CN115704958A - 一种光学成像系统及控制方法 - Google Patents

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CN115704958A CN202110939338.3A CN202110939338A CN115704958A CN 115704958 A CN115704958 A CN 115704958A CN 202110939338 A CN202110939338 A CN 202110939338A CN 115704958 A CN115704958 A CN 115704958A
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Abstract

本申请提供一种光学成像系统及控制方法，用以消除光束状态调整过程中产生的杂散光。控制组件通过控制状态调节组件对输入的偏振光进行光束状态调节从而输出目标偏振光和杂散偏振光，杂散偏振光与目标偏振光的偏振方向正交，进而根据杂散偏振光的偏振方向控制杂散偏振光消除组件，从而杂散偏振光消除组件在控制组件的控制下调整杂散偏振光的偏振方向，以消除杂散偏振光并输出目标偏振光。

Description

一种光学成像系统及控制方法
技术领域
本申请实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种光学成像系统及控制方法。
背景技术
近眼显示(near-to-eye display，NED)系统，可以包括增强现实(augmentedreality，AR)/虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)显示系统，采用直接向双眼显示AR/VR内容的新型显示技术。但是由于存在辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict，VAC)的问题和较大视场角(field of view，FoV)需求，限制NED系统的图像显示精度。为了解决上述问题，现有提供一种多状态显示系统，根据显示需求切换不同的显示状态，比如可以通过切换光焦度来显示较远或者较近物体。但是在由显示一个状态切换到另一个状态时，会混入另一个状态的残影，这个残影是一种杂散光。目前并没有一种可行的方式用于去除多状态显示系统产生的杂散光。
发明内容
本申请实施例提供一种光学成像系统及控制方法，用以去除多状态显示系统产生的杂散光。
第一方面，本申请实施例提供一种光学成像系统，包括光学组件和控制组件，光学组件包括状态调节组件和杂散偏振光消除组件；状态调节组件，用于在控制组件的控制下对输入的偏振光进行光束状态调节输出目标偏振光和杂散偏振光，杂散偏振光与目标偏振光的偏振方向正交；杂散偏振光消除组件，用于接收目标偏振光和杂散偏振光，并在控制组件的控制下调整杂散偏振光的偏振方向，从而能够消除杂散偏振光并输出目标偏振光。
基于上述方案，状态调节组件调整光束状态产生杂散偏振光时，通过控制组件对杂散偏振光消除组件对输入的杂散偏振光的偏振方向进行调整，从而使得将目标偏振光输出，将杂散偏振光滤除。
在一种可能的设计中，杂散偏振光消除组件包括第一偏振转换器和第一偏振片，第一偏振片仅透射第一偏振方向的偏振光；控制组件，具体用于：在状态调节组件调节输出的目标偏振光具有第一偏振方向且杂散偏振光具有第二偏振方向时，控制第一偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，在状态调节组件调节输出的目标偏振光具有第二偏振方向且杂散偏振光具有第一偏振方向时，控制第一偏振转换器转换状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，且转换状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向；其中，第一偏振方向与第二偏振方向正交。
通过上述设计，控制组件通过控制杂散偏振光消除组件中的第一偏振转换器，使得目标偏振光的偏振方向与第一偏振片的透射方向相同，使得杂散偏振光的偏振方向与第一偏振片的透射方向正交，从而使得第一偏振片能够滤除杂散偏振光，并且输出目标偏振光。
在一种可能的设计中，第一偏振转换器为向列相液晶盒、正交排列VA液晶盒、平板转换IPS液晶盒、电控扭曲向列型TN液晶盒、电控非线性晶体或者电控铁电液晶盒中任一项。
在一种可能的设计中，控制组件，具体用于：控制第一偏振转换器处于未加电状态，使得第一偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，控制第一偏振转换器处于加电状态，使得第一偏振转换器转换状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，且转换状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向。
在一种可能的设计中，控制组件，具体用于：控制第一偏振转换器处于加电状态，使得第一偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，控制第一偏振转换器处于未加电状态，使得第一偏振转换器转换状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，且转换状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向。
上述设计中，控制组件通过控制第一偏振转换器的加电或者未加电的状态，使得第一偏振转换器对输入的偏振光的偏振方向进行调整，进而实现第一偏振片将杂散偏振光滤除输出目标偏振光。
在一种可能的设计中，状态调节组件包括第二偏振转换器和透射光组件；其中，控制组件，具体用于控制第二偏振转换器对输入的偏振光的偏振方向进行调整，使得透射光组件输出的目标偏振光具有第三偏振方向或者具有第四偏振方向；其中，第三偏振方向与第四偏振方向正交。上述设计中，控制组件能够对第二偏振转换器的偏振方向进行控制，进而确定透射光组件输出的目标偏振光的偏振方向。也能够确定杂散偏振光的偏振方向，使得控制能够进一步控制杂散偏振光消除组件来滤除杂散偏振光输出目标偏振光。
在一种可能的设计中，透射光组件，具体用于在控制组件的控制下对输入的偏振光进行发散或者汇聚。示例性地，控制组件可以通过控制透射光组件输入的偏振光的偏振方向来实现透射光组件对输入偏振光进行发散或者汇聚处理，从而实现对输入的偏振光的光束状态的调整。
一些实施例中，透射光组件可以支持发散和平行之间切换，或者支持发散和汇聚之间切换，或者支持汇聚和平行之间切换。
在一种可能的设计中，透射光组件在光线传播方向上依次包括第一1/4波片、偏振透镜和第二1/4波片，偏振透镜为液晶透镜、液晶几何相位透镜、超表面偏振透镜或者超表面几何相位透镜中任一项。
在一种可能的设计中，第一1/4波片的快轴光轴与第二1/4波片的快轴光轴重合；控制组件，具体用于控制第二偏振转换器与第一偏振转换器的使能状态相反。示例性地，第一偏振转换器使能时，第二偏振转换器未使能，或者第一偏振转换器未使能，第二偏振转换器使能。一些实施例中，使能可以理解加电，未使能可以理解为未加电。
在一种可能的设计中，第一1/4波片的快轴光轴与第二1/4波片的快轴光轴正交；控制组件，具体用于控制第二偏振转换器与第一偏振转换器的使能状态相同。
上述设计中，控制组件仅需控制第二偏振转换器与第一偏振转换器的使能状态相反即能使得光学组件能够消除杂散偏振光输出目标偏振光。
一些实施例中，控制组件通过控制第二偏振转换器的使能状态使得透射光组件对光束状态进行调整，输出需求的目标偏振光，由于透射光组件在对光束状态调整时，产生杂散偏振光，进而控制组件通过控制第一偏振转换器的使能状态，使得杂散偏振光被第一偏振片滤除。
在一种可能的设计中，光学成像系统包括N个光学组件，N为正整数；光学成像系统支持成像在至多2N个光焦面中的任一个光焦面；控制组件，具体用于控制N个光学组件分别包括的状态调节组件输出的目标偏振光的光束状态，以使光学成像系统成像的光焦面在至多2N个光焦面中切换。通过上述设计，通过串联N个光学组件来实现至多2N个光焦面之间的切换。比如，N个光学组件支持的光焦度均不同时，可以实现2N个光焦面的切换。
在一种可能的设计中，光学成像系统包括至少两个光学组件，两个光学组件之间间隔设定距离；光学成像系统支持第一视场角和第二视场角；光学成像系统还包括汇聚透镜；控制组件，具体用于通过控制两个光学组件中第一光学组件包括的状态调节组件具有负的光焦度(或者说控制状态调节组件对输入的偏振光进行发散处理)，以及控制两个光学组件中第二光学组件包括的状态调节组件具有正的光焦度(或者说控制状态调节组件对输入的偏振光进行汇聚处理)，使得输入光学成像系统的承载图像信息的偏振光经过汇聚透镜后成像的视场角为第一视场角；第一光学组件和第二光学组件在光路传播方向上依次放置；或者，具体用于通过控制两个光学组件中第一光学组件包括的状态调节组件具有正的光焦度，以及控制两个光学组件中第二光学组件包括的状态调节组件具有负的光焦度，使得输入光学成像系统的承载图像信息的偏振光经过汇聚透镜后成像的视场角为第二视场角；第一视场角大于第二视场角。
通过上述设计，控制组件控制第一光学组件对输入的偏振光进行发散处理，间隔设定距离传输后，继续增加光束宽度，然后再控制第二光学组件进行汇聚处理，使得输出平行光，然后再经过聚焦透镜，使得输出大视场角的目标偏振光。或者，控制组件控制第一光学组件对输入的偏振光进行汇聚处理，间隔设定距离传输后，继续缩小光束宽度，然后再控制第二光学组件进行发散处理，使得输出平行光，然后再经过聚焦透镜，使得输出小视场角的目标偏振光。此外，每个光学组件均能够消除杂散偏振光，在实现视场角切换的情况下，消除杂散偏振光。
在一种可能的设计中，光学成像系统包括至少两个光学组件，光学成像系统还包括第二偏振片，第二偏振片与两个光学组件中的第一光学组件耦合，第一光学组件与两个光学组件中的第二光学组件通过光波导耦合；第一光学组件、光波导、第二光学组件在光路传播方向上依次放置；光学成像系统支持的工作状态包括支持AR态和VR态；光学成像系统还包括：投影组件，用于将图像的偏振光通过光波导输入到第二光学组件；第二偏振片，用于将输入的自然光转换为偏振光，输入到第一光学组件；控制组件，具体用于：通过控制第一光学组件处于工作状态以及控制第二光学组件处于工作状态，使得光学成像系统处于AR态；或者，通过控制第一光学组件处于非工作状态以及控制第二光学组件处于工作状态，使得光学成像系统处于VR态；其中，第一光学组件处于非工作状态时，第一光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除目标偏振光；第一光学组件处于工作状态时，第一光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除杂散偏振光；第二光学组件处于工作状态时，第二光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除杂散偏振光。
通过上述设计，控制第一光学组件将输入的自然偏振光消除，即防止自然偏振光入射到第二光学组件，从而实现光学成像系统处于VR态。另外，控制第一光学组件将输出的自然偏振光，即自然偏振光入射到第二光学组件与图像偏振光汇合，从而实现光学成像系统处于AR态。
第二方面，本申请实施例提供一种控制方法，方法应用于可穿戴设备，可穿戴设备包括光学组件，光学组件包括状态调节组件和杂散偏振光消除组件；接收承载图像信息的偏振光，并输入状态调节组件；当可穿戴设备的近焦面状态开启时，控制状态调节组件对输入的偏振光进行发散处理，使得状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光；第一杂散偏振光与第一目标偏振光的偏振方向正交；控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并输出第一目标偏振光；当可穿戴设备的远焦面状态开启时，控制状态调节组件对输入的偏振光进行汇聚处理，使得状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光；第二杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交；控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并输出第二目标偏振光；其中，第一目标偏振光与第二目标偏振光正交。通过上述方案，在实现近焦面与远焦面的切换情况下，能够消除杂散偏振光。
在一种可能的设计中，杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，第一偏振片仅透射第一偏振方向的偏振光；第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第一偏振方向；控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，包括：控制第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除第一杂散偏振光；控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，包括：控制第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向，使得第一偏振片消除第二杂散偏振光。
