TW202416016A

TW202416016A - 用於反射式空間光調製器顯示器的光束擴展裝置

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Publication number: TW202416016A
Application number: TW112138365A
Authority: TW
Inventors: 尤奇丹齊格
Original assignee: 以色列商魯姆斯有限公司
Priority date: 2022-10-06
Filing date: 2023-10-05
Publication date: 2024-04-16

Abstract

一種用於實現光束擴展而不影響諸如矽基液晶(Liquid Crystalon Silicon，LCOS)矩陣的反射空間光調製器(Spatial LightModulator，SLM)的圖像品質的裝置，包括：覆蓋SLM的偏振選擇性色散元件。偏振選擇性色散元件被配置成對與照明偏振相對應的第一偏振的光是色散的，而對與圖像光相對應的第二偏振的光是非色散的。在替選實施方式中，提供了修改的LCOS矩陣，在修改的LCOS矩陣中，像素電極與液晶層之間的覆蓋層和/或像素電極的表面的形狀被設計成提供反射光束擴展效應，使得入射到每個像素電極上的準直照明被反射為發散的像素圖像光。

Description

用於反射式空間光調製器顯示器的光束擴展裝置

本發明涉及顯示器，並且特別地涉及用於圖像生成的採用諸如LCOS矩陣的反射式SLM的顯示器。

近眼顯示器通常包括將圖像光注入光導中的圖像投影儀。即使在投影大視場圖像時，投影儀也需要小且輕。例如矽基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)矩陣的反射式空間光調製器(Spatial Light Modulator，SLM)圖像生成器，通常用於投影儀內的圖像調製。偏振分束器(Polarizing Beam Splitter，PBS)可以用於照射LCOS。

來自LCOS矩陣的反射通常是沿其方向的光譜，這要求各種設計考慮。具體地，為了均勻地照射並“填充”光導的入射孔徑，來自每個像素的反射光應該是發散的。然而，為了在相應的大範圍的照射角度上提供均勻的照射將需要大的照明光學器件，並且特別是在優選的照明源是掃描鐳射器，照明光束通常是不會提供足夠的發散的窄光束的情況下更是如此。

本發明是一種具有光束擴展裝置的反射式SLM圖像生成器及其部件。

根據本發明的實施方式的教導，提供了一種用於空間光調製的光束擴展矽基液晶(LCOS)晶片，該LCOS晶片包括：(a)像素電極的二維陣列；(b)覆蓋像素電極的液晶層；以及(c)覆蓋液晶層的透明電極，其中，像素電極與液晶層之間的覆蓋層和/或像素電極的表面被配置成提供反射光束擴展效應，使得入射到所述像素電極中的每個像素電極上的準直照明被反射為發散的像素圖像光。

根據本發明的實施方式的另一特徵，多個像素電極使用凹反射表面來實現。

根據本發明的實施方式的另一特徵，多個像素電極使用凸反射表面來實現。

根據本發明的實施方式的另一特徵，還提供了部署在像素電極與液晶層之間的色散反射覆蓋層。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種圖像生成器，包括：(a)上述的光束擴展LCOS晶片；(b)照明裝置，該照明裝置被部署成照射光束擴展LCOS晶片，該照明裝置包括至少一個光源和掃描裝置，掃描裝置包括至少一個掃描鏡，至少一個掃描鏡被部署用於跨光束擴展LCOS晶片沿至少一個方向掃描照明斑；以及(c)準直光學器件，該準直光學器件被部署用於對從光束擴展LCOS晶片反射的圖像光進行準直。

根據本發明的實施方式的教導，還提供了一種圖像生成器，包括：(a)偏振修改空間光調製器(SLM)，包括像素陣列，用於根據載入到SLM的像素資料修改第一偏振的入射照明的偏振，以選擇性地使第一偏振朝向與第一偏振正交的第二偏振旋轉；(b)照明裝置，該照明裝置被部署成使用第一偏振的照明來照射SLM；以及(c)覆蓋SLM的偏振選擇性色散元件，偏振選擇性色散元件被配置成對第一偏振的光是色散的，而對第二偏振的光基本上是非色散的。

根據本發明的實施方式的另一特徵，照明裝置包括：至少一個低光學擴展量照明源和掃描裝置，掃描裝置包括至少一個掃描鏡，至少一個掃描鏡被部署用於跨SLM沿至少一個方向掃描照明斑。

