TW202332963A - 基於平面鏡片ar/vr眼鏡之透射的改進系統 - Google Patents

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Abstract

一種人工實境顯示器，利用一種各向異性材料而圓偏振一波導射出的光，進而使得人工實境顯示器益發清晰。

Description

基於平面鏡片AR/VR眼鏡之透射的改進系統
本發明約略係涉及近眼顯示器系統，特別是波導顯示器。
習知的近眼顯示器一般具有顯示元件，且此顯示元件生成的影像光在到達使用者的眼睛之前通過一或多個鏡片。此外，近眼顯示器在虛擬實境(virtual-reality, VR)系統與/或擴增實境(augmented-reality, AR)系統中具有以小型(compact)、輕巧且提供具有廣大眼動範圍(eye box)與寬廣視域(field of view, FOV)的二維擴增之標準設計。傳統上，虛擬實境顯示器為光學放大顯示器。電腦生成影像，並且光學結構被使用來放大影像。設計出較小形成因子(form factor)、寬廣視域且/或廣大眼動範圍的近眼顯示器係富有挑戰性的。
本發明係關於一種人工實境顯示器。特別是，但不侷限於，利用一種各向異性材料以圓偏振一波導射出的光，進而使一種人工實境顯示器益發清晰。
本發明之一實施例所揭露之系統，包含一光源、一波導、一耦合元件、一解耦元件、一波片以及一幾何相位鏡片。耦合元件用以導引光源的光至波導中。解耦元件用以導引出自波導的光，使得從波導導引出的光具有一均勻偏振。波片用以將具有均勻偏振的光轉換成圓偏振光。幾何相位鏡片用以聚焦圓偏振光。波片介於解耦元件與幾何相位鏡片之間。
本發明之另一實施例所揭露之系統，包含一光源、一波導、一耦合元件、一解耦元件、一波片以及一幾何相位鏡片。耦合元件用以導引光源的光至波導中。解耦元件導引出自波導的光，並且從波導導引出的光具有一空間變化偏振。波片具有一空間變化快軸，空間變化快軸用以將具有空間變化偏振的光轉換成圓偏振光。幾何相位鏡片用以聚焦圓偏振光。波片介於解耦元件與幾何相位鏡片之間。
本發明之又一實施例所揭露之系統，包含一光源、一波導、一耦合元件、一解耦元件、一幾何相位鏡片以及一圓偏振器。耦合元件用以導引光源的光至波導中。解耦元件用以導引出自波導的光。幾何相位鏡片用以聚焦圓偏振光。圓偏振器包含一線性偏振器以及一波片。線性偏振器具有一偏振帶寬(polarization bandwidth)以及一透射軸。偏振帶寬大於等於5奈米且小於等於50奈米。波片與線性偏振器結合而用以通過圓偏振光之一旋性並且阻擋圓偏振光之一第二旋性。
根據上述實施例所揭露的系統，由於離開波導的光的偏振為確定性的，因此偏振可被表徵化(characterized)。波片係基於表徵化導引出波導的光的偏振而被建構的。波片對Pancharatnam-Berry相位鏡片生成圓偏振光，而相較於使用一併使用波片及線性偏振器來說具有更少的損失。因此，在Pancharatnam-Berry相位鏡片中的波導之間不使用線性偏振器，且鏡片系統相較於具有寬帶線性偏振器的一鏡片系統來說更加透明。
由於圓偏振器的線性偏振器僅偏振一部份的環境光(ambient light)，因此相較於具有寬帶線性偏振器的圓偏振器，具有窄帶的圓偏振器衰減較少的光。因此，使用具有窄帶寬線性偏振器的圓偏振器便能減少自然光的衰減，並使鏡片系統顯得更加透明。
以下將描述說明具體細節，用以解釋並能透徹理解本發明的部份實施例。然而，附圖與描述說明並非用以限定本發明，顯然地毋需這些具體細節仍能完成本發明之各種實施例。
本發明涉及一擴增實境(AR)顯示器之色調(tint)減少與/或效率增強。具體而言，本發明是涉及使用Pancharatnam-Berry相位(Pancharatnam-Berry Phase, PBP)鏡片的一擴增實境顯示器之色調減少，但不侷限於此。在2017年9月1日提交的美國專利申請號No. 15/693,846中，使用一種Pancharatnam-Berry相位鏡片以改變一擴增實境顯示器的焦距。Pancharatnam-Berry相位鏡片特別是用以接收圓偏振光。因此可在Pancharatnam-Berry相位鏡片前放置一圓偏振器以提供圓偏振光給Pancharatnam-Berry相位鏡片。傳統的圓偏振器包含一線性偏振器以及一四分之一波片(quarter-wave plate)。圓偏振器的線性偏振器衰減（例如反射或吸收）約一半的隨機偏振光(randomly-polarized light)。自然光是隨機偏振的。因此，具有傳統圓偏振器的鏡片系統衰減約一半的自然光，而使鏡片顯得更暗。眼鏡在很多情況下用作顯得清晰的擴增實境顯示器，深暗的鏡片恐不能被社會所接受。
在擴增實境顯示器中，使用圓偏振器還會減少來自投影儀的光線之效率。透過各種方法，例如光瞳複製(pupil replication)，一波導可於擴增實境顯示器中做為一光瞳擴展器(pupil expander)。光從投影儀發射出、導引至波導中、導引出波導外（例如使用光柵）並傳遞到使用者的眼睛。Pancharatnam-Berry相位鏡片放置於波導與使用者的眼睛之間以改變波導所發射出的光之焦點(focus)，進而允許改變波導的影像平面。因為圓偏振器的線性偏振器衰減非線性偏振與對齊於線性偏振器的透射軸的光，所以放置圓偏振器於波導與Pancharatnam-Berry相位鏡片之間可減少顯示光的透射。
做為一種以圓偏振器之線性偏振器來減少衰減的方法，係為移除線性偏振器並且設計自波導發出均勻偏振光的光柵。在光透射到Pancharatnam-Berry相位鏡片之前，波導所發出之均勻偏振的光可由波片(waveplate)轉變為圓偏振光。
做為另一種以圓偏振器之線性偏振器來減少衰減的方法，係將導引至波導中的光線性偏振，但不同於設計光柵以輸出均勻偏振的方法，而是由非均勻波片來補償離開波導的非均勻偏振。從波導導引出的光可具有非均勻偏振，但其非均勻性可確定地不相同，使得來自波導的光可由非均勻波片轉變為均勻圓偏振光。波片的非均勻性與配置取決於從波導導引出非均勻偏振光的確切方式。藉由決定從波導射出的光之中的偏振之局部變化，可設計具有波片的雙折射材料(birefringent material)（例如為液晶）的厚度及/或光軸位向的局部變化的波片，而毋需使用線性偏振器便將波導射出的光轉變為圓偏振光。
