CN116413921A - 用于减少头戴式显示器中的波导反射的偏振机构 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于减少头戴式显示器中的波导反射的偏振机构。一种用于头戴式设备的偏振机构，该偏振机构包括线性偏振膜和波片膜，该波片膜被配置成在环境光被波导引导到用户的眼睛之前使环境光偏振。波片膜还被配置成接收离开波导的所偏振的环境光的反射，并且使反射在圆方向上偏振，使得反射在第一线性方向上偏振。然后，线性偏振膜从波片膜接收在第一线性方向上偏振的反射，并且使反射在垂直于第一线性方向的第二线性方向上偏振。

Description

用于减少头戴式显示器中的波导反射的偏振机构

技术领域

本公开涉及用于减少头戴式显示器中的波导反射的偏振机构。

背景技术

在一些头戴式显示器内，波导用于将光从光学引擎引导到用户的眼睛，以便向用户显示一个或多个图像。为此，这些波导通常由至少部分反射的材料(诸如高折射率玻璃或高折射率光学塑料)形成。另外，这种波导通常具有包括两个相背的平坦表面的平面形状。由于这些波导的材料和平面形状，来自HWD外部的环境光(例如，阳光、室内照明、室外照明)通常从波导的表面朝向用户或朝向用户周围的那些人与物(those around the user)反射，从而给用户和他们周围的那些人与物产生刺眼体验(jarring experience)，并且负面地影响用户体验。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种用于在头戴式显示器中使光偏振的方法，该方法包括：使在头戴式设备(HWD)处接收到的光在第一线性方向上线性偏振；使在所述第一线性方向上偏振的所述光在第一圆方向上圆偏振；以及使从所述HWD的波导反射离开的、在所述第一圆方向上偏振的所述光的反射圆偏振，使得所述光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上偏振。

本公开的另一个方面涉及一种用于头戴式设备(HWD)的偏振机构，该偏振机构包括：波导；四分之一波片，所述四分之一波片被配置成接收离开所述波导的反射，并使所述反射在圆方向上偏振，使得所述反射在第一线性方向上偏振；以及线性偏振器，所述线性偏振器被配置成接收在所述第一线性方向上偏振的所述反射，并且吸收在所述第一线性方向上偏振的所述反射。

本公开的再一个方面涉及一种光学组合器，其包括：波导；线性偏振器，所述线性偏振器被配置成使光在第一线性方向上线性偏振；以及四分之一波片，所述四分之一波片被配置成：使在所述第一线性方向上偏振的所述光在第一圆方向上圆偏振；以及使从所述波导反射离开的、在所述第一圆方向上偏振的所述光的反射圆偏振，使得所述光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上偏振。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开，并且使本公开的许多特征和优点对于本领域技术人员是显而易见的。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。

图1是根据一些实施例的容纳被配置成朝向用户的眼睛投影图像的激光投影仪系统的示例显示系统的图。

图2是示出根据一些实施例的经由激光将图像直接投影到用户的眼睛上的激光投影系统的图。

图3是示出根据实施例的示例波导出射光瞳扩展系统的图。

图4是示出根据一些实施例的包括激光投影系统的头戴式显示器(HWD)的部分透明视图的图。

图5是根据一些实施例的使用着色膜减少反射光的偏振机构的框图。

图6是根据一些实施例的使用偏振膜减少反射光的偏振机构的框图。

图7是根据一些实施例的使用偏振膜减少反射光的对称偏振机构的框图。

图8是根据一些实施例的空间选择性偏振机构的等距视图。

图9是呈现了根据一些实施例的空间选择性偏振机构的图。

具体实施方式

一些头戴式显示器(HWD)(例如，增强现实头戴式设备)被设计成看起来像眼镜，其中透镜中的至少一个包含波导以将光引导到用户的眼睛。透镜和波导的组合被称为“光学组合器”、“光学组合器透镜”或两者。这样的波导形成例如出射光瞳扩展器(EPE)和出耦合器，其形成光并将光引导到用户的眼睛。例如，波导形成被配置成将接收到的光朝向用户的眼睛引导的出耦合器。HWD通常具有被设计为佩戴在用户眼睛前方的框架，以允许用户查看他们的环境和从组合器投影的计算机生成的内容。典型HWD的功能所必需的部件，诸如例如，用于投影计算机生成的内容(例如，表示一个或多个图像的光)的光学引擎、用于精确定位物理位置的相机、用于跟踪用户眼睛的移动的相机、用于为光学引擎供电的处理器以及电源，通常容纳在HWD的框架内。由于HWD框架具有要容纳这些部件的有限容积，因此期望这些部件尽可能小并且被配置成在非常小的空间容积中与其它部件相互作用。

此外，一些HWD包括具有至少部分反射的表面的波导。例如，一些波导包括由至少部分反射的塑料模制零件、塑料成形零件、塑料压花零件、玻璃、高折射率玻璃等形成的表面。因为一些波导的表面是至少部分反射的，所以来自HWD外部的环境光(例如，阳光、室内照明、室外照明)通常在远离用户并朝向用户周围的那些人与物的方向上反射离开波导的表面，从而为用户周围的那些人与物产生刺眼体验。另外，来自HWD外部的环境光通常从波导的表面朝向用户的眼睛反射，从而为用户产生类似的刺眼体验并且负面地影响用户体验。

