TW202409471A - 具有可調的體反射器之波導 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於在顯示裝置中傳送影像光之波導。該波導包含：波導主體；輸入耦合器，其經配置以將該影像光耦合至該波導主體中以用於在該波導主體內沿著Z字形光路徑傳播該影像光；及複數個傾斜體鏡面，其沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率參數以用於控制藉由該複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合之影像光部分之空間分佈。該波導可包括複數個傾斜偏振選擇性體鏡面及液晶層，該液晶層經配置以更改該影像光之該偏振，該液晶層安置於底板電極與像素化電極之間，該像素化電極經配置以藉由施加空間變化之電壓輪廓來控制該液晶層。

Description

具有可調的體反射器之波導

本發明是關於視覺顯示裝置及相關組件、模組及方法。 相關申請案之參考

本申請案主張來自以下申請案之優先權：2022年5月12日提交之標題為「有效眼動區域解決方案及應用（Active Eyebox Solutions and Application）」的美國臨時專利申請案第63/341,416號；2022年8月4日提交之標題為「具有可調的體反射器之波導（Waveguide with Tunable Bulk Reflectors）」的美國臨時專利申請案第63/395,284號；及2022年9月12日提交之標題為「具有可調的體反射器之波導（Waveguide with Tunable Bulk Reflectors）」的美國臨時專利申請案第63/405,698號，以上所有申請案以全文引用之方式併入本文中。

視覺顯示器向觀看者提供包括靜止影像、視訊、資料等之資訊。視覺顯示器在多樣化領域（包括娛樂、教育、工程、科學、專業訓練、廣告）中具有應用，僅舉幾個範例。諸如電視機之一些視覺顯示器向若干使用者顯示影像，且諸如近眼顯示器（near-eye display；NED）之一些視覺顯示系統意欲用於個別使用者。

人工實境系統通常包括經配置以向使用者呈現內容之NED（例如，頭戴裝置或一副眼鏡）。近眼顯示器可顯示虛擬物件或將真實物件之影像與虛擬物件組合，如在虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）或混合實境（MR）應用中。舉例而言，在AR系統中，使用者可藉由經由「組合器」組件看到來觀看與周圍環境疊加的虛擬物件（例如，電腦產生影像（CGI））之影像。穿戴式顯示器之組合器通常對外部光為可穿透的，但包括一些光路由光學件，以將顯示光導引至使用者之視野中。

因為HMD或NED之顯示器通常穿戴於使用者之頭部上，因此具有較重電池之較大、大型、不平衡及/或較重顯示裝置將為繁瑣的且對於使用者穿戴不舒適。因此，頭戴式顯示裝置可受益於緊湊且高效的配置，包括提供顯示面板之照明之高效光源及照明器、高通量眼用鏡片及影像形成元件串中之其他光學元件。

本發明的一態樣為一種用於在顯示裝置中傳送影像光之波導，該波導包含：波導主體，其包含彼此平行延展（run）之第一相對表面及第二相對表面；輸入耦合器，其經配置以將該影像光耦合至該波導主體中以用於在該波導主體內沿著由該影像光從該第一表面及該第二表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光；及複數個傾斜體鏡面，其沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率以用於控制藉由該複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合之影像光部分之空間分佈。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面包含電壓控制鏡面，該電壓控制鏡面具有藉由將電壓施加至該電壓控制鏡面而可變之反射率量值或最大反射率方向中之至少一者。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面為偏振選擇性，該波導進一步包含在該波導主體內之該Z字形光路徑中之液晶層以用於空間選擇性地控制沿著該Z字形光路徑傳播的該影像光之偏振狀態，藉此控制這些影像光部分之該空間分佈。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該波導主體包含以下之堆疊：基板，其支撐該複數個傾斜體鏡面；底板電極；該液晶層；及像素化電極層，其用於藉由在該底板與像素化電極層之間施加空間變化之電場來向該液晶層施加空間變化之電場；其中該Z字形光路徑延展穿過該堆疊。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該輸入耦合器包含該複數個傾斜體鏡面中之至少一個傾斜體鏡面。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該複數個傾斜體鏡面包含傾斜體鏡面之二維陣列或三維陣列。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該二維陣列之平面平行於該波導主體之該第一表面及該第二表面。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該二維陣列之平面不平行於該波導主體之該第一表面及該第二表面。

在根據本發明的態樣所述之波導中，該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面包含複數個區段，各區段具有獨立可變之空間均勻反射率。

本發明的另一態樣為一種顯示裝置，其包含：影像投影機，其經配置以提供攜載角域影像之影像光；及波導，其用於在該顯示裝置中傳送該影像光，該波導包含：波導主體，其包含彼此平行延展之第一相對表面及第二相對表面；輸入耦合器，其經配置以將該影像光耦合至該波導主體中以用於在該波導主體內沿著由該影像光從該第一表面及該第二表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光；及複數個傾斜體鏡面，其沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率以用於控制藉由該複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合之影像光部分之空間分佈。

在根據本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面包含電壓控制鏡面，該電壓控制鏡面具有藉由將電壓施加至該電壓控制鏡面而可變之反射率量值或最大反射率方向中之至少一者。

在根據本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面為偏振選擇性，該波導進一步包含在該波導主體內之該Z字形光路徑中之液晶層以用於空間選擇性地控制沿著該Z字形光路徑傳播的該影像光之偏振狀態，藉此控制這些影像光部分之該空間分佈。

根據本發明的另一態樣所述之顯示裝置進一步包含控制器，該控制器可操作地耦接至該波導主體且經配置以根據當前由該影像投影機顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率。

根據本發明的另一態樣所述之顯示裝置進一步包含：眼睛追蹤系統，其經配置以判定使用者之眼睛之瞳孔在該顯示裝置的眼動區域處之位置；及控制器，其可操作地耦接至該波導主體及該眼睛追蹤系統且經配置以根據由該眼睛追蹤系統判定之該瞳孔之該位置而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率。

在根據本發明的另一態樣所述之顯示裝置中，該顯示裝置為近眼顯示裝置。

本發明的又一態樣為一種用於將來自影像投影機之影像光傳送至顯示裝置之眼動區域（eyebox）的方法，該方法包含：將該影像光耦合至波導主體中；在該波導主體中沿著由該影像光從該波導主體之第一相對表面及第二相對表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光；藉由使用沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置且具有可調的反射率之複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合該影像光之部分；及藉由調諧該複數個傾斜體鏡面之該反射率來藉由該複數個傾斜體鏡面控制從該波導主體輸出耦合之影像光部分的空間分佈。

在根據本發明的又一態樣所述之方法中，控制影像光部分之該空間分佈包含藉由將電壓施加至各體鏡面來調諧該複數個傾斜體鏡面之該反射率，各體鏡面為電壓控制鏡面。

在根據本發明的又一態樣所述之方法中，控制影像光部分之該空間分佈包含使用液晶層以空間選擇性方式控制沿著該Z字形光路徑傳播之該影像光的偏振狀態，該液晶層安置於該波導主體內之該Z字形光路徑中；且其中該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面為偏振選擇性。

在根據本發明的又一態樣所述之方法中，控制影像光部分之該空間分佈包含根據當前由該影像投影機顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率，以增加這些影像光部分中之將由該影像投影機顯示之該視野之該部分攜載至使用者之眼睛的那些影像光部分。

在根據本發明的又一態樣所述之方法中，控制影像光部分之該空間分佈包含判定使用者之眼睛之瞳孔在該顯示裝置的該眼動區域處之位置；該方法進一步包含根據該眼睛瞳孔之經判定的該位置而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜鏡面之該反射率，以增加這些影像光部分中之到達使用者之眼睛的那些影像光部分。

