TW202409643A - 用於提供增強的對比度之光導照明組件 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種裝置，其包含：光源，其配置以輸出第一光束；及光導，其與內耦合元件及外耦合元件耦合。該裝置包含設置於該光導之相對側處的顯示面板及透鏡組件。該內耦合元件配置以將該第一光束耦合至該光導中作為第二光束。該外耦合元件配置以將該第二光束之第一部分耦合出該光導作為朝向該顯示面板傳播以照明該顯示面板之第三光束，且將該第二光束之第二部分耦合出該光導作為朝向該透鏡組件傳播之第四光束。設置有該外耦合元件之該光導之表面的法線相對於該顯示面板之軸以預定角度傾斜。

Description

用於提供增強的對比度之光導照明組件

本發明大體上關於光學裝置，且更特定言之，關於用於提供增強對比度之光導照明組件。 相關申請案之交叉參考

本申請案主張2022年2月15日申請之美國臨時申請案第63/310, 574號及2023年1月12日申請之美國非臨時申請案第18/154038號的優先權益。上述申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。

諸如頭戴式顯示器（「head-mounted display；HMD」）或平視顯示器（「heads-up display；HUD」）系統之人工實境系統通常包含呈耳機或一副眼鏡之形式的近眼顯示器（「near-eye display；NED」）系統，其配置以在例如使用者之眼睛前方約10至20 mm之距離內經由電子或光學顯示器向使用者呈現內容。NED系統可顯示虛擬物件或真實物件與虛擬物件之組合影像，如在擴增實境（「augmented reality；AR」）、虛擬實境（「virtual reality；VR」）及/或混合實境（「mixed reality；MR」）應用中。VR、AR及MR頭戴式顯示器在不同領域中具有廣泛應用，包含工程設計、施行醫療手術及視訊遊戲。舉例而言，使用者能佩戴與音訊頭戴式耳機整合之VR頭戴式顯示器並同時播放視訊遊戲，使得使用者能在沉浸式虛擬環境中具有互動式體驗。

與本發明之一態樣一致，本發明提供一種裝置。裝置包含配置以輸出第一光束之光源。裝置亦包含與內耦合元件及外耦合元件耦合之光導。裝置亦包含設置於光導之相對側處的顯示面板及透鏡組件。內耦合元件配置以將第一光束耦合至光導中作為第二光束。外耦合元件配置以將第二光束之第一部分耦合出光導作為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第三光束，且將第二光束之第二部分耦合出光導作為朝向透鏡組件傳播之第四光束。設置有外耦合元件之光導之表面法線相對於顯示面板之軸以預定角度傾斜。

與本發明之另一態樣一致，本發明提供一種裝置。裝置包含配置以輸出第一光束之光源。裝置亦包含與內耦合元件及外耦合元件耦合之光導。裝置亦包含設置於光導之相對側處的顯示面板及透鏡組件。裝置亦包含設置於光導與顯示面板之間的光束偏轉元件。內耦合元件配置以將第一光束耦合至光導中作為第二光束。外耦合元件配置以將第二光束之第一部分耦合出光導作為朝向光束偏轉元件傳播之第三光束，且將第二光束之第二部分耦合出光導作為朝向透鏡組件傳播之第四光束。光束偏轉元件配置以將第三光束向前偏轉為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第五光束。

本發明之其他態樣能由所屬技術領域中具有通常知識者依據本發明之描述、申請專利範圍及圖式而理解。前述一般描述及下文詳細描述僅為例示性及解釋性的，且並不限制申請專利範圍。

將參考隨附圖式描述與本發明一致的實施例，所述隨附圖式僅為用於說明性目的之範例，且並不意欲限制本發明之範疇。在任何可能之處，在整個圖式中使用相同附圖符號來指代相同或類似部分，且可省略其詳細描述。

此外，在本發明中，可組合所揭示實施例與所揭示實施例之特徵。所描述實施例為本發明之一些但並非全部實施例。基於所揭示實施例，所屬技術領域中具有通常知識者可推導與本發明一致之其他實施例。舉例而言，可基於所揭示實施例進行修改、調適、取代、添加或其他變化。所揭示實施例之此類變化仍在本發明之範疇內。因此，本發明不限於所揭示實施例。實際上，本發明之範圍由隨附申請專利範疇界定。

如本文中所使用，術語「耦接/耦合（couple/coupled/coupling）」或其類似者可涵蓋光學耦合、機械耦合、電耦接、電磁耦合或其任何組合。兩個光學元件之間的「光學耦合」係指兩個光學元件以光學串聯方式布置，且從一個光學元件輸出之光束可由其它光學元件直接或間接接收的配置。光學串聯係指複數個光學元件在光束路徑中之光學定位，使得從一個光學元件輸出之光束可由其他光學元件中之一或多者透射、反射、繞射、轉換、修改或以其他方式處理或操控。在一些實施例中，布置有複數個光學元件之序列可或可不影響複數個光學元件之總輸出。耦合可為直接耦合或間接耦合（例如，透過中間元件進行耦合）。

片語「A或B之至少一者」可涵蓋A及B之所有組合，諸如僅A、僅B、或A及B。同樣地，片語「A、B或C中之至少一者」可涵蓋A、B及C之所有組合，諸如僅A、僅B、僅C、A及B、A及C、B及C，或A及B及C。片語「A及/或B」可以與片語「A或B之至少一者」類似之方式進行解讀。舉例言之，片語「A及/或B」可涵蓋A及B之所有組合，諸如僅A、僅B、或A及B。同樣地，片語「A、B及/或C」具有與片語「A、B或C之至少一者」之意義類似的意義。舉例言之，片語「A、B及/或C」可涵蓋A、B及C之所有組合，諸如僅A、僅B、僅C、A及B、A及C、B及C，或A及B及C。

當將第一元件描述為「附接」、「提供」、「形成」、「貼附」、「安裝」、「固定」、「連接」、「接合」、「記錄」或「設置」至第二元件、在第二元件上、在第二元件處或至少部分地在第二元件中時，可使用諸如沉積、塗佈、蝕刻、接合、膠合、旋擰、壓入配合、搭扣配合、夾持等任何合適之機械或非機械方式使第一元件「附接」、「提供」、「形成」、「貼附」、「安裝」、「固定」、「連接」、「接合」、「記錄」或「設置」至第二元件、在第二元件上、在第二元件處或至少部分地在第二元件中。另外，第一元件可與第二元件直接接觸，或第一元件與第二元件之間可存在中間元件。第一元件可設置於第二元件之任何合適側處，諸如左側、右側、前方、後方、頂部或底部。

當第一元件展示或描述為設置或布置於第二元件「上」時，術語「在……上」僅用於指示第一元件與第二元件之間的範例相對位向。描述可基於圖式中所展示之參考座標系統，或可基於圖式中所展示之當前視圖或範例配置。舉例而言，當描述圖式中所展示之視圖時，第一元件可描述為設置於第二元件「上」。應理解的是，術語「在……上」可能未必意味著第一元件在垂直的重力方向在第二元件上方。舉例而言，當將第一元件及第二元件之組件轉動180度時，第一元件可「在」第二元件「下」（或第二元件可「在」第一元件「上」）。因此，應理解的是，當圖式展示第一元件「在」第二元件「上」時，配置僅為說明性範例。第一元件可相對於第二元件以任何合適之位向設置或布置（例如，在第二元件上方或以上、在第二元件下方或下、在第二元件左側、在第二元件右側、在第二元件後方、在第二元件前方等)。

當第一元件描述為設置於第二元件「上」時，第一元件可直接地或間接地設置於第二元件上。第一元件直接設置於第二元件上指示無額外元件設置於第一元件與第二元件之間。第一元件間接設置於第二元件上指示一或多個額外元件設置於第一元件與第二元件之間。

本文中所使用之術語「處理器」可涵蓋任何合適之處理器，諸如中央處理單元（「central processing unit；CPU」）、圖形處理單元（「graphics processing unit；GPU」）、特殊應用積體電路（「application-specific integrated circuit；ASIC」）、可程式化邏輯裝置（「programmable logic device；PLD」）或其任何組合。亦可使用上文未列出之其他處理器。處理器可實施為軟體、硬體、韌體或其任何組合。

術語「控制器」可涵蓋配置以產生用於控制裝置、電路、光學元件等之控制訊號的任何合適電路、軟體或處理器。「控制器」可實施為軟體、硬體、韌體或其任何組合。舉例而言，控制器可包含處理器，或可包含為處理器之一部分。

術語「非暫時性電腦可讀取媒體」可涵蓋用於儲存、傳送、通信、廣播或傳輸資料、訊號或資訊之任何適合媒體。舉例而言，非暫時性電腦可讀取媒體可包含記憶體、硬碟、磁碟、光碟、磁帶等。記憶體可包含唯讀記憶體（「read-only memory；ROM」)、隨機存取記憶體（「random-access memory；RAM」）、快閃記憶體等。

術語「膜」、「層」、「塗層」或「板」可包含可設置於支撐基板上或基板之間的剛性或可撓性、自撐式或自支持式膜、層、塗層或板。術語「膜」、「層」、「塗層」及「板」可為可互換的。術語「膜平面」係指垂直於厚度方向之膜、層、塗層或板中的平面。膜平面可為膜、層、塗層或板之體積中的平面，或可為膜、層、塗層或板之表面平面。如在例如「平面內位向」、「平面內方向」、「平面內間距」等中之術語「平面內」意謂位向、方向或間距在膜平面內。如在例如「平面外方向」、「平面外位向」或「平面外間距」等中之術語「平面外」意謂位向、方向或間距不在膜平面內（亦即，不平行於膜平面）。舉例而言，方向、位向或間距可沿著垂直於膜平面之線或相對於膜平面形成銳角或鈍角之線。舉例而言，「平面內」方向或位向可指表面平面內之方向或位向，「平面外」方向或位向可指不平行於（例如，垂直於）表面平面之厚度方向或位向。

如在「正交偏振」中之術語「正交」或如在「正交地偏振」中之術語「正交地」意謂表示兩個偏振的兩個向量之內積實質上為零。舉例言之，具有正交偏振之兩個光束（或兩個正交地偏振之光束）可為具有兩個正交偏振方向（例如，笛卡爾（Cartesina）座標系統中之x軸方向及y軸方向）的兩個線性偏振光束，或具有相反偏手性之兩個圓偏振光束（例如，左圓偏振光束及右圓偏振光束）。

本發明中所提及之波長範圍、光譜或帶係出於說明性目的。所揭示之光學裝置、系統、元件、組件及方法可應用於可見波長帶，以及其他波長帶，諸如紫外線（「ultraviolet；UV」）波長帶、紅外線（「infrared；IR」）波長帶或其組合。術語「實質上」或「基本上」用於修改描述光束之處理的光學回應動作，諸如透射、反射、繞射、阻擋或其類似者意謂光束之主要部分（包含全部）被透射、反射、繞射或阻擋等。主要部分可為可基於特定應用需要而判定之整個光束之預定百分比（大於50%），諸如100%、98%、90%、85%、80%等。

術語「光軸」可指晶體中之方向。在光軸方向傳播之光束可能不經歷雙折射（或雙重折射）。光軸可為方向而非單線：平行於彼方向之光束可不經歷雙折射。

由射線（或光束）相對於參考軸形成的角度可取決於射線（或光束）與參考軸之間的角度關係而被定義為正的或負的。出於論述目的，由射線（或光束）相對於參考軸形成的角度可在射線（或光束）處於參考軸順時針方向時被定義為正的，且在射線（或光束）處於參考軸逆時針方向時被定義為負的。舉例而言，從外耦合元件外耦合之射線（或光束）的輸出角可定義為射線（或光束，或光）與外耦合元件之表面的法線或與外耦合元件耦合之光導之表面的法線之間的角度。輸出角可在射線（或光束，或光）處於表面法線順時針方向時被定義為正的，且在射線（或光束，或光）處於表面法線逆時針方向時被定義為負的。

圖6示意性地說明習知近眼顯示器（near-eye display；「NED」）60之圖。如圖6中所展示，近眼顯示器60可包含光導照明組件63、顯示面板61及透鏡組件62。光導照明組件63可包含光源組件40、以及與內耦合元件15及外耦合元件20耦合之光導30。顯示面板61及透鏡組件62可設置於光導30之相對側處。顯示面板61及透鏡組件62可平行地布置，且可垂直於同一軸70而對準。軸70可為透鏡組件62之光軸或顯示面板61之對稱軸。光導30可與顯示面板61及透鏡組件62平行地布置，其中光導30之表面法線與軸70平行。光源組件40可朝向光導30輸出光束51。