在一种可能的设计中，杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，第一偏振片仅透射第二偏振方向的偏振光；第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第一偏振方向；控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，包括：控制第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第一目标偏振光的偏振方向为第二偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第一杂散偏振光的偏振方向为第一偏振方向，使得第一偏振片消除第一杂散偏振光。控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，包括：控制第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除第二杂散偏振光。
在一种可能设计中，控制第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，包括：控制第二偏振转换器处于加电状态，使得第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；控制第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向，包括：控制第二偏振转换器处于未加电状态，使得第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向。
第三方面，本申请实施例提供一种控制方法，方法应用于可穿戴设备，可穿戴设备在光路传播方向上依次包括第一光学组件、光波导和第二光学组件；第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并通过光波导输入第二光学组件；当可穿戴设备的虚拟现实VR状态开启时，控制第一状态调节组件在输入第一偏振光时输出第一目标偏振光；控制第一杂散偏振光消除组件调整第一目标偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第一目标偏振光，以防止第一目标偏振光通过光波导输入到第二光学组件；控制第二状态调节组件在输入第二偏振光时输出第二目标偏振光和第一杂散偏振光，第二状态调节组件在输出第二目标偏振光时还产生第一杂散偏振光，第一杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并输出第二目标偏振光。
通过上述方案，结合两个光学组件，在VR态时，能够消除杂散偏振光。
第四方面，本申请实施例提供一种控制方法，方法应用于可穿戴设备，可穿戴设备在光路传播方向上依次包括第一光学组件、光波导和第二光学组件；第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并输入第二光学组件；当可穿戴设备的增强现实AR状态开启时，控制第一状态调节组件在输入第一偏振光时输出第三目标偏振光和第二杂散偏振光；第二杂散偏振光与第三目标偏振光的偏振方向正交；控制第一杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并通过光波导向第二光学组件输出第三目标偏振光；控制第二状态调节组件在输入第三偏振光时输出第四目标偏振光和第三杂散偏振光；第三偏振光包括第三目标偏振光和第二偏振光；第三杂散偏振光与第四目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第三杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第三杂散偏振光，并输出第四目标偏振光。通过上述方案，结合两个光学组件，在AR态时，能够消除杂散偏振光。
第五方面，本申请实施例提供一种控制方法，方法应用于可穿戴设备，可穿戴设备包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件与第二光学组件耦合且第一光学组件与第二光学组件间隔设定距离，第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；接收承载图像信息的偏振光，并输入第一光学组件；当可穿戴设备的第一视场角状态开启时，控制第一状态调节组件对偏振光进行发散处理，使得第一状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光，第一杂散偏振光与第一目标偏振光的偏振方向正交；控制第一杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并向第二光学组件输出第一目标偏振光；控制第二状态调节组件对第一目标偏振光进行汇聚处理，使得第二状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光，第二杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并输出第二目标偏振光。通过上述方案，结合两个光学组件，在大视场角时，能够消除杂散偏振光。
第六方面，本申请实施例提供一种控制方法，方法应用于可穿戴设备，可穿戴设备包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件与第二光学组件耦合且第一光学组件与第二光学组件间隔设定距离，第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；接收承载图像信息的偏振光，并输入第一光学组件；当可穿戴设备的第二视场角状态开启时，控制第一状态调节组件对偏振光进行汇聚处理，使得第一状态调节组件输出第三目标偏振光和第三杂散偏振光，第三杂散偏振光与第三目标偏振光的偏振方向正交；控制第一杂散偏振光消除组件调整第三杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第三杂散偏振光，并向第二光学组件输出第三目标偏振光；控制第二状态调节组件对第三目标偏振光进行发散处理，使得第二状态调节组件输出第四目标偏振光和第四杂散偏振光，第四杂散偏振光与第四目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第四杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第四杂散偏振光，并输出第四目标偏振光。通过上述方案，结合两个光学组件，在小视场角时，能够消除杂散偏振光。
第七方面，本申请提供一种控制装置，该控制装置用于实现上述第二方面-第六方面中的任意一种方法，包括相应的功能模块，分别用于实现以上方法中的步骤。功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。
第八方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令，当计算机程序或指令被头戴式显示设备执行时，使得该头戴式显示设备执行上述第二方面-第六方面的任意可能的实现方式中的方法。
第九方面，本申请提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序或指令，当该计算机程序或指令被终端设备执行时，实现上述第二方面-第六方面的任意可能的实现方式中的方法。
上述第二方面至第九方面中任一方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面中有益效果的描述，此处不再重复赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种光学成像系统结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种杂散偏振光消除组件结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种状态调节组件结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种光学成像系统结构示意图；
图5A为本申请实施例提供的另一种状态调节组件结构示意图；
图5B为本申请实施例提供的光学组件中光束传输状态示意图；
图6A为本申请实施例提供的光学组件结构示意图；
图6B为本申请实施例提供的光学组件中光束传输状态示意图；
图6C为本申请实施例提供的光学组件在镜筒中的位置示意图；
图7A为本申请实施例提供的近焦面状态下光束传输状态示意图；
图7B为本申请实施例提供的近焦面状态下光束传输状态示意图；
图7C为本申请实施例提供的远焦面状态下光束传输状态示意图；
图7D为本申请实施例提供的远焦面状态下光束传输状态示意图；
图8A为本申请实施例提供的近焦面状态下光束传输状态示意图；
图8B为本申请实施例提供的远焦面状态下光束传输状态示意图；
图9为本申请实施例提供的不同的光焦面下光束传输状态示意图；
图10为本申请实施例提供的另一种光学成像系统结构示意图；
图11A为本申请实施例提供的又一种光学成像系统结构示意图；
图11B为本申请实施例提供的又一种光学成像系统结构示意图；
图11C为本申请实施例提供的AR态下近焦面时光束传输状态示意图；
图11D为本申请实施例提供的AR态下远焦面时光束传输状态示意图；
图12A为本申请实施例提供的VR态下远焦面时光束传输状态示意图；
图12B为本申请实施例提供的VR态下近焦面时光束传输状态示意图；
图13A为本申请实施例提供的小视场角时光束传输状态示意图；
图13B为本申请实施例提供的大视场角时光束传输状态示意图；
图14为本申请实施例提供的一种控制方法流程示意图；
图15为本申请实施例提供的另一种控制方法流程示意图；
图16为本申请实施例提供的又一种控制方法流程示意图；
图17为本申请实施例提供的又一种控制方法流程示意图；
图18为本申请实施例提供的又一种控制方法流程示意图；
图19为本申请实施例提供的又一种控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例进行详细描述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明。需要说明的是，这些解释是为了便于本领域技术人员理解，并不是对本申请所要求的保护范围构成限定。
(1)近眼显示：
在距离眼睛近处显示，是AR显示设备或VR显示设备的一种显示方式。
(2)光焦度(focal power)：
光焦度等于像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度常用字母
Figure BDA0003214350250000071
表示，折射球面光焦度
Figure BDA0003214350250000072
其中n'为像方折射率，n为物方折射率，r为球面半径，p为像距，q为物距。一般光焦度表示为像方焦距的倒数(近似认为空气的折射率为1)。光焦度的单位为屈光度(D)，1屈光度(D)＝1m-1。
(3)1/4波片：
1/4波片为一种双折射光学器件，包括快轴和慢轴两个快轴光轴，可用于使得沿快轴和慢轴的线偏振光透过该1/4波片后产生π/2的相位差。
(4)偏振透镜：
偏振透镜是一种透明的材料，通常是玻璃或者塑料材料，其对光学系统表现的光焦度与输入光的偏振态相关。例如，输入左旋圆偏振的光束，其表现为正的光焦度，输入相反的右旋圆偏振光，其表现为负或者零光焦度。常见的偏振透镜有包括几何相位透镜、液晶透镜和几何相位超透镜等。
(5)偏振转换器(polarization rotator)。偏振转换器是用于转换偏振光的偏振态的器件。
(6)杂散偏振光，光学系统中，针对成像光学系统，任何非希望但经过传播后到达探测器面或人眼的光线为杂散偏振光；针对非成像光学系统，任何成像或其它非预期的光线传播形成的光斑等为杂散偏振光。示例性地，杂散偏振光可以包括鬼像偏振光。
本申请实施例应用于可穿戴设备。可穿戴设备可以是近眼显示(near eyedisplay，NED)设备，例如VR眼镜，或者VR头盔等。例如，用户佩戴NED设备进行游戏、阅读、观看电影(或电视剧)、参加虚拟会议、参加视频教育、或视频购物等。
为了消除近眼显示设备显示图像出现的杂散偏振光。本申请实施例涉及的近眼显示设备可以实现多状态的切换，比如，不同成像光焦面的切换。又比如，不同FOV之间的切换。再比如AR状态与VR状态之间的切换。为了消除杂散偏振光，本申请实施例提供一种光学成像系统，在不同状态下，保证目标偏振光与杂散偏振光的偏振方向不同，从而根据杂散偏振光的偏振方向滤除杂散偏振光。
下面结合附图对本申请实施例提供的光学成像系统进行具体描述。
参见图1所示，为本申请实施例提供的一种光学成像系统的结构示意图。该光学成像系统中包括一个或者多个光学组件100。光学成像系统中包括的光学组件100的数量与所需实现的状态切换有关。参见图1所示，所述光学成像系统还包括控制组件200。光学组件100中包括状态调节组件110和杂散偏振光消除组件120。状态调节组件110在控制组件200的控制下，按照对输入的偏振光进行光束状态调整获得目标偏振光。光束状态调整，比如可以是发散处理，在比如，可以是汇聚处理。而状态调节组件110在对输入的偏振光进行光束状态后输出目标偏振光时，还会产生杂散偏振光。通过研究发现状态调节组件110输出的目标偏振光与输出的杂散偏振光的偏振方向是正交的。杂散偏振光消除组件120在接收到目标偏振光和杂散偏振光后，在控制组件200的控制下，对调整杂散偏振光的偏振方向，以消除杂散偏振光并输出目标偏振光。作为一种举例，杂散偏振光消除组件120，具有调整偏振光偏振方向的功能以及透射固定偏振方向的偏振光的功能。基于此，杂散偏振光消除组件120在所述控制组件200的控制下调整所述杂散偏振光的偏振方向，使得所述杂散偏振光的偏振方向与所述固定偏振方向正交，即实现杂散偏振光消除组件120能够将杂散偏振光消除并输出目标偏振光。
需要说明的是，本申请实施例中提及的消除杂散偏振光，可以理解为，对杂散偏振光的消除程度达到人眼感觉不到的程度。
应理解的是，杂散偏振光消除组件120在对杂散偏振光的偏振方向调整的同时，也对输入杂散偏振光消除组件120的目标偏振光的偏振方向也进行了调整，依然保持杂散偏振光与目标偏振光的偏振方向始终保持正交。由于经过杂散偏振光消除组件调整后，杂散偏振光与杂散偏振光消除组件120所能透射的固定偏振方向是正交的，而目标偏振光是与杂散偏振光消除组件120所能透射的固定偏振方向是平行的，因此，杂散偏振光被阻隔掉，目标偏振光被输出。