雖然結合各種具體實例及範例描述本教示，但並不意欲本教示限於此類具體實例。相反地，如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，本教示內容涵蓋各種替代方案及等效物。本文中敍述本發明之原理、態樣及具體實例以及其特定範例之所有陳述意欲涵蓋其結構等效物及功能等效物兩者。另外，希望此等等效物包括當前已知等效物以及未來開發之等效物兩者，亦即，無論結構如何，所開發之執行相同功能的任何元件。在圖1A至圖1B、圖3A至圖3B及圖11至圖13中，類似附圖標號表示類似元件。

如本文所使用，術語「第一」、「第二」諸如此類並不意欲暗示順序次序，而是除非明確規定，否則意欲區分一個元件與另一元件。類似地，除非明確陳述，否則方法步驟之順序排序並不暗示其執行之順序次序。

近眼顯示器及擴增實境顯示器可使用瞳孔複製波導以在顯示器之眼動區域上方（亦即，在使用者之眼睛可在顯示器之正常操作期間位於的區域上方）擴展攜載投影影像之影像光。瞳孔複製波導通常為藉由全內反射（TIR）從波導之頂部表面及底部表面以Z形圖案傳播影像光之透明材料的平行平板。

瞳孔複製波導之一個缺點為藉由在延伸區域上方擴散影像光，耦合至瞳孔複製波導中之影像光之相當大的部分從不到達眼睛瞳孔，且代替地照射使用者之眼睛及面部。此導致整體光利用效率降低。可藉由使用需要較大及較重電池之較亮光源來補償低光利用效率，此增加顯示器之大小及重量。此外，當波導為擴增實境系統之部分時，來自擴增實境系統內部之影像源之影像光必須在亮度上與藉由觀看者可見之外部光競爭。經擴增影像亮度可需要增加若干數量級以使所產生之影像在大白天可見。為與外部光競爭，內部影像光源亮度需要增加，此可為具挑戰性的。因此，高度需要藉由瞳孔複製波導來改良光利用效率。

根據本發明，近眼顯示器之光利用效率可藉由提供包括具有個別可調的反射率量值之複數個體傾斜鏡面及/或鏡面的最大反射率方向之波導來改良。換言之，體鏡面集合之反射率量值及/或方向可以空間選擇性方式調諧。此使得能夠控制影像光部分之空間分佈以匹配眼動區域中之眼睛位置，及/或對應於當前由影像投影機顯示之視野之一部分。調整影像光至顯示之眼睛位置/凝視方向/FOV部分之空間分佈會降低由影像光源產生的影像光之所需亮度或全部光功率。

根據本發明，提供一種用於在顯示裝置中傳送影像光之波導，波導包含：波導主體，其包含彼此平行延展之第一相對表面及第二相對表面；輸入耦合器，其經配置以將影像光耦合至波導主體中以用於在波導主體內沿著由影像光從第一表面及第二表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播影像光；及複數個傾斜體鏡面，其沿著波導主體內之Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率以用於控制由複數個傾斜體鏡面從波導主體輸出耦合之影像光部分的空間分佈。

在一些具體實例中，複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面包含電壓控制鏡面，該電壓控制鏡面具有藉由將電壓施加至電壓控制鏡面而可變之反射率量值或最大反射率方向中的至少一者。在一些具體實例中，複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面為偏振選擇性的。在此類具體實例中，波導可進一步包括在波導主體內之Z字形光路徑中之液晶層，以用於空間選擇性地控制沿著Z字形光路徑傳播之影像光之偏振狀態，藉此控制影像光部分之空間分佈。

藉助於非限制性說明性範例，波導主體可包括以下之堆疊：基板，其支撐複數個傾斜體鏡面；底板電極；液晶層；及像素化電極層，其用於藉由在底板與像素化電極層之間施加空間變化之電場來向液晶層施加在空間變化的電場。Z字形光路徑延展穿過堆疊。液晶層可包括例如向列型或膽固醇液晶分子。

在一些具體實例中，輸入耦合器包括具有可調的反射率之傾斜體鏡面。在此類具體實例中，第二波導主體可設置於第一波導主體下游。輸入耦合器之可調的傾斜體鏡面可調節在第一波導主體與第二波導主體中傳播之影像光的比率。兩個波導主體可具有具有反射器之不同側向位置及/或角度之複數個傾斜體反射器，用於視野之所顯示部分之動態控制，且用於重導引輸出光功率密度以跟隨眼睛位置及/或定向。在一些具體實例中，輸出耦合傾斜鏡面可為非可調的，或亦可具有可調的反射率。

複數個傾斜體鏡面可包括傾斜體鏡面之二維陣列。陣列之平面可平行於波導主體之相對表面，或非平行，例如垂直於這些表面。複數個傾斜體鏡面可包括傾斜體鏡面之三維陣列以用於光輸出耦合之最大可撓性。此外，在一些具體實例中，輸入耦合及/或輸出耦合傾斜體鏡面可具有空間非均勻反射率，例如，其可分段成兩個、四個等區段或部分，各區段或部分具有獨立可變之空間均勻反射率，包括反射率之量值及/或最大反射率之角度。

根據本發明，提供一種顯示裝置，例如近眼顯示裝置，其包含經配置以提供攜載角域影像之影像光的影像投影機，及本發明之波導。顯示裝置可包括：控制器，其可操作地耦接至波導主體且經配置以根據當前由影像投影機顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式控制複數個傾斜體鏡面的反射率。控制器可經配置以增加影像光部分之攜載由影像投影機顯示之視野之部分的那些影像光部分。

顯示裝置可進一步包括經配置以判定使用者之眼睛之瞳孔在顯示裝置之眼動區域處的位置之眼睛追蹤系統。控制器可操作地耦接至波導主體及眼睛追蹤系統，且經配置以根據由眼睛追蹤系統判定之瞳孔之位置而以空間選擇性方式控制複數個傾斜體鏡面的反射率。控制器可操作以便增加影像光部分之在眼睛瞳孔處導引之那些影像光部分。

根據本發明，進一步提供一種用於將來自影像投影機之影像光傳送至顯示裝置之眼動區域的方法。方法包括：將影像光耦合至波導主體中，在波導主體中沿著由影像光從波導主體之第一相對表面及第二相對表面之交替反射界定的Z字形光路徑傳播影像光，藉由使用沿著波導主體內之Z字形光路徑安置且具有可調的反射率之複數個傾斜體鏡面而從波導主體輸出耦合影像光之部分；及藉由調諧複數個傾斜體鏡面之反射率來藉由複數個傾斜體鏡面控制從波導主體輸出耦合之影像光部分的空間分佈。

在一些具體實例中，控制影像光部分之空間分佈可包括藉由將電壓施加至各體鏡面來調諧複數個傾斜體鏡面之反射率，各體鏡面為電壓控制鏡面。控制影像光部分之空間分佈可包括根據當前由影像投影機顯示之視野的一部分以空間選擇性方式控制複數個傾斜體鏡面之反射率。可因此增加影像光部分之將由影像投影機顯示之視野之部分攜載至使用者之眼睛的那些影像光部分。在具體實例中，其中控制影像光部分之空間分佈包括判定使用者之眼睛的瞳孔在顯示裝置之眼動區域處之位置，方法可進一步包括根據經判定眼睛瞳孔之位置而以空間選擇性方式控制複數個傾斜鏡面之反射率。控制影像光部分之空間分佈可執行以便增加影像光部分之到達使用者之眼睛的那些影像光部分。

現參考圖1A及圖1B，波導100展示於側橫截面視圖中。波導100包括具有彼此平行延展之第一相對表面111及第二相對表面112之波導主體101。第一相對表面111及第二相對表面112可為波導主體101之外部表面。舉例而言，波導主體101可包括透明基板，諸如玻璃、塑膠、氧化物或無機晶體基板。透明基板可具有平坦或彎曲外部表面，且可塗佈有低折射率材料以用於免受污垢及霧影響。