光束51可藉由光導30導引至顯示面板61以用於照明顯示面板61。內耦合元件15可將光束51耦合至光導30中作為內耦合光束53，其透過全內反射（「total internal reflection；TIR」）沿著光導30朝向外耦合元件20傳播。外耦合元件20可將內耦合光束53之第一部分（主要部分）耦合出光導30，作為朝向顯示面板61傳播以照明顯示面板61之光束55（訊號光束55），且將內耦合光束53之第二部分（次要部分）耦合出光導30，作為朝向透鏡組件62傳播之光束54。在一些實施例中，次要部分可等於或低於主要部分之10%。光束54可稱為洩漏光束54，其從外耦合元件20洩漏。亦即，外耦合洩漏光束54並非為外耦合元件20之設計規格，且為對近眼顯示器60之影像品質可引起不利影響的非所要光學效應。訊號光束55及洩漏光束54之傳播方向可為沿著同一軸70之相對方向。舉例而言，如圖6中所展示，訊號光束55可沿著正z軸傳播，而洩漏光束54可沿著負z軸傳播。

訊號光束55可正入射至顯示面板61上。顯示面板61可將訊號光束55調變且反射為影像光束57，其表示由顯示面板61產生之虛擬影像。影像光束57可沿著負z軸朝向透鏡組件62傳播。因此，洩漏光束54及影像光束57之傳播方向可實質上相同。透鏡組件62可將洩漏光束54及影像光束57聚焦至近眼顯示器60之視窗區（eye-box region）86中之實質上相同定位（例如，同一出射光瞳87）。出射光瞳87可為視窗區86中之空間定位，其中近眼顯示器60之使用者之眼睛89的眼睛瞳孔88可經定位以接收由顯示面板61產生之虛擬影像的內容。如圖6中所展示，透鏡組件62可將洩漏光束54及影像光束57聚焦為分別傳播通過同一出射光瞳87之洩漏光束56及影像光束59。因此，位於出射光瞳87處之眼睛89可感知洩漏光束56及影像光束59兩者。影像光束59可表示顯示於顯示面板61上之虛擬影像。由於洩漏光束54（及洩漏光束56）並未由顯示面板61調變，因此洩漏光束54（及洩漏光束56）可降低眼睛89所感知到之虛擬影像的對比率。

鑒於習知技術中之侷限性，本發明提供一種配置以將洩漏光束轉向出眼睛瞳孔之系統，從而提供系統之視窗區處的虛擬影像的增強對比度。所揭示系統可實施於各種裝置或系統，例如平視顯示器、頭戴式顯示器、近眼顯示器、智慧型電話、膝上型電腦、電視、車輛等中以增強使用者體驗。圖1A示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供增強對比度的系統100的x-z截面圖。系統100亦可稱為光導顯示系統100。如圖1A中所展示，系統100可包含顯示組件101、檢視光學件組件102及控制器115。顯示組件101可配置以輸出表示由顯示組件101產生之虛擬影像的影像光束。顯示組件101可包含光源組件105、光導110及顯示元件（例如，顯示面板120）。光源組件105可配置以朝向光導110輸出光束130以用於照明顯示面板120。光導110可與內耦合元件135及外耦合元件145耦合以導引光束130照明顯示面板120。舉例而言，與內耦合元件135及外耦合元件145耦合之光導110可接收光束130，導引光束130作為光束131（亦稱為內耦合光束131）透過全內反射沿著光導110傳播，且輸出光束131作為朝向顯示面板120傳播之複數個輸出光束132。在一些實施例中，輸出光束132可正入射至顯示面板120上。在一些實施例中，輸出光束132之傳播方向可與光束130之傳播方向平行。

顯示面板120可包含合適的非發射性反射式顯示面板（出於論述目的，亦稱為顯示面板120），諸如反射式矽基液晶（「liquid crystal on silicon；LCOS」）顯示面板或數位光處理（「digital beam processing；DLP」）顯示面板等。舉例而言，典型DLP顯示面板可具有24度之入射角及0度之輸出角。此使得光洩漏與訊號光束具有典型24度角偏移。所揭示系統能改良DLP顯示面板之對比度。顯示面板120可包含面向光導110之光輸出部分的反射式像素陣列。顯示面板120可由輸出光束132照明，且可將輸出光束132調變且反射為表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束。舉例而言，顯示面板120之各別點（例如，各別像素）可朝向檢視光學件組件102而將入射至其上之各別輸出光束132調變且反射為各別影像光136（例如，發散影像光）。出於說明性目的，圖1A展示從顯示面板120之左半部分的點輸出的影像光136之單一射線、及從顯示面板120之右半部分的點輸出的影像光136之單一射線。出於說明性目的，兩條射線展示為從顯示面板120正輸出（亦即，垂直於顯示面板120之光輸出表面）。各別影像光136之組合可形成表示由顯示面板120產生之整個虛擬影像的影像光束。出於論述目的，表示由顯示面板120產生之整個虛擬影像的影像光束可統稱為影像光束136。

檢視光學件組件102可布置於顯示組件110與使用者之眼睛159之間。檢視光學件組件102可包含合適的透鏡組件（出於論述目的，亦參考為透鏡組件102），其配置以將影像光束136轉換成傳播通過系統100之視窗區160中的一或多個出射光瞳157的影像光束。舉例而言，透鏡組件102可將各別影像光束136轉換成傳播通過一或多個出射光瞳157之各別影像光束138（例如，準直影像光束）。各別影像光138之組合可形成傳播通過一或多個出射光瞳157之影像光束。出於論述目的，傳播通過一或多個出射光瞳157之影像光束可統稱為影像光束138。出射光瞳157可為視窗區160中之空間定位，其中眼睛159之眼睛瞳孔158可定位以接收由顯示組件101產生之虛擬影像的內容。因此，位於出射光瞳157處之眼睛159可感知由顯示面板120產生之整個虛擬影像。

在一些實施例中，出射光瞳157可布置於視窗區160內之一維（「one-dimensional；1D」）或二維（「two-dimensional；2D」）陣列中。單一出射光瞳157之大小可大於眼睛瞳孔158之大小且與其相當。出射光瞳157可充分間隔開，使得當出射光瞳157中之一者與眼睛瞳孔158之定位實質上重合時，其餘的一或多個出射光瞳157可位於眼睛瞳孔158外部（例如，落在眼睛瞳孔158的區域外部）。

控制器115可以通信方式與光源組件105及顯示面板120耦接。控制器115可包含處理器或處理單元111。控制器115可包含儲存裝置112。儲存裝置112可為用於儲存資料、資訊及/或電腦可進行程式指令或編碼之非暫時性電腦可讀取媒體，諸如記憶體、硬碟等。

在顯示組件101中，光源組件105可配置以包含配置以輸出光束之光源（圖中未示）、及配置以調節從光源輸出之光束的一或多個光學元件（圖中未示）。調節光束可從光源組件105輸出為朝向光導110傳播之光束130。光源可包含雷射二極體、或配置以輸出不同顏色（例如紅色、綠色、藍色）之光的兩個或更多個雷射二極體。從光源組件105輸出之光束130可配置有預定光學屬性，諸如預定波前、預定傳播方向、預定偏振、預定波長範圍及/或預定光束大小等。光束130可稱為光導110之輸入光束。與內耦合元件135及外耦合元件145耦合之光導110可導引輸入光束130照明顯示面板120。出於論述目的，光源組件105與光導110的組合亦可稱為光導照明組件103，光導110與內耦合元件135及外耦合元件145耦合。圖1A中所展示之x-y-z座標系統係指用於系統100的全域座標系統，而圖1A中所展示之X-Y-Z座標系統係指用於光導照明組件103之局域座標系統。

內耦合元件135可設置於光導110之第一部分（例如，輸入部分）處，且外耦合元件145可設置於光導110之第二部分（例如，輸出部分）處。在一些實施例中，內耦合元件135及外耦合元件145之各者可形成或設置於光導110之第一表面110-1或第二表面110-2處（例如，貼附至所述表面）。出於說明性目的，假定光導110具有平坦表面，其中第一表面110-1與第二表面110-2平行。在一些實施例中，內耦合元件135及外耦合元件145之各者可一體地形成為光導110之一部分，或可為耦合至光導110之單獨元件。在一些實施例中，內耦合元件135及/或外耦合元件145可包含一或多個繞射光柵、一或多個串聯反射器、一或多個稜鏡表面元件、全像反射器陣列或以上任何組合。光導110可包含一或多種材料，其配置以促進內耦合光束131之全內反射（「TIR」）。光導110可包含例如塑膠、玻璃及/或聚合物。光導110可具有相對較小之外觀尺寸。

內耦合元件135可配置以將輸入光束130耦合至光導110內部之TIR路徑中作為內耦合光束131。內耦合光束131可在光導110內部透過TIR傳播至外耦合元件145，且因此亦可稱為全內反射傳播光束131。在一些實施例中，外耦合元件145可在沿著光導110之不同定位處將入射至外耦合元件145之不同部分上的內耦合光束131連續耦合出光導110。舉例而言，外耦合元件145可將內耦合光束131耦合出光導110作為朝向顯示面板120傳播之複數個輸出光束132。因此，外耦合元件145可在光導110之輸出側處複製輸入光束130，以擴展光導照明組件103之有效光瞳，例如在圖1A中之X軸方向上。顯示面板120之作用區域可由複數個輸出光束132照明。

在一些實施例中，光導照明組件103可包含配置以再引導、摺疊及/或擴展內耦合光束131之額外元件。如圖1A中所展示，一或多個再引導元件/摺疊元件140可耦合至光導110以將光導110內部傳播之內耦合光束131再引導。再引導元件140可單獨形成且設置於第一表面110－1或第二表面110－2處（例如，附連至所述表面），或可一體地形成為光導110之一部分。再引導元件140及外耦合元件145可設置於光導110之同一表面處或不同表面處。再引導元件140及外耦合元件145可在X軸方向彼此至少部分地重疊，如圖1A中所展示。在一些實施例中，再引導元件140可不與外耦合元件145在X軸方向重疊。在一些實施例中，外耦合元件145及再引導元件140可一起在光導110之輸出側處提供輸入光束130之二維（「2D」）擴展。舉例而言，外耦合元件145可將內耦合光束131耦合出光導110，以在第一方向（例如，圖1A中之X軸方向）複製輸入光束130。再引導元件140可配置以在第二方向（例如，圖1A中之Y軸方向）擴展內耦合光束131，且將經擴展內耦合光束131再引導至外耦合元件145。外耦合元件145可將內耦合光束131耦合出光導110，且在第二方向（例如，圖1A中之Y軸方向）複製輸入光束130。在一些實施例中，例如外耦合、再引導、摺疊及/或擴展輸入光束130之多個功能可組合至單一元件，例如外耦合元件145中，且因此可省略再引導元件140。舉例而言，外耦合元件145可配置以在光導110之輸出側處提供輸入光束130之2D擴展。

儘管出於說明性目的，光導110、內耦合元件135、再引導元件140及外耦合元件145經展示為具有平坦表面，但此等元件中之任一者可包含一或多個彎曲表面或可具有彎曲形狀。在一些實施例中，光導顯示系統100可包含以堆疊配置所設置之複數個光導110（圖1A中未示）。複數個光導110之至少一者（例如，各者）可與內耦合元件、外耦合元件、及在一些實施例中再引導或摺疊元件耦合。在一些實施例中，處於堆疊配置之複數個光導110可配置以輸出多色光束（例如，包含多種顏色之組分的全彩光束）以照明顯示面板120。

出於論述目的，在以下描述中，假定光導照明組件103包含內耦合元件135及外耦合元件145而不包含再引導元件140。在一些實施例中，當內耦合光束131入射至外耦合元件145上時，外耦合元件145可將內耦合光束131之第一部分（例如，主要部分）耦合出光導110，作為朝向顯示面板120傳播之複數個輸出光束132，且將內耦合光束131之第二部分（例如，次要部分）耦合出光導110，作為直接朝向透鏡組件102傳播之複數個輸出光束137。從外耦合元件145傳播至顯示面板120之輸出光束132可稱為訊號光束132，且從外耦合元件145傳播至透鏡組件102（且因此朝向視窗區160傳播）之輸出光束137可稱為洩漏光束137。

出於論述目的，圖1A展示朝向顯示面板120傳播之兩個訊號光束132及直接朝向透鏡組件102傳播之兩個洩漏光束137。由於洩漏光束137直接入射至透鏡組件102上而未由顯示面板120調變，因此洩漏光束137可不包含從顯示面板120輸出之虛擬影像的內容。洩漏光束137亦可藉由透鏡組件102聚焦至視窗區160處之一或多個出射光瞳157。若眼睛159接收洩漏光束137及影像光束136（其為顯示面板120之基於訊號光束132的輸出）兩者，則眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率可降低。

