CN116783539A - 有源光学引擎 - Google Patents

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CN116783539A CN202280008915.XA CN202280008915A CN116783539A CN 116783539 A CN116783539 A CN 116783539A CN 202280008915 A CN202280008915 A CN 202280008915A CN 116783539 A CN116783539 A CN 116783539A
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Abstract

在实施方式中，公开了一种包括至少一个处理器的装置，该至少一个处理器被配置成：确定目标耦出小平面；识别到目标耦出小平面的光路径；识别与光路径对应的有源波片；确定与光路径对应的有源波片的目标状态；将有源波片设置为所识别的目标状态；以及使投影设备沿所识别的光路径投影包括图像视场分量的光束。

Description

有源光学引擎
背景技术
本公开内容涉及光学系统。更具体地，本公开内容涉及具有在一些实施方式中可以用于近眼显示系统的有源光学引擎的光学系统。
在诸如近眼显示系统的光学系统中，投影仪通常向用户的眼睛提供图像的视场(Field Of View，FOV)。为了增加光学系统的FOV，通常还需要增加投影仪的尺寸、重量、部件、配置和功耗。在小型、重量轻、能量高效的光学系统(例如，头戴式设备(Head-MountedDevice，HMD)、智能眼镜等)的情况下，投影仪的这样的增加可能是不可行的。
发明内容
在实施方式中，公开了一种包括至少一个处理器的装置。该至少一个处理器被配置成：确定目标耦出小平面；识别到目标耦出小平面的光路径；识别与光路径对应的有源波片；确定与光路径对应的有源波片的目标状态；将有源波片设置为所识别的目标状态；以及使投影设备沿所识别的光路径投影包括图像视场分量的光束。
在一些实施方式中，公开了一种方法，该方法包括：确定目标耦出小平面；识别到目标耦出小平面的光路径；识别与光路径对应的有源波片；确定与光路径对应的有源波片的目标状态；将有源波片设置为所识别的目标状态；以及使投影设备沿所识别的光路径投影包括图像视场分量的光束。
在实施方式中，公开了一种光学系统。该光学系统包括：投影光学器件，其被配置成输出具有第一偏振的光束；以及有源波片，其被配置成在激活状态与去激活状态之间转变。有源波片被配置成当处于激活状态时将投影光学器件输出的光束从第一偏振转换为第二偏振。该光学系统还包括：PBS，其被配置成重定向具有第一偏振的光束并且被配置成使具有第二偏振的光束能够从中通过；第一LOE部件，其包括第一多个小平面；第二LOE部件，其包括第二多个小平面；第三LOE部件，其包括第三多个小平面。第一LOE部件和第三LOE部件限定了从投影光学器件经由有源波片和PBS的第一光路径，并且第二LOE部件和第三LOE部件限定了从投影光学器件经由有源波片和PBS的第二光路径。
前述概述仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施方式和特征之外，通过参照附图和以下详细描述，其他方面、实施方式和特征将变得明显。在附图中，相同的附图标记指示相同的元件或功能上相似的元件。
附图说明
图1A是根据实施方式的示例光学系统的示意图。
图1B是根据实施方式的具有2D瞳扩展的图1A的光学系统的示例图像投影组件的示意图。
图2是根据实施方式的图1A的光学系统的示例图像投影组件的示意图。
图3是根据实施方式的图1A和图2的光学系统的示例图像FOV和图像FOV分量的图。
图4是根据实施方式的具有图像FOV分量交叠的图3的示例图像FOV分量的示意图。
图5是根据另一实施方式的图1A的光学系统的示例图像投影组件的示意图。
图6是根据另一实施方式的图1A的光学系统的示例图像投影组件的示意图。
图7是根据另一实施方式的图1A的光学系统的示例图像投影组件的示意图。
图8A至图8D是根据实施方式的具有堆叠布置的示例光导光学元件(Light-guideOptical Element，LOE)的示意图。
图9是根据实施方式的示例图像FOV分量的图。
图10A和图10B是根据实施方式的被配置成输出图9的图像FOV分量的示例LOE的示意图，其中图10B是沿图10A的剖面线10B-10B截取的。
图11A和图11B是根据另一实施方式的被配置成输出图9的图像FOV分量的另一示例LOE的示意图，其中图11B是沿图11A的剖面线11B-11B截取的。
图12A至图12D是根据另一实施方式的被配置成输出图9的图像FOV分量的另一示例LOE的示意图，其中图12B是沿图12A的剖面线12B-12B截取的。
图13是根据实施方式的示例处理的流程图。
具体实施方式
在诸如近眼显示系统的光学系统中，光束从显示系统输出至非常接近显示系统的目标表面(例如用户的眼睛)。随着这种近眼显示系统的使用增加，对更好且更舒适的近眼显示系统的需求也增加。然而，减小近眼显示器例如头戴式显示器(head-mounteddisplay，HMD)和智能眼镜的尺寸和重量，同时还提供更好的几何形状、更宽的视场(fieldof view，FOV)、更长的电池寿命，日间清晰的增强图像以及近眼显示系统中的其他改进是有挑战性的。例如，增加FOV的尺寸通常需要投影仪的尺寸、重量和功耗的相应增加，这通常导致庞大的形状因子。
说明性实施方式公开了光学系统和方法，其允许在不显著增加投影仪的尺寸、重量和功耗的情况下扩展FOV，从而实现宽的沉浸式FOV，同时保持投影仪FOV需求小。
在附图中，为了清楚和易于参考，提供了X轴、Y轴和Z轴。
参照图1A和图1B，描述了示例光学系统100。光学系统100包括图像投影组件110和控制器140。在一些实施方式中，光学系统100还可以包括眼睛跟踪系统30和光源检测系统40中的一个或更多个。
控制器140包括具有一个或更多个处理设备、存储器或其他部件的计算设备。例如，控制器140可以包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、微控制器、专用电路或任何其他部件。控制器140被配置成控制投影光学器件(将在下面描述)以生成图像并且将图像输出至光导光学元件(light-guide optical element，LOE)以投影到眼睛，如将在下面更详细地描述的。
在一些实施方式中，可以将控制器140集成到图像投影组件110中或者集成到包括图像投影组件110的设备中，例如眼镜、头戴式显示器或另一设备。在一些实施方式中，控制器140可以位于远离图像投影组件110的位置。例如，图像投影组件可以包括被配置成与控制器140通信的有线或无线通信设备。作为示例，控制器140可以被包括作为移动设备或者与图像投影组件110或包括图像投影组件110的设备分离的其他计算设备的一部分。
眼睛跟踪系统30是可选的，并且被配置成跟踪用户的眼睛180的瞳的位置，并且向控制器140提供相应的位置信息。在一些实施方式中，眼睛跟踪系统30可以包括例如摄像装置或其他设备，该摄像装置或其他设备可以被配置成跟踪瞳的位置或者生成可以用于确定瞳的位置的位置信息。在一些实施方式中，控制器140可以利用位置信息将图像FOV提供给与瞳的位置对应的那些小平面。
光源检测系统40是可选的，并且被配置成检测可能影响光学系统100的光源，例如太阳、街灯、前灯或其他光源，并且被配置成向控制器140提供相应的信息，例如光源的方向、光源的强度或关于光源的任何其他信息。作为示例，光源检测系统40可以包括摄像装置、红外检测器或任何其他设备，其被配置成检测光学系统100外部的光源或者被配置成生成可以由控制器140用于识别和确定光源的特性(例如，方向，强度或关于光源的任何其他信息)的信息。