波導100包括經配置以將影像光120耦合至波導主體101中之輸入耦合器102。輸入耦合器102可包括稜鏡、具有恆定或可變反射率之鏡面等。輸入耦合器102可進一步包括用於使衝擊影像光偏振之線性偏振器。在進入波導主體101後，影像光120藉由來自第一表面111及第二表面112之一系列全內反射（TIR）在波導主體101內傳播。影像光120沿著由影像光120從波導主體101之第一表面111及第二表面112之交替反射界定的Z字形光路徑122傳播。影像光120攜載角域影像，亦即，其中個別影像元件（像素）由覆蓋影像之整個FOV的射線扇之射線角度表示的影像。角域影像之像素的亮度及/或色彩由對應光束角下之光線之亮度及/或色彩表示。

在影像光120沿著Z字形光路徑122之傳播期間，影像光120經由藉由波導主體101之基板支撐（例如，嵌入至基板中）之複數個傾斜體鏡面103傳播。體鏡面103沿著Z字形光路徑122安置。體鏡面103可以平行方式傾斜，亦即可以相同傾斜角度彼此平行。複數個平行傾斜體鏡面103中之各體鏡面103或至少此類鏡面中之一些可具有可調的反射率。舉例而言，體鏡面103可包含液晶材料及/或多層薄膜塗層。體鏡面103可為偏振選擇性的，反射衝擊光之一個偏振且透射另一正交偏振。為此，體鏡面可包括偏振光學塗層，例如，多層電介質塗層。

取決於施加至體鏡面103之控制信號，各體鏡面103之反射率量值可在第一狀態與第二狀態之間連續地調諧。當處於第一狀態時，體鏡面103具有最大設定反射率量值，反射影像光120且從波導主體101輸出耦合影像光120。當處於第二狀態時，體鏡面103可對於影像光120為實質上可穿透的。因此，藉由調諧至少一個體鏡面103之反射率量值，可控制藉由複數個平行傾斜體鏡面103從波導主體101輸出耦合之影像光部分121之空間分佈。在具體實例中，其中體鏡面103之反射率量值為偏振選擇性的，體鏡面103中之至少一者或多於一者可具有其在第一狀態與第二狀態之間獨立地調諧的反射率量值，但僅針對衝擊光之一個偏振。

在具體實例中，其中反射率量值在第一狀態與第二狀態之間連續地調諧，體鏡面103可經調諧為對影像光120部分可穿透。類似地，可藉由具有不同偏振狀態或複數個偏振狀態之影像光來進行體鏡面103之調諧。圖1A展示其中所有體鏡面103處於第一狀態下，亦即對影像光120之光實質上不可穿透之波導100。圖1B展示與圖1A中相同之波導100，其中最左體鏡面103之反射率降低，從而允許影像光120之較大部分121進一步沿著光路徑122傳播，且因此移位輸出耦合之影像光部分121之側向位置。

參考圖2，在放大橫截面視圖中展示體鏡面103中之一者。圖2之體鏡面103包括耦接至電端子201之兩個透明電極204之間的電回應性反射器層202。當電壓施加至端子201時，電回應性反射器層202取決於所施加電壓量值而改變其反射率量值。在其中體鏡面103之材料為液晶材料之具體實例中，當歸因於液晶分子改變其定向而施加電壓時，材料之反射率改變。在一些具體實例中，電回應性反射器層202可包括LiNbO _{3 、}LBO、KTP晶體等。

現參考圖3A，波導300A類似於圖1A及圖1B之波導100，且包括類似元件。圖3A的波導300A包括具有彼此平行延展之第一相對表面311A及第二相對表面312A之波導主體301A。波導主體301A可包括透明基板，諸如玻璃、塑膠、氧化物及/或無機晶體基板。波導300A包括輸入耦合器302，例如，輸入耦合稜鏡（如所說明）及/或輸入耦合鏡面，其經配置以將影像光320耦合至波導主體301A中。舉例而言，輸入耦合器302可包括偏振元件，諸如線性偏振器。

波導主體301A進一步包括液晶（LC）單元360A，其包含藉由具有相對第一內表面313及第二內表面314之透明基板結合之LC層304。LC層304可包括由LC分子304A組成之LC流體，例如，向列型或膽固醇型LC分子。僅舉幾例範例，透明基板可由例如玻璃、塑膠、熔融矽石、金屬氧化物及/或無機晶體製成。在一些具體實例中，波導主體301A可充當LC單元360A之頂部基板，亦即，LC單元360A可不具有單獨專用頂部基板。

然而，經實施，LC單元360A之頂部基板可支援安置於波導主體301A之基板與液晶層304之間的底板電極層305。LC單元360A可包括像素化電極層306，其用於在底板電極305層與像素化電極層306中之個別像素306A之間且跨LC層304施加空間變化的電場。電場使得LC分子304A在各別像素306A內改變其空間定向。LC分子304A之電壓相依定向界定LC層304之區域雙折射性質，從而允許LC層304改變傳播穿過LC層304之影像光320之偏振狀態。歸因於底部電極層306之像素化性質，可以空間選擇性方式控制影像光320之偏振狀態，以在影像光320在波導主體301A中傳播時提供影像光320之偏振狀態之所要變化。

波導主體301A可進一步包括複數個偏振選擇性傾斜體鏡面303。體鏡面303可彼此平行。在已藉由輸入耦合器302耦合至波導主體301A中後，藉由從波導主體301A之第一表面311A及LC單元360A之外表面，例如其底部透明基板之外表面（如所說明）的一系列TIR，影像光320沿著包括底板電極層305及液晶層304之波導主體301A內之Z字形光路徑322A傳播。波導主體301A、液晶層304及底板電極層305可形成對於影像光320實質上可穿透之堆疊，以供影像光320在堆疊內傳播。波導主體301A、液晶層304及底板電極層305之基板之折射率可匹配，由此降低延展穿過堆疊之光路徑322A上之影像光320的非所要菲涅耳反射。

影像光320依序傳播穿過偏振選擇性體鏡面303及LC層304。液晶層304經配置而以空間選擇性方式控制影像光320之偏振狀態，以便控制由個別偏振選擇性體鏡面303輸出耦合之影像光部分321之量值或光功率水平。因此，影像光部分321之空間分佈可藉由將電壓施加至像素化電極層306中之個別像素306A來控制。跨LC單元360A施加之電壓圖案以可預測、可控制方式界定輸出耦合之影像光部分321的空間分佈。

參考圖3B，波導300B為圖3A之波導300A之變體，且包括類似元件。圖3B的波導300B包括具有彼此平行延展之第一相對外表面311B及第二相對外表面312B之波導主體301B。波導主體301B可包括透明基板，諸如玻璃、塑膠、氧化物及/或無機晶體基板。波導300B包括輸入耦合器302，例如，輸入耦合稜鏡（如所說明）及/或輸入耦合鏡面，其經配置以將影像光320耦合至波導主體301B中。舉例而言，輸入耦合器302可包括偏振元件，諸如線性偏振器。

波導主體301B可進一步包括複數個偏振選擇性傾斜體鏡面303。體鏡面303可彼此平行。在已藉由輸入耦合器302耦合至波導主體301B中之後，藉由從波導主體301B之第一表面311B及第二表面312B之一系列TIR，影像光320沿著波導主體301B內之Z字形光路徑322B傳播。

波導主體301B可進一步包括各體鏡面303上游之光路徑322B中之複數個LC單元360B，如所說明，儘管在一些具體實例中，LC單元360B可安置於各別體鏡面303之下游。LC單元360B通常包括與圖3A之LC單元360A類似之元件/層，儘管LC單元360B無需包括像素化電極層，亦即LC單元360B可包括一對連續（非圖案化）透明電極，用於跨整個LC單元360B均勻地進行偏振控制。LC單元360B可接近及/或平行於各別體鏡面303安置，且可與各別體鏡面303形成堆疊，如所說明。

