CN114365029A - 具有多路光束中继器的扫描投影仪 - Google Patents

Abstract

一种用于显示装置的扫描投影仪，包括：被配置为在第一平面内使光束转向的第一扫描反射器；被配置为在第二平面内使从第一扫描反射器接收的光束转向的第二扫描反射器；以及光束中继光学器件，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳。光束中继光学器件可以包括凹面反射器和以三通配置耦合到扫描反射器的偏振分束器。

Description

具有多路光束中继器的扫描投影仪

技术领域

本公开涉及光学扫描仪，且具体地涉及用于近眼显示器的扫描投影仪。

背景

头戴式显示器(HMD)、头盔显示器(helmet mounted display)、近眼显示器(NED)等正越来越多地用于显示虚拟现实(VR)内容、增强现实(AR)内容、混合现实(MR)内容，并且它们在包括娱乐、教育、培训和生物医学科学(仅举几个例子)在内的不同领域中得以应用。VR/AR/MR内容可以是三维的(3D)，以增强体验并且将虚拟对象与用户观察到的真实对象相匹配。可以实时跟踪用户的眼睛位置和凝视方向和/或定向，并且可以根据用户的头部定向和凝视方向动态地调整显示的场景，以提供在模拟或增强环境中的更好的沉浸体验。

头戴式显示器需要紧凑的显示设备。因为HMD或NED的显示器通常戴在用户的头上，所以大的、笨重的、不平衡的和/或重的显示设备将是累赘的，并且用户佩戴可能会不舒服。

扫描投影仪显示器在角度域中提供图像，可以通过眼睛直接观察该图像，而无需中间屏幕或显示面板。扫描投影仪显示器中缺少屏幕或显示面板使得显示器的尺寸和重量得以减小。紧凑且高效的扫描仪(例如可倾斜MEMS反射器)可用于提供适用于NED和类NED显示器的微型扫描投影仪。

概述

在一些实施例中，提供了一种用于显示装置的扫描投影仪，该扫描投影仪包括：被配置为在至少第一平面内使光束转向(steer)的第一扫描反射器；被配置为在至少第二平面内使从第一扫描反射器接收的光束转向的第二扫描反射器；以及光束中继光学器件(beam relay optics)，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳。

在一些实施例中，第二扫描反射器可以被配置为使得第二平面大体上正交于第一平面。

在一些实施例中，光束中继光学器件可以包括第一偏振分束器(PBS)和耦合到第一PBS的第一凹面反射器，其中第一PBS被设置为三通配置(triple-pass configuration)，以用于在前两次通过(pass)中将光束依次路由到第一扫描反射器和第一凹面反射器，并在第三次通过中路由到第二扫描反射器。

在一些实施例中，还可以包括设置在光束的光路中的波片，以用于在穿过第一PBS的连续通过之间将其偏振态转换为正交偏振态。

在一些实施例中，还可以包括设置在第一扫描反射器上游的光束的光路中的透镜。

在一些实施例中，第一PBS可以被设置为依次地在第一次通过中将光束引导到第一扫描反射器并在第二次通过中引导到第一凹面反射器，光束中继光学器件还包括第二PBS和耦合到第二PBS的第二凹面反射器，其中第二PBS被设置为三通配置，以在前两次通过第二PBS时将从第一PBS接收的光束依次导向第二扫描反射器和第二凹面反射器，并在第三次通过中导向输出光瞳。

在一些实施例中，光束中继光学器件还可以包括靠近第一扫描反射器、第二扫描反射器、第一凹面反射器和第二凹面反射器设置的四个四分之一波片(QWP)，以用于在穿过第一PBS和第二PBS中的每一个的连续通过之间将光束的偏振转换为正交偏振。

在一些实施例中，第一PBS可以被设置为将从第一扫描反射器反射的光束导向第一凹面反射器，并且从第一凹面反射器导向第二PBS。

在一些实施例中，还可以包括设置在第一PBS上游的第一聚焦透镜，以及设置在扫描投影仪的输出光瞳处的输出聚焦或准直透镜。

在一些实施例中，第一聚焦透镜可以与第一凹面反射器协作以将光束会聚到第一扫描反射器和第二扫描反射器之间的光路中的中间位置处的焦点。

在一些实施例中，还可以包括靠近第二扫描反射器的第二聚焦透镜。

在一些实施例中，第一凹面反射器和第二聚焦透镜可以协作，从而以放大率(magnification)将第一光瞳中继到第二光瞳。

在一些实施例中，所述第二扫描反射器的面积可以大于第一扫描反射器的面积。

在一些实施例中，第一扫描反射器和第二扫描反射器中的每一个可以包括可倾斜MEMS反射器。

在一些实施例中，存在一种用于形成图像的方法，该方法包括：向第一扫描反射器提供光束；响应于第一信号，利用第一扫描反射器在至少第一平面内使光束转向；将来自第一扫描反射器的光束中继到第二扫描反射器上；响应于第二信号，利用第二扫描反射器在至少第二平面内使光束转向；以及，将来自第二扫描反射器的光束以由第一扫描反射器和第二扫描反射器的转向角(steering angle)限定的角度中继到输出光瞳，并且基本上没有与角度相关的横向空间偏移；其中以下操作中的至少一个包括使用第一凹面反射器和处于三通配置的第一PBS：将来自第一扫描反射器的光束中继到第二扫描反射器上，或将来自第二扫描反射器的光束中继到输出光瞳。

在一些实施例中，该方法还可以包括使用第一PBS和第一凹面反射器将来自第一扫描反射器的光束引导到第二扫描反射器，以及使用耦合到第二凹面反射器的第二PBS将来自第一PBS的光束依次导向第二扫描反射器和输出光瞳。

在一些实施例中，该方法还可以包括在穿过第一PBS和第二PBS中的每一个的连续通过之间将光束的偏振态改变为正交偏振态。

在一些实施例中，提供了一种近眼显示(NED)设备，包括：用于佩戴在用户头上的支撑结构；由支撑结构承载以提供光束的光源；由支撑结构承载的光瞳扩展器(pupilexpander)；以及，由支撑结构承载的扫描投影仪，该扫描投影仪包括：被配置为在至少第一平面内使光束转向的第一扫描反射器；被配置为在至少第二平面内使从第一扫描反射器接收的光束转向的第二扫描反射器；以及光束中继光学器件，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳；其中，光瞳扩展器被配置为在尺寸上扩展扫描投影仪的输出光瞳，以将光束导向用户的眼睛。

在一些实施例中，光束中继光学器件可以包括凹面反射器和偏振分束器(PBS)，该偏振分束器(PBS)被设置为三通配置并耦合到凹面反射器。

附图简述

现在将结合附图描述示例性实施例，其中类似的元件用类似的附图标记表示，这些附图不是按比例的，并且其中：

图1是具有两个串联耦合的光束转向反射器(beam steering reflector)的两级图像投影仪的示意框图；

图2是图1的图像投影仪的实施例的示意框图，在两个扫描级中的每个扫描级都有光束路由光学器件；

图3是使用图1的图像投影仪的近眼显示器(NED)的示意框图；

图4A是两级图像投影仪的示例实现方式的示意性侧截面图，其中在每个扫描级都有可倾斜反射器和偏振控制的光束中继器(beam relay)；

图4B是图4A的示例图像投影仪的示意正视图；

图5A是图4A和图4B的图像投影仪的示意图，总体地示出了其光学元件进行的光束聚焦和准直；

图5B是示出图4A-图5A的投影仪的输出透镜的操作的示意图；

图6是MEMS扫描仪的示意平面图；

图7是图4A-图5A的图像投影仪的实施例的示意图，其中有可倾斜反射器的替代放置；

图8是示出使用图4A的图像投影仪的NED的元件的示意图；

图9是使用两个扫描反射器形成2D图像的方法的流程图；

图10是示出NED设备的示意图，该NED设备包括两级扫描投影仪，该扫描投影仪具有用于在角度空间中定义的FOV中形成2D图像的第一级和可操作以响应于用户的凝视方向的变化而在角度空间中移动FOV的第二级；

图11是使用本公开的扫描投影仪的头戴式显示器的示例的等距视图；

图12是包括图11的头戴式装置(headset)的虚拟现实系统的框图；以及

图13是根据本公开的实施例的示例自主可穿戴显示系统的功能框图。

详细描述

虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是意图并不是本教导被限制到这样的实施例。相反，如本领域技术人员所理解的，本教导包括各种替代和等同物。本文中叙述本公开的原理、方面和实施例以及其特定示例的所有陈述都旨在包括其结构和功能等同物。另外，意图是这样的等同物包括当前已知的等同物以及将来开发的等同物两者，即，执行相同功能的所开发的任何要素，而不考虑结构。

如在本文所使用的，除非明确规定，否则术语“第一”、“第二”等并不意欲暗示顺序次序，而是更确切地意欲将一个要素与另一个要素区分开。类似地，除非明确规定，否则方法步骤的顺序次序并不暗示它们执行的顺序次序。

术语“光瞳中继器(pupil relay)”、“光瞳中继系统(pupil relay system)”、“光瞳中继光学器件”等涉及在第一光瞳和第二光瞳之间定义一个或更多个光路的光学系统，其将在第一光瞳处入射的光束传输到位于距第一光瞳一定距离处的第二光瞳。在如本文所理解的光瞳中继器中，以不同角度从第一光瞳发出的光束在第二光瞳处基本重叠。因此，利用扫描光束操作的光瞳中继器将第一光瞳处的可变光束角转移到第二光瞳处的可变光束角，而在第二光瞳处基本上没有光束位置的横向偏移。这里的“基本上”意味着具有可能与光学系统及其组件中的各种不准确度相关的某个公差，并且可能意味着例如在第二光瞳处的光束直径的+\-10％内，并且优选地在第二光瞳处的光束直径的+\-5％内，取决于系统设计和公差。横向位移的公差可能取决于光束的能量分布。例如，在1/e²光束直径处截断的高斯光束分布可能相比于光束能量沿相同直径的平坦“顶帽(top hat)”分布更能容忍光瞳中继器横向偏移。第一光瞳和第二光瞳可以由使用光瞳中继器的系统的光学部件限定，例如反射器和透镜。术语“光瞳中继放大率”是指光束从第一光瞳到第二光瞳的尺寸增加。光瞳中继器可以将第一光瞳成像到第二光瞳上。