图像投影组件110包括投影光学器件(Projection Optics Device，POD)112和光导光学元件(LOE)114，并且图像投影组件被配置成利用1维(1-Dimensional，1D)或2维(2-dimensional，2D)瞳扩展将图像投影到用户的眼睛180上。图1B中示出了具有2D瞳扩展的LOE 114的示例。
POD 112包括图像发生器200、准直光学器件204或者可以被包括在图像投影组件中的其他部件(例如空间光调制器(spatial light modulator，SLM))。在一些实施方式中，可以将这些部件中的一些或全部布置在一个或更多个偏振分束器(PolarizingBeamsplitter，PBS)立方体或其他棱镜装置的表面上。图像发生器200包括提供照射(例如光束、激光束或其他形式的照射)的一个或更多个部件，该照射与要投影到用户的眼睛180上的图像对应。例如，图像发生器200包括发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)显示元件、背光液晶显示器(LiquidCrystal Display，LCD)面板、微LED显示器，数字光处理(Digital Light Processing，DLP)芯片、硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)芯片或其他部件。
在POD 112包括SLM(未示出)的情况下，SLM可以被实现为包括诸如OLED显示元件、背光LCD面板、微LED显示器、DLP芯片或另一发光部件之类的部件的发光SLM，或者可以被实现为包括诸如LCOS芯片之类的部件的反射SLM。可以在准直光学器件与SLM之间插入分束器立方体块，从而使得能够将照射递送至SLM的表面。SLM可以被配置成调制照射的每个像素的投影强度以生成图像。例如，SLM可以从显示器的每个像素提供在LOE 114的平面(例如下面描述的主LOE表面116和主LOE表面118的平面)中发散的光束。
替选地，POD 112可以包括诸如快速扫描镜之类的扫描装置，该扫描装置跨POD112的图像平面扫描来自光源的照射，同时照射的强度与基于逐像素的运动同步变化，以针对每个像素投影期望强度。
POD 112还可选地包括用于将图像的照射注入LOE 114的耦入装置，例如耦入反射器、成角度的耦合棱镜或任何其他耦入装置。在一些实施方式中，POD 112与LOE 114之间的耦合可以包括直接耦合，例如POD 112可以与LOE 114的一部分接触；或者可以包括经由附加的孔径扩展装置的耦合，该附加的孔径扩展装置用于扩展在LOE 114的平面中注入图像的孔径的维度。
LOE 114包括波导，该波导包括第一平行主LOE表面116和第二平行主LOE表面118以及非光学活性的边缘。在说明性实施方式中，本文中描述的各种波导可以包括几何波导、衍射波导或任何其他类型的波导。LOE 114还包括耦出装置120，该耦出装置120被配置成将照射从LOE 114引出以投影到用户的眼睛180上。在一些实施方式中，耦出装置120被示为多个平行表面(本文中也被称为小平面1221，1222、1223、1224和1225)，多个平行表面以与LOE114的主LOE表面116和主LOE表面118成斜角的方式布置在LOE 114内。在本文中也可以将小平面1221，1222、1223、1224和1225统称为小平面122。在本文中也可以将小平面1221、1222、1223、1224和1225中的任何一个单独称为小平面122。虽然在说明性实施方式中，在图1A中示出了五个小平面1221、1222、1223、1224和1225，但是在其他实施方式中LOE 114可以替选地包括更多数目的小平面122或者更少数目的小平面122。参照图1B，在具有2D瞳扩展的实施方式中，第二组小平面1241、1242、1243、1244和1245用于将光从POD 112朝向小平面122引导。在本文中也可以将小平面1241、1242、1243、1244和1245中的任何一个单独称为小平面124。虽然在说明性实施方式中，在图1B中示出了五个小平面1241、1242、1243、1244和1245，但是在其他实施方式中LOE 114可以替选地包括更多数目的小平面124或者更少数目的小平面124。
在一些实施方式中，每个小平面122和小平面124是半反射小平面，其被配置成将在LOE 114中具有特定传播角的光束耦出到眼睛180。例如，在一些实施方式中，每个小平面122和小平面124可以被配置成耦出在LOE 114中具有不同传播角的光束。
在一些实施方式中，小平面122和小平面124中的一个或更多个可以在小平面122具有高光透射率的状态与小平面122具有高光反射率的状态之间选择性地激活。作为示例，在一些实施方式中，小平面1221可以被激活以具有100％反射率和0％透射率，并且可以被去激活(deactivate)以具有0％反射率和100％透射率。在一些实施方式中，每个小平面122的反射率和透射率的量可以是可调整的，使得例如小平面1221可以被调整成具有部分反射率和部分透射率，例如具有25％反射率和75％透射率、50％反射率和50％透射率、75％反射率和25％透射率或任何其他量的反射率和透射率。例如，控制器140可以被配置成选择性地激活和调整每个小平面122的反射率和透射率。在一些实施方式中，控制器140可以被配置成针对光束的特定角度或角度范围选择性地激活和调整每个小平面122的反射率和透射率，例如对于光束的一些角度或角度范围的高透射率和对于光束的其他角度或角度范围的高反射率。
如图1A所示，例如，光束L通过反射离开主LOE表面116和主LOE表面118而穿过LOE114朝向小平面122行进，并且在图1B的实施方式中，光束L朝向小平面124行进。例如，主LOE表面116和主LOE表面118可以为行进穿过LOE 114的任何光束L提供全内反射(TotalInternal Reflection，TIR)。当光束L以直角遇到小平面122或小平面124，或者遇到有源小平面122或有源小平面124时，光束L被小平面122或小平面124重定向。例如，遇到小平面122的光被重定向离开LOE 114，例如，朝向眼睛180，而遇到小平面124的光被重定向朝向小平面122。
参照图2，将描述光学系统100的图像投影组件210的说明性实施方式。图像投影组件210可以包括与图像投影组件110类似的特征，包括例如POD 212、LOE 214、小平面、衍射部件、全息部件或其他类似部件，并且可以代替光学系统100中的图像投影组件110。图像投影组件210可以用于主动扩展由POD 212输出的可获得的FOV。POD 212可以包括被配置成输出P偏振和S偏振之一的光束的偏振POD。作为示例，在说明性实施方式中，POD 212可以被配置成输出具有S偏振的光束。
可以由控制器140(图1A)控制的有源半波片(Active Half Wave Plate，AHWP)220(例如，液晶片或其他有源波片)被设置在POD 212与LOE 214之间，并且被配置成当被控制器140激活时改变由POD 212投影的光束的极性，例如从S偏振改变为P偏振，反之亦然。在说明性实施方式中，AHWP 220被配置成当被激活时将极性从S偏振改变为P偏振。在替选实施方式中，POD 212可以包括AHWP 220，或者LOE 214可以包括AHWP 220。
LOE 214包括偏振分束器(polarizing beam splitter，PBS)222、半波片(halfwave plate，HWP)224、LOE部件226、LOE部件228和LOE部件230。
PBS 222被配置成允许具有P偏振和S偏振中一者的光束穿过到达LOE部件226，同时将具有P偏振和S偏振中另一者的光束重定向到LOE部件228。在说明性实施方式中，PBS222被配置成允许具有P偏振的光束穿过到达LOE部件226并且将具有S偏振的光束重定向到LOE部件228。在一些实施方式中，PBS 222可以包括97％的反射S(reflected S，Rs)、0.01％的透射S(transmitted S，Ts)、96％的透射P(transmitted P，Tp)和0.1％的反射P(reflected P，Rp)。在其他实施方式中，PBS 222可以包括针对P偏振光束和S偏振光束的任何其他反射率值或透射率值。
