CN110678801A - 用非远心成像防止重影图像的显示设备系统 - Google Patents

Abstract

防止重影图像的非远心显示系统包括光学波导和显示引擎。显示引擎的图像形成器包括反射表面，该反射表面具有到该反射表面的表面法线。显示引擎的照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射光，使得主光线与到反射表面的表面法线偏移锐角。显示引擎将反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光朝着光学波导的输入耦合器引导，以将与图像相对应的光耦合到其中，并且通过全内反射行进到波导的输出耦合器。由于由照明引擎发射的光的主光线与到反射表面的表面法线偏移锐角，因此重影图像至少部分地被防止。

Description

用非远心成像防止重影图像的显示设备系统

背景技术

各种类型的计算、娱乐和/或移动设备可以用透明或半透明的显示器来实现，设备的用户可以通过该透明或半透明的显示器查看周围的环境。这样的设备可以被称为透视混合现实显示设备系统或增强现实(AR)系统，其使得用户能够透视设备的透明或半透明显示器来查看周围的环境，并且还可以观看虚拟对象的图像(例如，文本、图形、视频等)，这些虚拟对象被生成以供显示，以显得像是周围环境的一部分和/或覆盖在周围环境上。这些设备可以被实现为头戴式显示器(HMD)眼镜或其他可穿戴显示设备，但不限于此，这些设备通常利用光学波导将显示引擎所产生的图像复制到一个位置，在该位置处，设备的用户可以查看该图像，作为增强现实环境中的虚拟图像。由于这仍是新兴技术，因此存在着与利用波导向用户显示虚拟对象的图像相关联的某些挑战。

发明内容

本技术的某些实施例涉及用于减轻透视混合现实显示设备系统中的重影图像的装置、方法和系统。根据一个实施例，一种透视混合现实显示设备系统包括显示引擎和光学波导。显示引擎包括图像形成器和照明引擎，其中图像形成器包括反射表面，该反射表面具有到其的表面法线。例如，图像形成器可以是硅上液晶(LCoS)微显示器，并且图像形成器的反射表面可以包括多个像素，该多个像素能够选择地和各自地被开启或关闭。照明引擎被配置为朝着图像形成器的反射表面发射光，使得由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角。显示引擎被配置为将反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光朝着光学波导的输入耦合器引导，使得与图像相对应的光的至少一部分被输入耦合器耦合到光学波导中，并且至少部分地通过全内反射(TIR)的方式行进到输出耦合器，在输出耦合器处，与图像相对应的光的至少一部分从光学波导被耦合出来。图像形成器、照明引擎和光学波导共同地提供非远心成像显示系统。根据某些实施例，显示系统的数值孔径略小于在显示系统包括通常关于透镜系统的光轴旋转对称的透镜系统的情况下显示系统将具有的数值孔径的一半。

根据某些实施例，由照明引擎发射的光在第一次反射出图像形成器的反射表面之后，朝着光学波导的输入耦合器行进第一路径集合。显示引擎和光学波导相对于彼此被定位，使得由显示引擎朝着光学波导的输入耦合器引导的、与图像相对应的光的一部分由于菲涅耳反射而朝着显示引擎被反射回，并且第二次反射出图像形成器的反射表面。第二次反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光在第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着光学波导返回。由于照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角，因此第二路径集合与第一路径集合不同。

根据某些实施例，显示引擎还包括孔径光阑，该孔径光阑阻挡第二次反射出图像形成器的反射表面的、并且在第二次被反射之后行进第二路径集合朝着光学波导返回的、与图像相对应的光入射在光学波导的输入耦合器上，从而防止被反射回的光导致重影图像。根据某些实施例，显示引擎具有与光学波导的输入耦合器相邻的出射光瞳，并且孔径光阑阻挡显示引擎的出射光瞳的一部分。

根据某些实施例，照明引擎包括光源和一个或多个透镜组和/或其他光学元件，该一个或多个透镜组和/或其他光学元件被配置为：使由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角。显示系统还可以包括被定位在照明引擎和图像形成器之间的偏振光束分光器(PBS)，以及在PBS和显示引擎的出射光瞳之间的一个或多个透镜组。

根据某些实施例，显示系统内的所有透镜组共享与显示系统的视场中心正交的公共光轴。备选地，显示系统内的一个或多个透镜组相对于与显示系统的视场中心正交的光轴是偏心的和/或倾斜的。

提供本发明内容是以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中被进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。

附图说明

图1A、图1B和图1C分别是示例性光学波导的正视图、俯视图和侧视图，该示例性光学波导可以被用来将与输入光瞳相关联的图像复制到扩展的输出光瞳。

图2是示例性透视混合现实显示系统的侧视图，该系统包括光学波导(与参考图1A、图1B和图1C所介绍的波导相同或相似)和生成图像的显示引擎，该图像包括由光学波导的输入耦合器耦合到波导中的角内容。图2还示出了正在光学波导的输出耦合器附近的眼盒内查看图像的眼睛。

图3A是类似于图2的侧视图，但是示出了示例性远心成像系统的显示引擎的示例性细节。

图3B是类似于图2的侧视图，并且被用来解释远心成像系统如何导致重影图像。

图4是示出根据本技术的实施例的减轻重影图像的非远心成像系统的显示引擎的侧视图。

图5是被用来概括根据本技术的某些实施例的方法的高级别流程图。

具体实施方式

如以上所指出的，本技术的某些实施例涉及用于减轻包括显示引擎和光学波导的透视混合现实显示设备系统中的重影图像的装置、方法和系统。

在下面的描述中，贯穿全文，相同的数字或参考标记将被用来指代相同的部件或元件。此外，三位数字的附图标记的第一位数字标识首次出现该附图标记的附图。

图1A、图1B和图1C分别是示例性光学波导102的正视图、俯视图和侧视图，示例性光学波导102可以被用来将与输入光瞳相关联的图像复制到扩展的输出光瞳。如本文在讨论波导时所使用的，术语“输入光瞳”是指这样的孔径：与图像相对应的光通过该孔径被覆盖在波导的输入耦合器上。如本文在讨论波导时所使用的，术语“输出光瞳”是指这样的孔径：与图像相对应的光通过该孔径从波导的输出耦合器出射。输入光瞳有时也被称为入口光瞳，并且输出光瞳有时也被称为出射光瞳。在下文中，光学波导102通常将被更简洁地称为波导102。如下面将参考图2进一步详细讨论的，波导102正被用来复制、并且可能还扩展的图像可以使用显示引擎来生成。当在透视混合现实显示设备系统中被使用时，波导102可以被用作光学组合器，其被配置为将对应于虚拟图像的光(从显示引擎输出的)与对应于外部场景的光进行组合。在波导依赖于衍射光学元件将光耦合到波导中和/或从波导耦合出来的情况下，该波导可以被称为衍射波导。这样的衍射波导可以被用作衍射光学组合器。

