TW202305470A - 具有影像光轉向的顯示器 - Google Patents

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TW202305470A
TW202305470A TW111119298A TW111119298A TW202305470A TW 202305470 A TW202305470 A TW 202305470A TW 111119298 A TW111119298 A TW 111119298A TW 111119298 A TW111119298 A TW 111119298A TW 202305470 A TW202305470 A TW 202305470A
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朱塞佩 卡拉菲奧雷
彭楓琳
耿瑩
亞力山德勒 寇薛勒夫
呂璐
王夢霏
傑克 葛利爾
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美商元平台技術有限公司
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Abstract

一種顯示裝置包含提供光束的定向照明器、在定向照明器的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述光束、以及在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向經空間調變的所述光束。藉由所述射束重定向模組來轉向所述照明的光使得能夠轉向所述顯示裝置的出射光瞳以匹配使用者的眼睛位置。

Description

具有影像光轉向的顯示器
本揭露內容是有關於光學元件，並且尤其是有關於視覺顯示器以及其構件及模組。
視覺顯示器是提供包含靜止影像、視訊、資料、等等的資訊給觀看者。視覺顯示器在各式各樣的領域中都有應用，其包含娛樂、教育、工程、科學、專業培訓、廣告，此僅舉幾個例子而已。例如是電視機的某些視覺顯示器是顯示影像給數個使用者，而例如是近眼顯示器(NED)的某些視覺顯示系統是欲用於個別的使用者。
人工實境系統一般是包含NED，例如是具有一頭戴式裝置或一副眼鏡的形式，其被配置以呈現人工實境的內容給使用者。所述近眼顯示系統可以顯示虛擬的物體、或是結合真實物體與虛擬的物體的影像，即如同在虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、或是混合實境(MR)的應用中。例如，在AR系統中，使用者可以藉由透視一組合器構件來觀看虛擬的物體(例如，電腦產生的影像或CGI)以及周圍的環境的影像兩者。可穿戴的顯示器的組合器構件通常對於外部的光是透明的，但是其包含某些光路光學器件以導引所述顯示器光到所述使用者的視野內。
小型且能量有效率的顯示裝置是頭戴式顯示系統所要的。因為HMD/NED的顯示器通常是穿戴在一使用者的頭上，因此具有沉重的電池的大型、笨重、不平衡及/或沉重的顯示裝置將會給穿戴的使用者帶來麻煩和不舒服。小型的顯示裝置需要小型且能量有效率的光源、影像投影機、光導、聚焦光學、等等。
本發明的一態樣為一種顯示裝置，其包括：定向照明器，其用於提供光束；在所述定向照明器的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。
本發明的上述態樣之顯示裝置進一步包括在所述射束重定向模組的下游的接目鏡，以用於在所述顯示裝置的眼動範圍，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像形成在角域中的影像。
本發明的上述態樣之顯示裝置進一步包括：眼動追蹤系統，其用於判斷使用者的眼睛在所述眼動範圍內的光瞳位置；以及控制器，其是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述定向照明器包括板單模或少模波導。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述定向照明器包括複製光瞳光導。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述射束重定向模組包括堆疊的可切換光柵。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述堆疊的每一個可切換光柵被配置以重定向所述經空間調變的光束在第一狀態為零角度以及在第二狀態為預設的非零角度，其中所述堆疊的不同的可切換光柵的所述預設的非零角度彼此具有二進位關係。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述堆疊的可切換光柵包括盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)可切換光柵。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述堆疊的可切換光柵進一步包括可切換的偏振旋光器，其被設置在所述盤貝相位液晶可切換光柵的下游、以及一圓偏振器，其被設置在所述可切換的偏振旋光器的下游。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述定向照明器被配置以用於提供包括在第一色彩通道及第二色彩通道的光的所述光束；所述盤貝相位液晶可切換光柵包括第一盤貝相位液晶可切換光柵及第二盤貝相位液晶可切換光柵；所述第一盤貝相位液晶可切換光柵包括第一液晶層，其具有第一光學延遲實質等於：奇數個所述第一色彩通道的半波長；以及偶數個所述第二色彩通道的半波長；以及所述第二盤貝相位液晶可切換光柵包括第二液晶層，其具有第二光學延遲實質等於：奇數個所述第二色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一色彩通道的半波長。
在本發明的上述態樣之顯示裝置中，所述定向照明器進一步被配置以用於提供包括在第三色彩通道的光的所述光束；以及所述盤貝相位液晶可切換光柵進一步包括第三盤貝相位液晶可切換光柵，其包括第三液晶層，所述第三液晶層具有第三光學延遲實質等於：奇數個所述第三色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一色彩通道及所述第二色彩通道的半波長。