当与光学系统相关地使用时，术语“视场”(FOV)可以定义系统支持的光束传播的角度范围。FOV可以由与光轴或其一部分共面的两个正交平面中的角度范围来定义。例如，NED设备的FOV可以由垂直FOV(例如相对于水平面+\-20°)和水平FOV(例如相对于垂直面+\-30°)定义。关于NED的FOV，“垂直”和“水平”平面或方向可以相对于佩戴NED的站立者的头部来定义。另外，术语“垂直”和“水平”可以在本说明书中参考所描述的光学系统或设备的两个正交平面被使用，而不暗示与使用光学系统或设备的环境的任何特定关系，或其对环境的任何特定定向。术语“NED”和“HMD”在本文中可以互换使用。

本公开的一方面涉及一种2D扫描投影仪，包括：第一扫描级，该第一扫描级包括第一扫描反射器，该第一扫描反射器被配置为在第一平面内使输入光束(input light beam)转向；第二扫描级，该第二扫描级包括第二扫描反射器，该第二扫描反射器被配置为在第二平面内使从第一扫描级接收的输入光束转向；以及，光束中继光学器件，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳。

本公开的一方面涉及用于使用两个或更多个顺序布置的1D或2D扫描反射器来在两个维度扫描光束的系统和方法。

本公开的一方面提供一种用于显示装置的扫描投影仪，包括：被配置为在至少第一平面内使光束转向的第一扫描反射器；被配置为在至少第二平面内使从第一扫描反射器接收的光束转向的第二扫描反射器；以及，光束中继光学器件，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳。在一些实施方式中，第二扫描反射器被配置为使得第二平面大体上正交于第一平面。

在一些实施方式中，光束中继光学器件包括第一偏振分束器(PBS)和耦合到第一PBS的第一凹面反射器，其中第一PBS被设置成三通配置，以用于在前两次通过中将光束依次路由到第一扫描反射器和第一凹面反射器，并在第三次通过中路由到第二扫描反射器。

在一些实施方式中，扫描投影仪包括设置在光束的光路中的波片，用于在穿过第一PBS的连续通过之间将其偏振态转换为正交偏振态。

在一些实施方式中，透镜可以设置在第一扫描反射器上游的光束的光路中。在一些实施方式中，透镜可以包括设置在输出光瞳处的输出透镜。

在一些实施方式中，第一PBS可以被设置为依次在第一次通过中将光束引导到第一扫描反射器并且在第二次通过中引导到第一凹面反射器。光束中继光学器件还可包括第二PBS和耦合到第二PBS的第二凹面反射器。第二PBS可以被设置为三通配置，以在穿过第二PBS的前两次通过时将从第一PBS接收的光束依次导向第二扫描反射器和第二凹面反射器，并且在第三次通过中导向输出光瞳。

在一些实施方式中，光束中继光学器件还可以包括四个四分之一波片(QWP)，第一扫描反射器、第二扫描反射器、第一凹面反射器和第二凹面反射器中的每一个附近有一个QWP，以用于在穿过第一PBS和第二PBS中的每一个的连续通过之间转换光速的偏振。

在一些实施方式中，第一PBS可以被设置为将从第一扫描反射器反射的光束导向第一凹面反射器，并且从第一凹面反射器导向第二PBS。在一些实施方式中，第一聚焦透镜可以设置在第一PBS的上游，并且输出聚焦或准直透镜可以设置在扫描投影仪的输出光瞳处。在一些实施方式中，第一聚焦透镜可以被配置为与第一凹面反射器协作以将光束会聚到第一扫描反射器和第二扫描反射器之间的光路中的中间位置处的焦点。在一些实施方式中，第二聚焦透镜可以靠近第二扫描反射器设置。在一些实施方式中，第一凹面反射器和第二聚焦透镜协作，从而以放大率将第一光瞳中继到第二光瞳。在一些实施方式中，第二扫描反射器的面积可以大于第一扫描反射器的面积。

在一些实施方式中，第一扫描反射器和第二扫描反射器中的每一个包括可倾斜MEMS反射器。

本公开的一方面提供一种用于形成图像的方法，该方法包括：向第一扫描反射器提供光束；响应于第一图像信号，利用第一扫描反射器在第一平面内使光束转向；将来自第一扫描反射器的光束中继到第二扫描反射器上；响应于第一图像信号，利用第二扫描反射器在第二平面内使光束转向；并且，将来自第二扫描反射器的光束以由第一扫描反射器和第二扫描反射器的转向角限定的角度中继到输出光瞳，并且基本上没有角度相关的横向空间偏移。将来自第一扫描反射器的光束中继到第二扫描反射器上或者将来自第二扫描反射器的光束中继到输出光瞳可以包括使用第一凹面反射器和处于三通配置的第一PBS。

在一些实施方式中，该方法可以包括使用第一PBS和第一凹面反射器将光束从第一扫描反射器引导到第二扫描反射器，以及使用耦合到第二凹面反射器的第二PBS来将光束从第一个PBS依次导向第二扫描反射器和输出光瞳。

在一些实施方式中，该方法可以包括在穿过第一PBS和第二PBS中的每一个的连续通过之间将光束的偏振态改变为正交偏振态。

本公开的一方面提供了一种近眼显示(NED)设备，包括：用于佩戴在用户头上的支撑结构；由支撑结构承载以提供光束的光源；由支撑结构承载的光瞳扩展器；以及，由支撑结构承载的扫描投影仪。扫描投影仪可以包括被配置为在至少第一平面内使光束转向的第一扫描反射器、被配置为在至少第二平面内使从第一扫描反射器接收的光束转向的第二扫描反射器以及光束中继光学器件，该光束中继光学器件被配置为将在第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳。光瞳扩展器可以被配置为在尺寸上扩展扫描投影仪的输出光瞳以将光束导向用户的眼睛。

在一些实施方式中，光束中继光学器件包括凹面反射器和偏振分束器(PBS)，该偏振分束器被设置为三通配置并耦合到凹面反射器。

在一些实施方式中，第一扫描反射器和第二扫描反射器中的一个可以可操作来在两个维度扫描光，以在角度空间中定义的视场(FOV)中形成二维(2D)图像，并且两个扫描反射器中的另一个可以响应于控制信号在角度空间中可操作地移动2D图像。

参照图1，两级扫描投影仪100(也称为投影仪100)被配置为接收输入光束101，并在两个维度(2D)上有角度地扫描它。输入光束使用两个连续的光束扫描级(第一扫描级110和第二扫描级120)进行扫描，以产生输出光束151。输出光束151可以跨特定FOV、通常在两个维度上被扫描。在一些实施例中，例如当投影仪100用于显示设备中时，输入光束101可以与扫描协同进行时间调制，使得在投影仪100的输出处的输出光束151在角度空间中渲染2D图像，该2D图像可以通过观察者的眼睛或通过聚焦透镜转换为空间图像以显示在屏幕上。

在一些实施例中，第一扫描级110和第二扫描级120中的每一个可以被配置为扫描在特定平面中成角度地接收的光束，并且可以被称为1D扫描级。在下文描述的示例实施例中，第一扫描级110包括第一扫描反射器(SR)111，其被配置为在第一平面内使输入光束转向，而第二扫描级120包括第二SR 112，其被配置为在第二平面内使从第一扫描级110接收的输入光束转向。SR 111和SR 112中的每一个可以包括例如可倾斜反射镜或更一般地可倾斜反射器(TR)。然而，也可以设想使用不同于可倾斜反射器的光转向设备(light steeringdevice)的实施例，例如基于入射光的可控折射和/或衍射的那些。在下面描述的至少一些示例实施例中，第一SR 111和第二SR 112在其中使输入光束转向的平面基本正交，这简化了以光栅扫描图案扫描输出光束151。这里的“基本上”意味着具有某种精度，例如+\-1°或+\-3°，具体取决于系统设计和公差。然而，应当理解，在既不正交也不平行的两个平面中顺序扫描输入光束(input beam)也可用于产生2D扫描图案。非平行平面可以指例如相对于彼此以至少30°的角度定向的平面。还可以设想其中SR 111、SR 112在同一平面内使它们各自的输入光束转向的实施例，例如在可以由SR 111或SR 112中的任一个支持的更宽的角度范围内扫描输出扫描光束151，或单独提供粗略扫描和精细扫描。

投影仪100还可以包括光束中继光学器件121、122，其将来自第一SR 111的输入光束中继到第二SR 112，并从第二SR 112中继到扫描投影仪100的输出光瞳155。在图1所示的实施例中，该光束中继光学器件由第一光束中继器121和第二光束中继器122表示。如图所示，第一光束中继器121和第二光束中继器122可以被视为相应的第一扫描级110和第二扫描级120的一部分，但是也可以与其耦合，和/或可以与其共享一个或更多个光学部件。第一光束中继器121可以包括将从第一SR 111反射的光束中继到第二SR 112的折射和/或反射光学器件，而第二光束中继器122可以包括将从第二SR 111反射的光束中继到输出光瞳的折射和/或反射光学器件。第一光束中继器121和第二光束中继器122可以共享一个或更多个光学部件，例如在第二SR 112前面的透镜，该透镜如下文参考一个或更多个示例实施例所描述的那样是双通的(double-passed)。第一光束中继器121和第二光束中继器122的光学器件可以用作光瞳中继器，将在第一SR 111处定义的第一光瞳中继到在第二SR 112处定义的第二光瞳，并将第二光瞳中继到扫描投影仪的输出光瞳155。输出光瞳155可以例如由输出聚焦或准直透镜定义，如下所述。

