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令漏光始終偏離用戶眼睛，從而提高整體圖像的對比度和清晰度

（映維網(wǎng)Nweon?2023年09月08日）對于XR頭顯而言，盡管緊湊的光學(xué)元件可以在重量和尺寸方面實現(xiàn)小型化，但這容易造成漏光等問題。在名為“Lightguide based illuminator for reflective display panel”的專利申請中，Meta提出了一種令漏光始終偏離用戶眼睛，從而提高整體圖像的對比度和清晰度。

在一個實施例中，專利描述的顯示裝置包括反射顯示面板和用于照亮反射顯示面板的照明器。反射顯示面板反射照明光束，從而形成通過所述光導(dǎo)傳播的圖像光束。在光導(dǎo)中形成的漏光光束與圖像光束共同傳播，遠(yuǎn)離光導(dǎo)并朝向顯示裝置的視窗。

照明器可配置為引導(dǎo)漏光光束向視窗方向非平行傳播，從而令圖像光束和漏光光束在視窗中的任何位置都不重疊。

照明器同時包括在導(dǎo)光器和反射顯示面板之間的光路中的透射衍射光柵，以將照明光束以基本法線角度重新定向到所述反射顯示面板。在透射衍射光柵配置為根據(jù)入射光的偏振狀態(tài)以不同方式重定向光的實施例中，照明光束可以處于第一偏振狀態(tài)，并且圖像光束處于第二、正交偏振狀態(tài)。

照明器同時可以包括在反射顯示面板和光波導(dǎo)之間的波片，以令照明光束和圖像光束具有相互正交的偏振狀態(tài)，其中漏光光束和圖像光束具有相互正交的偏振狀態(tài)。

顯示裝置捅死包括光源和光導(dǎo)之間的光路中的可傾斜反射器，以接收來自光源的照明光束并以可變?nèi)肷浣菍⒄彰鞴馐囟ㄏ虻焦鈱?dǎo)，從而改變圖像光束到物鏡的入射角和圖像光束在視窗的位置。

在可傾斜反射鏡的任何傾斜角度下，圖像光束和漏光光束在視窗中的任何位置都不重疊。

顯示裝置可進(jìn)一步包括用于確定用戶瞳孔在視窗內(nèi)位置的眼追蹤器，以及可操作地耦合到所述眼動追蹤器和可傾斜反射器的控制器，從而將圖像光束定向到所需位置。

參考圖1，顯示裝置100包括反射顯示面板102、照明器104和物鏡106。照明器104包括提供照明光束110的光源108和用于沿反射顯示面板102擴(kuò)展照明光束110的導(dǎo)光器112。

所述反射顯示板102以空間變化的反射率反射所述照射光束110，并形成圖像光束114。圖像光束114通過所述光導(dǎo)112向所述物鏡106傳播，即沿圖1中的z軸方向傳播。

物鏡106聚焦圖像光束114，產(chǎn)生將角域中的圖像攜帶到視窗136的會聚圖像光束115。

照明光束110可以通過耦入光柵116耦合到光導(dǎo)112中。光柵116可以直接從光源108接收照明光束110，或者通過圖1所示的可傾斜反射器111?？蓛A斜反射器110設(shè)置在光源108和光導(dǎo)112之間的光路中。

顯示裝置100可進(jìn)一步包括眼動追蹤器138，以確定用戶眼睛134在視窗136中的位置或方向中的至少一個?？刂破?40可以耦合到眼動追蹤器138和可傾斜反射器110，并用于在用戶眼睛134移動或改變其方向時將會集圖像光束115定向到眼睛瞳孔135的位置。

在操作中，可傾斜反射器111通過耦入光柵116接收來自光源108的照明光束110。耦入光柵116可以是偏振選擇性，并發(fā)射第一偏振態(tài)的光，同時衍射第二正交偏振態(tài)的光。