参考图1A、图1B和图1C，光学波导102包括具有输入耦合器112和输出耦合器116的体衬底106。输入耦合器112被配置为将对应于与输入光瞳相关联的图像的光耦合到波导的体衬底106中。输出耦合器116被配置为将与输入光瞳相关联的对应于图像的、在光学波导102中从输入耦合器112行进到输出耦合器116的光从光学波导102耦合出来，使得光从输出光瞳输出并且从输出光瞳可查看。

体衬底106可以由玻璃或光学塑料制成，但不限于此，其包括第一主侧面108、第二主侧面110和周边侧面109a、109b、109c和109d。第一主侧面108和第二主侧面110彼此相对且平行。根据某些实施例，主侧面108和110是平坦的。根据其他实施例，主侧面108和110是弯曲的。第一主侧面108可以备选地被称为前侧面108，并且第二主侧面110可以备选地被称为后侧面110。周边侧面109a、109b、109c和109d可以个别地被称为周边侧面109，或者被统称为周边侧面109。如本文中使用的术语“体”，在衬底的厚度(在其主侧面之间)为使用该衬底作为其光传输介质的光的波长的至少十倍(即，10倍)的情况下，衬底被认为是“体”衬底。例如，在光(使用衬底作为其光传输介质)是波长为620nm的红光的情况下，在衬底的厚度(在其主侧面之间)至少为6200nm，即至少为6.2μm的情况下，该衬底将被视为体衬底。根据某些实施例，体衬底106在其主侧面108和110之间具有至少25μm的厚度。在特定实施例中，体衬底106具有在25μm至1020μm范围内的厚度(在其主侧面之间)。体衬底106是透明的，并且更一般地，波导102是透明的，这意味着它允许光穿过它，使得用户可以透视波导102并且观察在波导102的、用户的眼睛的相对侧上的对象。

图1A、图1B和图1C中的光学波导102还被示为包括中间组件114，该中间组件114可以备选地被称为中间区域114。在波导102包括中间组件114的情况下，输入耦合器112被配置为在中间组件114的方向上将光耦合到波导102中(更具体地，将光耦合到波导102的体衬底106中)。中间组件114被配置为在输出耦合器116的方向上重新引导这样的光。此外，中间组件114被配置为执行水平或垂直光瞳扩展中的一个，并且输出耦合器116被配置为执行水平或垂直光瞳扩展中的另一个。例如，中间组件114可以被配置为执行水平光瞳扩展，并且输出耦合器116可以被配置为垂直光瞳扩展。备选地，如果中间组件114被重新定位到例如图1A中所示的输入耦合器112下方并且在输出耦合器116的左边，则该中间组件114可以被配置为执行垂直光瞳扩展，并且输出耦合器116可以被配置为执行水平光瞳扩展。

在本文中，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116可以被统称为波导的光学组件112、114和116，或者更简洁地被称为组件112、114和116。在光学组件112、114和116是衍射光栅的情况下，它们可以被称为衍射光学元件(DOE)112、114和116，或者更具体地被称为衍射输入耦合器112、衍射中间组件114和衍射输出耦合器116。

波导包括输入耦合器和输出耦合器而不包括中间组件是可能的。在这样的实施例中，输入耦合器将被配置为在朝着输出耦合器的方向上将光耦合到波导中。在这样的实施例中，取决于实现，输出耦合器可以提供水平或垂直光瞳扩展中的一个。波导包括多于一个的中间组件也是可能的。

在图1A中，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116被示为具有矩形的外周形状，但是可以具有备选的外周形状。例如，输入耦合器112可以备选地具有圆形外周形状，但不限于此。对于另一示例，中间组件可以具有三角形或六边形的外周形状，但不限于此。此外，注意，每个周边形状的角例如在通常为矩形或三角形的情况下也可以是倒角的或圆的，但不限于此。这些仅仅是输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116的一些示例性外周形状，这些形状不旨在涵盖全部。

如从图1B和图1C中可以最佳地理解的，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116均被示为被提供在波导102的相同侧(即，后侧面110)中或相同侧上。在这样的情况下，输入耦合器112可以是透射的(例如，透射光栅)，中间组件114可以是反射的(例如，反射光栅)，并且输出耦合器116也可以是反射的(例如，另一反射光栅)。备选地，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116可以全部被提供在波导102的前侧面110中。在这样的情况下，输入耦合器112可以是反射的(例如，反射光栅)，中间组件114可以是反射的(例如，另一反射光栅)，并且输出耦合器116也可以是透射的(例如，透射光栅)。

备选地，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116都可以被嵌入(也被称为浸入)在体衬底106中。例如，体衬底106可以被分离成两个半部(其平行于主侧面108和110)，并且输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116可以被提供在(例如，被蚀刻到)两个半部的内表面中的一个内表面中，并且两个半部的内表面可以彼此粘附。备选地，体衬底106可以被分离成两个半部(其平行于主侧面108和110)，并且输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116可以被提供在两个半部的内表面之间。用于将输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116嵌入在体衬底106中的其他实现也是可能的，并且在本文所述的实施例的范围内。以下也是可能的：输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116中的一个被提供在波导102的前侧面108中或前侧面108上，组件112、114和116中的另一个被提供在后侧面110中或后侧面110上，并且组件112、114和116中的最后一个被嵌入或浸没在体衬底106中。更一般地，除非另有说明，否则输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116中的任何一个都可以被提供在体衬底106的主侧面108或110中的任一个中或任一个上、或者被嵌入在它们之间。