为了帮助最小化这种反射，本文公开的一些系统和技术涉及在HWD的光学组合器中实现的偏振机构，该光学组合器具有面向眼睛侧(例如，光学组合器的面向用户的一侧)和面向世界侧(例如，光学组合器的背离用户的一侧)。这种偏振机构包括具有波导、四分之一波片(例如，四分之一波片膜)和线性偏振器(例如，线性偏振膜)的光学组合器。在光学组合器内，例如，线性偏振器设置在光学组合器的面向世界侧，波导设置在光学组合器的面向眼睛侧，并且四分之一波片设置在线性偏振器和波导之间。为了帮助减少在HWD中来自环境光的反射，光学组合器的线性偏振器被配置成接收来自HWD外部的环境光(例如，在光学组合器的面向世界侧处接收的环境光)并且在第一线性方向上偏振环境光。然后，线性偏振器被配置成将线性偏振的环境光(例如，在第一线性方向上偏振的环境光)提供给四分之一波片，该四分之一波片被配置成使线性偏振的环境光在圆方向上偏振并将圆偏振的光提供给波导。当圆偏振的环境光的部分在远离用户的方向上(例如，朝向光学组合器的面向世界侧)反射离开波导的表面时，反射部分穿过四分之一波片并且再次被圆偏振。因为环境光在从波导反射之前在先前是圆偏振的，所以将反射光圆偏振会导致反射光在垂直于第一线性方向的第二线性方向上线性偏振。然后，线性偏振的反射光在将其吸收的线性偏振膜处被接收(例如，其不穿过线性偏振膜)。以这种方式，减少了波导朝向用户周围的那些人与物反射，从而改善了用户体验。

另外，本文讨论的一些系统和技术涉及在HWD的光学组合器中实现的对称偏振机构。对称偏振机构包括光学组合器，其进一步具有第二线性偏振器(例如，线性偏振膜)和第二四分之一波片(例如，四分之一波片膜)。第二线性偏振器设置在光学组合器的面向眼睛侧处，并且第二四分之一波片设置在第二线性偏振器和波导之间。为了减少指向用户的环境光的反射，第二线性偏振器被配置成接收来自HWD外部的环境光(例如，在光学组合器的面向眼睛侧处接收的环境光)并且在第一线性方向上偏振环境光。然后，第二线性偏振器被配置成将线性偏振的环境光(例如，在第一线性方向上偏振的环境光)提供给第二四分之一波片，该第二四分之一波片被配置成使线性偏振的环境光在圆方向上偏振并且将圆偏振的环境光提供给波导。当圆偏振的环境光的部分在朝向用户的方向上(例如，朝向光学组合器的面向眼睛侧)反射离开波导的表面时，反射部分穿过四分之一波片并且再次被圆偏振，使得反射部分在垂直于第一线性方向的第二线性方向上偏振。线性偏振的反射部分(例如，在第二线性方向上线性偏振的反射部分)然后在将其吸收的第二线性偏振膜处被接收(例如，这些部分不穿过第二线性偏振膜)。以这种方式，减少了波导朝向用户的反射，从而改善了用户体验。

图1示出了具有支撑结构102的示例显示系统100，该支撑结构102包括臂104，该臂104容纳激光投影系统，该激光投影系统被配置成朝向用户的眼睛投影图像，使得用户将投影图像感知为显示在透镜元件108、110中的一者或两者处的显示器的视场(FOV)区域106中。在所描绘的实施例中，显示系统100是眼镜显示器，该眼镜显示器包括被配置成佩戴在用户的头部上的支撑结构102，并且具有眼镜(例如，太阳镜)框架的一般形状和外观。支撑结构102包含或以其它方式包括各种部件以促进此类图像朝向用户的眼睛的投影，诸如激光投影仪、光学扫描仪和波导。在一些实施例中，支撑结构102还包括各种传感器，诸如一个或多个前置相机、后置相机、其它光传感器、运动传感器、加速度计等。支撑结构102还可以包括一个或多个射频(RF)接口或其它无线接口，诸如蓝牙(TM)接口、Wi-Fi接口等。此外，在一些实施例中，支撑结构102进一步包括用于将电力供应到显示系统100的电组件的一个或多个电池或其它便携式电源。在一些实施例中，显示系统100的这些部件中的一些或全部被完全或部分地包含在支撑结构102的内部容积内，诸如在支撑结构102的区域112中的臂104内。应当注意，虽然描绘了示例形状因子，但是应当理解，在其它实施例中，显示系统100可以具有与图1中描绘的眼镜框架不同的形状和外观。

显示系统100使用透镜元件108、110中的一者或两者来提供增强现实(AR)显示，其中所渲染的图形内容可以叠加在用户通过透镜元件108、110感知到的现实世界视图上或以其它方式结合该现实世界视图来提供。例如，用于形成可感知图像或一系列图像的激光可以由显示系统100的激光投影仪经由一系列光学元件(诸如至少部分地形成在对应透镜元件中的波导、一个或多个扫描镜以及一个或多个光学中继器)投影到用户的眼睛上。因此，透镜元件108、110中的一者或两者包括波导的至少一部分，该波导的至少一部分使得由波导的入耦合器接收的显示光路由到波导的出耦合器，该波导的出耦合器朝向显示系统100的用户的眼睛输出显示光。显示光被调制并扫描到用户的眼睛上，使得用户将显示光感知为图像。另外，透镜元件108、110中的每一个足够透明以允许用户透视透镜元件，从而提供用户的真实世界环境的视场，使得图像看起来叠加在真实世界环境的至少一部分上。