在圖1A中所展示之實施例中，為了減輕由洩漏光束137引起之對虛擬影像之對比率的不利光學效應（亦即，為了減輕由洩漏光束137引起之對比率的降低），光導110可傾斜。舉例而言，光導110可相對於透鏡組件102或顯示面板120傾斜一角度（絕對值α）。換言之，光導110不平行於顯示面板120及透鏡組件102之影像平面，或光導110不垂直於軸104。光導110之表面法線144可相對於顯示面板120或透鏡組件102之軸104傾斜一角度（絕對值α）。如圖1A中所展示，顯示面板120及透鏡組件102可平行地布置，且可垂直於同一軸104而對準。軸104可為透鏡組件102之光軸、或沿著顯示面板120之厚度方向的顯示面板120之對稱軸。光導110可布置為不平行於顯示面板120及透鏡組件102，其中表面法線144相對於軸104而形成傾斜角（絕對值α）。光導110之表面110-1或表面110-2可相對於軸104形成一角度（90°-α）。當光導110傾斜α時，從光源組件105輸出之光束130可相對於內耦合元件135之表面法線以入射角（絕對值α）入射至內耦合元件135上。

外耦合元件145可將內耦合光束131之第一部分耦合出光導110，作為相對於外耦合元件145（或光導110）之表面法線166具有絕對值α之輸出角的輸出光束132。輸出光束132可朝向位於外耦合元件145或光導110之第一側處之顯示面板120輸出。輸出光束132可由顯示面板120調變且反射為影像光束136，其與輸出光束132平行。影像光束136可傳播通過光導110及外耦合元件145（及再引導元件140（若包含的話））而不改變傳播方向。

外耦合元件145可將內耦合光束131之第二部分從光導110耦合出外耦合元件145之第二側，作為相對於外耦合元件145（或光導110）之表面法線166具有絕對值α之輸出角的洩漏光束137。輸出光束132（訊號光束）及洩漏光束137之輸出角可具有相同絕對值及相反正負號，一者相對於外耦合元件145之表面法線166而定義為正，且另一者為負。洩漏光束137可相對於影像光束136或相對於軸104形成角度（絕對值β）（應注意，影像光束136與輸出光束132之後向延伸部分實質上重合，但在圖1A中，影像光束136經展示為與影像光束132之間以一間隙隔開）。

在一些實施例中，影像光束136與洩漏光束137之間的角度之絕對值（β）可為傾斜角之絕對值（α）之兩倍，亦即β = 2* α。洩漏光束137可朝向位於外耦合元件145或光導110之第二側處之透鏡組件102輸出。如圖1A中所展示，外耦合元件145（或光導110）之第一側及第二側為相對側。輸出光束132及洩漏光束137可不沿著同一軸傳播。亦即，輸出光束132及洩漏光束137之傳播方向可不彼此平行。輸出光束132及洩漏光束137之傳播方向可形成大於0°且小於180°的角度。

光導110之傾斜角（絕對值α）可配置以使得形成於影像光束136與洩漏光束137之間的角距（具有絕對值β之角度）可大於或等於預定角度。在一些實施例中，傾斜角之值α可在約5°至8°之範圍內、在約5°至10°之範圍內、在約5°至15°之範圍內、在約10°至15°之範圍內、在約5°至20°之範圍內、在約10°至20°之範圍內或在約15°至20°之範圍內等。因此，影像光束136與洩漏光束137之間的角度之值β可在約10°至16°之範圍內、在約10°至20°之範圍內、在約10°至30°之範圍內、在約20°至30°之範圍內、在約10°至40°之範圍內、在約20°至40°之範圍內或在約30°至40°之範圍內等。

當影像光束136由透鏡組件102聚焦為影像光束138，且洩漏光束137由透鏡組件102聚焦為洩漏光束139時，影像光束138可傳播通過眼睛瞳孔158所在之第一出射光瞳157-1，且洩漏光束139可傳播通過視窗區160中在第一出射光瞳外部的空間定位。舉例而言，視窗區160中洩漏光束139所傳播通過之空間定位可為不對應於眼睛瞳孔158之位置的第二出射光瞳157-2。換言之，影像光束138及洩漏光束139可由透鏡組件102聚焦至不同的個別出射光瞳，使得位於一個出射光瞳處之眼睛瞳孔158可接收影像光束138但不接收洩漏光束139。因此，位於第一出射光瞳處之眼睛瞳孔158可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束136，且可不接收洩漏光束139。因此，洩漏光束139可不造成由眼睛159感知到的虛擬影像之對比率降低，且與習知系統相比，眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率可增強。

如圖1A中所展示，輸出光束132可與軸104平行，且洩漏光束137可相對於軸104而形成角度（絕對值β）。圖1A展示影像光束138傳播通過與眼睛瞳孔158之位置實質重合的第一出射光瞳157-1，且洩漏光束139傳播通過鄰近於第一出射光瞳157-1且位於眼睛瞳孔158外部之第二出射光瞳157-2。出於論述目的，影像光束138所傳播通過之第一出射光瞳157-1可稱為輸出出射光瞳，且洩漏光束139所傳播通過之出射光瞳157-2可稱為洩漏出射光瞳。

在一些實施例中，視窗區160中輸出出射光瞳（例如，157-1）與洩漏出射光瞳（例如，157-2）之間的距離D2可配置以大於或等於視窗區160中兩個鄰近出射光瞳157之間的距離D1。因此，當輸出出射光瞳（例如，157-1）與眼睛瞳孔158之位置實質上重合時，洩漏出射光瞳（例如，157-2）可位於眼睛瞳孔158之位置以外（例如，落在眼睛瞳孔158外部）。因此，位於輸出出射光瞳157-1處之眼睛瞳孔158可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束136，且可不接收洩漏光束139。因此，洩漏光束139可不造成眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率降低。

圖1A中所展示之輸出出射光瞳（例如，157-1）及洩漏出射光瞳（例如，157-2）之位置係出於說明性目的。在一些實施例中，輸出出射光瞳及洩漏出射光瞳可具有其他合適位置。在一些實施例中，光導110之傾斜角（絕對值α）可配置以使得透鏡組件102可將洩漏光束137聚焦為傳播通過出射光瞳（圖中未示）之洩漏光束139，該出射光瞳比在眼睛瞳孔158所在之出射光瞳157-1右邊的出射光瞳157-2更遠。在一些實施例中，當眼睛瞳孔158之位置改變成位於出射光瞳157-3處時，出射光瞳157-3可為輸出出射光瞳，且出射光瞳157-1或157-2可為洩漏出射光瞳。

在一些實施例中，內耦合元件135及外耦合元件145之至少一者（例如，各者）可包含一或多個繞射光柵。出於論述目的，包含於內耦合元件135中之繞射光柵可稱為內耦合光柵135，且包含於外耦合元件145中之繞射光柵可稱為外耦合光柵145。內耦合光柵135及外耦合光柵145之各者可為反射式光柵或透射式光柵。當外耦合光柵145經由繞射將內耦合光束131之第二部分耦合出光導110時，外耦合光柵145之洩漏光束137可包含一或多個非所要繞射階。

在一些實施例中，內耦合光柵135及外耦合光柵145之至少一者（例如，各者）可具偏振敏感性（或偏振選擇），例如線偏振選擇、圓偏振選擇或橢圓偏振選擇。偏振選擇光柵可配置以實質繞射具有第一偏振之光束，且實質透射具有正交於第一偏振之第二偏振的光束。偏振選擇光柵亦可透射具有第一偏振之光束，而具有第一偏振之光束的透射可明顯少於具有第一偏振之光束的繞射。偏振選擇光柵亦可繞射具有第二偏振之光束，而具有第二偏振之光束的繞射可明顯少於具有第二偏振之光束的透射。偏振選擇光柵之範例可包含高分子分散型全像液晶（「holographic polymer-dispersed liquid crystal；H-PDLC」）光柵、設置（例如，填充）有液晶（liquid crystal；LC）之表面起伏光柵、盤查拉特納姆-貝瑞相位（「Pancharatnam-Berry phase；PBP」）光柵、偏振體積全像圖（「polarization volume hologram；PVH」）等。舉例而言，當使用H-PDLC光柵或填充有LC之表面起伏光柵時，訊號光束及洩漏光束可具有正交偏振。在一些實施例中，洩漏光束可被偏振器濾除。

在一些實施例中，如圖1A中所展示，當外耦合光柵145為偏振選擇光柵時，為了增強整個光導照明組件103之有效光瞳的亮度均勻性，光導110亦可在第一表面110-1及/或第二表面110-2處與一或多個延遲膜123（例如，A板（例如，A-plate））耦合。一或多個延遲膜123沿著光導110之位置可在內耦合光柵135與外耦合光柵145之間。延遲膜123可配置以在內耦合光束131於光導110內部朝向外耦合光柵145傳播時，將內耦合光束131轉換為實質上線或橢圓偏振光束。在一些實施例中，延遲膜123（例如，A板）可使內耦合光束131之偏振隨機化，使得內耦合光束131並非完全為右旋圓偏振（right-handed circularly polarized；RHCP）光束或完全為左旋圓偏振（left-handed circularly polarized；LHCP）光束。

出於說明性目的，在圖1A中所展示之實施例中，內耦合光柵135及外耦合光柵145之各者可為反射式偏振選擇光柵，例如反射式PVH光柵。外耦合光柵145可經由繞射將內耦合光束131耦合出光導110作為輸出光束132及洩漏光束137。舉例而言，外耦合光柵145可配置以實質繞射右旋圓偏振光束，且實質透射左旋圓偏振光束。因此，對於內耦合光束131為實質線或橢圓偏振光束而言，外耦合光柵145可將內耦合光束131之RHCP分量實質向後繞射為輸出光束（例如，RHCP光束）132，且將內耦合光束131之RHCP分量略微向前繞射為洩漏光束137。輸出光束132可為反射繞射階（其為照明之所要繞射階），且洩漏光束137可為透射繞射階（其為引起光洩漏之非所要繞射階）。外耦合光柵145可實質透射內耦合光束131之LHCP分量（透射部分可在外耦合光柵145之表面及外部環境（例如，空氣）處經全內反射），且將內耦合光束131之LHCP分量略微繞射為洩漏光束（圖1A中未展示，因為強度明顯小於洩漏光束137）。

在一些實施例中，如圖1A中所展示，從外耦合光柵145之相對表面輸出的輸出光束132及洩漏光束137之繞射角可具有實質相同的絕對值及相反的正負號。在本發明中，相對於外耦合元件或光柵（例如，外耦合光柵145）之表面法線（例如，表面法線166）來定義從外耦合元件或光柵輸出之光束的繞射角。舉例而言，輸出光束132可具有具備絕對值α之正繞射角，且洩漏光束137可具有具備絕對值α之負繞射角。在一些實施例中，如圖1A中所展示，輸出光束（例如，RHCP光束）132可實質正入射至顯示面板120上，以照明顯示面板120。顯示面板120可將輸出光束132之偏振改變為正交偏振，同時將輸出光束132反射回光導110。舉例而言，從顯示面板120輸出之影像光束136可為LHCP光束。影像光束136可朝向外耦合光柵145傳播通過光導110。在一些實施例中，外耦合光柵145可實質透射影像光束（例如，LHCP光束）136而不改變影像光束136之傳播方向或偏振。透鏡組件102可將影像光束136聚焦為傳播通過眼睛瞳孔158所在之輸出出射光瞳157-1的影像光束138（例如，LHCP光束）。透鏡組件102亦可將洩漏光束137聚焦為傳播通過與出射光瞳157-1間隔開之洩漏出射光瞳157-2的洩漏光束139。

光導110之傾斜角（絕對值α）可藉由包含於系統100中之各種元件之參數、以及視窗區160處輸出出射光瞳與洩漏出射光瞳之間的預定距離來判定。舉例而言，當假定視窗區160處輸出出射光瞳與洩漏出射光瞳之間的距離（例如，D2）為4 mm（其為單一出射光瞳157之長度的約兩倍），而假定透鏡組件102之焦距為20 mm時，則影像光束136與洩漏光束137之間的角度（絕對值β）可計算為約arctan (4/20) = 11.3°。因此，光導110之傾斜角（絕對值α）可計算為11.3°/2=5.65°。當假定光導110在X軸方向具有36 mm之長度時，光導110之沿著z軸方向的傾斜距離d可計算為約36 * sin (5.65°) = 3.53 mm。舉例而言，當假定視窗區160處輸出出射光瞳與洩漏出射光瞳之間的距離（例如，D2）為8 mm（其為單一出射光瞳157之長度的約四倍）時，則影像光束136與洩漏光束137之間的角度（絕對值β）可計算為約arctan (8/20) = 21.8°。因此，光導110之傾斜角（絕對值α）可計算為21.8°/2=10.9°。在一些實施例中，當將視窗區160處輸出出射光瞳與洩漏出射光瞳之間的最小距離（例如，D2）設定為2 mm（其為約單一出射光瞳157之長度）時，影像光束136與洩漏光束137之間的角度（絕對值β）可計算為約arctan (2/20) = 5.7°。因此，光導110之傾斜角（絕對值α）可計算為5.7°/2=2.85°。