做為又另一種減少衰減的方法，係使用帶寬(bandwidth)有限的圓偏振器。在部份實施例中，投影儀使用帶寬有限的訊號源。舉例來說，投影儀可具有紅色、綠色、藍色的發光二極體(light-emitting diode, LED)。波導與Pancharatnam-Berry相位鏡片之間能放置有三個圓偏振器。第一圓偏振器可具有第一線性偏振器，且第一線性偏振器偏振對應到紅色發光二極體的波長之紅光的有限帶寬；第二圓偏振器可具有第二線性偏振器，且第二線性偏振器偏振對應到綠色發光二極體的波長之綠光的有限帶寬；第三圓偏振器可具有第三線性偏振器，且第三線性偏振器偏振對應到藍色發光二極體的波長之藍光的有限帶寬。藉由僅偏振一部份的可見光，線性偏振器便衰減較少的可見光。
圖1係為一實施例之一近眼顯示器100的示意圖。近眼顯示器100向使用者呈現媒體。由近眼顯示器100所呈現的媒體例如可包含一或多個影像、影片與/或音訊。在部份實施例中，音訊透過一外部裝置（例如為喇叭(speaker)與/或耳機(headphone)）而呈現，其中外部裝置自近眼顯示器100與/或一主機接受音訊訊號(audio information)，並基於音訊訊號而呈現音訊數據(audio data)。近眼顯示器100一般用以做為一虛擬實境(VR)顯示器。在部份實施例中，近眼顯示器100被修改以做為一擴增實境(AR)顯示器與/或一混合實境(MR)顯示器。
近眼顯示器100包含一框架105以及一顯示器110。框架105耦合至一個或多個光學元件。顯示器110用以讓使用者看見近眼顯示器100所呈現的內容。在部份實施例中，顯示器110包含用以將來自一個或多個影像的光導向至使用者眼睛的一波導顯示器組件。
圖2係為圖1之實施例所繪示之近眼顯示器100的剖面圖200。顯示器110包含至少一波導顯示器組件210。當使用者穿戴近眼顯示器100時，出射瞳(exit pupil) 230位於眼動範圍中眼睛220所位於的位置。為了方便說明，圖2繪示的剖面圖200相關於眼睛220與波導顯示器組件210；而一第二波導顯示器組件用於使用者之第二隻眼睛。
波導顯示器組件210用以導向影像光至位在出射瞳230的眼動範圍與眼睛220。波導顯示器組件210可由具有一或多個折射率的一或多個材料（例如為塑膠或玻璃等）所組成。在部份實施例中，近眼顯示器100在波導顯示器組件210與眼睛220之間包含有一或多個光學元件。在部份實施例中，波導顯示器組件210包含一或多個波導顯示器以生成單一(singular)景像予使用者。
圖3繪示一實施例之一波導顯示器300的等角視圖。在部份實施例中，波導顯示器300為一近眼顯示器100之波導顯示器組件210的一元件。在部份實施例中，波導顯示器300為其他近眼顯示器的一部份，或為導向影像光至特定位置的其他系統。
波導顯示器300包含一源組件310、一輸出波導320以及一控制器330。為了方便說明，圖3繪示與單隻眼睛220相關的波導顯示器300，但在部份實施例中，有另一波導顯示器與波導顯示器300分離或部份分離，並且此另一波導顯示器提供影像光至使用者的另一隻眼睛。
源組件310生成影像光355。源組件310生成並輸出影像光355至一耦合元件350，其中耦合元件350位於輸出波導320之第一側370-1。輸出波導320為一光學波導，並將擴展影像光340輸出至使用者的眼睛220。輸出波導320在位於第一側370-1的一或多個耦合元件350上接受影像光355，並導引所接受的影像光355。在部份實施例中，耦合元件350從源組件310導引影像光355至輸出波導320。耦合元件350可例如為一繞射光柵(diffraction grating)、一全像光柵(holographic grating)、一或多個串聯反射器(cascaded reflector)、一或多個稜柱面元件(prismatic surface element)、一超穎透鏡(metalens)、在具有或不具有光功率的角度之一折射表面與/或多個全像反射器的一陣列。
利用一解耦元件365將光導引出輸出波導320。自輸出波導320導引出的擴展影像光340傳遞至使用者的眼睛220。在部份實施例中，出自輸出波導320的光由導向元件360重新導向至解耦元件365。導向元件360是輸出波導320之第一側370-1的一部份，或固定(affix)於輸出波導320之第一側370-1。解耦元件365是輸出波導320之第二側370-2的一部份，或固定於輸出波導320之第二側370-2，而使導向元件360相對於解耦元件365。導向元件360與/或解耦元件365可例如為一繞射光柵、一全像光柵、一或多個串聯反射器、一或多個稜柱面元件、一布拉格光柵(Bragg grating)與/或多個全像反射器的一陣列。
第二側370-2代表沿x維度與y維度的一平面。輸出波導320可由有利於在所需的波長帶中具有透光率之影像光355的全內反射(internal reflection)之一或多個材料所組成。輸出波導320可由塑膠、玻璃與/或聚合物所組成。輸出波導320具有相對小的形成因子(form factor)。舉例來說，輸出波導320在x維度可約為50公釐(mm)寬；在y維度可約為30公釐長；在z維度可約為0.3至5.0公釐厚。
在部份實施例中，波導顯示器300包含多個輸出波導320。舉例來說，波導顯示器300包含一堆疊式波導顯示器。堆疊式波導顯示器為多色顯示器(polychromatic display)，並可投影於多個平面（例如多平面彩色顯示器(multi-planar colored display)；透過堆疊用於不同顏色的輸出波導320而產生的紅綠藍RGB顯示器）。堆疊式波導顯示器能包含三個輸出波導320，其中一個輸出波導320用於紅光，一個輸出波導320用於綠光，而一個輸出波導320用於藍光（有時被稱為波導堆疊）。在部份態樣中，堆疊式波導顯示器為單色顯示器(monochromatic display)，並可投影於多個平面（例如多平面單色顯示器）。在部份態樣中，波導顯示器300為變焦波導顯示器(varifocal waveguide display)。變焦波導顯示器為可調整從波導顯示器發出的影像光的聚焦位置的顯示器。在部份實施例中，波導顯示器組件210可包含堆疊式波導顯示器與變焦波導顯示器。在部份實施例中，單一輸出波導320用於寬波譜的光。舉例來說，布拉格光柵可用作解耦元件365並且自輸出波導320導引出紅光、綠光與藍光。