在一些实施例中，投影仪是基于数字光处理的投影仪、扫描激光投影仪、或者诸如激光器或一个或多个LED的调制光源以及诸如一个或多个动态扫描仪或数字光处理器的动态反射器机构的任何组合。在一些实施例中，投影仪包括多个激光二极管(例如，红色激光二极管、绿色激光二极管，和/或蓝色激光二极管)和至少一个扫描镜(例如，两个一维扫描镜，其可以是基于微机电系统(MEMS)或基于压电的)。投影仪通信地耦合到控制器和存储处理器可执行指令和其它数据的非暂时性处理器可读存储介质或存储器，该处理器可执行指令和其它数据在由控制器执行时使控制器控制投影仪的操作。在一些实施例中，控制器控制投影仪的扫描区域大小和扫描区域位置，并且通信地耦合到生成要在显示系统100处显示的内容的处理器(未示出)。投影仪在显示系统100的指定为FOV区域106的可变区域上扫描光。扫描区域大小对应于FOV区域106的大小，并且扫描区域位置对应于透镜元件108、110中的一个透镜元件的在其处所述FOV区域106对用户可见的区域。通常，期望显示器具有宽FOV以适应跨宽角度范围的光的出耦合。在本文中，将能够看到显示器的不同用户眼睛位置的范围称为显示器的视窗(eyebox)。

在一些实施例中，投影仪经由第一和第二扫描镜、设置在第一和第二扫描镜之间的光学中继器以及设置在第二扫描镜的输出处的波导来路由光。在一些实施例中，波导的出耦合器的至少一部分可以与FOV区域106重叠。下面更详细地描述这些方面。

图2示出了经由激光将图像直接投影到用户的眼睛上的激光投影系统200的简化框图。激光投影系统200包括光学引擎202、光学扫描仪204和波导205。光学扫描仪204包括第一扫描镜206、第二扫描镜208和光学中继器210。波导205包括入耦合器212和出耦合器214，在本示例中，出耦合器214与用户的眼睛216光学对准。在一些实施例中，激光投影系统200在可佩戴平视显示器或其它显示系统(诸如图1的显示系统100)中实现。

光学引擎202包括被配置成生成和输出激光218(例如，诸如红色、蓝色和绿色激光的可见激光和/或诸如红外激光的不可见激光)的一个或多个激光光源。在一些实施例中，光学引擎202耦合到驱动器或其它控制器(未示出)，其根据由控制器或驱动器从耦合到其的计算机处理器接收的指令来控制从光学引擎202的激光光源的激光发射的定时，以调制激光218，从而在输出到用户的眼睛216的视网膜时被感知为图像。

例如，在激光投影系统200的操作期间，具有分别不同波长的多个激光光束由光学引擎202的激光光源输出，然后经由光束组合器(未示出)组合，然后被引导到用户的眼睛216。光学引擎202调制激光光束的相应强度，使得组合的激光反射图像的一系列像素，其中每个激光光束在任何给定时间点的特定强度有助于像素中的对应颜色含量和亮度的量由此时的组合的激光表示。

在一些实施例中，光学扫描仪204的扫描镜206和208中的一者或两者是MEMS镜。例如，扫描镜206和扫描镜208是MEMS镜，其由相应的致动电压驱动以在激光投影系统200的主动操作期间振荡，从而使扫描镜206和208扫描激光218。扫描镜206的振荡使得由光学引擎202输出的激光218被扫描通过光学中继器210并且跨过第二扫描镜208的表面。第二扫描镜208朝向波导205的入耦合器212扫描从扫描镜206接收的激光218。在一些实施例中，扫描镜206沿着第一扫描轴219振荡，使得激光218仅在一个维度上(即，在一条线上)扫描跨过第二扫描镜208的表面。在一些实施例中，扫描镜208沿着第二扫描轴221振荡或以其它方式旋转。在一些实施例中，第一扫描轴219垂直于第二扫描轴221。

在一些实施例中，入耦合器212具有基本上矩形的轮廓，并且被配置成接收激光218并将激光218引导到波导205中。入耦合器212由较小尺寸(即，宽度)和较大正交尺寸(即，长度)限定。在实施例中，光学中继器210是线扫描光学中继器，其接收由第一扫描镜206在第一维度(例如，对应于入耦合器212的小维度的第一维度)上扫描的激光218，将激光218路由到第二扫描镜208，并且在朝向第二扫描镜208之后的出射光瞳的第一维度上的激光218中引入会聚。在本文中，光学系统中的“出射光瞳”是指沿着光路的位置，光束在该位置处相交。例如，在由第一扫描镜206反射之后，激光218的可能光路最初沿着第一扫描轴散开，但是稍后由于由光中继器210引入的会聚，这些光路在第二扫描镜208之外的出射光瞳处相交。例如，给定出射光瞳的宽度(即，最小尺寸)大致对应于该出射光瞳所对应的激光的直径。因此，出射光瞳可以被认为是“虚拟孔径”。根据各种实施例，光学中继器210包括将激光218成形并聚焦在第二扫描镜208上的一个或多个准直透镜，或者包括模制反射中继器，该模制反射中继器包括将激光218成形并引导到第二扫描镜208上的两个或更多个球面、非球面、抛物线和/或自由曲面透镜。第二扫描镜208接收激光218并在第二维度上扫描激光218，该第二维度对应于波导205的入耦合器212的长维度。在一些实施例中，第二扫描镜208使激光218的出射光瞳沿着沿第二维度的线扫掠。在一些实施例中，入耦合器212位于第二扫描镜208下游的扫掠线处或附近，使得第二扫描镜208将激光218扫描为入耦合器212上方的线或行。

在一些实施例中，光学引擎202包括边缘发射激光器(EEL)，该边缘发射激光器发射具有基本上椭圆形的非圆横截面的激光218，并且光学中继器210沿着其半长轴或半短轴放大或最小化激光218，以在激光218会聚在第二扫描镜208上之前使激光218成圆形。在一些这样的实施例中，扫描镜206的镜板的表面是椭圆形和非圆的(例如，在形状和尺寸上类似于激光218的横截面积)。在其它这样的实施例中，扫描镜206的镜板的表面是圆的。

