彼此横向移位(例如沿x方向)。
上述系统的各种不同的变化是可能的。例如，光源1110相对于一个或多个波导和光学器件1130的位置可以是不同的。例如，图17是系统1700的侧视图，该系统1700的光源1110所在的相对于波导1720和光学器件1130的位置不同于图11至图11B所示。另外，图17示出了具有被分为第一部分1720a和第二部分1720b的波导1720的设计。波导1720可进一步包括反射器1730，该反射器1730被配置为将在邻近光源1110的第一部分1720a中被引导的光耦出第一部分1720a，并朝向SLM 1140耦入光学器件1130中。附加地或替代地，系统1700可以包括衍射性耦出光学元件，以将波导1720的第一部分1720a中的光耦出，并朝向SLM 1140耦入光学器件1130中。该反射器1730可以是不透明的，并且包括减少第一部分1720a和第二部分1720b之间的串扰的隔离器。波导1720具有第一侧面1721和与第一侧面1721相对的第二侧面1723，光学器件1130和SLM 1140被设置在第一侧面1721上，以使得来自SLM 1140的光被引导到第一侧面1721上。在该示例中，光源1110被设置在波导1720的第一侧面1721上，以使得来自光源1110的光在传播通过光学器件1130到达SLM 1140之前入射在第一侧面1721上。系统1700可进一步包括耦入光学元件1710，其被设置在第一部分1720a上或第一部分1720a中。耦入光学元件1710可被配置为接收来自光源1110的光，并将该光耦入第一部分1720a中。耦入光学元件1710可以包括衍射性光学元件或反射器，该衍射性光学元件或反射器被配置为以一角度将入射在其上的光转向到第一部分1720a中，以通过TIR在第一部分1720a中引导该光。
反射器1730可被配置为将在第一部分1720a中引导的光引导出第一部分1720a，并朝向光学器件1130和SLM 1140引导。(如上所述，在一些实施方式中，衍射性光学元件可以附加地或替代地用于将第一部分1720a中的光引导出第一部分1720a，并朝向光学器件1130和SLM 1140引导)。因此，反射器1730可以是朝向SLM 1140反射波导1720的光的反射镜、反射光栅、一个或多个涂层。通过反射器1730从第一部分1720a射出的光传播通过光学器件1130，入射在SLM 1140上，并再次传播通过光学器件1130，入射在第二部分1720b上。如上所述，从SLM 1140反射并且透射通过光学器件1130的光可以入射在耦入光学元件1160上，然后使光转向以在第二部分1720b中被引导。在第二部分1720b中引导的光可以通过耦出光学元件1180(未示出)从第二部分1720b被耦出，并被引导到眼睛210。
如上所述，反射器1730可以是减少第一部分1720a和第二部分1720b之间的串扰的隔离器。反射器1730可以包括不透明表面和/或反射性表面。反射器1730可以被设置在波导1720内，并且在一些情况下，可以限定第一部分1720a和第二部分1720b的一个侧面。
可以使用分离的波导来代替具有波导1720的第一部分1720a和第二部分1720b。图18是系统1800的侧视图，该系统1800包括第一波导1822，该第一波导1822用于接收来自光源1110的光并将在其中引导的光引导到光学器件1130并朝向SLM 1140引导。该系统1800附加地包括第二波导1820，该第二波导1820在来自SLM 1140的光再次传播通过光学器件1130之后接收该光。第一波导1822分别包括耦入光学元件1730a和耦出光学元件1730b。这些耦入光学元件1730a和耦出光学元件1730b可以包括反射性表面，该反射表面被定向成将光耦入和耦出波导1822。耦入光学元件1730a例如可以包括反射性表面表面，该反射性表面被设置为接收来自光源1110的光，并且被定向(例如倾斜)成以一角度将该光引导到波导1822中，以便通过TIR在波导1822中引导该光。耦出光学元件1730b例如可以包括反射性表面，该反射性表面被定向(例如倾斜)成以一定角度引导在波导1822内引导的光，以使该光从波导1822被射出。耦出光学元件1730b可以被定位为使得从波导1822转向出的光被引导到光学器件1130中，通过SLM 1140反射，再次传播通过光学器件1130，并入射在第二波导1820的耦入光学元件1730c上。
第二波导1820中的耦入光学元件1730c可以包括反射性表面，该反射性表面可以被定位和定向(例如倾斜)成接收来自SLM 1140的入射在其上的光，并对来自SLM 1140的入射在其上的光转向，以通过TIR在第二波导1820中引导该光。图18示出了设置在波导1820、1822的同一侧面上的光学器件1130和光源1110。系统1800可进一步包括减少波导1822和波导1820之间的串扰的隔离器。该隔离器可以包括不透明表面和/或反射性表面。该隔离器可以被设置在波导1820、1822中的至少一者之或波导1820、1822中的至少一者上。
诸如上面讨论的设计之类的各种设计可以包括其它特征或部件。图19例如示出了系统1900的侧视图，该系统1900包括可变焦光学元件(或自适应光学元件)1910、1920。可变焦光学元件1910、1920可以包括被配置为通过改变来提供可变光焦度的光学元件。可变焦光学元件1910、1920可以包括多个状态，诸如第一状态和第二状态，其中在第一状态下，可变焦光学元件1910、1920具有与在第二状态下时不同的光焦度。例如，可变焦光学元件1910、1920在第一状态下可具有负光焦度，且在第二状态下可具有零光焦度。在一些实施方式中，可变焦光学元件1910、1920在第一状态下具有正光焦度，且在第二状态下具有零光焦度。在一些实施方式中，可变焦光学元件1910、1920在第一状态下具有第一负光焦度或第一正光焦度，且在第二状态下具有不同的第二负光焦度或第二正光焦度。一些自适应光学元件或可变焦光学元件1910、1920可具有两种以上的状态，并且可能提供连续的光焦度分布。
可变焦光学元件1910、1920可以包括透镜(例如可变透镜)并且是透射性的。图7中示出了透射性的或透明的自适应光学元件或可变焦光学元件1910、1920。可变焦光学元件1910、1920可以包括液体透镜(例如可移动膜和/或电润湿)。可变焦透镜还可以包括液晶透镜，诸如可切换液晶透镜，诸如可切换液晶偏振透镜，该可切换液晶透镜例如可以包括衍射性透镜。也可以使用阿尔瓦雷兹(Alverez)透镜。可以采用其它类型的可变焦光学元件1910、1920。可变焦光学元件的示例可以在2017年6月12日提交的题为“AUGMENTED REALITYDISPLY HAVING MULTI-ELEMENT ADAPTIVE LENS FOR CHANGING DEPTH PLANES(具有改变深度平面的多元件自适应透镜的增强现实显示器)”的，序列号为62/518539的美国申请中找到，该申请的全部内容特此通过引用并入。可变焦光学元件1910、1920可以具有电输入端，该电输入端接收控制由可变焦光学元件1910、1920表现出的光焦度量的电信号。可变焦光学元件1910、1920可以具有正光焦度和/或负光焦度。除了可变焦元件(例如偏振开关、几何相位(GP)透镜、流体透镜等)之外，可变焦元件1910、1920还可以包括固定透镜(例如衍射性透镜、折射性透镜等)，以在光场中生成所需的深度平面。
第一可变焦光学元件1910可以被设置在堆叠1905和眼睛210之间。堆叠1905可以包括上述用于不同颜色的不同波导。第一可变光学元件1910可被配置为引入不同的光焦度量、负光焦度和/或正光焦度。可变的光焦度可用于改变从堆叠1905耦出的光的发散度和/或准直度，以改变被系统1900投射到眼睛210中的虚拟对象看起来所在的深度。因此，可以形成四维(4D)光场。
第二可变焦光学元件1920位于堆叠1905的与第一可变焦光学元件1920相对的一侧面上。第二可变焦光学元件1920因此可以补偿第一光学元件1910对接收来自系统1900和眼睛210前方世界510的光的作用。因此，世界视图实际上可以是不变的或根据需要改变的。
系统1900可进一步包括静态或可变处方或矫正透镜1930。这样的透镜1930可以为眼睛210提供屈光矫正。另外，如果处方透镜1930是可变透镜，则它可以为多个用户提供不同的屈光矫正。上面讨论了可变焦透镜。眼睛210例如可以具有近视、远视和/或散光。透镜1930可以具有减少眼睛210的屈光不正的处方(例如光焦度)。透镜1930可以是球形和/或圆柱形的，并且可以是正的或负的。透镜1930可被设置在堆叠1905和眼睛210之间，以使得来自世界510和来自堆叠1905的光经过透镜1930提供的矫正。在一些实施方式中，透镜1930可以被设置在眼睛210和第一可变焦光学元件1910之间。透镜1930的其它位置也是可能的。在一些实施例中，处方透镜可以是可变的并且允许实现多个用户处方。
在一些设计中，系统1900可以包括可调的调光器1940。在一些实施方式中，该可调的调光器1940可以被设置在波导堆叠1900的与眼睛210相对的一个侧面(例如世界侧)上。因此，该可调的调光器1940可以被设置在波导堆叠1900和世界510之间。可调的调光器1940可以包括光学元件，该光学元件提供透射通过其中的光的可变衰减。可调的调光器1940可以包括电输入端以控制衰减水平。在一些情况下，可调的调光器1940被配置为在眼睛210暴露于亮光时，诸如在用户去户外时，增加衰减度。因此，系统1900可以包括光传感器，以感测环境光的亮度，并控制电子器件以驱动可调的调光器1940来基于由光传感器感测到的光度改变衰减度。
可以采用不同类型的可调的调光器1940。此类可调的调光器1940可以包括具有偏振器、电致变色材料、光致变色材料等的可变液晶开关。可调的调光器1940可被配置为调节从世界510进入和/或透射通过堆叠1905的光量。可调的调光器1940在一些情况下可用于减少传播通过波导堆叠1900到达眼睛210的来自周围环境的光量，否则开提供眩光并降低用户的对从堆叠1905注入眼睛210中的虚拟对象/图像进行感知的能力。此类可调的调光器1940可以减少入射的亮环境光，以免洗掉投射到眼睛210内的图像。因此，可以凭借可调的调光器1940增加呈现给眼睛210的虚拟对象/图像的对比度。相反，如果环境光低，则可以调节可调的调光器1940以减小衰减度，以使得眼睛210可以更轻松地看到用户前方世界510中的对象。调光或衰减可以跨系统执行或被定位于系统的一个或多个部分。例如，可以调暗多个定位部分或将这些定位部分设定为衰减来自用户210的前方世界510的光。这些定位部分可以通过没有这种增加的亮度调节或衰减的部分彼此分开。在一些情况下，相对于目镜的其它部分，只有一部分被调暗或被导致提供增加的衰减度。可以在不同的设计中添加其它部件。部件的布置也可以不同。类似地，可以排除系统中的一个或多个部件。
图20A示出了另一配置的示例。图20A示出了系统2000的侧视图，该系统2000包括在不同波导上的横向移位的耦入光学元件1360、1362、1364，以及滤色器阵列2030，该滤色器阵列2030包括与各个耦入光学元件1360、1362、1364对准的横向移位的滤色器2040、2042、2044。滤色器阵列2030可以被设置在邻近眼睛210和光学器件1130的堆叠2005的一个侧面上。滤色器阵列2030可以位于堆叠2005和光学器件1130之间。滤色器阵列2030可以被设置在位于堆叠2005和光学器件1130之间的盖玻璃2050中或被设置在位于堆叠2005和光学器件1130之间的盖玻璃2050上。滤色器阵列2030可以包括相对于彼此横向移位的一个或多个不同的滤色器2040、2042、2044，诸如红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器。系统2000包括相对于彼此横向移位的光源1110、1112、1114。这些光源1110、1112、1114可以包括不同颜色的光源，诸如红色、绿色和蓝色光源。滤色器2040、2042、2044可以是透射性的或透明的滤色器。在一些实施方式中，滤色器2040、2042、2044包括吸收滤色器，然而，滤色器2040、2042、2044也可以包括反射性滤色器。滤色器阵列2030中的滤色器2040、2042、2044可以由掩模分开和/或环绕，诸如会减少杂散光传播的不透明掩模。滤色器阵列2030中的滤色器可用于减少或消除系统内的不期望的反射，诸如来自波导和/或耦入光学元件1360、1362、1364的不希望的反射，防止这些不期望的反射通过用于不同颜色的耦入光学元件1360、1362、1364重新进入用于不同颜色的波导。滤色器阵列的示例可以在2017年8月22日提交的题为“PROJECTOR ARCHITECTURE INCORPORATING ARTIFACT MITIGATION(集成伪影缓解的投影仪架构)”的，序列号为15/683412的美国申请中找到，该申请的全部内容特此通过引用并入；以及在2017年11月30日提交的题为“PROJECTOR ARCHITECTURE INCORPORATINGARTIFACT MITIGATION(集成伪影缓解的投影仪架构)”的序列号为62/592607的美国申请中找到，该申请的全部内容特此通过引用并入。掩模可以是黑色掩模，并且可以包括吸收材料以减少杂散光的传播和反射。光源1110、1112、1114可以被相对于光学器件1130和SLM 1140设置，以将光耦入滤色器阵列2030中的对应的滤色器2040、2042、2044。