在一些实施例中，控制组件200还可以实现控制光学组件100处于非工作状态。光学组件100处于非工作状态时，光学组件100可以在控制组件200的控制下消除目标偏振光。
下面对图1中的各个功能组件和结构分别进行介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。
如下对杂散偏振光消除组件120可能的结构进行介绍描述。参见图2所示，杂散偏振光消除组件120可以包括第一偏振转换器1201和第一偏振片1202。
第一偏振转换器1201，用于保持所述透射光组件102输出的目标偏振光和杂散偏振光的偏振方向，或者转换透射光组件102输出的目标偏振光和杂散偏振光的偏振方向。
第一偏振转换器1201可以是电控偏振转换器(electronically controlledpolarization switch，ECPS)。示例性地，电控偏振转换器可以为向列相液晶盒(nematicliquid crystals)、正交排列(vertical alignment，VA)液晶盒、平板转换(in-planeswitching，IPS)液晶盒、电控扭曲向列型(twisted nematic，TN)液晶盒、电控非线性晶体或者电控铁电液晶盒中任一项。
一种可能的示例中，控制组件200控制第一偏振转换器1201处于未加电的情况下，用于保持输入的偏振光的偏振方向，可以理解为输入的偏振光与输出的偏振光的偏振方向相同，或者理解为第一偏振转换器1201仅透射输入的偏振光。需要说明的是，光束在通过某个光组件透射时，可能会存在能量损失，但是光束中携带的信息并未发生变化，基于此本申请实施例将仅做透射处理的输入偏振光和输出偏振光认为是同一偏振光。另一种可能的示例中，控制组件200控制第一偏振转换器1201处于加电的情况下，用于对输入的偏振光的偏振方向进行转换处理，比如将输入的偏振光由X方向转换为Y方向，或者将输入的偏振光由Y方向转换为X方向。
以扭曲向列型(twisted nematic，TN)液晶盒为例，扭曲向列型液晶盒由两片导电衬底中间夹一个液晶层组成。在扭曲向列型液晶盒未加电时，穿过扭曲向列型液晶盒的入射偏振光的偏振方向旋转90度；在扭曲向列型液晶加电时，扭曲向列型液晶竖立起来，则穿过扭曲向列型液晶的入射偏振光的偏振方向保持不变，仍然发射出与该入射偏振光相同偏振态的偏振光。
第一偏振片1202，仅透射固定偏振方向的偏振光；输入到第一偏振片1202的目标偏振光为固定偏振方向，由于目标偏振光的偏振方向与杂散偏振光的偏振方向正交，因此第一偏振片能够滤除杂散偏振光，输出目标偏振光。
偏振片是指可以使天然光变成偏振光的光学元件。偏振片可分为天然偏振片和人造偏振片。天然偏振片由晶体制成。人造偏振片是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。根据偏振片的底色偏振片可以分为黑白偏振片和彩色偏振片两种类型。根据偏振片的应用，偏振片可以划分成透射、透反射及反透射三种类型。例如，吸收型偏振片(absorptive polarizer)。对入射光具有遮蔽和透过的功能。如，可使纵向光透过，横向光遮蔽；或者，使横向光透过，纵向光遮蔽。在本申请实施例中，该第一偏振片1202可以是一个线偏振片。例如，金属线栅型、多层双折射聚合物膜型或MacNeille型等等。线偏振片透射出的偏振光是指线偏振光。线偏振光可以是P光或S光。可理解的，非偏振光同时包含P光和S光。P光是指偏振方向平行于某一参考面的光线，该参考面与偏振片的结构有关，S光是指偏振方向正交于该参考面的光线。通常，线偏振片透射P光且遮蔽S光。
光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振(polarization of light)。它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在正交于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光(非偏振光)。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。偏振光可以包括线偏振光、部分偏振光和圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋圆偏振光。
以第一偏振片1202的具有的透射固定偏振方向的偏振光，该固定偏振方向为Y方向为例。控制组件200可以通过调整第一偏振转换器1201输出的目标偏振光和杂散偏振光的偏振方向，使得输入到第一偏振片1202的目标偏振光的偏振方向为Y方向，输入到第一偏振片1202的杂散偏振光的偏振方向为X方向，则通过第一偏振片1202后，将X方向的杂散偏振光消除，并输出Y方向的目标偏振光。
如下对状态调节组件110可能的结构进行介绍描述。
参见图3所示，状态调节组件110包括第二偏振转换器101和透射光组件102。光学组件100的结构可以参见图4所示。
第二偏振转换器101用于保持输入的偏振光的偏振方向或者转换输入的偏振光的偏振方向。透射光组件102用于对输入的偏振光进行发散或者汇聚。需要说明的是，透射光组件102具有光焦度，支持正光焦度和负光焦度。在正光焦度下，可以实现对输入的偏振光进行汇聚处理，相反，在负光焦度下，可以实现对输入的偏振光进行发散处理。
一些实施例中，第二偏振转换器101在未加电的情况下，保持输入的偏振光的偏振方向。第二偏振转换器在加电的情况下，转换输入的偏振光的偏振方向，比如输入的偏振光的偏振方向为X方向，则输出的偏振光的偏振方向为Y方向。
一些实施例中，透射光组件102在输入不同偏振方向的偏振光时，能够实现对输入的偏振光的不同光束状态的调整。
一种可能的示例中，输入第一偏振方向，透射光组件102产生对输入的偏振光的汇聚处理，比如输入第二偏振方向时，透射光组件102产生对输入的偏振光的发散处理。因此一些场景中，需要光学组件100实现汇聚处理时，可以通过控制组件200对第二偏振转换器101进行控制，使得第二偏振转换器101输出第一偏振方向的偏振光。另一些场景中，需要光学组件实现发散处理时，可以通过控制组件200对第二偏振转换器101控制，使得第二偏振转换器101输出第二偏振方向的偏振光。
第二偏振转换器101输出的偏振光在透射光组件102中传播时会产生杂散偏振光。透镜光组件102在对第二偏振转换器101输出的偏振光进行光束状态调整输出目标偏振光时，会产生杂散偏振光。
第二偏振转换器101可以是电控偏振转换器(electronically controlledpolarization switch，ECPS)。示例性地，电控偏振转换器可以为向列相液晶盒(nematicliquid crystals)、正交排列(vertical alignment，VA)液晶盒、平板转换(in-planeswitching，IPS)液晶盒、电控扭曲向列型(twisted nematic，TN)液晶盒、电控非线性晶体或者电控铁电液晶盒中任一项。
一种可能的示例中，控制组件200控制第二偏振转换器101处于未加电的情况下，用于保持输入的偏振光的偏振方向，可以理解为输入的偏振光与输出的偏振光的偏振方向相同，或者理解为第二偏振转换器101仅透射输入的偏振光。需要说明的是，光束在通过某个光组件透射时，可能会存在能量损失，但是光束中携带的信息并未发生变化，基于此本申请实施例将仅做透射处理的输入偏振光和输出偏振光认为是同一偏振光。另一种可能的示例中，控制组件200控制第二偏振转换器101处于加电的情况下，用于对输入的偏振光的偏振方向进行转换处理，比如将输入的偏振光由X方向转换为Y方向，或者将输入的偏振光由Y方向转换为X方向。控制组件200通过控制第二偏振转换器101加电或者未加电，使得透射光组件102输出的偏振光具有正光焦度或者负光焦度，可以实现成像的焦平面的切换或者实现视场角的切换等等。
以扭曲向列型(twisted nematic，TN)液晶盒为例，扭曲向列型液晶盒由两片导电衬底中间夹一个液晶层组成。在扭曲向列型液晶盒未加电时，穿过扭曲向列型液晶盒的入射偏振光的偏振方向旋转90度；在扭曲向列型液晶加电时，扭曲向列型液晶竖立起来，则穿过扭曲向列型液晶的入射偏振光的偏振方向保持不变，仍然发射出与该入射偏振光相同偏振态的偏振光。
如下对透射光组件102可能的结构进行介绍描述。本申请实施例中涉及的透射光组件102具有光焦度。输入的偏振光的偏振方向不同，实现正负不同光焦度。
如下示例性地描述两种可能的透射光组件102的结构。
示例一，透射光组件102为线偏振依赖型透镜。对某单一偏振方向的线偏振光起聚集作用，对其正交方向的线偏振光起发散作用或者不改变其光焦度的透镜。对某单一偏振方向的线偏振光起发散作用，对其正交方向的线偏振光起发散作用或者不改变其光焦度的透镜。一些实施例中，可以通过调整线偏振依赖型透镜的输入的偏振光的偏振方向来实现光线汇聚或者发散，从而实现正负不同的光焦度，即可以根据需求实现不同视场角的显示。比如，线偏振依赖型透镜可以是双折射液晶透镜。
示例二，参见图5A所示。透射光组件102包括第一1/4波片1021、偏振透镜1022和第二1/4波片1023。
1/4波片也可以称为45度相位延迟片。1/4波片由双折射的材料制成。在线偏振光的光矢量与1/4波片的快轴或慢轴成±45°时，通过1/4波片的光为圆偏振光；反之，当圆偏振光经过1/4波片后变为线偏振光。比如，1/4波片可以将X方向线偏振光，转换为左旋圆偏振光、将Y方向线偏振光，转换为右旋圆偏振光。相反地，1/4波片将左旋圆偏振光转换为X方向线偏振光，将右旋圆偏振光转换为Y方向线偏振光。或者，1/4波片可以将X方向线偏振光，转换为右旋圆偏振光、将Y方向线偏振光，转换为左旋圆偏振光。相反地，1/4波片将左旋圆偏振光转换为Y方向线偏振光，将右旋圆偏振光转换为X方向线偏振光。第一1/4波片1021与第二1/4波片1023的快轴光轴的快轴方向相同时，两者线转圆的方向相同。比如，第一1/4波片1021与第二1/4波片1023针对X方向线偏振光均转换为右旋圆偏振光。如果第一1/4波片1021与第二1/4波片1023的快轴光轴快轴方向正交时，则两者线转圆的方向相反。比如，第一1/4波片1021针对X方向线偏振光均转换为右旋圆偏振光时，则第二1/4波片1023针对X方向线偏振光均转换为左旋圆偏振光。
偏振透镜1022也可以称为偏振依赖透镜(polarization denpendent lens，PDL)1022。偏振依赖透镜可以是液晶透镜、液晶几何相位透镜、超表面偏振透镜或者超表面几何相位透镜等等。
PDL使用与空间透镜类似的偏振有关的几何相位分布来对出射光束的波阵面进行整形，从而修改入射光束的传播方向。通常，PDL用于处理圆偏振的入射光束。特别地，平行入射光束是会聚还是发散取决于入射圆偏振光束的旋向性。比如，PDL对于左旋圆偏振光产生会聚作用，对于右旋圆偏振光产生发散作用。或者PDL对于右旋圆偏振光产生发散作用，对于左旋圆偏振光产生会聚作用。
比如，参见图5B所示，从第二偏振转换器101输出的光束的偏振方向为X方向，称为偏振光1，经过第一1/4波片1021后，转换为右旋圆偏振光1。右旋圆偏振光1进入到PDL1022，以PDL 1022对右旋圆偏振光产生会聚作用为例，右旋圆偏振光1经过PDL 1022处理后，输出左旋圆偏振光2。由于PDL 1022的效率存在极限，比如在RGB三色、±45°视场角的范围内，最大效率一般只能达到90+％。ECPS一般是采用液晶盒实现的，以TN液晶盒为例，在上电情况下，在45度、135度、225度和315度方向上效率较差。因此，偏振光1在经过第二偏振转换器101处理以及经过PDL处理后，会产生杂散偏振光。一般情况下，右旋圆偏振光1在经过PDL1022处理后得到左旋圆偏振光2时，可能产生杂散偏振光。通过研究发现，在PDL和偏振转换器效率不足时，基于PDL的多状态的光学成像系统，在切换到某一状态时，会混入另一状态的残影，另一状态的残影与该状态的目标光的偏振方向正交。若为圆偏振光，则杂散偏振光的旋转方向与目标光(即右旋圆偏振光2)的旋转方向相反。
进一步地，参见图5B所示，以第二1/4波片1023与第一1/4波片1021的快轴光轴方向平行为例。第二1/4波片1023用于将圆偏振光转换为线偏振光，因此左旋圆偏振光2经过第二1/4波片1023处理后，将左旋圆偏振光2转换为偏振光2，偏振光2的偏振方向为Y方向。将右旋方向的杂散偏振光转换为线偏振杂散偏振光。偏振光2与线偏振杂散偏振光的偏振方向正交，线偏振杂散偏振光的偏振方向为X方向。
进一步地，如果第二1/4波片1023与第一1/4波片1021的快轴光轴方向正交。第二1/4波片1023用于将圆偏振光转换为线偏振光，因此左旋圆偏振光2经过第二1/4波片1023处理后，将左旋圆偏振光2转换为线偏振光2，线偏振光2的偏振方向为X方向。将右旋方向的杂散偏振光转换为线偏振杂散偏振光。线偏振光2与线偏振杂散偏振光的偏振方向正交，线偏振杂散偏振光的偏振方向为Y方向。
结合图6A所示的结构，接着图5B的举例，参见图6B所示，以第一偏振片1202的透射方向为Y方向，阻挡X方向的偏振光为例。第二偏振转换器1021可以透射所述透射光组件102输出的Y方向的偏振光2和X方向的杂散偏振光。进而通过第一偏振片1202后，将X方向的杂散偏振光消除，并透射Y方向的偏振光2。
作为另一种举例，一些实施例中，状态调节组件110输出的目标偏振光的偏振方向为X方向，而杂散偏振光的偏振方向为Y方向，由于第一偏振片1202的透射方向为Y方向，阻挡X方向的偏振光，因此，控制组件200可以控制第一偏振转换器1201实现转换接收到的偏振光的偏振方向，将目标偏振光的偏振方向由X方向转换为Y方向，而将杂散偏振光的偏振方向由Y方向转换为X方向，从而经过第一偏振片1202后，将杂散偏振光滤除，并透射目标线偏振光。