所述光源108發(fā)射的照明光束110可處于第一偏振狀態(tài)，使得所述照明光束110通過耦合光柵116基本無衍射地傳播，并到達(dá)所述可傾斜反射器111?？蓛A斜反射器111以可變?nèi)肷浣菍⒄彰鞴馐?10重新定向到導(dǎo)光器112。

從可傾斜反射器111反射后，照明光束110的偏振狀態(tài)由第一偏振狀態(tài)變?yōu)榈诙駹顟B(tài)，使得耦入光柵116將照明光束110以與可傾斜反射器111的傾斜角相對應(yīng)的角度耦合到光導(dǎo)112中。

顯示面板102反射的照明光束110形成與照明光110正交偏振的圖像光束114，使圖像光束114通過耦出光柵118向物鏡106傳播。物鏡106在視窗136處產(chǎn)生會聚圖像光束115。

由于源自光導(dǎo)112并與圖像光束114共傳播的漏光光，顯示裝置100可能容易產(chǎn)生圖像對比度降低。漏光作為圖像光束114的背景會降低整體對比度。

參考圖1B，漏光光束124與圖像光束114沿y軸方向共傳播，并由物鏡106聚焦，形成會聚漏光光束125并進(jìn)入用戶眼睛134的瞳孔135。這導(dǎo)致圖像的對比度降低和其他偽影。

圖2給出了針對圖1B漏光問題的一個示例性解決方案。圖2的顯示裝置200包括與圖1的顯示裝置100類似的元件，即反射顯示面板102、照明器104、物鏡106和可選眼動追蹤器138。

所述顯示裝置200的照明器104包括光源108、可選可傾斜反射器111和導(dǎo)光器112。顯示裝置200的控制器140耦合到光源108、可傾斜反射器111和眼動追蹤器138。

光導(dǎo)112相對于反射顯示面板102傾斜。換句話說，反射顯示面板和光波導(dǎo)彼此不平行。

工作時，照射光束110照射到可傾斜反射器111，從而以可變角度反射，通過耦入光柵116入耦到導(dǎo)光器112中，在導(dǎo)光器112中傳播，通過耦出光柵118出到反射顯示面板102，作為圖像光束114反射，并由物鏡106重定向為會聚圖像光束125。

在圖2中，漏光光束124與像光束114形成銳角。因此，會聚漏光光束125的焦點(diǎn)位置145與會聚圖像光束115的會聚點(diǎn)發(fā)生偏移。導(dǎo)光器112的傾斜角度可以選擇得足夠大，使得在視窗136處的會聚圖像光束115和漏光光束125的位置在視窗136中的任何地方都不重疊。

因此，將導(dǎo)光器112傾斜足夠的角度，例如至少1度、至少2度、至少4度或至少8度，這可以克服漏光光束降低圖像對比度的問題。

參考圖3，顯示裝置300包括與圖1A的顯示裝置100類似的元件。顯示裝置300同時包括在導(dǎo)光器312和反射顯示面板102之間的光路中的透射衍射光柵301。
當(dāng)可傾斜反射器111處于所示標(biāo)稱角度并且照明光束110的衍射部分以非法線角度離開導(dǎo)光器時，透射衍射光柵301將照明光束110以基本法線角度重新定向到反射顯示面板102。

反射的圖像光束114由于透射衍射光柵301的衍射而在返回光導(dǎo)312的途中折回照明光束110，并且基本上在沒有被耦出光柵318衍射的情況下傳播通過耦出光柵316并朝向物鏡106。

物鏡106在視窗136處形成會聚圖像光束115。泄漏光束124將不平行于圖像光束114傳播，并因此將會聚到與用戶眼睛134瞳孔135間隔開的焦點(diǎn)位置145。由于用戶的眼睛134看不到漏光，所以整體感知的圖像對比度將得到改善。

轉(zhuǎn)到圖4，顯示裝置400包括與圖3的顯示裝置300類似的元件，顯示裝置400同時包括位于光波導(dǎo)412和反射顯示面板102之間的光路中的偏振選擇性透射衍射光柵401。