LC單元360B之目的為控制影像光320沿著光路徑322B之偏振狀態，且因此經由影像光320之偏振狀態控制影像光320之輸出耦合部分321的空間分佈。舉例而言，若體鏡面303經配置以反射第一線性偏振之光且透射第二正交偏振之光，則當需要由各別下游體鏡面303輸出耦合時，LC單元360B可經調諧以將影像光320之偏振狀態轉換為第一偏振狀態。藉由相同原理，當各別體鏡面303經由體鏡面303傳播影像光320時，LC單元360B可經調諧以將影像光320之偏振狀態轉換為第二偏振狀態。當然，在影像光320之中間偏振狀態中，影像光320之可控制部分321可輸出耦合，且LC單元360B可根據影像光部分321之光功率分佈的所要空間輪廓而經調諧以提供待從波導主體301B輸出耦合之影像光320的所需可控制部分。

現參考圖4，進一步參考圖1A，顯示裝置430包括：影像投影機433，其經配置以提供攜載角域影像之影像光420；及波導400，其用於將攜載角域影像之影像光420傳送至眼動區域450以供使用者之眼睛404觀看。舉例而言，圖4之波導400可包括圖1A至圖1B之波導100、圖3A的波導300A或圖3B之波導300B。影像投影機433可為例如掃描影像投影機，或可基於耦接至準直器之微型顯示面板。在所展示之具體實例中，顯示裝置430為將影像光420提供至眼動區域450之近眼顯示裝置。

顯示裝置430可進一步包括控制器431，該控制器431可操作地耦接至波導主體401，例如，耦接至波導主體401之複數個傾斜體鏡面403中之各體鏡面403及/或耦接至LC單元，例如圖3A中所描繪之LC單元360A及/或圖3B中所描繪之LC單元360B。控制器431（圖4）可經配置以藉由控制個別體鏡面403之反射率及/或藉由用偏振選擇性體鏡面403控制影像光之偏振狀態而以空間選擇性方式控制複數個傾斜體鏡面403的反射率。控制器431進一步可操作地耦接至影像投影機433。影像投影機433可為例如掃描投影機，其藉由掃描準直光束而呈現FOV，或例如，為基於投影機的微型顯示器。

在操作中，控制器431可基於關於當前由影像投影機433顯示之視野（FOV）之一部分的資訊而控制體鏡面403之反射率之空間分佈。控制器431可經配置以控制影像投影機433以根據當前由影像投影機433顯示之FOV部分產生影像光420。根據本發明，控制器431可經配置以增加影像光420部分之將當前由影像投影機顯示之FOV的部分攜載至眼睛404之那些影像光420部分。

顯示裝置430可進一步包括用於判定眼動區域450中之眼睛404之位置或定向中的至少一者之眼睛追蹤系統432。控制器431可可操作地耦接至眼睛追蹤系統432以用於基於眼睛404之經判定位置及定向而判定顯示裝置430之眼動區域450中的眼睛404之瞳孔405之即時位置。眼睛追蹤系統432可即時地更新關於使用者之眼睛404之瞳孔405的位置之資訊。控制器431可經配置以基於自眼睛追蹤系統432接收到之資訊及/或基於而由影像投影機433顯示之當前FOV部分而控制複數個傾斜體鏡面403的反射率。控制器431可經配置以增加影像光420部分421之在眼睛瞳孔405處導引之那些影像光420部分421，同時藉由較好地利用影像光420來減弱缺少眼睛瞳孔405之影像光部分421以節約電。藉由重佈影像光部分421以大部分朝向眼睛瞳孔405傳播，控制器431增加到達眼睛瞳孔405之影像光420之光功率水平，藉此顯著改良顯示裝置430之壁式插座效率（wall plug efficiency）。

圖5A及圖5B說明影像光可如何以FOV相依方式從波導輸出耦合。圖5A及圖5B展示波導主體501之一部分，其類似於圖4之波導主體401。圖5A及圖5B之波導主體501包括上部相對表面511及下部相對表面512及其間之兩個可調的鏡面503A及503B。在第一時刻，影像光攜載由第一射線520A表示之FOV之第一部分。為將第一FOV部分傳送至使用者之眼睛504之瞳孔505的位置，將左側體鏡面503A調諧至實質上不透明的完全反射狀態，或調諧至大部分反射狀態及部分透明狀態。大部分影像光由左側體鏡面503A反射且作為朝向使用者之眼睛504之瞳孔505傳播的第一光束部分（第一射線521）輸出耦合。

在後續第二時刻，影像光可攜載FOV之第二部分，如由圖5B中之第二射線520B表示。左側體鏡面503A使其反射率降低以進一步將大部分影像光傳播至右側體鏡面503B。影像光520作為很大程度上不受影響之光線522傳播穿過左側體鏡面503A。將右側體鏡面503B調諧至完全反射狀態或至具有增加之反射率的狀態。大部分或整個影像光由右側體鏡面503B反射，且作為光線522朝向使用者之眼睛瞳孔505輸出耦合。反射光線522（圖5B）與反射線521（圖5A）到達實質上相同的空間位置。體鏡面503A及503B可經調諧至非完全反射狀態以提供更平滑光控制，在不同FOV部分之間無尖銳邊界，以便於觀察，且避免歸因於快速眼動而導致之急劇亮度下降。

圖6A及圖6B說明影像光620可如何取決於眼動區域中之眼睛瞳孔位置輸出耦合，使得輸出耦合光跟隨即時眼睛瞳孔位置。圖6A、圖6B展示波導主體601之一部分，其類似於圖4之波導主體401，且以類似方式操作。圖6A及圖6B之波導主體601包括上部相對表面611及下部相對表面612及安置於上部表面611與下部表面612之間的可調的體鏡面603A、603B、603C及603D。

首先參看圖6A，使用者之眼睛604位於所說明波導部分之左側上。為將影像光620導引至當前眼睛604位置，將兩個最左體鏡面603A及603B調諧至較高反射率狀態。影像光620之較大部分由兩個最左體鏡面603A及603B反射且作為朝向使用者之眼睛瞳孔605傳播的光線錐621輸出耦合，使得影像光620之較大部分能夠到達使用者之眼睛604。

參考圖6B，與圖6A比較，使用者之眼睛604向右移位，且位於所說明波導之右側上。影像光620以與圖6A中相同之角度衝擊於四個體鏡面603A至603D上。兩個最左體鏡面603A及603B經調諧以使其反射率降低，例如，降低至實質上零或極低反射率，從而對於傳播影像光620實質上為可穿透的。

影像光620實質上傳播穿過兩個最左體鏡面603A及603B而不損失其光功率水平。兩個最右體鏡面603C及603D經調諧以具有較高水平之反射率。影像光620由兩個最右體鏡面603C、603D反射且作為光線錐622朝向使用者之眼睛瞳孔605輸出耦合。

當使用者查看由顯示裝置顯示之不同物件時及/或當使用者相對於顯示裝置移位眼睛時，輸出耦合光可跟隨眼睛瞳孔位置從一個位置至另一位置，此可例如在調整使用者之面部上之AR護目鏡期間發生。影像光部分可取決於AR護目鏡之不同使用者之眼睛位置及瞳孔間距離而輸出耦合。圖6A及圖6B之兩個輸出耦合射線621及622為對應於輸出耦合FOV之輸出耦合光錐體的邊界射線。體鏡面603A至603D可為連續地可調的以提供更平滑光控制，而不同眼睛位置之間無突然光功率下降。

現參考圖7，進一步參考圖4，呈現用於藉由顯示裝置將影像光傳送至顯示裝置之眼動區域的方法700。方法700可用於例如將由影像投影機433發射之影像光420傳送至顯示裝置430（圖4）之眼動區域450。