控制器330控制源組件310發射出的光。舉例來說，控制器330控制源組件310的掃描操作與/或光源的開閉時機。控制器330可決定用於源組件310的掃描指令。控制器330可用於控制全域投影儀啟動器(full-field projector engine)。在部份實施例中，輸出波導320輸出具有寬廣的視域(field of view, FOV)的擴展影像光340至使用者的眼睛220。舉例來說，擴展影像光340提供予使用者，而使得在x與/或y中，波導顯示器300具有大於等於60度且小於等於150度的視域。在x與/或y中，輸出波導320用以提供長度大於等於10公釐且小於等於500公釐的眼動範圍。控制器330可與圖像啟動器(graphics engine)搭配使用，而基於測量頭部與/或眼部位置的感測器來呈現影像訊息。
圖4繪示一實施例之波導顯示器300的剖面圖400。剖面圖400包含源組件310以及輸出波導320。源組件310根據來自控制器330的掃描指令而生成影像光355。源組件310包含一源件410以及一光學系統415。源件410為一光源，並生成同調(coherent)、部份同調與/或不同調的光。源件410可包含一或多個雷射二極體、一垂直腔面發射雷射器(vertical cavity surface emitting laser)、一矽基液晶(liquid-crystal-on-silicon)、一有機或無機發光二極體與/或一超輻射二極體(superluminescent diode)。
光學系統415包含一或多個光學元件，其中光學元件調節來自源件410的光。調節來自源件410的光可例如包含根據來自控制器330的指令擴展、準直(collimate)及/或調整位向。光學系統415中的一或多個光學元件可用於去除斑點(despeckle)。斑點由同調光干涉所形成。若所有的光皆完美地同調且為完美平面波，那麼以宏觀的角度來看，斑點便會發展成干涉條紋。表面缺陷基本上在干涉於微觀層面產生斑點的光學元件上生成新的源件。斑點不能成像(image away)，但光學元件可用於去同調(decohere)，或是在時間或空間上混合同調光。光譜的擴展、增加並混合角度範圍、去偏振(depolarization)、時間擴散(temporal diffusion)可幫助減少斑點。用於去除斑點的光學元件可放置得靠近最終影像平面，使得用於斑點的新源件不會出現。一或多個光學部件可包含一或多個鏡片、液態鏡片、鏡子、自由形式元件(freeform element)、光圈、超穎材料與/或光柵。從光學系統415（以及源組件310）發射的光有時被稱做影像光355。
輸出波導320接受影像光355。出自源組件310的影像光355由耦合元件350導引至輸出波導320。在耦合元件350為繞射光柵的實施例中，所定的繞射光柵之間距(pitch)使得輸出波導320內發生全內反射，而影像光355在輸出波導320內朝向解耦元件365傳播（例如全內反射的方式）。導向元件360重新導向影像光355至用以導引出輸出波導320的解耦元件365。
在部份實施例中，導向元件360與/或解耦元件365在結構上類似。離開輸出波導320的擴展影像光340沿一或多個維度擴展（例如可沿x維度拉長）。在部份實施例中，波導顯示器300包含多個源組件310以及多個輸出波導320。每個源組件310發出對應一原色（例如紅色、綠色或藍色）的特定波長帶之單色影像光。每個輸出波導320可相隔一定距離堆疊在一起，以輸出多色的擴展影像光340。在部份實施例中，採用其他的顏色模式（例如為紅綠藍白RGBW）。
圖5係為一實施例之包含近眼顯示器100之一系統500的方塊圖。系統500包含各耦合至一主機510的近眼顯示器100、一成像裝置535以及一輸入/輸出介面540。
近眼顯示器100為向使用者呈現媒體之顯示器。近眼顯示器100所呈現的媒體例如可包含一或多個影像、影片與/或音訊。在部份實施例中，音訊透過一外部裝置（例如為喇叭與/或耳機）呈現，其中外部裝置自近眼顯示器100與/或主機510接受音訊訊號，並基於音訊訊號而呈現音訊數據予使用者。在部份實施例中，近眼顯示器100可做為一擴增實境(AR)眼鏡。在部份實施例中，近眼顯示器100以電腦合成的元件（例如為影像、影片、音訊等）來擴增實體及真實環境的景像。
近眼顯示器100包含一波導顯示器組件210、一或多個位置感測器525與/或一慣性測量單元(inertial measurement unit, IMU) 530。波導顯示器組件210包含源組件310、輸出波導320以及控制器330。慣性測量單元530為一電子裝置，且可根據由一或多個位置感測器525所接受到的測量訊號而相對於近眼顯示器100的初始位置生成指出近眼顯示器100之預估位置的快校準數據(fast calibration data)。成像裝置535可根據由主機510所接受到的校準參數而生成慢校準數據(slow calibration data)。成像裝置535可包含一或多個照相機與/或一或多個錄相機(video camera)。使用者可透過輸入/輸出介面540此一裝置向主機510發送動作請求(action request)。動作請求為執行特定動作之請求。舉例來說，動作請求可為開始或結束應用程式或於應用程式中執行特定動作。主機510根據一或多個成像裝置535、近眼顯示器100與輸入/輸出介面540所接受到的訊息而向用於呈現給使用者的近眼顯示器100提供媒體。在圖5之示例中，主機510包含一應用程式庫545、一追蹤模組550以及一啟動器555。應用程式庫545儲存一或多個應用程式以供主機510執行。應用程式為一組指令，當處理器執行應用程式時，應用程式生成呈現給使用者的內容。應用程式例如包含遊戲應用程式、會議應用程式、影像回放應用程式或其他適合的應用程式。追蹤模組550使用一或多個校準參數來校準系統500，並且可調整一或多個校準參數以減少決定近眼顯示器100之位置時的誤差。追蹤模組550使用來自成像裝置535之慢校準數據來追蹤近眼顯示器100的移動。追蹤模組550亦可使用來自快校準數據之位置訊息來決定近眼顯示器100之參考點的位置。