根據本發明的實施方式的另一特徵，偏振選擇性色散元件包括使用細長納米結構形成的超表面。

根據本發明的實施方式的另一特徵，偏振選擇性色散元件包括：(a)第一層，第一層由具有沿第一主軸的第一折射率和沿第二主軸的第二折射率的雙折射材料形成；以及(b)第二層，第二層由具有與第一折射率和第二折射率之一匹配的折射率的各向同性光學材料形成，第一層與第二層之間的介面具有與微透鏡陣列或漫射器相對應的起伏(relief)。

根據本發明的實施方式的另一特徵，照明裝置被配置成同時照射整個SLM。

根據本發明的實施方式的另一特徵，偏振選擇性色散元件包括：(a)第一層，第一層由具有沿第一主軸的第一折射率和沿第二主軸的第二折射率的雙折射材料形成；以及(b)第二層，第二層由具有與第一折射率和第二折射率之一匹配的折射率的各向同性光學材料形成，第一層與第二層之間的介面具有與微透鏡陣列或漫射器相對應的起伏。

10:空間光調製器(SLM)(例如，LCOS矩陣)

104:透明窗口

106,112B:電極

108a:對準塗層

108b:對準層

109:填充介質

110:液晶層

112:像素電極

113:具有週期性形狀的層

114:晶片載體

116:低發散光束

118:發散角

150:單軸(一維)掃描鏡

152:曲面反射器

153:掃描光束

154:反射鏡

156:板

158:部分反射器

160:偏振器

162,170:光學器件

168:源

172:發散光束

174:準直光束

176:照明光學器件

178:光導

26:出射孔徑

50:偏振分束器(PBS)

52:反射透鏡

56:鐳射光源

58:透鏡

60:掃描鏡

62:光束

70:偏振選擇性色散元件

72:薄餅透鏡(也稱為“偏振反折射光學器件”)

80:第二層

82:第一層

86:介面

本文中參照圖式僅以示例方式描述了本發明，在圖式中：

圖1A是根據本發明的一個方面構造和操作的反射式SLM圖像生成器的示意性側視圖，示出了用於經由偏振分束器(Polarizing Beam Splitter，PBS)棱鏡將掃描鐳射照明的照明光束進行擴展的偏振選擇性色散元件；

圖1B是與圖1A類似的視圖，示出了從反射式SLM圖像生成器反射並朝向出射孔徑準直的圖像光的路徑；

圖1C是圖1A的環繞區域的放大視圖，示出了偏振選擇性色散元件對照明光束的光束擴展效應。

圖1D是圖1B的環繞區域的放大視圖，示出了偏振選擇性色散元件對反射圖像光的非色散效應。

圖2A和圖2B是基於雙折射材料的圖1A至圖1D的偏振選擇性色散元件的實現方式的示意性側視圖，分別示出了雙折射材料對s偏振光和p偏振光的光學效應；

圖3A是根據本發明的一個方面構造和操作的LCOS矩陣的一部分的示意性側視圖，該LCOS矩陣的一部分具有輪廓反射像素電極以提供光束擴展效應；

圖3B是與圖3A類似的示意性側視圖，示出了用於實現增強的電場均勻性的修改的透明電極；

圖3C是與圖3A類似的示意性側視圖，示出了具有埋入電極和成形介電色散反射器層的實施方式；

圖4是根據圖3的原理的基於用於生產LCOS矩陣的生產方法的實現方式的步驟(a)至步驟(h)的示意圖。

圖5A和圖5B分別是本發明的另一方面的包括經由光導的LCOS的掃描鐳射照明的示意性側視圖和正視圖；

圖6A是與圖1A類似的被修改以執行LCOS矩陣的泛光照明的視圖；以及

圖6B是與圖5B類似的被修改以執行LCOS矩陣的泛光照明的視圖。

本發明是具有光束擴展裝置的反射式SLM圖像生成器及其部件。

參照圖式和所附描述可以更好地理解根據本發明的圖像生成器的原理和操作。

作為介紹，本發明提供了用於在反射式SLM圖像生成器(例如基於LCOS的圖像生成器)中實現光束擴展的各種方法。原則上，可以通過在LCOS矩陣的圖像平面處插入微透鏡陣列(Micro-Lens Array，MLA)或另一漫射器來實現光束擴展。然而，實際上，LCOS矩陣的結構使得應用在LCOS矩陣上的任何附加光學元件與有效圖像平面充分地間隔開，這將使所生成的圖像失真並損害圖像品質。