激光投影系统200的波导205包括入耦合器212和出耦合器214。如本文所使用的术语“波导”将被理解为是指使用全内反射(TIR)、专用滤光器和/或反射表面中的一个或多个来将光从入耦合器(诸如入耦合器212)传递到出耦合器(诸如出耦合器214)的组合器。在一些显示应用中，光是准直图像，并且波导将准直图像传递并复制到眼睛。一般而言，术语“入耦合器”和“出耦合器”将被理解为指代任何类型的光栅结构，包括但不限于衍射光栅、全息图、全息光学元件(例如，使用一个或多个全息图的光学元件)、体积衍射光栅、体积全息图、表面浮雕衍射光栅和/或表面浮雕全息图。在一些实施例中，给定的入耦合器或出耦合器被配置为透射光栅(例如，透射衍射光栅或透射全息光栅)，其使得入耦合器或出耦合器在透射期间透射光并将设计的光学功能应用于光。在一些实施例中，给定的入耦合器或出耦合器是反射光栅(例如，反射式衍射光栅或反射式全息光栅)，其使得入耦合器或出耦合器反射光并且在反射期间将设计的光学功能应用于光。在本示例中，经由使用TIR的波导205将在入耦合器212处接收的激光218中继到出耦合器214。然后，激光218经由出耦合器214输出到用户的眼睛216。如上所述，在一些实施例中，波导205被实现为眼镜镜片的一部分，诸如具有眼镜形状因子并且采用激光投影系统200的显示系统的透镜108或透镜110(图1)。

尽管在图2的示例中未示出，但是在一些实施例中，附加的光学部件被包括在光学引擎202和扫描镜206之间、扫描镜206和光学中继器210之间、光学中继器210和扫描镜208之间、扫描镜208和入耦合器212之间、入耦合器212和出耦合器214之间和/或出耦合器214和眼睛216之间的任何光路中(例如，为了使激光成形以供用户的眼睛216观看)。在一些实施例中，使用棱镜来将光从扫描镜208引导到入耦合器212中，使得光以适当的角度耦合到入耦合器212中，以促进光通过TIR在波导205中传播。而且，在一些实施例中，出射光瞳扩展器(例如，下面描述的图3的出射光瞳扩展器304)，诸如折叠光栅，被布置在入耦合器212和出耦合器214之间的中间级中，以接收通过入耦合器212耦合到波导205中的光，将光扩展，并且将光朝向出耦合器214重定向，其中出耦合器214然后将激光耦合出波导205(例如，朝向用户的眼睛216)。

图3示出了根据一些实施例的图2的激光投影系统200的波导205内的光传播的示例。如图所示，经由入耦合器212接收的沿着扫描轴302扫描的光被引导到出射光瞳扩展器(EPE)304中，然后被路由到出耦合器214以被输出(例如，朝向用户的眼睛)。在一些实施例中，出射光瞳扩展器304使包括激光投影系统200的WHUD的视窗的一个或多个尺寸(例如，相对于没有出射光瞳扩展器304的WHUD的视窗的尺寸来说)扩展。在一些实施例中，入耦合器212和出射光瞳扩展器304各自包括相应的一维衍射光栅(即，沿着一个维度延伸的衍射光栅)。应当理解，图3示出了基本上理想的情况，其中入耦合器212在垂直于扫描轴302的第一方向上直接向下(相对于当前示出的视图来说)引导光，并且出射光瞳扩展器304在垂直于第一方向的第二方向上向右(相对于当前示出的视图)引导光。虽然在本示例中未示出，但是应当理解，在一些实施例中，入耦合器212引导光的第一方向相对于扫描轴302稍微或基本上是对角的，而不是精确地垂直。

图4示出了包括图2的激光投影系统200的眼镜显示器400的一部分。在一些实施例中，眼镜显示器400表示图1的显示系统100。在本示例中，光学引擎202、光学扫描仪204、入耦合器212和波导205的一部分被包括在眼镜显示器400的臂402中。

眼镜显示器400包括光学组合器透镜404，其包括第一透镜406、第二透镜408和波导205，其中波导205设置在第一透镜406和第二透镜408之间。通过出耦合器214离开的光行进通过第二透镜408(其对应于例如显示系统100的透镜元件110)。在使用中，离开第二透镜408的光进入佩戴眼镜显示器400的用户的眼睛216的瞳孔，使得用户感知由光学引擎202输出的激光所携带的显示图像。光学组合器透镜404是基本上透明的，使得来自对应于眼镜显示器400周围的环境的真实世界场景的光穿过第一透镜406、第二透镜408和波导205到达用户的眼睛216。以这种方式，当由激光投影系统200输出的图像或其它图形内容投影到用户的眼睛216上时，这些图像或其它图形内容与用户环境的真实世界图像组合(例如，覆盖)，以向用户提供AR体验。

尽管在所描绘的示例中未示出，但是在一些实施例中，附加光学元件被包括在光学引擎202和入耦合器212之间、入耦合器212和出耦合器214之间、和/或出耦合器214和用户的眼睛216之间的任何光路中(例如，以便成形激光以供用户的眼睛216观看)。作为示例，使用棱镜来将光从光学扫描仪204引导到入耦合器212中，使得光以适当的角度耦合到入耦合器212中，以促进光通过TIR在波导205中传播。此外，在一些实施例中，诸如折叠光栅的出射光瞳扩展器(例如，出射光瞳扩展器304)被布置在入耦合器212和出耦合器214之间的中间级中，以接收通过入耦合器212耦合到波导205中的光，将光扩展，并且将光朝向出耦合器214重定向，其中出耦合器214然后将激光耦合出波导205(例如，朝向用户的眼睛216)。