本發明的另一態樣為一種顯示裝置，其包括：光源，其用於提供光束；在所述光源的下游的複製光瞳光導，其用於擴張所述光束以提供經擴張的光束；在所述複製光瞳光導的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述經擴張的光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。
本發明的另一態樣所述之顯示裝置進一步包括：在所述射束重定向模組的下游的接目鏡，其用於在所述顯示裝置的眼動範圍，從藉由所述經空間調變的光束所載有的在線性域中的所述影像形成在角域中的影像；眼動追蹤系統，其用於判斷在所述眼動範圍內的顯示器使用者的眼睛瞳孔位置；以及控制器，其是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
在本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，所述射束重定向模組包括堆疊的可切換光柵。
在本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，所述堆疊的可切換光柵包括盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)可切換光柵。
在本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，所述盤貝相位液晶可切換光柵包括在平行的基板之間的液晶層，所述平行的基板被配置以用於橫跨所述液晶層施加電場，其中所述液晶層的液晶分子在無所述電場下被定向實質平行於所述基板，並且在所述電場的存在下被定向實質垂直於所述基板。
本發明的又一態樣為一種用於顯示影像給使用者之方法，所述方法包括：提供光束；接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及利用射束重定向模組以可變地重定向所述經空間調變的光束朝向所述使用者的眼睛。
本發明的又一態樣所述之方法進一步包括藉由接目鏡，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像來形成在角域中的影像。
本發明的又一態樣所述之方法進一步包括：判斷在眼動範圍中的顯示器使用者的眼睛瞳孔位置；以及使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
在本發明的又一態樣所述之方法中，利用所述射束重定向模組包括切換堆疊的可切換光柵的至少一可切換光柵。
儘管本教示是結合各種的實施例及例子來描述的，但是本教示並不欲被限制為此種實施例。相反地，如同具有此項技術中的技能者將會體認到的，本教示涵蓋各種的替換物及等同物。所有在此闡述此揭露內容的原理、特點及實施例以及其之特定例子的陳述是欲涵蓋其之結構及功能的等同物。此外，所欲的是此種等同物包含目前已知的等同物以及在未來開發的等同物，亦即任何被開發執行相同功能的元件，而不論結構為何。
如同在此所用的，除非有明確地陳述，否則所述術語"第一"、"第二"等等並不欲意指依序順序，而是欲區別一元件與另一元件。類似地，除非有明確地陳述，否則方法步驟的依序順序並不意指其執行的依序順序。在圖1、圖2、圖8-10及圖12中，類似的元件符號是代表類似的元件。
一種顯示裝置提供影像光，其載有一影像以供使用者觀察。所述影像光可以散佈在一大的區域上，其包含所述顯示器觀看者的所有可能的位置。散佈所述影像光在一廣大的區域上絕對會讓使用者損失大部分的光。根據此揭露內容，所述影像光可以藉由使得顯示器的出射光瞳依循眼睛瞳孔的位置，而特定地被傳播至使用者的眼睛或甚至是眼睛瞳孔的區域。為了達成所述光瞳轉向功能，一定向照明器被用來照明一顯示面板。所述顯示面板空間調變所述照明光。所述經空間調變的光是藉由被設置在所述顯示面板下游的一光學路徑中的一射束重定向模組而被轉向。此種配置是致使影像亮度的改善及/或能量節約，因為並不傳送所述影像光至其無法被觀察到的區域。
根據本揭露內容，其提供有一種顯示裝置包括：用於提供一光束的一定向照明器；一在所述定向照明器的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的一影像的一經空間調變的光束；以及一在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。一接目鏡可被設置在所述射束重定向模組的下游，以用於在所述顯示裝置的一眼動範圍(eyebox)從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像形成在角域中的一影像。一眼動追蹤系統可被設置用於判斷一使用者的眼睛在所述眼動範圍內的一光瞳位置。一控制器可以是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。所述定向照明器可包含一板單模波導、一板少模波導、或是一複製光瞳光導中的至少一個。
在某些實施例中，所述射束重定向模組包括堆疊的可切換光柵。所述堆疊的每一個可切換光柵可被配置以重定向所述經空間調變的光束在一第一狀態為零角度、以及在一第二狀態為一預設的非零角度。所述堆疊的不同的可切換光柵的所述預設的非零角度可以是彼此具有二進位關係。所述堆疊的可切換光柵可包含例如一Pancharatnam–Berry相位(PBP)液晶(LC)可切換光柵。所述堆疊的可切換光柵可以進一步包含一可切換的偏振旋光器，其被設置在所述PBP LC可切換光柵的下游、以及一圓偏振器，其被設置在所述可切換的偏振旋光器的下游。
在其中所述定向照明器是被配置以用於提供包括在第一及第二色彩通道的光的所述光束的實施例中，所述PBP LC可切換光柵可包含第一及第二PBP LC可切換光柵。所述第一PBP LC可切換光柵可包含一第一LC層，其具有一第一光學延遲實質等於奇數個所述第一色彩通道的半波長以及偶數個所述第二色彩通道的半波長。所述第二PBP LC可切換光柵可包含一第二LC層，其具有一第二光學延遲實質等於奇數個所述第二色彩通道的半波長以及偶數個所述第一色彩通道的半波長。更多色彩通道可加以設置。例如，所述定向照明器可以進一步被配置以用於提供包括在一第三色彩通道的光的所述光束。所述PBP LC可切換光柵可包含一第三PBP LC可切換光柵，其包括一第三LC層，所述第三LC層具有一第三光學延遲實質等於奇數個所述第三色彩通道的半波長，以及偶數個所述第一及第二色彩通道的半波長。