啟動器555執行系統500內的應用程式，並且從追蹤模組550接受近眼顯示器100的位置訊息、加速度訊息、速度訊息與/或未來預測位置。在部份實施例中，由啟動器555接受到的訊息可用於產生訊號（例如為顯示指令）予波導顯示器組件210，而波導顯示器組件210可決定呈現給使用者之內容的類型。
圖6係為一實施例之一波導顯示器組件210之一鏡片系統的分解圖。鏡片系統包含一或多個波導604（例如類似於輸出波導320）以及一或多個鏡片堆608。圖6之實施例的鏡片系統包含一第一波導604-1、一第二波導604-2、一第三波導604-3、一第一鏡片堆608-1、一第二鏡片堆608-2以及一可適降光元件(adaptive dimming element) 612。鏡片系統固定(secure)於框架105。利用耦合元件350將來自源件410的光導引至波導604中。光在波導604中被導引（例如利用全內反射）並且利用解耦元件365被導引出波導604外。自波導604導引出的光導向至近眼顯示器100之使用者的眼睛220。波導604為近眼顯示器100之一部份。
可對於光的特定波長或頻率帶建構波導604及/或用於波導604之解耦元件365。舉例來說，第一波導604-1的解耦元件被設計用於導引出紅光；第二波導604-2的解耦元件被設計用於導引出綠光；且第三波導604-3的解耦元件被設計用於導引出藍光。在部份實施例中，第一波導604-1的解耦元件被設計用於導引出藍光；第二波導604-2的解耦元件被設計用於導引出綠光；且第三波導604-3的解耦元件被設計用於導引出紅光。在部份實施例中，使用其他顏色排序的波導604且/或使用大於三或小於三個的波導604。在部份實施例中，使用一個波導604，並且解耦元件用以導引出紅光、綠光以及藍光。
第一鏡片堆608-1介於波導604與使用者的眼睛220之間。波導604介於第二鏡片堆608-2與第一鏡片堆608-1之間。在部份實施例中，第二鏡片堆608-2正交於第一鏡片堆608-1。第二鏡片堆608-2可與第一鏡片堆608-1具有類似的多個元件，並以類似或不同的排序佈置這些元件；第二鏡片堆608-2可與第一鏡片堆608-1具有不同的元件。在部份實施例中，不使用第二鏡片堆608-2。可適降光元件612提供可變的光衰減（例如當使用者在明亮的戶外時使鏡片系統更暗）。第二鏡片堆608-2可用於偏移(offset)第一鏡片堆608-1的聚焦力(focusing power)，而使得即使透過第一鏡片堆608-1改變離開波導604的光的焦點，自然光也不會改變焦點。舉例來說，第一鏡片堆608-1與第二鏡片堆608-2各具有一Pancharatnam-Berry相位鏡片以及一波片。來自真實世界中的光具有隨機偏振，並通過第二鏡片堆608-2的Pancharatnam-Berry相位鏡片，並且，在假設右旋(right-handed)圓偏振光與左旋(left-handed)圓偏振光為等量之前提下，一半的光被聚焦而一半的光被散焦(defocused)；當光通過第二鏡片堆608-2的波片時，一阻滯(retardance)被附加至軸上；由於光柵的角度選擇性(angular selectivity)，光通過波導604而無法「看見」波導604的光柵。光通過第一鏡片堆608-1的波導，而可消除(undo)第二鏡片堆608-2之波片的阻滯；光通過第一鏡片堆608-1的Pancharatnam-Berry相位鏡片，而可消除第二鏡片堆608-2之Pancharatnam-Berry相位鏡片的聚焦與散焦。
圖7係為一實施例700之第一鏡片堆608-1的分解圖。第一鏡片堆608-1包含一波片704、一第一Pancharatnam-Berry相位鏡片708-1、一可切換半波片(switchable half-wave plate) 712以及一第二Pancharatnam-Berry相位鏡片708-2。值得注意的是，線性偏振器不介於波導604與Pancharatnam-Berry相位鏡片708之間。在2017年9月1日提交的美國專利申請號No. 15/693,846中揭露了用於光學補償的Pancharatnam-Berry相位鏡片。Pancharatnam-Berry相位鏡片708為一種幾何相位鏡片(geometric-phase lens)，並且特別設計於接受圓偏振光。幾何相位鏡片也可被稱為平面鏡片(flat lens)。平面鏡片基於超穎表面(metasurface)能使用奈米結構來修正基於偏振的光。舉例來說，平面鏡片做為用於圓偏振光的其中一種旋性（例如為右旋圓偏振光）之聚光透鏡(converging lens)，且做為用於圓偏振光的一正交旋性（例如為左旋圓偏振光）之散光透鏡(diverging lens)而可聚焦光。在另一示例中，平面鏡片可反射圓偏振光的一旋性，並且透射圓偏振光的一正交旋性。幾何相位鏡片可包含液晶聚合物。在部份實施例中，鏡片堆608的元件相互接合(bond)在一起。
可在Pancharatnam-Berry相位鏡片708前放置一圓偏振器以提供圓偏振光給Pancharatnam-Berry相位鏡片708。舉例來說，若平面鏡片藉由會聚光線來聚焦右旋圓偏振光，則在Pancharatnam-Berry相位鏡片708前放置一右旋圓偏振器。然而，右旋圓偏振器包含一線性偏振器，且通過右旋圓偏振器的光會被衰減，而使得鏡片系統顯得更暗；其中光被線性偏振器衰減係因為光並未線性偏振亦未沿線性偏振器的透射軸定向(orient)。圓偏振器亦包含了一四分之一波片。四分之一波片可由具有快軸(fast axis)與慢軸(slow axit)的雙折射材料所製成。四分之一波片的快軸與線性偏振器的透射軸對齊於45度。通過線性偏振器的光將會沿透射軸偏振，並且藉由通過四分之一波片而從線性偏振光轉換成圓偏振光。由於圓偏振器的線性偏振器衰減隨機偏振的光，所以鏡片系統將顯得深暗（例如像太陽眼鏡）。深暗的鏡片系統恐不像較透明的鏡片能被社會所接受。此外，因為在Pancharatnam-Berry相位鏡片708之中的波導604之間具有線性偏振器而產生衰減，所以可能需要藉由源件410消耗更多功率以傳遞更亮的影像至使用者的眼睛220。