参照图2，示出了投影仪100的实施例，其中第一光束中继器121包括第一成像光学器件131和第一路由光学器件141，而第二光束中继器122包括第二成像光学器件132和第二路由光学器件142。图2中用与图1相同的标记表示的元件在图2的实施例中执行与图1的实施例相同的功能，可以不再赘述。成像光学器件131和132可以包括具有光焦度的一个或更多个折射和/或反射光学元件。在一些实施例中，成像光学器件131可以被配置为将SR 111的反射表面或其操作部分成像到SR 112的反射表面或其操作部分上，使得对于SR 111的一系列扫描角度，由SR 111扫描的光束照射到第二SR 112的大致相同区域上。在一些实施例中，成像光学器件132可以被配置为将SR 112的反射表面或其操作部分成像到输出光瞳155上，使得对于由第一SR 111和第二SR 112提供的一系列扫描角度，入射到输出光瞳155上的光束149照射到其大致相同的区域上。路由光学器件141和141可以包括一个或更多个光学元件，这些光学元件可以没有光焦度但是被配置为在期望方向上路由入射在其上的光束。第一路由光学器件141可以将来自第一SR 111的输入光束(input optical beam)路由到第二SR 112，例如通过或接合第一成像光学器件131的一个或更多个光学元件。第二路由光学器件142可以将来自第二SR 112的输入光束路由到输出光瞳155，例如通过或接合第二成像光学器件132的一个或更多个光学元件。在一些实施例中，路由光学器件141和142可以折叠输入光束的光路以减小投影仪覆盖区(footprint)，并且可以提供偏振辅助多通路由(multi-pass routing)。

参照图3，示意性地示出了使用投影仪100的实施例来产生图像光的显示设备300。图3中用与图1和图2中相同的标记表示的元件在图3的实施例中执行与图1和图2的实施例中相同的功能，这里不再赘述。如图所示，显示设备300可以是向用户的眼睛350提供角度扫描的图像光的NED。支撑结构310(例如单目镜框架或双目镜框架)可以被配置为佩戴在用户的头上。支撑结构310可以承载光源320、投影仪100和光瞳扩展器330。在双目镜实现中，支撑结构310可以承载两个实例或这些设备(用户的每只眼睛350一个)。在其他实施例中，显示设备300可以被配置为将角度扫描的图像光投射到屏幕上。在一些实施例中，光瞳扩展器330可以不存在或者可以由被配置为在屏幕上形成空间图像的物镜或合适的投影光学器件代替。当实现为NED时，显示设备300可以被配置为形成虚拟图像。框架310承载的光源320向投影仪100提供输入光束101，投影仪100也由框架310承载。光瞳扩展器330在用于呈现给用户眼睛350的区域中扩展投影仪100的输出光瞳155。光源310可以被配置为在时间和光谱上调制输入光以传输图像，并且可以耦合到图像生成处理器340，该图像生成处理器340向光源320提供相应的时序和颜色选择信号。在RGB显示器中，光源320可以包括例如红色、绿色和蓝色光源，例如红色、绿色和蓝色激光二极管(LD)或发光二极管(LED)，这些光可以根据来自处理器340的信号被单独调制，并进行光学多路复用以产生输入光束101。可以使用例如合适的光波导(如光纤或体光学部件(bulk optical component))，或在自由空间中将来自光源320的输入光101传送到投影仪100。投影仪100扫描经调制的输入光束101以产生在某一2D FOV内在角度空间中进行2D扫描的输出光束151，如由SR 111和SR 112的角度扫描范围以及可能的投影仪100的光束路由光学器件的孔径限制所定义的。然后可以使用光瞳扩展器330为观看者扩展投影仪的输出光瞳155。光瞳扩展器330可以例如是具有输入耦合器和输出耦合器的光波导的形式，其中输出耦合器的面积通常大于一个或更多个输入耦合器的面积。在一个实施例中，光瞳扩展器330是具有一个或更多个输入光栅作为输入耦合器和一个或更多个输出光栅作为输出耦合器的光波导，其中光栅被配置为将投影仪100的FOV匹配到由波导提供的全内反射(TIR)的角度范围。虽然图3示出了在其输入处耦合到单个光源320并且在其输出处耦合到单个光瞳扩展器的单个投影仪100，但是应当理解，在双目NED中，耦合到其自身的光源320和其自身的光瞳扩展器330的单独的投影仪100可用于用户的每只眼睛。

根据本公开的一些实施例的扫描投影仪的光束中继光学器件除了第一SR和第二SR之外还可以包括曲面反射器和至少一个偏振分束器(PBS)，曲面反射器为例如凹面镜，其可以与投影仪的其他光学元件协作以提供光瞳中继器，至少一个偏振分束器(PBS)用于实现偏振控制的多通光束路由(multi-pass beam routing)。在一些实施例中，PBS可以被设置为三通配置，以在前两次通过中将输入光束依次导向选定的SR和凹面反射器，并在第三次通过中将从凹面镜或SR反射的光束导向第二扫描级或导向输出光瞳。

现在参考图4A和图4B，示出了示例扫描投影仪400，其通常可以被视为上述的两级扫描投影仪100的实施例。扫描投影仪400(在下文中可以简称为投影仪400)除了其他特征之外，还实现了偏振辅助多通光束路由，以紧凑的覆盖区提供两级光瞳中继器。图4A图示了投影仪400的在输入光束401入射到投影仪的输入光瞳405上的入射平面中的横截面，而图4B示出了投射在与该入射平面正交的平面上的投影仪400。在下面的描述中可以使用笛卡尔坐标系(x,y,z)477，其中输入光束401在y轴方向上入射到投影仪上，并且投影仪的两个扫描级通常在z轴方向对齐。在以下描述中，当输入光束(input light beam)401穿过投影仪400时，它可以被称为输入光束(input beam)401，或光束401，或简称为“光束”。类似于如上总体上描述的投影仪100，输入光束401依次通过两个扫描级，以输出光束403的形式从投影仪的输出光瞳455射出。第一扫描级包括第一SR 411，而第二扫描级包括第二SR 412。可以用SR 411和SR 412依次扫描以产生图像的输出光束403也可以称为图像光束403。在所示的实施例中，第一SR 411可操作以在第一平面内使光束转向，而第二SR 412可操作以在可能不同于第一平面的第二平面内使光束转向。在所示示例中，第一平面可以是图的平面，其也是笛卡尔坐标系477的(z,y)平面，而第二平面通常与第一平面正交，并且可以被描述为坐标系477的(x,y)平面。第一SR 411可以是可倾斜反射器(TR)，例如可倾斜反射镜，其由第一致动器461控制以使其围绕平行于x轴的轴417倾斜。第二SR 412也可以是由第二致动器462控制以使其围绕平行于z轴的轴419倾斜的TR。在其他实施例中，SR 411、SR 412的倾斜轴可以具有其他相对定向。

在所示实施例中，投影仪400的路由光学器件在其两个扫描级中的每一个中包括PBS：在第一扫描级中具有偏振路由表面415的第一PBS 410以及在第二扫描级中具有偏振路由表面425的第二PBS 420。PBS 410、PBS 420可以是PBS立方体或棱镜的形式或者包括PBS立方体或棱镜，但也可以使用其他类型的偏振器来体现，例如使用线栅偏振器(wiregrid polarizer)作为偏振路由表面415、425。输入光瞳405可以由可选的输入透镜451定义。输入透镜451可以布置在投影仪的第一扫描级的输入处，例如在第一PBS 410的输入面或侧处。投影仪的光束中继器可由两个曲面反射器形成，第一凹面反射器431经由PBS 410光学耦合到第一SR 411，而第二凹面反射器432经由PBS 420光学耦合到SR 412。凹面反射器431、432均可以是凹面镜的形式，其被配置为完全或至少部分地反射入射光。在第一扫描级，第一PBS 410被设置为三通配置，以在从第一SR 411和第一凹面反射器431顺序反射之后，将输入光束401导向第二扫描级。在第二扫描级，第二PBS 420被设置为接收来自第一扫描级的光束。第二PBS 420以三通配置光学耦合到第二SR 412和第二凹面反射器432，以在从第二SR 413和第二凹面反射器432连续反射之后，将从第一扫描级接收的光束导向输出光瞳455。在本公开的上下文中，“引导光束(direct the beam)”可以包括允许光束在不改变方向的情况下传播通过。

为了通过相应的PBS 410或PBS 420提供期望的光束路由，可以提供一个或更多个偏振转换器(如一个或更多个波片)，以在穿过每一个PBS的连续通过之间将光束转换为正交偏振。在所示的实施例中，可以靠近反射器411、412、431和432中的每一个提供四分之一波片(QWP)，以便在去往和来自相应反射器的途中均被光束通过，从而在PBS 410或PBS 420的每个连续进入将光束的偏振改变为正交偏振。更具体地，第一QWP 441可以设置在PBS410和SR 411之间的光路中，第二QWP 442可以设置在PBS 410和凹面反射器431之间的光路中，第三QWP 443可以设置在PBS 420和SR 412之间的光路中，并且第四QWP 444可以设置在PBS 420和凹面反射器432之间的光路中。在一些实施例中，QWP 442和QWP 444可以层压到相应的PBS面上。在一些实施例中，QWP 442和QWP 444可以层压在相应的凹面镜上。