输入耦合器112可以备选地被实现为棱镜、反射偏振器或者可以是基于反射镜的。类似地，输出耦合器116可以备选地被实现为棱镜、反射偏振器或可以是基于反射镜的。取决于具体的配置和实现，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116中的任何一个可以是反射的、衍射的或折射的或其组合，并且可以被实现为例如线性光栅类型的耦合器、全息光栅类型的耦合器、棱镜或其他类型的光学耦合器。中间组件114可以使用折叠光栅来实现，或者可以备选地被实现为基于反射镜的光瞳扩展器，但不限于此。更一般地，输入耦合器112、中间组件114和输出耦合器116可以具有各种不同的外周几何形状，可以被提供在体衬底的主侧面中的任一侧中或任一侧上，或者可以被嵌入在体衬底106中，并且可以使用各种不同类型的光学结构来实现，如从上面的讨论可以理解并且将从下面的讨论进一步理解的那样。

通常，通过全内反射(TIR)的方式，经由输入耦合器112被耦合到波导中的、与图像相对应的光可以从输入耦合器112到输出耦合器116行进通过波导。TIR是当传播的光波以比相对于到表面的法线的临界角更大的角度撞击介质边界(例如，体衬底106的边界)时发生的现象。换言之，临界角(θ_c)是入射角，高于该入射角发生TIR，如本领域已知的，这是由斯涅尔(Snell)定律给出的。更具体地，斯涅尔定律规定：使用以下公式来规定临界角(θ_c)：

θ_c＝sin^-1(n2/n1)

其中

θ_c为在介质边界处相遇的两种光学介质(例如，体衬底106和与体衬底106相邻的空气或某种其他介质)的临界角，

n1为其中光朝着介质边界行进的光学介质(例如，一旦光被耦合在其中的体衬底106)的折射率，以及

n2为超出介质边界的光学介质(例如，与体衬底106相邻的空气或某种其他介质)的折射率。

从下面讨论的图2中可以更好地理解光通过TIR的方式从输入耦合器112到输出耦合器116行进通过波导102的概念。

现在参考图2，如图1C，图2示出了波导102的侧视图，但是还示出了显示引擎204，该显示引擎204生成包括由输入耦合器112耦合到波导中的角内容的图像。图2中还示出的是人眼214的表示，其正在使用波导102来观察使用显示引擎204产生的、作为虚拟图像的图像。更一般地，图2示出了示例性的透视混合现实显示系统200。

显示引擎204可以包括图像形成器和照明引擎以及其他元件。下面参考图3A描述这样的显示引擎204的示例性细节。显示引擎204的图像形成器可以被配置为产生与图像相对应的光，可以使用反射技术来实现，对于该反射技术，由照明引擎产生的外部光被光学活性材料反射和调制。来自高通(Qualcomm)公司的数字光处理(DLP)、硅上液晶(LCoS)和Mirasol(TM)显示技术都是反射技术的示例。在图像形成器是LCoS微显示器的情况下，它包括反射显示表面，该反射显示表面包括由电子器件(未显示)控制的、可以处于“开启”状态或“关闭”状态的像素。依赖于反射技术的其他类型的图像形成器可以类似地具有反射显示表面，该反射显示表面在本文中被更简洁地称为反射表面。

显示引擎204的图像形成器可以备选地使用透射投影技术来实现，其中光源由光学活性材料调制并且用白光进行背光照明。这些技术通常使用具有强大背光和高光能密度的液晶显示器(LCD)类型的显示器来实现。显示引擎204的照明引擎可以提供上述背光照明。备选地，可以使用其中由显示器来生成光的发射技术来实现显示引擎204的图像形成器，例如，参见来自微视(Microvision)公司的PicoP(TM)显示引擎。发射显示技术的另一示例是微型有机发光二极管(OLED)显示器。诸如eMagin(TM)和Microoled(TM)之类的公司提供了微型OLED显示器的示例。单独的或与照明引擎结合的、显示引擎204的图像形成器也可以被称为微型显示器。

从下面讨论的图3A中可以理解，显示引擎204可以包括一个或多个透镜组。(多个)这样的透镜组可以被布置为从图像形成器接收发散的显示图像，以使显示图像准直，并且将经准直的图像朝着波导102的输入耦合器112引导。更一般地，一个或多个透镜组可以被配置为对由图像形成器产生的、与图像相对应的光进行准直，并且然后从显示引擎204输出与图像相对应的光。(多个)透镜组也可以被用来在将由光源发射的光朝着图像形成器引导之前对这样的光进行准直。根据实施例，与波导102相关联的输入光瞳可以和与显示引擎相关联的出射光瞳是大致相同的尺寸，例如在一些实施例中为5mm或更小，但不限于此。

在图2中，显示引擎204被示为面向波导102的后侧面110，并且眼睛214被示为面向与后侧面110相对且平行于后侧面110的前侧面108。这提供了潜望镜类型的配置，其中光在波导102的一侧进入波导，并且在波导102的相对侧从波导出射。备选地，输入耦合器112和输出耦合器116可以通过以下方式实现：使得显示引擎204和眼睛214靠近且面向相同的主侧面(108或110)。

波导102可以被并入到透视混合现实显示设备系统中，在这种情况下，它可以用作光学组合器，其将从显示引擎204输出的对应于图像的光与对应于外部场景的、在波导的与用户的眼睛相对的侧上的光进行组合。可以为用户的左眼和右眼中的每只眼提供波导102和显示引擎204的分离的实例。在某些实施例中，(多个)这样的波导102可以被定位在透视透镜的旁边或之间，该透视透镜可以是眼镜中使用的标准透镜，并且可以按照任何处方(包括无处方)来制成。相同的波导可以被用来将与图像相关联的多种不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光从输入耦合器向输出耦合器转向。备选地，三个波导可以彼此相邻地堆叠，其中每个波导被用来将与图像相关联的不同颜色(例如，红色、绿色或蓝色)的光从其相应的输入耦合器向其输出耦合器转向。以下也是可能的：一个波导处置两种颜色(例如，绿色和蓝色)的光，并且另一波导处置第三种颜色(例如，红色)的光。其他变型也是可能的。