在圖1A中所展示之實施例中，透過使光導110相對於垂直於軸104之軸傾斜預定角度（絕對值α），以其他方式傳播通過視窗區160中之同一出射光瞳的影像光束138及洩漏光束139可傳播通過兩個分開的出射光瞳，例如輸出出射光瞳157-1及洩漏出射光瞳157-2。因此，位於輸出出射光瞳157-1處之眼睛瞳孔158可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束136，且可不接收在被接收時可另外造成對比率降低之洩漏光束139。因此，與圖6中所展示於之習知系統相比，眼睛159所感知到之虛擬影像的對比率可增強，在習知系統中，光導30垂直於軸70，或與透鏡組件62（或顯示面板61）平行，亦即，光導30之表面法線並不相對於顯示面板61或透鏡組件62之軸70傾斜（亦即，光導30之表面法線與軸70平行）。

圖1B示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供增強對比度的系統150的x-z截面圖。系統150可包含與圖1A中所展示之系統100中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述能參考上文對應描述，包含結合圖1A所呈現之彼等描述。如圖1B中所展示，系統150可包含顯示組件151及檢視光學件組件102。顯示組件151可包含顯示元件（例如，顯示面板120）及配置以輸出光束172用以照明顯示面板120的光導照明組件153。

在圖1B中所展示之實施例中，與光導110耦合之外耦合光柵155可包含透射式偏振選擇光柵，例如透射式PVH光柵。外耦合光柵155可經由繞射將內耦合光束131之第一部分（或主要部分）從光導110耦合出外耦合光柵155之第一側作為朝向顯示面板120傳播之輸出光束172。外耦合光柵155可經由繞射將內耦合光束131之第二部分（或次要部分）從光導110耦合出外耦合光柵155之第二側作為朝向透鏡組件102傳播之洩漏光束177。輸出光束172及洩漏光束177之傳播方向可不彼此平行。亦即，輸出光束172及洩漏光束177可不沿著同一軸之兩個相對方向傳播。形成於輸出光束172與洩漏光束177之傳播方向之間的角度可大於0°且小於180°。

出於論述目的，外耦合光柵155可配置以將RHCP光束實質繞射為LHCP光束，且將LHCP光束實質透射為LHCP光束。因此，對於內耦合光束131為實質上線或橢圓偏振光束而言，外耦合光柵145可將內耦合光束131之RHCP分量實質向前繞射為輸出光束（例如，RHCP光束）172，且將內耦合光束131之RHCP分量略微向後繞射為洩漏光束177。在圖1B中，輸出光束172可為透射繞射階（其為照明之所要繞射階），且洩漏光束177可為反射繞射階（其為引起光洩漏之非所要繞射階）。外耦合光柵145可實質透射內耦合光束131之LHCP分量，且將內耦合光束131之LHCP分量略微繞射為洩漏光束（圖1B中未展示，因為強度明顯小於洩漏光束177）。

在一些實施例中，如圖1B中所展示，輸出光束（例如，LHCP光束）172可實質正入射至顯示面板120上以照明顯示面板120。顯示面板120可將輸出光束（例如，LHCP光束）172調變且反射為影像光束（例如，RHCP光束）174。影像光束174可朝向外耦合光柵155傳播通過光導110。外耦合光柵155可將影像光束（例如，RHCP光束）174實質透射為朝向透鏡組件102傳播之影像光（例如，LHCP光束）176。透鏡組件102可將影像光束176聚焦為傳播通過眼睛瞳孔158所在之第三出射光瞳157-3的影像光束178。透鏡組件102亦可將洩漏光束177聚焦為傳播通過第二出射光瞳157-2之洩漏光束179。在此實施例中，第三出射光瞳157-3可為輸出出射光瞳，且第二出射光瞳157-2可為洩漏出射光瞳。

透過使光導110傾斜預定角度（絕對值α），以其他方式傳播通過視窗區中之同一出射光瞳且由眼睛接收的影像光束178及洩漏光束179可傳播通過兩個分開的出射光瞳，例如輸出出射光瞳157-3及洩漏出射光瞳157-2。因此，位於輸出出射光瞳157-3處之眼睛159可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束178，且可不接收洩漏光束179。因此，洩漏光束179可不造成眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率降低，且與圖6中所展示之習知系統相比，眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率可增強。

圖1C示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供增強對比度的系統180的x-z截面圖。系統180可包含與圖1A中所展示之系統100或圖1B中所展示之系統150中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述能參考上文對應描述，包含結合圖1A或圖1B所呈現之彼等描述。如圖1C中所展示，系統180可包含顯示組件181及檢視光學件組件102。顯示組件181可包含顯示元件（例如，顯示面板120）及配置以輸出光束192用以照明顯示面板120的光導照明組件183。顯示面板120及透鏡組件102可平行地配置，且可垂直於同一軸104而對準。軸104可為透鏡組件102之光軸或顯示面板120之對稱軸。

光導照明組件183可包含與內耦合光柵135及外耦合光柵145耦合之光導185。在圖1C中所展示之實施例中，光導185可具有面向顯示面板120之第一表面185-1及面向透鏡組件102之第二表面185-2，其中第一表面185-1不平行於第二表面185-2。設置有外耦合光柵145之第一表面185-1及第二表面185-2之一者可相對於透鏡組件102（或顯示面板120）傾斜一角度（絕對值α），且第一表面185-1及第二表面185-2之其它表面可與透鏡組件102（或顯示面板120）平行。

出於論述目的，圖1C展示外耦合光柵145設置於第二表面185-2處。因此，第二表面185-2可相對於透鏡組件102（或顯示面板120）傾斜一角度（絕對值α）。換言之，光導185之第二表面185-2之表面法線184（或外耦合元件145之表面法線184）可相對於顯示面板120或透鏡組件102之軸104以一角度（絕對值α）傾斜。第一表面185-1可與透鏡組件102（或顯示面板120）平行。換言之，光導185之第一表面185-1之表面法線（圖中未示）可與顯示面板120或透鏡組件102之軸104平行。

儘管圖1C中未展示，但在一些實施例中，外耦合光柵145可設置於第一表面185-1處。因此，光導185之第一表面185-1之表面法線（或外耦合元件145之表面法線）可相對於顯示面板120或透鏡組件102之軸104傾斜一角度（絕對值α），且光導185之第二表面185-2之表面法線可與顯示面板120或透鏡組件102之軸104平行。

當光導185之第二表面185-2傾斜一角度（絕對值α）時，從光源組件105輸出之光束130可相對於內耦合元件135之表面法線以入射角（絕對值α）入射至內耦合光柵135上。內耦合光柵135可將光束130耦合為經由TIR沿著光導185朝向外耦合光柵145傳播的內耦合光束191。外耦合光柵145可將內耦合光束191之第一部分（例如，主要部分）耦合出光導185，作為相對於外耦合光柵145之表面法線（或光導185之第二表面185-2之表面法線）各自具有輸出角（絕對值α）的複數個輸出光束192。輸出光束192可朝向位於外耦合光柵145或光導185之第一側處之顯示面板120輸出。輸出光束192可由顯示面板120調變且反射為表示由顯示面板120顯示之虛擬影像的影像光束196。影像光束196可與入射至顯示面板120上之輸出光束192平行。影像光束196及輸出光束192可沿著與軸104平行之同一軸在相對方向傳播。影像光束196可傳播通過光導185及外耦合元件145（及再引導元件140（若包含的話））而不改變傳播方向。

外耦合光柵145可將內耦合光束191之第二部分（例如，次要部分）從光導185耦合出至外耦合光柵145之第二側，作為相對於外耦合光柵145之表面法線（或光導185之第二表面185-2的表面法線）各自具有輸出角（絕對值α）的複數個洩漏光束197。洩漏光束197可朝向位於輸外耦合光柵145或光導185之第二側處之透鏡組件102輸出。輸出光束192及洩漏光束197之傳播方向可不沿著同一軸。亦即，輸出光束192及洩漏光束197之傳播方向可不彼此平行。輸出光束192及洩漏光束197之傳播方向可形成大於0°且小於180°之角度。

光導185之第二表面185-2的傾斜角（絕對值α）可配置以使得形成於影像光束196與洩漏光束197之間的角距（具有絕對值β之角度）可大於或等於預定角度。當影像光束196由透鏡組件102聚焦為影像光束198且洩漏光束197由透鏡組件102聚焦為洩漏光束199時，影像光束198可傳播通過眼睛瞳孔158所在之第一出射光瞳157-1，且洩漏光束199可傳播通過視窗區160中在第一出射光瞳157-1外部的空間定位。舉例而言，視窗區160中洩漏光束199所傳播通過之空間定位可為不對應於眼睛瞳孔158之位置的第二出射光瞳157-2。因此，位於第一出射光瞳處之眼睛瞳孔158可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束196，且可不接收洩漏光束199。因此，洩漏光束199可不造成眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率降低，且與圖6中所展示之習知系統相比，眼睛159所感知到的虛擬影像之對比率可增強。

圖2A示意性地說明根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度的系統200的x-z截面圖。系統200可包含與圖1A中所展示之系統100、圖1B中所展示之系統150或圖1C中所展示之系統180中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述能參考上文對應描述，包含結合圖1A、圖1B或圖1C所呈現之彼等描述。如圖2A中所展示，系統200可包含顯示組件201、檢視光學件組件102及控制器115。顯示組件201可包含顯示面板120及配置以輸出光束234用以照明顯示面板120之光導照明組件203。光導照明組件203可包含光源組件105、與內耦合元件135及外耦合元件145耦合之光導110。檢視光學件組件102可包含透鏡組件102。

在圖2A中所展示之實施例中，光導110、顯示面板120及透鏡組件102可平行布置，例如，垂直於軸204布置，該軸可為透鏡組件102之光軸或顯示面板120之對稱軸。內耦合元件135可將輸入光束130耦合為經由TIR而在光導110內部傳播之內耦合光束131。外耦合元件145可將內耦合光束131之第一部分（例如，主要部分）耦合出光導110作為朝向顯示面板120傳播之複數個輸出光束232，且將內耦合光束131之第二部分（例如，次要部分）耦合出光導110作為朝向透鏡組件102傳播之複數個洩漏光束237。出於說明性目的，圖2A展示單一輸出光束232之單一射線及單一洩漏光束237之單一射線。

在所揭示實施例中，為了減輕可由洩漏光束237引起之對比率的降低，光導照明組件203可進一步包含設置於光導110與顯示面板120之間的光束偏轉元件215。光束偏轉元件215可在例如x軸方向上與外耦合元件145至少部分地重疊，如圖2A中所展示。圖2A展示光束偏轉元件215與光導110間以一間隙隔開。在一些實施例中，光束偏轉元件215可設置於光導110之第一表面110-1處。

在圖2A中所展示之實施例中，光束偏轉元件215可具偏振選擇。舉例而言，光束偏轉元件215可配置以使具有預定偏振之光束向前偏轉（例如，向前繞射光束以在不同於光束之原始傳播方向的傳播方向傳播）。光束偏轉元件215可透射具有與預定偏振正交之偏振的光束，同時維持光束之傳播方向。在一些實施例中，光束偏轉元件215可配置以在使輸入光束偏轉的同時維持輸入光束之偏振。在一些實施例中，光束偏轉元件215可配置以在使輸入光束偏轉的同時改變輸入光束之偏振。舉例而言，光束偏轉元件215可在使輸入光束偏轉的同時將輸入光束之偏振轉換為正交偏振。在一些實施例中，光束偏轉元件215可配置有光功率。在一些實施例中，光束偏轉元件215可包含具有光功率之偏振選擇繞射元件（或稱為偏振選擇繞射透鏡），例如具有光功率之PVH光柵、具有光功率之H-PDLC光柵、或具有光功率之填充有LC的表面起伏光柵等。

在一些實施例中，光束偏轉元件215可具圓偏振選擇。舉例而言，光束偏轉元件215可配置以使具有預定偏手性之圓偏振光束向前偏轉，且透射具有與預定偏手性相反之偏手性的圓偏振光束。在一些實施例中，光束偏轉元件215可配置以在使圓偏振輸入光束偏轉的同時實質維持圓偏振輸入光束之偏手性。在一些實施例中，光束偏轉元件215可配置以在使圓偏振輸入光束偏轉的同時將圓偏振輸入光束之偏手性改變為相反偏手性。