根據本揭露內容，其提供有一種顯示裝置包括用於提供一光束的一光源、一在所述光源的下游的複製光瞳光導，其用於擴張所述光束以提供一擴張的光束、一在所述複製光瞳光導的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述擴張的光束以提供載有在線性域中的一影像的一經空間調變的光束、以及一在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。一接目鏡可被設置在所述射束重定向模組的下游，以用於在所述顯示裝置的一眼動範圍，從藉由所述經空間調變的光束所載有的在線性域中的所述影像形成在角域中的一影像。一眼動追蹤系統可被設置以用於判斷一顯示器使用者在所述眼動範圍內的眼睛瞳孔位置。一控制器可以是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。所述射束重定向模組可包含堆疊的可切換光柵，例如是PBP LC可切換光柵。所述PBP LC可切換光柵可包含在平行的基板之間的一LC層，所述平行的基板是被配置以用於橫跨所述LC層施加一電場。所述LC層的LC分子在無所述電場下可被定向實質平行於所述基板，並且在所述電場的存在下可被定向實質垂直於所述基板。
根據本揭露內容，其進一步提供有一種用於顯示一影像給一使用者之方法。所述方法包含提供一光束、接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的一影像的一經空間調變的光束、以及利用一射束重定向模組以可變地重定向所述經空間調變的光束朝向所述使用者的一眼睛。所述方法可包含藉由一接目鏡，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像來形成在角域中的一影像。所述方法可以進一步包含判斷一顯示器使用者在一眼動範圍中的眼睛瞳孔位置、以及使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。利用所述射束重定向模組可包含切換堆疊的可切換光柵的至少一可切換光柵。
一具有出射光瞳轉向的顯示裝置的一舉例說明的一般配置被描繪在圖1中。一顯示裝置130包含一定向照明器100，其提供一照明光束114。在此，所述術語"定向照明器"是表示提供一導引的光束的照明器，其是相對於藉由使得一光束通過一例如是乳白玻璃的漫射器所獲得的一散射光束。所述導引的光束可以是一平行的光束、或是具有定義良好的發散或收斂的一光束。定向照明器的舉例說明的例子將會進一步在以下提供。
一顯示面板118被設置在所述定向照明器100的下游的一光學路徑中。所述顯示面板例如可包含一陣列的光閥，例如是一液晶陣列。所述顯示面板118接收以及在振幅及/或相位上空間調變所述光束114，其提供載有在線性域中的一影像的一經空間調變的光束115。在此，所述術語"在線性域中的影像"是表示其中載有所述影像的光線的不同座標是對應於所述影像的不同的像素的影像，相對於所述術語"在角域中的影像"是表示其中載有所述影像的光線的不同的角度是對應於不同的像素的影像。在此上下文中，所述術語"像素"是表示所顯示的影像的一元素。
一射束重定向模組150是被設置在所述顯示面板118的下游。所述射束重定向模組150的功能是可變地重定向所述經空間調變的光束115以匹配所述使用者的一眼睛134的位置、或是在某些實施例中匹配所述眼睛134的一瞳孔135的一特定的位置。在圖1中，三個此種位置被展示，"A"、"B"及"C"。所述射束重定向模組150是能夠重定向所述經空間調變的光束115至所述位置"A"、"B"或"C"的任一個、或是若為所要的話，任何介於之間的位置。應注意的是，所述位置"A"、"B"及"C"大致是在所述射束重定向模組150的下游的一個三維的空間中。
來到圖2，一多模式定向照明器200可被使用作為在圖1的顯示裝置130中的定向照明器100。圖2的定向照明器200包含一複製光瞳光導206，其被配置以從一光源202接收一光束204。所述複製光瞳光導206包含相對的第一表面211以及第二表面212，其平行於彼此地延伸。所述光束204是藉由一輸入耦合器208而被輸入耦合到所述複製光瞳光導206中，以藉由從所述相對的第一表面211以及第二表面212的一系列曲折的反射，例如全內反射或TIR而在所述複製光瞳光導206中傳播，亦即在圖2中平行於Y軸且在向下的方向上傳播。所述多模式定向照明器200的輸出光束(亦被稱為擴張的光束)包含沿著Y軸偏移的平行的射束部分214，其是藉由一輸出耦合器216而從所述複製光瞳光導206輸出耦合的。可設置超過一個光柵216。所述輸入耦合器208及/或所述輸出耦合器216例如可包含繞射光柵。所述繞射光柵的間距可被選擇以便於提供針對於所述光束的輸入耦合及輸出耦合所需的所述光束的偏轉角度。所述光柵可包含表面浮雕光柵、折射透射光柵、體積布拉格光柵、體積全像光柵、偏振全像光柵、等等。所述光柵例如可以是只對於在一特定偏振狀態的繞射光有偏振選擇性的，例如具有某一方位的線性偏振、或是具有某一旋向性的圓偏振。
參照圖3A，一盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)可切換光柵300可被使用作為圖1的顯示裝置130的射束重定向模組150的一建構區塊。所述PBP LC可切換光柵300包含在一LC層304中的LC分子302。所述LC分子302被設置在XY平面中，在一根據X座標變化的平面內的方位上。在所述PBP LC可切換光柵300中的LC分子302的方位角度ϕ(x)是由以下給出的：
ϕ (x) = πx/T = πx sinθ / λ o(1)
其中λ o是撞擊的光的波長，T是所述PBP LC可切換光柵300的一間距，並且θ是一由以下給出的繞射角度：
θ = sin -1(λ o/T )                                         (2)
所述方位角ϕ是橫跨一LC層304的平行於如同在圖3B中所繪的XY平面的表面持續地變化。所述變化具有一等於T的固定週期。在圖3A的PBP LC光柵300中的光學相位延遲P是由於所述PBP效應，當所述LC層304的光學延遲R等於λ □/2，其表現為P(x)=2ϕ (x)。