在透视混合现实显示设备系统被实现为包括框架的头戴式显示器(HMD)眼镜的情况下，显示引擎204可以位于框架的侧面，使得它位于用户的太阳穴附近。备选地，显示引擎204可以位于搁置于用户的鼻梁上方的、HMD眼镜的中央部分中。显示引擎204的其他位置也是可能的。在这些实例中，用户也可以被称为穿戴者。在存在用于用户的左眼和右眼中的每只眼睛的分离的波导的情况下，可以存在用于每个波导的分离的显示引擎，并且因此存在用于用户的左眼和右眼中的每只眼睛的分离的显示引擎。如本领域中已知的，一个或多个另外的相邻波导可以被用来基于入射在用户的(多个)眼睛214上并从其反射的红外光来执行眼睛跟踪。

被输入耦合器112耦合到波导102中的、与图像相对应的光可以通过TIR的方式从输入耦合器112行进到中间组件114，并且通过TIR的方式从中间组件114行进到输出耦合器116，在输出耦合器116处，光从波导102出射。更具体地，在波导102内分光和TIR的衍射光束的组合使得光的输入光束的多个版本从输出耦合器116、在输出耦合器116的长度和宽度上向外衍射。

在图2中，实箭头线222表示由显示引擎204输出且入射在输入耦合器112上的、与图像相对应的光，如上面所指出的，输入耦合器112可以是衍射输入耦合器112，诸如SRG。优选地，从显示引擎204输出的、与图像相对应的所有光(由实箭头线222表示)被输入耦合器112衍射或以其他方式被输入到光学波导102中，并且通过TIR的方式行进到输出耦合器116，在输出耦合器116处，光(对应于图像的)从光学波导102被耦合出来，使得人眼214可以查看图像。但是，通常发生的是，从显示引擎204输出的、与图像相对应的光的一部分由于菲涅耳(Fresnel)反射而朝着显示引擎204被反射回。这样的光可能导致由光学波导呈现给用户的眼睛的、虚拟图像的不期望的重影图像。虚箭头线232表示被反射回的光。由显示引擎204输出的一些光也可以朝着显示引擎204被反射回，因为光在被输入耦合器112衍射到光学波导102中之后，内部地反射出波导的内表面并且入射在输入耦合器112上，并且然后不期望地被输入耦合器112衍射地耦合出去，回到显示引擎204中。这样的光也可能导致由光学波导呈现给用户的眼睛的、虚拟图像的不期望的重影图像。

被反射回的光232在重新进入显示引擎204之后，可以入射在其中的图像形成器上，并且然后第二次反射出图像形成器206。虚箭头线234表示在被反射回的光232第二次被反射出显示引擎204内的图像形成器之后的被反射回的光232。在使用反射技术(例如，诸如LCoS微显示器)来实现图像形成器的情况下，入射在图像形成器上的基本上所有的被反射回的光232都将从其中被反射。在使用其他技术(例如，透射或发射技术)来实现图像形成器的情况下，入射在图像形成器上的至少一些被反射回的光232将从其中被反射，但是其程度可能小于如果使用反射技术来实现图像形成器时将发生的程度。不管图像形成器的类型如何，至少一些被反射回的光232在入射在图像形成器上之后，可以被反射出图像形成器并且再次入射在波导102的输入耦合器112上，如由虚箭头线234所指示的。在图2中，由虚箭头线234表示的光被示为耦合到波导102(或更具体地，其体衬底106)中并且至少部分地通过TIR的方式行进到输出耦合器116，在输出耦合器116处，由虚箭头线234表示的光从光学波导102被耦合出来，并且作为由光学波导呈现给用户的眼睛的虚拟图像的不期望的重影图像由人眼232可查看。这样的重影图像实质上是所期望的虚拟图像的副本，其位置被偏移并且被叠加在所期望的虚拟图像的上方。

一种用于消除(或至少减轻)重影图像的潜在解决方案将是使光学波导102相对于显示引擎204倾斜，使得从光学波导102被不期望地反射回的光和/或被衍射地耦合出的光(诸如由虚线232表示的光)相对于显示引擎204以这样的角度被反射回：该角度使得光不回到图像形成器。但是，该解决方案存在局限性。更具体地，使光学波导102相对于显示引擎204倾斜可能具有限制可以实现的视场(FOV)的不期望的影响。此外，使光学波导102相对于显示引擎204倾斜可能不利地影响所得到的显示系统的形状因子和/或工业设计，这在显示系统例如是头戴式近眼显示系统的情况下可能非常重要。另外，迄今为止，光学波导102只能在衍射输入耦合器112将不再满足设计约束和TIR要求之前相对于显示引擎204倾斜。而且，将倾斜的波导相对于图像形成器对准比将非倾斜的波导相对于图像形成器对准更具挑战性。下面描述的本技术的某些实施例提供了用于消除(或至少减轻)上述重影图像的更有说服力的解决方案。在描述这样的实施例之前，首先参考图3A描述示例性显示引擎204的附加细节。

图3A示出了示例性透视混合现实显示系统300。在图3A和其他图中，与前面描述的图(例如，图1和/或图2)中相同的组件可以被标记为相同，并且因此无需再次描述。

在图3A中，显示引擎204被示为包括图像形成器306、光源308和偏振光束分光器(PBS)310。图像形成器306可以是例如LCoS微显示器，但不限于此。显示引擎204还被示为包括透镜组312和透镜组320。图3A中还示出的是显示引擎的出射光瞳321。显示引擎204的出射光瞳321可以具有与波导102的输入光瞳的直径基本相同的尺寸(例如5mm或更小)的直径，但不限于此。从图3A中可以理解，主光线穿过显示引擎204的出射光瞳321的中心。

每个透镜组312、320可以包括一个或多个透镜。更具体地，虽然透镜组312被示为包括一个透镜，但是其可以备选地包括多于一个的透镜。虽然透镜组320被示为包括两个透镜，但是它可以仅包括一个透镜，或者包括多于两个的透镜。在图3A中，每个透镜被表示为双凸透镜，但这仅用于说明。透镜组312和320中的每个透镜组可以包括(多个)附加和/或备选类型的(多个)透镜，仅举几例，其包括但不限于一个或多个平凸、正凹凸、负凹凸、平凹、双凸和/或双凹类型的透镜。取决于显示引擎204的具体实现，显示引擎204可以包括比图3A中所示的更多或更少的透镜组。在透镜组包括多个透镜的情况下，透镜组的多个透镜共享相同的机械轴。机械轴是透镜的外圆柱边缘的中心线，或者只是其几何轴。机械轴与定心机的旋转轴重合，定心机在透镜制造期间将透镜边缘调整至其最终直径。如本文中使用的术语机械轴，如果将最初具有圆形直径的透镜的一个或多个部分从透镜被修整掉(例如，因为(多个)该部分不被使用或不被需要来准直由图像形成器206产生的、与图像相对应的光，并且不被使用或不被需要来从显示引擎204输出与图像相对应的光)，以使透镜不再具有圆形直径，则机械轴将被视为没有改变。换言之，经修整的透镜的机械轴将被视为是透镜被修整前的其几何轴。