通过上述设计，通过第二偏振转换器101输出的偏振光的偏振方向来实现光学组件的光焦度的切换。通过第一偏振转换器1201结合第二偏振转换器101来调整输出的偏振光的偏振方向和杂散偏振光的偏振方向从而使得杂散偏振光的偏振方向与第一偏振片1202的透射方向正交，使得杂散偏振光被第一偏振片1202吸收，而消除杂散偏振光。
示例性地，如下通过表1和表2对本申请实施例提供的光学组件的光束传输情况进行描述。表1以输入X方向偏振光为例进行说明，表2以输入Y方向偏振光为例。需要说明的是，表1和表2仅作为一种举例。例如，以表1为例，输入X方向的偏振光，在第二偏振转换器能够保持输入的偏振光的偏振方向的情况下，输入的偏振光经过第二偏振转换器后输出的目标偏振光的偏振方向为X方向。透射光组件以输入X方向的偏振光时具有正光焦度，且输出X方向的偏振光；输入Y方向的偏振光时具有负光焦度，且输出Y方向的偏振光为例。则X方向的目标偏振光在经过透射光组件的传输后，输出的目标偏振光具有负光焦度，即对输入的偏振光进行发散处理。经过透射光组件传输后，输出的目标偏振光的偏振方向是X方向，并且产生了Y方向杂散偏振光。基于此，可以通过控制组件调整第二偏振转换器，使得第二偏振转换器能够保持输入的目标偏振光的偏振方向，使得第一偏振片能够把X方向的目标偏振光输出，并把Y方向的杂散偏振光滤除。
表1
Figure BDA0003214350250000131
Figure BDA0003214350250000141
Figure BDA0003214350250000151
表2
Figure BDA0003214350250000152
Figure BDA0003214350250000161
在一种可能的实现方式中，控制组件200例如可以是处理器、微处理器、控制器等控制组件，例如可以是通用中央处理器(central processing unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理(digital signal processing，DSP)，专用集成电路(application specificintegrated circuits，ASIC)，现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。
在一种可能的实现方式中，控制组件执行的功能可参见前述的相关描述，此处不再重复赘述。
在本申请的一些实施例中，光学成像系统还可以包括显示组件300，显示组件300作为图像源，为光学成像系统提供显示内容，例如可以提供显示3D内容或者交互画面等。显示组件可以包括VR镜筒、VR折射光路、AR光波导/光导、Birdbath反射成像光路或者其它的图像源提供组件。参见图6C所示，以显示组件300包括VR镜筒为例。VR镜筒中包括显示屏301和VR透镜组302。至少一个光学组件可以被配置在VR镜筒中的光路中。作为一种举例，比如光路包括前端、中端或者后端，则至少一个光学组件可以配置于前端的位置，也可以配置于中端的位置，还可以配置于后端的位置。需要说明的是，将靠近输入光束的一端称为前端，将靠近输出端的一端称为后端。一些示例中，至少一个光学组件可以配置于光路的任一位置，本申请实施例对此不作具体限定。
下面结合具体的状态切换场景对本申请实施例提供的方案进行描述。
一种可能的场景中，实现光学成像系统的近焦面和远焦面的光学状态切换。如下描述时，对光学成像系统中的各个组件的标号不进行示例。
示例一，以第二偏振转换器(如下以ECPS1表示第二偏振转换器为例)与第一偏振转换器(以下以ECPS2表示第一偏振转换器为例)在加电情况下，用于转换输入的偏振光的偏振方向。第二偏振转换器与第一偏振转换器在未加电情况下，用于保持输入的偏振光的偏振方向为例。以透射光组件在输入Y方向的偏振光具有负光焦度，输出X方向偏振光，在输入X方向偏振光具有正光焦度，输出Y方向的偏振光为例。第一偏振片(如下以偏振片1表示第一偏振片)的透射方向为Y方向。
控制组件可以根据显示的内容所处的场景、人眼注视的位置(可以通过眼部摄像头确定)或者用户设置等来确定切换成像位置在近焦面或远焦面。如在VR应用中，在一些近距离的场景中，如办公、阅读、键盘交互等，用户需要切换到近焦面，在另一些远距离应用中，如会议、观影、射击等非交互游戏等，用户需要切换到远焦面，以减少辐辏调节冲突造成的不舒适的感觉。本申请对此不作具体限定。
参见图7A所示，以光成像系统切换到近焦面。近焦面具有负光焦度。以输入Y方向的偏振光为例，控制组件通过控制ECPS1处于未加电状态，保持输入的偏振光的偏振方向，使得透射光组件对输入的Y方向的偏振光具有负光焦度。透射光组件在输出X方向的目标偏振光的同时，还输出Y方向的杂散偏振光。由于偏振片1透射Y方向的偏振光，因此控制组件通过控制ECPS2处于加电状态，从而ECPS2将输入的X方向的目标偏振光转换为Y方向的目标偏振光，将Y方向的杂散偏振光转换为X方向的杂散偏振光。X方向杂散偏振光被偏振片1吸收。
参见图7B所示，以透射光组件包括第一1/4波片(如下以QWP1表示第一1/4波片为例)以及第二1/4波片(如下以QWP2表示第二1/4波片为例)和偏振依赖透镜(PDL)为例。以QWP1以及QWP2的快轴光轴重合，用于将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，以及将左旋圆偏振光转换为Y方向的线偏振光。偏振依赖透镜(PDL)在输入左旋圆偏振光时，具有负光焦度，在输入右旋圆偏振光时，具有正光焦度。第一偏振片(如下以偏振片1表示第一偏振片)的透射方向为Y方向。具体的，各个组件的光转换情况以表3为例。
表3
Figure BDA0003214350250000181
参见图7B所示，以光成像系统切换到近焦面。近焦面具有负光焦度，则PDL需要输入右旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图7B所示，控制组件控制ECPS1处于未加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后依然是Y方向的线偏振光。然后经过QWP 1后，将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光经过PDL后，具有负光焦度，并且输出的目标光束转换为右旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为左旋方向的杂散偏振光。右旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为X方向的线偏振光，而左旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为Y方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于加电状态。处于加电状态的ECPS2将X方向的目标光束转换为Y方向的目标光束，而Y方向的杂散偏振光转换为X方向的杂散偏振光。由于第一偏振片的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。
参见图7C所示，以光成像系统切换到远焦面。远焦面具有正光焦度。以输入Y方向的偏振光为例，控制组件通过控制ECPS1处于加电状态，转换输入的偏振光的偏振方向，使得透射光组件对输入的X方向的偏振光具有正光焦度。透射光组件在输出Y方向的目标偏振光的同时，还输出X方向的杂散偏振光。由于偏振片1透射Y方向的偏振光，因此控制组件通过控制ECPS2处于未加电状态，从而ECPS2保持输入的Y方向的目标偏振光的偏振方向以及X方向的杂散偏振光。通过偏振片1将X方向杂散偏振光吸收。
参见图7D所示，以透射光组件包括QWP1、QWP2和偏振依赖透镜(PDL)为例。光成像系统切换到远焦面，远焦面需要PDL具有正光焦度，则PDL需要输入右旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图7D所示，控制组件控制ECPS1处于加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后将目标光束由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP1后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL后，具有正光焦度，并且输出的目标光束转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS2透射Y方向的目标光束，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。
通过上述方案可以看出，通过控制ECPS1和ECPS2处于加电状态或者未加电状态，可以实现近焦面和远焦面之间的切换。
在一些实施例中，在QWP1和QWP2的快轴光轴正交的情况，通过控制ECPS1和ECPS2处于加电状态或者未加电状态，并且ECPS1和ECPS2处于相同的状态，来实现近焦面和远焦面的切换。具体各个组件的转换情况可以参见表4所示。
表4
Figure BDA0003214350250000191
参见图8A所示，以光成像系统切换到近焦面。远焦面具有负光焦度，则PDL需要输入右旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图8A所示，控制组件控制ECPS1处于未加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后依然是Y方向的线偏振光。然后经过QWP1后，将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光经过PDL后，具有负光焦度，并且输出的目标光束转换为右旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为左旋方向的杂散偏振光。右旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为Y方向的线偏振光，而左旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS2透射Y方向的目标光束，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。
参见图8B所示，以光成像系统切换到远焦面为例。远焦面具有正光焦度，则PDL需要输入左旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图8B所示，控制组件控制ECPS1处于加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后将目标光束由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP 1后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL后，具有正光焦度，并且输出的目标光束转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为X方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为Y方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于加电状态。处于加电状态的ECPS2转换X方向的目标光束的偏振方向为Y方向，以及转换Y方向的杂散偏振光为X方向。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。
通过图8A和图8B所示，在QWP1和QWP2的快轴光轴正交的情况，通过控制ECPS1和ECPS2处于加电状态或者未加电状态，并且ECPS1和ECPS2处于相同的状态，来实现近焦面和远焦面的切换。
示例性地，结合图7A和7C对杂散偏振光强度的消除情况进行说明。例如，PDL、ECPS的效率分别通过PPDL和PECPS来表示，按照图7A和7C图示的结构，其各支光线的强度如下表5所示。
表5
Figure BDA0003214350250000201
从表5中可以看出，由于PECPS和PPDL的值接近1，强度较高的几个杂散偏振光的偏振方向(X方向)都与目标光束
Figure BDA0003214350250000211
的偏振方向(Y方向)相反，它们都会被偏振片吸收过滤掉。强度较高的杂散偏振光的强度包括：
(1-PECPS)PECPSPPDL、PECPSPPDL(1-PECPS)和
Figure BDA0003214350250000212
图7A和图7C中所示光学组件中如果没有杂散偏振光消除组件，则会产生两个鬼像(PDL的-1阶和0阶)，鬼像强度为：IGhost,0＝(1-PPDL)；IGhost,-1＝(1-PECPS)PPDL。
其中，IGhost,0表示0阶鬼像强度，IGhost,-1表示1阶鬼像强度。
而按照图7A和图7C所示的方式经过杂散偏振光消除组件处理后，则鬼像强度为：
IGhost,0＝2(1-PPDL)(1-PECPS)PECPS；IGhost,-1＝(1-PECPS)2PPDL。
如果取大角度下最差情况下，PPDL＝0.95，PECPS＝0.98。则不使用本申请的方案时，最大鬼像强度为5％，总鬼像强度为7％。而使用本申请的方案后，最大鬼像强度仅有0.2％，总鬼像强度仅有0.24％。由此证明本申请提供的方案可以实现消除光学成像系统的杂散偏振光。
另一种可能的场景中，可以通过将本申请实施例提供的N个光学组件进行串联耦合，实现光学成像系统的至多2N个光焦面的切换。比如，不同的光学组件中PDL具有不同的光焦面，可以实现2N个光焦面的切换。控制组件通过调整所述N个光学组件中每个第二偏振转换器输出偏振光的偏振方向来控制每个透射光组件具有正光焦度或者负光焦度，以使所述光学成像系统成像的光焦面在至多2N个光焦面中切换。或者说，控制组件通过控制不同的光学组件的ECPS处于加电状态或者未加电状态，从而控制每个光学组件中PDL具有正光焦度或者负光焦度，从而实现光学成像系统成像的光焦面在所述2N个光焦面中切换。