例如，滤色器阵列2030可以包括第一、第二和第三(例如红色、绿色和蓝色)滤色器2040、2042、2044，这些滤色器被设置为分别接收来自第一、第二和第三光源1110、1112、1114的光。第一、第二和第三(例如红色、绿色和蓝色)滤色器2040、2042、2044可以与各个耦入光学元件1360、1362、1364对准(例如沿x和z方向)。因此，来自第一光源1110的光将被引导通过第一滤色器2040并到达第一耦入光学元件1360，来自第二光源1112的光将被引导通过第二滤色器2042并到达第二耦入光学元件1362，来自第三光源1114的光将被引导通过第三滤色器2044并到达第三耦入光学元件1364。在一些实施方式中，耦入光学元件1360、1362、1364可以是颜色特定的。例如，第一耦入光学元件1360和第二耦入光学元件1362可被配置为将相应的第一颜色和第二颜色的光分别耦入第一波导和第二波导中。类似地，第一耦入光学元件1360、第二耦入光学元件1362和第三耦入光学元件1364可被配置为将相应的第一颜色、第二颜色和第三颜色的光分别耦入第一波导、第二波导和第三波导中。第一耦入光学元件1360可被配置为将比第二颜色(或第三颜色)更多的第一颜色的光耦入第一波导。第二耦入光学元件1362可被配置为将比第一颜色(或第三颜色)更多的第二颜色的光耦入第二波导中。第三耦入光学元件1364可被配置为将比第一颜色或第二颜色更多的第三颜色的光耦入第二波导中。在其它配置中，耦入光学元件1360、1362、1364可以是宽带的。例如，第一耦入光学元件1360可被配置为将第一颜色、第二颜色和第三颜色的光耦入第一波导中。第二耦入光学元件1362可被配置为将第一颜色、第二颜色和第三颜色的光耦入第二波导。第三耦入光学元件1364可被配置为将第一颜色、第二颜色和第三颜色的光耦入第三波导。然而，多个滤色器2040、2042、2044可以是颜色特定的，选择性地透射具有特定颜色的光。例如，第一滤色器2040可以透射比第二颜色(和第三颜色)更多的第一颜色。第二滤色器2042可以透射比第一颜色(和第三颜色)更多的第二颜色。第三滤色器2044可以透射比第一颜色和第二颜色更多的第三颜色。类似地，第一滤色器2040、第二滤色器2042和第三滤色器2044可以是分别选择性地透射第一颜色、第二颜色和第三颜色的滤色器。因此，第一滤色器2040、第二滤色器2042和第三滤色器2044可以是分别选择性地使第一颜色、第二颜色和第三颜色通过的带通滤色器。在一些实施方式中，第一光源1110、第二光源1112和第三光源1114可以分别选择性地发射第一颜色、第二颜色和第三颜色。例如，第一光源1110可以发射比第二颜色(和第三颜色)更多的第一颜色。第二光源2042可以发射比第一颜色(和第三颜色)更多的第二颜色。第三光源2044可以发射比第一颜色和第二颜色更多的第三颜色。滤色器2040、2042、2044可以减少无意中被引导到特定耦入光学元件的杂散光量。在其它实施方式中，光源1110、1112、1114中的一者或多者是宽带光源。例如，第一光源1110可以发射第一颜色和第二颜色(并且可能是第三颜色)。第二光源1112也可以发射第一和第二颜色和第二颜色(并且可能是第三颜色)颜色。第三光源1114也可以发射颜色和第二颜色(并且可能是第三颜色)。尽管在图20A至20G中示出了三个滤色器，但是也可以包括更多或更少的滤色器。例如，在一些实施方式中，可以使用两个滤色器(不是三个)。因此，与两个滤色器相对应的两种颜色可以由滤色器选择性地透射。在一些这样的实施方式中，可以使用两个对应的耦入光学元件并使它们与两个滤色器对准。在一些实施方式中，两个耦入光学元件选择性地将两种颜色分别耦入两个相应的波导中。在一些实施方式中，可以使用两个光源而不是三个。可以使用其它部件的变型和其它数量的部件。另外，滤色器2040、2042、2044可以被集成或可以不被集成在单个阵列中。
如上所述，部件及其位置和布置可以变化。例如，尽管图20A示出了设置在光学器件1130和堆叠1905之间的检偏器1150，但是检偏器1150可以位于不同的位置处。图20B示出了位于光学器件1130和SLM 1140之间的检偏器1150。在一些设计中，检偏器(例如偏振器)1150可以直接附接到SLM 1140上。例如，检偏器1150可以被粘合到或机械耦接到SLM1140。例如，可以使用粘合剂将检偏器1150胶合、黏合到SLM 1140(例如，到SLM窗口)。因此，尽管图20B示出了在检偏器1150和SLM 1140之间的间隙，但是在一些设计中，检偏器1150和SLM1140之间不存在间隙。可以将检偏器1150机械地粘接到SLM 1140上(例如使用机械固定装置)，并且在这种情况下，检偏器1150和SLM 1140之间可以包括或不包括间隙。可以通过如上所述将偏振器直接定位在SLM 1140上来清除来自光学器件1130的双折射。在一些实施方式中，还可以包括设置在光学器件1130和耦入光学元件1360、1362、1364之间的检偏器1150，以清理从光学器件1130出射的光的偏振(例如，如图20B中的虚线所示)。另外，邻近SLM 1140，例如在光学器件1130和SLM 1140之间，可以包括诸如四分之一波片之类的延迟器(未示出)。如本文所使用的，四分之一波片可以指四分之一波长延迟器，不管四分之一波长延迟器是否包括用于提供四分之一波长延迟的板、膜或其它结构。在图20B中，例如，可以将延迟器(例如四分之一波片)设置在检偏器1150和SLM 1140之间。延迟器(例如四分之一波片)可用于斜光线(ray)管理。例如，延迟器(例如四分之一波片)例如可以补偿由波长差和SLM 1140上的入射角度差引起的变化。如上所述，可以包括补偿器，并且该补偿器可以针对不同入射角和不同波长提供SLM 1140的更一致的偏振旋转(例如90度)。补偿器可用于通过提供更一致的正交旋转来增加显示器的对比度。如上所述，补偿器可以被附接或粘接到SLM 1140上。例如，可以使用胶水、水泥或其它粘合剂。补偿器也可以使用机械固定装置被附接到SLM 1140上。补偿器或SLM1140之间可以包括或不包括间隙。附加地或替代地，还可以包括其它调节光学器件，并且可以将其粘接到SLM 1140，如上面相对于检偏器1150和/或补偿器所述。
在一些实施例中，可以使用大角度扩展(例如70度)。角度扩展可以指例如从光源1110、1112、1114进入光学器件1130的光的角度，和/或离开光学器件1130进入耦入光学元件1360、1362、1364的光的角度。在这些实施例中，可以使用较薄的SLM 1140。例如，如果SLM1140是液晶(LC)SLM(例如硅上液晶(LCOS)SLM)，则可以使LC层更薄以适应大角度扩展。
通过偏振器和检偏器1150的二次通过延迟可能需要是半波长。偏振器可以位于光学器件1130和检偏器1150之间。二次通过延迟可以是LCOS SLM 1140的折射率与LCOS SLM1140的厚度之比的函数。对于给定的LCOS SLM 1140折射率和给定的LCOS SLM 1140的厚度，以大角度进出LCOS SLM 1140使光路长度大于以小角度进出LCOS SLM 1140。光路长度与LCOS SLM 1140的厚度有关。在一个示例中，LCOS SLM可以具有第一折射率和第一厚度。对于小角度，具有第一折射率和第一厚度的LCOS SLM的二次通过延迟可以是半波长。对于大角度，具有第一折射率和第一厚度的LCOS SLM的二次通过延迟可以不是半波长(例如可以大于半波长)。LCOS SLM的厚度可以从第一厚度改变为第二厚度，其中第二厚度小于第一厚度。对于小角度，具有第一折射率和第二厚度的LCOS SLM的二次通过延迟可以不是半波长(例如可以小于半波长)。对于大角度，具有第一折射率和第二厚度的LCOS SLM的二次通过延迟可以是半波长。
此外，尽管图20A和20B示出了基于偏振的SLM 1140的使用，但是也可以利用其它类型的SLM。例如，图20C示出了基于偏转的SLM 1140，诸如基于可移动微反射镜的SLM，的使用。如上所述，此类SLM 1140可以包括数字光处理(DLPTM)和数字微反射镜设备(DMD)技术。如上所述，基于偏转的SLM 1140可以将来自光源1110、1112、1114之一的光耦入相应的耦入光学元件1360、1362、1364中，取决于SLM 1140的像素的状态。在一种状态下，来自光源1110、1112、1114的光将被引导到相应的耦入光学元件1360、1362、1364，如图20D所示。在另一状态下，来自光源1110、1112、1114的光将被引导远离耦入光学元件1360、1362、1364，如图20E所示。在一些实施方式中，当在关闭状态下时，在滤色器阵列2030中的滤色器2040、2042、2044之间的黑色吸收掩模可用作光吸收器。如上所述，滤色器2040、2042、2044可以被诸如吸收掩模(例如黑色掩模)之类的掩模环绕和/或分开。该掩模可以包括吸收材料，以使得吸收的入射光多于从其反射的光。该掩模也可以是不透明的。
其它变型也是可能的。尽管光源被示出为与诸如非成像光学耦合元件(例如复合抛物面聚光器(CPC)或锥体)之类的耦合光学器件1105耦合的发射器1110、1112、1114(例如LED、激光二极管)，但是其它配置也是可能。例如，耦合光学器件1105(例如CPC)可以相对于波导堆叠倾斜。在一些情况下，投影仪(即光学器件1130和SLM 1140)可以相对于目镜(例如波导堆叠)倾斜。在一些实施方式中，透镜光学器件1130相对于SLM 1140倾斜以减少失真，诸如梯形失真。可以采用Scheimplug配置来减少这种失真。部件可以根据需要倾斜(例如光学器件1130和/或空间光调制器1140)，例如以更加共形地适合于头部和/或面部。如上所述，一个或多个光发射器和/或耦合光学器件1105可以是倾斜的。在一些配置中，包括波导的组件可以倾斜，使更靠近眼睛210侧(例如颞侧)的一侧更靠近眼睛210，以增加整个双眼系统的感知视野(以双眼重叠为代价)。
如上所述，部件及其位置和布置可以变化。例如，图20F是系统2000F的侧视图，该系统2000F包括设置在堆叠2005和光学器件1130之间的盖玻璃2050。在一些设计中，光源1110、1112、1114可以被设置在盖玻璃2050的世界侧，并被配置为使光通过盖玻璃2050传播到光学器件1130和SLM 1140。如图所示，盖玻璃2050可以横向(例如平行于x轴)延伸超出堆叠2005，以使得由光源1110、1112、1114发射的光进入光学器件1130而无需传播通过堆叠2005中的波导。尽管系统2000F示出了基于偏转的SLM 1140，但是类似的光源配置也可用于不基于偏转的SLM或在此公开的任何其它配置或特征。
图20G是系统2000G的侧视图，该系统2000G包括设置在堆叠2005的世界侧(即，与堆叠2005的邻近光学器件1130的一侧相反)的盖玻璃2060。在一些设计中，光源1110、1112、1114可以被设置在盖玻璃2050的世界侧，并且被配置为使光通过盖玻璃2050传播到光学器件1130和SLM 1140。如图所示，盖玻璃2060可以横向(例如平行于x轴)延伸超出堆叠2005，以使得由光源1110、1112、1114发射的光进入光学器件1130而无需传播通过堆叠2005中的波导。尽管系统2000G示出了基于偏转的SLM 1140，但是类似的光源配置也可用于不基于偏转的SLM或在此公开的任何其它配置或特征。
此外，如上所述，可以采用促进光回收的配置。例如，图21是系统2100的局部侧视图，该系统2100配备有对来自光源1110的光执行光回收的配置。光源1110可以被相对于偏振器1115设置，该偏振器1115被配置为回收具有不期望的偏振的光。偏振器1115例如可以包括线栅偏振器，该线栅偏振器透射第一偏振的光并且后向反射第二相反的偏振的光。因此，光2110可以从光源1110发射并照射在偏振器1115上。偏振器1115可以透射第一偏振的光，为此配置了投影仪(未示出)进行使用。例如，SLM可以正确地处理该第一偏振的光。第二偏振的光2120朝向光源1110被反射返回，并且可以被回收。在以各种角度从耦合光学器件(未示出)，诸如复合抛物面聚光器(CPC)等非成像光学器件，的一部分(例如侧壁)反射之后，可以改变光2120的偏振以便旋转偏振。可以产生一些可被偏振器1115通过的具有合适的偏振(例如偏振取向)的光。多次反射可以改变光的偏振，并且可以使光以期望的偏振出射。然后，该回收光2130朝向偏振器1115被发射返回。随着越来越多期望偏振产生，这种配置可以提高效率，例如能量效率。另外，附加地或替代地，可使用延迟器来改变反射的偏振态并重新利用光。
图22示出了另一配置，该配置包括光源1110、1112、1114和对应的聚光光学器件2210、2212、2214。聚光光学器件2210、2212、2214可以包括透镜或其它光学器件以收集来自光源1110、1112、1114的光。光源1110、1112、1114可以是跨大范围角度发射光的激光二极管或其它发射器。聚光光学器件2210、2212、2214可用于收集大部分光。光源1110、1112、1114可以不对称地发射光。例如，可以沿正交方向(例如z或x方向)之外的一个方向(例如x或z方向)以更大范围的角度发射光。因此，聚光光学器件2210、2212、2214可以是不对称的。例如，聚光光学器件2210、2212、2214可以在不同的可能的正交方向上具有不同的光焦度。聚光光学器件2210、2212、2214例如可以包括诸如变形透镜之类的透镜。聚光光学器件2210、2212、2214也可以包括非成像光学器件。可以包括孔2220、2222、2224。例如，当光源1110、1112、1114是诸如激光二极管之类的激光器时，也可以在孔2220、2222、2224附近包括扩散器2230。在扩散器邻近孔2220、2222、2224的情况下，孔呈看起来位于横向移位的光源的位置。孔2220、2222、2224可以经由上述光学器件和SLM与一个或多个波导上的耦入光学元件匹配。例如，每个孔2220、2222、2224可以与相应的耦入光学元件匹配。类似地，在某些实施方式中，诸如图16A所示，每个孔2220、2222、2224可以与相应的(例如具有颜色选择性的)耦入光学元件组匹配。
