查看引用/信息源請點(diǎn)擊：映維網(wǎng)Nweon

緊湊的光束掃描儀

（映維網(wǎng)Nweon?2022年02月19日）傳統(tǒng)的頭顯十分笨重，不夠時尚美觀。造成所述問題的一個重要原因是：可穿戴設(shè)備中的組件同樣繁雜巨大。所以，廠商一直在嘗試通過各種方式來小型化組件。

在名為“Display with a compact beam scanner（具有緊湊光束掃描儀的顯示器）”和“Beam scanner with pic input and display based thereon（具有光子集成電路輸出的光束掃描儀和基于所述光束掃描儀的顯示器）”的專利申請中，Meta提出了一種小型化光束掃描儀的解決方案。

掃描投影儀顯示器需要一個光學(xué)掃描儀，而后向者通?；谝粋€可傾斜的反射器。掃描儀可以在顯示器的整個視場中掃描光束。當(dāng)掃描光束時，其亮度和/或顏色會隨著掃描而變化，以提供角度域中的圖像。光束可以在兩個方向掃描，例如在X和Y視角。當(dāng)幀速率足夠高時，眼睛能夠整合掃描的光束并感知到?jīng)]有閃爍的圖像。其中，設(shè)備可以提供中繼波導(dǎo)，以將角度域中的圖像中繼到顯示器的視窗。配置為提供光瞳復(fù)制的中繼波導(dǎo)又稱為光瞳復(fù)制波導(dǎo)。

圖像掃描儀面對的一個挑戰(zhàn)是，光束入射到可傾斜反射器的傾斜角度導(dǎo)致視場降低，如圖1A所示。FOV降低是由立體角變形引起。其中，立體角是指光束入射可傾斜反射器時的掃描范圍。

有圖像掃描儀通過在可傾斜反射器和波導(dǎo)之間采用光束路由光學(xué)器件來解決所述難題，如圖1B所示。但這會增加掃描儀的尺寸，拉長掃描光束到光瞳復(fù)制波導(dǎo)耦入器的光程，并增加給定視場對耦入器的表面積要求。

Meta在發(fā)明中描述了一種針對所述問題的光束掃描方法：發(fā)散光束通過掃描反射器中的開口發(fā)送到后向反射器，以獲得向掃描反射器傳播的反射光束。反射光束由掃描反射器通過后向反射器反射。掃描反射器沿至少一個方向?qū)Ψ瓷涔馐M(jìn)行角度掃描。彎曲后向反射器以準(zhǔn)直反射光束，從而產(chǎn)生準(zhǔn)直掃描光束。接下來，通過掃描掃描反射器，以可變角度將經(jīng)準(zhǔn)直掃描的光束耦合到光瞳復(fù)制器中。另外，后向反射器可配置為反射第一偏振的入射光并發(fā)射第二偏振的入射光。

Meta表示，這種布置設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)緊湊的光束掃描儀。

在一個實(shí)施例中，專利描述的顯示設(shè)備包括具有耦入器的光瞳復(fù)制波導(dǎo)，以及包括具有開口的掃描反射器和布置在掃描反射器和耦入器之間的第二反射器（后向反射器）的光束掃描儀。后向反射器配置成將通過開口傳輸?shù)墓夥瓷浠貟呙璺瓷淦鳌Ｔ谝粋€實(shí)施例中，開口可以是穿過掃描反射器的孔。在一個實(shí)施例中，開口可包括偏振器。

在一個實(shí)施例中，掃描反射器可包括可傾斜反射器，例如可傾斜反射鏡。在一個實(shí)施例中，掃描反射器可包括MEMS反射器。在一個實(shí)施例中，光圈位于掃描反射器的中心，并具有錐形邊緣、矩形邊緣或圓形邊緣。

在一個實(shí)施例中，第二反射器（后向反射器）可配置成至少部分地準(zhǔn)直從其反射的圖像光束。在一個實(shí)施例中，第二反射器可包括彎曲的反射表面。第二反射器可包括反射偏振器。在一個實(shí)施例中，顯示設(shè)備可包括布置在反射偏振器和掃描反射器之間的四分之一波片（QWP）。

在上述實(shí)施例中，顯示設(shè)備同時可包括配置為發(fā)射圖像光的光源。光源可包括多個發(fā)射器，其用于發(fā)射包括多個圖像光束的圖像光。

顯示設(shè)備同時可以包括配置為將圖像光導(dǎo)入光圈的光子集成電路（PIC）。

圖2A和2B是根據(jù)上述發(fā)明描述的布置設(shè)計(jì)，并且示出了示例顯示設(shè)備250的后端。示例顯示設(shè)備250使用光束掃描儀200將圖像光耦合到顯示器的中繼波導(dǎo)240中。中繼波導(dǎo)240包括耦入器225，并且可以代表例如上述的光瞳復(fù)制波導(dǎo)。

圖2A和2B中的布置設(shè)計(jì)可以允許掃描反射器以相對較小的占地面積垂直入射。掃描儀200包括具有孔徑215的掃描反射器（SR）210和面向SR 210的后向反射器（BR）220。后向反射器（BR）220又可以稱為第二反射器。光圈215允許輸入圖像光201從SR 210的后側(cè)211引導(dǎo)到BR 220，并且可以只是SR 210中的孔徑或開口。