可以通过考虑输入光束401的传播来理解投影仪400中的光束路由，其在图中由用虚线示出的其中心光线进行说明。输入光束401作为具有第一偏振态(其可被表示为LP1)的偏振光通过输入光瞳405进入投影仪的第一级。与LP1正交的偏振态可以被表示为LP2。在一些实施例中，偏振态LP1可以对应于线性p偏振，如相对于其在第一偏振路由表面415上的入射所定义的，而LP2对应于线性s偏振。在一些实施例中，输入光束401可以由光源(图4A、图4B中未示出)以期望的LP1偏振提供。在一些实施例中，可以在投影仪400的输入光瞳405处提供可选的偏振器407以输出LP1偏振的输入光束401。输入光瞳405可以被限定在PBS 420的第一面或第一侧处或者输入面或输入侧处。第一PBS 410可以被配置为以LP1偏振将输入光瞳405光学耦合到SR 411，并且以LP2偏振将SR 411光学耦合到凹面反射器431。第二PBS420可以被配置为以LP1或LP2偏振之一将SR 412光学耦合到第二凹面反射器432，并且以LP1或LP2偏振中的另一个将第二凹面反射器432光学耦合到输出光瞳455。LP1至LP2偏振转换器445，例如适当定向的半波片(HWP)，可以可选地设置在PBS 410的输出面或侧414与PBS420的输入面或侧421之间。

在图4A和图4B所示的实施例中，输入光束401在输入光瞳405处被p偏振，并且在第一次通过PBS 410时向SR 411传输。在通过被定向为将光束的偏振改变为圆偏振的QWP 441之后，光束反射离开第一SR 411，该SR 411被示出处于倾斜状态以进行说明。根据反射定律，SR 411围绕x方向的轴417(图4B)以SR 411的第一倾斜角θ₁的两倍使光束转向远离输入轴C1。由SR 411转向的输入光束401可以被称为第一经转向的光束(steered beam)401A。离开SR 411的反射通常将光束引导回第一PBS 410以进行第二次通过。第二次通过QWP 441会将光束更改为s偏振(或LP2)。

第二次通过PBS 410将现在为s偏振的光束经由第二QWP 442重新导向第一凹面镜431。离开第一凹面镜431的反射经由第二次通过QWP 442将光束大致引导回PBS 410，这将光束改变回p偏振(LP1)，PBS 410将该光束透射通过。因此，第三次通过第一PBS 410将光束导向PBS 410的输出侧或面414。第二PBS 420的输入侧421可以靠近PBS 410的输出侧或面414定位以从其接收光束。半波片445可以设置在PBS 410的输出面或侧414与PBS 420的输入面或侧421之间以将光束转换为正交偏振。

在图示的实施例中，从凹面镜431反射的光束作为p偏振光通过PBS 410，被HWP445转换为s偏振光，并通过第一次通过PBS 420时反射离开偏振路由表面425而被导向SR412。在通过第三QWP 443后，该第三QWP 443被定向为将光束的偏振改变为圆偏振，光束反射离开第二SR 412，第二SR 412根据其倾斜角θ₂围绕z轴419(图4B)使光束转向。在被第二SR 412转向之后，第一经转向的光束401A可以被称为图像光束401B。

离开SR 412的反射通常通过第三QWP 443将光束引导回PBS 420，这将光束改变为p偏振。第二次通过PBS 420将光束引导通过偏振路由表面425和第四QWP 444，导向第二凹面镜432。离开第二凹面镜432的反射通常将光束引导回PBS 420，再次通过QWP 444，这将光束改变为s偏振。第三次通过PBS 420通过在偏振路由表面425上的反射将s偏振图像光束401B重新导向输出透镜453和输出光瞳455。

参照图5A，示出了投影仪400在其一个实施例中的光瞳复制或光瞳成像光学器件的操作。当输入光束501传播通过投影仪400时，用虚线示意性地勾勒出输入光束501，在该图中，虚线表示光束“边缘”。请注意，可以使用比图示窄的输入光束。以SR 411和SR 412的标称位置，即不倾斜的位置为例说明了光束传播；在这些SR位置中，光束可以在SR 411和SR412中的每一个处具有基本上垂直的入射，并且还可以在凹面反射器431和432上具有轴上入射(on-axis incidence)。这里“基本上垂直”意味着考虑制造公差，通常在+\-2°内，或在一些实施例中在+\-5°内。在所示实施例中，光瞳复制是聚焦的，即输入光束501不在投影仪的输入光瞳405处准直，而是会聚在焦面533上的某个位置，该焦面533可以在投影仪的第一级内或级之间。还可以设想具有位于凹面反射器431后面的虚拟焦面533的实施例。在图示的实施例中，输入聚焦透镜451可以设置在PBS 410的输入端面或侧，以在SR 411的标称、非倾斜状态的光反射面处提供具有尺寸S₁的会聚光束。输入光瞳405可由透镜451的光接收面或其中心部分限定。S₁可以表示，例如，SR 411处的光束直径。SR 411的光反射面定义了第一光瞳511，其尺寸可以基本上为S₁/cos(θ_1max)以避免在SR倾斜时截断光束，或者稍微大一点(例如大10％)以考虑公差。此处，θ_1max表示投影仪操作期间预期的SR 411的最大倾斜角。在一些实施例中，SR 411的反射面可以是椭圆形的。

投影仪400的光瞳复制光学器件操作以使得在输出光瞳455处被光束501照射的位置基本上独立于在第一SR 411和第二SR 412各自的操作角度范围内的第一SR 411的倾角θ₁和第二SR 412的倾角θ₂。提供了从输出光瞳455发出的图像光束503，其能够在投影仪的FOV内在角度空间中扫描，而在输出光瞳455处基本上没有光束的横向空间位移。这里“基本上”意味着考虑系统公差，通常横向位移小于图像光束503的直径的5％，并且在一些实施例中优选地小于图像光束直径的10％。

在所示实施例中，投影仪400的光瞳复制光学器件包括输入聚焦透镜451、两个凹面镜431和432、可以设置在第二SR 412处的第二聚焦透镜452和设置在输出光瞳455处的输出透镜453。在一些实施例中，输出光瞳455可以与透镜453相距一定距离。第一凹面镜431和第二聚焦透镜452(其可被称为第一光瞳复制光学器件或第一光瞳中继器)协作以将在SR411处限定的第一光瞳511复制或中继到在SR 412处定义的第二光瞳512上，使得输入光束501对于在SR 411的操作范围(例如从-θ_1max到+θ_1max)内的SR 411的任何倾斜角θ₁，撞击SR412的光反射面。例如，θ_1max可以在10度到40度的范围内。输入透镜451可以与凹面镜431协作以限定焦面533，光束501在从凹面镜431反射离开后会聚在焦面533处。透镜452可以被配置为与凹面镜431协作从而以放大率X将第一光瞳511成像到第二光瞳512上，在这种情况下，第二SR 412的尺寸可以比第一SR 411的尺寸大X倍(线性)。放大因子X取决于SR 411和SR 412之间的光学距离、凹面镜431的曲率半径，并且在某种程度上取决于透镜452的光焦度，并且可以通过改变这些参数中的一个或更多个来适当地调整。当SR 411和凹面镜431之间的光路比凹面镜431和SR 412之间的光路短时，放大因子X可以大于1。在一些实施例中，可以选择凹面镜431的光焦度，从而以放大因子X将SR 411成像到SR 412。在以放大率将光束从第一SR 411中继到第二SR 412的实施例中，第二SR 412的尺寸可以成比例地大于第一SR 411的尺寸。举例来说，在第一SR 411和第二SR 412之间具有光瞳放大率X的投影仪中，限定第二光瞳512的SR 412的光反射面可以具有基本上为X·S₁/cos(θ_2max)或稍大一些(例如大10％)的尺寸以考虑公差。此处，θ_2max表示投影仪操作期间预期的SR 412的最大倾斜角。例如，θ_2max可以在10度到40度的范围内。作为非限制性示例，X可以等于1.4+-10％。

第二凹面镜432和输出透镜453与第二聚焦透镜452协作以将第二光瞳512中继到输出光瞳455上，并且可以被称为第二光瞳中继光学器件或第二光瞳中继器。可以与第一光瞳中继器共享的第二聚焦透镜452可以与第二凹面镜432和输出透镜453协作以将第二光瞳512成像到输出光瞳455上。在透镜452和453靠近各自的光瞳平面的实施例中，SR 412可以主要通过凹面镜431的光焦度被成像到输出光瞳455上。第二光瞳中继光学器件可以在具有放大率或不具有放大率的情况下将第二光瞳512复制或中继到输出光瞳455。

有利地，在SR 411和SR 412是正交定向的1D扫描仪的实施例中，投影仪400的FOV可以在两个正交平面中独立地调整，当在NED中使用时这可以对应于例如垂直和水平维度。当图像光束401B被第一SR 411和第二SR 412中的一个转向时，图像光束401B可以扫描通过输出聚焦透镜453的整个输入面，改变其入射到透镜上的位置。输出聚焦透镜453被配置为将这种位置变化转换为输出光束503的角度变化。这在图5B中示意性地示出，其示出了分别由点线和虚线勾勒出的入射在输出聚焦透镜453上的图像光束501B1和502B2。两个图像光束501B1和501B2可以对应于例如SR 411的两个不同的倾斜角，并且可以在它们进入输出透镜453时相对于彼此在空间上偏移。这两个图像光束被透镜453转换成输出扫描光束503a和503b，它们在输出光瞳455处基本重叠，其中间没有横向偏移，并以不同的角度从输出光瞳455射出。

参照图6，SR 411和SR 412中的每一个例如可以是单轴MEMS扫描仪600的形式，其中“MEMS”代表微机电系统。它包括扫描反射器610(例如反射镜)，由一对扭转铰链601支撑，允许扫描反射器610围绕“X”轴倾斜。扭转铰链601从扫描反射器610延伸到固定基座622，以用于使扫描反射器610围绕“X”轴倾斜。注意，图6的“X”轴可以表示图4A和图4B的笛卡尔坐标系477的x轴或z轴。致动器可以布置在扫描反射器610的下面，以提供力来致动扫描反射器610围绕“X”轴的倾斜。致动器可以是静电的、电磁的、压电的等。对于静电反射镜致动，梳状驱动器(comb drive)可以位于扭转铰链构件上。例如，在图6所示的实施例中，致动器631可以布置在反射器610的边缘下方，以使扫描反射器610围绕X轴倾斜。在一些实施例中，可以使用双轴扫描反射器，其中扭转铰链601从扫描反射器610延伸到万向环(gimbal ring)(未示出)，该万向环由从万向环延伸到固定基座322的第二对扭转铰链(未示出)支撑，以用于使万向环和扫描反射器610作为一个整体围绕“Y”轴倾斜。