各种系统变化和配置是可能的。例如，尽管线性偏振光被描述为通过光学器件1130传播到SLM 1140，然后通过光学器件传播返回到波导堆叠，但是在一些设计中，可以替代地使用圆偏振光。例如，圆偏振光可以被引导到光学器件1130中。可以设置诸如四分之一波片之类的延迟器，使得该光在入射在SLM上之前传播通过该延迟器。可以将延迟器(例如四分之一波片)设置在光学器件1130和SLM 1140之间。在一些情况下，如上所述，可以将延迟器(例如四分之一波片)粘接到SLM 1140上，例如使用粘合剂或机械固定装置。延迟器(例如四分之一波片)可以将从SLM 1140反射之后的线性偏振光变换为圆偏振光。因此，在一些实施方式中，圆偏振光可以朝向堆叠再次传播通过光学器件1130。例如，邻近检偏器1150的另一延迟器(例如四分之一波片)可以将圆偏振光变换为线性偏振光，该线性偏振光可以取决于线性偏振(例如取向)传播通过或不传播通过检偏器，具体。SLM 1140的像素可具有可以变化以旋转或不旋转偏振的状态。其它配置也是可能的。
图23A是增强现实显示系统2300的侧视图，该系统2300包括光源2305，偏振旋转器2307，具有光焦度的光学器件(例如透镜)2320，偏振器2312、2335诸如线性偏振器(例如水平或垂直偏振器)，延迟器2315、2330、2340诸如四分之一波长延迟器(例如四分之一波片)，以及用于向用户输出图像信息的至少一个波导2348。这样的配置可被用于照射反射性空间光调制器(未示出)，以使得从光源2305发射的光从空间光调制器被反射并被耦入至少一个波导2348中，以被引导到用户的眼睛。这些元件，特别是偏振器和延迟器的配置和放置可以减少或消除来自系统内光学表面，诸如光学器件2320的表面的反射，否则可能导致重影图像对用户是可见的。例如，可以布置和配置是偏振选择性的和/或具有延迟的光学元件(例如偏振器2312、2335和延迟器2315、2330、2340)，以将线性偏振光变换为圆偏振光，当从光学表面反射时，该圆偏振光从左旋变为右旋，或者从右旋变为左旋。类似地，可以布置和配置此类是偏振选择性的和/或具有延迟的光学元件(例如偏振器2312、2335和延迟器2315、2330、2340)，以将圆偏振光变换为线性偏振光，该线性偏振光可被偏振器(例如线性偏振器)衰减或滤除。可以利用此类是偏振选择性的和具有延迟的光学元件(例如偏振器2312、2335和延迟器2315、2330、2340)来制造将线性偏振光变换为圆偏振光或将圆偏振光变换为线性偏振光的圆偏振器。例如，圆偏振器可以包括线性偏振器和四分之一波长延迟器。圆偏振器可用于将线性偏振光变换为具有第一状态(例如旋向性)的圆偏振光，并滤除具有不同于第一状态的第二状态(例如旋向性)的圆偏振光。例如，圆偏振器可用于将具有特定取向的线性偏振光变换为左旋圆偏振光，并滤除右旋圆偏振的圆偏振光。圆偏振器还可用于将具有特定取向的线性偏振光变换为右旋圆偏振光，并滤除左旋圆偏振的圆偏振光。包括可用于将线性偏振光变换为圆偏振光，然后再变换回来，并且可以选择性地过滤线性偏振光的延迟的圆偏振器或光学元件的其它配置可用于减少来自光学表面的后向反射，如下面结合图23A和图23B所讨论的。
值得注意的是，在图23A和图23B中分别用顺时针和逆时针箭头示出了左旋和右旋圆偏振。此外，分别使用水平箭头和圆点示出了水平和垂直线性偏振。
如上所述，图23A示出了增强现实显示系统2300的配置，其中布置偏振器2312、2335，诸如线性偏振器(例如水平偏振器)和延迟器2315、2330、2340，诸如四分之一波长延迟器(例如四分之一波片)以减少照射空间光调制器(未示出)并从该空间光调制器反射的光路中的来自光学表面，诸如光学器件2320的表面，的后向反射。第一偏振器2312和第一延迟器2315被设置在光源2305和光学器件2320之间。第一偏振器2312被设置在光源2305和第一延迟器2315之间。类似地，第一延迟器2315被设置在第一偏振器2312和光学器件2320之间。
如图所示，光源2305发射如光线2310表示的光。在一些实施方式中，光线2310可以传播通过偏振旋转器2307。旋转器2307是可选的，并且可用于旋转来自光源2305的光(例如光线2310)的偏振。在各种实施方式中，旋转器2307可以旋转偏振角(例如线性偏振角)。例如，旋转器2307可以将光线2310的线性偏振旋转到与第一偏振器2312对准的取向，以便使光线透射通过第一偏振器2312。在一些实施方式中，偏振旋转2307可以包括延迟器，例如一些情况下的半波长延迟器。半波长延迟器的光轴可被定向成将来自光源2305的光的偏振从垂直旋转到水平或从水平旋转到垂直。替代地，偏振旋转器2307可被配置为将从光源2305发射的线性偏振光的偏振角旋转不同的量。偏振旋转器2307不需要包括在系统中。例如，在光源2305发射具有与第一偏振器2312相同的偏振的光的实施方式中，可以不包括偏振旋转器2307。如图所示，光，例如光线2310，传播通过偏振器2312，在此示出为水平偏振器。在来自光源2305的光不发生偏振的情况下，透射通过水平偏振器2312的光，如光线2310所示，在传播通过偏振器2312之后是线性偏振的(例如水平偏振的)。尽管在该示例中使用水平线性偏振器，但是应当理解，可以使用垂直线性偏振器来应用所教导的原理。替代地，也可以使用具有垂直或线性以外的不同取向的线性偏振器。
水平偏振光线2310行进通过延迟器2315，在此示出为四分之一波长延迟器。该延迟器2315可以包括足够的延迟以将线性偏振光变换为圆偏振光。例如，如曲形(例如顺时针方向)箭头所示，可以将水平偏振光变换为左旋圆偏振光。在该示例中，偏振器2312和延迟器2315(例如四分之一波长延迟器)的组合形成圆偏振器，在此被称为第一圆偏振器，该偏振器可以将特定线性偏振(例如水平或垂直偏振)的光变换为特定圆偏振(例如左旋或右旋圆偏振，或者右旋或左旋偏振)。取决于配置，圆偏振器还可以阻挡具有特定圆偏振(例如右旋或左旋圆偏振)的光。
在一些实施方式中，各种光学元件具有双折射。在某些这样的情况下，延迟器2315可以包括足以将线性偏振光变换为圆偏振光的延迟量，并且不必是四分之一波片。延迟器2315中可以包括大于或小于四分之一波长的延迟，因为延迟可由其它光学元件贡献。类似地，延迟可以分布在多个光学元件中。作为另一示例，可以采用多个延迟器来提供适当的延迟量。
圆偏振光线2310(在此为左旋圆偏振)然后传播通过光学器件2320。系统中与具有不同折射率的介质的任何界面处，例如空气到材料界面，都可能发生不期望的反射。在这些反射被允许进入至少一个波导2348的情况下，其会产生问题，因为该反射光可被引导到用户的眼睛并形成在用户的眼睛中可见的“重影”图像。例如，在显示器利用至少一个波导2348将第一图像投射到观看者眼睛内的情况下，相对于第一图像被移位(例如横向移位)的第二微弱的重复图像也可以被用户看到。这种“重影”图像由来自光学表面的反射形成并被引导到用户的眼睛内，可能会分散注意力或以其它方式降低观看体验。例如，如图23A所示，诸如反射光线2325之类的光可以从光学器件2320内的透镜被反射。该光可以被朝向至少一个波导2348引导，该波导2348被配置为将光引导到用户的眼睛内以向其呈现图像。然而，在这种情况下，圆偏振光的旋向性反转。例如，在从透镜反射时，圆偏振的方向被改变(例如从左旋变为右旋)。然后，右旋反射光线2325行进通过延迟器2315，并且被变换为线性偏振光，该线性偏振光具有与偏振器2312透射的线性偏振不同的(例如正交)的线性偏振。例如，在这种情况下，从透镜的光学表面反射的光被延迟器2315变换为与由水平线性偏振器2312透射的偏振正交的垂直线性偏振。水平线性偏振器2312选择性地使水平偏振光通过并滤除垂直偏振光。因此，水平线性偏振器2312衰减和/或不透射反射光线2325，并且阻止反射光线2325到达至少一个波导2348，或者使至少减量的这种反射光到达至少一个波导2348或例如通过耦入光学元件(例如一个或多个耦入光栅)耦入其中。对于从光学器件2320的不同的光学表面或不同的光学元件上的其它光学表面反射的左旋圆偏振光线，结果是相似的。
如图所示，显示系统2300进一步包括布置在光学器件2320和空间光调制器(未示出)之间的第二延迟器2330(例如四分之一波长延迟器或四分之一波片)以及第二偏振器2335(例如线性偏振器)。在某些实施方式中，该第二延迟器2330和该第二线性偏振器2335可以形成第二圆偏振器。第二延迟器2330被设置在光学器件2320和第二偏振器2335之间。类似地，第二偏振器2335被设置在第二延迟器2330和空间光调制器之间。因此，在传播通过光学器件2320之后，光线2310可以传播通过第二延迟器2330(例如四分之一波长延迟器)。第二延迟器2330被配置为(例如，适当地定向光轴)以使得光线2310从左旋圆偏振变换为水平线性偏振。类似地，第二延迟器2330将圆偏振光转换回由第一偏振器2312输出的原始线性偏振态。如以下将讨论的，该第二延迟器2330和第二偏振器2312可用于减少由从空间光学调制器反射的光引起的“重影”图像，该光在行进到至少一个光导2348时传播通过光学表面(例如，在电动光学器件或透镜2320上)。
第三延迟器2340(例如四分之一波长延迟器或四分之一波片)被设置在第二偏振器2335和空间光调制器之间。因此，第三延迟器2340被设置在第二延迟器2330和空间光调制器之间。另外，在所示的各种实施方式中，第二偏振器2335位于第二延迟器2330和第三延迟器2340之间。如图所示，当传播通过第二偏振器2335时，光线2310是线性偏振的，并且在一些实施方式中，第二延迟器2330/第二偏振器2335可以将光变换为第一偏振器2312的原始线性偏振(例如水平偏振)。该线性偏振光入射在第三延迟器2340上。第三延迟器2340被配置为使得光线变换回圆偏振光，并在一些实施方式中变换为与由第一延迟器2315输出相同的偏振(在该实例中，例如左旋圆偏振光)。在某些实现中，空间光调制器被配置为对圆偏振光进行操作。在一些实施方式中，空间光调制器是反射性空间光调制器，其将入射的圆偏振光作为圆偏振光反射返回。在一些实施例中，从空间光调制器反射的圆偏振光可以具有与入射在空间光调制器上的圆偏振光相同的旋向性(例如左旋圆偏振)，可能取决于空间光调制器像素处于“打开”还是“关闭”状态。在一些实施例中，空间光调制器可以反射与入射在其上的圆偏振光旋向性不同(例如右旋圆偏振)的圆偏振光，可能取决于空间光调制器像素处于“打开”还是“关闭”状态。然而，也可以使用其它类型的空间光调制器。
图23A示出了从空间光调制器反射并朝向波导2385行进的光(被示出为光线2342)。反射光线2342被示为左旋圆偏振光。光线2342传播通过第三延迟器2340。第三延迟器2340将圆偏振光变换为线性偏振光。在该示例中，左旋圆偏振光变换为水平偏振光。线性偏振光透射通过第二偏振器2335。在该示例中，水平偏振光传播通过第二偏振器2335。线性偏振光入射在第二延迟器2330上并且被变换为圆偏振光。在该示例中，水平偏振光被变换为左旋偏振光并且被透射到光学器件2320。另外在此，来自光学表面，诸如具有光焦度的光学器件2320的表面，的反射可通过从空间光调制器反射返回到至少一个波导2348中并到达用户的眼睛来形成重影图像。如上所述，与具有不同折射率的介质的任何界面，诸如空气到材料界面，处都可能发生不期望的反射。如上所述，包括第二延迟器2330和偏振器2335可以衰减这些反射并降低重影反射的可能性。例如，图23A示出了从光学器件2320的光学表面反射的光(被示出为光线2346)。在该示例中，从表面反射的动作使反射光线2346，使圆偏振切换旋向性从左旋圆偏振切换到右旋圆偏振。切换后的圆偏振光被由第二延迟器2330和偏振器2335形成的第二圆偏振器衰减。例如，如图23A所示，反射的圆偏振光2346入射在第二延迟器2330上，并被第二延迟器变换为线性偏振光，该线性偏振光具有与由第二线性偏振器2335选择性地透射的线性偏振不同的(例如正交)线性偏振。在这种情况下，例如，从光学器件2320的光学表面反射的右旋圆偏振光被延迟器2330变换为垂直线性偏振，该垂直线性偏振与由偏振器2335选择性地透射的偏振正交。第二偏振器2335衰减或阻止透射该线性偏振光。在该示例中，光2346是垂直偏振的，而第二偏振器2335是选择性地使水平偏振光通过并滤除垂直偏振光的水平偏振器。
相反，传播通过光学器件2320并入射在第一延迟器2315上的光2342是圆偏振的，并且具有与从光学器件2320的光学表面反射的光不同的旋向性。被朝向至少一个波导2348引导的该光2342具有被第一延迟器2315变换为被第一偏振器2312选择性地透射的线性偏振(例如水平线性偏振光)的偏振(例如左旋偏振)。以这种方式，光2342可以到达并被耦入至少一个波导2348中并被引导到用户的眼睛。