HWP 224被设置在PBS 222与LOE部件226之间，并且被配置成将穿过PBS 222的光束从一种偏振转换为另一种偏振。例如，在说明性实施方式中，HWP 224被配置成将穿过PBS222的具有P偏振的光束转换为具有S偏振的光束。
LOE部件226包括小平面232，小平面232被配置成将穿过PBS 222和HWP 224的光束朝向LOE部件230引导。在一些实施方式中，LOE部件226包括与LOE 114类似的部件，例如第一主LOE表面116和第二主LOE表面118以及小平面122。
LOE部件228包括小平面234，小平面234被配置成将由PBS 222重定向的光束朝向LOE部件230引导。在一些实施方式中，LOE部件228包括与LOE 114类似的部件，例如第一主LOE表面116和第二主LOE表面118以及小平面122。
LOE部件230包括小平面236，小平面236被配置成以与LOE 114类似的方式将从LOE部件226和LOE部件228接收的光束朝向眼睛180(图1A)引导。在一些实施方式中，LOE部件230包括与LOE 114类似的部件，例如第一主LOE表面116和第二主LOE表面118以及小平面122。
在一些实施方式中，LOE部件226、LOE部件228和LOE部件230与主LOE表面116和主LOE表面118共面。
通过在POD 212与LOE 214之间引入AHWP 220，由POD 212输出的光束可以根据时间在P偏振与S偏振之间切换。在图2中，具有S偏振的光束被描绘为实线，而具有P偏振的光束被描绘为虚线。
例如，当AHWP 220被去激活时，具有S偏振的光束238将穿过AHWP 220而不被转换，并且将朝向LOE部件228反射离开PBS 222。然后,光束238从小平面234朝向LOE部件230反射，并且从小平面236朝向眼睛180(图1A)反射。
当AHWP 220被激活时，最初具有S偏振的光束240将在其穿过AHWP 220时被转换为P偏振，并且将穿过PBS 222朝向HWP 224和LOE部件226。当光束240穿过HWP 224时，光束240将被转换回S偏振，并且然后从小平面232朝向LOE部件230反射。然后，光束240从小平面236朝向眼睛180(图1A)反射。
在图2中，光束238和光束240将最终以不同的角度到达眼睛180，所述角度取决于由于LOE部件226和LOE部件228的不同小平面角以及光束所遵循的各种光路径而导致的来自投影仪的出射偏振的改变。由于控制器140(图1A)被配置成根据时间来激活AHWP 220，因此每个光束238和光束240可以仅包括整个图像的一部分。控制器140被配置成在由POD 212生成的图像与AHWP 220的偏振输出之间同步，以确保用户在眼睛180处体验到互补图像。
参照图3，示出了由图像投影组件110和图像投影组件210提供的图像FOV之间的比较。如图3所示，图像FOV 300由图像投影组件110输出，图像FOV 300包括图像FOV分量302和图像FOV分量304作为单个图像FOV 300。相比之下，半图像FOV 306和半图像FOV 308(各自包括图像FOV分量302和图像FOV分量304之一)例如基于AHWP 220的激活由图像投影组件210根据时间分别输出。在一些实施方式中，图像FOV分量302和图像FOV分量304的大小可以相等。在一些实施方式中，图像FOV分量302和图像FOV分量304可以具有不同的大小，使得图像FOV分量302与图像FOV分量304之间的“拼接”区域不在图像FOV 300的中央。
因为图像投影组件110需要输出宽图像FOV 300，所以POD 112必须被配置成生成和支持宽图像FOV，从而可能需要与POD 212相比更大、更重或更功率密集的部件。另外，LOE114可能需要附加的小平面、角度等，并且与LOE 214相比需要更多的角空间要求，以将宽图像FOV引导到眼睛180上。
在图像投影组件210的情况下，LOE部件230将光束238和光束240的图像FOV耦出到眼睛180。根据时间，光束238和光束240将由LOE部件230从LOE部件226和LOE部件228接收，并且由小平面236耦出，使得眼睛180(图1A)将体验相同的全图像FOV 300，而POD 212仅需要在任何给定时间生成FOV角范围的一部分。由于小平面232和小平面234仅需要处理图像FOV的一部分，与LOE 114的部件相比，LOE部件226和LOE部件228在LOE 214中可以具有减少的光学要求和物理尺寸。
参照图4，在一些实施方式中，由图像投影组件210输出的图像FOV可以经对准以创建交叠图像。例如，如图4可见，图像FOV分量302和图像FOV分量304可以在区域310中交叠。在一些实施方式中，交叠角范围可以包括区域310中的图像FOV分量302和图像FOV分量304之一的黑色图像。在其他实施方式中，图像FOV分量302和图像FOV分量304二者可以在区域310中具有相同的图像，但是对于每个图像FOV分量具有减小的强度(例如的一半强度)。在一些实施方式中，例如，控制器140被配置成控制图像投影组件210的输出以生成图像FOV分量302和图像FOV分量304。
参照图5，将描述光学系统100的图像投影组件410的另一说明性实施方式。图像投影组件410可以包括与图像投影组件210类似的特征，包括例如POD 412、LOE 414、小平面和或其他类似部件。图像投影组件410可以用于主动扩展由POD 412输出的可获得FOV。POD412可以包括被配置成输出P偏振和S偏振之一的光束的偏振POD。作为示例，在说明性实施方式中，POD 412可以被配置成输出具有S偏振的光束。
可以由控制器140(图1A)控制的诸如液晶片或其他有源波片之类的AHWP 420被设置在POD 412与LOE 414之间，并且被配置成当被控制器140激活时改变由POD 412投影的光束的极性，例如从S偏振改变为P偏振，反之亦然。在说明性实施方式中，AHWP 420被配置成当被激活时将极性从S偏振改变为P偏振。在替选实施方式中，POD 412可以包括AHWP 420，或者LOE 414可以包括AHWP 420。
LOE 414包括PBS 422、AHWP 424、四分之一波片(Quarter Wave Plate，QWP)426、镜428、QWP 430、镜432、LOE部件434和LOE部件436。
PBS 422被配置成允许具有P偏振和S偏振中一者的光束穿过到达AHWP 424和LOE部件434，同时将具有P偏振和S偏振中另一者的光束重定向到QWP 426。在说明性实施方式中，PBS 422被配置成允许具有P偏振的光束穿过到达AHWP 424，并且将具有S偏振的光束重定向到QWP 426。在一些实施方式中，PBS 422可以包括97％的反射S(reflected S，Rs)、0.01％的透射S(transmitted S，Ts)、96％的透射P(transmitted P，Tp)和0.1％的反射P(reflected P，Rp)。在其他实施方式中，PBS 422可以包括针对P偏振光束和S偏振光束的任何其他反射率值或透射率值。
AHWP 424被设置在PBS 422与LOE部件434之间，并且被配置成将穿过PBS 422的光束从一种偏振转换为另一种偏振。例如，AHWP 424被配置成以类似于AHWP 420的方式工作，并且可以由控制器140(图1A)激活或去激活。
QWP 426被设置在PBS 422与镜428之间，被配置成将光束从一种偏振转换为另一种偏振。例如，在说明性实施方式中，QWP 426被配置成在光束穿过QWP 426两次之后将具有S偏振的光束转换为具有P偏振的光束。例如，被PBS 422朝向QWP 426重定向的具有S偏振的光束将穿过QWP 426，被反射离开镜428并且第二次穿过QWP 426以完成从S偏振到P偏振的转换。在一些实施方式中，镜428可以相对于镜432成角度以调整光束的角度。