在图3A中所示的实施例中，图像形成器306使用反射技术来实现，因此可以更具体地被称为反射图像形成器306。在特定实施例中，反射图像形成器306是硅上液晶(LCoS)微显示器，在这种情况下，反射图像形成器306可以被称为反射微显示器。这样的LCoS微显示器包括反射显示表面，该反射显示表面包括由电子器件(未示出)控制的、可以处于“开启”状态或“关闭”状态的像素。

光源308和透镜组312是照明引擎314的组件，照明引擎314也可以被更简洁地称为照明器314。光源308可以包括被配置为发射红光、绿光和蓝光的发光元件，但不限于此。透镜组312可以被配置为准直由光源308发射的光。光源308的发光元件可以使用发光二极管(LED)或激光二极管(诸如垂直腔表面发射激光(VCSEL))来实现，但不限于此。在图3A中，照明引擎314的透镜组312被示为包括单个透镜，但是如上面所指出的，透镜组312实际上可以包括多于一个的透镜。照明引擎314包括多于一个的透镜组也是可能的，其中每个透镜组包括一个或多个透镜。

仍参考图3A，照明引擎314发射光，光穿过PBS 310，并且然后入射在反射图像形成器306(更具体地，其像素)上，使得入射在图像形成器306的像素上的光具有受控的数值孔径(例如，主光线与图像形成器306的反射表面正交)。根据实施例，PBS 310被配置使得P线性偏振光被PBS 310透射(即，穿过PBS 310)并且S线性偏振光被PBS 310反射。在某些实施例中，如果反射图像形成器306的像素处于“开启”状态，则“开启”像素将P线性偏振光转换成S线性偏振光142(通过将偏振矢量旋转90度)，并且将S线性偏振光朝着PBS 310反射回。当S线性偏振光入射在PBS 310上时，光在波导102的方向上被反射出PBS 310。更具体地，被反射出PBS 310的这样的光被透镜组320准直并且朝着输入耦合器112被引导且入射在输入耦合器112上。输入耦合器112将光(其对应于图像)耦合到光学波导102中。被耦合到光学波导102中的光(对应于图像)的至少一部分通过全内反射(TIR)的方式从输入耦合器112行进到输出耦合器116，在输出耦合器116处，光(对应于图像)从光学波导102被耦合出来，使得图像可以由人眼查看。

在图3A中，(由照明引擎314发射的光的)主光线被图示为比其他光线迹线更粗，这仅是为了将主光线与光的其他光线区分开。在图3A中，如上面所提及的，主光线穿过出射光瞳321的中心。在图3A中，主光线在物空间中平行于显示系统300的光轴。因此，显示系统300是远心的并且可以被称为远心成像系统，并且显示引擎204可以被称为远心显示引擎204。从图3A中还可以理解，在远心成像系统中，主光线垂直于图像形成器306的反射表面。换言之，在远心成像系统中，主光线与到图像形成器306的反射表面的表面法线平行。

从显示引擎204输出的、与图像相对应的光的大部分被输入耦合器112衍射到光学波导102中，并且通过TIR的方式行进到输出耦合器116，在输出耦合器116处，光(对应于图像)从光学波导102被耦合出来，使得图像可以由人眼(例如，图2中的214)查看。然而，如上面所指出的，一部分光朝着显示引擎204被反射回，并且可能导致重影图像。现在将使用图3B提供有关可能导致重影图像的被反射回的光的一些附加细节。为了简化附图，在图3A、图3B和图4中，未示出通过TIR的方式从光学波导102的输入耦合器112行进到输出耦合器116的光的光线迹线。

在图3B中，示出了反射图像形成器306的两个示例性像素，其中一个像素被标记为“开启”，并且另一个像素被标记为“关闭”。这样的像素也可以被称为处于“关闭”状态的像素和处于“开启”状态的像素。虽然仅表示了两个示例性像素，但是图像形成器306将可能包括以矩阵布置的数十万个像素。在图3B中，与由光源308发射的光相对应的光线迹线被图示为细线，除了那些朝着“开启”像素被引导且入射在“开启”像素上的光线迹线之外，这些光线迹线被图示为较粗。“开启”像素将入射在其上的P线性偏振光转换为S线性偏振光142(通过将偏振矢量旋转90度)，并且将S线性偏振光朝着PBS 310反射回。当S线性偏振光入射在PBS 310上时，光在波导102的方向上被反射出PBS 310。更具体地，被反射出PBS 310的光被透镜组320准直并且朝着输入耦合器112被引导且入射在输入耦合器112上。如上面参考图2所指出的，该光的大部分将被输入耦合器112衍射到光学波导102中。然而，如上面还指出的，由于菲涅耳反射(并且潜在地由于已经被耦合入的光在反射出光学波导的内侧之后被衍射地耦合出)，该光的一部分朝着显示引擎204被反射回。如图3B中的粗线所示，被反射回的光(其在该示例中为S线性偏振光)通过透镜组320行进回，并且然后反射出PBS 310且入射在“关闭”像素上。入射在“关闭”像素上的被反射回的光保持S线性偏振光，并且被“关闭”像素反射。由于数值孔径以正交主光线为中心，所以由该被反射回的光所形成的出射光瞳会与由该位置中的“开启”像素所生成的出射光瞳基本相同，并且因此朝着光学波导102的输入耦合器112从透镜系统出射，从而导致不期望的重影图像。