在图23A所示的示例中，由第一偏振器2312和第一延迟器2315形成的第一圆偏振器和由第二延迟器2330和第二偏振器2335形成的第二圆偏振器用于减少可能导致“重影”的反射，这两个圆偏振器位于光学器件2320的相反的两侧上，一个更靠近光源2305，一个更靠近空间光调制器。在第二圆偏振器(例如第二偏振器2335)和空间光调制器之间包括附加的延迟器2340，以将光变换为圆偏振光。但是，各种变型是可能的。例如，可以仅包括一个圆偏振器。替代地，可以包括附加的圆偏振器或其它类型的偏振光学器件。
图23B示出了可以添加到诸如图23A所示的增强现实系统2300中的第三圆偏振器。特别地，图23B示出了包括第二偏振器2335和第二延迟器2330以及上面介绍的第三延迟器2340的第二圆偏振器，并且进一步示出了空间光调制器2375。该空间光调制器(SLM)2375可以包括液晶空间光调制器(例如硅上液晶或LCOS)。在一些实施方式中，SLM 2375可以被盖玻璃2370覆盖。
图23B还示出了第三圆偏振器，该第三圆偏振器包括第四延迟器2345，诸如四分之一波长延迟器(例如四分之一波片)，和第三偏振器2355，诸如设置在包括第二偏振器2335和第二延迟器2330的第二圆偏振器和空间光调制器2375之间的线性偏振器。第三偏振器2355位于第四延迟器2345和空间光调制器2375之间。附加的第五延迟器2360，诸如四分之一波长延迟器(例如四分之一波片)，以及补偿器2365被设置在包括第四延迟器2345和第三偏振器2355的第三圆偏振器和空间光调制器2375或更具体地图23B所示的盖玻璃2370之间。第五延迟器2360位于第三偏振器2355和补偿器2365之间。补偿器2365位于第五延迟器2360和空间光调制器2375或更具体地盖玻璃2370之间。
图23B示出了来自光源2305的光，例如光线2310(如图23A所示)，可以如何传播通过包括延迟器2330和第二偏振器2335以及第三延迟器2340的第二圆偏振器到达包括第四延迟器2345和第三偏振器2355的第三圆偏振器。来自光源2305的光线2310在传播通过包括第二延迟器2330和第二偏振器2335的第二圆偏振器之后入射在第三圆偏振器上，具体是入射在第四延迟器2345上。第四延迟器2345可以将光线2310的圆偏振光变换为线性偏振光。在图23B所示的示例中，光线2310是圆偏振的(例如左旋圆偏振的)，并且被第四延迟器2345变换为线性偏振光(例如水平偏振光)。该线性偏振光前进通过第三偏振器2355，第三偏振器2355在图23B中包括选择性地透射水平偏振光的水平偏振器。该线性偏振光传播通过第五延迟器2360，第五延迟器2360可以包括将线性偏振光变换为圆偏振光的四分之一波长延迟器。在图23B所示的示例中，入射在第五延迟器2360上的水平线性偏振光2310被变换为左旋圆偏振光。该圆偏振光入射在补偿器2365上并传播通过补偿器2365。补偿器2365可以包括将偏振调节为所需偏振的偏振元件。补偿器2365可用于抵消系统中各种光学元件的双折射。例如，由于一个或多个光学元件的延迟贡献，光可能是略微椭圆偏振的。在各种实施方式中，从补偿器2365输出的光是圆偏振光。在图23B所示的示例中，从补偿器2365输出的光是左旋圆偏振光。在各种实施方式中，补偿器2365可用于补偿SLM内的剩余延迟，该SLM例如可以包括液晶(例如LCOS)SLM单元。补偿器可引入面内延迟和/或面外延迟。在一些实施方式中，补偿器2365可以包括光学延迟器的组合，当光学延迟器组合时，这些光学延迟器产生可潜在地抵消来自SLM(例如LCOS面板)的剩延迟的延迟。
在图23B中，传播通过补偿器2365之后的光入射在盖玻璃2370和SLM 2375上。入射在盖玻璃2370和SLM 2375上的该光被示出为左旋圆偏振光。取决于空间调制器的类型和状态，SLM 2375可以反射具有相同旋向性的圆偏振光。例如，当SLM 2375的像素处于“打开”状态时(尽管在一些实施方式中，此状态可能是未驱动状态)，SLM 2375可以在每次传播通过SLM 2375时引入四分之一波长的延迟。因此，在反射时，入射的圆偏振光可以在反射时保持圆偏振。在各种配置中，旋向性也可以保持相同。例如，如图23B所示，入射的左旋圆偏振光可以在反射时保持左旋圆偏振。由光线2342表示的从SLM 2375反射的该圆偏振光可以传播通过玻璃盖2370和补偿器2365，并入射在第五延迟器2360上，第五延迟器2360将圆偏振光变换为线性偏振光。在图23B所示的示例中，入射在第五延迟器2360上的圆偏振光是左旋的，并且第五延迟器2360将该圆偏振光变换为水平偏振光。第三偏振器2355可被配置为选择性地透射由第五延迟器2360输出的光的偏振。因此，在图23B所示的从第五延迟器2360输出的光是水平偏振的示例中，第三偏振器2355选择性地透射水平偏振光。由偏振器2355透射的该线性偏振光入射在第四延迟器2345上，并且被变换为圆偏振光。在图23B所示的示例中，该圆偏振光是左旋圆偏振的。如上面结合图23A所述，该光可以行进通过包括第二延迟器2330和第二偏振器2335的第二圆偏振器、光学器件2320、以及包括第一偏振器2312和第一延迟器2315的第一圆偏振器到达至少一个波导2348，并且进入用户的眼睛内。
然而，从光学表面反射的光可以被第三圆偏振器衰减，从而降低此类反射到达至少一个波导2348并被引导到用户的眼睛以产生重影的可能性。为了说明，图23B示出了从第三延迟器2340的光学表面反射，例如从空气与第三延迟器2340之间的界面反射，的示例光线2343。如上所述，反射可以在具有不同折射率的介质之间的任何界面处发生，诸如空气到材料界面或不同介电层之间的界面。但是，圆偏振光的旋向性在反射时会反转。例如，当从第三延迟器2340的表面反射时，圆偏振的方向改变(例如从左旋变为右旋)。然后，右旋反射的光线2343行进通过第四延迟器2345，并且被变换为线性偏振光，该线性偏振光具有与第三偏振器2355选择性地透射的偏振不同的，例如正交的，线性偏振。在这种情况下，例如，从第三延迟器2340的光学表面反射的光被第四延迟器2345变换为垂直线性偏振，该垂直线性偏振与第三偏振器2355选择性地透射的偏振正交。第三偏振器2355选择性地使水平偏振光通过并滤除垂直偏振光。因此，第三偏振器2355衰减和/或不透射反射光线2343，并且阻止反射光线2343到达至少一个波导2348(例如，通过从另一表面反射)，或者使至少减量的这种反射光到达至少一个波导2348或被耦入其中。
对于从不同光学表面反射的圆偏振光线，结果可能是类似的。例如，图23B示出了入射光线2310从第四延迟器2345的光学表面的反射。来自第四延迟器2345的反射2350切换偏振的旋向性。例如，被示出为左旋圆偏振的入射光线2310在反射时被变换为被示出为具有右旋圆偏振的光线2350。反射光线2350传播通过第三延迟器2340并且被变换为垂直偏振光。该垂直偏振光被第二偏振器2335选择性地衰减或滤除。
如上所述，SLM 2375的像素例如可以处于“打开”状态(尽管在以些实施方式中可以是非驱动状态)，在此状态下，入射在SLM 2375的该像素上的光从此处被反射并耦入至少一个波导2348中，并被引导到用户的眼睛。但是，SLM 2375的像素可以处于“关闭”状态(在一些实施方式中可以是驱动状态)，在此状态下，入射在SLM 2375像素上的光不会耦入至少一个波导2348中，也不会耦入用户的眼睛内。例如，在这种“关闭”状态下，SLM 2375的各种实施方式不会在反射时引入任何延迟。因此，在图23B所示的示例中，入射在SLM 2375上的圆偏振光可以在从SLM2375反射时保持圆偏振。然而，圆偏振光的这种旋向性可以在从SLM2375反射时改变。例如，图23B所示的光线2310，该光线是入射在SLM 2375上的左旋圆偏振的，可以在从SLM 2375反射时变换为右旋圆偏振光。但是，该反射光可以被第三偏振器2355选择性地衰减。例如，从SLM 2375反射的右旋圆偏振光可以传播通过盖玻璃2370、补偿器2365和第五延迟器2360。第五延迟器2360可以将右旋圆偏振光变换为垂直偏振光，该垂直偏振光被可以包括水平偏振器的第三偏振器2355选择性地衰减。因此，在各种实施方式中，当SLM的像素处于“关闭”状态时，第五延迟器2360可以将从SLM 2375的像素反射的光变换为与第三偏振器2355选择性地透射的线性偏振正交的线性偏振。因此，该第三偏振器2355可以选择性地衰减该线性偏振光，从而减少或阻挡来自SLM 2375的像素的光到达至少一个波导2348并被引导到眼睛内。
配置方面的变化，例如偏振光学元件方面的变化是可能的。例如，可以包括更多或更少的圆偏振器。在各种实施方式中，例如，如图23C所示，排除了包括第四延迟器2345和第三偏振器2355的第三圆偏振器。在该特定实施方式中，第四延迟器2345、第三偏振器2355和第五延迟器2360不包括在系统中。图23C示出了增强现实系统2300的设计，该系统包括图23A和图23B所示的部件，但不包括第四延迟器2345、第三偏振器2355和第五延迟器2360。但是，尽管排除了第三圆偏振器，增强现实显示系统仍然被配置为减少重影图像。例如，第二圆偏振器减少了会以其它方式导致重影的反射。为了说明，图23C示出了从第三延迟器2340反射的光，被示出为光线2380。从第三延迟器2340的表面反射的动作导致圆偏振的反射光线2380切换旋向性。在该示例中，偏振从左旋圆偏振切换到右旋圆偏振。然后，切换后的圆偏振光2380传播通过补偿器2365，并入射在盖玻璃2370和SLM 2375上。如上所述，SLM 2375可以反射相同旋向性的圆偏振光。因此，入射的右旋圆偏振光可以在反射时保持右旋圆偏振。然后，由光线2382表示的从SLM 2375反射的圆偏振光可以传播通过盖玻璃2370和补偿器2365，并入射在第三延迟器2340上。切换后的圆偏振光2382被第二圆偏振器，特别是被第三延迟器2340和偏振器2335衰减。例如，如图23C所示，从SLM 2375反射的圆偏振光2382入射在第三延迟器2340上，并且被第三延迟器2340变换为线性偏振光，该线性偏振光具有与第二线性偏振器2335选择性地透射的线性偏振不同的，例如正交的，线性偏振。在这种情况下，例如，右旋圆偏振光2382被第三延迟器2340变换为垂直线性偏振，该垂直线性偏振与第二偏振器2335选择性地透射的偏振正交。第二偏振器2335衰减或阻止这种线性偏振光的透射。
通过倾斜系统中的光学表面，还可以潜在地减少可能导致重影反射的反射。图24示出了具有用于减少可产生重影反射的反射的倾斜光学表面的示例配置。图24示出了增强现实显示系统2400，该系统包括光源2305，其发射由光线2310表示的光，当该光朝向空间光调制器(SLM)行进时，将传播通过任意数量的偏振器、延迟器、透镜和/或其它光学部件。为了说明的目的，在图24中示出了可能形成第一圆偏振器的第一偏振器2312和第一延迟器2315以及透镜2320。但是，可以包括附加部件，或者可以排除或以不同的方式布置或配置部件。在所示的示例中，SLM 2375包括盖玻璃2370。盖玻璃2370可以是产生重影图像的反射的导致因素。因此，在一些实施方式中，可将盖玻璃2370的形状设计为能够引导可产生重影图像的反射，使其不被引导到用户的眼睛内。如图所示，盖玻璃2370具有可倾斜的表面，以使得该表面与系统的其它部件或光学表面(例如SLM2375、第一延迟器2315、第一偏振器2312、至少一个波导2348等或它们的光学表面)不平行。盖玻璃2370的主表面例如可以具有倾斜的法线，以便不与增强现实显示系统2400或其中的光学部件(例如光学器件2320)的光轴对准或平行。通过倾斜，来自盖玻璃2370的光学表面的反射可被引导远离至少一个波导2348或用于将光耦入至少一个波导2348中的耦入光学元件(例如耦入光栅或衍射性光学元件)，并且降低来自盖玻璃2370的反射进入至少一个波导2348的可能性。如图所示，反射光2405被朝向光源2305引导返回，并远离至少一个波导2348，在该波导处，此类光可以最终到达用户的眼睛。在一些实施方式中，反射光2405可以被引导回到光源，并且至少一部分在光源2305处被回收。
尽管图24示出了具有倾斜表面的盖玻璃2370，但是可以在其中可能出现不期望的反射的任何系统部件上包括通过倾斜防止反射被耦入至少一个波导2348中的光学表面。因此，诸如偏振器、延迟器等的其它部件上的光学表面可以被倾斜以减少被耦入至少一个波导2348中，以及到达用户的眼睛的反射。盖玻璃2370或其它光学部件的形状和尺寸的变化是可能的。盖玻璃2370或其它光学部件例如可以更薄。类似地，盖玻璃2370或其它光学部件可具有与图24所示不同的纵横比(长度与厚度比)。在一些实施方式中，盖玻璃2370或其它光学部件是楔形的(wedge shape)。然而，其它形状也是可能的。
其它布置也是可能。例如，图25示出了类似于图24所示的系统2400的增强现实显示系统2500的实施方式，但是进一步包括光吸收器2505以吸收被引导到该光吸收器的光。系统2500包括倾斜的盖玻璃2370，以将反射2510从盖玻璃2370引导到光吸收器2505，而不是导引回光源2305。光吸收器2505可以包括被配置为吸收光的吸收材料或结构。取决于实施方式，例如取决于倾斜的盖玻璃2370的角度，可以改变光吸收器2505的位置。如上所述，该方法可应用于系统中的其它光学表面。另外，光学元件的形状和尺寸可以是不同的。