依然以表3中描述的光学组件中的各个组件的转换关系为例。以透射光组件包括QWP1、QWP2和PDL为例。参见图9所示，以2个光学组件串联耦合为例，可以实现4种光焦面之间的切换，并且能够消除每个光学组件中产生的杂散偏振光。为了便于区分，将2个光学组件称为光学组件1和光学组件2。光学组件1中的两个偏振转换器分别为ECPS1和ECPS2，光学组件1中的两个QWP分别为QWP1和QWP2，光学组件1中的PDL称为PDL1，光学组件1中第一偏振片称为偏振片1。光学组件2包括ECPS3、QWP3、PDL2、QWP4、ECPS4、偏振片2。
通过图9所示，控制组件通过控制4个ECPS的开启(ON)或者关闭(OFF)状态，或者说控制4个ECPS的加电或者未加电状态，加电可以理解为开启，未加电可以理解为关闭。
通过上述设计，通过对光学成像系统中2个光学组件中4个ECPS的开启或者关闭状态调节，在实现4光焦面的同时，可以有效消除鬼像。例如，图9所示，使用光焦度为1、2的GPL，该光学成像系统可以实现-3、-1、1、3，四种光焦度，从而在近眼设备中实现4个光焦面的切换。一些实施例中，本申请实施例提供的方案可以用于各种3D场景的显示，例如一般选取最远3米，最近30厘米的光焦面的范围，以相等光焦度划分出4个光焦面，则8个焦面的间距可以为：(0.3,0.4,0.62,1.31,3)米。
在一些可能的实施方式中，通过一个杂散偏振光消除组件来消除多个状态调节组件产生的杂散偏振光。比如两个状态调节组件产生的杂散偏振光，通过一个杂散偏振光消除组件来消除。例如参见图10所示，以一个杂散偏振光消除组件消除两个状态调节组件产生的杂散偏振光为例。可以理解的是，图10所示的方案可以节省一个杂散偏振光消除组件，但是，对鬼像的消除能力相比采用两个杂散偏振光消除组件来说会有所下降，但是可以消除主要鬼像，一般可以达到人眼感受不到的程度。
又一种可能的场景中，本申请实施例可以实现光学成像系统的AR态和VR态之间的切换。示例性地，用户在某些场景下，如室外、复杂环境以及与现实中的人和物体交互的情况下，用户需要切换到AR态，而在另一些场景中，如沉浸式游戏、观影等，用户更加偏爱VR态，因此可切换的AR和VR态更加能满足用户的需求。一些实施例中，通过控制组件对偏振转换器的加电或者未加电状态的切换，不仅可以实现AR态或者VR态的切换，还可以实现在AR态成像在不同的焦平面的切换，或者实现在VR态成像在不同的焦平面的切换。光学成像系统包括前面所描述的两个光学组件。为了便于区分，将两个光学组件分别称为第一光学组件和第二光学组件。光学成像系统还包括第二偏振片，第二偏振片与第一光学组件耦合，第一光学组件与第二光学组件之间通过光波导耦合；
参见图11A所示，光学成像系统还包括：投影组件，用于将图像的偏振光通过光波导输入到第二光学组件。
投影组件，用于在AR态或者VR态提供图像源。第二偏振片，用于将输入的自然光转换为偏振光，输入到第一光学组件。
控制组件，具体用于：通过控制第一光学组件处于工作状态以及控制第二光学组件处于工作状态，使得光学成像系统处于AR态；或者，通过控制第一光学组件处于非工作状态以及控制第二光学组件处于工作状态，使得光学成像系统处于VR态；
其中，第一光学组件处于非工作状态时，第一光学组件输出第一光学组件中的第一状态调节组件产生的第二偏振光；第一光学组件处于工作状态时，第一光学组件中的第一杂散光消除组件消除第一光学组件中的第一状态调节组件产生的杂散偏振光；第二光学组件处于工作状态时，第二光学组件中的第二杂散偏振光消除组件消除第二光学组件中的第一状态调节组件产生的杂散偏振光。
在一些实施例中，每个光学组件中包括两个偏振转换器。控制组件可以通过控制两个偏振转换器对输入的偏振光的转换状态，从而控制光学组件处于工作状态或者非工作状态。
VR状态下，自然光通过第二偏振片后输出第一偏振光。控制组件可以通过控制第一状态调节组件在输入第一偏振光(自然光经过第二偏振片处理后，输出的偏振光成为自然偏振光)时输出第一目标偏振光(也可以称为目标自然光)；控制第一杂散偏振光消除组件调整第一目标偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第一目标偏振光，以防止第一目标偏振光通过光波导输入到第二光学组件。即自然光并不会进入到第二光学组件。控制组件控制第二状态调节组件在输入第二偏振光时输出第二目标偏振光和第一杂散偏振光，第二状态调节组件在输出第二目标偏振光时还产生第一杂散偏振光，第一杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并输出第二目标偏振光。
在AR状态下，自然光通过第二偏振片后输出第一偏振光。控制第一状态调节组件在输入第一偏振光时输出第三目标偏振光(即目标自然光)和第二杂散偏振光；第二杂散偏振光与第三目标偏振光的偏振方向正交。控制第一杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并通过光波导向第二光学组件输出第三目标偏振光；控制第二状态调节组件在输入第三偏振光时输出第四目标偏振光和第三杂散偏振光；第三偏振光包括第三目标偏振光和第二偏振光(即目标图像光，承载图像信息的偏振光)；第三杂散偏振光与第四目标偏振光的偏振方向正交；控制第二杂散偏振光消除组件调整第三杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第三杂散偏振光，并输出第四目标偏振光。
作为一种举例，以第一光学组件和第二光学组件均采用图4所示的结构为例。例如，参见图11B所示的光学成像系统的结构。示例性地，结合表2来说，偏振片1-3均用于透射Y方向的偏振光。在AR状态下，承载图像信息的偏振光，简称图像光，通过光波导输入到ECPS3。以成像在近焦面为例。以透射光组件在输入Y方向的偏振光时具有正光焦度，且输出X方向的偏振光；输入X方向的偏振光时具有负光焦度，且输出Y方向的偏振光。成像在近焦面时，需要透射光组件2具有负光焦度，从而透射光组件2需要输入X方向的偏振光。通过光波导输入到ECPS3的偏振光为Y方向，通过控制组件控制ECPS3将输入的Y方向的目标图像光转换为X方向，从而X方向的目标图像光输入到透射光组件2后，透射光组件对目标图像光进行发散处理，输出Y方向的目标图像光和X方向的杂散偏振光。通过控制组件控制ECPS4保持Y方向的目标图像光和X方向的杂散偏振光的偏振方向不变，从而X方向的杂散偏振光被偏振片2滤除。
自然光经过偏振片3后输出Y方向的目标自然偏振光，简称目标自然光。由于目标自然光不需要具有光焦度，即不需要发散处理也不需要汇聚处理。由于第二光学组件需要具有负光焦度，基于此，控制组件可以控制第一光学组件具有正光焦度，从而目标自然光经过第一光学组件以及第二光学组件传输后，具有零光焦度。具体地，Y方向的目标自然光输入到ECPS1，通过控制组件控制ECPS1保持输入的Y方向的目标自然光的偏振方向，从而Y方向的目标自然光输入到透射光组件1后，透射光组件对目标自然光进行汇聚处理，输出X方向的目标自然光和Y方向的杂散偏振光。通过控制组件控制ECPS2转换X方向的目标自然光为Y方向的目标自然光，以及转换Y方向的杂散偏振光的偏振方向为X方向，从而X方向的杂散偏振光被偏振片1滤除。从而Y方向的目标自然光被输入到第二光学组件。需要说明的是，Y方向的目标自然光和Y方向的目标图像光会融合后输入到第二光学组件，此处为了清晰描述目标自然光和目标图像光经过第二光学组件的传输情况，本申请实施例中分别描述目标自然光和目标图像光经过第二光学组件的传输情况。目标自然光通过光波导输入到ECPS3，ECPS3将输入的Y方向的目标自然光转换为X方向，从而X方向的目标自然光输入到透射光组件2后，透射光组件对目标自然光进行发散处理，输出Y方向的目标自然光和X方向的杂散偏振光。通过控制组件控制ECPS4保持Y方向的目标自然光和X方向的杂散偏振光的偏振方向不变，从而X方向的杂散偏振光被偏振片2滤除。通过本申请实施例提供的方案，在AR态时，既可以实现AR的光焦面的切换，还能够实现杂散偏振光的消除。从而能够防止鬼像光对成像的影响。
在VR状态下，需要防止自然光进入到人眼。可以通过第一光学组件将自然光阻隔，第二光学组件将目标图像光输出，进入到人眼。承载图像信息的偏振光在第二光学组件的传输状态与AR态下传输状态类似，此处不再赘述。自然光经过偏振片3后输出Y方向的目标自然偏振光，简称目标自然光。为了防止自然光透过偏振片1，可以调整输入到偏振片1的目标偏振光的方向为X方向。比如，Y方向的目标自然光输入到ECPS1，通过控制组件控制ECPS1保持输入的Y方向的目标自然光的偏振方向，从而Y方向的目标自然光输入到透射光组件1后，输出X方向的目标自然光。通过控制组件控制ECPS2保持目标自然光的偏振方向为X方向，从而X方向的目标偏振光被偏振片1滤除。
作为一种示例，以第一光学组件和第二光学组件的结构采用图6A所示的结构为例，则光学成像系统的结构参见图11B所示。如下通过图11C和图11D对光学成像系统在AR态或者VR态之间切换示意图。
第一光学组件包括的两个ECPS分别称为ECPS1和ECPS2为例，第一光学组件包括的两个QWP分别称为QWP1和QWP2为例。第一光学组件包括的PDL称为PDL1为例。第二光学组件包括的两个ECPS分别称为ECPS3和ECPS4。第一光学组件包括偏振片1。第二光学组件包括的两个QWP分别称为QWP3和QWP4。第二光学组件包括的PDL称为PDL2为例。第二光学组件还包括偏振片2。光学成像系统还包括第二偏振片，后续实施例以称为偏振片3为例。
如下以表6所描述的各个组件的光转换关系为例，对控制组件控制光学成像系统处于AR态进行描述。
表6
Figure BDA0003214350250000241
如下对光学成像系统在控制组件的控制下使得光学成像系统处于AR态进行描述。一些实施例中，控制组件在AR态可以控制光学成像系统成像在近焦面或者成像在远焦面。参见图11C所示，以光学成像系统在AR态成像在远焦面进行描述。
首先，AR投影组件将目标显示光输入到第二光学组件。需要说明的是，目标显示光是偏振光。远焦面需要PDL具有正光焦度，则PDL2需要输入右旋圆偏振光。以投影组件输入的目标显示光为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图11C中(a)所示，控制组件控制ECPS3处于加电状态，从而ECPS3在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS3透射后将目标显示光由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP3后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL2后，具有正光焦度，并且输出的目标显示光转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL2后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标显示光的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标显示光经过QWP4后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP4后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS4保持Y方向的目标显示光的偏振方向，以及保持X方向的杂散偏振光的偏振方向。由于偏振片2的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标显示光。
其次，目标自然光通过光学成像系统后，经过两个光学组件后，不会产生发散或者汇聚作用。由于经过第一个光学组件后产生发散作用，经过第二个光学组件后产生聚合作用，从而使得目标自然光经过两个光学组件并未发生发散或者聚合。
示例性的，参见图11C中(b)所示，目标自然光经过偏振片3后，仅透过Y方向的目标自然光，经过偏振片3投射的目标自然光是Y方向的偏振光。参见图11C中(b)所示，由于针对目标自然光需要PDL具有正光焦度，则PDL1需要输入右旋圆偏振光。控制组件控制ECPS1处于未加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后依然是Y方向的线偏振光。然后经过QWP 1后，将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光经过PDL1后，具有负光焦度，并且输出的目标自然光转换为右旋方向的圆偏振光，并且经过PDL1后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标自然光的偏振方向相反，为左旋方向的杂散偏振光。右旋方向的目标自然光经过QWP2后，转换为X方向的线偏振光，而左旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为Y方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于加电状态。处于加电状态的ECPS2将X方向的目标自然光转换为Y方向的目标自然光，而Y方向的杂散偏振光转换为X方向的杂散偏振光。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标自然光。Y方向的目标自然光经过加电的ECPS3后，将目标显示光由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP3后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL2后，具有负光焦度，并且输出的目标显示光转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL2后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标显示光的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标显示光经过QWP4后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP4后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS4透射Y方向的目标显示光，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片2的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标显示光。