此外，在一些实施例中，波导205包括由至少部分反射的塑料模制零件、塑料成形零件、塑料压花零件、高折射率材料等形成的表面。因为波导205的表面是至少部分反射的，所以来自HWD(例如，眼镜显示器400)外部的环境光远离用户的眼睛216反射离开波导205，从而为用户周围的那些人与物产生刺眼体验并且负面地影响用户体验。此外，来自HWD外部的环境光从表面波导朝向用户的眼睛216反射，从而为用户产生类似的刺眼体验并且负面地影响用户体验。这种环境光包括例如阳光、室内照明、室外照明等。

为此，在一些实施例中，光学组合器404被配置成减少反射离开用户的环境光的量。例如，现在参考图5，呈现了使用着色膜减少反射的环境光的着色机构500。在实施例中，着色机构500在HWD(例如，眼镜显示器400)的光学组合器透镜404内实现，光学组合器透镜404具有面向眼睛侧(例如，面向用户的眼睛216的一侧)和面向世界侧(例如，背离用户的眼睛216的一侧)。着色机构500包括光学组合器透镜404，该光学组合器透镜404具有设置在光学组合器404的面向眼睛侧处的波导205和设置在光学组合器404的面向世界侧处的着色膜522。也就是说，光学组合器404包括设置在用户的眼睛216和着色膜522之间的波导205。着色膜522包括具有一种或多种色调(例如，灰色色调、棕色色调、琥珀色色调、绿色色调、黄色色调、蓝色色调、红色色调)并且被配置成在环境光到达波导205、用户的眼睛216或两者之前过滤环境光中的至少一部分的膜(例如，染色膜、碳膜、陶瓷膜)。例如，环境光505的第一部分(例如，阳光、室内照明、室外照明)被配置成在穿过波导205到达用户的眼睛216之前穿过着色膜522。当环境光505的第一部分穿过着色膜522时，环境光505的第一部分基于着色膜522的着色而衰减第一值(例如，T)。在由着色膜522过滤(例如，衰减)之后，环境光505的第一部分穿过波导205并且在用户的眼睛216处被接收。

另外，在着色机构500内，环境光510的第二部分(例如，阳光、室内照明、室外照明)穿过着色膜522并远离用户的眼睛216反射离开波导205。当环境光510的第二部分反射离开波导205时，环境光510的第二部分的反射在它们远离用户的眼睛216行进时再次穿过着色膜522。因为环境光510的第二部分的反射再次穿过着色膜522，所以环境光510的第二部分的反射被着色膜522衰减两次。因此，环境光510的第二部分的反射基于着色膜522的着色和环境光510的第二部分的反射穿过着色膜522的次数而衰减到第二值(例如，T²)。以这种方式，环境光510的第二部分的反射随着它们远离用户行进而减少(例如，衰减)，从而有助于使这种反射对于HWD的用户周围的那些人与物来说不太明显并改善用户体验。

另外，为了减少反射离开用户的环境光的量，图6呈现了在例如光学组合器404中实现的偏振机构600。偏振机构600包括具有线性偏振器524(例如，线性偏振膜)、四分之一波片526(例如，四分之一波片膜)和波导205的光学组合器404。例如，光学组合器404包括设置在光学组合器透镜404的面向世界侧(例如，背离用户的眼睛216的一侧)处的线性偏振器524、设置在光学组合器透镜404膜的面向眼睛侧(例如，面向用户的眼睛216的一侧)处的波导205、以及设置在线性偏振器524和波导205之间的四分之一波片526。根据实施例，线性偏振器524包括偏振膜(例如，聚乙烯醇偏振膜)，该偏振膜被配置成在垂直于光束的轴的线性方向上偏振所接收的光。也就是说，线性偏振器524包括被配置成例如水平或竖直偏振所接收的光束的膜。根据实施例，在偏振机构600内，线性偏振器524被配置成在例如光学组合器透镜404的面向世界侧处接收环境光510(例如，阳光、顶光)。响应于接收到环境光510，线性偏振器524被配置成在第一线性方向(例如，竖直方向、水平方向)上偏振环境光510。在由线性偏振器524在第一线性方向上线性偏振之后，线性偏振的环境光510传递到四分之一波片526。

四分之一波片526包括例如被配置成使接收到的光在圆方向(例如，右手方向、左手方向)上偏振的膜(例如，四分之一波片膜)。响应于接收到线性偏振的环境光510(例如，在第一线性方向上偏振的环境光)，四分之一波片526被配置成使环境光510在圆方向上偏振并且将圆偏振的环境光510传递到波导205。以这种方式，环境光510在被波导205接收之前在圆方向上偏振。响应于接收到圆偏振的环境光510，波导205将圆偏振的环境光510的第一部分620(例如，透射部分)传输到用户的眼睛216。因此，环境光510的到达用户的眼睛216的部分(例如，第一部分620)在圆方向上偏振，从而衰减由用户的眼睛216接收的环境光510的部分的透射率。例如，环境光510的到达用户的眼睛216的部分基于线性偏振器524和四分之一波片526的偏振程度而衰减第一值(例如，T)，从而降低环境光510的到达眼睛216的部分的亮度并改善用户体验。