圖4A及4B是描繪圖3A的PBP LC可切換光柵300的操作。所述PBP LC可切換光柵300包含被設置在平行的基板之間的LC層304(圖3A)，所述平行的基板被配置以用於橫跨所述LC層304施加一電場。所述LC分子302在無所述電場下被定向實質平行於所述基板，並且在所述電場的存在下被定向實質垂直於所述基板。
在圖4A中，所述PBP LC可切換光柵300是在關閉狀態中，使得其LC分子302被設置成主要平行於所述基板平面，亦即平行於圖4A中的XY平面。當一進入的光束415是左圓偏振的(LCP)，所述PBP LC可切換光柵300是向上重定向所述光束415一預設的非零角度，並且所述射束415變成右圓偏振的(RCP)。所述RCP偏轉的射束415是利用實線來展示。當所述進入的光束415是右圓偏振的(RCP)，所述PBP LC可切換光柵300是向下重定向所述射束415一預設的非零角度，並且所述射束415變成左圓偏振的(LCP)。所述LCP偏轉的射束415是利用虛線來展示。施加一電壓V至所述PBP LC可切換光柵300是將所述LC分子沿著垂直於所述基板平面的Z軸重定向，即如同在圖4B中所示。在此方位的所述LC分子302，所述PBP結構被抹除，並且所述光束415保持其原始的方向，不論其是否為LCP或RCP。因此，所述主動PBP LC光柵400具有一可變的射束轉向性質。
根據此揭露內容，上述的主動PBP LC光柵可被用來建構一射束偏轉元件，其是可切換在三個射束偏轉角度之間。參照圖5，一射束偏轉元件500包含配置成堆疊的圖3A及圖4A-4B的PBP LC可切換光柵300、作用為一可切換的偏振旋光器的一LC可切換的半波片502、以及一左圓偏振器503。在此例子中，所述PBP LC可切換光柵300包含一正LC材料，亦即一展現正介電各向異性的LC材料，儘管一負LC材料亦可被使用。所述輸入光可以不是偏振的，亦即所述輸入光可包含LCP及RCP光兩者。當所述PBP LC可切換光柵300在"開啟"狀態，亦即當所述電場被施加時，所述PBP結構被抹除，因此所述PBP LC可切換光柵300並不偏轉所述光束；如同在511表示的，整體沒有射束偏轉發生。當所述PBP LC可切換光柵300在"關閉"狀態，亦即當所述電場未被施加時，所述PBP LC方位是存在的，其提供所述光束的偏轉LCP光為角度α，而RCP光為–α。當所述可切換的半波片502是在關閉狀態，亦即當所述電場未被施加時，所述半波延遲是存在的，即如同在512所表示的。因此，在所述偏轉角度–α的RCP光變成LCP光，其通過所述左圓偏振器503。因此，所述射束偏轉元件500偏轉所述光束–α的角度。當所述可切換的半波片502是在開啟狀態，亦即當所述電場被施加時，所述半波延遲被抹除，並且所述LCP光維持L偏振的，即如同在513所表示的。因此，所述射束偏轉元件500偏轉所述光束所述角度α。
根據此揭露內容的一特點，圖1的顯示裝置130的射束重定向模組150可包含堆疊的具有不同大小的偏轉的圖5的射束偏轉元件500。所述偏轉的大小可以彼此具有二進位關係。參照圖6的一非限制性的舉例說明的例子，二進位堆疊600的可切換的偏轉元件包含一第一可切換的偏轉元件601，其提供在-α、0、+α的角度之間的可切換的偏轉；一第二可切換的偏轉元件602，其提供在-2α、0、+2α的角度之間的可切換的偏轉；一第三可切換的偏轉元件603，其提供在-4α、0、+4α的角度之間的可切換的偏轉；以及一第四可切換的偏轉元件604，其提供在-8α、0、+8α的角度之間的可切換的偏轉。所述堆疊600的可切換的偏轉元件601-604一起可以藉由切換對應的PBP LC光柵及波片開啟以及關閉，來偏離一光束606從-15α至15α的一角度範圍。
PBP LC裝置可以呈現波長相依的效能。其遵循方程式(1及(2)，具有一LC指向矢剖面ϕ(r)的一PBP LC光柵將會呈現一直接成比例於波長λ 0的偏轉角度θ。若此種光柵被用來重定向通常具有三原色通道的彩色顯示器的光，則只有一色彩通道將會適當地被重定向。
為了確保所有三個色彩通道都被正確地重定向，一堆疊的三個PBP LC光柵可被使用，每一個色彩通道各有一個。藉由一非限制性的例子，參照圖7A，一可切換的PBP LC裝置700是三個圖6的可切換的PBP LC堆疊600的一組合：G堆疊701是用於綠色，B堆疊702是用於藍色，並且R堆疊703是用於紅色。在圖7A中，一射束706的一綠色射束成分711(實線)只被所述G堆疊701重定向；一藍色射束成分712(短虛線)只藉由所述B堆疊702聚焦；並且一紅色射束成分713(長虛線)只藉由所述R堆疊703聚焦。為了在其它色彩通道的波長提供零光功率，所述R、G、B PBP LC光柵以及波片厚度被選擇成使得它們在另外兩個波長處的光學延遲是整數數量的波、或是偶數個半波長，此在所述另外兩個色彩通道產生零PBP以及沒有LCP/RCP偏振轉換，於是為零偏轉角度。為了提供在所述R、G、B通道波長的射束偏轉功率，所述R、G、B PBP LC光柵以及波片厚度被選擇成使得它們在其本身的波長處的光學延遲是奇數個半波長，此產生一非零PBP以及LCP/RCP偏振轉換、以及於是所述R、G、B光柵的一非零光功率。此技術可被用來使得所述PBP LC光柵利用至少兩個通道來操作。針對於兩個色彩通道，所述PBP LC可切換光柵可包含第一及第二PBP LC可切換光柵。所述第一PBP LC可切換光柵可包含一第一LC層，其具有一第一光學延遲實質等於：奇數個所述第一色彩通道的半波長；以及偶數個所述第二色彩通道的半波長。所述第二PBP LC可切換光柵可包含一第二LC層，其具有一第二光學延遲實質等於：奇數個所述第二色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一色彩通道的半波長。以一種類似的方式，針對於三個色彩通道，所述PBP LC可切換光柵可以進一步包含具有一第三LC層的一第三PBP LC可切換光柵，其具有一第三光學延遲實質等於：奇數個所述第三色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一及第二色彩通道的半波長。
參照圖7B，所有三個堆疊701-603都是在"開啟"狀態，並且因此，所述可切換的LC PBP裝置700的射束偏轉功率是零，亦即所述射束706保持原始的傳播方向。將注意到的是，即使為了簡化起見，一電壓V被展示施加至所述PBP LC堆疊701-603的堆疊，但是在實際的實施方式中，通常是不同組的電壓施加至不同的PBP LC堆疊701-703。同樣將會瞭解到的是，所述術語"消色差"在此是被使用來指出PBP LC裝置的效能對於波長的降低的相依性，並且所述消色差可能會由於光學延遲的通道內的波長相依性而為不完整的。