可以提供反馈电路641，以用于提供关于扫描反射器610的倾斜角度的反馈信息。反馈电路641可以例如测量静电致动器631和扫描反射器610之间的电容以确定倾斜角θ。也可以专门为反馈电路641设置单独的电极。可以经由电压测量，和/或经由来自扫描反射器610的部分的射频(RF)反射以及使用例如混频器和低通滤波器的相位检测器，来测量电容。在一些实施例中，小磁体可以放置在扫描反射器610上，并且附近的例如固定到基座622的拾取线圈(pickup coil)可以用于拾取扫描反射器610的振荡。此外，在一些实施例中，光信号可以从扫描反射器610反射，并且光电检测器可以用于检测反射的光束。光电检测器可以具有空间分辨率，或者可以不具有空间分辨率。对于空间分辨率检测器，可以使用检测器阵列或象限检测器。同步脉冲或信号可在扫描反射器610的特定倾斜角处产生，例如在跨越零倾斜角时。

在一些实施例中，第一SR 411和第二SR 412可以使用由两个不同基座622支撑的两个1D MEMS可倾斜反射器610来实现。在一些实施例中，第一SR 411和第二SR412可以使用由同一基座622支撑的两个MEMS可倾斜反射器610来实现。在一些实施例中，可以向具有非平行(例如正交)的倾斜轴的两个可倾斜反射器610的每个致动器631提供光栅扫描信号，以实现图像光束的二维光栅扫描图案。在一些实施例中，为了速度和能量效率，一个或更多个可倾斜反射器610可以以谐振模式操作。在谐振操作模式中，可倾斜反射器610以近谐振频率围绕其倾斜轴振荡，并且光束根据图像图案在时间上被脉冲调制。在一对可倾斜的反射器(例如经由光瞳中继器耦合并围绕不平行的轴振荡的1D MEMS扫描仪)中，振荡是相互解耦的，这简化了整个轨迹预测。

注意，1D MEMS扫描仪600只是扫描仪实现的一个示例。许多其他实现方式也是可能的，包括折射和衍射光束扫描仪。当采用MEMS实现时，可以使用各种梳状结构来提供电极之间增加的静电吸引力。梳状结构和/或蜂巢状结构可以用于加固(stiffen)可倾斜反射器610。可倾斜反射器610可以包括镜面、多层电介质反射器等。可倾斜反射器610可以位于1DMEMS扫描仪600的中心，或者可以偏离中心(如果需要的话)。两个或更多个具有平行和/或非平行(包括正交)倾斜轴的1D MEMS扫描仪可以由同一基座622支撑。

返回参照图4A、图4B和图5A，PBS 410和PBS 420可以是偏振分裂立方体(polarization splitting cube)或棱镜的形式，或者包括偏振分裂立方体或棱镜，它们的光轴之一沿着公共光轴C2对齐，公共光轴C2可以平行于图4A、图4B中的z轴，PBS 410的输出面414靠近PBS 420的输入面421并与其平行。偏振路由表面415和425可以与两个PBS的公共光轴C2成45度定向。体现PBS 410和420的PBS立方体或棱镜可以具有相同的尺寸或不同的尺寸。如上所述，图4A和图4B示出了具有从SR 411到SR412的光学放大率的实施例；在这样的实施例中，PBS 410可以在物理上至少在一个维度上小于PBS 420，因为它路由较小直径的光束。

此外，在上述示例实施例中，第一转向级(steering stage)的SR 411与投影仪的输入光瞳405对齐，并在进行p偏振的透射中与其耦合，同时在进行s偏振的反射中耦合到第一凹面镜431。由涡旋(vortex)和其曲率中心限定的凹面反射器431的光轴可以大致垂直于输入光束401第一次通过PBS 410的方向。然而，在其他实施例中，输入光瞳451、第一SR 411和凹面镜431可以相对于PBS 410的输出面414被不同地定位。例如，在一个实施例中，SR411和凹面镜431的位置可以交换，在这种情况下，输入光束401可以在输入光瞳405处被s偏振。在另一个实施例中，输入光瞳405和第一凹面反射器431的位置可以交换，当输入光束401第一次进入PBS 410时再次处于s偏振态。类似地，第二级中的SR 412、输出光瞳455和第二凹面镜432相对于PBS 420的定位可以不同于图4A、图4B和图5所示的示例实施例。

此外，在上述示例实施例中，PBS 410和PBS 420的相应偏振路由表面415、425透射p偏振光并反射s偏振光。然而，可以设想这样的实施例，其中PBS 410和PBS 420的偏振路由表面415、425被配置为与偏振态的其他正交对一起操作。此外，在一些实施例中，PBS 410和PBS 420的相应偏振路由表面415、425可以不彼此平行。

通常，第二SR 412和第二凹面镜432可以定位在PBS 420的五个剩余“自由”面中的任何一个，第二PBS 420的偏振路由表面425适当地定向以将SR 412耦合到用于一种偏振态的输入面421并且将SR 412耦合到处于正交偏振态的第二凹面反射器432。在一些实施例中，PBS 410和PBS 420的偏振路由表面415、425可以在不同平面内倾斜。

图7示出了投影仪400的示例实施例400A，其中第二级的配置总体上以逆时针旋转90度重复第一级的配置。在该示例配置中，SR 412设置在PBS 420的与输入PBS面421相对的PBS面423处，因此与其耦合以传输p偏振光。在该配置中，不需要PBS 410和PBS 420之间的HWP。第二凹面镜432被设置成使其光轴与PBS 410和PBS 420的公共光轴C2成90度，并与输出光瞳455相对，以在由SR 412转向的s偏振图像光被偏振路由表面425反射后接收它。在图示的实施例中，输入光瞳405和输出光瞳455在投影仪的同一侧。在另一个实施例中，PBS420可以围绕C2轴旋转180度，使得偏振路由表面415、425平行并且输入光瞳405和输出光瞳455位于投影仪的相对侧。

参照图8，投影仪400可用于NED设备800中，以下称为NED 800，以产生可中继到用户的眼睛850从而为用户形成图像的扫描图像光束803。在所示实施例中，投影仪400的输出光瞳455耦合到波导810的输入耦合器855中，波导810还具有一个或更多个输出耦合器820，该输出耦合器820可被配置为在尺寸上扩展扫描图像光束以提供扩展的图像光束833。在该实施例中，波导810用作光瞳扩展器或光瞳复制器。输入耦合器855可以是一个或两个衍射光栅或者一个或两个耦合棱镜的形式，或包括一个或两个衍射光栅或者一个或两个耦合棱镜。它的大小可以匹配投影仪400的输出光瞳455。一个或更多个输出耦合器820可以是例如一个或更多个衍射光栅的形式，其在一些实施例中可以是全息定义的。举例来说，在一个实施例中，输入耦合器855可以是衍射光栅的形式，或包括衍射光栅，如浮雕光栅，具有光栅矢量g₁，而输出耦合器820可以是第一输出衍射光栅(其具有衍射光栅矢量g₂)和第二输出衍射光栅(其具有衍射光栅矢量g₃，使得g₁+g₂+g₃＝0)的形式，或者包括第一输出衍射光栅和第二输出衍射光栅。在这样的实施例中，扩展的输出图像光束833的输出角度等于来自投影仪400的扫描图像光束803撞击输入耦合器855的角度，使得波导810一对一地将投影仪400的输出FOV中继到用户的眼睛850。NED 800可以包括图像信号生成处理器860，其分别向第一SR 411和第二SR 412提供电图像信号V1和V2。这些信号可以定义投影仪的输出光束803在两个正交平面中的光束转向角，这可以对应于NED的输出光束803的垂直和水平扫描方向。电图像信号V1和V2可以与输入光束401的颜色和强度调制同步，使得NED输出光束803在角度空间中绘制2D图像以在用户的眼睛850中转换为空间图像。有利的是，使用两个1D扫描仪对图像光束进行垂直和水平扫描，可以独立调整它们的特性，例如像素密度、扫描频率、光栅尺寸等，并产生比以近共振进行操作的双轴扫描仪更可预测的光栅扫描图案。

参照图9，示出了根据本公开的实施例的用于扫描光束的方法900。在流程图中，每个方框代表可以由上面已经描述的扫描投影仪示例实施例(或其一个或更多个元件)执行的步骤或操作，并且通常可以被称为步骤。该方法可以包括在步骤910向第一SR提供输入光束，在步骤920用第一SR在至少第一平面内使输入光束转向，在步骤930将来自第一SR的输入光束中继到第二SR上，在步骤940用第二SR在第二平面内使输入光束转向，并且在步骤950将来自第二扫描反射器的输入光束以由第一扫描反射器和第二扫描反射器的倾斜角定义的角度中继到输出光瞳上。在一些实施例中，步骤930可以包括使用耦合到第一凹面反射器的第一PBS。在一些实施例中，步骤950可以包括使用耦合到第二凹面反射器的第二PBS。步骤或操作920可以包括向第一SR的致动器提供第一电图像信号，其中第一SR以由第一电图像信号限定的第一角度在第一平面内使光束转向。步骤或操作940可以包括向第二SR的致动器提供第二电图像信号，其中第一SR以由第二电图像信号限定的第二角度在第二平面内使光束转向。可以执行步骤或操作950，使得图像光束在输出光瞳处的位置通常独立于第一扫描反射器和第二扫描反射器的在其操作倾斜角范围内的倾斜角。在一些实施例中，第一平面可以与第二平面正交。在一些实施例中，第一平面可以对应于由投影仪支持的二维FOV的垂直平面，并且第二平面可以对应于由投影仪支持的2D FOV的水平面。