图3A和图3B分别被用来描述示例性远心成像系统，并且被用来解释远心成像系统如何导致不期望的重影图像。现在将使用图4来图示根据本技术的实施例的非远心成像系统如何能够减轻并且优选地消除重影图像。图4示出了根据本技术的实施例的透视混合现实显示系统400。在图4中，与先前描述的附图(例如，图1、图2、图3A和/或图3B)中相同的组件可以被标记为相同的，并且因此无需再次描述。

参考图4，显示引擎404被示为包括图像形成器306、光源308和偏振光束分光器(PBS)310。显示引擎404还被示为包括透镜组412和透镜组420。光源308和透镜组412是照明引擎414的组件，照明引擎414也可以被更简洁地称为照明器414。附加地，显示引擎404被示为包括出射光瞳421和孔径光阑422。图像形成器306和光源308被标记为与它们在图3A和图3B中的相同，因为它们可以与图3A和图3B的实施例中的相同(但是它们并不必须是相同的)。

在图4中，垂直于反射图像形成器306的反射表面的、被标记为412的点虚线表示到图像形成器306的反射表面的表面法线，并且可以被称为到图像形成器306的反射表面的表面法线412(或更简洁地被称为图像形成器306的反射表面的法线412)。在上面参考图3A和图3B描述的示例性显示引擎204中，(由照明引擎314发射的光的)主光线平行于到图像形成器306的反射表面的表面法线412(即，垂直于图像形成器306的反射表面)。相反，在图4的实施例中，照明引擎414被配置使得(由照明引擎414发射的光的)主光线不平行于到图像形成器306的反射表面的表面法线412(即，不垂直于图像形成器306的反射表面)。而是，在图4的实施例中，(由照明引擎414发射的光的)主光线以相对于图像形成器306的反射表面的表面法线412的锐角偏移。可以通过透镜组412的适当设计来实现主光线相对于图像形成器306的反射表面的这样的成角度，但不限于此。例如，备选地或附加地，照明引擎的其他类型的光学元件可以被用来使(由照明引擎发射的光的)主光线以相对于图像形成器306的反射表面的表面法线412的锐角偏移。对于特定示例，可以使用微透镜阵列或一些其他光学微结构来代替(或附加于)一个或多个透镜组。对于另一示例，在光源308的发光元件发射漫射光的情况下，可以使用边缘涂层或一些其他机制来切断指定角度以上的光线，使得(由照明引擎发射的光的)主光线以相对于图像形成器306的反射表面的表面法线412的锐角偏移，以帮助防止重影图像。

注意，主光线不一定必须平行于到图像形成器306的反射表面的表面法线(即，垂直于图像形成器306的反射表面)从而导致重影图像。相反，导致重影图像的一般条件是数值孔径(光锥)使得反射的光线将部分地或完全地覆盖入射光线的情况。上面参考图3B讨论的远心情况的示例是一种特殊情况并且还表示导致重影图像的最坏情况。

在图4中，与在图3B中的情况一样，示出了反射图像形成器306的两个示例性像素，其中一个像素被标记为“开启”，并且另一个像素被标记为“关闭”。在图4中，示出了与由光源308发射且入射在“开启”像素上的光相对应的两条光线迹线，其中两条光线迹线中与主光线相对应的一条光线迹线被图示为较粗。“开启”像素将入射在其上的P线性偏振光转换为S线性偏振光142(通过将偏振矢量旋转90度)，并且将S线性偏振光朝着PBS 310反射回。当S线性偏振光入射在PBS 310上时，光在波导102的方向上被反射出PBS 310，由透镜组420准直，并且然后朝着输入耦合器112被引导且入射在输入耦合器112上。在图4的实施例中(与参考图3A和图3B描述的实施例中的情况一样)，尽管该光的大部分被输入耦合器112衍射到光学波导102中，但是该光的一部分由于菲涅耳反射而朝着显示引擎204被反射回。

被反射回的光(其在该示例中为S线性偏振光)通过透镜组420行进回，并且然后反射出PBS 310且入射在“关闭”像素上，并且保持S线性偏振光。然而，在图4的实施例中，由于(由照明引擎414发射且入射在“开启”像素上的光的)主光线以相对于图像形成器306的反射表面的表面法线412的锐角偏移，所以被“关闭”像素反射的S线性偏振光不被反射回光学波导102的输入耦合器112。相反，被“关闭”像素反射的S线性偏振光沿着不同的路径朝着PBS 310返回，PBS 310将光朝着透镜组420和波导102反射(再次沿着不同的路径)。

换言之，由照明引擎414发射的光在第一次反射出图像形成器306的反射表面之后，朝着光学波导107的输入耦合器112行进第一路径集合。显示引擎404和光学波导102相对于彼此被定位使得：由显示引擎404朝着光学波导102的输入耦合器112引导的、与图像相对应的光的一部分由于菲涅耳反射而朝着显示引擎404被反射回，并且第二次反射出图像形成器306的反射表面。第二次反射出图像形成器306的反射表面的、与图像相对应的光在第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着光学波导102返回。由于照明引擎414朝着图像形成器306的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器306的反射表面的表面法线412偏移锐角，因此第二路径集合与第一路径集合不同。

如在图4中可以看出，当菲涅耳反射光最终到达显示引擎404的与波导102相邻的部分时，这样的光不会入射在输入耦合器112上，并且因此不被输入耦合器112衍射到波导102中。相反，当菲涅耳反射光(在被“关闭”像素和PBS 310反射之后)最终到达显示引擎404的与波导102相邻的部分时，这样的光被示为入射在孔径光阑422上。孔径光阑422吸收这样的光，和/或在防止光再次入射在图像形成器306上的方向上反射这样的光。在图4中示出且参考图4描述的实施例中，显示引擎404具有与光学波导102的输入耦合器112相邻的出射光瞳421，并且孔径光阑422被定位成阻挡显示引擎404的出射光瞳421的一部分。但是，不是必须将孔径光阑定位在图4中所示的精确位置。相反，孔径光阑可以被定位在显示引擎内的其他位置处，例如，在PBS 310和透镜组320之间，或者在透镜组320的透镜之间，但不限于此，以防止已经第二次反射出图像形成器306的光入射在光学波导102的输入耦合器112上。换言之，孔径光阑可以被放置在显示引擎内的各个不同位置处，以在被反射回的光已经第二次被反射出图像形成器306之后吸收这样的被反射回的光。但是，这样的孔径光阑应该被定位成不吸收仅第一次反射出图像形成器306的光，该光旨在经由波导102的输入耦合器112而被耦合到波导102中。