QWP 430被设置在PBS 422与镜432之间，被配置成将光束从一种偏振转换为另一种偏振。例如，在说明性实施方式中，QWP 430被配置成在光束穿过QWP 430两次之后将具有P偏振的光束转换为具有S偏振的光束。例如，从QWP 426朝向QWP 430穿过PBS 422的具有P偏振的光束将穿过QWP 430，被反射离开镜432并且第二次穿过QWP 430以完成从P偏振到S偏振的转换。然后，光束被向后朝向PBS 422引导，并且被PBS 422朝向AHWP 424和LOE部件434重定向。在这种情况下，AHWP 424被去激活，从而允许具有S偏振的光束穿过而不被转换。
LOE部件434包括小平面438，小平面438被配置成将穿过AHWP 424的光束朝向LOE部件436引导。在一些实施方式中，LOE部件434包括与LOE 114类似的部件，例如第一主LOE表面116和第二主LOE表面118以及小平面122。
LOE部件436包括小平面440，小平面440被配置成以与LOE 114类似的方式将从LOE部件434接收的光束朝向眼睛180(图1A)引导。在一些实施方式中，LOE部件436包括与LOE114类似的部件，例如第一主LOE表面116和第二主LOE表面118以及小平面122。
类似于图像投影组件210，通过在图像投影组件410中的POD 412与LOE 414之间引入AHWP 420，由POD 412输出的光束可以根据时间而在P偏振与S偏振之间切换。在图5中，具有S偏振的光束被描绘为实线，而具有P偏振的光束被描绘为虚线。与图像投影组件210相比，在图像投影组件410中，用QWP 426和QWP 430以及镜428和镜432代替LOE部件228，并且用AHWP 424代替无源HWP 224。
例如，当AHWP 420被去激活时，具有S偏振的光束442将穿过AHWP 420而不被转换，并且将朝向QWP 426反射离开PBS 422。光束442穿过QWP 426，反射离开镜428并且再次穿过QWP 426返回朝向PBS 422。当光束442两次穿过QWP 426时，光束442从S偏振转换为P偏振。然后，光束442穿过PBS 422朝向QWP 430，穿过QWP 430，反射离开镜432并且再次穿过QWP430返回朝向PBS 422。当光束442两次穿过QWP 430时，光束442从P偏振转换为S偏振。然后，光束442朝向AHWP 424和LOE部件434反射离开PBS 422，并且穿过AHWP 424而不被改变，因为当AHWP 420被去激活时AHWP 424被去激活。光束442朝向LOE部件436反射离开小平面438中的一个，并且然后朝向眼睛180(图1A)反射离开小平面440中的一个。
当AHWP 420被激活时，最初具有S偏振的光束444将在其穿过AHWP 420时被转换为P偏振，并且将穿过PBS 422朝向AHWP 424和LOE部件434。当光束444穿过AHWP 424时，光束444将被转换回S偏振，因为当AHWP 420被激活时AHWP 424也被激活，并且然后光束444将朝向LOE部件436反射离开小平面438中的第一。然后，光束444朝向眼睛180(图1A)反射离开小平面440中的一个。
在图5中，光束442和光束444将最终以不同角度到达眼睛180，所述角度取决于由于光束所遵循的各种光路径而导致来自投影仪的出射偏振的改变。由于控制器140(图1A)被配置成根据时间来激活AHWP 420和AHWP 424，因此每个光束442和光束444可以仅包括整个图像的一部分。控制器140被配置成在由POD 412生成的图像与AHWP 420和AHWP 424的偏振输出之间同步，以确保用户在眼睛180处体验到互补图像。
参照图6，将描述光学系统100的图像投影组件510的另一说明性实施方式。图像投影组件510可以包括与图像投影组件210和图像投影组件410类似的特征，包括例如POD512、LOE 514、小平面和或其他类似的部件。图像投影组件510可以用于主动扩展由POD 512输出的可获得FOV。POD 212可以包括被配置成输出P偏振和S偏振之一的光束的偏振POD。作为示例，在说明性实施方式中，POD 512可以被配置成输出具有S偏振的光束。
可以由控制器140(图1A)控制的诸如液晶片或其他有源波片之类的AHWP 520被设置在POD 512与LOE 514之间，并且被配置成当被控制器140激活时改变由POD 512投影的光束的极性，例如从S偏振改变为P偏振，反之亦然。在说明性实施方式中，AHWP 520被配置成当被激活时将极性从S偏振改变为P偏振。在替选实施方式中，POD 512可以包括AHWP 520，或者LOE 514可以包括AHWP 520。
LOE 514包括PBS 522、HWP 524、LOE部件526、LOE部件528和LOE部件530。LOE部件526包括小平面532，LOE部件528包括小平面534，并且LOE部件530包括小平面536。
虽然图像投影组件510的部件以与图像投影组件210(图2)不同的布置进行配置，但是POD 512、LOE 514、AHWP 520、PBS 522、HWP 524、LOE部件526、LOE部件528、LOE部件530、小平面532、小平面534和小平面536的功能类似于以上针对图像投影组件210(图2)的POD 212、LOE 214、AHWP 220、PBS 222、HWP 224、LOE部件226、LOE部件228、LOE部件230、小平面232、小平面234和小平面236所述的功能。
参照图7，将描述光学系统100的图像投影组件610的另一说明性实施方式。图像投影组件610可以包括与图像投影组件210和图像投影组件410类似的特征，包括例如POD612、LOE 614、小平面和或其他类似的部件。图像投影组件610可以用于主动扩展由POD 612输出的可获得FOV。POD 612可以包括被配置成输出P偏振和S偏振之一的光束的偏振POD。作为示例，在说明性实施方式中，POD 612可以被配置成输出具有S偏振的光束。
可以由控制器140(图1A)控制的诸如液晶片或其他有源波片之类的AHWP 620被设置在POD 612与LOE 614之间，并且被配置成当被控制器140激活时改变由POD 612投影的光束的极性，例如从S偏振改变为P偏振，反之亦然。在说明性实施方式中，AHWP 620被配置成当被激活时将极性从S偏振改变为P偏振。在替选实施方式中，POD 612可以包括AHWP 620，或者LOE 614可以包括AHWP 620。
LOE 614包括PBS 622、HWP 624、LOE部件626、LOE部件628和LOE部件630。LOE部件626包括小平面632，LOE部件628包括小平面634，并且LOE部件630包括小平面636。
虽然图像投影组件610的部件以与图像投影组件210(图2)不同的布置进行配置，但是POD 612、LOE 614、AHWP 620、PBS 622、HWP 624、LOE部件626、LOE部件628、LOE部件630、小平面632、小平面634和小平面636的功能类似于以上针对图像投影组件210(图2)的POD 212、LOE 214、AHWP 220、PBS 222、HWP 224、LOE部件226、LOE部件228、LOE部件230、小平面232、小平面234和小平面236所述的功能。
参照图8A至图8D，现在将描述有源堆叠光学引擎的说明性实施方式。如图8A所示，LOE 714包括耦入区域716。LOE 714可以代替LOE 114、LOE 214、LOE 414、LOE 514和LOE614中的任何一个。
参照图8B，在说明性实施方式中，LOE 714的LOE部件718和LOE部件720彼此上下堆叠，并且通过粘合剂或涂层722例如低折射率(Refractive Index，RI)胶接合在一起。在一些实施方式中，LOE部件718和LOE部件720可以替选地以不同的方式接合，使得在LOE部件718和LOE部件720之间设置气隙或低RI涂层或其他涂层。