以上PBP LC可切換光柵的例子是考量只在一平面中的光束偏轉。為了達成在兩個正交的平面中的光束偏轉，兩個PBP LC光柵或是兩個堆疊的此種光柵可被設置成相對於彼此的90度時鐘角。例如，對於具有沿著X軸變化的方位角ϕ1的每一個PBP LC可切換光柵300(圖3A)，ϕ1=ϕ(x)，所述堆疊可包含一具有沿著Y軸變化的方位角ϕ2的PBP LC可切換光柵300，ϕ2=ϕ(y)。
參照圖8，一透射式近眼顯示器(NED)裝置830是圖1的顯示裝置130的一實施例。圖8的透射式NED 830是使用所述透射式顯示面板118、圖2的多模式定向照明器200、以及圖7A及圖7B的消色差的可切換的PBP LC裝置700作為所述射束重定向裝置。其它類型的定向照明器以及射束重定向裝置亦可被利用。所述顯示裝置830亦包含一接目鏡832以及一眼動追蹤系統838。
所述定向照明器200是利用所述光束部分214來照明所述顯示面板118，所述光束部分214是從所述光源202所發射的光束204獲得的，並且耦合到所述複製光瞳光導206中，其是如上所解說的輸出所述光束部分214。一接目鏡832耦合至所述顯示面板118，以用於轉換藉由所述顯示面板118顯示的在線性域中的影像成為在角域中的影像，以藉由被設置在一眼動範圍836的使用者的眼睛834觀察。所述顯示面板118在此例子中是以透射來操作的。
一眼動追蹤系統838是被配置以判斷所述眼睛834的位置/方位、及/或所述眼睛834的瞳孔835的位置。一控制器840是可操作地耦接至所述可切換的PBP LC裝置700以及所述眼動追蹤系統838，並且被配置以調諧光束部分214的輸出耦合角度，以用於所述接目鏡832所聚焦的一收斂的射束817匹配所述眼睛瞳孔835的位置。例如，當所述眼睛834移位到在834A利用虛線展示的一新位置時，所述眼動追蹤系統838判斷所述新位置，報告所述新位置給所述控制器840，所述控制器840接著調諧所述可切換的PBP LC裝置700以提供偏轉的光束部分214A，其藉由所述接目鏡832聚焦以提供一聚焦的射束817A，其收斂在所述新位置834A上。此種配置致能所述NED 830能夠只傳送影像光到所述眼睛瞳孔位在之處，此提供電力節約及/或增加被觀察的影像的感受到的亮度。換言之，所述NED 830致能所述顯示器的出射光瞳的轉向，以匹配目前的眼睛瞳孔位置。
一顯示裝置的反射的配置是可能的，其利用一反射式顯示面板，例如反射式液晶覆矽(LCoS)顯示面板。LCoS顯示面板是結合小型化的可能性與將驅動電路設置在所述LC陣列的反射式矽基板上的便利性。參照圖9，一反射式NED 930是類似於圖8的透射式NED 830，但是其利用一偏振光源902以及一反射式顯示面板918，而不是所述透射式顯示面板118。所述反射式NED 930包含一複製光瞳光導906，其具有一輸入耦合光柵908以及一輸出耦合偏振選擇性的光柵916。藉由所述偏振光源902所發射的一偏振光束904是藉由所述輸入耦合光柵908而被耦合到所述複製光瞳光導906中，藉由所述輸出耦合偏振選擇性的光柵916而被輸出耦合以作為偏振光束部分914。所述偏振光束部分914是被導引至所述反射式顯示面板918，向後傳播穿過所述複製光瞳光導906，穿過所述可切換的PBP LC裝置700，並且朝向所述接目鏡832，其在所述眼動範圍836形成一收斂的射束917。
所述光束部分914的傳播是在圖10中更精確地描繪。所述光束904藉由所述複製光瞳光導906而被導引的偏振的部分914是藉由所述偏振選擇性的光柵916而被輸出耦合在一垂直於圖10的平面，亦即平行於X軸的線性偏振。所述偏振光束部分914傳播朝向所述反射式顯示面板918(例如LCoS反射式顯示面板)，其反射所述光束部分914以在一空間變形的偏振狀態下向後朝向所述複製光瞳光導906來傳播。在圖10的平面中的一線性偏振狀態(其平行於Y軸)的光束部分914是自由地傳播通過所述偏振選擇性的光柵916，而在最初的偏振狀態(其垂直於圖5的平面或平行於X軸)的光束部分914是藉由所述偏振選擇性的光柵916而被偏向(繞射)離開所述光學路徑。因此，傳播通過(在圖5中從左到右，亦即在Z軸的方向上)所述偏振選擇性的光柵916的偏振的射束部分914是在振幅上被調變，其提供在線性域中的影像。所述射束部分914接著可以藉由所述可切換的PBP LC裝置700或是更一般而言的射束重定向模組150而被重定向。
現在參照圖11，一單模定向照明器1100可被利用作為圖1的顯示裝置130的定向照明器100、或例如是取代圖8的顯示裝置830的定向照明器200。所述單模定向照明器1100包含一板波導1101，其通常是單模或少模板波導、以及一提供光束1110的光源1102，所述光束1110是利用一例如透鏡為基礎的耦合器的適當的耦合器(未被展示)而被輸入耦合到所述板波導1101中。所述板波導1101包含一基板1104、一在所述基板1104上的(板)核心層1106、以及一在所述核心層1106之上的包覆層1108。所述包覆層1108的厚度可以在所述光1110在所述核心層1106中傳播的方向上，亦即沿著圖11中的Y軸變化，亦即可以在空間上變化。所述光1110是傳播在圖11中的Y方向上，並且厚度(在Z方向上量測的)是在沿著所述Y方向上，亦即在圖11中的底部到頂端逐漸地減小。
一光萃取器1112(例如薄的稜鏡)被設置在所述頂端包覆層1108上。所述光萃取器1112具有一折射率n ext是高於所述光1110在所述板波導1101中的傳播的一模式的有效折射率n eff，並且所述包覆層1108是足夠薄的以用於從所述核心層1106將所述光1110的輸出耦合漸逝到所述光萃取器1112中。舉例而言，所述包覆層1108的厚度可以是在0.3到3微米之間、或在某些實施例中甚至是在0.1微米到5微米之間。
在操作上，所述光1110是在所述核心層1106中傳播在Y方向上，即如同利用一灰色箭頭所展示的。隨著所述光1110傳播在所述核心層1106中，所述光1110的部分1116被輸出耦合到所述光萃取器1112中。所述部分1116輸出耦合所在的角度θ(相對於所述波導的法線)是僅依據所述波導模式的有效折射率n eff相對所述萃取器1112的折射率n ext的比例而定：