此外，环境光510的反射部分615从波导205的表面朝向四分之一波片526反射。响应于接收到环境光510的反射部分615，四分之一波片526使环境光510的反射部分615在圆方向(例如，右手方向、左手方向)上偏振。因为当环境光510通过四分之一波片526时，环境光510的反射部分615先前在圆方向上偏振，所以四分之一波片526对环境光510的反射部分615的圆偏振导致环境光510的反射部分615被线性偏振。也就是说，通过使环境光510的反射部分615圆偏振，四分之一波片526使环境光510的反射部分615在线性方向上偏振。在实施例中，四分之一波片526使环境光510的反射部分615偏振，使得环境光510的反射部分615在垂直于线性偏振器524的第一线性方向(例如，线性偏振器524被配置成使光偏振的第一线性方向)的第二线性方向上偏振。换句话说，环境光510的反射部分615在垂直于第一线性方向的第二线性方向上偏振，其中当环境光510第一次穿过线性偏振器524时，环境光510在第一线性方向上偏振。

在被四分之一波片526圆偏振之后，环境光510的反射部分615被线性偏振器524接收。响应于接收到环境光510的反射部分615，线性偏振器524被配置成使环境光510的反射部分615在第一线性方向上偏振，从而导致反射部分615被线性偏振器524吸收。也就是说，线性偏振器524被配置成吸收环境光510的反射部分615，使得环境光510的反射部分615不穿过线性偏振器524。例如，响应于四分之一波片526使环境光510的反射部分615圆偏振，使得环境光510的反射部分615在垂直于线性偏振器524的线性偏振方向的方向上线性偏振，线性偏振器524被配置成吸收环境光510的反射部分615。以这种方式，远离用户的眼睛216离开波导205的表面的环境光的反射被偏振机构600过滤，从而有助于减少反射并且有助于防止这种反射打扰HWD的用户周围的那些人与物，从而改善用户体验。

此外，为了帮助减少环境光从波导的表面朝向用户的眼睛、远离用户的眼睛或两者的反射，图7呈现了被配置成减少来自环境光的反射的对称偏振机构700。在实施例中，对称偏振机构700在光学组合器404中实现。为此，光学组合器404包括第一线性偏振器524、第一四分之一波片526和波导205，它们与上面参考图6描述的偏振机构600类似地布置。在对称偏振机构700内，线性偏振器524和四分之一波片526一起被配置成在环境光510在波导205处被接收之前使环境光510偏振，如在偏振机构600内那样。例如，线性偏振器524和四分之一波片526一起被配置成在环境光510在波导205处被接收之前使环境光510圆偏振。另外，线性偏振器524和四分之一波片526一起被配置成使得远离用户的眼睛216反射离开波导205的表面的环境光偏振，如在偏振机构600内那样。例如，线性偏振器524和四分之一波片526一起被配置成使得远离用户的眼睛216反射离开波导205的表面的环境光偏振，使得环境光510的反射部分615被线性偏振器524吸收(例如，环境光510的反射部分615不穿过线性偏振器524)，类似于上文参考图6所述。

为了帮助减少环境光510从波导205的表面朝向用户的眼睛216的反射，光学组合器404还包括第二四分之一波片728(例如，四分之一波片膜)和第二线性偏振器730，其中该第二四分之一波片728被配置成使接收到的光在圆方向(例如，右手方向、左手方向)上偏振，该第二线性偏振器730包括例如被配置成使接收到的光在垂直于光束的轴的线性方向(例如，第一线性方向、第二线性方向)上偏振的偏振膜(例如，聚乙烯醇偏振膜)。在光学组合器404内，第二线性偏振器730设置在光学组合器404的面向眼睛侧(例如，面向用户的眼睛216的一侧)，并且第二四分之一波片728设置在第二线性偏振器和波导205之间。根据实施例，环境光510的第一部分620(例如，透射部分)穿过波导205并且由第二四分之一波片728接收。响应于接收到环境光510的第一部分620，第二四分之一波片728被配置成使环境光510的第一部分620圆偏振。在一些实施例中，第二四分之一波片728被配置成在与第一四分之一波片526相同的方向(例如，右手方向、左手方向)上圆偏振，而在其它实施例中，第二四分之一波片728被配置成在与第一四分之一波片526不同的方向上圆偏振。因为当环境光510的第一部分620穿过第一四分之一波片526时，该第一部分620先前在圆方向上偏振，所以第二四分之一波片728使第一部分620圆偏振，使得第一部分620线性偏振(例如，在第一或第二线性方向上线性偏振)。也就是说，因为环境光510的第一部分620在到达第二四分之一波片728处时被圆偏振，所以第二四分之一波片728使第一部分620在线性方向上偏振。

在第二四分之一波片728使第一部分620在线性方向上偏振之后，第二四分之一波片728将第一部分620提供给第二线性偏振器730。根据一些实施例，第二线性偏振器730被配置成在与第一线性偏振器524相同的线性方向上使光偏振，而在其它实施例中，第二线性偏振器730被配置成在与第一线性偏振器524不同的线性方向上使光偏振。响应于从第二四分之一波片728接收到第一部分620，第二线性偏振器730被配置成将第一部分620传递到用户的眼睛216。作为示例，在一些实施例中，第二波片728被配置成使环境光510的第一部分620圆偏振，使得第一部分620在与第二线性偏振器730的方向相同的线性方向(例如，第二线性偏振器730被配置成使光偏振的相同线性方向)上偏振。以这种方式，对称偏振机构700有助于在环境光510的第一部分620在用户的眼睛216处被接收之前减少该第一(例如，透射)部分620的任何损失。