在耦入区域716附近，PBS 724和HWP 726被设置在LOE部件718与LOE部件720之间。PBS 724和HWP 726以与如上所述的PBS 222和HWP 224类似的方式工作。如图8B所示，光束例如经由耦入区域716进入顶部LOE部件718。光束可以由POD(例如，POD 212、POD 412、POD512、POD 612或POD 712)生成。作为示例，光束具有基于AHWP(例如，AHWP 220、AHWP 420等)的激活状态的S偏振或P偏振，如上述实施方式中所述。
如果具有S偏振的光束728通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束728将被PBS724重定向并且传播通过LOE部件718。如果具有P偏振的光束730通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束730穿过PBS 724并且被HWP 726改变为S偏振。然后，光束730传播通过LOE部件720。
LOE部件718和LOE部件720包括小平面，例如小平面232(图2)，所述小平面被配置成将光束朝向另一LOE(例如，LOE部件230)重定向，另一LOE被配置成将光束耦出到眼睛180(图1A)。在图8B的实施方式中，LOE部件718和LOE部件720中的每一个可以负责图像FOV的一部分，例如，诸如图3和图4中所示的那些FOV分量的半FOV分量。
参照图8C，在说明性实施方式中，LOE 714的LOE部件718和LOE部件720彼此上下堆叠，并且通过粘合剂或涂层722接合在一起，如上面针对图8B所述。在该实施方式中，LOE部件720还堆叠在LOE部件732上，并且通过与粘合剂或涂层722类似的粘合剂或涂层734接合。在耦入区域716附近，PBS 724和HWP 726被设置在LOE部件718与LOE部件720之间，而AHWP736、PBS 738和HWP 740被设置在LOE部件720与LOE部件732之间。
如图8C所示，光束例如经由耦入区域716进入顶部LOE部件718。光束可以由POD(例如，POD 212、POD 412、POD 512、POD 612或POD 712)生成。作为示例，光束具有基于AHWP(例如，AHWP 220、AHWP 420等)的激活状态的S偏振或P偏振，如上述实施方式中所述。
如果具有S偏振的光束728通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束728将被PBS724重定向并且传播通过LOE部件718。如果具有P偏振的光束730通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束730穿过PBS 724并且被HWP 726改变为S偏振。
如果AHWP 736未激活，光束730将穿过AHWP 736而不被从S偏振改变为P偏振，并且将被PBS 738重定向回到LOE部件720。然后,光束730传播通过LOE部件720。
如果AHWP 736激活，则光束730被AHWP 736转换为P偏振，穿过PBS 738并且被HWP740转换回S偏振。然后,光束730传播通过LOE部件732。
LOE部件718、LOE部件720和LOE部件732包括小平面，例如小平面232(图2)，小平面被配置成将光束朝向另一LOE(例如，LOE部件230)重定向，另一LOE被配置成将光束耦出到眼睛180(图1A)。在图8C的实施方式中，LOE部件718、LOE部件720和LOE部件732中的每一个可以负责图像FOV的一部分(例如，图像FOV的三分之一)。
参照图8D，在说明性实施方式中，LOE 714的LOE部件718、LOE部件720和LOE部件732彼此上下堆叠，并且通过粘合剂或涂层722和粘合剂或涂层734接合在一起，如上文关于图8C所述。在该实施方式中，LOE部件732还堆叠在LOE部件742上，并且通过与粘合剂或涂层722类似的粘合剂或涂层744接合。在耦入区域716附近，PBS 724和HWP 726被设置在LOE部件718与LOE部件720之间，并且AHWP 736、PBS 738和HWP 740被设置在LOE部件720与LOE部件732之间，并且AHWP 746、PBS 748和HWP 750被设置在LOE部件732与LOE部件742之间。
如图8D所示，光束例如经由耦入区域716进入顶部LOE部件718。光束可以由POD(例如，POD 212、POD 412、POD 512、POD 612或POD 712)生成。作为示例，光束具有基于AHWP(例如，AHWP 220、AHWP 420等)的激活状态的S偏振或P偏振，如上述实施方式中所述。
如果具有S偏振的光束728通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束728将被PBS724重定向并且传播通过LOE部件718。如果具有P偏振的光束730通过耦入区域716进入LOE部件718，则光束730穿过PBS 724并且被HWP 726改变为S偏振。光束730然后进入LOE部件720。
如果AHWP 736未激活，光束730将穿过AHWP 736而不被从S偏振改变为P偏振，并且将被PBS 738重定向回到LOE部件720。然后,光束730传播通过LOE部件720。
如果AHWP 736激活，则光束730被AHWP 736转换为P偏振，穿过PBS 738并且被HWP740转换回S偏振。然后，光束730进入LOE部件732。
如果AHWP 746未激活，光束730将穿过AHWP 746而不被从S偏振改变为P偏振，并且将被PBS 748重定向回到LOE部件732。然后,光束730传播通过LOE部件732。
如果AHWP 746激活，则光束730被AHWP 746转换为P偏振，穿过PBS 748并且被HWP750转换回S偏振。然后，光束730传播通过LOE部件742。
LOE部件718、LOE部件720、LOE部件732和LOE部件742包括小平面，例如小平面232(图2)，所述小平面被配置成将光束朝向另一LOE(例如，LOE部件230)重定向，另一LOE被配置成将光束耦出到眼睛180(图1A)。在图8D的实施方式中，LOE部件718、LOE部件720、LOE部件732和LOE部件742中的每一个可以负责图像FOV的一部分(例如，图像FOV的四分之一)。
如图8D所示，LOE 714可以包括任何其他数目的附加堆叠的LOE部件，每个附加堆叠的LOE部件可以负责图像FOV的一部分。例如，在五个堆叠的LOE部件的情况下，每个部件可以负责图像FOV的五分之一，在六个堆叠的LOE部件的情况下，每个部件可以负责图像FOV的六分之一，等等。
在一些实施方式中，每个堆叠的LOE部件718、LOE部件720、LOE部件732和LOE部件742可以具有用于例如经由该LOE部件的小平面将光束引导到眼睛180(图1A)中的一个光学路径。在其他实施方式中，每个堆叠的LOE部件718、LOE部件720、LOE部件732和LOE部件742可以具有多个光路径，例如图2、图5、图6和图7中所示的那些光路径，其中，附加的LOE部件可以用于将光束引导到眼睛180。
在图8A至图8D的实施方式中的每一个中，控制器140(图1A)被配置成以允许用户在眼睛180(图1A)处体验到互补图像的方式在由POD生成的图像与AHWP的激活之间进行同步。例如，在图8C的情况下，控制器140可以被配置成以下述方式循环通过AHWP的特定激活状态：所述方式使光束依次传播通过每个LOE部件718、LOE部件720和LOE部件732以将图像FOV的每三分之一投影到眼睛180。