在圖2A中所展示之實施例中，光束偏轉元件215可配置以在使圓偏振輸入光束偏轉的同時實質維持圓偏振輸入光束之偏手性。包含於光束偏轉元件215中之偏振選擇繞射元件可為具有光功率之H-PDLC光柵、或具有光功率之填充有LC的表面起伏光柵等。在一些實施例中，光束偏轉元件215亦可包含與偏振選擇繞射元件耦合之波板（例如，四分之一波板）。波板可設置於偏振選擇繞射元件與光導110之間。波板可配置以將圓偏振光束轉換為線偏振光束，且將線偏振光束轉換為圓偏振光束。

如圖2A中所展示，當內耦合光束131與外耦合光柵145相互作用時，外耦合光柵145可將內耦合光束131之RHCP分量實質向後繞射出光導110，作為朝向光束偏轉元件215傳播之輸出光束（例如，RHCP光束）232。外耦合光柵145可將內耦合光束131之RHCP分量略微向前繞射為朝向透鏡組件102傳播之洩漏光束237。在圖2A中，輸出光束232可為反射繞射階（其為照明之所要繞射階），且洩漏光束237可為透射繞射階（其為引起光洩漏之非所要繞射階）。外耦合光柵145可實質透射內耦合光束131之LHCP分量，且將內耦合光束131之LHCP分量略微繞射為洩漏光束（圖2A中未展示，因為強度明顯小於洩漏光束237）。

在一些實施例中，如圖2A中所展示，輸出至外耦合元件145之相對側的輸出光束232及洩漏光束237之繞射角可具有實質相同的絕對值及相反的正負號。舉例而言，輸出光束232可具有正繞射角γ，且洩漏光束237可具有負繞射角（-γ）。

光束偏轉元件215可將輸出光束（例如，RHCP光束）232偏轉（例如，向前繞射）為朝向顯示面板120傳播之光束（例如，RHCP光束）234。舉例而言，光束234可正入射至顯示面板120上。顯示面板120可將光束（例如RHCP光束）234調變且反射為影像光束（例如，LHCP光束）236。此處，由顯示面板120進行之調變包含將光束234之圓偏振從右旋圓偏振改變為左旋圓偏振。光束偏轉元件215可實質朝向光導110透射影像光束（例如，LHCP光束）236。影像光束236可朝向外耦合光柵145傳播通過光導110。外耦合光柵145可實質朝向透鏡組件102將影像光束（例如，LHCP光束）236透射為影像光束238而不改變傳播方向。光束偏轉元件215可配置以使得洩漏光束237與影像光束238（或影像光束236）之間的角距（亦即，形成之角度γ）可配置以大於或等於預定角度。因此，透鏡組件102可將影像光束238及洩漏光束237聚焦至視窗區160處之兩個分開的出射光瞳。舉例而言，圖2A展示透鏡組件102將影像光束238聚焦為傳播通過眼睛瞳孔158所在之第一出射光瞳157-1的影像光束240，且將洩漏光束237聚焦為傳播通過第二出射光瞳157-2之洩漏光束239。在此實施例中，出射光瞳157-1可為輸出出射光瞳，且出射光瞳157-2可為洩漏出射光瞳。在一些實施例中，輸出出射光瞳（例如，157-1）與洩漏出射光瞳（例如，157-2）之間的距離D2可大於或等於兩個相鄰出射光瞳157之間的距離D1。因此，位於輸出出射光瞳157-1處之眼睛159可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束238，且可不接收洩漏光束239。

在一些實施例中，可能需要由以各別預定入射角從光導110輸出之各別照明光束來照明顯示面板120之各別部分，例如部分A1、部分A2、部分A3、部分A4等，使得源自顯示面板120之各別部分且穿過透鏡組件102之孔徑光闌（aperture stop）之中心（例如，透鏡組件102之透鏡膜的中心）的各別主射線可相對於軸204而形成各別預定角度。在所揭示實施例中，朝向光束偏轉元件215傳播之輸出光束232可平行。應注意的是，圖2A僅出於說明性目的展示單一輸出光束232。對於從光導110之不同部分輸出之輸出光束232而言，光束偏轉元件215可將各別輸出光束232偏轉（例如，向前繞射）為朝向顯示面板120之各別部分（例如，部分A1、部分A2、部分A3、部分A4等）傳播之各別偏轉光束234。舉例而言，光束偏轉元件215之光功率可配置以使得光束偏轉元件215可使各別輸出光束232以不同預定角度偏轉（例如，向前繞射），以呈現以各別預定入射角入射至顯示面板120之各別部分上的各別偏轉光束234。舉例而言，光束偏轉元件215之不同部分可配置有不同光功率，使得入射至光束偏轉元件215之不同部分上的輸出光束232可以不同角度朝向顯示面板120偏轉（例如，向前繞射）。因此，當由各別偏轉光束234照明顯示面板120時，源自顯示面板120之各別部分且穿過透鏡組件102之孔徑光闌之中心的各別主射線相對於軸204而形成各別預定角度。

舉例而言，可能需要顯示面板120之部分A1接收正入射至部分A1上之照明光束，使得源自顯示面板120之部分A1且穿過透鏡組件102之孔徑光闌之中心的主射線可相對於軸204形成預定角度（例如，30°）。光束偏轉元件215可配置以將具有正繞射角γ之輸出光束232偏轉為正入射至部分A1上之反射光束234。因此，包含於從部分A1反射之影像光束236中的主射線相對於軸204形成預定角度（例如，30°）。

在所揭示實施例中，透過引入光束偏轉元件215，以其他方式傳播通過視窗區中之同一出射光瞳且由眼睛接收的影像光束238及洩漏光束239可傳播通過兩個分開的出射光瞳，例如輸出出射光瞳157-1及洩漏出射光瞳157-2。因此，位於輸出出射光瞳157-1處之眼睛瞳孔158可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束238，且可不接收洩漏光束239。另外，源自顯示面板120之各別部分的各別主射線在透鏡組件102處仍可具有各別預定入射角，而各別預定入射角可與經設計以用於不包含光束偏轉元件215之習知系統（例如，圖6中所展示之習知近眼顯示器60）之彼等預定入射角實質上相同。因此，與不包含光束偏轉元件215之習知系統（例如，圖6中所展示之習知近眼顯示器60）相比，經由透鏡組件102形成虛擬影像可不受光束偏轉元件215影響，同時可增強眼睛159所感知到之虛擬影像的對比率。

圖2B示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供增強對比度的系統280的x-z截面圖。系統280可包含與圖1A中所展示之系統100、圖1B中所展示之系統150、圖1C中所展示之系統180或圖2A中所展示之系統200中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述可參考上文對應描述，包含結合圖1A、圖1B、圖1C或圖2A所呈現之彼等描述。

如圖2B中所展示，系統280可包含顯示組件241、檢視光學件組件102及控制器115。顯示組件241可包含顯示元件（例如，顯示面板）120及配置以輸出光束250用以照明顯示面板120的光導照明組件243。光導照明組件243可包含設置於光導110與顯示面板120之間的光束偏轉元件245。光束偏轉元件245可類似於圖2A中所展示之光束偏轉元件215。舉例而言，光束偏轉元件245可具偏振選擇性，即，可例如使具有預定偏手性之圓偏振光束向前偏轉，且透射具有與預定偏振相反之偏手性的圓偏振光束。在圖2B中所展示之實施例中，光束偏轉元件245可在使圓偏振輸入光束偏轉的同時將圓偏振輸入光束之偏手性轉換為相反偏手性。舉例而言，光束偏轉元件245可包含偏振選擇繞射元件，諸如配置具有光功率之透射式PVH光柵。光束偏轉元件245可不包含設置於偏振選擇繞射元件與光導110之間的波板。

如圖2B中所展示，光束偏轉元件245可配置以將輸出光束（例如，RHCP光束）232偏轉（例如，向前繞射）為朝向顯示面板120傳播之光束（例如，LHCP光束）250。顯示面板120可將光束（例如，LHCP光束）250調變且反射為影像光束（例如，RHCP光束）252。光束偏轉元件245可配置以將影像光束（例如，RHCP光束）252偏轉（例如，向前繞射）為影像光束（例如，LHCP光束）254。影像光束254可朝向外耦合光柵145傳播通過光導110。外耦合光柵145可實質透射影像光束（例如，LHCP光束）254。光束偏轉元件245可配置以使得在輸出光束232藉由光束偏轉元件245偏轉兩次（如圖2B中所展示，第一次為從光束232至光束250，且第二次為從光束252至光束254）之後，洩漏光束237與影像光束254之間的角距可配置以大於或等於預定角度。因此，透鏡組件102可將影像光束254及洩漏光束237聚焦至視窗區160處之兩個分開的出射光瞳。

舉例而言，圖2B展示透鏡組件102將影像光束254聚焦為傳播通過眼睛瞳孔158所在之第三出射光瞳157-3的影像光束256，且將洩漏光束237聚焦為傳播通過第二出射光瞳157-2之洩漏光束239。在此實施例中，第三出射光瞳157-3可為輸出出射光瞳，且第二出射光瞳157-2可為洩漏出射光瞳。在一些實施例中，輸出出射光瞳（例如，157-3）與洩漏出射光瞳（例如，157-2）之間的距離D2可大於或等於兩個相鄰出射光瞳157之間的距離D1。因此，位於輸出出射光瞳157-3處之眼睛159可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束238，且可不接收洩漏光束239。因此，與不包含光束偏轉元件245之習知系統（例如，圖6中所展示之習知近眼顯示器60）相比，眼睛159所感知到之虛擬影像的對比率可增強。

在一些實施例中，想要的可為源自顯示面板120之各別部分（例如，部分A1、部分A2、部分A3、部分A4等）且穿過透鏡組件102之孔徑光闌之中心（例如，透鏡組件102之透鏡膜的中心）的各別主射線與軸244所形成各別預定角度，該軸可為透鏡組件102之光軸或顯示面板120之對稱軸。在圖2B中所展示之實施例中，朝向光束偏轉元件245傳播之輸出光束232可平行。應注意的是，在圖2B中，出於說明性目的，僅展示單一光束232。光束偏轉元件245之光功率可配置以使得在各別輸出光束232藉由光束偏轉元件245反射兩次（例如，第一次為從光束232至光束250，且第二次為從光束252至光束254）之後，各別主射線（包含於各別影像光束254中）可相對於光軸244形成各別預定角度。舉例而言，想要的可為源自顯示面板120之部分A1的主射線與軸244形成預定角度（例如，30°）。光束偏轉元件245可將具有正繞射角γ之輸出光束232偏轉為朝向顯示面板120之部分A1傳播之光束250。顯示面板120之部分A1可將光束250反射為影像光束252。光束偏轉元件245可將影像光束252偏轉為朝向透鏡組件102傳播之影像光束254。在輸出光束232藉由光束偏轉元件245偏轉兩次之後，包含於影像光束254中之主射線（其從顯示面板120之部分A1反射）可相對於軸244形成預定角度（例如，30°）。

圖3示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供增強對比度的系統300的x-z截面圖。系統300可包含與圖1A中所展示之系統100、圖1B中所展示之系統150、圖1C中所展示之系統180、圖2A中所展示之系統200或圖2B中所展示之系統280中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述能參考上文對應描述，包含結合圖1A、圖1B、圖1C、圖2A或圖2B所呈現之彼等描述。如圖3中所展示，系統300可包含顯示組件301、檢視光學件組件102（亦稱為透鏡組件102）及控制器115。顯示組件301可包含顯示面板120及配置以將光（或光束）334輸出至顯示面板120用以照明顯示面板120之光導照明組件303。光導照明組件303可包含光源組件105、以及與內耦合元件135及外耦合元件145耦合之光導110。

在圖3中所展示之實施例中，光導110、顯示面板120及透鏡組件102可平行布置。舉例而言，光導110、顯示面板120及透鏡組件102可垂直於同一軸304布置，該軸可為透鏡組件102之光軸或顯示面板120之對稱軸。內耦合元件135可將輸入光束130耦合為經由TIR在光導110內部傳播之內耦合光束131。外耦合元件145可將內耦合光束131之第一部分（例如，主要部分）從光導110耦合出外耦合元件145之第一側，作為朝向顯示面板120傳播之複數個輸出光束332，且將內耦合光束131之第二部分（例如，次要部分）從光導110耦合至外耦合元件145之第二側，作為朝向透鏡組件102傳播之複數個洩漏光束337。出於說明性目的，圖3展示單一輸出光束332之單一射線及單一洩漏光束337之單一射線。