在波導604與Pancharatnam-Berry相位鏡片708之間不具有線性偏振器的情況下使用波片704，藉以對波導604導引出的光產生圓偏振光。波片704有時被稱為第一鏡片。波片704由光學各向異性材料(optically anisotropic material)所製成。舉例來說，波片704包含一雙折射材料。Pancharatnam-Berry相位鏡片708與可切換半波片712用於改變鏡片系統的焦距（例如’846申請中所述）。自一或多個波導604導引出的光可由波片704用以轉換成圓偏振光。
圖8繪示一實施例之一波導604的剖面圖。耦合元件350導引影像光355至波導604。光藉由全內反射在波導604中被導引。光做為擴展影像光340而由解耦元件365導引出波導604。影像光355可被偏振（例如藉由在耦合元件350前放置一線性偏振器且/或使用諸如雷射二極體的偏振光源而進行P或S偏振）。在部份實施例中，波導604、耦合元件350與/或解耦元件365被設計於輸出偏振光（例如均勻線性偏振光或均勻橢圓偏振光）。舉例來說，如Gregory P. Crawford, “Electrically Switchable Bragg Gratings,” Optics & Photonics News 14(4), 54-59 (2003)所揭露，可使用表面浮雕光柵(surface relief grating)或液晶布拉格光柵。在部份實施例中，導引出波導604的光具有非均勻偏振。
圖9繪示離開一波導604的光之偏振的第一示例，其中擴展影像光340具有均勻偏振。藉由設計一光柵以導引出具有均勻偏振的光，離開波導604的光可具有均勻偏振（例如Gregory P. Crawford, “Electrically Switchable Bragg Gratings,” Optics & Photonics News 14(4), 54-59 (2003)所述）。藉由標記為偏振軸P的線表示導引出波導604的光的偏振（例如擴展影像光340）。偏振軸P與x軸呈一角度θ。偏振軸P可表示線性偏振與/或橢圓偏振的主軸(major axis)。由於擴展影像光340為均勻偏振，所以偏振在x/y空間上是恆定的，P(x, y) = θ（常數）。波片704可被設計成將擴展影像光340轉變成圓偏振光（例如下述，藉由使波片704為四分之一波片並定向四分之一波片的快軸在45度至θ之間）。
圖10繪示一實施例之具有一種各向異性材料之一鏡片（例如為波片704）的一快軸F位向。各向異性材料為雙折射的（即，列有兩種不同的折射率）。雙折射材料具有一快軸F以及一慢軸。慢軸通常與快軸F正交，但並非必然。波片704的快軸F被設計成與偏振軸P呈一角度ϕ，而使得擴展影像光340被轉換成圓偏振光。快軸F與x軸呈一角度β，而使得β = θ + ϕ。如果擴展影像光340為線性偏振，則能根據所需之圓偏振光的旋性而對波片704使用四分之一波片，以令ϕ可等於±45°。為簡單說明，本發明將提供使用ϕ為正值的例子，但仍可使用負值的ϕ。角度ϕ不必一定為45°。為了將橢圓偏振光轉換成圓偏振光，角度ϕ可不為45°且/或可改變波片704的厚度。對於擴展影像光340的均勻偏振而言，快軸F(x,y) = θ + ϕ（即常數）。相較於一併使用線性偏振器與波片704，藉由使用波片704且無波導604與波片704之間的線性偏振器，光可以對於Pancharatnam-Berry相位鏡片708被圓偏振而具有較少的損失(loss)。
圖11繪示離開一波導604的光之偏振的第二示例，其中擴展影像光340在空間上為非均勻的。光的偏振可在波導604中轉變（例如藉由波導內的反射）。僅管離開波導604的光為非均勻偏振，但卻是確定性的(deterministic)。一般來說，因為光柵響應(grating response)與波長和角度相關，所以偏振在空間與角度上隨著波長變化。並且對於每個波長，波導內的射線路徑(ray path)略有不同。由於這些變化是確定性的，因此可設計一空間變化(spatially-varying)波片來補償偏振的變化。波片可使用多層雙折射膜以生成適當的角度響應。
擴展影像光340的x/y空間被分成m列以及n行。在圖11中，m等於二、n等於三，而有六個象限。象限可被稱為區塊。區塊可以是封閉的二維形狀（例如為矩形、多邊形或是自由區域）。在圖11中，區塊為矩形。實際上m與n的值通常大於二或三（例如m與/或n大於等於五、七或十，且/或小於等於十二、十五或二十）。呈現有六個不同象限的偏振軸P。第一偏振軸P-1在第一象限中具有大約θ = 130°的位向。第二偏振軸P-2在第二象限中具有大約θ = 95°的位向。第三偏振軸P-3在第三象限中具有大約θ = 20°的位向。第四偏振軸P-4在第四象限中具有大約θ = 70°的位向。第五偏振軸P-3在第五象限中具有大約θ = 40°的位向。第六偏振軸P-6在第六象限中具有大約θ = 160°的位向。因此角度θ不是恆定的，但在空間上與x和y相關，θ (x,y)，且偏振軸P在空間上與x和y相關，P(x,y) = θ (x,y)。對於空間上非均勻的波片704，線性偏振光可被生成，而藉由具有雙折射性以轉變擴展影像光340，其中雙折射性會隨波片704上的二維位置函數而變化。因此，一匹配阻滯器(matching retarder)（例如為波片704）可相對於波導偏振角度與/或橢圓度進行分區(zone)，以便實質上在公差內生成圓偏振，而使Pancharatnam-Berry相位鏡片焦點位置誤差低於一臨界值(threshold)，其中臨界值可由波前誤差(wave front error)、點擴散函數誤差(point spread function error)或其他影像品質度量(metric)來定義。可決定多個區塊，而使結合光的一殘餘散焦(residual defocus)低於臨界值。