θ = asin (n eff/n ext)                                      (3)
方程式(3)是遵循應用至光的動量守恆。光穿隧率是由所述包覆層1108的厚度來控制。
所述包覆層1108的厚度可以在所述光1110的傳播方向上(亦即沿著Y軸)減小，以便於抵銷隨著部分1116漸逝地輸出耦合時的所述光1110的耗盡的光學功率位準，並且藉此增加從所述核心層1106透過所述頂端包覆層1108而進入所述光萃取器1112的輸出耦合的準直的光1114的空間的均勻度。楔形可以藉由低解析度的灰階蝕刻技術來達成。在所述包覆層1108以及所述光萃取器1112之間可以有一AR塗層。所述AR塗層可被施加至所述包覆1108的頂端、所述光萃取器1112的底部、或是兩者，此根據所述光萃取器1112的折射率、所述包覆層1108，以及所用的接合材料而定。
在所示的實施例中，所述光萃取器1112是一薄的稜鏡，例如薄於1mm，其具有形成一小銳角的第一面1121以及第二面1122。所述第二面1122可包含一反射器，例如是金屬或介電質反射器，以用於反射藉由所述稜鏡輸出耦合的光部分1116，以在一接近法線角度的角度下向後傳播通過所述板波導1101。例如，對於0.95mm高的光萃取器212，所述角度可以是約26度；其對於某些材料可以是低到在所述法線的角度的15度之內。在某些實施例中，在所述第二面1122的反射器可以是偏振選擇性的。在其中需要較寬的射束的應用中，較厚的稜鏡可被利用。在該情形中，所述稜鏡的高度仍然可以保持小於所述射束直徑的一半。所述第二面1122可被拋光至一曲率半徑，因而所述反射器具有一光學(亦即聚焦或散焦)功率。應注意的是，如同在此所用的術語"稜鏡"是包含具有彎曲的外表面的稜鏡。
來到圖12，一擴增實境(AR)近眼顯示器1200是包含一框架1201，其對於每一個眼睛支撐：一光源1202；一複製光瞳光導1206，其用於如同在此所揭露的導引在內部的所述光束並且輸出耦合所述光束的部分；一顯示面板1218，其是藉由從所述複製光瞳光導1206輸出耦合的所述光束部分而被照明的，以用於空間調變所述光束部分；一射束重定向模組1250，其用於重定向所述經空間調變的光束部分；一接目鏡1232，其用於如同在此所揭露的轉換藉由所述顯示面板1218顯示的在線性域中的一影像成為在一眼動範圍1236的在角域中的一影像；一眼動追蹤相機1238；以及複數個眼動範圍照明器1262，其被展示為黑色點。所述眼動範圍照明器1262可以藉由接目鏡1232來加以支承，以用於照明一眼動範圍1236。
所述眼動追蹤相機1238之目的是判斷使用者的雙眼的位置及/或方位，以致能如同在此所揭露的轉向所述輸出影像光至所述使用者的眼睛的位置。所述照明器1262是照明在對應的眼動範圍1236的眼睛，以致能所述眼動追蹤相機1238獲得所述眼睛的影像，並且提供參考反射，亦即亮點。所述亮點可以作用為在所捕捉的眼睛影像中的參考點，其藉由判斷所述眼睛瞳孔影像相對於所述亮點影像的位置，而使得所述眼睛注視方向的判斷變得容易。為了避免所述眼動範圍照明器1262的光使得使用者分心，照明所述眼動範圍1236的光可被做成是所述使用者看不見的。例如，紅外光可被用來照明所述眼動範圍1236。
現在參照圖13，其中進一步參考圖1、圖2及圖8，一種用於顯示影像給使用者之方法1300是包含提供(1302)一光束，例如由所述光源202所發射的光束204(圖2)、接收及空間調變(圖13；1304)所述光束以提供一經空間調變的光束(例如在圖1中的經調變的光束115)，其載有在線性域中的一影像、以及利用例如所述射束重定向模組150或是所述可切換的PBP LC裝置700的一射束重定向模組以可變地重定向(圖13；1306)所述經空間調變的光束朝向所述使用者的眼睛。
所述方法300可以進一步包含藉由一例如圖8中所示的接目鏡832的接目鏡，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像來形成(1307)在角域中的一影像。所述方法300的進一步選配的步驟可包含在所述經空間調變的光束的重定向(1306)以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置之前，判斷(1305)在所述眼動範圍內的一使用者的眼睛瞳孔位置。利用所述射束重定向模組可包含切換堆疊的可切換光柵(例如圖6的堆疊600)的至少一可切換光柵(例如圖3的PBP LC光柵300)。
來到圖14，一HMD 1400是一AR/VR可穿戴的顯示系統的一個例子，其圍封使用者的臉，以得到更大程度的沉浸至所述AR/VR環境。所述HMD 1400可以產生完全虛擬的3D成像。所述HMD 1400可包含一前主體1402以及一條帶1404，其可被固定在使用者的頭部周圍。所述前主體1402被配置以可靠且舒適的方式而用於設置在一使用者的眼睛的前面。一顯示系統1480可被設置在所述前主體1402中，以用於呈現AR/VR成像給所述使用者。所述顯示系統1480可包含在此揭露的顯示裝置及照明器的任一個。所述前主體1402的側邊1406可以是不透明或透明的。
在某些實施例中，所述前主體1402包含定位器1408以及一慣性量測單元(IMU)1410，其用於追蹤所述HMD 1400的加速、以及位置感測器1412，其用於追蹤所述HMD 1400的位置。所述IMU 1410是一電子裝置，其根據從位置感測器1412中的一或多個接收到的量測信號來產生指出所述HMD 1400的一位置的資料，所述位置感測器1412是響應於所述HMD 1400的運動來產生一或多個量測信號。位置感測器1412的例子包含：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力儀、其它適當類型的偵測運動的感測器、用於所述IMU 1410的誤差校正的感測器類型、或是其之某種組合。所述位置感測器1412可以是位在所述IMU 1410的外部、所述IMU 1410的內部、或是其之某種組合。
所述定位器1408是藉由一虛擬實境系統的一外部的成像裝置來追蹤，使得所述虛擬實境系統可以追蹤整個HMD 1400的位置及方位。藉由所述IMU 1410以及所述位置感測器1412所產生的資訊可以和藉由追蹤所述定位器1408所獲得的位置及方位做比較，以用於改善的所述HMD 1400的位置及方位的追蹤正確性。正確的位置及方位對於提供適當的虛擬的場景給使用者而言是重要的，因為所述使用者會在3D空間中移動及轉動。