从上可以看出，目标自然光经过具有正光焦度的PDL1后，又经过了具有负光焦度的PDL2，从而不会产生发散或者聚合。
参见图11D所示，以光学成像系统在AR态成像在远焦面进行描述。控制组件将图11C所示的实施例中的所有的ECPS的加电或者未加电状态进行反转，则可以实现AR态下成像在远焦面。并且针对自然光并没有增加光焦度，而仅针对目标显示光增加了正光焦度。
如下对光学成像系统在控制组件的控制下使得光学成像系统处于VR态进行描述。控制组件在VR态可以控制光学成像系统成像在近焦面或者成像在远焦面。参见图12A和图12B所示，以光学成像系统在VR态成像在近焦面进行描述。在VR态时，光学成像系统需要控制自然光无法通过第一光学组件和第二光学组件，从而目标自然光不会通过光学成像系统进入到人眼。
参见图12A所示，对光学成像系统在VR态成像在远焦面进行描述。
首先，AR投影组件将目标显示光输入到第二光学组件。远焦面需要PDL2具有正光焦度，则PDL需要输入左旋圆偏振光。以投影组件输入的目标显示光为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图12A中(a)所示，控制组件控制ECPS3处于加电状态，从而ECPS3在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS3透射后将目标显示光由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP3后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL2后，具有正光焦度，并且输出的目标显示光转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL2后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标显示光的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标显示光经过QWP4后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP4后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS4透射Y方向的目标显示光，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片2的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标显示光。
其次，控制组件需要控制ECPS1和ECPS2的开光状态或者说加电与未加电状态，从而使得目标自然光输入到偏振片1的偏振方向与偏振片1的偏振方向正交，从而使得目标自然光被偏振片1阻隔，无法通过。基于此，控制组件可以通过控制ECPS1和ECPS2处于相同的开关状态，比如均处于加电状态或者均处于未加电状态，图12A中以ECPS1和ECPS2均处于加电状态为例。
参见图12A中(b)所示，控制组件控制ECPS1处于加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的目标自然光后，经过ECPS1透射后将目标自然光由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP1后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL1后，输出的目标自然光转换为左旋方向的圆偏振光。左旋方向的目标自然光经过QWP2后，转换为Y方向的线偏振光。控制组件控制ECPS2处于加电状态。处于加电状态的ECPS2将Y方向的目标自然光转换为X方向的目标自然光。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的目标自然光被滤除，从而使得目标自然光被阻隔未进入人眼。需要说明的是，目标自然光在经过PDL1传输后，可能会产生杂散偏振光，产生的部分杂散偏振光在经过第二光学组件时，部分杂散偏振光会被滤除，使得人眼感受不到明显的杂散偏振光。
参见图12B所示，对光学成像系统在VR态成像在近焦面进行描述。控制组件将图12A所示的实施例中的所有的ECPS的加电或者未加电状态进行反转，则可以实现VR态下成像在远焦面。
又一种可能的场景中，本申请可以实现光学成像系统的不同的FOV之间的切换。由于光学系统中显示设备能提供的分辨率是有限的，因此在较小的FOV下，虚像能够有更高的角分辨率，画面更加清晰、细腻，适合阅读和浏览网页等场景；而在较大的FOV下，虽然画面的清晰度有下降，但是大的FOV提供了更好的沉浸感，适合游戏等场景。以支持两个视场角之间切换为例，两个视场角分别称为第一视场角和第二视场角。光学成像系统包括前面所描述的两个光学组件。两个光学组件之间间隔设定距离。光学成像系统还包括汇聚透镜；控制组件通过控制两个光学组件中第一光学组件的第二偏振转换器输出偏振光的偏振方向来控制第一光学组件的透射光组件具有正光焦度，并控制第二光学组件的第二偏振转换器输出偏振光的偏振方向来控制第二光学组件的透射光组件具有负光焦度，使得输入光学成像系统的承载图像信息的光束经过汇聚透镜后成像的视场角为第一视场角；第一光学组件和第二光学组件在光路传输方向上依次放置。
控制组件通过控制第一光学组件的第二偏振转换器输出偏振光的偏振方向来控制第一光学组件的透射光组件具有负光焦度，并控制第二光学组件的第二偏振转换器输出偏振光的偏振方向来控制第二光学组件的透射光组件具有正光焦度，使得输入光学成像系统的承载图像信息的光束经过汇聚透镜后成像的视场角为第一视场角；第一视场角大于第二视场角。
为了便于区分，将两个光学组件分别称为第一光学组件和第二光学组件。第一光学组件包括的两个ECPS分别称为ECPS1和ECPS2为例，第一光学组件包括的两个QWP分别称为QWP1和QWP2为例。第一光学组件包括的PDL称为PDL1为例。第二光学组件包括的两个ECPS分别称为ECPS3和ECPS4。第一光学组件包括偏振片1。第二光学组件包括的两个QWP分别称为QWP3和QWP4。第二光学组件包括的PDL称为PDL2为例。第二光学组件还包括偏振片2。以表4所示的各个组件的光转换关系为例，对控制组件控制光学成像系统处于第一视场角(大视场角)和第二视场角(小视场角)为例。
参见图13A所示，以光学成像系统成像在第二视场角(小视场角)进行描述。
小视场角需要PDL1具有正光焦度，PDL2具有负光焦度，则PDL1需要输入左旋圆偏振光，PDL2需要输入右旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图13A所示，控制组件控制ECPS1处于加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后将目标光束由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP1后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL后，具有正光焦度，对输入右旋圆偏振光进行汇聚处理，并且输出的目标光束转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光(图13A中简称为杂散光)。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光(图13A中简称为杂散光)。左旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS2透射Y方向的目标光束，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片1的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。Y方向的目标光束经过设定距离的传输后，光束的直径逐渐变小，并进入到第二光学组件。由于需要PDL2具有负光焦度，则需要PDL输入右旋圆偏振光。参见图13A所示，控制组件控制ECPS3处于未加电状态，从而ECPS3在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后依然是Y方向的线偏振光。然后经过QWP 3后，将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光经过PDL2后，具有负光焦度，对输入左旋圆偏振光进行发散处理，在PDL1经过汇聚处理，然后在PDL2经过发散处理，光束恢复平行传输。PDL2还将左旋圆偏振光转换为右旋方向的圆偏振光，并且经过PDL2后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为左旋方向的杂散偏振光。右旋方向的目标光束经过QWP4后，转换为X方向的线偏振光，而左旋方向的杂散偏振光经过QWP4后，转换为Y方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS4处于加电状态。处于加电状态的ECPS4将X方向的目标光束转换为Y方向的目标光束，而Y方向的杂散偏振光转换为X方向的杂散偏振光。由于偏振片2的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。目标光束通过汇聚透镜投射后汇聚在人眼，从而实现光学成像系统成像的视场角为第一视场角。
大视场角需要PDL1具有负光焦度，PDL2具有正光焦度，则PDL1需要输入右旋圆偏振光，PDL2需要输入左旋圆偏振光。以显示屏输入的目标光束为线偏振光且偏振方向为Y方向为例。参见图13B所示，控制组件控制ECPS1处于未加电状态，从而ECPS1在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS1透射后依然是Y方向的线偏振光。然后经过QWP 1后，将Y方向的线偏振光转换为左旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光经过PDL1后，具有负光焦度，目标光束直径被增大，输出的目标光束转换为右旋方向的圆偏振光，并且经过PDL后产生杂散偏振光(图13B中简称为杂散光)。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为左旋方向的杂散偏振光。右旋方向的目标光束经过QWP2后，转换为X方向的线偏振光，而左旋方向的杂散偏振光经过QWP2后，转换为Y方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS2处于加电状态。处于加电状态的ECPS2将X方向的目标光束转换为Y方向的目标光束，而Y方向的杂散偏振光转换为X方向的杂散偏振光。由于第一偏振片的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。Y方向的目标光束经过设定距离的传输后，光束的直径逐渐减小并进入到第二光学组件。第二光学组件中需要PDL2具有负光焦度，则PDL2需要输入左旋圆偏振光。控制组件控制ECPS3处于加电状态，从而ECPS3在输入Y方向的线偏振光后，经过ECPS3透射后将目标光束由Y方向的线偏振光转换为X方向的线偏振光。然后经过QWP3后，将X方向的线偏振光转换为右旋圆偏振光，然后右旋圆偏振光经过PDL2后，具有正光焦度，并且将目标光束转换为左旋方向的圆偏振光，并且经过PDL2后产生杂散偏振光。杂散偏振光与目标光束的偏振方向相反，为右旋方向的杂散偏振光。左旋方向的目标光束经过QWP4后，转换为Y方向的线偏振光，而右旋方向的杂散偏振光经过QWP4后，转换为X方向的杂散偏振光。控制组件控制ECPS4处于未加电状态。处于未加电状态的ECPS4透射Y方向的目标光束，以及透射X方向的杂散偏振光。由于偏振片2的透射方向是Y方向，因此X方向的杂散偏振光被滤除，输出Y方向的目标光束。
基于上述内容和相同的技术构思，本申请实施例还提供一种控制方法，该控制方法应用于可穿戴设备。
情形1，可穿戴设备处于近焦面或者远焦面状态。可穿戴设备包括光学组件，光学组件包括状态调节组件和杂散偏振光消除组件。参见图14所示：
1401，接收承载图像信息的偏振光，并输入状态调节组件。
1402，当可穿戴设备的近焦面状态开启时，控制状态调节组件对输入的偏振光进行发散处理，使得状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光；第一杂散偏振光与第一目标偏振光的偏振方向正交。
1403，控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并输出第一目标偏振光。
参见图15所示：
1501，接收承载图像信息的偏振光，并输入状态调节组件。
1502，当可穿戴设备的远焦面状态开启时，控制状态调节组件对输入的偏振光进行汇聚处理，使得状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光；第二杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交；