圖12繪示一實施例之用以將空間上非均勻的光（例如為圖11所述的光）轉換成圓偏振光的一波片704。波片704具有各向異性材料，且各向異性材料的雙折射性在橫跨鏡片的空間上變化，而使雙折射性的快軸F是x與y的函數。類似於圖11中擴展影像光340的x/y空間分隔，波片704被分成m列以及n行而有六個象限。各向異性材料的快軸F做為x與y的函數而變化，藉以匹配偏振軸P（例如F(x,y) = P(x,y) + ϕ）。在部份實施例中，角度ϕ也做為x與y的函數而變化（例如象限二可較象限一更加線性偏振，且象限一更加橢圓偏振；因此，角度ϕ於象限二及象限一中可不相同）。在擴展影像光340之偏振被線性偏振且為非均勻的實施例中，第一快軸F-1在第一象限中具有大約β = 175°的位向；第二快軸F-2在第二象限中具有大約β = 140°的位向；第三快軸F-3在第三象限中具有大約β = 65°的位向；第四快軸F-4在第四象限中具有大約β = 115°的位向；第五快軸F-5在第五象限中具有大約β = 85°的位向；第六快軸F-6在第六象限中具有大約β = 205°的位向。因此，在第一象限中第一快軸F-1的位向為第一角度，而在第二象限中第二快軸F-2的位向為第二角度，其中第一角度不等於第二角度。
由於離開波導604的光的偏振為確定性的，因此偏振可被表徵化(characterized)。波片704係基於表徵化導引出波導604的光的偏振而被建構的。舉例來說，出自波導604的輸出被分成m×n個區塊（如圖11實施例中所述）。亦可將空間變化阻滯器分隔成m×n個區塊來建構空間變化阻滯器（例如為波片704）。在部份實施例中，m與/或n大於等於七且小於等於一百（例如m = n = 5、10或20）。每一區塊的快軸F匹配於（且/或空間變化阻滯器的厚度匹配於）同一區塊中的光的偏振軸P，以將波導604發射出的光轉換成圓偏振光。藉由在每個區塊空間上匹配快軸F與偏振軸P，波片704對Pancharatnam-Berry相位鏡片708（有時被稱為第二鏡片）生成圓偏振光，而相較於使用一併使用波片704及線性偏振器來說具有更少的損失。因此，在Pancharatnam-Berry相位鏡片708中的波導604之間不使用線性偏振器，且鏡片系統相較於具有寬帶線性偏振器的一鏡片系統來說更加透明。
圖13係為另一實施例1300之第一鏡片堆608-1的分解圖。在實施例1300中的第一鏡片堆608-1包含三個圓偏振器1304。一個圓偏振器可藉由使用線性偏振器與四分之一波片所製成，其中線性偏振器的透射軸偏移四分之一波片的快軸於45°。圓偏振器1304包含一線性偏振器以及一波片（例如為四分之一波片）。圓偏振器1304具有窄帶寬，而使圓偏振器1304的線性偏振器僅偏振窄帶寬中的光。在部份實施例中，窄帶寬大於等於5奈米(nm)、10奈米或15奈米，並且小於等於20奈米、30奈米、35奈米、40奈米、50奈米、75奈米或80奈米（例如以半峰全寬(full width at half maximum, FWHM)量測）。在部份實施例中，圓偏振器1304具有集中於不同波長的窄帶寬（例如用於濾除紅光、綠光且藍光）。
第一圓偏振器1304-1包含一第一線性偏振器以及一第一波片。第一線性偏振器具有一第一偏振帶寬；第一偏振帶寬大於等於5奈米且小於等於50奈米；且第一線性偏振器具有一第一透射軸。第一波片用以將於第一透射軸之方向上偏振的光轉換成圓偏振光。第二圓偏振器1304-2包含一第二線性偏振器以及一第二波片。第二線性偏振器具有第二偏振帶寬；第二偏振帶寬大於等於5奈米且小於等於50奈米；且第二線性偏振器具有一第二透射軸。第二波片用以將於第二透射軸之方向上偏振的光轉換成圓偏振光。第三圓偏振器1304-3包含一第三線性偏振器以及一第三波片。第三線性偏振器具有第三偏振帶寬；第三偏振帶寬大於等於5奈米且小於等於50奈米；且第三線性偏振器具有一第三透射軸。第三波片用以將於第三透射軸之方向上偏振的光轉換成圓偏振光。
第一圓偏振器1304-1用於偏振紅色的擴展影像光340；第二圓偏振器1304-2用於偏振綠色的擴展影像光340；且第三圓偏振器1304-3用於偏振藍色的擴展影像光340。由於圓偏振器1304的線性偏振器僅偏振一部份的環境光(ambient light)，因此相較於具有寬帶線性偏振器的圓偏振器，具有窄帶的圓偏振器1304衰減較少的光。自然光譜例如從400至700奈米；300奈米的光譜。若使用傳統的線性偏振器，則大約一半的自然光將會被傳統的線性偏振器吸收（或反射）。但若使用三個圓偏振器1304，且每個圓偏振器1304都具有30奈米的偏振帶寬，那麼僅有300奈米光譜之自然光的90奈米會被偏振。假設每個波長段損失50%，且對於每個自然光波長都具有相同的幅度，則損失接近於15%（例如0.5 * 90/300），而不是接近於50%。因此，使用具有窄帶寬線性偏振器的圓偏振器便能減少自然光的衰減，並使鏡片系統顯得更加透明。
在部份實施例中，使用單一個圓偏振器1304。舉例來說，僅有紅光可以用於源件410（例如用於為了飛行員的近眼顯示器）。那麼第一圓偏振器1304-1是唯一使用的圓偏振器1304，並無使用第二圓偏振器1304-2或第三圓偏振器1304-3，以將紅光轉變成圓偏振光。類似地，如果源件410包含多於三個的顏色，則可使用多於三個的圓偏振器1304。
圓偏振器1304可放置在Pancharatnam-Berry相位鏡片708之前（較Pancharatnam-Berry相位鏡片708遠離眼睛）或Pancharatnam-Berry相位鏡片708之後（例如較Pancharatnam-Berry相位鏡片708靠近眼睛）。在任一態樣中，圓偏振器1304阻擋光的正交偏振（例如非所需的偏振光通過Pancharatnam-Berry相位鏡片708相較於所需的偏振光來說相反地聚焦，然後在到達眼睛之前被圓偏振器1304阻擋）。在部份實施例中，因為部份顯示器發射線性偏振光，所以圓偏振器1304放置在Pancharatnam-Berry相位鏡片708之後。在最壞的情況下，如果圓偏振器的線性偏振器定向而與顯示器的偏振相正交，且圓偏振器1304介於顯示器與Pancharatnam-Berry相位鏡片708之間，則顯示器發射的光可能全部被圓偏振器所阻擋。此外，在Pancharatnam-Berry相位鏡片708之後具有圓偏振器，則在第二鏡片堆608-2中就無需使用四分之一波片來補償圓偏振器1304的阻滯。真實世界的光通過第二鏡片堆608-2的Pancharatnam-Berry相位鏡片並且被第一鏡片堆608-1的Pancharatnam-Berry相位鏡片708所反轉。圓偏振器1304吸收此譜帶中50%的光。