方法700包含將影像光420耦合（圖7；701）至波導主體中，例如，使用輸入耦合器402將影像光420輸入耦合至波導主體401中。影像光420可在一些具體實例中偏振。

在進入波導主體401後，影像光420在波導主體401內沿著由影像光420從波導主體401之第一表面411及第二表面412之交替反射界定的Z字形影像光路徑傳播（702）。隨著影像光420沿著Z字形路徑傳播，影像光420逐個地傳播穿過複數個傾斜體鏡面403。傾斜體鏡面403具有可調的反射率。可調的反射率可藉由將電壓施加至個別傾斜體鏡面403來達成，如上文參考圖2所解釋，及/或藉由使用液晶層結合偏振選擇性體鏡面來達成，如上文參考圖3A及圖3B所解釋。

影像光之部分藉由複數個傾斜體鏡面403從波導主體401（圖4）輸出耦合（圖7；703）。藉由影像光420從體鏡面403之表面之反射來發生輸出耦合。部分或所有影像光420可藉由任一體鏡面403輸出耦合。從其各別體鏡面403輸出耦合之複數個影像光420部分421之組合在顯示裝置430的眼動區域450處形成角域影像。

複數個傾斜體鏡面403之各體鏡面403之反射率可經調諧以控制（圖7；704）藉由複數個傾斜體鏡面403從波導主體401輸出耦合的影像光部分之空間分佈。各體鏡面403可獨立於另一體鏡面403而調諧。可同時或依序一起調諧多於一個體鏡面403，以提供輸出耦合之影像光部分之光功率密度的所要分佈。

在一些具體實例中，可藉由將一組電壓施加至體鏡面403來調諧（704A）體鏡面403之反射率。可根據當前由影像投影機433顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式調諧（704C）複數個傾斜體鏡面403的反射率，例如，以增加（704C1）影像光部分420中之將當前由影像投影機433顯示之視野之部分攜載至使用者的眼睛之那些影像光部分420。在一些具體實例中，調諧電壓控制體鏡面403之反射率可根據判定（704D）顯示裝置430之眼動區域處的使用者之眼睛之瞳孔的位置而進行，例如以增加（704D1）影像光部分中之在眼睛瞳孔處精確地導引之那些影像光部分。此外在一些具體實例中，可根據當前顯示之FOV部分及眼睛瞳孔之當前位置兩者調諧體鏡面的反射率。

仍參考圖7，進一步參考圖3A至圖3B及圖4，輸出耦合之影像光320部分之空間分佈之控制（圖7；704）可藉由控制影像光320的偏振狀態而實施。偏振狀態可藉由使用一或多個液晶層控制，如上文參考圖3A及圖3B所解釋，為了以空間選擇性方式控制（704B）影像光320沿著影像光320路徑322A或322B傳播之偏振狀態。在此類具體實例中，複數個傾斜體鏡面303中之各體鏡面303可製成偏振選擇性，以提供取決於衝擊影像光之偏振狀態而變化之反射率。在其他具體實例中，體鏡面303中之一些為偏振選擇性，而一些不是。為明確起見，參考圖3A中所描繪之具體實例300A，液晶層305及體鏡面303安置於波導主體301A內之Z字形光路徑322A中。影像光320之偏振狀態隨著影像光320沿著光路徑322A傳播而改變，根據輸出耦合之影像光部分之所需光功率密度分佈。

藉由控制影像光偏振來控制704輸出耦合之影像光320部分之空間分佈可包括根據當前由影像投影機顯示的視野之一部分而以空間選擇性方式控制704C複數個傾斜體鏡面303之反射率，藉此增加（704C1）影像光320部分中之攜載由影像投影機顯示之視野之部分的那些影像光320部分。在一些具體實例中，控制（704）輸出耦合之影像光320部分之空間分佈包括判定使用者之眼睛404的瞳孔在顯示裝置430之眼動區域處之位置，及藉由依賴於複數個傾斜鏡面303之偏振相依反射率來控制影像光之偏振的空間分佈以重佈輸出耦合之影像光部分。此類控制可根據瞳孔405之經判定位置（704D）而執行，藉此增加704D1影像光320部分中之在眼睛瞳孔處導引之那些影像光320部分。傾斜體鏡面之眼睛瞳孔位置及/或FOV相依反射率控制之目的是重佈輸出耦合之影像光部分之光功率以將大部分影像光導引至當前眼睛瞳孔位置，同時避免照射眼睛瞳孔不存在之眼動區域部分，藉此避免不必要光損失且顯著增加顯示裝置之光利用的總效率。以上考慮因素同樣適用於圖3B之波導具體實例300B。

在本文中所考慮之波導及方法中，不僅反射率之量值而且最大反射率之方向，亦即傾斜反射器之有效傾斜角度，可受控/調諧用於輸出影像光之較可撓重導引。因此，術語「反射率」應理解為意謂最大反射率之量值及/或方向，亦即輸出耦合光之方向。

參考圖8A及圖8B之非限制性說明性範例，波導800包括具有可調的傾斜角度之複數個傾斜反射器803。當顯示器之使用者之眼睛804在如圖8A中所展示之第一位置處時，選定反射器803之傾斜角度以將輸出耦合之影像光之部分821導引至第一位置。當眼睛804移位至如例如藉由眼動追蹤系統（例如，圖4中之眼睛追蹤系統432）判定之第二位置時，鏡面803之傾斜角度經調整以將輸出耦合之影像光之部分821重導引至第二位置，如圖8B中所展示。

在圖9A至圖9C中展示具有具有可調的傾斜角度/最大反射率方向之傾斜鏡面之波導的一個實施。首先參考圖9A，波導900包括在一對透明電極905、906之間具有LC分子924之膽固醇型LC層904。LC分子924形成螺旋925，其作為具有電壓控制傾斜角之反射器操作。藉由在電極905、906之間施加電壓，可控制螺旋角。舉例而言，在圖9A中，電壓為零，且螺旋925垂直於電極905、906安置。在圖9B中，施加非零電壓 V ₁ ，使得螺旋925傾斜。傾斜角隨電壓增加，如藉由比較圖9B與圖9C可見，其中所施加電壓增加至值 V ₂ ＞ V ₁ 。

圖10中說明所施加電壓對藉由螺旋925形成之可變角度反射器之影像光的最大反射率方向之效應。點線鐘形曲線1000A對應於零施加電壓下之反射率，亦即對應於圖9A中所說明之情況；短劃線鐘形曲線1000B對應於所施加電壓 V ₁ 下之反射率，亦即對應於圖9B中所說明之情況；及實線鐘形曲線1000C對應於所施加電壓 V ₂ 下之反射率，亦即對應於圖9C中所說明之情況。吾人可看見隨著施加至電極905、906之電壓增加，對應於鐘形曲線1000A、1000B及1000C之峰之最大反射率方向朝向更高角度值移位。

在一些具體實例中，波導主體之傾斜體反射器可形成鏡面之二維（2D）或三維（3D）陣列，以用於提供影像光輸出耦合及重導引之額外可撓性。參考圖11之說明性非限制性範例，波導1100類似於圖1之波導100，且包括類似元件。圖11之波導1100包括具有彼此平行延展之第一相對表面1111及第二相對表面1112的波導主體1101，例如，平坦平行表面。在圖11之俯視圖中，第一表面1111及第二表面1112彼此上下安置。

輸入耦合器1102經配置以將影像光耦合至波導主體1101中，以用於在波導主體1101內沿著類似於上文參考圖1A、圖1B解釋之Z字形光路徑傳播影像光。Z字形光路徑由影像光從第一表面1111及第二表面1112之交替反射界定。