参照图9，示出了包括交叠的FOV分量802、FOV分量804、FOV分量806和FOV分量808的示例图像FOV 800。FOV分量802、FOV分量804、FOV分量806和FOV分量808中的每一个通过不同的光路径被投影到眼睛180(图1A)。在一些实施方式中，FOV分量802、FOV分量804、FOV分量806和FOV分量808中的一些或全部可以以与上面参照图4描述的交叠方式类似的方式进行交叠。现在将参照图10A至图12B描述可以向眼睛180提供图像FOV 800的示例LOE1014、LOE 1114和LOE 1214。
参照图10A和图10B，将描述根据说明性实施方式的LOE 1014。LOE 1014包括：在LOE 1014的拐角中的耦入区域1016、PBS 1020、镜1022、HWP 1024、LOE部件1026、LOE部件1028、LOE部件1030和LOE部件1032。LOE部件1026包括小平面1034，LOE部件1028包括小平面1036，LOE部件1030包括小平面1038，并且LOE部件1032包括小平面1040。LOE部件1030和LOE部件1032被层1042(例如，粘合剂、涂层、气隙或其他层)隔开。在一些实施方式中，LOE部件1026和LOE部件1028通过与层1042类似的层1043与LOE部件1030和LOE部件1032隔开。在一些实施方式中，层1042可以包括粘合剂，例如如上所述的粘合剂或涂层722。在一些实施方式中，例如，在LOE部件1030和LOE部件1032的主LOE表面未被良好抛光的情况下，LOE部件1030和LOE部件1032可以在不使用粘合剂或涂层的情况下彼此上下堆叠以形成层1042。
LOE部件1030包括光隔离器1044，并且LOE部件1032包括光隔离器1046。在一些实施方式中，光隔离器1044包括与光隔离器1046不同的材料或不同的特性。在其他实施方式中，光隔离器1044和光隔离器1046可以包括相同的材料或特性。光隔离器1044和光隔离器1046被配置成允许光束从LOE部件1026和LOE部件1028中的一个或两个进入它们相应的LOE部件1030和LOE部件1032，并且被配置成禁止光束反射回LOE部件1026和LOE部件1028。
PBS 1020、镜1022、HWP 1024、LOE部件1026、LOE部件1028、LOE部件1030，LOE部件1032、小平面1034、小平面1036、小平面1038、小平面1040、层1042和层1043中的每一个以与上述其他实施方式中的类似部件类似的方式工作。
如图10A所示，光束例如经由耦入区域1016进入LOE 1014。光束可以由POD(例如，POD 212、POD 412、POD 512、POD 612或POD 712)生成。作为示例，光束具有基于AHWP(例如，AHWP 220、AHWP 420等)的激活状态的S偏振或P偏振，如上述实施方式中所述。
如果具有S偏振的光束1048通过耦入区域1016进入LOE 1014，则光束1048将被PBS1020重定向，传播通过LOE部件1026，并且被小平面1034朝向LOE部件1030和LOE部件1032中的一个或两个引导。如果具有P偏振的光束1050通过耦入区域1016进入LOE 1014，则光束1050穿过PBS 1020，被镜1022朝向HWP 1024重定向，并且被HWP 1024改变为S偏振。然后，光束1050传播通过LOE部件1028，并且被小平面1036朝向LOE部件1030和LOE部件1032中的一个或两个引导。在一些实施方式中，每个LOE部件1026和LOE部件1028中的不同的小平面1034和小平面1036可以被配置成例如基于填充FOV所需的不同小平面角度将光束引导到LOE部件1030和LOE部件1032中相应的一个中。光束1048和光束1050进入LOE部件1030和LOE部件1032，穿过光隔离器1044和光隔离器1046，并且通过小平面1038和小平面1040耦出到眼睛180(图1A)。
返回参照图9，例如，FOV分量802可以与沿着通过LOE部件1026和LOE部件1030的光路径的光束对应，FOV分量804可以与沿着通过LOE部件1028和LOE部件1030的光路径的光束对应，FOV分量806可以与沿着通过LOE部件1026和LOE部件1032的光路径的光束对应，并且FOV分量808可以与沿着通过LOE部件1028和LOE部件1032的光路径的光束对应。以这种方式，可以在不增加POD的尺寸、重量、功耗或其他特性的情况下，将放大的图像FOV投影到眼睛180(图1A)。
参照图11A和图11B，将描述根据说明性实施方式的LOE 1114。LOE 1114包括：在LOE 1114的拐角中的耦入区域1116、PBS 1120、镜1122、HWP 1124、LOE部件1126、LOE部件1128、LOE部件1130和LOE部件1132。LOE部件1126包括小平面1134，LOE部件1128包括小平面1136，并且LOE部件1130包括小平面1138，LOE部件1132包括小平面1140。LOE部件1130和LOE部件1132被层1142(例如，粘合剂、涂层、气隙或其他涂层)隔开。在一些实施方式中，LOE部件1126和LOE部件1128通过可以与层1142类似的层1143与LOE部件1130和LOE部件1132隔开。设置在LOE部件1130和LOE部件1132之间的是以与上述类似部件类似的方式工作的AHWP1144、PBS 1146和HWP 1148。
LOE部件1130包括无效区域1150(例如惰性玻璃或另一种惰性材料)，并且被配置成经由AHWP 1144、PBS 1146和HWP 1148从LOE部件1132接收光束。例如，LOE部件1132被配置成接收来自LOE部件1126和LOE部件1128的光束。光束传播通过LOE部件1132，并且根据AHWP1144是否激活，将穿过AHWP 1144、PBS 1146和HWP 1148进入LOE部件1130，或者由PBS1146重定向回到LOE部件1132。
PBS 1120、镜1122、HWP 1124、LOE部件1126、LOE部件1128、LOE部件1130、LOE部件1132、小平面1134、小平面1136、小平面1138、小平面1140、层1142、层1143、AHWP 1144、PBS1146和HWP 1148中的每一个以与上述其他实施方式中的类似部件类似的方式工作。
如图11A所示，光束例如经由耦入区域1116进入LOE 1114。光束可以由POD(例如，POD 212、POD 412、POD 512、POD 612或POD 712)生成。作为示例，光束具有基于AHWP(例如，AHWP 220、AHWP 420等)的激活状态的S偏振或P偏振，如上述实施方式中所述。
如果具有S偏振的光束1154通过耦入区域1116进入LOE 1114，则光束1154将被PBS1120重定向，传播通过LOE部件1126，并且被小平面1134朝向LOE部件1132引导。如果具有P偏振的光束1156通过耦入区域1116进入LOE 1114，则光束1156穿过PBS 1120，被镜1122朝向HWP 1124重定向，并且被HWP 1124改变为S偏振。然后，光束1156传播通过LOE部件1128，并且被小平面1136朝向LOE部件1132引导。然后，光束1154和光束1156传播通过LOE部件1132。
如图11B所示，如果AHWP 1144未激活，则相应的光束将穿过AHWP 1144，而不被从S偏振改变为P偏振，并且将由PBS 1146重定向回到LOE部件1132。然后，光束传播通过LOE部件1132，并且例如经由小平面1140耦出到眼睛180(图1A)。
如果AHWP 1144激活，则相应的光束被AHWP 1144转换为P偏振，穿过PBS 1146并且被HWP 1148转换回S偏振。然后，光束进入并且传播通过LOE部件1130，并且例如经由小平面1138耦出到眼睛180(图1A)。
返回参照图9，例如，FOV分量802可以与沿着通过LOE部件1126和LOE部件1130的光路径的光束对应，FOV分量804可以与沿着通过LOE部件1128和LOE部件1130的光路径的光束对应，FOV分量806可以与沿着通过LOE部件1126和LOE部件1132的光路径的光束对应，并且FOV分量808可以与沿着通过LOE部件1128和LOE部件1132的光路径的光束对应。以这种方式，可以在不增加POD的尺寸、重量、功耗或其他特性的情况下，将放大的图像FOV投影到眼睛180上(图1A)。