在一些实施例中，两个SR 411、SR 412中的至少一个可以被配置为2D扫描反射器以在两个不同的(例如正交的)平面中扫描它接收的光束。2D SR可以例如用2D可倾斜反射器(例如被配置为围绕两个正交轴倾斜的2D MEMS反射器)来实现。在一个实施例中，第一SR411可用2D TR实现，2D TR可操作以在角度空间中定义的FOV内形成2D图像，而第二SR 412作为1D TR或2D TR可操作以在角度空间中移动FOV，例如响应于用户相关或图像相关的信号。在一些实施例中，可以交换SR 411和SR 412的这些功能。

转到图10，NED 1000包括光源1006、耦合到图像光源1006的扫描投影仪1030和耦合到扫描投影仪1030的光瞳复制波导组件1040。NED 1000可以是上文描述的NED 800的实施例。扫描投影仪1030可以如上文参考图1-图5B、图7和图8的扫描投影仪所描述的那样被实施。在图10所示的实施例中，扫描投影仪1030包括第一可倾斜反射器1052和第二可倾斜反射器1002，例如可围绕一个或两个轴倾斜的MEMS反射器。可倾斜反射器1052和1002可以代表上述扫描投影仪400的SR 411和SR 412。控制器1090可操作地耦合到光源1006、第一可倾斜反射器1052和第二可倾斜反射器1002，以及耦合到可选的眼睛跟踪器1088。眼睛跟踪器1088的功能是确定用户眼睛1086在视窗(eyebox)1084中的位置或定向中的至少一个，从中可以实时确定用户的凝视方向。

在操作中，控制器1090操作第一可倾斜反射器1052和第二可倾斜反射器1002以使扫描投影仪1030的出射光瞳(exit pupil)处的光束1004具有与要显示的图像的像素对应的光束角。控制器1090与可倾斜反射器1052、1002协同操作图像光源1006以形成角度域中的图像以用于显示给用户。光瞳复制波导组件1040确保用户的眼睛1086可以在用户眼睛1086在视窗1084中的任何位置处观察到图像。在一些实施例中，眼睛跟踪器1088被操作以确定用户的凝视方向。

在每个可倾斜反射器1002和1052是2D可倾斜反射器的实施例中，它们中的一个(例如第一可倾斜反射器1052)可操作来在两个非平行方向上扫描光束1004以形成角度域中的图像，而另一个(即第二可倾斜反射器1002)可用于移动整个图像，即将近眼显示器1000的FOV朝向用户的凝视方向移动。由控制器1090渲染的图像可以相应地更新，即在相反方向上移动相同的量，以确保当FOV移动时虚拟图像是稳定的。“浮置(floating)”FOV的最终效果类似于使用手电筒观看黑暗场景，其中手电筒会自动转向用户凝视的方向，根据用户当前看向的位置照亮周围场景的不同部分。由于FOV偏移的速率由通常比扫描速度慢的眼睛移动性确定，第一可倾斜反射器1052可以制造得更小且更快，而第二可倾斜反射器1002可以制造得更大且更慢。在一些实施例中，第二可倾斜反射器1002可操作以仅在一个维度中(例如沿NED的水平轴)移动图像。

本公开的实施例可以包括人工现实系统或结合人工现实系统来实现。人工现实系统在将感官信息呈现给用户之前以某种方式调整通过感官获得的关于外界的感官信息(如视觉信息、音频、触觉(躯体感觉)信息、加速度、平衡等)。作为非限制性示例，人工现实可以包括虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)、混杂现实或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与捕获的(例如，真实世界的)内容相结合的生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、身体或触觉反馈或者它们的某种组合。这些内容中的任何一个都可以在单个通道或多个通道中呈现，例如在向观众产生三维效果的立体视频中呈现。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或以其他方式在人工现实中使用(例如，在人工现实中执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，这些平台包括可穿戴显示器，例如连接到主计算机系统的HMD、独立的HMD、具有眼镜形状因子的近眼显示器、移动设备或计算系统，或者能够向一个或更多个观众提供人工现实内容的任何其他硬件平台。

参照图11，HMD 1100是为了更大程度地沉浸到AR/VR环境内而包围用户的面部的AR/VR可佩戴显示系统的示例。HMD 1100的功能是用计算机生成的图像来增强物理、真实世界环境的视图，和/或生成完全虚拟的3D图像。HMD 1100可以包括前主体1102和带1104。前主体1102被配置为以可靠和舒适的方式放置在用户的眼睛前面，以及带1104可以被拉伸以将前主体1102固定在用户的头上。显示系统1180可以布置在前主体1102中，用于向用户呈现AR/VR图像。显示系统1180可以例如包括两个光波导，用于将来自扫描投影仪1114的扫描图像光束中继到用户的眼睛。前主体1102的侧面1106可以是不透明的或透明的。

在一些实施例中，前主体1102包括定位器1108、用于跟踪HMD 1100的加速度的惯性测量单元(IMU)1110以及用于跟踪HMD 1100的位置的位置传感器1112。IMU 1110是基于从一个或更多个位置传感器1112接收的测量信号来生成指示HMD 1100的位置的数据的电子设备，位置传感器1112响应于HMD 1100的运动生成一个或更多个测量信号。位置传感器1112的示例包括：一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU 1110的误差校正的一类传感器或者其某种组合。位置传感器1112可以位于IMU 1110的外部、IMU 1110的内部或者这两种位置的某种组合。

定位器1108由虚拟现实系统的外部成像设备跟踪，使得虚拟现实系统可以跟踪整个HMD 1100的位置和定向。可以将由IMU 1110和位置传感器1112生成的信息与通过跟踪定位器1108获得的位置和定向进行比较，以提高HMD 1100的位置和定向的跟踪准确性。当用户在3D空间中移动和转动时，精确的位置和取向对于向用户呈现适当的虚拟场景是重要的。

HMD 1100还可以包括深度相机组件(DCA)1111，其捕获描述围绕HMD 1100的部分或全部的局部区域的深度信息的数据。为此，DCA 1111可以包括激光雷达(LIDAR)或类似设备。可以将深度信息与来自IMU 1110的信息进行比较，以便更准确地确定HMD 1100在3D空间中的位置和定向。

HMD 1100还可以包括眼睛跟踪系统，用于实时地确定用户眼睛的定向和位置。所获得的眼睛的位置和定向还允许HMD 1100确定用户的凝视方向，并相应地调整由显示系统1180生成的图像。在一个实施例中，确定辐辏(vergence)，即用户眼睛凝视的会聚角度(convergence angle)。取决于视角和眼睛位置，所确定的凝视方向和辐辏角度也可用于视觉伪像的实时补偿。此外，确定的辐辏角度和凝视角度可用于与用户的互动，突出对象、将对象带到前景、创建额外的对象或指针等。还可以提供音频系统，音频系统包括例如一组内置于前主体1102的小型扬声器。

参照图12，AR/VR系统1150包括图11A的HMD 1100、外部控制台1190和输入/输出(I/O)接口1115，外部控制台1190存储各种AR/VR应用、设置和校准程序、3D视频等，输入/输出(I/O)接口1115用于操作控制台1190和/或与AR/VR环境交互。HMD 1100可以用物理电缆“拴(tether)”到控制台1190上，或者经由诸如

Wi-Fi等的无线通信链路连接到控制台1190。可以有多个HMD 1100，每个HMD 1100具有相关联的I/O接口1115，其中每个HMD1100和I/O接口1115与控制台1190通信。在替代配置中，AR/VR系统1150中可以包括不同的和/或附加的部件。此外，在一些实施例中，结合图11和图12中所示的一个或更多个部件描述的功能可以以与结合图11和图12描述的不同的方式分布在这些部件之间。例如，控制台1190的一些或全部功能可以由HMD 1100提供，反之亦然。HMD 1100可以设置有能够实现这种功能的处理模块。

如上面参考图11所述，HMD 1100可以包括用于跟踪眼睛位置和定向，确定凝视角度和会聚角度等的眼睛跟踪系统1118、用于确定HMD 1100在3D空间中的位置和定向的IMU1110、用于捕获外部环境的DCA 1111、用于独立确定HMD 1100的位置的位置传感器1112、以及用于向用户显示AR/VR内容的显示系统1180。在一些实施例中，显示系统1180包括(图11)扫描投影仪1125。显示系统1180还可以包括光学器件块1130，其功能可以是将扫描投影仪1125生成的图像传送到用户的眼睛。光学器件块可以包括各种透镜，例如折射透镜、菲涅耳透镜、衍射透镜、主动或被动Pancharatnam-Berry相位(PBP)透镜、液体透镜、液晶透镜等、光瞳复制波导、光栅结构、涂层等。显示系统1180还可以包括变焦模块1135，其可以是光学器件块1130的一部分。

I/O接口1115是允许用户发送动作请求并从控制台1190接收响应的设备。动作请求是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始或结束图像或视频数据的捕获的指令，或者是在应用内执行特定动作的指令。I/O接口1115可以包括一个或更多个输入设备，例如键盘、鼠标、游戏控制器或用于接收动作请求并将动作请求传送到控制台1190的任何其他合适的设备。由I/O接口1115接收的动作请求被传送到控制台1190，控制台1190执行对应于动作请求的动作。在一些实施例中，I/O接口1115包括IMU，其捕获指示相对于I/O接口1115初始位置的I/O接口1115估计位置的校准数据。在一些实施例中，I/O接口1115可以根据从控制台1190接收的指令来向用户提供触觉反馈。例如，当动作请求被接收到时，或者当控制台1190向I/O接口1115传送指令——所述指令使I/O接口1115在控制台1190执行动作时生成触觉反馈——时，触觉反馈可以被提供。