本發明提供了用於實現光束擴展而不影響LCOS矩陣的圖像品質的兩種方法。根據本發明的第一方面，偏振選擇性色散元件被部署成覆蓋SLM，其中偏振選擇性色散元件被配置成對於第一偏振(對應於照明偏振)的光是色散的，而對於第二偏振的光(對應於圖像的調製光)基本上是非色散的。根據本發明的替選方面，提供了修改的LCOS矩陣，在修改的LCOS矩陣中，像素電極與液晶層之間的覆蓋層和/或像素電極的表面被配置成提供反射光束擴展效應，使得入射到每個像素電極上的準直照明被反射為發散的像素圖像光。本發明的另一方面涉及採用光導的緊湊型掃描鐳射照明裝置。現在將參照各個圖式詳細闡述本發明的這些方面。

偏振選擇性色散元件

現在轉向本發明的第一方面，圖1A和圖1B示出了採用偏振修改空間光調製器(SLM)10(例如，LCOS矩陣)的圖像生成器，該SLM具有像素陣列，用於根據載入到SLM的像素修改第一偏振的入射照明的偏振以選擇性地使第一偏振朝向與第一偏振正交的第二偏振旋轉。此處僅示意性地示出了SLM 10，並且包括電源、資料處理部件、資料存儲部件、驅動器以及通信部件的各種相關聯的部件都是本領域普通技術人員公知的並且此處為了簡化呈現都被省去。部署照明裝置以利用第一偏振的照明來照射SLM 10。

根據本發明的這一方面，覆蓋SLM 10的偏振選擇性色散元件70被配置成對於第一偏振的光(例如，照射SLM的s偏振光，如圖1A所示)是色散的，而對於第二偏振的光(例如，從SLM 10反射的p偏振調製圖像光，如圖1B所示)基本上是非色散的。這確保了照明的角擴展在到達SLM之前被擴展，同時來自每個像素的圖像光不會因元件70而失真，從而保持圖像品質。

本發明的各種特別優選的實現方式具體地涉及採用低光學擴展量(Etendue)照明源的照明裝置，其中光學擴展量是光束寬度與光束的發散角的乘積。在本實例中，光束寬度與光束的發散角的乘積可以轉化為同一光束在圖像平面上的照明光斑大小(即，在LCOS上的照明光斑大小，例如可能約為50微米)與在孔徑平面上的照明大小(該照明大小從發散角得出，並且例如可能約為30度)的乘積。在本發明的典型實現方式中，從LCOS返回的圖像照明的光學擴展量可能需要為約50微米×30度=1,500微米.度。

在本發明的上下文中，術語“低光學擴展量照明”或“低光學擴展量照明源”是指光學擴展量不足以填充出射孔徑的照明，即LCOS上預定義的照明光斑，該同一光束的照明將不會填充所需的孔徑(波導的入口)。

表現出低光學擴展量的光源的示例包括源自以下的照明：

鐳射器：通常非常窄且低發散，通常產生約100微米.度的光學擴展量。

超發光發光二極體(Superluminescent Light Emitting Diode，SLED)(可以被認為是沒有諧振的鐳射器)：具有中等發散的窄光源，通常產生約200微米.度的光學擴展量。

微型LED：小(窄)且具有較寬的發散，通常產生約500微米.度的光學擴展量。

在這些示例中的每個示例中，在沒有本發明的各種光束擴展(光學擴展量增加)解決方案的情況下，光源本身不足以填充出射孔徑，並且因此光源在上下文中被稱為“低光學擴展量照明源”。本文描述的各種光束擴展解決方案充分地增加光學擴展量，以允許照明裝置照射LCOS上所需的光斑大小，並同時填充出射孔徑，該出射孔徑通常對應於上述的約1,500微米.度。

因此，在本文所示的特別優選的但非限制性的示例性實現方式中，照明裝置包括至少一個鐳射光源56和掃描裝置，掃描裝置包括至少一個掃描鏡60，至少一個掃描鏡60被部署用於跨SLM 10沿至少一個方向掃描照明斑。鐳射光束的低色散有利於SLM的精確的選擇性照射，已經發現SLM的精確的選擇性照射提供許多優點，包括但不限於：節省能源，其中在某些時間僅顯示器的子部分需要是活動的；增強的動態範圍，其中整體輸出通過鐳射照明以逐區域的方式進行調製，並且進一步通過SLM的像素進行調製；以及凹入式或其他動態解析度調整，其中通過SLM僅在由圖像內容或由用戶的當前觀看方向限定的某些感興趣的區域中提供全解析度，而僅通過掃描鐳射的調製來生成較低解析度的外圍圖像。在LCOS矩陣上進行鐳射掃描還有助於在單個掃描週期期間在LCOS矩陣上快速連續地進行顏色掃描(例如PCT專利申請公開第WO2019/111237A1號中所述的)，從而避免顏色分離(color break-up)。