在图4中，示出了两个示例性光线从照明引擎414行进到“开启”像素，其中一条光线被标记为主光线。该图为了说明目的已被简化。注意，该机制还适用于显示系统的视场中的所有视场角。

在图3A、图3B和图4的附图中，由图像形成器306的反射表面反射的、与图像相对应的光被示为朝着PBS 310反射，并且PBS 310被示为将光朝着光学波导102的输入耦合器112反射。在某些实现中，未示出的一个或多个光学元件，诸如另一光束分光器、折叠镜和/或鸟盆式光学元件，可以被用来转向或折叠由图像形成器产生的与图像相对应的光。在这样的实现中，使用照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射光，使得照明引擎发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角，并且孔径光阑的使用可以被用来减少并且优选地防止重影图像，该重影图像由于从光学波导的入耦合器朝着包括反射图像形成器的显示引擎菲涅耳反射回的光而发生。换言之，本技术的实施例不限于图4中所示的精确设置。

在本文所描述的附图中，显示系统内的所有透镜组都被示为共享与显示系统的视场的中心正交的公共光轴。在备选实施例中，显示系统内的一个或多个透镜组可以相对于与显示系统的视场的中心正交的光轴是偏心的和/或倾斜的。

在图1A-图1C、图2、图3A、图3B和图4中，波导102的主侧面108和110被示为是平坦的。然而，如上面所指出的，根据某些实施例，波导的主侧面是弯曲的。这将使得例如光学波导能够被实现为头戴式显示器、或其一部分或其弯曲面甲。

根据某些实施例，光学波导102被用作光组合器，其将从显示引擎(例如404)输出的、对应于图像的光与对应于外部场景的光进行组合。这样的外部场景位于光学波导202的、与用户的眼睛(例如，214)所在的一侧相对的一侧上。这样的配置允许增强现实环境。

本文所述的显示引擎和光学波导可以被并入到透视混合现实显示设备系统中。相同的波导可以被用来将与图像相关联的多种不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光从输入耦合器转向到输出耦合器。备选地，可以彼此相邻地堆叠三个波导，其中每个波导被用来将与图像相关联的不同颜色的光(例如，红色、绿色或蓝色)从其相应的输入耦合器转向到其输出耦合器。以下也将是可能的：一个波导处置两种颜色(例如，绿色和蓝色)的光，并且另一波导处置第三种颜色(例如，红色)的光。其他变型也是可能的。

图5是被用来概括根据本技术的某些实施例的方法的高级别流程图。与包括显示引擎(例如，404)和光学波导(例如，102)的显示设备系统一起使用的这样的方法可以被用来防止重影图像由从光学波导朝着显示引擎被反射回的、与图像相对应的光形成。光学波导至少包括输入耦合器和输出耦合器。显示引擎至少包括图像形成器和照明引擎，其中图像形成器包括反射表面，该反射表面具有到其的表面法线。

参考图5，步骤502涉及使用照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射光，使得由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角。

步骤504涉及使用显示引擎将反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光朝着光学波导的输入耦合器引导，使得与图像相对应的光的至少一部分被输入耦合器耦合到光学波导中，并且至少部分地通过全内反射(TIR)的方式行进到输出耦合器，在输出耦合器处，与图像相对应的光的至少一部分从光学波导被耦合出来。更具体地，由照明引擎发射的光在第一次反射出图像形成器的反射表面之后，朝着光学波导的输入耦合器行进第一路径集合。显示引擎和光学波导相对于彼此被定位使得：由显示引擎朝着光学波导的输入耦合器引导的、与图像相对应的光的一部分由于菲涅耳反射而朝着显示引擎被反射回，并且第二次反射出图像形成器的反射表面。

步骤506涉及使得第二次反射出图像形成器的反射表面的、与图像相对应的光在第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着光学波导返回。由于由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角，因此第二路径集合与第一路径集合不同。

步骤508涉及阻挡第二次反射出图像形成器的反射表面的、并且在第二次被反射之后行进第二路径集合朝着光学波导返回的、与图像相对应的光入射在光学波导的输入耦合器上，从而防止被反射回的光导致重影图像。可以使用孔径光阑(例如422)来执行步骤508。例如，显示引擎具有与光学波导的输入耦合器相邻的出射光瞳(例如421)，并且步骤508处的阻挡可以使用阻挡显示引擎(例如404)的出射光瞳(例如421)的一部分的孔径光阑(例如422)来执行。如上面所指出的，存在可以将孔径光阑定位成防止重影图像的其他位置。

上面参考图4和图5描述的本技术的实施例提供了非远心系统，其中与远心系统相比，由照明引擎朝着图像形成器的反射表面发射的光的主光线与到图像形成器的反射表面的表面法线偏移锐角，以避免重影图像，而不显著增加设计复杂性。

与上面参考图3A和图3B描述的示例性远心成像系统相比，上面参考图4描述的非远心成像系统将具有这样的数值孔径：该数值孔径略小于图3A和图3B的远心成像系统的数值孔径的一半，其中略小于一半意指在一半的百分之十之内。例如，假设图3A和图3B的远心成像系统的f数(f-number)为4，则图4的非远心成像系统的f数可以是略小于2，例如约1.8或1.9。

参考图5描述的方法可以使用至少包括输入耦合器和输出耦合器的光学波导来执行。光学波导还可以包括中间组件。在光学波导包括输入耦合器(例如112)和输出耦合器(例如116)但不包括中间组件(例如114)的情况下，输入耦合器将把它耦合到光学波导中的光朝着输出耦合器引导，并且输出耦合器可以提供水平或垂直光瞳扩展中的一个。在光学波导还包括中间组件的情况下，那么输入耦合器可以被用来将与图像相对应的光(其被耦合到光学波导的体衬底中)朝着中间组件引导。中间组件可以被用来执行水平或垂直光瞳扩展中的一个，并且将与图像相对应的光朝着输出耦合器引导，并且输出耦合器可以被用来执行水平或垂直光瞳扩展中的另一个。从上面对图1A、图1B、图1C、图2、图3A、图3B和图4的讨论中可以理解参考图5概括的方法的附加细节。