控制台1190可以根据从以下一项或更多项接收的信息向HMD 1100提供内容以进行处理：IMU 1110、DCA 1111和I/O接口1115。在图12所示的示例中，控制台1190包括应用储存器1155、跟踪模块1160和处理模块1165。控制台1190的一些实施例可以具有不同于结合图12描述的那些模块或部件的模块或部件。类似地，下面进一步描述的功能可以以不同于结合图11和图12描述的方式分布在控制台1190的部件之间。

应用储存器1155可以存储用于由控制台1190执行的一个或更多个应用。应用是一组指令，该组指令当由处理器执行时生成用于呈现给用户的内容。由应用生成的内容可以响应于经由HMD 1100的移动或I/O接口1115而从用户接收的输入。应用的示例包括：游戏应用、演示和会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。

跟踪模块1160可以使用一个或更多个校准参数来校准AR/VR系统1150，并且可以调整一个或更多个校准参数以减少HMD 1100或I/O接口1115的位置确定中的误差。由跟踪模块1160执行的校准还考虑了从HMD 1100中的IMU 1110和/或被包括在I/O接口1115中的IMU(如果有的话)接收的信息。另外，如果HMD 1100的跟踪丢失，则跟踪模块1160可以重新校准AR/VR系统1150的部分或全部。

跟踪模块1160可以跟踪HMD 1100或I/O接口1115的移动、IMU 1110或其某种组合。例如，跟踪模块1160可基于来自HMD 1100的信息来确定HMD 1100的参考点在局部区域的映射中的位置。跟踪模块1160也可以分别地使用来自IMU 1110的指示HMD 1100的位置的数据或者使用来自被包括在I/O接口1115中的IMU的指示I/O接口1115的位置的数据，来确定HMD1100的参考点或者I/O接口1115的参考点的位置。另外，在一些实施例中，跟踪模块1160可以使用来自IMU 1110的指示HMD 1100的位置的数据部分以及来自DCA 1111的局部区域的表示来预测HMD 1100的未来位置。跟踪模块1160向处理模块1165提供HMD 1100或I/O接口1115的估计的或预测的未来位置。

处理模块1165可以基于从HMD 1100接收的信息生成围绕HMD 1100的部分或全部的区域(“局部区域”)的3D映射。在一些实施例中，处理模块1165基于从DCA 1111接收的与在计算深度时使用的技术相关的信息来确定用于局部区域的3D映射的深度信息。在各种实施例中，处理模块1165可以使用深度信息来更新局部区域的模型，并且部分地基于更新的模型来生成内容。

处理模块1165在AR/VR系统1150内执行应用，并从跟踪模块1160接收HMD 1100的位置信息、加速度信息、速度信息、所预测的未来位置或其某种组合。基于接收到的信息，处理模块1165确定要提供给HMD 1100用于向用户呈现的内容。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则处理模块1165为HMD 1100生成反映(mirror)用户在虚拟环境中或在用附加内容增强局部区域的环境中的移动的内容。另外，处理模块1165响应于从I/O接口1115接收的动作请求来执行在控制台1190上执行的应用内的动作，并且向用户提供动作被执行的反馈。所提供的反馈可以是经由HMD 1100的视觉或听觉反馈或者经由I/O接口1115的触觉反馈。

在一些实施例中，基于从眼睛跟踪系统接收的眼睛跟踪信息(例如，用户眼睛的定向)，处理模块1165确定提供给HMD 1100以使用扫描投影仪1125呈现给用户的内容的分辨率。在一些实施例中，处理模块1165可以进一步使用眼睛跟踪信息来调整由扫描投影仪1125呈现的图像，以防止视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict)和/或抵消光学失真和像差。

参照图13，示例电子系统1200的简化框图是用于实现本文公开的一些实施例的可穿戴显示系统的示例。电子系统1200可以包括一个或更多个处理器1210和存储器1220。处理器1210可以被配置为执行用于执行本文所公开的操作和方法的指令，并且可以是例如通用处理器或适合在便携式电子设备内实现的微处理器。处理器1210可以通信地耦合到电子系统1200内的多个部件。为了实现这种通信耦合，处理器1210可以通过总线1240与其他所示部件通信。总线1240可以是适于在电子系统1200内传输数据的任何子系统。总线1240可以包括多个计算机总线和用于传输数据的附加电路。

存储器1220可以可操作地耦合到处理器1210。在一些实施例中，存储器1220可以被配置用于短期和/或长期存储，并且可以被划分为多个单元。存储器1220可以是易失性的(例如静态随机存取存储器(SRAM)和/或动态随机存取存储器(DRAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。此外，存储器1220可以包括可移动存储设备，如安全数字(SD)卡。存储器1220可以为电子系统1200提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的存储。在一些实施例中，存储器1220可以分布在不同的硬件模块中。一组指令和/或代码可以存储在存储器1220上。指令可以采取可由电子系统1200执行的可执行代码的形式，和/或可以采取源代码和/或可安装代码的形式，其在电子系统1200上编译和/或安装时(例如，使用各种普遍可用的编译器、安装程序、压缩/解压缩实用程序等)，可以采用可执行代码的形式。

在一些实施例中，存储器1220可以存储多个应用模块1222至1224，应用模块1222至1224可以包括任意数量的应用。应用的示例可以包括游戏应用、演示或会议应用、视频回放应用或其他合适的应用。应用可以包括深度感测功能和/或眼睛跟踪功能。应用模块1222至1224可以包括要由处理器1210执行的特定指令。在一些实施例中，某些应用或应用模块1222至1224的部分可由其他硬件模块1280执行。在某些实施例中，存储器1220可另外包括安全存储器，其可包括额外的安全控制以防止对安全信息的复制或其他未授权访问。

在一些实施例中，存储器1220可以包括加载在其中的操作系统1225。操作系统1225可用于启动由应用模块1222至1224提供的指令的执行和/或管理其他硬件模块1280，以及与无线通信子系统1230的接口，无线通信子系统1230可以包括一个或更多个无线收发器。操作系统1225可以适于跨电子系统1200的部件执行其他操作，包括线程、资源管理、数据存储控制和其他类似功能。

无线通信子系统1230可以包括例如红外通信设备、无线通信设备和/或芯片组(诸如，

设备、IEEE 802.11设备、Wi-Fi设备、WiMax设备、蜂窝通信设施等)和/或类似的通信接口。电子系统1200可以包括用于无线通信的、作为无线通信子系统1230的一部分或者作为耦合到电子系统1200的任何部分的单独部件的一根或更多根天线1234。根据期望的功能，无线通信子系统1230可以包括单独的收发器，以与基站收发信台和其他无线设备以及接入点进行通信，这可以包括与不同的数据网络和/或网络类型(诸如，无线广域网(WWAN)、无线局域网(WLAN)或无线个域网(WPAN))进行通信。WWAN可以是例如WiMax(IEEE802.16)网络。WLAN可以是例如IEEE 802.11x网络。WPAN可以是例如蓝牙网络、IEEE802.15x或一些其他类型的网络。本文描述的技术也可以用于WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合。无线通信子系统1230可以允许与网络、其他计算机系统和/或本文描述的任何其他设备交换数据。无线通信子系统1230可以包括使用天线1234和无线链路1232来发送或接收数据(诸如，HMD设备的标识符、位置数据、地理地图、热图、照片或视频)的装置。无线通信子系统1230、处理器1210和存储器1220可以一起包括用于执行本文公开的一些功能的装置中的一个或更多个的至少一部分。

在一些实施例中，电子系统1200包括一个或更多个传感器1290。传感器1290可以包括，例如，图像传感器、加速度计、压力传感器、温度传感器、接近度传感器(proximitysensor)、磁力计、陀螺仪、惯性传感器(例如，组合了加速度计和陀螺仪的模块)、环境光传感器、或者可操作以提供感测输出(sensory output)和/或接收感测输入的任何其他类似模块诸如深度传感器或位置传感器。例如，在一些实施方式中，传感器1290可以包括一个或更多个惯性测量单元(IMU)和/或一个或更多个位置传感器。IMU可以基于从一个或更多个位置传感器接收的测量信号来生成校准数据，该校准数据指示相对于HMD设备的初始位置的HMD设备的估计位置。位置传感器可以响应于HMD设备的运动来生成一个或更多个测量信号。位置传感器的示例可以包括但不限于，一个或更多个加速度计、一个或更多个陀螺仪、一个或更多个磁力计、检测运动的另一种合适类型的传感器、用于IMU的误差校正的一种类型的传感器或者它们的某种组合。位置传感器可以位于IMU的外部、IMU的内部或者它们的某种组合。至少一些传感器可以使用结构化光图案用于感测。

电子系统1200还可以包括显示模块1260。显示模块1260可以是近眼显示器，并且可以向用户图形地呈现来自电子系统1200的信息，诸如图像、视频和各种指令。这样的信息可以从一个或更多个应用模块1222至1224、虚拟现实引擎1226、一个或更多个其他硬件模块1280、它们的组合或者(例如，通过操作系统1225)用于为用户解析图形内容的任何其他合适的装置中得到。显示模块1260可以包括扫描显示技术，例如使用如上所述的两级扫描投影仪。

电子系统1200还可以包括允许用户向电子系统1200发送动作请求的用户输入/输出模块1270。动作请求可以是执行特定动作的请求。例如，动作请求可以是开始应用或结束应用，或者是在应用内执行特定动作。用户输入/输出模块1270可以包括一个或更多个输入设备。示例输入设备可以包括触摸屏、触摸板、麦克风、按钮、拨号盘、开关、键盘、鼠标、游戏控制器、或者用于接收动作请求并将接收到的动作请求传送给电子系统1200的任何其他合适的设备。在一些实施方案中，用户输入/输出模块1270可以根据从电子系统1200接收的指令向用户提供触觉反馈。例如，可以在接收到动作请求或者已经执行动作请求时提供触觉反馈。