增强现实显示器的多种变化是可能的。偏振光学元件方面的变化是可能的。例如，尽管使用了水平偏振器，但是在一些实施方式中，也可以采用垂直偏振器或水平偏振器和垂直偏振器的组合。另外，可以使用以垂直或水平偏振以外的偏振为特征的偏振器。类似地，图中所示的光不必是水平偏振的，也可以是垂直偏振的。类似地，在不同的实施方式中，被示出为垂直偏振的光可以是水平偏振的，或者被示出为水平偏振的光可以是垂直偏振的。也可以使用具有垂直或水平之外的偏振的线性偏振光。
此外，可以以不同的方式配置延迟器。例如，图中的偏振光不必是左旋圆偏振的，也可以是右旋圆偏振光和/或右旋偏振光可以是左旋圆偏振的。其它变化也是可能的。可以采用不同的延迟器配置来产生不同于所示的左旋和/或右旋偏振光的组合。另外，在一些实施方式中，可以使用椭圆偏振光代替圆偏振光。例如，可以采用延迟器将椭圆偏振光变换为线性偏振光，或将线性偏振光变换为椭圆偏振光。线性偏振器可用于过滤光，并且可用于减少诸如本文所述的重影反射。
在一些实施方式中，采用其它类型的偏振元件及其配置。例如，延迟器不限于四分之一波长延迟器或四分之一波片。例如，在一些实施方式中，各种光学元件具有双折射。在某些这样的情况下，延迟器2315、2330、2340中的任何一者或多者可以包括足以将线性偏振光变换为圆偏振光的延迟量，并且不必是四分之一波长延迟器。延迟器2315、2330、2340中的任何一者或多者中可以包括多于或少于四分之一波长的延迟，因为延迟可由其它光学元件贡献。类似地，延迟可以分布在多个光学元件中。作为另一示例，可以采用多个延迟器来提供适当的延迟量。另外，如上所述，在一些实施方式中，可以使用椭圆偏振光代替圆偏振光。例如，可以使用延迟器将椭圆偏振光变换为线性偏振光，或将线性偏振光变换为椭圆偏振光。线性偏振器可用于过滤光，并且可用于减少诸如本文所述的重影反射。
另外，光学部件可以采用光学层、片和/或膜以及堆叠或一个或多个层、片和/或膜的形式。因此，可以使用具有不同数量、位置和布置的不同偏振元件。例如，延迟器和/或偏振器中的一者或多者可以包括膜。
在一些实施方式中，空间光调制器可以以不同的方式执行操作。例如，空间光调制器可以对圆偏振光以外的光进行操作和/或可以输出圆偏振光以外的光。
在上述说明书中，已经参考本公开的特定实施例对本公开进行了描述。但是显而易见的是，在不偏离本公开的较广泛的精神和范围的情况下，可以对本公开做出各种修改和更改。因此，说明书和附图应该被视为出于说明的目的，而非限制性的。
实际上，应当理解，本公开的系统和方法各自具有若干创新性方面，它们中没有单独一者能负责或要求在此公开的所需属性。上述各种特征和处理可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式进行组合。所有可能的组合和子组合均旨在落入本公开的范围内。
本说明书中通过分开的实施例的上下文描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地实现。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实施，或以任何合适的子组合实施。此外，尽管特征可以像上文描述的那样以某些组合起作用，甚至最初以此方式要求保护，但是所要求保护的组合中的一个或多个特征在某些情况下可以从该组合中剔除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。对于每个实施例而言，没有任何单个特征或特征组是必需的或不可或缺的。
应当理解，除非另有明确说明，或者在所使用的上下文中以其它方式理解，否则在此使用的诸如“能够”、“可以”、“可”、“能”、“例如”等之类的条件语通常旨在表达某些实施例包括，而其它实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语通常不旨在暗示特征、元素和/或步骤以任何方式是一个或多个实施例所必需的，也不意在暗示在有或者没有作者输入或提示的情况下，一个或多个实施例必然包括用于决定是否包括这些特征、元素和/或步骤或否是在任何特定实施例中执行这些特征、元素和/或步骤的逻辑。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义词，并且以开放的方式包含性地使用，并且不排除其它元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”在使用时具有包含性含义(而非排他性含义)，因此，当用于例如连接元素列表时，术语“或”表示一个、一些或全部列表中的元素。另外，除非另有说明，否则在本申请和所附权利要求书中使用的冠词“一”、“一个”和“所述”应被解释为表示“一个或多个”或“至少一个”。类似地，尽管操作在附图中示出为采取特定次序，但应认识到，这些操作不需要以所示的特定次序或按顺序执行，或者执行所有示出的操作以实现所需的结果。此外，附图可以以流程图的形式示意性地示出一个或多个示例处理。然而，其它未示出的操作可以并入示意性说明的示例方法和处理中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示的操作之前、之后、之间执行，或者与其并行地执行。另外，在其它实施例中，操作可以重新排列或排序。在某些情况下，多任务和并行处理是有利的。此外，上述实施例中的各种系统部件的分离不应该被理解为在所有实施例中都需要这种分离，应当理解，所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。另外，其它实施例处于以下权利要求的范围内。在一些情况下，权利要求中列出的动作可以以不同的次序执行并且仍能实现所需的结果。
因此，权利要求并非旨在限于在此所示的实施例，而是与符合在此披露的本公开、原理和新颖特征一致的最广泛的范围相一致。
Claims (201)
1.一种头戴式显示系统，被配置为向用户的眼睛投射光以在所述用户的视野中显示增强现实图像内容，所述头戴式显示系统包括：
框架，其被配置为被支撑在所述用户的头部；
至少一个光源，其被配置为输出光；
空间光调制器，其被设置为接收来自所述至少一个光源的光；
目镜，其被设置在所述框架上，所述目镜被配置为将来自所述空间光调制器的光引导到所述用户的眼睛中以向所述用户的视野显示增强显示图像内容，所述目镜的至少一部分是透明的并且在所述用户穿戴所述头戴式显示器时被设置在所述用户的眼睛前方的位置处，其中，透明部分将来自所述用户前方的物理环境的一部分的光向所述用户的眼睛透射，以提供所述用户前方的所述物理环境的所述一部分的视图，所述目镜包括：
(a)至少一个波导；
(b)至少一个耦入光学元件，其被配置为将来自所述空间光调制器的光耦入所述至少一个波导中；以及
(c)至少一个耦出光学元件，其被配置为将在所述波导内被引导的光耦出所述波导，并将所述光向所述用户的眼睛引导；以及
光学器件，其具有光焦度，所述光学器件被设置为接收从所述光源输出的光，所述光学器件相对于所述空间光调制器被布置为使得从所述光源接收的所述光传播通过所述光学器件并照射所述空间光调制器，
其中，所述头戴式显示系统被配置为使得照射所述空间光调制器的光通过所述光学器件被重定向返回并通过所述至少一个耦入光学元件被耦入所述至少一个波导中，并且所耦合的光的至少一部分通过所述至少一个耦出光学元件从所述至少一个波导射出并被引导到所述用户的眼睛。
2.根据权利要求1所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射不同颜色光的多颜色光源。
3.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射红色、绿色、和蓝色光的红绿蓝色(RGB)光源。
4.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括被配置为在不同时间发射青色、品红色、和黄色光的青、品红、黄色(CMY)光源。
5.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，包括：
多个横向移位的光发射器，其被配置为输出光；
聚光光学器件，其被配置为收集来自所述多个光发射器的光；
扩散器；以及
多个孔，其邻近所述扩散器。
6.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括耦合光学器件，其相对于所述光发射器设置以收集从所述光源输出的光。
7.根据权利要求6所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件包括复合抛物面聚光器(CPC)。
8.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括反射性空间光调制器。
9.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括液晶空间光调制器。
10.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括垂直对准的液晶空间光调制器。
11.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括基于偏转的空间光调制器。
12.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器包括可移动反射镜阵列。
13.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括光吸收器，以使得在关闭状态下，光被所述可移动反射镜阵列引导到所述光吸收器，以及在打开状态下，光被引导到对应的耦入光学元件。
14.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括对可见光透明的材料，所述材料具有足以通过全内反射来在所述波导中引导光的折射率。
15.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括波导堆叠。
16.根据权利要求15所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的不同波导被配置为输出具有不同的相应颜色的光。
17.根据权利要求15或16所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的第一波导、第二波导、和第三波导被配置为分别输出第一颜色光、第二颜色光、和第三颜色光，所述第一颜色光、第二颜色光、和第三颜色光分别为红色光、蓝色光、和绿色光。
18.根据权利要求15至16中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述波导堆叠中的不同波导被配置为输出具有不同波前的光，所述具有不同波前的光具有不同的发散量、会聚量、和准直量中的至少一者，就像从距所述用户的眼睛不同距离处投射的一样。
19.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被配置为耦入特定偏振的光。
20.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述耦入光学元件包括衍射光学元件和反射器中的至少一者。
21.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件。
22.根据权利要求21所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
23.根据权利要求22所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
24.根据权利要求23所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
25.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的一波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
26.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的一波导中的所述耦入光学元件的光源，所述光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
27.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入所述至少一个波导中的一波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
28.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件被配置为耦入预定偏振的光。
29.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括相对于彼此横向移位的多个耦入光学元件。
30.根据权利要求29所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的第一波导中以在其中引导所述光的第一耦入光学元件、以及被配置为将多种颜色的光耦入所述至少一个波导中的第二波导中以在其中引导所述光的第二耦入光学元件，所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相对于彼此横向移位。