所述HMD 1400可以進一步包含一深度相機組件(DCA)1411，其捕捉描述圍繞某些或全部的HMD 1400的一本地的區域的深度資訊的資料。所述深度資訊可以和來自所述IMU 1410的資訊比較，以獲得所述HMD 1400在3D空間中的位置及方位的更加正確的判斷。
所述HMD 1400可以進一步包含一眼動追蹤系統1414，以用於即時地判斷使用者的眼睛的方位及位置。所述眼睛的獲得的位置及方位亦容許所述HMD 1400能夠判斷所述使用者的注視方向，並且依此調整由所述顯示系統1480所產生的影像。所判斷的注視方向以及輻輳角可被用來調整所述顯示系統1480，以降低輻輳調節衝突。所述方向及輻輳亦可被使用於如同在此所揭露的顯示器的出射光瞳轉向。再者，所判斷的輻輳及注視角度可被使用於和所述使用者互動、強調物體、將物體帶至前景、產生額外的物體或指標、等等。一音訊系統亦可被設置，其例如包含內建於所述前主體1402中的一組小型揚聲器。
本揭露內容的實施例可包含一人工實境系統、或是結合一人工實境系統來實施。一人工實境系統在呈現給使用者之前先用某種方式來調整有關透過感覺獲得的外在世界的感官的資訊，例如是視覺的資訊、音訊、觸碰(體感)資訊、加速、平衡、等等。藉由非限制性的例子，人工實境可包含虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、混合實境(MR)、混雜實境、或是其之某種組合及/或衍生。人工實境的內容可包含完全是產生的內容、或是結合所捕捉(例如，真實世界)的內容所產生的內容。所述人工實境的內容可包含視訊、音訊、身體或觸覺回授、或是其之某種組合。此內容的任一種都可以在單一通道中或是在多個通道中被呈現，例如是產生一種三維效果給觀看者的立體視訊。再者，在某些實施例中，人工實境亦可以是和例如被用來在人工實境中產生內容且/或在人工實境中被使用(例如，在其中執行活動)的應用程式、產品、配件、服務、或是其之某種組合相關的。提供人工實境內容的人工實境系統可以在各種的平台上實施，其包含連接至一主機電腦系統的一例如是HMD的可穿戴的顯示器、一獨立的HMD、具有一眼鏡的形狀因數的一近眼顯示器、一行動裝置或計算系統、或是任何其它能夠提供人工實境內容至一或多個觀看者的硬體平台。
本揭露內容並不欲在範疇上受限於在此所述的特定實施例。確實，除了那些在此所述的以外，其它各種的實施例及修改對於所述技術中具有通常技能者從先前的說明以及所附的圖式來看將會是明顯的。因此，此種其它實施例及修改是欲落在本揭露內容的範疇之內。再者，儘管本揭露內容已經在此用一特定的實施方式、在一特定的環境中針對於一特定的目的之背景中加以敘述，但是所述技術中具有通常技能者將會體認到其有用性並不限於此，並且本揭露內容可以在任意數量的環境中針對於任意數量的目的有利地加以實施。於是，在以下闡述的申請專利範圍應該考慮到如同在此所述的本揭露內容的完整的廣度及精神來加以解釋。
100:定向照明器 114:照明光束 115:空間調變的光束 118:顯示面板 130:顯示裝置 134:眼睛 135:瞳孔 150:射束重定向模組 200:定向照明器 202:光源 204:光束 206:複製光瞳光導 208:輸入耦合器 211:第一表面 212:第二表面 214:射束部分 216:輸出耦合器 300:Pancharatnam–Berry相位(PBP)液晶(LC)可切換光柵 302:LC分子 304:LC層 415:進入的光束 500:射束偏轉元件 502:LC可切換的半波片 503:左圓偏振器 600:堆疊 601:第一可切換的偏轉元件 602:第二可切換的偏轉元件 603:第三可切換的偏轉元件 604:第四可切換的偏轉元件 700:可切換的PBP LC裝置 701:G堆疊 702:B堆疊 703:R堆疊 706:射束 711:綠色射束成分 712:藍色射束成分 713:紅色射束成分 817:收斂的射束 830:透射式近眼顯示器(NED)裝置 832:接目鏡 834:眼睛 834A:新位置 835:瞳孔 836:眼動範圍 838:眼動追蹤系統 840:控制器 902:偏振光源 904:偏振光束 906:複製光瞳光導 908:輸入耦合光柵 914:偏振光束部分 916:輸出耦合偏振選擇性的光柵 918:反射式顯示面板 930:反射式NED 1100:單模定向照明器 1101:板波導 1102:光源 1104:基板 1106:核心層 1108:包覆層 1110:光束 1112:光萃取器 1114:準直的光 1116:部分 1121:第一面 1122:第二面 1200:擴增實境(AR)近眼顯示器 1201:框架 1202:光源 1206:複製光瞳光導 1218:顯示面板 1232:接目鏡 1236:眼動範圍 1238:眼動追蹤相機 1250:射束重定向模組 1262:眼動範圍照明器 1300:方法 1302:步驟 1304:步驟 1305:步驟 1306:步驟 1307:步驟 1400:HMD 1402:前主體 1404:條帶 1406:側邊 1408:定位器 1410:慣性量測單元(IMU) 1411:深度相機組件(DCA) 1412:位置感測器 1414:眼動追蹤系統 1480:顯示系統 A:位置 B:位置 C:位置
範例實施例現在將會結合圖式來加以描述，其中：
[圖1]是此揭露內容的一近眼顯示裝置的概要的視圖；
[圖2]是用於圖1的顯示裝置的一定向照明器的側橫截面圖，所述定向照明器包含一複製光瞳光導；
[圖3A]是可用在圖1的顯示裝置的射束重定向模組中的一主動盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)光柵的前視圖；
[圖3B]是在圖3A的主動PBP LC光柵的一LC層中的LC分子的放大的概要視圖；
[圖4A及圖4B]是圖1的射束重定向模組的圖3A及圖3B的主動PBP LC光柵的概要的側視圖，其展示在所述主動PBP LC光柵的關閉(圖4A)以及開啟(圖4B)狀態的光傳播；
[圖5]是一光學次組件的概要的側視圖，其包含圖3A及圖4A至圖4B的主動PBP LC光柵以及一可切換的波片，所述堆疊是能夠將一撞擊的光束切換在三個不同的傳播方向之間；
[圖6]是圖1的射束重定向模組的一實施例的分解圖，其包含圖5的光學次組件的二進位堆疊；
[圖7A及圖7B]是一多色可切換的PBP LC光柵組件在一繞射狀態(圖7A)以及一非繞射狀態(圖7B)的概要的側視圖；