1503，控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并输出第二目标偏振光；
其中，第一目标偏振光与第二目标偏振光正交。
一种可能的实施方式中，杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，第一偏振片仅透射第一偏振方向的偏振光；第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第一偏振方向；
在执行控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向时，可以通过如下方式实现：控制第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除第一杂散偏振光；在执行控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，时可以通过如下方式实现：控制第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向，使得第一偏振片消除第二杂散偏振光。
另一种可能的实施方式中，杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，第一偏振片仅透射第二偏振方向的偏振光；第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第一偏振方向；
控制杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，可以通过如下方式实现：控制第二偏振转换器转换状态调节组件输出的第一目标偏振光的偏振方向为第二偏振方向，以及转换状态调节组件输出的第一杂散偏振光的偏振方向为第一偏振方向，使得第一偏振片消除第一杂散偏振光。
控制杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，通过如下方式实现：控制第二偏振转换器保持状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除第二杂散偏振光。
情形2，可穿戴设备处于AR状态或者VR状态。所述可穿戴设备在光路传播方向上依次包括第一光学组件、光波导和第二光学组件；所述第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，所述第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件。
参见图16所示，可穿戴设备处于VR状态。
1601，接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入所述第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并通过所述光波导输入所述第二光学组件。
1602，当所述可穿戴设备的虚拟现实VR状态开启时，控制所述第一状态调节组件在输入所述第一偏振光时输出第一目标偏振光；
1603，控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第一目标偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第一目标偏振光，以防止所述第一目标偏振光通过所述光波导输入到所述第二光学组件；
1604，控制所述第二状态调节组件在输入所述第二偏振光时输出第二目标偏振光和第一杂散偏振光，所述第二状态调节组件在输出第二目标偏振光时还产生第一杂散偏振光，所述第一杂散偏振光与所述第二目标偏振光的偏振方向正交；
1605，控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第一杂散偏振光，并输出所述第二目标偏振光。
参见图17所示，可穿戴设备处于AR状态。
1701，接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入所述第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并输入第二光学组件；
1702，当所述可穿戴设备的增强现实AR状态开启时，控制所述第一状态调节组件在输入所述第一偏振光时输出第三目标偏振光和第二杂散偏振光；所述第二杂散偏振光与所述第三目标偏振光的偏振方向正交；
1703，控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第二杂散偏振光，并通过所述光波导向所述第二光学组件输出所述第三目标偏振光；
1704，控制所述第二状态调节组件在输入第三偏振光时输出第四目标偏振光和第三杂散偏振光；所述第三偏振光包括所述第三目标偏振光和所述第二偏振光；所述第三杂散偏振光与所述第四目标偏振光的偏振方向正交；
1705，控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第三杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第三杂散偏振光，并输出所述第四目标偏振光。
情形2，可穿戴设备处于大FOV状态或者小FOV状态。可穿戴设备包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件与第二光学组件耦合且第一光学组件与第二光学组件间隔设定距离，第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件。
参见图18所示：可穿戴设备处于大FOV(第一视场角)状态。
1801，接收承载图像信息的偏振光，并输入第一光学组件。
1802，当可穿戴设备的第一视场角状态开启时，控制第一状态调节组件对偏振光进行发散处理，使得第一状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光，第一杂散偏振光与第一目标偏振光的偏振方向正交。
1803，控制第一杂散偏振光消除组件调整第一杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第一杂散偏振光，并向第二光学组件输出第一目标偏振光。
1804，控制第二状态调节组件对第一目标偏振光进行汇聚处理，使得第二状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光，第二杂散偏振光与第二目标偏振光的偏振方向正交。
1805，控制第二杂散偏振光消除组件调整第二杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第二杂散偏振光，并输出第二目标偏振光。
参见图19所示：可穿戴设备处于小FOV(第二视场角)状态。
1901，接收承载图像信息的偏振光，并输入第一光学组件；
1902，当可穿戴设备的第二视场角状态开启时，控制第一状态调节组件对偏振光进行汇聚处理，使得第一状态调节组件输出第三目标偏振光和第三杂散偏振光，第三杂散偏振光与第三目标偏振光的偏振方向正交；
1903，控制第一杂散偏振光消除组件调整第三杂散偏振光的偏振方向，以使得第一杂散偏振光消除组件消除第三杂散偏振光，并向第二光学组件输出第三目标偏振光；
1904，控制第二状态调节组件对第三目标偏振光进行发散处理，使得第二状态调节组件输出第四目标偏振光和第四杂散偏振光，第四杂散偏振光与第四目标偏振光的偏振方向正交；
1905，控制第二杂散偏振光消除组件调整第四杂散偏振光的偏振方向，以使得第二杂散偏振光消除组件消除第四杂散偏振光，并输出第四目标偏振光。
本申请的实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现，也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于头戴式显示设备或终端设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于头戴式显示设备或终端设备中。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机程序或指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序或指令时，全部或部分地执行本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、网络设备、用户设备或者其它可编程装置。所述计算机程序或指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机程序或指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是集成一个或多个可用介质的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；也可以是光介质，例如，数字视频光盘(digital video disc，DVD)；还可以是半导体介质，例如，固态硬盘(solid state drive，SSD)。
在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。在本申请的文字描述中，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。在本申请的公式中，字符“/”，表示前后关联对象是一种“相除”的关系。本申请中，符号“(a，b)”表示开区间，范围为大于a且小于b；“[a，b]”表示闭区间，范围为大于或等于a且小于或等于b；“(a，b]”表示半开半闭区间，范围为大于a且小于或等于b；“(a，b]”表示半开半闭区间，范围为大于a且小于或等于b。另外，在本申请中，“示例的”一词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。或者可理解为，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念，并不对本申请构成限定。
可以理解的是，在本申请中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。术语“第一”、“第二”等类似表述，是用于分区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的方案进行示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种光学成像系统，其特征在于，包括光学组件和控制组件，所述光学组件包括状态调节组件和杂散偏振光消除组件；
所述状态调节组件，用于在所述控制组件的控制下对输入的偏振光进行光束状态调节输出目标偏振光和杂散偏振光，所述杂散偏振光与所述目标偏振光的偏振方向正交；
所述杂散偏振光消除组件，用于接收所述目标偏振光和所述杂散偏振光，并在所述控制组件的控制下调整所述杂散偏振光的偏振方向，以消除所述杂散偏振光并输出所述目标偏振光。
2.如权利要求1所述的光学成像系统，其特征在于，所述杂散偏振光消除组件包括第一偏振转换器和第一偏振片，所述第一偏振片仅透射第一偏振方向的偏振光；
所述控制组件，具体用于：
在所述状态调节组件调节输出的所述目标偏振光具有第一偏振方向且所述杂散偏振光具有第二偏振方向时，控制所述第一偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，
在所述状态调节组件调节输出的所述目标偏振光具有第二偏振方向且所述杂散偏振光具有第一偏振方向时，控制所述第一偏振转换器转换所述状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为所述第一偏振方向，且转换所述状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为所述第二偏振方向；
其中，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向正交，所述第一偏振转换器为向列相液晶盒、正交排列VA液晶盒、平板转换IPS液晶盒、电控扭曲向列型TN液晶盒、电控非线性晶体或者电控铁电液晶盒中任一项。
3.如权利要求2所述的光学成像系统，其特征在于，所述控制组件，具体用于：
控制所述第一偏振转换器处于未加电状态，使得所述第一偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，
控制所述第一偏振转换器处于加电状态，使得所述第一偏振转换器转换所述状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为所述第一偏振方向，且转换所述状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为所述第二偏振方向。
4.如权利要求2所述的光学成像系统，其特征在于，所述控制组件，具体用于：
控制所述第一偏振转换器处于加电状态，使得所述第一偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；或者，
控制所述第一偏振转换器处于未加电状态，使得所述第一偏振转换器转换所述状态调节组件输出的目标偏振光的偏振方向为所述第一偏振方向，且转换所述状态调节组件输出的杂散偏振光的偏振方向为所述第二偏振方向。
5.如权利要求1-4任一项所述的光学成像系统，其特征在于，所述状态调节组件包括第二偏振转换器和透射光组件；其中，
所述控制组件，具体用于控制所述第二偏振转换器对输入的偏振光的偏振方向进行调整，使得所述透射光组件输出的目标偏振光具有第三偏振方向或者具有第四偏振方向；
其中，所述第三偏振方向与所述第四偏振方向正交。
6.如权利要求5所述的光学成像系统，其特征在于，所述透射光组件，具体用于在所述控制组件的控制下对输入的偏振光进行发散或者汇聚。