在所揭示實施例中，為了減輕可由洩漏光束337引起之對比率的降低，光導照明組件303可進一步包含設置於光導110與顯示面板120之間的光束偏轉元件315。光束偏轉元件315可在例如x軸方向與外耦合元件145至少部分地重疊，如圖3中所展示。圖3展示光束偏轉元件315與光導110間以一間隙隔開。在一些實施例中，光束偏轉元件315可設置於光導110之第一表面110-1處。

在圖3中所展示之實施例中，光束偏轉元件315可具偏振非選擇性（或偏振不敏感）。偏振非選擇光束偏轉元件315可配置以使輸入光束向前偏轉，而與輸入光束之偏振無關。在一些實施例中，光束偏轉元件315可配置以在使輸入光束偏轉的同時維持輸入光束之偏振。在一些實施例中，光束偏轉元件315可配置具有光功率。在一些實施例中，光束偏轉元件315可包含具有光功率之偏振非選擇繞射元件（或稱為偏振非選擇繞射透鏡），例如具有光功率之表面起伏光柵、具有光功率之體積布拉格全像光柵等。在一些實施例中，光束偏轉元件315亦可包含與偏振非選擇繞射元件耦合之波板（例如，四分之一波板）。波板可設置於偏振非選擇繞射元件與光導110之間。波板可配置以將圓偏振光束轉換成線偏振光束，且將線偏振光束轉換成圓偏振光束。

如圖3中所展示，當內耦合光束131入射至外耦合光柵145上時，外耦合光柵145可將內耦合光束131之RHCP分量實質向後繞射出光導110，作為朝向光束偏轉元件315傳播之輸出光束（例如，RHCP光束）332。外耦合光柵145亦可將內耦合光束131之RHCP分量略微向前繞射為朝向透鏡組件102傳播之洩漏光束337。在圖3中所展示之實施例中，輸出光束332可為反射繞射階（其為照明之所要繞射階），且洩漏光束337可為透射繞射階（其為引起光洩漏之非所要繞射階）。外耦合光柵145可實質透射內耦合光束131之LHCP分量，且將內耦合光束131之LHCP分量略微繞射為洩漏光束（圖3中未展示，因為強度明顯小於洩漏光束337）。

在一些實施例中，如圖3中所展示，輸出至外耦合元件145之相對側的輸出光束332及洩漏光束337之繞射角可具有實質相同的絕對值及相反的正負號。舉例而言，輸出光束332可具有正繞射角γ，且洩漏光束337可具有負繞射角（-γ）。

偏振非選擇光束偏轉元件315可將輸出光束（例如，RHCP光束）332偏轉（例如，向前繞射）為朝向顯示面板120傳播之光束（例如，RHCP光束）334。顯示面板120可將光束（例如，RHCP光束）334調變且反射為影像光束（例如，LHCP光束）336。偏振非選擇光束偏轉元件315可將影像光束（例如，LHCP光束）336偏轉（例如，向前繞射）為影像光束（例如，LHCP光束）338。影像光束338可朝向外耦合光柵145傳播通過光導110。外耦合光柵145可實質透射影像光束（例如，LHCP光束）338。

在一些實施例中，光束偏轉元件315可配置以使得在輸出光束332藉由光束偏轉元件315偏轉兩次之後（第一次為從光束332至光束334，且第二次為從光束336至光束338），洩漏光束337與影像光束338之間的角距可配置以大於或等於預定角度。因此，透鏡組件102可將影像光束338及洩漏光束337聚焦至視窗區160處之兩個分開的出射光瞳。舉例而言，圖3展示透鏡組件102將影像光束338聚焦為傳播通過眼睛瞳孔158所在之出射光瞳157-3的影像光束340，且將洩漏光束337聚焦為傳播通過出射光瞳157-2之洩漏光束339。在此實施例中，出射光瞳157-3可為輸出出射光瞳，且出射光瞳157-2可為洩漏出射光瞳。在一些實施例中，輸出出射光瞳（例如，157-3）與洩漏出射光瞳（例如，157-2）之間的距離D2可大於或等於兩個相鄰出射光瞳157之間的距離D1。因此，位於輸出出射光瞳157-3處之眼睛159可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束340，且可不接收洩漏光束339。

在一些實施例中，想要的可為源自顯示面板120之各別部分（例如，部分A1、部分A2、部分A3、部分A4等）且穿過透鏡組件102之孔徑光闌之中心（例如，透鏡組件102之透鏡膜的中心）的各別主射線與軸304所形成各別預定角度。在圖3中所展示之實施例中，朝向光束偏轉元件315傳播之輸出光束332可平行。光束偏轉元件315之光功率可配置以使得在各別輸出光束332藉由光束偏轉元件315反射兩次之後，各別主射線（包含於各別影像光束338中）可相對於軸304形成各別預定角度。舉例而言，想要的可為源自顯示面板120之部分A1的主射線與軸304形成預定角度（例如，30°）。光束偏轉元件315可將具有正繞射角γ之輸出光束332偏轉為朝向顯示面板120之部分A1傳播之光束334。顯示面板120之部分A1可將光束334反射為影像光束336。光束偏轉元件315可將影像光束336偏轉為朝向透鏡組件102傳播之影像光束338。在輸出光束332藉由光束偏轉元件315偏轉兩次之後，包含於影像光束338中之主射線（其從顯示面板120之部分A1反射）可相對於軸304形成預定角度（例如，30°）。

在所揭示實施例中，透過光束偏轉元件315，以其他方式傳播通過視窗區中之同一出射光瞳且由眼睛接收的影像光束340及洩漏光束339可傳播通過兩個分開的出射光瞳，例如輸出出射光瞳157-3及洩漏出射光瞳157-2。因此，位於輸出出射光瞳157-3處之眼睛159可接收表示由顯示面板120產生之虛擬影像的影像光束340，且可不接收洩漏光束339。另外，源自顯示面板120之各別部分的各別主射線在透鏡組件102處仍可具有各別預定入射角，而各別預定入射角可與經設計以用於不包含光束偏轉元件315之習知系統（例如，圖6中所展示之習知近眼顯示器60）之彼等預定入射角實質相同。因此，與不包含光束偏轉元件315之習知系統（例如，圖6中所展示之習知近眼顯示器60）相比，圖3中眼睛159所感知到之虛擬影像的對比率可增強。

圖4A示意性地說明根據本發明之一實施例的系統400之x-y截面圖。系統400可為用於VR、AR及/或MR應用之系統（例如，NED、HUD、HMD、智慧型手機、膝上型電腦或電視等）之一部分。系統400可包含與圖1A中所展示之系統100、圖1B中所展示之系統150、圖1C中所展示之系統180、圖2A中所展示之系統200、圖2B中所展示之系統280或圖3中所展示之系統300中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述可參考上文對應描述，包含結合圖1A、圖1B、圖1C、圖2A、圖2B或圖3所呈現之彼等描述。

如圖4A中所展示，系統400可包含顯示組件401、檢視光學件組件（亦稱為透鏡組件）102、眼睛追蹤系統402及控制器115。在一些實施例中，控制器115可與顯示組件401、檢視光學件組件102及眼睛追蹤系統402中之各種裝置電耦接且可控制所述裝置。在一些實施例中，顯示組件401、檢視光學件組件102及眼睛追蹤系統402可具有分別的個別控制器。

顯示組件401可包含影像顯示部件，其配置以將影像光（形成電腦產生虛擬影像）投影至視場（「field of view；FOV」）中之顯示視窗中。眼睛追蹤系統402可配置以提供眼睛追蹤資訊，可基於該眼睛追蹤資訊而判定使用者之眼睛瞳孔158的位置。檢視光學件組件102可配置以將從顯示組件401輸出之影像光導引至眼睛瞳孔158所在之出射光瞳157中之一者。

眼睛追蹤系統402可包含例如配置以照明使用者之一或兩個眼睛159的一或多個光源406、以及配置以獲取一或兩個眼睛159之影像的一或多個光學感測器（例如，攝像機）404。眼睛追蹤系統402可配置以追蹤眼睛瞳孔158之位置、移動及/或檢視方向。在一些實施例中，眼睛追蹤系統402可對於各眼睛159量測至多六自由度之眼睛位置及/或眼睛移動（亦即，3D位置、滾轉（roll）、俯仰（pitch）及橫偏（yaw））。在一些實施例中，眼睛追蹤系統402可量測瞳孔大小。眼睛追蹤系統402可向控制器115提供（或回饋）指示眼睛瞳孔158之位置及/或移動的訊號。

在圖4A中所展示之實施例中，顯示組件401可包含顯示面板120、以及配置以將光（或光束）434輸出至顯示面板120用以照明顯示面板120之光導照明組件403。光導照明組件403可包含與圖1A中所展示之光導照明組件103、圖1B中所展示之光導照明組件153、圖2A中所展示之光導照明組件203、圖2B中所展示之光導照明組件243或圖3中所展示之光導照明組件303中所包含之彼等元件類似或相同的元件。對相同或類似元件、或特徵之描述可參考上文對應描述，包含結合圖1A、圖1B、圖2A、圖2B或圖3所呈現之彼等描述。出於論述目的，光導照明組件403可類似於圖2A中所展示之光導照明組件203。舉例而言，光導照明組件403可包含光源組件105、與內耦合元件435及外耦合元件445耦合之光導110、以及設置於光導110與顯示面板120之間的光束偏轉元件415。

在圖4A中所展示之實施例中，光導照明組件403亦可包含面向光導110之輸入部分的轉向反射器410。光源105及轉向反射器410可設置於光導110之相對側處。轉向反射器410可包含微鏡，例如微機電系統（「micro-electro-mechanical system；MEMS」）鏡面。控制器115可控制轉向反射器410在反射輸入光束的同時將不同轉向角度提供給輸入光束。

在一個實施例中，光源組件105可配置以朝向內耦合元件435輸出（例如，發射）具有第一偏手性之圓偏振光束130，例如，LHCP光束。內耦合元件435可包含反射式PVH光柵，其配置以實質透射具有第一偏手性之圓偏振光束（例如，LHCP光束），且實質繞射具有與第一偏手性相反的第二偏手性之圓偏振光束（例如，RHCP光束）。因此，內耦合元件435可朝向轉向反射器410透射圓偏振光束130。轉向反射器410可朝向內耦合元件435將圓偏振光束（例如，LHCP光束）130反射為圓偏振光束（例如，RHCP光束）430。內耦合元件435可經由繞射將圓偏振光束（例如，RHCP光束）430耦合至光導110中作為內耦合光束431。當從內耦合元件435輸出時，內耦合光束431可為RHCP光束。內耦合光束（例如，RHCP光束）431可入射至延遲膜123（例如，A板）上，且可在內耦合光束431於光導110內部朝向外耦合元件445傳播時轉換成實質線或橢圓偏振光束。

外耦合元件445可包含反射式PVH光柵，其配置以實質繞射具有第二偏手性之圓偏振光束（例如，RHCP光束），且實質透射具有第一偏手性之圓偏振光束（例如，RHCP光束）。因此，外耦合元件445可將內耦合光束431之RHCP分量實質向後繞射出光導110作為朝向光束偏轉元件415而傳播通過光導110之複數個輸出光束（例如，RHCP光束）432。外耦合光柵445可朝向透鏡組件102將內耦合光束431之RHCP分量略微向前繞射出光導110作為複數個洩漏光束437。外耦合光柵445可實質透射內耦合光束431之LHCP分量，且將內耦合光束431之LHCP分量略微繞射為洩漏光束（圖4A中未展示，因為強度明顯小於洩漏光束437）。

光束偏轉元件415可配置以透射具有第一偏手性之圓偏振光束（例如，LHCP光束），且使具有第二偏手性之圓偏振光束（例如，RHCP光束）偏轉。因此，光束偏轉元件415可將輸出光束（例如，RHCP光束）432偏轉（例如，向前繞射）為朝向顯示面板120傳播之光束（例如，RHCP光束）434。顯示面板120可將光束（例如，RHCP光束）434調變且反射為影像光束（例如，LHCP光束）436。光束偏轉元件415可實質朝向光導110及外耦合光柵445而透射影像光束436。外耦合光柵445可實質朝向透鏡組件102將影像光束（例如，LHCP光束）436透射為影像光束438。光束偏轉元件415可配置以使得影像光束438（或影像光束436）與對應洩漏光束437之間的角距可大於或等於預定角度。因此，透鏡組件102可將影像光束438及洩漏光束437聚焦至視窗區160處之兩個分開的出射光瞳157-1及157-2（例如，輸出出射光瞳及洩漏出射光瞳）。因此，輸出出射光瞳處之眼睛159所感知到之虛擬影像的對比率可增強。