[圖8]是此揭露內容的一近眼顯示裝置的概要的視圖，其具有一透射式顯示面板；
[圖9]是此揭露內容的一近眼顯示裝置的概要的視圖，其具有一反射式顯示面板；
[圖10]是圖9的近眼顯示裝置的放大的視圖，其展示偏振光束的傳播；
[圖11]是用於圖1的顯示裝置的一定向照明器的側橫截面圖，所述定向照明器包含一板單模或少模波導；
[圖12]是此揭露內容的近眼顯示器的視圖，所述顯示器具有一副眼鏡的形狀因數；以及
[圖13]是此揭露內容的一種用於顯示影像給使用者之方法的流程圖；
[圖14]是此揭露內容的一頭戴式顯示器的三維的視圖。
100:定向照明器
114:照明光束
115:空間調變的光束
118:顯示面板
130:顯示裝置
134:眼睛
135:瞳孔
150:射束重定向模組
A:位置
B:位置
C:位置

Claims (20)

  1. 一種顯示裝置，其包括： 定向照明器，其用於提供光束； 在所述定向照明器的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及 在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。
  2. 如請求項1所述之顯示裝置，其進一步包括在所述射束重定向模組的下游的接目鏡，以用於在所述顯示裝置的眼動範圍，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像形成在角域中的影像。
  3. 如請求項2所述之顯示裝置，其進一步包括： 眼動追蹤系統，其用於判斷使用者的眼睛在所述眼動範圍內的光瞳位置；以及 控制器，其是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
  4. 如請求項1所述之顯示裝置，其中所述定向照明器包括板單模或少模波導。
  5. 如請求項1所述之顯示裝置，其中所述定向照明器包括複製光瞳光導。
  6. 如請求項1所述之顯示裝置，其中所述射束重定向模組包括堆疊的可切換光柵。
  7. 如請求項6所述之顯示裝置，其中所述堆疊的每一個可切換光柵被配置以重定向所述經空間調變的光束在第一狀態為零角度以及在第二狀態為預設的非零角度，其中所述堆疊的不同的可切換光柵的所述預設的非零角度彼此具有二進位關係。
  8. 如請求項6所述之顯示裝置，其中所述堆疊的可切換光柵包括盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)可切換光柵。
  9. 如請求項8所述之顯示裝置，其中所述堆疊的可切換光柵進一步包括可切換的偏振旋光器，其被設置在所述盤貝相位液晶可切換光柵的下游、以及一圓偏振器，其被設置在所述可切換的偏振旋光器的下游。
  10. 如請求項8所述之顯示裝置，其中： 所述定向照明器被配置以用於提供包括在第一色彩通道及第二色彩通道的光的所述光束； 所述盤貝相位液晶可切換光柵包括第一盤貝相位液晶可切換光柵及第二盤貝相位液晶可切換光柵； 所述第一盤貝相位液晶可切換光柵包括第一液晶層，其具有第一光學延遲實質等於：奇數個所述第一色彩通道的半波長；以及偶數個所述第二色彩通道的半波長；以及 所述第二盤貝相位液晶可切換光柵包括第二液晶層，其具有第二光學延遲實質等於：奇數個所述第二色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一色彩通道的半波長。
  11. 如請求項10所述之顯示裝置，其中： 所述定向照明器進一步被配置以用於提供包括在第三色彩通道的光的所述光束；以及 所述盤貝相位液晶可切換光柵進一步包括第三盤貝相位液晶可切換光柵，其包括第三液晶層，所述第三液晶層具有第三光學延遲實質等於：奇數個所述第三色彩通道的半波長；以及偶數個所述第一色彩通道及所述第二色彩通道的半波長。
  12. 一種顯示裝置，其包括： 光源，其用於提供光束； 在所述光源的下游的複製光瞳光導，其用於擴張所述光束以提供經擴張的光束； 在所述複製光瞳光導的下游的顯示面板，其用於接收及空間調變所述經擴張的光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及 在所述顯示面板的下游的射束重定向模組，其用於可變地重定向所述經空間調變的光束。
  13. 如請求項12所述之顯示裝置，其進一步包括： 在所述射束重定向模組的下游的接目鏡，其用於在所述顯示裝置的眼動範圍，從藉由所述經空間調變的光束所載有的在線性域中的所述影像形成在角域中的影像； 眼動追蹤系統，其用於判斷在所述眼動範圍內的顯示器使用者的眼睛瞳孔位置；以及 控制器，其是可操作地耦接至所述眼動追蹤系統以及所述射束重定向模組，並且被配置以使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
  14. 如請求項12所述之顯示裝置，其中所述射束重定向模組包括堆疊的可切換光柵。
  15. 如請求項14所述之顯示裝置，其中所述堆疊的可切換光柵包括盤貝相位(Pancharatnam–Berry phase，PBP)液晶(LC)可切換光柵。
  16. 如請求項15所述之顯示裝置，其中所述盤貝相位液晶可切換光柵包括在平行的基板之間的液晶層，所述平行的基板被配置以用於橫跨所述液晶層施加電場，其中所述液晶層的液晶分子在無所述電場下被定向實質平行於所述基板，並且在所述電場的存在下被定向實質垂直於所述基板。
  17. 一種用於顯示影像給使用者之方法，所述方法包括： 提供光束； 接收及空間調變所述光束以提供載有在線性域中的影像的經空間調變的光束；以及 利用射束重定向模組以可變地重定向所述經空間調變的光束朝向所述使用者的眼睛。
  18. 如請求項17所述之方法，其進一步包括藉由接目鏡，從藉由所述經空間調變的光束所載有並且藉由所述射束重定向模組而被重定向的在線性域中的所述影像來形成在角域中的影像。
  19. 如請求項18所述之方法，其進一步包括： 判斷在眼動範圍中的顯示器使用者的眼睛瞳孔位置；以及 使得所述射束重定向模組重定向所述經空間調變的光束以匹配在所述眼動範圍內的所述眼睛瞳孔位置。
  20. 如請求項17所述之方法，其中利用所述射束重定向模組包括切換堆疊的可切換光柵的至少一可切換光柵。
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