複數個傾斜體鏡面1103沿著在波導主體1101內之Z字形光路徑安置。傾斜體鏡面1103具有用於控制藉由複數個傾斜體鏡面1103從波導主體1101輸出耦合之影像光部分之空間分佈的可調的反射率，類似於上文參考圖1A至圖1B、圖2及圖3A至圖3B所解釋。傾斜體鏡面1103形成傾斜體鏡面之2D陣列，如所說明。2D陣列之平面平行於波導主體1101之表面1111、1112，亦即平行於圖11之平面或XY平面。本文中，術語「2D陣列之平面」是指安置傾斜體鏡面1103之中心的平面。如上文參考圖4及圖7所解釋，2D陣列使得能夠在兩個維度中控制FOV及/或輸出光功率分佈，亦即在X及Y方向兩者中。

參考圖12，波導1200類似於圖1之波導100，且包括類似元件。圖12之波導1200包括具有彼此平行延展之第一相對表面1211及第二相對表面1212的波導主體1201，例如，平坦平行表面。影像光在波導主體1201內沿著如上文參考圖1A、圖1B所解釋之Z字形光路徑傳播。Z字形光路徑由影像光從第一表面1211及第二表面1212之交替反射界定。

複數個傾斜體鏡面1203沿著波導主體1201內之Z字形光路徑安置。傾斜體鏡面1203具有用於控制藉由複數個傾斜體鏡面1203從波導主體1201輸出耦合之影像光部分之空間分佈的可調的反射率，如上文參考圖1A至圖1B、圖2及圖3A至圖3B所解釋。

傾斜體鏡面1203在XZ平面中形成傾斜體鏡面之2D陣列，使得二維陣列之平面不平行於波導主體1201之第一表面1211及第二表面1212。此類配置實現對波導主體1201之頂部及底部部分（關於Z軸）中之影像光傳播及輸出耦合的獨立性能控制，此使得能夠改良輸出耦合之影像光部分的均勻性。

參考圖13，波導1300包括不是一個而是兩個波導主體，分別具有第一及第二輸入耦合器之第一波導主體1301-1及第二波導主體1301-2。第一輸入耦合器包括第一波導主體1301-1中之第一傾斜體鏡面1302-1。第一傾斜體鏡面1302-1可為可調的，以用於將影像光1320之可控制部分輸入耦合至第一波導主體1301-1中，以用於在第一波導主體1301-1內沿著由影像光從第一波導主體1301-1之平行外表面之交替反射界定的第一Z字形光路徑1322-1傳播。第一複數個傾斜體鏡面1303-1沿著第一Z字形光路徑1322-1安置於第一波導主體1301-1內。第一複數個之鏡面1303-1可為恆定反射率或可調的反射率鏡面。

第二輸入耦合器包括第二波導主體1301-2中之第二傾斜體鏡面1302-2。第二傾斜體鏡面1302-2可具有固定或可調的反射率。第二傾斜體鏡面1302-2可經配置以用於使影像光1320之剩餘部分輸入耦合至第二波導主體1301-2中，以用於在第二波導主體1301-2內沿著由影像光從第二波導主體1301-2之平行外表面之交替反射界定的第二Z字形光路徑1322-2傳播。

第二複數個傾斜體鏡面1303-2沿著第二Z字形光路徑1322-2安置於第二波導主體1301-2內。第二複數個之鏡面1303-2可具有恆定反射率或可調的反射率。

在操作中，第一傾斜體鏡面1302-1取決於待藉由影像光1320照射之眼動區域1350中之所要位置而調諧至高或低反射率。舉例而言，當第一傾斜體鏡面1302-1調諧至高反射率時，大部分或所有影像光1320在第一波導主體1301-1中沿著第一Z字形光路徑1322-1傳播，且相應地在第一位置1351處從第一波導主體1301-1輸出耦合。當第一傾斜體鏡面1302-1調諧至低反射率時，大部分或所有影像光1320在第二波導主體1301-2中沿著第二Z字形光路徑1322-2傳播且在第二經移位位置1352處從第二波導主體1301-2輸出耦合。此類配置可比例如圖1A及圖1B之波導100之配置更簡單，此是因為其僅需要一個可調的鏡面。換言之，由第一波導主體1301-1支撐之所有體鏡面中之僅一個傾斜體鏡面需要為可調的以具有在眼動區域1350上重佈影像光1320之某一能力。

在一些具體實例中，第一傾斜體鏡面1302-1為偏振選擇性的，例如，包括反射偏振器，且第一波導主體1301-1與第二波導主體1301-2之間的影像光功率平衡可藉由調諧影像光1320之偏振狀態來調節。此外，在一些具體實例中，波導總成可包括多於兩個波導主體，除大部分下游波導主體之外之全部具有各別可調的輸入耦合器。

參考圖14A，可變鏡面1400A可在上文所考慮之波導中之任一者中用作可變傾斜體反射器，包括輸入耦合及/或輸出耦合傾斜鏡面。可變反射器1400A包括具有獨立可變空間均勻反射率之第一區段1401及第二區段1402。此可藉由提供諸如圖2中之層202之分段電回應性反射器層、分段液晶單元以及反射偏振器等來達成。

參考圖14B，可變鏡面1400B可在上文所考慮之波導中之任一者中用作可變傾斜體反射器，包括輸入耦合及/或輸出耦合傾斜鏡面/反射器。圖14B之可變反射器1400B包括不是兩個而是四個個別控制的反射器區段，具體而言，基於電回應性反射器層、液晶分段單元及反射偏振器之第一四分體區段1411、第二四分體區段1412、第三四分體區段1413及第四四分體區段1414等。分段可變鏡面允許對輸出耦合之影像光部分之光功率的分佈之較精細控制。

現參考圖15，擴增實境（AR）近眼顯示器1500為圖4之顯示裝置430之具體實例。圖15之AR近眼顯示器1500包括針對各眼睛支撐以下之框架1501：光引擎或影像投影機1530，其用於提供攜載角域影像之影像光束；瞳孔複製光導1506，其基於本文中所揭示之波導中之任一者，用於提供影像光束的多個偏移部分以在眼動區域1512上散佈角域影像；及複數個眼動區域照明器1510，其顯示為黑點，在面向眼動區域1512之表面上圍繞瞳孔複製光導1506的通光孔徑散佈。可針對各眼動區域1512提供眼睛追蹤攝影機1504。

眼睛追蹤攝影機1504之目的為判定使用者之兩隻眼睛之位置及/或定向。眼動區域照明器1510照射對應眼動區域1512處之眼睛，以使眼睛追蹤攝影機1504獲得眼睛之影像且提供參考反射，亦即閃光。閃光可充當所捕獲眼睛影像中之參考點，從而藉由判定眼睛瞳孔影像相對於閃光位置之位置來促進眼睛凝視方向判定。為了避免因眼動區域照明器1510之光分散使用者之注意力，可使得眼動區域照明器1510發射對於使用者而言不可見之光。舉例而言，紅外光可用於照射眼動區域1512。

參考圖16，HMD 1600為AR/VR可穿戴式顯示系統之範例，為了較大程度沉浸於AR/VR環境中，該AR/VR穿戴式顯示系統圍封使用者之面部。HMD 1600可產生整個虛擬3D影像。HMD 1600可包括可固定在使用者頭部周圍之前主體1602及綁帶1604。前主體1602經配置以用於以可靠且舒適之方式置放在使用者眼睛前方。顯示系統1680可安置於前主體1602中以向使用者呈現AR/VR影像。顯示系統1680可包括本文中所揭示之顯示裝置及照明器中之任一者。前主體1602之側面1606可為不透明或透明的。

在一些具體實例中，前主體1602包括用於追蹤HMD 1600之加速度的定位器1608及慣性量測單元（IMU）1610，以及用於追蹤HMD 1600之位置的位置感測器1612。IMU 1610為基於從位置感測器1612中之一或多者接收到之量測信號而產生指示HMD 1600的位置之資料之電子裝置，該電子裝置回應於HMD 1600之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器1612之範例包括：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一適合類型的感測器、用於IMU 1610之錯誤校正的一種類型之感測器，或其某一組合。位置感測器1612可位於IMU 1610外部、位於IMU 1610內部，或其某一組合。