另外，在实施例中，第二线性偏振器730被配置成接收例如源自光学组合器透镜404的面向眼睛侧的环境光725(例如，阳光、室内照明、室外照明)。响应于接收到环境光725，第二线性偏振器730被配置成使环境光725在第一线性方向(例如，水平方向、竖直方向)上偏振并且将线性偏振的环境光725提供给第二四分之一波片728。在接收到线性偏振的环境光725之后，第二四分之一波片728使线性偏振的环境光的圆偏振，使得环境光725在圆方向(例如，右手方向、左手方向)上偏振，并且将圆偏振的环境光725传递到波导205。根据实施例，圆偏振的环境光725的一部分从波导205的表面反射回用户的眼睛216处作为反射部分735。在反射离开波导205的表面之后，反射部分735被第二四分之一波片728接收。因为环境光725在从波导205的表面反射之前被圆偏振，所以反射部分735在被第二四分之一波片728接收时被圆偏振。这样，第二四分之一波片728被配置成使反射部分735圆偏振，使得反射部分735在垂直于第一线性方向(例如，第二线性偏振器730使环境光725偏振的线性方向)的第二线性方向上被线性偏振。在将反射部分735在第二线性方向上偏振之后，第二四分之一波片728将反射部分735提供给第二线性偏振器730。响应于接收到反射部分735，第二线性偏振器730被配置成吸收反射部分735，使得反射部分735不穿过第二线性偏振器730。例如，因为第二四分之一波片728在垂直于第二线性偏振器730使光偏振的第一线性方向的第二线性方向上使反射部分735偏振，所以第二线性偏振器730吸收反射部分735。通过以这种方式使环境光725偏振，环境光725从波导205的表面朝向用户的眼睛216的反射在到达用户的眼睛216之前被第二线性偏振器730吸收，从而改善用户体验。

现在参考图8，在实施例中，在对称偏振机构700内，波导205被配置成将来自光学引擎(例如，光学引擎202)的光朝向用户的眼睛216引导以显示图像。例如，波导205包括出耦合器214，该出耦合器214被配置成将表示图像的光845引导到用户的眼睛216。此外，在用户的眼睛216接收到光845之前，从波导205提供的光845穿过第二四分之一波片728和第二线性偏振器730。因此，在一些实施例中，光845的至少一部分在其在用户的眼睛216处被接收之前被第二四分之一波片728、第二线性偏振器730或两者过滤(例如，衰减)。例如，在一些实施例中，光845的这种过滤可以使光845的亮度变暗并降低由光845表示的图像的质量。

为此，图9呈现了空间选择性偏振机构900。例如，空间选择性偏振机构900被配置成在用户的眼睛216处接收到光845之前减少从波导205提供的光845的衰减。在实施例中，空间选择性偏振机构900在光学组合器404中实现并且包括一个或多个空间选择性偏振膜932。这样的空间选择性偏振膜932例如包括被配置成在线性方向(例如，竖直方向、水平方向)或圆方向(例如，右手方向、左手方向)上使光偏振的偏振材料(例如，聚乙烯醇偏振膜)。此外，在一些实施例中，一个或多个空间选择性偏振膜932被配置成在对称偏振机构700的第一线性偏振器524、第一四分之一波片526、第二线性偏振器730、第二四分之一波片728或它们的任何组合中实现。

根据实施例，空间选择性偏振膜932被配置成允许从波导205的出耦合器214提供的输出光845穿过空间选择性偏振膜932而不被过滤(例如，未衰减)。为此，空间选择性偏振膜932包括被配置成在线性方向或圆方向上使光偏振的第一部分934。作为示例，空间选择性偏振膜932的第一部分934包括被配置成在线性方向上使光偏振的线性偏振膜或被配置成在圆方向上使光偏振的四分之一波片膜。另外，空间选择性偏振膜932包括被配置成允许光通过而不被过滤(例如，未衰减)的孔936。例如，孔936不包括偏振材料(例如，不包括偏振膜)，使得光行进通过孔936而不衰减。在实施例中，空间选择性偏振膜932的孔936具有与波导205的出耦合器214类似或相同的形状和尺寸。例如，孔936具有与波导205的出耦合器214相同的形状和类似的尺寸，使得从出耦合器214提供的光845在其经由孔936穿过空间选择性偏振膜932时不衰减。另外，在实施例中，空间选择性偏振膜932的孔936设置在空间选择性偏振膜932上的位置处，使得孔936与出耦合器214有效地对准，以便允许光845经由孔936未衰减地穿过空间选择性偏振膜932。此外，根据实施例，一个或多个空间选择性偏振膜932的孔936被对准，使得光845经由每个相应孔936穿过每个空间选择性偏振膜932行进，而不被过滤(例如，未衰减)。以这种方式，由波导205的出耦合器214提供的光(例如，输出光845)在用户的眼睛216处未被过滤(例如，未衰减)地接收，从而增加了由波导205提供的光的亮度，并且在光被用户的眼睛216接收时改善了由光表示的图像的质量。

在一些实施例中，上述技术的某些方面可以由执行软件的处理系统的一个或多个处理器来实现。软件包括存储或以其它方式有形地体现在非暂时性计算机可读存储介质上的一个或多个可执行指令集。软件可以包括指令和某些数据，这些指令和某些数据在由该一个或多个处理器执行时操纵该一个或多个处理器以执行上述技术的一个或多个方面。非暂时性计算机可读存储介质可以包括例如磁盘或光盘存储设备、固态存储设备(诸如闪存、高速缓存、随机存取存储器(RAM)或其它非易失性存储器设备)等。存储在非暂时性计算机可读存储介质上的可执行指令可以是源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解释或以其它方式可执行的其它指令格式。