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应该理解，所附权利要求书中限定的主题不一定受限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作被公开为实现权利要求的示例形式。

Claims (15)

1.一种透视混合现实显示系统，包括：

光学波导，所述光学波导包括输入耦合器和输出耦合器；

显示引擎，所述显示引擎包括图像形成器和照明引擎；

所述图像形成器包括反射表面，所述反射表面具有到所述反射表面的表面法线；并且

所述照明引擎被配置为：朝着所述图像形成器的所述反射表面发射光，使得由所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移锐角；

其中所述显示引擎被配置为：将反射出所述图像形成器的所述反射表面的、与图像相对应的光朝着所述光学波导的所述输入耦合器引导，使得与所述图像相对应的所述光的至少一部分被所述输入耦合器耦合到所述光学波导中，并且至少部分地通过全内反射(TIR)的方式行进到所述输出耦合器，在所述输出耦合器处，与所述图像相对应的所述光的所述至少一部分从所述光学波导被耦合出来。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述图像形成器、所述照明引擎和所述光学波导共同地提供非远心成像显示系统。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其中所述显示系统的数值孔径略小于在所述显示系统包括通常关于透镜系统的光轴旋转对称的所述透镜系统的情况下所述显示系统将具有的数值孔径的一半。

4.根据权利要求1所述的显示系统，其中：

由所述照明引擎发射的所述光在第一次反射出所述图像形成器的所述反射表面之后，朝着所述光学波导的所述输入耦合器行进第一路径集合；

所述显示引擎和所述光学波导相对于彼此被定位，使得由所述显示引擎朝着所述光学波导的所述输入耦合器引导的、与所述图像相对应的所述光的一部分由于菲涅耳反射而朝着所述显示引擎被反射回，并且第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面；

所述第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面的、与所述图像相对应的所述光在所述第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着所述光学波导返回；并且

由于由所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的所述主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移所述锐角，因此所述第二路径集合与所述第一路径集合不同。

5.根据权利要求4所述的显示系统，其中所述显示引擎还包括孔径光阑，所述孔径光阑阻挡所述第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面的、并且在所述第二次被反射之后行进所述第二路径集合朝着所述光学波导返回的、与所述图像相对应的所述光入射在所述光学波导的所述输入耦合器上，从而防止被反射回的所述光导致重影图像。

6.根据权利要求5所述的显示系统，其中：

所述显示引擎具有与所述光学波导的所述输入耦合器相邻的出射光瞳；并且

所述孔径光阑阻挡所述显示引擎的所述出射光瞳的一部分。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示系统，其中所述照明引擎包括光源和一个或多个透镜组和/或一个或多个其他光学元件，所述一个或多个透镜组和/或所述一个或多个其他光学元件被配置为：使由所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的所述主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移所述锐角。

8.根据权利要求7所述的显示系统，还包括：

偏振光束分光器(PBS)，所述偏振光束分光器被定位在所述照明引擎和所述图像形成器之间；以及

一个或多个透镜组，所述一个或多个透镜组在所述PBS和所述显示引擎的出射光瞳之间。

9.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示系统，其中：

所述显示系统内的所有透镜组共享与所述显示系统的视场中心正交的公共光轴；或

所述显示系统内的一个或多个透镜组相对于与所述显示系统的视场中心正交的光轴至少是偏心的或倾斜的中的一个。

10.根据权利要求1至6中的任一项所述的显示系统，其中：

所述图像形成器包括硅上液晶(LCoS)微显示器；并且

所述图像形成器的所述反射表面包括多个像素，所述多个像素能够各自被选择地和单独地开启或关闭。

11.一种与包括显示引擎和光学波导的显示设备系统一起使用的方法，所述方法用于防止由从所述光学波导朝着所述显示引擎反射回的、与图像相对应的光形成重影图像，其中所述光学波导包括输入耦合器和输出耦合器，其中所述显示引擎包括图像形成器和照明引擎，并且其中所述图像形成器包括反射表面，所述反射表面具有到所述反射表面的表面法线，所述方法包括：

使用所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射光，使得由所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移锐角；

使用所述显示引擎将反射出所述图像形成器的所述反射表面的、与图像相对应的光朝着所述光学波导的所述输入耦合器引导，使得与所述图像相对应的所述光的至少一部分被所述输入耦合器耦合到所述光学波导中，并且至少部分地通过全内反射(TIR)的方式行进到所述输出耦合器，在所述输出耦合器处，与所述图像相对应的所述光的所述至少一部分从所述光学波导被耦合出来。

12.根据权利要求11所述的方法，其中由所述照明引擎发射的所述光在第一次反射出所述图像形成器的所述反射表面之后，朝着所述光学波导的所述输入耦合器行进第一路径集合；并且其中所述显示引擎和所述光学波导相对于彼此被定位，使得由所述显示引擎朝着所述光学波导的所述输入耦合器引导的、与所述图像相对应的所述光的一部分由于菲涅耳反射而朝着所述显示引擎被反射回，并且第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面；所述方法还包括：

使所述第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面的、与所述图像相对应的所述光在所述第二次被反射之后，行进第二路径集合朝着所述光学波导返回；

其中由于所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的所述主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移所述锐角，因此所述第二路径集合与所述第一路径集合不同。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：

阻挡所述第二次反射出所述图像形成器的所述反射表面的、并且在所述第二次被反射之后行进所述第二路径集合朝着所述光学波导返回的、与所述图像相对应的所述光入射在所述光学波导的所述输入耦合器上，从而防止被反射回的所述光导致重影图像。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述显示引擎具有与所述光学波导的所述输入耦合器相邻的出射光瞳；

所述阻挡使用阻挡所述显示引擎的所述出射光瞳的一部分的孔径光阑来执行。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中所述照明引擎包括光源和一个或多个透镜组和/或一个或多个其他光学元件，并且其中使用所述照明引擎包括：

从所述光源在所述一个或多个透镜组的方向上发射光；以及

使用所述一个或多个透镜组和/或所述一个或多个其他光学元件，来使由所述照明引擎朝着所述图像形成器的所述反射表面发射的所述光的所述主光线与到所述图像形成器的所述反射表面的所述表面法线偏移所述锐角。

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