31.根据权利要求29或30所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件的第一光源和相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件的第二光源。
32.根据权利要求30所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件中的第一光源，所述第一光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
33.根据权利要求32所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件中的第二光源，所述第二光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
34.根据权利要求33所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光和从所述第二波导耦出的光具有不同的会聚量、发散量、和准直量中的至少一者，并因此看起来像源自不同的深度平面。
35.根据权利要求31至34任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光被准直，并且从所述第二波导输出的光发散。
36.根据权利要求31至34任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导耦出的光发散第一量，并且从所述第二波导耦出的光发散第二量，其中，所述第二量不同于所述第一量。
37.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入波导中以在其中引导所述光的耦入光学元件。
38.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述至少一个耦入光学元件中的光源，所述至少一个耦入光学元件被配置为将红色光、绿色光、和蓝色光耦入所述至少一个波导中的一波导中，所述至少一个光源被配置为在不同时间发射不同的红色光、绿色光和蓝色光。
39.根据权利要求31所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源是第一颜色光源，并且所述第二光源是具有与所述第一颜色不同的颜色的第二颜色光源。
40.根据权利要求39所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源是红色光源，并且所述第二颜色光源是绿色光源和蓝色光源之一。
41.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括多个耦入光学元件组，每组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述多组中的每组相对于彼此横向移位。
42.根据权利要求41所述的头戴式显示系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色的光能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
43.根据权利要求42所述的系统，其中，所述多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色能够传播所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
44.根据权利要求43所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
45.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括第一耦入光学元件组和第二耦入光学元件组，所述第一耦入光学元件组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述第二耦入光学元件组包括被配置为耦入不同的相应颜色的多个颜色选择性耦入光学元件，所述第一组和所述第二组相对于彼此横向移位。
46.根据权利要求45所述的头戴式显示系统，其中，所述第一多个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述第二耦入光学元件被设置在所述第一耦入光学元件的上方，以使得第一颜色的光能够被所述第一耦入光学元件耦入第一波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第二颜色能够传播通过所述第一耦入光学元件到达所述第二耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第二波导中以在其中被引导。
47.根据权利要求46所述的头戴式显示系统，其中，所述第一多个耦入光学元件包括第三耦入光学元件，其被设置在所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第三颜色能够传播通过所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件到达所述第三耦入光学元件，并且能够被耦入第三波导中以在其中被引导。
48.根据权利要求47所述的头戴式显示系统，其中，所述第一颜色包括红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第二颜色包括不同于所述第一颜色的红色、绿色、和蓝色之一，其中，所述第三颜色包括不同于所述第一颜色和所述第二颜色的红色、绿色、或蓝色之一。
49.根据权利要求48所述的头戴式显示系统，其中，第二多个耦入光学元件包括第四耦入光学元件和第五耦入光学元件，所述第五耦入光学元件被设置在所述第四耦入光学元件的上方，以使得第四颜色的光能够被所述第四耦入光学元件耦入第四波导中以在其中被引导，并且不同于所述第一颜色的第五颜色能够传播通过所述第四耦入光学元件到达所述第五耦入光学元件，并且能够被所述第二耦入光学元件耦入第五波导中以在其中被引导。
50.根据权利要求49所述的头戴式显示系统，其中，所述第二多个耦入光学元件包括第六耦入光学元件，其被设置在所述第四耦入光学元件和所述第五耦入光学元件的上方，以使得不同于所述第一颜色和所述第二颜色的第六颜色能够传播通过所述第四耦入光学元件和所述第五耦入光学元件到达所述第六耦入光学元件，并且能够被耦入第六波导中以在其中被引导。
51.根据权利要求50所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光具有与从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导耦出的光不同的会聚量、发散量、和准直量中的至少一者，并因此看起来像源自与从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光不同的深度。
52.根据权利要求51所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光被准直，并且从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光发散。
53.根据权利要求52所述的头戴式显示系统，其中，所述目镜被配置为使得从所述第一波导、所述第二波导、和所述第三波导耦出的光发散，并且从所述第四波导、所述第五波导、和所述第六波导输出的光发散不同的量。
54.根据权利要求45至53中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第一耦入光学元件组中的第一光源，所述第一光源被配置为在不同时间发射不同颜色光。
55.根据权利要求45至54中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括相对于所述光学器件和所述空间光调制器设置以将光引导到所述第二耦入光学元件组的第二光源，所述第二光源也被配置为在不同时间发射不同颜色光。
56.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦出光学元件包括衍射性光学元件。
57.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦出元件被配置为沿着至少一个第一轴增加眼动范围的尺寸。
58.根据权利要求57所述的头戴式显示系统，进一步包括正交光瞳扩展器，所述正交光瞳扩展器包括在所述至少一个波导中或所述至少一个波导上的至少一个光重定向元件，所述至少一个光重定向元件被配置为沿着与所述至少一个第一轴正交的第二轴增加所述眼动范围的尺寸。
59.根据权利要求58所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光重定向元件包括衍射性光学元件。
60.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，至少所述至少一个波导的一部分在所述至少一个光源和所述光学器件之间延伸，通过所述光学器件来被引导的来自所述至少一个光源的光传播通过所述至少一个波导的所述一部分到达所述光学器件。
61.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述第一侧面上，以使得来自所述空间光调制器的光被引导到所述第一侧面上。
62.根据权利要求61所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述第一侧面上。
63.根据权利要求61所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述第二侧面上。
64.根据权利要求63所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
65.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括光源耦入光学元件，其相对于所述至少一个波导的邻近所述至少一个光源的一部分设置，以便接收来自所述至少一个光源的光，并且将来自所述至少一个光源的光耦入所述至少一个波导的所述一部分中以在其中被引导。
66.根据权利要求65所述的系统，进一步包括相对于所述至少一个波导的邻近所述光源的所述一部分的耦出光学元件，其被配置为将在所述至少一个波导的所述一部分中引导的光引导出所述至少一个波导的所述一部分，通过所述光学器件并到达所述空间光调制器。
67.根据权利要求66所述的头戴式显示系统，其中，所述头戴式显示系统被配置为使得从所述至少一个波导的邻近所述至少一个光源的所述一部分耦入所述光学器件的所述光的至少一部分入射在所述空间光调制器上，再次传播通过所述光学器件，入射在所述至少一个波导的第二部分上，再次在其中被引导，从中被耦出并被引导到所述用户的眼睛。
68.根据权利要求65至67中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括隔离器以减小从所述至少一个波导的邻近所述光源的所述一部分到所述至少一个波导的所述第二部分中的串扰。
69.根据权利要求68所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器包括不透明表面和反射性表面之一。
70.根据权利要求58所述的系统，其中，所述隔离器被设置在所述至少一个波导中。
71.根据权利要求65至70中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上。
72.根据权利要求71所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第一侧面上以在其中被引导，并且在所述至少一个波导的所述一部分中被引导的光从所述至少一个波导的所述第一侧面被耦出并到达位于所述第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
73.根据权利要求71所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光在传播通过所述光学器件到达所述空间光调制器之前入射在所述至少一个波导的所述第二侧面上。
74.根据权利要求71或73所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
75.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个波导，其被光学耦合到所述至少一个光源以从所述至少一个光源接收光，以在其中引导来自所述至少一个光源的光，并且将在其中引导的光耦入所述光学器件中，以使得从所述至少一个波导耦入所述光学器件中的所述光的至少一部分入射在所述空间光调制器上，再次传播通过所述光学器件并入射在所述至少一个波导上，在其中被引导，从中被耦出并被引导到所述用户的眼睛。
76.根据权利要求75所述的头戴式显示系统，进一步包括耦入元件，其被设置在所述至少一个波导上，以接收来自所述光源的光并将来自所述光源的光耦入所述至少一个波导中以在其中被引导。