定位器1608由虛擬實境系統之外部成像裝置追蹤，使得虛擬實境系統可追蹤整個HMD 1600之位置及定向。由IMU 1610及位置感測器1612產生之資訊可與藉由追蹤定位器1608所獲得之位置及定向進行比較，以用於改良HMD 1600的位置及位向之追蹤準確度。當使用者在3D空間中移動及轉動時，準確位置及定向對於向使用者呈現適當虛擬景物是至關重要的。

HMD 1600可進一步包括深度攝影機總成（DCA）1611，其捕獲描述環繞HMD 1600中之一些或所有之局部區域之深度資訊的資料。為了在3D空間中判定HMD 1600之位置及定向之較佳準確度，深度資訊可與來自IMU 1610之資訊進行比較。

HMD 1600可進一步包括用於即時判定使用者眼睛之定向及位置的眼睛追蹤系統1614。所獲得的眼睛之位置及定向亦允許HMD 1600判定使用者之凝視方向且相應地調整由顯示系統1680產生的影像。所判定之凝視方向及輻輳角度可用於調整顯示系統1680以減少輻輳調節衝突。方向及輻輳亦可用於如本文中所揭示之顯示器的出射瞳孔轉向。此外，所判定之輻輳及凝視角度可用於與使用者互動、突顯物件、將物件帶至前景、產生額外物件或指標等。亦可提供音訊系統，其包括例如建置至前主體1602中之一組小型揚聲器。

本發明之具體實例可包括人工實境系統或可與人工實境系統一起實施。人工實境系統在向使用者呈現之前以某一方式調整經由感測所獲得之關於外部世界的感官資訊，諸如可視資訊、音訊、接觸（體感）資訊、加速度、平衡等。藉助於非限制性範例，人工實境可包括虛擬實境（VR）、擴增實境（AR）、混合實境（MR）、複合實境或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包括完全生成內容或與所捕獲（例如，真實世界）內容組合之生成內容。人工實境內容可包括視訊、音訊、軀體或觸覺回饋或其某一組合。此內容中之任一者可在單一通道中或在多個通道中呈現，諸如在對觀看者產生三維效應之立體視訊中。此外，在一些具體實例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中產生內容及/或以其他方式用於人工實境中（例如，在人工實境中執行活動）之應用程式、產品、配件、服務或其某一組合相關聯。提供人工實境內容之人工實境系統可實施於各種平台上，包括穿戴式顯示器，諸如連接至主機電腦系統之HMD、獨立式HMD、具有眼鏡之外觀尺寸的近眼顯示器、行動裝置或計算系統，或能夠向一或多個觀看者提供人工實境內容之任何其他硬體平台。

本發明之範疇不受本文所描述之特定具體實例限制。實際上，除本文中所描述之那些之外，其他各種具體實例及修改將自前述描述及隨附圖式對於所屬領域中具通常知識者可顯而易見。因此，此類其他具體實例及修改意欲屬於本發明之範疇內。此外，儘管本文中已出於特定目的在特定環境中之特定實施方式之上下文中描述本發明，但所屬領域中具有通常知識者應認識到，其有效性不限於此，且本發明可出於任何數目個目的有益地實施於任何數目個環境中。因此，下文所闡述之申請專利範圍應鑒於如本文中所描述之本發明的全部範圍及精神來解釋。

100:波導 101:波導主體 102:輸入耦合器 103:體鏡面 111:第一相對表面 112:第二相對表面 120:影像光 121:較大部分 122:Z字形光路徑 201:電端子 202:反射器層 204:透明電極 300A:波導 300B:波導 301A:波導主體 301B:波導主體 302:輸入耦合器 303:偏振選擇性傾斜體鏡面 303:體鏡面 304:液晶層 304A:液晶分子 305:底板電極層 306:像素化電極層 306A:個別像素 311A:第一相對表面 311B:第一相對外表面 312A:第二相對表面 312B:第二相對外表面 313:第一內表面 314:第二內表面 320:影像光 321:影像光部分/輸出耦合部分 322A:Z字形光路徑 322B:Z字形光路徑 360A:液晶單元 360B:液晶單元 400:波導 401:波導主體 403:體鏡面 404:眼睛 404:眼睛 405:瞳孔 411:第一表面 412:第二表面 420:影像光 421:影像光部分 430:顯示裝置 431:控制器 432:眼睛追蹤系統 433:影像投影機 450:眼動區域 501:波導主體 503A:體鏡面 503B:體鏡面 504:眼睛 505:瞳孔 511:上部相對表面 512:下部相對表面 520:影像光 520A:第一射線 520B:第二射線 521:第一射線 522:光線 601:波導主體 603A:體鏡面 603B:體鏡面 603C:體鏡面 603D:體鏡面 604:眼睛 605:眼睛瞳孔 611:上部相對表面 612:下部相對表面 620:影像光 621:光線錐/輸出耦合射線 622:光線錐/輸出耦合射線 700:方法 701:步驟 702:步驟 703:步驟 704:步驟 704A:步驟 704B:步驟 704C:步驟 704C1:步驟 704D:步驟 704D1:步驟 800:波導 803:反射器 804:眼睛 821:部分 900:波導 904:膽固醇型LC層 905:透明電極 906:透明電極 924:LC分子 925:螺旋 1000A:點線鐘形曲線 1000B:短劃線鐘形曲線 1000C:實線鐘形曲線 1100:波導 1101:波導主體 1102:輸入耦合器 1103:傾斜體鏡面 1111:第一相對表面 1112:第二相對表面 1200:波導 1201:波導主體 1203:傾斜體鏡面 1211:第一相對表面 1212:第二相對表面 1300:波導 1301-1:第一波導主體 1301-2:第二波導主體 1302-1:第一傾斜體鏡面 1302-2:第二傾斜體鏡面 1303-1:第一複數個傾斜體鏡面 1303-2:第二複數個傾斜體鏡面 1320:影像光 1322-1:第一Z字形光路徑 1322-2:第二Z字形光路徑 1350:眼動區域 1351:第一位置 1352:第二經移位位置 1400A:可變鏡面 1400B:可變鏡面 1401:第一區段 1402:第二區段 1411:第一四分體區段 1412:第二四分體區段 1413:第三四分體區段 1414:第四四分體區段 1500:擴增實境近眼顯示器 1501:框架 1504:眼睛追蹤攝影機 1506:瞳孔複製光導 1510:眼動區域照明器 1512:眼動區域 1530:影像投影機 1600:MD 1602:前主體 1604:綁帶 1606:側面 1608:定位器 1610:慣性量測單元 1611:深度攝影機總成 1612:位置感測器 1614:眼睛追蹤系統 1680:顯示系統 V ₁ :非零電壓 V ₂ :電壓 X:方向 Y:方向 Z:方向