偏振選擇性透射衍射光柵401配置為根據(jù)入射光的偏振狀態(tài)不同地重定向入射光。當(dāng)可傾斜反射器111處于所示標(biāo)稱角度時，偏振選擇性透射衍射光柵401將處于第一偏振狀態(tài)的照明光束110重新定向到以基本法線角度撞擊到所述反射顯示板102。

所述第二正交偏振態(tài)的反射像光束114通過所述偏振選擇性透射衍射光柵401直接傳播至所述光導(dǎo)412，并通過所述光導(dǎo)412的耦出光柵418基本無衍射地傳播至所述物鏡106。

物鏡106在視窗136處形成會聚圖像光束115。漏光光束124不平行于圖像光束114傳播，因此將會聚到與用戶眼睛134的瞳孔135分開的焦點(diǎn)位置145。由于用戶的眼睛134不會看到漏光，所以整體感知圖像對比度將得到提高。

參考圖6，顯示裝置600類似于圖4的顯示裝置400，圖6的顯示裝置600的導(dǎo)光器612包括偏振選擇耦處光柵618，它衍射第一偏振的光，例如平行于x軸的線偏振，并通過第二偏振的光，例如平行于y軸的線偏振。

顯示裝置600進(jìn)一步包括圖5可傾斜微鏡550的陣列500。在操作中，沿著X軸線性偏振的照明光束610在光導(dǎo)612中傳播。照明光束610的一部分610A通過可選的四分之一波片QWP 661，并入射到可傾斜微鏡陣列500的微鏡550。

當(dāng)微鏡550如圖5所示處于導(dǎo)通狀態(tài)時，反射的圖像光束614沿著Z軸傳播，即在圖6中水平傳播。圖像光束614傳播通過QWP 661并且沿著Y軸變?yōu)榫€性偏振，基本上沒有衍射地傳播通過光導(dǎo)612的偏振選擇性耦出光柵618。圖像光束614然后可以傳播通過可選的線性偏振器662，其中透射軸沿著Y軸定向。

漏光光束615以與圖像光束614成一定角度的方式傳播。漏光光束615沿著X軸被線性偏振（與照明光束610相同的偏振），并且因此被線性偏振器662附加地衰減。

現(xiàn)在參考圖7，用于照明反射顯示面板的方法700包括提供照明光束（702），例如圖2-4中的光束110或者圖6中的照明光束610，其由光源108產(chǎn)生并且可選地由可傾斜反射器111重定向。

照明光束在反射顯示面板擴(kuò)展（704）。光束擴(kuò)展可以例如使用諸如圖2的光導(dǎo)112、圖3的光導(dǎo)312、圖4的光導(dǎo)412和/或圖6的光導(dǎo)612之類的光瞳復(fù)制光導(dǎo)來實現(xiàn)。照明光束由反射顯示面板重定向（706），從而形成傳播通過光導(dǎo)的圖像光束。

從照明光束在光導(dǎo)中形成的漏光光束與圖像光束共同傳播離開光導(dǎo)并朝向視窗。如以上參考圖2-6所解釋的，漏光光束和圖像光束彼此不平行（720），由此，在可傾斜反射器的任何傾斜角度下，圖像光束和漏光光束在視窗中的任何位置都不重疊。

圖像光束和漏光光束的不平行可以通過將反射顯示面板102和光導(dǎo)112彼此不平行地布置（708）來實現(xiàn)（圖2）。

圖像光束和漏光光束的不平行性同時可以通過使用透射衍射光柵重定向照明光束（710），以大致法向角入射到反射顯示面板102來實現(xiàn)。

相關(guān)專利：Meta Patent | Lightguide based illuminator for reflective display panel

https://patent.nweon.com/29838

名為“Lightguide based illuminator for reflective display panel”的Meta專利申請最初在2022年2月提交，并在日前由美國專利商標(biāo)局公布。

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原文鏈接：https://news.nweon.com/112374