77.根据权利要求76所述的头戴式显示系统，进一步包括耦出元件，其被设置在所述至少一个波导上，以接收来自所述光源的在所述至少一个波导内被引导的光，并且将在所述至少一个波导中被引导的光耦出所述至少一个波导，并通过所述光学器件到达所述空间光调制器。
78.根据权利要求75至77中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括隔离器，以减少所述至少一个波导和所述至少一个波导之间的串扰。
79.根据权利要求78所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器包括不透明表面和反射性表面中的至少一者。
80.根据权利要求78或79所述的头戴式显示系统，其中，所述隔离器被设置在所述至少一个波导中或在所述至少一个波导上。
81.根据权利要求75至80中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导具有第一侧面和与所述第一侧面相对的第二侧面，所述光学器件和所述空间光调制器被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上。
82.根据权利要求81所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第一侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第一侧面上以在其中被引导，并且将在所述至少一个波导中被引导的光耦出所述至少一个波导的所述第一侧面到达在所述第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
83.根据权利要求81所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源被设置在所述至少一个波导的所述第二侧面上，以使得来自所述至少一个光源的光入射在所述至少一个波导的所述第二侧面上以在其中引导所述光，并且将在所述至少一个光导中被引导的光耦出所述至少一个波导的所述第一侧面到达所述在第一侧面上的所述光学器件和所述空间光调制器。
84.根据权利要求81或83所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导被设置在所述至少一个光源和所述光学器件之间。
85.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括一个或多个透镜。
86.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括多个透镜。
87.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件具有正光焦度。
88.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件包括一个或多个折射性光学元件。
89.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述空间光调制器被配置为调制偏振。
90.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括检偏器，其位于所述空间光调制器和所述用户的眼睛之间的光路中。
91.根据权利要求90所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器被设置在所述光学器件和所述至少一个耦入光学元件之间的光路中。
92.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被设置在所述至少一个光源和所述空间光调制器之间。
93.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个光源包括偏振光源。
94.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器被设置在所述光学器件和所述空间光调制器之间。
95.根据权利要求94所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器被直接设置在所述空间光调制器上。
96.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器包括线栅偏振器。
97.根据权利要求90所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器是圆偏振器。
98.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括具有可调的光焦度的可变光学元件。
99.根据权利要求98所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件包括透镜或反射镜。
100.根据权利要求98或99所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件被配置为具有第一状态和第二状态，其中，在所述第一状态下，所述可变光学元件具有与在所述第二状态下时不同的光焦度。
101.根据权利要求100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有负光焦度，并且在所述第二状态下具有零光焦度。
102.根据权利要求100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有正光焦度，并且在所述第二状态下具有零光焦度。
103.根据权利要求100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一负光焦度，并且在所述第二状态下具有不同的第二负光焦度。
104.根据权利要求100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一正光焦度，并且在所述第二状态下具有不同的第二正光焦度。
105.根据权利要求100所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件在所述第一状态下具有第一负光焦度，并且在所述第二状态下具有第二正光焦度。
106.根据权利要求98所述的头戴式显示系统，其中，所述可变光学元件包括液体透镜。
107.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括可调的调光器，其包括提供透射通过的光的可变衰减的光学元件。
108.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括处方透镜，其被配置为提供对所述用户的眼睛的屈光矫正。
109.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括静态透镜，其被设置在所述至少一个波导和所述用户的眼睛之间的路径中。
110.根据权利要求91所述的头戴式显示系统，其中，所述检偏器被配置为还用作偏振器，以使光从所述光源向所述光学器件传播。
111.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括滤色器阵列，其被设置在所述波导的邻近所述用户的侧面上，其中，所述滤色器阵列包括多个不同的滤色器。
112.根据权利要求111所述的头戴式显示系统，其中，所述滤色器阵列包括被设置在所述滤色器之间的吸收材料，其被配置为减少杂散光的传播和反射。
113.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，偏振器能够被设置在所述光源的光路中，并且被配置为透射第一偏振的光并反射第二偏振的光，其中，所反射的所述第二偏振的光的被引导朝向所述光源的一部分获得第一偏振。
114.根据权利要求113所述的头戴式显示系统，其中，所反射的所述第二偏振的光的被引导朝向所述光源的一部分通过从被设置为收集来自所述光源的光的耦合光学器件反射来获得所述第一偏振。
115.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括四分之一波片。
116.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其被配置为提供所述光的更一致的正交旋转。
117.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光学器件和空间光调制器相对于彼此倾斜。
118.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件、光学器件、和空间光调制器相对于所述目镜倾斜。
119.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件、光学器件、和空间光调制器相对于所述目镜倾斜。
120.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，来自所述光源的光被配置为被回收或被重新利用。
121.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被配置为将来自所述光源的具有第一偏振的光透射到所述光学器件，并且将具有不同的第二偏振的光反射回所述光源。
122.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述偏振器之间的耦合元件，其将由所述偏振器反射的所述第二偏振的所述光中的至少一些转换为所述第一偏振的光。
123.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光源包括被配置为输出光的多个横向移位的光发射器。
124.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括聚光光学器件或耦合元件，其被配置为收集来自所述多个光发射器的光。
125.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的光路中的扩散器。
126.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的一个或多个孔。
127.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的多个孔。
128.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和所述光学器件之间的扩散器和多个孔，所述扩散器邻近所述孔。
129.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光源包括一个或多个激光二极管。
130.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括耦合光学器件，其相对于所述光源设置以收集从所述光源输出的光。
131.根据权利要求130所述的头戴式显示系统，其中，所述耦合光学器件包括复合抛物面聚光器(CPC)。
132.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括聚光光学器件，其相对于所述光源设置以收集从所述光源输出的光。
133.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述聚光光学器件包括一个或多个透镜。
134.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述聚光光学器件包括多个透镜。
135.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光源和光学器件之间的四分之一波长延迟器。
136.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，偏振器被附着到所述空间光调制器。
137.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，偏振器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
138.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将偏振器附着到所述空间光调制器。
139.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，补偿器被附着到所述空间光调制器。
140.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，补偿器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
141.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将补偿器粘附到所述空间光调制器。
142.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，延迟器被附着到所述空间光调制器。