現將結合圖式描述範例性具體實例，在圖式中： [圖1A]為其中第一可調的傾斜體鏡面調諧至高反射之本發明之波導的側橫截面視圖； [圖1B]為其中第二可調的傾斜體鏡面調諧至高反射同時第一者調諧至高透射之圖1A之波導的側橫截面視圖； [圖2]為圖1A及圖1B之波導之可調的傾斜體鏡面的放大視圖； [圖3A]為具有與波導主體形成堆疊之液晶層之波導具體實例的部分側橫截面視圖； [圖3B]為具有與傾斜體反射器形成堆疊之液晶層之波導具體實例的部分側橫截面視圖； [圖4]為使用圖1A至圖1B或圖3A至圖3B之波導之近眼顯示器的示意圖； [圖5A]為經調諧以輸出耦合第一視野（FOV）部分之波導之側橫截面視圖； [圖5B]為經調諧以輸出耦合第二不同FOV部分之圖5A之波導的側橫截面視圖； [圖6A]為經調諧以在第一眼睛位置處輸出耦合影像光之波導之側橫截面視圖； [圖6B]為經調諧以在第二經移位眼睛位置處輸出耦合影像光之波導之側橫截面視圖； [圖7]為用於將來自影像投影機之影像光傳送至顯示裝置之眼動區域的方法之流程圖； [圖8A]為包括具有可調的傾斜角度之傾斜鏡面之波導的側橫截面視圖； [圖8B]為在觀看者之眼睛之不同位置處的圖8A之波導之側橫截面視圖； [圖9A]為在零施加電壓下之圖8A及圖8B之波導的膽固醇液晶實施之側橫截面視圖； [圖9B]為在中間施加電壓下圖8A及圖8B之波導之膽固醇液晶實施的側橫截面視圖； [圖9C]為在最大施加電壓下圖8A及圖8B之波導之膽固醇液晶實施的側橫截面視圖； [圖10]為針對圖9A至圖9C之波導之反射率與角度的圖表； [圖11]為包括XY平面中之傾斜體鏡面之二維（2D）陣列的本發明之波導之俯視圖； [圖12]包括XZ平面中之傾斜體鏡面之2D陣列的本發明之波導之側橫截面視圖； [圖13]為包括上部波導主體中之兩個波導主體與可調的輸入耦合器之堆疊的本發明之波導之側橫截面視圖； [圖14A]為本發明之可變鏡面之平面圖，該可變鏡面具有由獨立可變之空間均勻反射率表徵之兩個區段； [圖14B]為本發明之可變鏡面之平面圖，該可變鏡面具有由獨立可變之空間均勻反射率表徵之區段的四分體； [圖15]為具有一副眼鏡之外觀尺寸之本發明的穿戴式顯示器之視圖；及 [圖16]為本發明之頭戴式顯示器（HMD）之三維視圖。

100:波導

101:波導主體

102:輸入耦合器

103:體鏡面

111:第一相對表面

112:第二相對表面

120:影像光

121:較大部分

122:Z字形光路徑

X:方向

Y:方向

Z:方向

Claims (20)

1. 一種用於在顯示裝置中傳送影像光之波導，該波導包含： 波導主體，其包含彼此平行延展之第一相對表面及第二相對表面； 輸入耦合器，其經配置以將該影像光耦合至該波導主體中以用於在該波導主體內沿著由該影像光從該第一表面及該第二表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光；及 複數個傾斜體鏡面，其沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率以用於控制藉由該複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合之影像光部分之空間分佈。
2. 如請求項1之波導，其中該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面包含電壓控制鏡面，該電壓控制鏡面具有藉由將電壓施加至該電壓控制鏡面而可變之反射率量值或最大反射率方向中之至少一者。
3. 如請求項1之波導，其中該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面為偏振選擇性，該波導進一步包含在該波導主體內之該Z字形光路徑中之液晶層以用於空間選擇性地控制沿著該Z字形光路徑傳播的該影像光之偏振狀態，藉此控制這些影像光部分之該空間分佈。
4. 如請求項3之波導，其中該波導主體包含以下之堆疊： 基板，其支撐該複數個傾斜體鏡面； 底板電極； 該液晶層；及 像素化電極層，其用於藉由在該底板與像素化電極層之間施加空間變化之電場來向該液晶層施加空間變化之電場； 其中該Z字形光路徑延展穿過該堆疊。
5. 如請求項1之波導，其中該輸入耦合器包含該複數個傾斜體鏡面中之至少一個傾斜體鏡面。
6. 如請求項1之波導，其中該複數個傾斜體鏡面包含傾斜體鏡面之二維陣列或三維陣列。
7. 如請求項6之波導，其中該二維陣列之平面平行於該波導主體之該第一表面及該第二表面。
8. 如請求項6之波導，其中該二維陣列之平面不平行於該波導主體之該第一表面及該第二表面。
9. 如請求項1之波導，其中該複數個傾斜體鏡面中之傾斜體鏡面包含複數個區段，各區段具有獨立可變之空間均勻反射率。
10. 一種顯示裝置，其包含： 影像投影機，其經配置以提供攜載角域影像之影像光；及 波導，其用於在該顯示裝置中傳送該影像光，該波導包含： 波導主體，其包含彼此平行延展之第一相對表面及第二相對表面； 輸入耦合器，其經配置以將該影像光耦合至該波導主體中以用於在該波導主體內沿著由該影像光從該第一表面及該第二表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光；及 複數個傾斜體鏡面，其沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置，且具有可調的反射率以用於控制藉由該複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合之影像光部分之空間分佈。
11. 如請求項10之顯示裝置，其中該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面包含電壓控制鏡面，該電壓控制鏡面具有藉由將電壓施加至該電壓控制鏡面而可變之反射率量值或最大反射率方向中之至少一者。
12. 如請求項10之顯示裝置，其中該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面為偏振選擇性，該波導進一步包含在該波導主體內之該Z字形光路徑中之液晶層以用於空間選擇性地控制沿著該Z字形光路徑傳播的該影像光之偏振狀態，藉此控制這些影像光部分之該空間分佈。
13. 如請求項10之顯示裝置，其進一步包含控制器，該控制器可操作地耦接至該波導主體且經配置以根據當前由該影像投影機顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率。
14. 如請求項10之顯示裝置，其進一步包含： 眼睛追蹤系統，其經配置以判定使用者之眼睛之瞳孔在該顯示裝置的眼動區域處之位置；及 控制器，其可操作地耦接至該波導主體及該眼睛追蹤系統且經配置以根據由該眼睛追蹤系統判定之該瞳孔之該位置而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率。
15. 如請求項10之顯示裝置，其中該顯示裝置為近眼顯示裝置。
16. 一種用於將來自影像投影機之影像光傳送至顯示裝置之眼動區域的方法，該方法包含： 將該影像光耦合至波導主體中； 在該波導主體中沿著由該影像光從該波導主體之第一相對表面及第二相對表面之交替反射界定之Z字形光路徑傳播該影像光； 藉由使用沿著該波導主體內之該Z字形光路徑安置且具有可調的反射率之複數個傾斜體鏡面從該波導主體輸出耦合該影像光之部分；及 藉由調諧該複數個傾斜體鏡面之該反射率來藉由該複數個傾斜體鏡面控制從該波導主體輸出耦合之影像光部分的空間分佈。
17. 如請求項16之方法，其中控制影像光部分之該空間分佈包含藉由將電壓施加至各體鏡面來調諧該複數個傾斜體鏡面之該反射率，各體鏡面為電壓控制鏡面。
18. 如請求項16之方法，其中控制影像光部分之該空間分佈包含使用液晶層以空間選擇性方式控制沿著該Z字形光路徑傳播之該影像光的偏振狀態，該液晶層安置於該波導主體內之該Z字形光路徑中；且 其中該複數個傾斜體鏡面中之各體鏡面為偏振選擇性。
19. 如請求項16之方法，其中控制影像光部分之該空間分佈包含根據當前由該影像投影機顯示之視野之一部分而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜體鏡面之該反射率，以增加這些影像光部分中之將由該影像投影機顯示之該視野之該部分攜載至使用者之眼睛的那些影像光部分。
20. 如請求項16之方法，其中控制影像光部分之該空間分佈包含判定使用者之眼睛之瞳孔在該顯示裝置的該眼動區域處之位置； 該方法進一步包含根據該眼睛瞳孔之經判定的該位置而以空間選擇性方式控制該複數個傾斜鏡面之該反射率，以增加這些影像光部分中之到達使用者之眼睛的那些影像光部分。

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