计算机可读存储介质可以包括在使用期间可由计算机系统访问以向计算机系统提供指令和/或数据的任何存储介质或存储介质的组合。这样的存储介质可以包括但不限于光学介质(例如，压缩光盘(CD)、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘)、磁介质(例如，软盘、磁带或磁性硬盘驱动器)、易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或高速缓存)、非易失性存储器(例如，只读存储器(ROM)或闪存)或基于微机电系统(MEMS)的存储介质。计算机可读存储介质可以嵌入计算系统(例如，系统RAM或ROM)中，固定地附接到计算系统(例如，磁性硬盘驱动器)，可移除地附接到计算系统(例如，光盘或基于通用串行总线(USB)的闪存)，或者经由有线或无线网络(例如，网络可访问存储(NAS))耦合到计算机系统。

注意，不需要上面在一般描述中描述的所有活动或元件，可以不需要特定活动或设备的一部分，并且除了所描述的那些之外，还可以执行一个或多个另外的活动或包括的元件。此外，列出活动的顺序不一定是它们被执行的顺序。而且，已经参考具体实施例描述了构思。然而，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的范围的情况下，可以进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这些修改旨在包括在本公开的范围内。

上面已经关于特定实施例描述了益处、其它优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更明显的任何特征不应被解释为任何或所有权利要求的关键、必需或必要特征。此外，以上公开的特定实施例仅是说明性的，因为所公开的主题可以以受益于本文教导的本领域技术人员显而易见的不同但等效的方式来修改和实践。除了在下面的权利要求中描述的之外，不旨在限制本文所示的构造或设计的细节。因此，显而易见的是，上面公开的特定实施例可以被改变或修改，并且所有这样的变化被认为在所公开的主题的范围内。因此，本文所寻求的保护在所附权利要求书中阐述。

Claims (20)

1.一种用于在头戴式显示器中使光偏振的方法，所述方法包括：

使在头戴式设备(HWD)处接收到的光在第一线性方向上线性偏振；

使在所述第一线性方向上偏振的所述光在第一圆方向上圆偏振；以及

使从所述HWD的波导反射离开的、在所述第一圆方向上偏振的所述光的反射圆偏振，使得所述光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上偏振。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在线性偏振器处吸收在所述第二线性方向上偏振的所述光的所述反射。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光是在所述HWD的第一侧处接收的。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

使在所述HWD的第二侧处接收的第二光在第三线性方向上线性偏振，其中，所述第二侧不同于所述第一侧。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：

使在所述第三线性方向上偏振的所述第二光在第二圆方向上圆偏振；以及

使从所述HWD的所述波导反射离开的、在所述第二圆方向上偏振的所述第二光的反射圆偏振，使得所述第二光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第四线性方向上偏振。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三线性方向与所述第一线性方向相同。

7.根据权利要求5所述的方法，还包括：

在第二线性偏振器处吸收在所述第四线性方向上偏振的所述第二光的所述反射。

8.一种用于头戴式设备(HWD)的偏振机构，所述偏振机构包括：

波导；

四分之一波片，所述四分之一波片被配置成接收离开所述波导的反射，并使所述反射在圆方向上偏振，使得所述反射在第一线性方向上偏振；以及

线性偏振器，所述线性偏振器被配置成接收在所述第一线性方向上偏振的所述反射，并且吸收在所述第一线性方向上偏振的所述反射。

9.根据权利要求8所述的偏振机构，其中，所述线性偏振器被配置成使光在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上偏振。

10.根据权利要求8所述的偏振机构，其中，所述反射从所述波导的第一侧反射离开。

11.根据权利要求10所述的偏振机构，还包括：

第二四分之一波片，所述第二四分之一波片被配置成接收离开所述波导的第二侧的第二反射，并且使所述第二反射在第二圆方向上偏振，使得所述第二反射在第二线性方向上偏振，其中，所述波导的所述第二侧不同于所述波导的所述第一侧；以及

第二线性偏振器，所述第二线性偏振器被配置成接收在所述第二线性方向上偏振的所述第二反射，并且吸收在所述第二线性方向上偏振的所述第二反射。

12.根据权利要求11所述的偏振机构，其中，所述第二线性偏振器被配置成使光在垂直于所述第二线性方向的第三线性方向上偏振。

13.根据权利要求8所述的偏振机构，还包括光学组合器透镜，所述光学组合器透镜包括所述四分之一波片和所述线性偏振器。

14.根据权利要求8所述的偏振机构，其中，所述线性偏振器包括被配置成允许光无衰减地通过的孔。

15.根据权利要求14所述的偏振机构，其中，所述孔被配置成允许从所述波导输出的光无衰减地穿过所述线性偏振器。

16.一种光学组合器，包括：

波导；

线性偏振器，所述线性偏振器被配置成使光在第一线性方向上线性偏振；以及

四分之一波片，所述四分之一波片被配置成：

使在所述第一线性方向上偏振的所述光在第一圆方向上圆偏振；以及

使从所述波导反射离开的、在所述第一圆方向上偏振的所述光的反射圆偏振，使得所述光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第二线性方向上偏振。

17.根据权利要求16所述的光学组合器，其中，所述线性偏振器被配置成：

吸收在所述第二线性方向上偏振的所述光的所述反射。

18.根据权利要求16所述的光学组合器，其中，所述光是在所述光学组合器的第一侧处接收的。

19.根据权利要求18所述的光学组合器，进一步包括：

第二线性偏振器，所述第二线性偏振器被配置成使在所述光学组合器的第二侧处接收的第二光在第三线性方向上线性偏振，其中，所述第二侧不同于所述第一侧。

20.根据权利要求19所述的光学组合器，进一步包括：

第二四分之一波片，所述第二四分之一波片被配置成：

使在所述第三线性方向上偏振的所述第二光在第二圆方向上圆偏振；以及

使从所述波导反射离开的、在所述第二圆方向上偏振的所述第二光的反射圆偏振，使得所述第二光的所述反射在垂直于所述第一线性方向的第四线性方向上偏振。

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