电子系统1200可以包括照相机1250，照相机1250可以用于拍摄用户的照片或视频，例如，用于跟踪用户的眼睛位置。照相机1250也可以用于拍摄环境的照片或视频，例如，用于VR应用、AR应用或MR应用。照相机1250可以包括例如具有几百万或几千万像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，例如硅传感器。在一些实施方式中，照相机1250可以包括两个或更多个照相机，它们可以用于捕获3D图像。

在一些实施例中，电子系统1200可以包括多个其他硬件模块1280。其他硬件模块1280中的每一个可以是电子系统1200内的物理模块。虽然其他硬件模块1280中的每一个可以被永久地配置成结构，但是其他硬件模块1280中的一些可以被临时配置成执行特定功能或者被临时激活。其他硬件模块1280的示例可以包括例如音频输出和/或输入模块(例如，麦克风或扬声器)、近场通信(NFC)模块、可充电电池、电池管理系统、有线/无线电池充电系统等。在一些实施例中，其他硬件模块1280的一个或更多个功能可以在软件中实现。

在一些实施例中，电子系统1200的存储器1220也可以存储虚拟现实引擎1226。虚拟现实引擎1226可以包括电子系统1200内的应用的可执行代码。虚拟现实引擎1226可以从各种传感器接收HMD设备的位置信息、加速度信息、速度信息、预测的未来位置或其某种组合。在一些实施例中，由虚拟现实引擎1226接收的信息可用于产生信号给显示模块1260。例如，如果接收到的信息指示用户已经向左看，则虚拟现实引擎1226可以为可穿戴显示设备生成反映用户在虚拟环境中的移动的内容。另外地，虚拟现实引擎1226可以响应于从用户输入/输出模块1270接收的动作请求来执行应用内的动作，并且向用户提供反馈。所提供的反馈可以是视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈。在一些实施方式中，处理器1210可以包括可以执行虚拟现实引擎1226的一个或更多个GPU。

上文描述的硬件和模块可以在单个设备上被实现，或者在可以使用有线连接或无线连接彼此通信的多个设备上被实现。例如，在一些实施方式中，诸如GPU、虚拟现实引擎1226之类的一些部件或模块以及诸如头戴式装置校准应用和/或眼睛跟踪应用之类的应用可以在与头戴式显示设备分离的控制台上实现。在一些实施方式中，一个控制台可以连接到或支持多于一个可穿戴显示设备。

在一些实施方式中，电子系统1200中可以包括不同的和/或附加的部件。类似地，一个或更多个部件的功能可以以不同于上文描述的方式的方式被分布在部件中。例如，在一些实施例中，电子系统1200可以被修改为包括其他系统环境，诸如AR系统环境和/或MR环境。

用于实现结合本文所公开的方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以用被设计成执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门(discrete gate)或晶体管逻辑、分立硬件部件或它们的任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP内核结合的一个或更多个微处理器、或者任何其他这样的配置。替代地，一些步骤或方法可以由特定于给定功能的电路来执行。

本公开在范围上不受本文描述的特定实施例限制。实际上，除了在本文描述的那些实施例和修改之外，其他各种实施例和修改根据前面的描述和附图对于本领域中的普通技术人员将明显。例如，可以设想其中在第一扫描级和第二扫描级中的至少一个中改变来自扫描反射器和凹面反射器的输入光束的反射顺序的实施例。此外，在一些实施例中，扫描反射器中的一个或两个可以被配置为具有光焦度，例如可以包括凹面镜，其可以促进光瞳中继。因此，这样的其他实施例和修改被规定为落在本公开的范围内。此外，尽管在本文在特定实现的上下文中在特定环境中为了特定的目的描述了本公开，但是本领域中的普通技术人员将认识到它的有用性不限于此，以及本公开可以有益地在任何数量的环境中为了任何数量的目的而实现。因此，应该考虑如本文描述的本公开的全部广度和精神来解释所阐述的权利要求。

Claims (15)

1.一种用于显示装置的扫描投影仪，所述扫描投影仪包括：

第一扫描反射器，其被配置为在至少第一平面内使光束转向；

第二扫描反射器，其被配置为在至少第二平面内使从所述第一扫描反射器接收的光束转向；以及

光束中继光学器件，其被配置为将在所述第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在所述第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将所述第二光瞳中继到所述扫描投影仪的输出光瞳。

2.根据权利要求1所述的扫描投影仪，其中，所述第二扫描反射器被配置为使得所述第二平面大体上正交于所述第一平面。

3.根据权利要求1所述的扫描投影仪，其中，所述光束中继光学器件包括第一偏振分束器(PBS)和耦合到所述第一PBS的第一凹面反射器，其中，所述第一PBS被设置为三通配置，以用于在前两次通过中将所述光束依次路由到所述第一扫描反射器和所述第一凹面反射器，并且在第三次通过中将所述光束路由到所述第二扫描反射器。

4.根据权利要求3所述的扫描投影仪，包括设置在所述光束的光路中的波片，用于在穿过所述第一PBS的连续通过之间将所述光束的偏振态转换为正交偏振态。

5.根据权利要求3所述的扫描投影仪，包括设置在所述第一扫描反射器上游的所述光束的光路中的透镜；并且，可选地，

其中，所述透镜包括设置在所述输出光瞳处的输出透镜。

6.根据权利要求3所述的扫描投影仪，其中，所述第一PBS被设置为依次在第一次通过中将所述光束引导到所述第一扫描反射器并在第二次通过中引导到所述第一凹面反射器，所述光束中继光学器件还包括第二PBS和耦合到所述第二PBS的第二凹面反射器，其中，所述第二PBS被设置为三通配置，以在前两次通过所述第二PBS时，将从所述第一PBS接收的光束依次导向所述第二扫描反射器和所述第二凹面反射器，并在第三次通过中导向所述输出光瞳。

7.根据权利要求6所述的扫描投影仪，其中，所述光束中继光学器件还包括四个四分之一波片(QWP)，所述四个四分之一波片靠近所述第一扫描反射器、所述第二扫描反射器、所述第一凹面反射器和所述第二凹面反射器设置，以用于在穿过所述第一PBS和所述第二PBS中的每一个的连续通过之间，将所述光束的偏振转换成正交偏振；并且，可选地，

其中，所述第一PBS被设置为将所述第一扫描反射器反射的光束导向所述第一凹面反射器，并从所述第一凹面反射器导向所述第二PBS。

8.根据权利要求7所述的扫描投影仪，包括设置在所述第一PBS上游的第一聚焦透镜，以及设置在所述扫描投影仪的输出光瞳处的输出聚焦透镜或准直透镜；并且，可选地，

其中，所述第一聚焦透镜与所述第一凹面反射器协作以将所述光束会聚到所述第一扫描反射器和所述第二扫描反射器之间的光路中的中间位置处的焦点。

9.根据权利要求10所述的扫描投影仪，包括靠近所述第二扫描反射器的第二聚焦透镜。

10.根据权利要求9所述的扫描投影仪，其中，所述第一凹面反射器和所述第二聚焦透镜协作，从而以放大率将所述第一光瞳中继到所述第二光瞳；并且，可选地，

其中，所述第二扫描反射器的面积大于所述第一扫描反射器的面积。

11.根据权利要求2所述的扫描投影仪，其中，所述第一扫描反射器和所述第二扫描反射器中的每一个包括可倾斜MEMS反射器。

12.一种用于形成图像的方法，所述方法包括：

向第一扫描反射器提供光束；

响应于第一信号，利用所述第一扫描反射器在至少第一平面内使所述光束转向；

将来自所述第一扫描反射器的光束中继到第二扫描反射器上；

响应于第二信号，利用所述第二扫描反射器在至少第二平面内使所述光束转向；以及，

将来自所述第二扫描反射器的光束以由所述第一扫描反射器和所述第二扫描反射器的转向角限定的角度中继到输出光瞳，并且基本上没有与角度相关的横向空间偏移；

其中，以下操作中的至少一个包括使用第一凹面反射器和处于三通配置的第一PBS：将来自所述第一扫描反射器的光束中继到所述第二扫描反射器上，或将来自所述第二扫描反射器的光束中继到所述输出光瞳。

13.根据权利要求12所述的方法，包括使用所述第一PBS和所述第一凹面反射器将来自所述第一扫描反射器的光束导向所述第二扫描反射器，并且使用耦合到第二凹面反射器的第二PBS将来自所述第一PBS的光束依次导向所述第二扫描反射器和所述输出光瞳；并且，可选地，

在穿过所述第一PBS和所述第二PBS中的每一个的连续通过之间，将所述光束的偏振态改变为正交偏振态。

14.一种近眼显示(NED)设备，包括：

用于佩戴在用户头上的支撑结构；

由所述支撑结构承载以提供光束的光源；

由所述支撑结构承载的光瞳扩展器；以及，

由所述支撑结构承载的扫描投影仪，所述扫描投影仪包括：

第一扫描反射器，其被配置为在至少第一平面内使所述光束转向；

第二扫描反射器，其被配置为在至少第二平面内使从所述第一扫描反射器接收的光束转向；和

光束中继光学器件，其被配置为将在所述第一扫描反射器处限定的第一光瞳中继到在所述第二扫描反射器处限定的第二光瞳，并且将所述第二光瞳中继到所述扫描投影仪的输出光瞳；

其中，所述光瞳扩展器被配置为在尺寸上扩展所述扫描投影仪的所述输出光瞳，以将所述光束导向所述用户的眼睛。

15.根据权利要求14所述的NED设备，其中，所述光束中继光学器件包括凹面反射器和偏振分束器(PBS)，所述偏振分束器(PBS)被设置为三通配置并耦合到所述凹面反射器。

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