在一些實施例中，基於來自眼睛追蹤系統402之眼睛追蹤資訊，控制器115可配置以控制轉向反射器410在不同轉向狀態下操作，以使光束130轉向不同角度，從而變化光束430或光束430之主射線在內耦合元件435處的入射角。光束430之入射角或光束430之主射線在內耦合元件435處可判定輸出出射光瞳在視窗區160中之位置。出於說明性目的，圖4A及圖4B展示轉向反射器410之兩個轉向狀態。如圖4A中所展示，在第一時間瞬間或時段處，眼睛追蹤系統402可偵測到眼睛瞳孔158位於視窗區160內之第一位置P1處。基於眼睛追蹤資訊，控制器115可控制轉向反射器410在第一轉向狀態下操作（例如，切換至第一轉向狀態）。藉由在第一轉向狀態下操作之轉向反射器410，所轉向光束430在內耦合元件435處可具有第一入射角（在此情況下，由於光束430正入射至內耦合元件435上，因此為零度）。透鏡組件102可將影像光束438聚焦至出射光瞳157-1上，出射光瞳157-1可與眼睛瞳孔158之第一位置P1實質重合。透鏡組件102亦可將洩漏光束437聚焦至出射光瞳157-2。在此情況下，出射光瞳157-1可為輸出出射光瞳，且出射光瞳157-2可為洩漏出射光瞳。

在第二時間瞬間或時段處，如圖4B中所展示，眼睛追蹤系統402可偵測到眼睛瞳孔158已移動至視窗區160處之第二位置P2。眼睛追蹤系統402可將新位置資訊（作為眼睛追蹤資訊之部分）提供至控制器115。替代地，在一些實施例中，控制器115可基於從眼睛追蹤系統402接收到之眼睛瞳孔158的影像而判定新的眼睛追蹤資訊。控制器115可控制轉向反射器410切換至不同於第一轉向狀態之第二轉向狀態。因此，藉由在第二轉向狀態下操作之轉向反射器410，所轉向的光束430在內耦合元件435處可具有第二不同入射角。透鏡組件102可將影像光束438聚焦至出射光瞳157-3，其可與眼睛瞳孔158之第二位置P2實質重合。透鏡組件102亦可將洩漏光束437聚焦至出射光瞳157-1。在此情形下，出射光瞳157-3可為輸出出射光瞳，且出射光瞳157-1可為洩漏出射光瞳。

在圖1A至圖4B中，說明且描述用於提供增強對比度的例示性光導照明組件。出於說明性目的，用於一維照明及對比率增強（例如，在x軸方向）之各種光導照明組件用作範例，以解釋用於增強對比率之所揭示系統及方法的原理。在一些實施例中，可藉由引入額外繞射光學元件（例如，摺疊或再引導元件）來達成二維照明及對比率增強（例如，在x軸方向及y軸方向兩者）。在一些實施例中，圖1A至圖4B中所展示之外耦合元件可包含摺疊功能，且可不需要單獨的再引導元件。因此，儘管1D照明及對比率增強（例如，在x軸方向）用以解釋圖1A至圖4B中所展示之實施例的原理，但包含於圖1A至圖4B中之光導照明組件可提供2D照明及對比率增強。出於說明性目的，圖2A至圖4B中所展示之外耦合元件包含反射式外耦合光柵，且從反射式外耦合光柵輸出之照明光束及洩漏光束用作範例以解釋將照明光束及洩漏光束引導至不同出射光瞳之原理。在一些實施例中，外耦合元件可包含透射式外耦合光柵。

本文中所揭示之光導照明組件或系統可包含人工實境系統或與人工實境系統結合的實施方案。人工實境為在呈現給使用者之前已以某一方式調整之實境形式，其可包含例如虛擬實境（「VR」）、擴增實境（「AR」）、混合實境（「MR」）或其某一組合及/或衍生物。人工實境內容可包含電腦產生之內容、或電腦產生之內容與從真實世界環境獲取之內容的混合。人工實境內容可包含視訊、音訊、觸覺回饋或其某一組合，且其中之任一者可在單通道或多通道（諸如，產生三維效果之立體聲視訊）中呈現給使用者。另外，在一些實施例中，人工實境亦可與用於例如在人工實境中創建內容及/或另外用於人工實境中（例如，在人工實境中進行活動）之應用、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，包含連接至主機電腦系統之頭戴式顯示器（「HMD」）、獨立式HMD、行動裝置或計算系統、或者能夠將人工實境內容提供至一或多個檢視者之任何其他硬體平台。

圖5A說明根據本發明之一實施例的系統500之示意圖。系統500可為配置以用於AR、MR及/或VR應用之光學系統。在一些實施例中，系統500可配置以佩戴於使用者之頭部上（例如，藉由具有眼鏡或目鏡之形式，如圖5A中所展示），或包含為由使用者佩戴之頭盔的一部分。在一些實施例中，系統500可稱為頭戴式顯示器。在一些實施例中，系統500可配置以用於在眼睛前方一定距離處接近使用者之眼睛置放，而不安裝至使用者之頭部。舉例而言，系統500可安裝於諸如汽車或飛機的載具中，在使用者之眼睛前方一定距離處。

圖5B示意性地說明根據本發明之一實施例的圖5A中所展示之系統500的x-y截面圖。系統500可包含顯示組件501、用於各眼睛之檢視光學件組件502、物件追蹤系統504及控制器540。物件追蹤系統504可為眼睛追蹤系統及/或面部追蹤系統。物件追蹤系統504可包含一或多個紅外光源406，其配置以發射紅外（IR）光以照明眼睛159及/或面部。物件追蹤系統504亦可包含一或多個光學感測器404，諸如一或多個攝像機，其配置以接收由各眼睛159反射之IR光及基於所接收到之IR光而產生與眼睛159相關之追蹤訊號，諸如眼睛159之影像。在一些實施例中，物件追蹤系統504亦可包含IR偏轉元件（圖中未示），其配置以使由眼睛159反射之IR光朝向一或多個光學感測器404偏轉。

控制器540可以通信方式與顯示組件501、檢視光學件組件502及/或物件追蹤系統504耦接以控制其操作。控制器540可包含處理器或處理單元。處理器可為任何合適的處理器，諸如中央處理單元（「central processing unit；CPU」）、圖形處理單元（「graphic processing unit；GPU」）等。控制器540可包含儲存裝置。儲存裝置可為非暫時性電腦可讀取媒體，諸如記憶體、硬碟等。儲存裝置可配置以儲存資料或資訊，包含電腦可執行程式指令或程式碼，其可由處理器執行以進行本文中所揭示之方法或程序中所描述的各種控制或功能。儲存裝置亦可儲存影像，包含虛擬影像及/或真實世界影像，諸如由光學感測器404獲取之眼睛/面部的影像。

顯示組件501可向使用者顯示虛擬影像。在一些實施例中，顯示組件501可包含單一電子顯示器或多個電子顯示器515。出於論述目的，圖5B展示兩個電子顯示器515。電子顯示器515可包含顯示元件（例如，反射式顯示面板）及用於照明顯示元件之光導照明組件。光導照明組件可為本文中所揭示之光導照明組件之實施例，諸如圖1A中所展示之光導照明組件103、圖1B中所展示之光導照明組件153、圖2A中所展示之光導照明組件203、圖2B中所展示之光導照明組件243、圖3中所展示之光導照明組件303、或者圖4A及圖4B中所展示之光導照明組件403。

各檢視光學件組件502可布置於顯示組件501與眼睛159之間，且可配置以將表示由顯示組件501產生之虛擬影像的影像光束及洩漏光束導引至視窗區160處之各眼睛159的兩個分開的出射光瞳157，如其他圖式中所說明及上文所描述。兩個分開的出射光瞳157可稱為影像光束所傳播通過之輸出出射光瞳、及洩漏光束所傳播通過之洩漏出射光瞳。舉例而言，檢視光學件組件502可包含一或多個光學元件，其配置以校正從顯示組件501輸出之影像光中的像差、聚焦從顯示組件501輸出之影像光或進行從顯示組件501輸出之影像光的另一類型之光學調整。一或多個光學元件之範例可包含菲涅耳透鏡（Fresnel lens）、用於增加從電子顯示器515至眼睛159之光學路徑的長度的摺疊透鏡組件、孔徑、濾光器或任何其他合適的光學元件。出於論述目的，圖5B展示檢視光學件組件502可包含用於各眼睛159之透鏡組件102。

在一些實施例中，透鏡組件102可配置有可調整光功率以解決系統500中之視覺輻輳調節衝突（accommodation-vergence conflict）。舉例而言，透鏡組件102可配置有用於大視場（諸如，65度，具有20 mm適眼距離）之大孔徑大小（諸如，50 mm）、用於調適人眼視覺輻輳之大光功率（諸如，±2.0屈光度）、用於調適人眼之視覺輻輳的快速切換速度（以毫秒級或數十毫秒級）、及用於迎合人眼清晰度之高影像品質。

舉例而言，各電子顯示器515可顯示虛擬影像或虛擬影像之一部分。基於由物件追蹤系統504提供之眼睛追蹤資訊，控制器540可判定眼睛159當前正在觀看之虛擬影像內的虛擬物件518。控制器540可基於藉由物件追蹤系統504判定之凝視點或凝視線519之所估計相交點而判定使用者之凝視輻輳深度（vergence depth；dv）。如圖5B中所展示，凝視線519可在虛擬物件518所在之距離 dv處會聚或相交。控制器540可控制透鏡組件102調整光功率，以提供與眼睛159當前正在觀看之虛擬物件518相關聯之匹配輻輳深度（dv）的調節，從而減少系統500中之視覺輻輳調節衝突。舉例而言，控制器540可控制各透鏡組件102以提供對應於與輻輳深度（dv）匹配之焦平面或影像平面的所要光功率。在一些實施例中，基於來自物件追蹤系統504之眼睛追蹤資訊，控制器115可配置以控制顯示組件501（及檢視光學件組件502）將影像光束轉向至與眼睛瞳孔158之位置實質重合的輸出出射光瞳，且將洩漏光束（圖中未示）轉向至位於眼睛瞳孔158外部之洩漏出射光瞳。

在一些實施例中，本發明提供一種裝置。裝置包含配置以輸出第一光束之光源。裝置亦包含與內耦合元件及外耦合元件耦合之光導。裝置亦包含設置於光導之相對側處的顯示面板及透鏡組件。內耦合元件配置以將第一光束耦合至光導中作為第二光束。外耦合元件配置以將第二光束之第一部分耦合出光導作為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第三光束，及將第二光束之第二部分耦合出光導作為朝向透鏡組件傳播之第四光束。設置有外耦合元件之光導之表面的法線相對於顯示面板之軸而以預定角度傾斜。在一些實施例中，預定角度在5°至10°之範圍內。

在一些實施例中，顯示面板之軸為沿著顯示面板之厚度方向延伸的顯示面板之對稱軸。在一些實施例中，顯示面板之對稱軸與透鏡組件之光軸平行。在一些實施例中，設置有外耦合元件之光導的表面為第一表面，且光導包含與第一表面相對且平行之第二表面。在一些實施例中，設置有外耦合元件之光導的表面為第一表面，且光導包含與第一表面相對之第二表面，第二表面之表面法線平行於顯示面板之軸。在一些實施例中，顯示面板配置以將第三光束調變且反射為朝向光導及透鏡組件傳播之第五光束，且透鏡組件配置以聚焦第五光束以傳播通過裝置之視窗區內的出射光瞳，出射光瞳之位置與裝置之使用者之眼睛瞳孔的位置實質重合。在一些實施例中，透鏡組件配置以聚焦第四光束以傳播通過視窗區內且在出射光瞳外部之空間位置。在一些實施例中，第一光束及第三光束之傳播方向平行。在一些實施例中，第四光束之傳播方向相對於顯示面板之軸形成一角度，該角度為預定角度之兩倍。

在一些實施例中，本發明提供一種裝置。裝置包含配置以輸出第一光束之光源。裝置亦包含與內耦合元件及外耦合元件耦合之光導。裝置亦包含設置於光導之相對側處的顯示面板及透鏡組件。裝置亦包含設置於光導與顯示面板之間的光束偏轉元件。內耦合元件配置以將第一光束耦合至光導中作為第二光束。外耦合元件配置以將第二光束之第一部分耦合出光導作為朝向光束偏轉元件傳播之第三光束，且將第二光束之第二部分耦合出光導作為朝向透鏡組件傳播之第四光束。光束偏轉元件配置以將第三光束向前偏轉為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第五光束。在一些實施例中，顯示面板配置以將第五光束調變且反射為朝向光導及透鏡組件傳播之第六光束。透鏡組件配置以聚焦第六光束以傳播通過裝置之視窗區內的出射光瞳，出射光瞳之位置與裝置之使用者之眼睛瞳孔的位置實質重合。