在部份實施例中，多個（例如為三個）窄帶線性偏振器與一個四分之一波片一起使用。因此一個圓偏振器1304可包含三個線性偏振器（例如一個紅色、一個綠色且一個藍色）以及僅一個四分之一波片。因為寬帶消色(wideband achromatic)的四分之一波片為常見的，所以部份實施例僅使用一個四份之一波片。
圖14繪示一實施例之使用一鏡片系統之程序1400的流程圖。流程1400始於步驟1404：自光源（例如為源件410）發射光。步驟1408為：使用耦合元件（例如為耦合元件350）將光源的光導引至波導（例如為波導604）。光被導引通過波導而至解耦元件（例如為解耦元件365）。步驟1412為：使用解耦元件以導引出自波導的光並且朝向使用者的眼睛（例如為眼睛220）。在步驟1416中，光透射而通過第一鏡片（例如為波片704）以生成圓偏振光。第一鏡片由一種各向異性材料所製造而成；第一鏡片不包含偏振器；並且第一鏡片介於解耦元件與使用者的眼睛之間。在步驟1418中，光透射而通過第二鏡片，其中第二鏡片特別用以接受圓偏振光（例如為Pancharatnam-Berry相位鏡片）。第二鏡片在光學上介於第一鏡片與使用者的眼睛之間；並且光自解耦元件透射至第二鏡片而不通過偏振器。
圖15繪示一實施例之產生具有一種各向異性材料之一鏡片之製程1500的流程圖，其中所述之各向異性材料具有在空間上變化的雙折射性。流程1500始於步驟1504：自光源（例如為源件410）發射光。步驟1508為：使用耦合元件（例如為耦合元件350）將光源的光導引至波導（例如為波導604）。光被導引通過波導而至解耦元件（例如為解耦元件365）。步驟1512為：使用解耦元件以導引出自波導的光。在步驟1516中，分析自波導導引出的光的偏振。在步驟1518中，基於分析自波導導引出的光的偏振，鏡片（例如為波片704）被設計成具有依位置改變的雙折射性。在部份實施例中，分析自波導導引出的光的偏振係將光分成多個區塊（例如為象限）並且決定每個區塊中的光的偏振（如圖11之實施例中所述）。
出自光源的光（例如出自源組件310與/或源件410）可藉由一或多個耦合元件（例如為耦合元件350）而被導引至一或多個波導604。出自光源的光可被偏振（例如做為偏振光而被發射，或是在耦合元件350之前被偏振）。光可被線性偏振或橢圓偏振。在部份實施例中，光源的光在導引至波導604前不被偏振。在部份實施例中，使用三個波導604；一個用於紅光，一個用於綠光而一個用於藍光。出自波導604的光藉由解耦元件365導引出波導604。解耦元件可包含一個光柵。
在部份實施例中，光柵用以導引出自波導604的光，而使光在空間上均勻偏振（例如與圖9結合中所述的線性偏振或橢圓偏振）。波片被設計成將出自波導的均勻偏振光轉變成圓偏振光（例如與圖10結合中所述）。圓偏振光通過Pancharatnam-Berry相位鏡片並且在到達近眼顯示器100之使用者的眼睛220之前由Pancharatnam-Berry相位鏡片來聚焦。
在部份實施例中，光以確定性和隨空間變化的偏振而導引出波導604（例如與圖11結合中所述）。光的偏振不均勻。波片被設計成匹配於離開一或多個波導604的光的非均勻偏振，藉以轉變光成為圓偏振光（例如與圖12結合中所述）。圓偏振光通過Pancharatnam-Berry相位鏡片並且在到達近眼顯示器100之使用者的眼睛220之前由Pancharatnam-Berry相位鏡片來聚焦。
在部份實施例中，使用一或多個圓偏振器來圓偏振窄帶的光（例如30奈米譜帶；例如與圖13結合中所述）。窄帶對應光源之源件（例如LED）的發射帶。圓偏振光通過Pancharatnam-Berry相位鏡片並且在到達近眼顯示器100之使用者的眼睛220之前由Pancharatnam-Berry相位鏡片來聚焦。
本發明的實施例可包含人工實境系統，或可與人工實境系統結合而實施。人工實境係在呈現給使用者之前已經以某種方式調整而成的實境形式，且例如可包含一虛擬實境(VR)、一擴增實境(AR)、一混合實境(MR)、一併合實境(hybrid reality)或部份組合與/或其衍生品。人工實境內容可包含完全合成內容或與（例如從真實世界）所獲取內容相組合的合成內容。人工實境內容可包含影片、音訊、觸覺回饋或其部份結合，其中上述任一者可以在單一頻道或在多個頻道中呈現（例如向觀看者生成三維效果的立體影像）。另外，在部份實施例中，人工實境亦可與應用程式、產品、附件、服務或其部份結合相連結而例如用於在人工實境中創建內容且/或以其他方式使用（例如執行活動）。提供人工實境內容的人工實境系統可在各種平台上實現，包含連接到電腦主機系統的頭戴式顯示器(HMD)、可獨立運轉的頭載式顯示器、手持裝置、電腦系統或任何能夠提供人工實境內容予一或多觀看者的硬體平台。
本發明之實施例已於前述說明中呈現；其旨非於周全或限制本發明所揭露的精確形式。相關領域之技術人員可理解並可鑑於上述揭露內容而修改與變化。
本說明書之部份根據訊息操作的演算法與象徵性表示來描述本發明之實施例。在數據處理領域的技術人員一般使用這些演算法描述與表示而有效地將其工作的本質傳達給本領域的其他人員。在功能上、計算上或邏輯上描述的這些操作應被理解為由電腦程序或等效電路或微碼(microcode)等所實現。此外，有時為了方便驗證，在不失一般性的情況下會將這些操作的配置稱做模塊。所描述的操作與其相關的模塊可體現在軟體、韌體與/或硬體。
所描述的步驟、操作或流程可以單獨地或與其他裝置結合地而於一或多個硬體或軟體模塊來執行或實現。在部份實施例中，軟體模塊與電腦程序產品一同實現，其中此電腦程序產品包括含有電腦程序代碼的電腦可讀媒介，而此電腦程序代碼可在任何或所有所描述之步驟、操作或程序中由電腦處理器執行。