7.如权利要求5或6所述的光学成像系统，其特征在于，所述透射光组件在光线传播方向上依次包括第一1/4波片、偏振透镜和第二1/4波片，所述偏振透镜为液晶透镜、液晶几何相位透镜、超表面偏振透镜或者超表面几何相位透镜中任一项。
8.如权利要求7所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一1/4波片的快轴光轴与所述第二1/4波片的快轴光轴重合；
所述控制组件，具体用于控制所述第二偏振转换器与所述第一偏振转换器的使能状态相反。
9.如权利要求7或8所述的光学成像系统，其特征在于，所述第一1/4波片的快轴光轴与所述第二1/4波片的快轴光轴正交；
所述控制组件，具体用于控制所述第二偏振转换器与所述第一偏振转换器的使能状态相同。
10.如权利要求5-9任一项所述的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统包括N个所述光学组件，N为正整数；所述光学成像系统支持成像在至多2N个光焦面中的任一个光焦面；
所述控制组件，具体用于控制N个所述光学组件分别包括的所述状态调节组件输出的所述目标偏振光的光束状态，以使所述光学成像系统成像的光焦面在所述至多2N个光焦面中切换。
11.如权利要求1-9任一项所述的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统包括至少两个所述光学组件，两个所述光学组件之间间隔设定距离；所述光学成像系统支持第一视场角和第二视场角；所述光学成像系统还包括汇聚透镜；
所述控制组件，具体用于通过控制所述两个光学组件中第一光学组件包括的所述状态调节组件具有负的光焦度，以及控制所述两个光学组件中第二光学组件包括的所述状态调节组件具有正的光焦度，使得输入所述光学成像系统的承载图像信息的偏振光经过所述汇聚透镜后成像的视场角为第一视场角；所述第一光学组件和所述第二光学组件在光路传播方向上依次放置；
或者，具体用于通过控制所述两个光学组件中第一光学组件包括的所述状态调节组件具有正的光焦度，以及控制所述两个光学组件中第二光学组件包括的所述状态调节组件具有负的光焦度，使得输入所述光学成像系统的承载图像信息的偏振光经过所述汇聚透镜后成像的视场角为第二视场角；所述第一视场角大于所述第二视场角。
12.如权利要求1-9任一项所述的光学成像系统，其特征在于，所述光学成像系统包括至少两个所述光学组件，所述光学成像系统还包括第二偏振片，所述第二偏振片与所述两个光学组件中的第一光学组件耦合，所述第一光学组件与所述两个光学组件中的第二光学组件通过光波导耦合；所述第一光学组件、光波导、第二光学组件在光路传播方向上依次放置；
所述光学成像系统支持的工作状态包括支持AR态和VR态；
所述光学成像系统还包括：
投影组件，用于将图像的偏振光通过所述光波导输入到所述第二光学组件；
第二偏振片，用于将输入的自然光转换为偏振光，输入到所述第一光学组件；
所述控制组件，具体用于：
通过控制所述第一光学组件处于工作状态以及控制所述第二光学组件处于工作状态，使得所述光学成像系统处于AR态；或者，通过控制所述第一光学组件处于非工作状态以及控制所述第二光学组件处于工作状态，使得所述光学成像系统处于VR态；
其中，所述第一光学组件处于非工作状态时，所述第一光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除目标偏振光；所述第一光学组件处于工作状态时，所述第一光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除所述杂散偏振光；所述第二光学组件处于工作状态时，所述第二光学组件的杂散偏振光消除组件用于消除所述杂散偏振光。
13.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备包括光学组件，所述光学组件包括状态调节组件和杂散偏振光消除组件；
接收承载图像信息的偏振光，并输入所述状态调节组件；
当所述可穿戴设备的近焦面状态开启时，控制所述状态调节组件对输入的偏振光进行发散处理，使得所述状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光；所述第一杂散偏振光与所述第一目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，以使得所述杂散偏振光消除组件消除所述第一杂散偏振光，并输出所述第一目标偏振光；
当所述可穿戴设备的远焦面状态开启时，控制所述状态调节组件对输入的偏振光进行汇聚处理，使得所述状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光；所述第二杂散偏振光与所述第二目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，以使得所述杂散偏振光消除组件消除所述第二杂散偏振光，并输出所述第二目标偏振光；
其中，所述第一目标偏振光与所述第二目标偏振光正交。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，所述第一偏振片仅透射第一偏振方向的偏振光；所述第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，所述第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第二偏振方向；
所述控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除所述第一杂散偏振光；
所述控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器转换所述状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换所述状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向，使得第一偏振片消除所述第二杂散偏振光。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述杂散偏振光消除组件包括第二偏振转换器和第一偏振片，所述第一偏振片仅透射第二偏振方向的偏振光；所述第一杂散偏振光具有第二偏振方向且第一目标偏振光具有第一偏振方向，所述第二杂散偏振光具有第一偏振方向且第二目标偏振光具有第二偏振方向；
所述控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器转换所述状态调节组件输出的第一目标偏振光的偏振方向为第二偏振方向，以及转换所述状态调节组件输出的第一杂散偏振光的偏振方向为第一偏振方向，使得第一偏振片消除所述第一杂散偏振光；
所述控制所述杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，使得第一偏振片消除所述第二杂散偏振光。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，控制所述第二偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器处于加电状态，使得所述第二偏振转换器保持所述状态调节组件输出的偏振光的偏振方向；
控制所述第二偏振转换器转换所述状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换所述状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向，包括：
控制所述第二偏振转换器处于未加电状态，使得所述第二偏振转换器转换所述状态调节组件输出的第二目标偏振光的偏振方向为第一偏振方向，以及转换所述状态调节组件输出的第二杂散偏振光的偏振方向为第二偏振方向。
17.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备在光路传播方向上依次包括第一光学组件、光波导和第二光学组件；所述第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，所述第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；
接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入所述第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并通过所述光波导输入所述第二光学组件；
当所述可穿戴设备的虚拟现实VR状态开启时，控制所述第一状态调节组件在输入所述第一偏振光时输出第一目标偏振光；
控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第一目标偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第一目标偏振光，以防止所述第一目标偏振光通过所述光波导输入到所述第二光学组件；
控制所述第二状态调节组件在输入所述第二偏振光时输出第二目标偏振光和第一杂散偏振光，所述第二状态调节组件在输出第二目标偏振光时还产生第一杂散偏振光，所述第一杂散偏振光与所述第二目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第一杂散偏振光，并输出所述第二目标偏振光。
18.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备在光路传播方向上依次包括第一光学组件、光波导和第二光学组件；所述第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，所述第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；
接收经过自然光转换得到的第一偏振光，并输入所述第一光学组件，以及接收承载图像信息的第二偏振光，并输入第二光学组件；
当所述可穿戴设备的增强现实AR状态开启时，控制所述第一状态调节组件在输入所述第一偏振光时输出第三目标偏振光和第二杂散偏振光；所述第二杂散偏振光与所述第三目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第二杂散偏振光，并通过所述光波导向所述第二光学组件输出所述第三目标偏振光；
控制所述第二状态调节组件在输入第三偏振光时输出第四目标偏振光和第三杂散偏振光；所述第三偏振光包括所述第三目标偏振光和所述第二偏振光；所述第三杂散偏振光与所述第四目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第三杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第三杂散偏振光，并输出所述第四目标偏振光。
19.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备包括第一光学组件和第二光学组件，所述第一光学组件与所述第二光学组件耦合且所述第一光学组件与所述第二光学组件间隔设定距离，所述第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，所述第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；
接收承载图像信息的偏振光，并输入所述第一光学组件；
当所述可穿戴设备的第一视场角状态开启时，控制所述第一状态调节组件对所述偏振光进行发散处理，使得所述第一状态调节组件输出第一目标偏振光和第一杂散偏振光，所述第一杂散偏振光与所述第一目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第一杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第一杂散偏振光，并向所述第二光学组件输出所述第一目标偏振光；
控制所述第二状态调节组件对所述第一目标偏振光进行汇聚处理，使得所述第二状态调节组件输出第二目标偏振光和第二杂散偏振光，所述第二杂散偏振光与所述第二目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第二杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第二杂散偏振光，并输出所述第二目标偏振光。
20.一种控制方法，其特征在于，所述方法应用于可穿戴设备，所述可穿戴设备包括第一光学组件和第二光学组件，所述第一光学组件与所述第二光学组件耦合且所述第一光学组件与所述第二光学组件间隔设定距离，所述第一光学组件包括第一状态调节组件和第一杂散偏振光消除组件，所述第二光学组件包括第二状态调节组件和第二杂散偏振光消除组件；
接收承载图像信息的偏振光，并输入所述第一光学组件；
当所述可穿戴设备的第二视场角状态开启时，控制所述第一状态调节组件对所述偏振光进行汇聚处理，使得所述第一状态调节组件输出第三目标偏振光和第三杂散偏振光，所述第三杂散偏振光与所述第三目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第一杂散偏振光消除组件调整所述第三杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第一杂散偏振光消除组件消除所述第三杂散偏振光，并向所述第二光学组件输出所述第三目标偏振光；
控制所述第二状态调节组件对所述第三目标偏振光进行发散处理，使得所述第二状态调节组件输出第四目标偏振光和第四杂散偏振光，所述第四杂散偏振光与所述第四目标偏振光的偏振方向正交；
控制所述第二杂散偏振光消除组件调整所述第四杂散偏振光的偏振方向，以使得所述第二杂散偏振光消除组件消除所述第四杂散偏振光，并输出所述第四目标偏振光。
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