BR 220可以配置為將通過孔徑215傳輸?shù)膱D像光反射回SR 210。圖像光201可以在SR 210和BR 220之間的空腔222中行進(jìn)至少兩次，以第二次入射穿過BR 220。

BR 220可布置在中繼波導(dǎo)240的耦入器225附近，以便通過BR 220傳輸?shù)墓饪梢择詈系讲▽?dǎo)240中。在一個實(shí)施例中，BR 220可布置成在垂直于波導(dǎo)240的光輸入面的方向反射輸入圖像光201。

在一個實(shí)施例中，BR 220可接近或甚至接觸波導(dǎo)240的光輸入面。

在一個實(shí)施例中，BR 220可包括偏振反射器，其配置為反射第一偏振狀態(tài)PS1的光，并允許第二正交偏振狀態(tài)PS2的光通過其透射。在一個實(shí)施例中，BR 220可以具有透光率，并且可以至少部分聚焦或至少部分準(zhǔn)直從其反射的光。

BR 220可適當(dāng)?shù)夭贾迷赟R 210附近，這允許SR 210與波導(dǎo)240或耦入器225之間的距離d變小。變小的SR-BR距離允許SR 210和波導(dǎo)240的耦入器225之間具有相應(yīng)的較小距離。舉例來說，SR 210與波導(dǎo)240的距離可以小于等于1mm，或者與波導(dǎo)240的距離可以小于等于0.3mm。

換句話說，這可以實(shí)現(xiàn)更為緊湊的設(shè)計(jì)。

在操作中，圖像光201通過孔徑215進(jìn)入空腔222，并作為發(fā)散光束213向BR 220傳播。BR 220將圖像光作為反射光束203反射回SR 210，然后作為掃描光束209從SR 210反射回耦入器215，在通過BR 220傳輸后到達(dá)耦入器225。光束203照亮遠(yuǎn)大于孔徑215面積的SR 210面積，并作為掃描光束209從SR 210向BR 220和耦入器225反射。在一個實(shí)施例中，光束209被準(zhǔn)直。在一個實(shí)施例中，光束203和209被準(zhǔn)直。BR 220可以配置為發(fā)送掃描光束209的至少一部分，以便經(jīng)由耦入器225耦合到波導(dǎo)240。

SR 210可用于在1D或2D角度范圍內(nèi)掃描角度域中的掃描光束209。在圖2所示的實(shí)施例中。2A和2B，SR 210是一個傾斜反射器，可圍繞垂直于圖形平面的傾斜軸傾斜，即平行于Y軸。在一些實(shí)施例中，SR 210還可操作為圍繞平行于X軸的第二軸傾斜。傾斜軸可以延伸穿過孔徑215，例如穿過其中心，從而孔徑的位置不會隨著傾斜而改變。

圖2A示出了SR 210的狀態(tài)。對于所述狀態(tài)，SR 210以正入射接收反射圖像光束203，并沿相同路徑返回掃描光束209。SR 210的這種狀態(tài)可以稱為非傾斜狀態(tài)，并且在一個實(shí)施例中可以是SR 210未通電時的默認(rèn)狀態(tài)。

參考圖2C，顯示設(shè)備250可包括光源205、控制器255、聚焦光學(xué)元件235和可選偏振器207。光源205配置為提供輸入圖像光201。光源205可以包括一個或多個發(fā)射器。聚焦光學(xué)元件235可配置為通過光圈215聚焦圖像光201。在操作中，光源205可以提供攜帶圖像信息的輸入圖像光201?？刂破?55可操作地耦合到光源205和SR 210，并配置為與操作SR 210協(xié)調(diào)地向光源205提供驅(qū)動信號113至SR 210，以及控制信號111。

圖6A是一個示例掃描投影儀600。掃描投影儀600包括耦合到BR 620的SR 610的光束掃描儀630，以及配置成將一個或多個輸入光束601聚焦到SR 610的孔徑615的聚焦光學(xué)器件635。在一個實(shí)施例中，SR 610可以是MEMS反射器，并可由MEMS殼體640支撐。

圖6B中掃描投影600可包括光源605，其包括一個或多個發(fā)射器606。

參考圖7，在一個實(shí)施例中，光子集成電路（PIC）750可用于提供輸入光601。輸入光601可以通過一個或多個波導(dǎo)711傳送到孔徑615。

PIC包括一個用于輸出來自波導(dǎo)的第一光束的耦出器。耦出器可包括用于將第一光束重定向出PIC的平面轉(zhuǎn)向鏡。轉(zhuǎn)向鏡可以是凹面，并用于通過第一反射器中的開口聚焦光束。光束掃描器同時可以包括從PIC向第一反射器中的開口延伸的輔助波導(dǎo)，其用于將由轉(zhuǎn)向鏡反射的第一光束傳輸?shù)降谝环瓷淦髦械拈_口。PIC同時可以包括用于引導(dǎo)第二光束的第二波導(dǎo)。

在一個實(shí)施例中，SR 610可以是如上所述的MEMS反射器，并且PIC 750和波導(dǎo)711可以包括在也容納MEMS反射器的MEMS封裝740中，從而減小投影儀的總體尺寸。

相關(guān)專利：Display with a compact beam scanner
相關(guān)專利：Beam scanner with pic input and display based thereon

Meta表示，通過上述布置設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)緊湊的光束掃描儀。

---
原文鏈接：https://news.nweon.com/94592