本發明之實施例亦可涉及用於執行所述操作的裝置。此裝置可為所需目的而專門製造，且/或可包含由存儲在電腦中的電腦程序來選擇性地激活或重新配置的通用計算設備。如此的電腦程序可存儲在非暫時且有形的電腦可讀媒介中，或任何適合存儲電子指令的媒介類型中，此電子指令可耦合到電腦系統匯流排。此外，在本說明書中提及的任何計算系統可包含單一處理器或可為採用多個處理器以提升計算能力的架構。
本發明的實施例亦可涉及透過本文所述之電腦程序所生成的產品。如此的產品可包含由電腦程序所產生的訊息，其中訊息存儲於非暫時且有形的電腦可讀媒介中，並且可包含電腦程序產品的任何實施例或本文所述之其他數據的結合。
在說明書中所使用之語言原則上係選自於可讀性與指示目的，而未選於勾勒或限制發明主體項。因此，本發明之範圍旨在不受此詳細描述之限制，而是受限於本申請案之任一申請專利範圍。因此，實施例所揭露之內容旨在說明，而非限制本發明之範圍。本發明之範圍係於以下申請專利範圍中闡述。
100:近眼顯示器 105:框架 110:顯示器 200:剖面圖 210:波導顯示器組件 220:眼睛 230:出射瞳 300:波導顯示器 310:源組件 320:輸出波導 330:控制器 340:擴展影像光 350:耦合元件 355:影像光 360:導向元件 365:解耦元件 370-1:第一側 370-2:第二側 400:剖面圖 410:源件 415:光學系統 500:系統 510:主機 525:位置感測器 530:慣性測量單元 535:成像裝置 540:輸入/輸出介面 545:應用程式庫 550:追蹤模組 555:啟動器 604:波導 604-1:第一波導 604-2:第二波導 604-3:第三波導 608:鏡片堆 608-1:第一鏡片堆 608-2:第二鏡片堆 612:可適降光元件 700:實施例 704:波片 708:Pancharatnam-Berry相位鏡片 708-1:第一Pancharatnam-Berry相位鏡片 708-2:第二Pancharatnam-Berry相位鏡片 712:可切換半波片 1300:實施例 1304:圓偏振器 1304-1:第一圓偏振器 1304-2:第二圓偏振器 1304-3:第三圓偏振器 1400:程序 1404:步驟 1408:步驟 1412:步驟 1416:步驟 1418:步驟 1500:製程 1504:步驟 1508:步驟 1512:步驟 1516:步驟 1518:步驟 F:快軸 F-1:第一快軸 F-2:第二快軸 F-3:第三快軸 F-4:第四快軸 F-5:第五快軸 F-6:第六快軸 P:偏振軸 P-1:第一偏振軸 P-2:第二偏振軸 P-3:第三偏振軸 P-4:第四偏振軸 P-5:第五偏振軸 P-6:第六偏振軸 β:角度 ϕ:角度 θ:角度
請參考以下附圖搭配說明本發明之實施例。 [圖1]係為一實施例之一近眼顯示器的示意圖。 [圖2]係為一實施例之該近眼顯示器的剖面圖。 [圖3]繪示一實施例之一波導顯示器的等角視圖。 [圖4]繪示一實施例之該波導顯示器的剖面圖。 [圖5]係為一實施例之包含該近眼顯示器之一系統的方塊圖。 [圖6]係為一實施例之一波導顯示器組件之一鏡片系統的分解圖。 [圖7]係為一實施例之鏡片系統中的一鏡片堆的分解圖。 [圖8]繪示一實施例之一波導的剖面圖。 [圖9]繪示離開一波導的光之偏振的第一示例。 [圖10]繪示一實施例之具有一種各向異性材料之一鏡片的一快軸位向。 [圖11]繪示離開一波導的光之偏振的第二示例。 [圖12]繪示一實施例之具有一種各向異性材料之一鏡片的多個快軸位向，其中所述之各向異性材料具有在空間上變化的雙折射性。 [圖13]係為另一實施例之一鏡片堆的分解圖。 [圖14]繪示一實施例之使用一鏡片系統之程序的流程圖。 [圖15]繪示一實施例之產生具有一種各向異性材料之一鏡片之製程的流程圖，其中所述之各向異性材料具有在空間上變化的雙折射性。 附圖僅用於描述說明本發明之實施例。在不脫離本發明的原理或益處之情況下，本領域之技術人員將可從以下描述說明中輕易理解並對所述之結構或方法採用替代的實施例。 在附圖中，類似的元件與/或特徵可具有相同的標號。此外，相同類型的各相似元件可以藉由標號後方的破折記號與第二標號來加以區分。若在說明書中僅使用第一標號，則適用於具有相同第一標號的任一元件，而無關乎第二標號。
105:框架
604-1:第一波導
604-2:第二波導
604-3:第三波導
608-1:第一鏡片堆
608-2:第二鏡片堆
612:可適降光元件

Claims (6)

  1. 一種系統，包含： 一光源；  一波導；  一耦合元件，用以導引該光源的光至該波導中；  一解耦元件，導引出自該波導的光，並且從該波導導引出的光具有一空間變化偏振；  一波片，具有一空間變化快軸，該空間變化快軸用以將具有該空間變化偏振的光轉換成圓偏振光；以及  一幾何相位鏡片，用以聚焦圓偏振光，其中該波片介於該解耦元件與該幾何相位鏡片之間。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該波片分成多個區塊，該些區塊包含一第一區塊以及一第二區塊，該波片包含一光學各向異性材料，該光學各向異性材料具有一快軸，該快軸具有可變的一位向，而使得該第一區塊中的該快軸之該位向為一第一角度，該第二區塊中的該快軸之該位向為一第二角度，並且該第一角度與該第二角度不相等。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該些區塊生成低於一臨界值之結合光的一殘餘散焦(residual defocus)。
  4. 如請求項2所述之系統，其中該些區塊的數量大於等於25且小於等於225。
  5. 如請求項1所述之系統，更包含一線性偏振器，該線性偏振器介於該光源與該耦合元件之間。
  6. 如請求項1所述之系統，更包含一框架，該框架為使用者穿戴的眼鏡的一部份，且該波導、該波片以及該幾何相位鏡片固定在該框架中。
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