参照图12A至图12D，将描述根据说明性实施方式的LOE 1214。LOE 1214包括：在LOE 1214的拐角中的耦入区域1216、LOE部件1226、LOE部件1228、LOE部件1230和LOE部件1232。LOE部件1226和LOE部件1228包括矩形波导1215(有时被称为螺旋波导或螺旋状波导)，每个矩形波导具有四个主LOE表面1217、1218、1219和1221，每个主LOE表面以与主LOE表面116和主LOE表面118(图1)类似的方式工作，以允许光从四个主LOE表面中的每一个传播出去，而不是仅从如图1A所示的两个平行的主LOE表面传播离开。
如图12D所示，LOE部件1226和LOE部件1228例如以与图8B关于LOE部件718和LOE部件720所示的方式类似的方式彼此上下堆叠。例如，在一些实施方式中，LOE部件1226和LOE部件1228可以沿Y方向堆叠。可以替选地使用其他堆叠方向。设置在LOE部件1226和LOE部件1228之间的是PBS 1224和HWP 1231，PBS 1224和HWP 1231以与上针对图8B所述的PBS和HWP类似的方式工作。在一些实施方式中，LOE部件1226和LOE部件1228通过粘合剂或涂层1225接合在一起，如上文关于图8B所述。
如图12A和图12B所示，LOE部件1226包括小平面1234，LOE部件1228包括小平面1236，LOE部件1230包括小平面1238，LOE部件1232包括小平面1240。虽然小平面1234和小平面1236被示出为与主LOE表面1217、主LOE表面1218、主LOE表面1219和主LOE表面1221垂直，但是在一些实施方式中，小平面1234和小平面1236中的一些或全部可以替选地倾斜于主LOE表面1217、主LOE表面1218、主LOE表面1219和主LOE表面1221。
LOE部件1230和LOE部件1232被层1242(例如，粘合剂、涂层或其他层)隔开。在一些实施方式中，LOE部件1226和LOE部件1228通过与层1242类似的层1243与LOE部件1230和LOE部件1232隔开。设置在LOE部件1230与LOE部件1232之间的是以与上述类似部件类似的方式工作的AHWP 1244、PBS 1246和AHWP 1248。
再次参照图12A至图12D，以类似于图8B的LOE部件718和LOE部件720的方式，如果具有S偏振的光束1227通过耦入区域1216进入LOE部件1226，则光束1227将被PBS 1224重定向，传播通过LOE部件1226并且被小平面1234重定向到LOE部件1230中。如果具有P偏振的光束1229通过耦入区域1216进入LOE部件1226，则光束1229穿过PBS 1224并且被HWP 1231改变为S偏振。然后，光束1229传播通过LOE部件1228并且被小平面1236重定向到LOE部件1232中。
在AHWP 1244和AHWP 1248由控制器140(图1A)激活的情况下，光束以与上述方式类似的方式传播通过LOE部件1230和LOE部件1232，并且将从LOE部件1230跨越到LOE部件1232，反之亦然。例如，在LOE部件1230内传播的光束将穿过AHWP 1248、PBS 1246和AHWP1244进入LOE部件1232，或者由PBS 1246重定向回到LOE部件1230，这取决于AHWP 1244和AHWP 1248是否激活，以将光束的偏振从S偏振转换为P偏振并且返回到S偏振。类似地，在LOE部件1232内传播的光束将穿过AHWP 1244、PBS 1246和AHWP 1248进入LOE部件1230，或者由PBS 1246重定向回到LOE部件1232，这取决于AHWP 1244和AHWP 1248是否激活以将光束的偏振从S偏振转换为P偏振并且返回到S偏振。光束通过光束在其中传播的LOE部件的相应的小平面1238和小平面1240被耦出到眼睛180。
LOE部件1226、LOE部件1228、LOE部件1230、LOE部件1232、小平面1234、小平面1236、小平面1238、小平面1240、粘合剂或涂层1225、层1242、层1243、AHWP 1244、PBS 1224、AHWP 1244、PBS 1246、AHWP 1248和HWP 1231中的每一个以与上述其他实施方式中的类似部件类似的方式工作。虽然LOE 1214被示出为具有两个矩形的LOE部件1226和LOE部件1228，但是任何其他数目的矩形LOE部件可以替选地以与以上针对图8B至图8D描述的方式类似的方式来使用。
返回参照图9，例如，FOV分量802至FOV分量808中的每一个可以与通过LOE 1214的一个或更多个光路径对应，光路径包括：通过LOE部件1226和LOE部件1230而不穿过PBS1246进入LOE部件1232的光路径；通过LOE部件1226和LOE部件1232并且光束穿过AHWP1248、PBS 1246和AHWP 1244进入LOE部件1232的光路径；通过LOE部件1228和LOE部件1232而不穿过PBS 1246进入LOE部件1230的光路径；以及通过LOE部件1228和LOE部件1230并且光束穿过AHWP 1244、PBS 1246和AHWP 1248进入LOE部件1230的光路径。以这种方式，可以在不增加POD的尺寸、重量、功耗或其他特性的情况下，将放大的图像FOV投影到眼睛180上(图1A)。
虽然上述实施方式各自公开了使用特定数目的LOE部件，但是在其他实施方式中可以替选地使用任何其他数目的LOE部件。另外，在其他实施方式中，可以替选地用矩形LOE部件(例如，LOE部件1226和LOE部件1228)代替以上提及的LOE部件中的任何一个。
参照图13，现在将描述用于操作光学系统100的示例过程。该过程可以至少部分地由控制器140(图1A)执行，或者可以至少部分地由光学系统100的任何其他部分执行。图13的过程包括步骤1300至步骤1306。尽管在本文中将图13的过程描述为具有特定步骤或特定顺序的步骤，但在其他实施方式中过程可以替选地以任何顺序执行步骤，可以包括附加的步骤，可以包括较少步骤或可以仅执行下面描述的步骤的一部分。
在步骤1300处，控制器140确定将图像FOV分量投影到眼睛180上(图1A)的目标耦出小平面和角度。例如，在一些实施方式中，控制器140可以至少部分地基于要投影的图像FOV分量和从眼睛跟踪系统30获得的关于眼睛180的瞳的位置的位置信息来确定目标耦出小平面和角度。在一些实施方式中，例如，在不包括眼睛跟踪系统30或眼睛跟踪系统30不可用的情况下，控制器140可以替选地在不使用位置信息的情况下确定目标耦出小平面。
在步骤1302处，控制器140识别到目标耦出小平面的光路径，该光路径将以相应的角度向目标耦出小平面提供光束，例如，如图2、图3、图5、图6、图7、图8B、图8C、图8D、图10A、图10B、图11A、图11B、图12A和图12B所示的光路径。
在步骤1304处，控制器140确定沿着所识别的光路径的每个AHWP的目标AHWP状态，例如，激活以将S偏振转换为P偏振或反之亦然，以穿过PBS或从PBS反射离开。
在步骤1306处，控制器140将沿着所识别的光路径的AHWP选择性地设置为目标AHWP状态。
在步骤1308处，控制器140激活POD以沿着所识别的光路径投影图像FOV分量。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施方式的目的，并且并不旨在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