在一些實施例中，透鏡組件配置以聚焦第四光束以傳播通過視窗區內且在出射光瞳外部之空間位置。在一些實施例中，光束偏轉元件為偏振選擇光束偏轉元件，其配置以將第三光束向前偏轉為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第五光束，且透射從顯示面板反射之第六光束，同時維持第六光束之傳播方向。在一些實施例中，光束偏轉元件為偏振非選擇光束偏轉元件，其配置以將第三光束向前偏轉為朝向顯示面板傳播以照明顯示面板之第五光束，且使從顯示面板反射之第六光束朝向透鏡組件向前偏轉。

在一些實施例中，從光導外耦合之第三光束及第四光束的輸出角具有實質相同的絕對值及相反的正負號。在一些實施例中，光束偏轉元件配置以將第三光束向前偏轉為具有平行於第一光束之傳播方向的第五光束之傳播方向。在一些實施例中，光束偏轉元件配置有光功率。在一些實施例中，外耦合元件配置以將入射至外耦合元件之不同部分上的第二光束耦合出光導作為朝向光束偏轉元件傳播之複數個第三光束；且光束偏轉元件配置以使各別第三光束以不同預定角度向前偏轉。

此外，在圖式中所說明之實施例展示單個元件時，應理解的是，實施例或未展示在圖式中但在本發明之範圍內的實施例可包含複數個此類元件。同樣地，在圖式中所說明之實施例展示複數個此類元件時，應理解的是，實施例或未展示在圖式中但在本發明之範圍內的實施例可包含僅一個此類元件。圖式中所說明之元件之數目僅出於說明目的，且不應被視為限制實施例之範圍。此外，除非另外指出，否則圖式中所示之實施例並不相互排斥，且其可以任何合適之方式組合。舉例而言，在一個圖式/實施例中展示但在另一圖式/實施例中未展示之元件可仍然包含於另一圖式/實施例中。在本文中所揭示之包含一或多個光學層、膜、板或元件之任何光學裝置中，圖式中所展示之層、膜、板或元件之數目僅出於說明性目的。在仍在本發明之範圍內的在圖式中未展示之其他實施例中，相同或不同的圖式/實施例中所展示的相同或不同的層、膜、板或元件可以各種方式組合或重複以形成堆疊。

已描述各種實施例以繪示例示性實施方案。基於所揭示實施例，在不脫離本發明之範疇的情況下，所屬技術領域中具有通常知識者可進行各種其他改變、修改、重新布置及取代。因此，雖然已參考以上實施例詳細描述本發明，但本發明不限於上文所描述之實施例。在不脫離本發明之範疇的情況下，可以其他等效形式實施本發明。本發明之範疇由隨附申請專利範圍界定。

15:內耦合元件 20:外耦合元件 30:光導 40:光源組件 51:光束 53:內耦合光束 54:光束/洩漏光束 55:光束/訊號光束 56:洩漏光束 57:影像光束 59:影像光束 60:近眼顯示器 61:顯示面板 62:透鏡組件 63:光導照明組件 70:軸 86:視窗區 87:出射光瞳 88:眼睛瞳孔 89:眼睛 100:系統 101:顯示組件 102:檢視光學件組件/透鏡組件 103:光導照明組件 104:軸 105:光源組件 110:光導 110-1:表面 110-2:表面 111:處理單元 112:儲存裝置 115:控制器 120:顯示面板 123:延遲膜 130:輸入光束 131:光束/全內反射傳播光束/內耦合光束 132:影像光束/輸出光束/訊號光束 135:內耦合元件/內耦合光柵 136:影像光/影像光束 137:輸出光束/洩漏光束 138:影像光束 139:洩漏光束 140:再引導元件/摺疊元件 144:表面法線 145:外耦合元件/外耦合光柵 150:系統 151:顯示組件 153:光導照明組件 155:外耦合光柵 157:出射光瞳 157-1:出射光瞳 157-2:出射光瞳 157-3:出射光瞳 158:眼睛瞳孔 159:眼睛 160:視窗區 166:表面法線 172:輸出光束 174:影像光束 176:影像光/影像光束 177:洩漏光束 178:影像光束 179:洩漏光束 180:系統 181:顯示組件 183:光導照明組件 184:表面法線 185:光導 185-1:第一表面 185-2:第二表面 191:內耦合光束 192:輸出光束 196:影像光束 197:洩漏光束 198:影像光束 199:洩漏光束 200:系統 201:顯示組件 203:光導照明組件 204:軸 215:光束偏轉元件 232:光束/輸出光束 234:光束 236:影像光束 237:洩漏光束 238:影像光束 239:洩漏光束 240:影像光束 241:顯示組件 243:光導照明組件 244:軸 245:光束偏轉元件 250:光束 252:光束/影像光束 254:光束/影像光束 256:影像光束 280:系統 300:系統 301:顯示組件 303:光導照明組件 304:軸 315:光束偏轉元件 332:光束/輸出光束 334:光/光束 336:光束/影像光束 337:洩漏光束 338:光束/影像光束 339:洩漏光束 340:影像光束 400:系統 401:顯示組件 402:眼睛追蹤系統 403:光導照明組件 404:光學感測器 406:光源 410:轉向反射器 415:光束偏轉元件 430:光束/圓偏振光束 431:內耦合光束 432:輸出光束 434:光束 435:內耦合元件/外耦合光柵 436:影像光束 437:洩漏光束 438:影像光束 445:外耦合元件 500:系統 501:顯示組件 502:檢視光學件組件 504:物件追蹤系統 515:電子顯示器 518:虛擬物件 519:凝視線 540:控制器 A1:部分 A2:部分 A3:部分 A4:部分 d:距離 D1:距離 D2:距離 dv:輻輳深度/距離 P1:第一位置 P2:第二位置 x:方向 X:方向 y:方向 Y:方向 z:方向 Z:方向 α:角度 β:角度 γ:繞射角

根據各種所揭示實施例出於說明性目的而提供以下圖式，且所述圖式並不意欲限制本發明之範疇。在圖式中： [圖1A]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度之光導照明組件之系統圖； [圖1B]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度之光導照明組件之系統圖； [圖1C]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度之光導照明組件之系統圖； [圖2A]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增加的對比度之光導照明組件之系統的圖； [圖2B]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度之光導照明組件之系統圖； [圖3]示意性地說明包含根據本發明之一實施例的用於提供增強對比度之光導照明組件之系統圖； [圖4A]及[圖4B]示意性地說明根據本發明之一實施例的配置以提供光瞳轉向之系統圖； [圖5A]示意性地說明根據本發明之一實施例之近眼顯示器的圖； [圖5B]說明根據本發明之一實施例的圖5A中所展示之NED的示意性截面圖；且 [圖6]示意性地說明包含習知光導照明組件之習知NED的圖。

100:系統

101:顯示組件

102:檢視光學件組件/透鏡組件

103:光導照明組件

104:軸

105:光源組件

110:光導

110-1:表面

110-2:表面

111:處理單元

112:儲存裝置

115:控制器

120:顯示面板

123:延遲膜

130:光束/輸入光束

131:光束/全內反射傳播光束/內耦合光束

132:影像光/輸出光束/訊號光束

135:內耦合元件/內耦合光柵

136:影像光束

137:輸出光束/洩漏光束

138:影像光束

139:洩漏光束

140:再引導元件/摺疊元件

144:表面法線

145:外耦合元件/外耦合光柵

157:出射光瞳

157-1:第一出射光瞳

157-2:第二出射光瞳

157-3:第三出射光瞳

158:眼睛瞳孔

159:眼睛

160:視窗區

166:表面法線

d:距離

D1:距離

D2:距離

x:方向

X:方向

y:方向

Y:方向

z:方向

Z:方向

α:角度

β:角度

Claims (20)

1. 一種裝置，其包括： 光源，其配置以輸出第一光束； 光導，其與內耦合元件及外耦合元件耦合；及 顯示面板及透鏡組件，設置於該光導之相對側處， 其中該內耦合元件配置以將該第一光束耦合至該光導中以作為第二光束， 其中該外耦合元件配置以將該第二光束之第一部分耦合出該光導作為朝向該顯示面板傳播以照明該顯示面板之第三光束，且將該第二光束之第二部分耦合出該光導作為朝向該透鏡組件傳播之第四光束，且 其中設置有該外耦合元件之該光導之表面的法線相對於該顯示面板之軸以預定角度傾斜。
2. 如請求項1之裝置，其中該預定角度在5°至10°之範圍內。
3. 如請求項1之裝置，其中該顯示面板之該軸為沿著該顯示面板之厚度方向延伸的該顯示面板之對稱軸。
4. 如請求項3之裝置，其中該顯示面板之該對稱軸與該透鏡組件之光軸平行。
5. 如請求項1之裝置，其中設置有該外耦合元件之該光導的該表面為第一表面，且該光導包含與該第一表面相對且平行之第二表面。
6. 如請求項1之裝置， 其中該顯示面板配置以將該第三光束調變且反射以作為朝向該透鏡組件傳播通過該光導之第五光束，且 其中該透鏡組件配置以聚焦該第五光束，以傳播通過該裝置之視窗區內的出射光瞳，而該出射光瞳之位置與該裝置之使用者之眼睛瞳孔的位置實質重合。
7. 如請求項6之裝置，其中該透鏡組件配置以聚焦該第四光束，以傳播通過該視窗區內及該出射光瞳外部之空間位置。
8. 如請求項1之裝置，其中該第一光束及該第三光束之傳播方向平行。
9. 如請求項8之裝置，其中該第四光束之傳播方向相對於該顯示面板之該軸形成角度，而該角度為該預定角度之兩倍。
10. 一種裝置，其包括： 光源，其配置以輸出第一光束； 光導，其與內耦合元件及外耦合元件耦合； 顯示面板及透鏡組件，設置於該光導之相對側處；及 光束偏轉元件，其設置於該光導與該顯示面板之間， 其中該內耦合元件配置以將該第一光束耦合至該光導中作為第二光束， 其中該外耦合元件配置以將該第二光束之第一部分耦合出該光導作為朝向該光束偏轉元件傳播之第三光束，且將該第二光束之第二部分耦合出該光導作為朝向該透鏡組件傳播之第四光束，且 其中該光束偏轉元件配置以使該第三光束向前偏轉作為朝向該顯示面板傳播以照明該顯示面板之第五光束。
11. 如請求項10之裝置， 其中該顯示面板配置以將該第五光束調變且反射為朝向該透鏡組件傳播通過該光導之第六光束，且 其中該透鏡組件配置以聚焦該第六光束，以傳播通過該裝置之視窗區內的出射光瞳，而該出射光瞳之位置與該裝置之使用者之眼睛瞳孔的位置實質重合。
12. 如請求項11之裝置，其中該透鏡組件配置以聚焦該第四光束，以傳播通過該視窗區內及該出射光瞳外部之空間位置。
13. 如請求項11之裝置，其中該光束偏轉元件為偏振選擇光束偏轉元件，而該偏振選擇光束偏轉元件配置以使該第三光束向前偏轉作為朝向該顯示面板傳播以照明該顯示面板之該第五光束，且該偏振選擇光束偏轉元件透射從該顯示面板反射之該第六光束，同時維持該第六光束之傳播方向。
14. 如請求項11之裝置，其中該光束偏轉元件為偏振非選擇光束偏轉元件，其配置以使該第三光束向前偏轉作為朝向該顯示面板傳播以照明該顯示面板之該第五光束，且使從該顯示面板反射之該第六光束朝向該透鏡組件而向前偏轉。
15. 如請求項10之裝置，其中從該光導外耦合之該第三光束及該第四光束之輸出角具有實質相同的絕對值及相反的正負號。
16. 如請求項15之裝置，其中該光束偏轉元件配置以使該第三光束向前偏轉作為該第五光束，而該第五光束具有之傳播方向與該第一光束之傳播方向平行。
17. 如請求項10之裝置，其中該光束偏轉元件配置成具有光功率。
18. 如請求項17之裝置，其中 該外耦合元件配置以將入射至該外耦合元件之不同部分上的該第二光束耦合出該光導，以作為朝向該光束偏轉元件傳播之複數個第三光束，且 該光束偏轉元件配置以使所述第三光束以不同預定角度向前偏轉。
19. 如請求項10之裝置，其進一步包括轉向反射器，而該轉向反射器配置以使從該光源接收之該第一光束朝向該內耦合元件轉向，以藉此調整該第一光束在該內耦合元件處之入射角，其中該轉向反射器及該光源設置於該光導之相對側處。
20. 如請求項19之裝置，其進一步包括： 眼睛追蹤系統，其配置以產生指示該裝置之使用者眼睛的位置訊號；及 控制器，其配置以基於從該眼睛追蹤系統接收之該訊號而控制該轉向反射器使該第一光束轉向。

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