143.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，延迟器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
144.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将延迟器粘附到所述空间光调制器。
145.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，四分之一波长延迟器被附着到所述空间光调制器。
146.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，四分之一波长延迟器通过粘合剂被粘附到所述空间光调制器。
147.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，使用机械固定装置将四分之一波长延迟器粘附到所述空间光调制器。
148.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述偏振器包括线栅偏振器。
149.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述空间光调制器和所述耦入光学元件之间的圆偏振器。
150.根据权利要求149所述的头戴式显示系统，其中，所述圆偏振器包括线性检偏器和四分之一波长延迟器。
151.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括在所述光学器件和所述至少一个波导之间并在所述光源和所述光学器件之间的单个偏振器。
152.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光吸收器包括吸收材料。
153.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光吸收器包括环绕滤色器阵列中的滤色器的吸收材料。
154.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，所述光源相对于所述至少一个波导被横向设置，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学元件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
155.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在相对于所述至少一个波导横向延伸的透明层上，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
156.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在透明层上，所述透明层更接近所述至少一个波导的更靠近所述用户前方的所述环境的侧面，而非所述至少一个波导的更靠近所述用户的眼睛的侧面，所述透明层相对于所述至少一个波导横向延伸，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
157.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述光源被设置在透明层上，所述透明层更接近所述至少一个波导的更靠近所述用户的眼睛的侧面，而非所述至少一个波导的更靠近所述用户前方的所述环境的侧面，所述透明层相对于所述至少一个波导横向延伸，以使得来自所述光源的光被引导到所述光学器件中，而无需传播通过所述至少一个波导。
158.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，透明层包括盖玻璃。
159.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括相对于彼此横向移位的多个滤色器，所述滤色器相对于多个耦入光学元件横向对准，所述多个耦入光学元件相对于彼此横向移位，以使得传播通过相应的滤色器的光入射在相应的耦入光学元件上。
160.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，所述多个滤色器包括滤色器阵列。
161.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
162.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括检偏器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
163.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
164.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
165.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括四分之一波长延迟器，其被设置在所述空间光调制器和所述光学器件之间的光路中。
166.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括第一圆偏振器，其位于所述至少一个波导和具有光焦度的所述光学器件之间。
167.根据权利要求166所述的头戴式显示系统，其中，所述第一圆偏振器位于所述光源和具有光焦度的所述光学器件之间。
168.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括第二圆偏振器，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
169.根据权利要求168所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
170.根据权利要求168或169所述的头戴式显示系统，进一步包括第三圆偏振器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
171.根据权利要求170所述的头戴式显示系统，进一步包括延迟器，其位于所述第二圆偏振器和所述第三圆偏振器之间。
172.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
173.根据权利要求168至171中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
174.根据权利要求170至171中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括补偿器，其位于所述第三圆偏振器和所述空间光调制器之间。
175.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于具有光焦度的所述光学器件和所述空间光调制器之间。
176.根据权利要求168至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述第二圆偏振器和所述空间光调制器之间。
177.根据权利要求170至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述第三圆偏振器和所述空间光调制器之间。
178.根据权利要求172至174中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括盖玻璃，其位于所述补偿器和所述空间光调制器之间。
179.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于所述至少一个波导倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
180.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于所述空间光调制器倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
181.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其相对于至少一个偏振器或延迟器倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
182.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括至少一个光学表面，其法线相对于具有光焦度的所述光学器件的光轴倾斜以重定向从所述光学表面反射的光。
183.根据权利要求179至182中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光以使其远离所述至少一个波导的耦入光学元件。
184.根据权利要求179至183中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光，以使得少量的所述反射光被耦入所述至少一个波导中并在其中被引导。
185.根据权利要求179至184中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面重定向所述反射光，以使得少量的所述反射光被引导到所述用户的眼睛。
186.根据权利要求179至185中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面将至少一些所述反射光重定向到所述光源。
187.根据权利要求179至186中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括光吸收器，以接收来自所倾斜的所述至少一个光学表面的至少一些所述反射光。
188.根据权利要求179至187中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面在所述盖玻璃上。
189.根据权利要求179至188中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所倾斜的所述至少一个光学表面在以下一者或多者上：至少一个延迟器、至少一个偏振器、或至少一个补偿器。
190.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述盖玻璃是楔形的。
191.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，至少一个延迟器、至少一个偏振器、或至少一个补偿器是楔形的。
192.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振旋转器，其相对于所述光源设置以旋转从中发射的光的偏振。
193.根据权利要求166或167所述的头戴式显示系统，进一步包括偏振旋转器，其被设置在所述光源和所述第一圆偏振器之间。
194.根据上述任一权利要求所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个耦入光学元件包括第一耦入光学元件和第二耦入光学元件，所述头戴式显示系统进一步包括分别与所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件相关联的第一滤色器和第二滤色器。
195.根据权利要求194所述的头戴式显示系统，其中，所述第一滤色器比所述第二滤色器透射更多的第一颜色的光，并且所述第二滤色器比所述第一滤色器透射更多的所述第二颜色的光。
196.根据权利要求194或195所述的头戴式显示系统，其中，所述至少一个波导包括第一波导和第二波导，其中，所述第一耦入光学元件将比所述第二滤色器更多的第一颜色的光耦入所述第一波导中，以及所述第二耦入光学元件将比所述第一颜色更多的所述第二颜色的光耦入所述第二波导中。
197.根据权利要求194至196中任一项所述的头戴式显示系统，其中，所述第一滤色器和所述第二滤色器与相应的第一耦入光学元件和第二耦入光学元件横向对准。
198.根据权利要求194至197中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括第一光源和第二光源，其中，所述第一光源和所述第二光源被设置为引导光分别通过所述第一滤色器和所述第二滤色器，分别到达所述第一耦入光学元件和所述第二耦入光学元件。
199.根据权利要求194至197中任一项所述的头戴式显示系统，进一步包括第一光源和第二光源，其中，所述第一滤色器被设置在所述第一光源与所述第一耦入光学元件之间的第一光路中，所述第二滤色器被设置所述第二光源与所述第二耦入光学元件之间的第二光路中。
200.根据权利要求198或199所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源包括被配置为发射第一颜色的第一颜色光源，所述第二光源包括被配置为发射第二颜色的第二颜色光源。
201.根据权利要求198或199所述的头戴式显示系统，其中，所述第一光源和所述第二光源包括被配置为发射所述第一颜色和所述第二颜色两者的宽带彩色光源。
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