所附权利要求中的所有装置或步骤加功能元件(如果有的话)的相应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于与具体要求保护的其他要求保护的元件结合执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的所公开的实施方式，但是这并不旨在是穷尽的或者限于所公开的形式的发明。在不背离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域的普通技术人员将是明显的。选择和描述这些实施方式是为了最好地说明本发明的原理和实际应用，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的具有适合于所考虑的特定用途的各种修改的各种实施方式。

Claims (20)

1.一种装置，其包括至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成：
确定目标耦出小平面；
识别到所述目标耦出小平面的光路径；
识别与所述光路径对应的有源波片；
确定与所述光路径对应的有源波片的目标状态；
将所述有源波片设置为所述目标状态；以及
使投影设备沿所述光路径投影包括图像视场分量的光束。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述有源波片被配置成在激活状态与去激活状态之间转换，所述有源波片被配置成当处于所述激活状态时将所述光束从第一偏振转换为第二偏振。
3.根据权利要求2所述的装置，所述有源波片包括有源半波片。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述光路径包括偏振分束器(PBS)，所述PBS被配置成重定向具有所述第一偏振的光束并且被配置成允许具有所述第二偏振的光束从中穿过。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述PBS嵌入所述装置的光导光学元件(LOE)中。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述LOE包括：
第一LOE部件；
第二LOE部件；以及
第三LOE部件，
其中，所述第一LOE部件、所述第二LOE部件和所述第三LOE部件中的每一个包括多个小平面，所述第一LOE部件和所述第二LOE部件被配置成沿着不同光路径将光束引导到所述第三LOE部件。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第三LOE部件的小平面包括所述目标耦出小平面。
8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述LOE包括第四LOE部件，所述第一LOE部件和所述第二LOE部件被配置成沿着不同光路径将光束引导到所述第三LOE部件和所述第四LOE部件，所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的一个的小平面包括所述目标耦出小平面。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述LOE包括设置在所述第三LOE部件与所述第四LOE部件之间的第二PBS，所述第二PBS被配置成将来自所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的相应的一个LOE部件的具有所述第一偏振的光束重定向回到所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的所述相应的一个LOE部件，并且被配置成允许来自所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的所述相应的一个LOE部件的具有所述第二偏振的光束进入所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的另一个LOE部件。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述LOE包括设置在所述第三LOE部件与所述第四LOE部件之间邻近所述第二PBS的第二有源波片，所述第二有源波片被配置成在所述激活状态与所述去激活状态之间转换。
11.根据权利要求10所述的装置，其中：
所述第二有源波片设置在所述第二PBS的第一侧，所述第一侧对应于所述第三LOE部件和所述第四LOE部件之一；并且
所述LOE还包括设置在所述第二PBS的第二侧的另一波片，所述第二侧对应于所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的另一个LOE部件，其中，所述另一波片被配置成将所述光束从所述第一偏振转换为所述第二偏振。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述另一波片包括第三有源波片和半波片之一，所述第三有源波片被配置成在所述激活状态与所述去激活状态之间转换。
13.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一LOE部件和所述第二LOE部件中的至少一个包括矩形波导。
14.一种方法，其包括：
确定目标耦出小平面；
识别到所述目标耦出小平面的光路径；
识别与所述光路径对应的有源波片；
确定与所述光路径对应的所述有源波片的目标状态；
将所述有源波片设置为所述目标状态；以及
使投影设备沿所述光路径投影包括图像视场分量的光束。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述有源波片被配置成在激活状态与去激活状态之间转换；
所述有源波片被配置成当处于所述激活状态时将所述光束从第一偏振转换为第二偏振；以及
将所述有源波片设置为所述目标状态包括将所述有源波片设置为所述激活状态和所述去激活状态之一。
16.一种光学系统，包括：
投影设备，其被配置成输出具有第一偏振的光束；
有源波片，其被配置成在激活状态与去激活状态之间转换，所述有源波片被配置成当处于所述激活状态时将由所述投影设备输出的光束从所述第一偏振转换为第二偏振；
PBS，其被配置成重定向具有所述第一偏振的光束并且被配置成允许具有所述第二偏振的光束从中通过；
第一LOE部件，其包括第一多个小平面；
第二LOE部件，其包括第二多个小平面；以及
第三LOE部件，其包括第三多个小平面，其中：
所述第一LOE部件和所述第三LOE部件限定从所述投影设备经由所述有源波片和所述PBS的第一光路径；并且
所述第二LOE部件和所述第三LOE部件限定从所述投影设备经由所述有源波片和所述PBS的第二光路径。
17.根据权利要求16所述的光学系统，其中，在所述第一光路径中，由所述投影设备输出的光束被配置成在所述有源波片处于所述去激活状态时穿过所述有源波片，并且被所述PBS朝向所述第一LOE部件重定向。
18.根据权利要求16所述的光学系统，其中，在所述第二光路径中，由所述投影设备输出的光束被配置成在所述有源波片处于所述激活状态时穿过所述有源波片，所述有源波片被配置成将所述光束转换成所述第二偏振，具有所述第二偏振的所述光束被配置成穿过所述PBS而朝向所述第二LOE部件。
19.根据权利要求16所述的光学系统，其中，所述第一LOE部件和所述第二LOE部件中的每一个被配置成将光束引导到所述第三LOE部件，所述第三LOE部件被配置成将光束从所述光学系统耦出。
20.根据权利要求16所述的光学系统，其中：
所述光学系统还包括第四LOE部件；
所述第一LOE部件和所述第四LOE部件限定了从所述投影设备经由所述有源波片和所述PBS的第三光路径；
所述第二LOE部件和所述第四LOE部件限定了从所述投影设备经由所述有源波片和所述PBS的第四光路径；
所述第一LOE部件和所述第二LOE部件中的每一个被配置成将光束引导到所述第三LOE部件和所述第四LOE部件中的每一个；并且
所述第三LOE部件和所述第四LOE部件被配置成将光束从所述光学系统耦出。
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