更詳細地參照圖1A，鐳射56由透鏡58引導至掃描鏡60上，在掃描鏡60上鐳射56被掃描通過一維或優選的二維中的一系列位置(如光束62的不同位置所表示的)。這些光束穿過偏振分束器(PBS)50並由反射透鏡52聚焦到SLM 10上(在本實例中經由PBS 50處的反射--省略相位板)。掃描光束穿過偏振選擇性色散元件70。圖1C示出了用於說明入射的S偏振被漫射和散射到預定角度範圍的放大視圖。例如：與5微米像素LCOS 10相距0.7毫米處的典型偏振選擇性色散元件生成15度的發散(如系統實現全孔徑照明所需的)。這將照明約35像素寬的光斑，這是可以接受的，並且在許多情況下，是在矩陣(LCOS)像素生成精細圖像解析度時選擇性照射所需的。儘管其他尺寸也是可能的，但是這樣的光斑照明對於本應用是實用的。

圖1B示出了來自LCOS的反射光束的光路。此處示出了來自若干特定像素的發散光束。圖1D以放大視圖示出了反射的P偏振光束穿過偏振選擇性表面而沒有被漫射。因此，投影圖像具有由LCOS解析度定義的高解析度，並且出射孔徑26被完全照射。

作為一個非限制性但特別優選的實施方式，準直光學器件可以被實現為薄餅透鏡72(也稱為“偏振反折射光學器件”)，該薄餅透鏡72基於與部分反射器和偏振反射器組合的波片，用於生成多次穿過透鏡的光路。該選項因其緊湊性而可能是優選的，但是也可以使用例如基於反射透鏡或折射透鏡的其他準直光學器件，所有這些準直光學器件都是本領域已知的。

在不以任何方式限制本發明的該方面的廣泛範圍的情況下，將參照兩種具體技術來例示本發明，這兩種技術被認為適合於實現具有所描述的特性的偏振選擇性色散元件。第一示例性實現方式採用使用細長納米結構形成的超表面(meta-surface)。

具有小於光的波長的圖案週期性的基於納米結構的光學元件被稱為超表面。通過採用細長的納米結構，這樣的表面可以產生透射光束的偏振相關操縱。這種精細結構(深度、寬度、形狀或這些參數的組合)的逐漸變化會產生光束的相位變化，並且從而除了偏振操縱之外，還使光束的傳播方向偏轉。

可以修改這樣的元件以生成偏振選擇性表面漫射器，其中S偏振被漫射(擴散)到預定角度，而P偏振則不受干擾地穿過。

具有這樣的特性的超表面的設計考慮和生產方法在本領域公知的各種教科書中進行了描述。作為示例，可以在文章Zeyang Liu,Danyan Wang,Hao Gao,Moxin Li,Huixian Zhou,Cheng Zhang,“Metasurface-enabled augmented reality display：a review,”Adv.Photon.5(3)034001(2023年5月15日)https：//doi.org/10.1117/1.AP.5.3.034001找到合適的資訊，例如，參照圖3，示出了可以用於操縱偏振的原理，而圖6(e)示出了操縱偏振可以與折射/衍射特性的控制相結合。

圖2A和2B所示的實現偏振選擇性色散元件70的第二種方法採用雙折射材料。具體地，元件70在此由第一層82形成，第一層82由具有沿第一主軸的第一折射率和沿第二主軸的第二折射率的雙折射材料形成。第二層80由具有與第一折射率和第二折射率之一匹配的折射率的各向同性光學材料形成。第一層82與第二層80之間的介面86利用與微透鏡陣列或漫射器相對應的起伏(即，表面形狀或紋理)形成。

圖2A和圖2B示出了相同的結構，但是第一層82被不同地加陰影，以傳達在用光的不同偏振：S偏振(圖2A)和P偏振(圖2B)照明時不同的光學特性。層80中的材料是各向同性的，因此層80的折射率與光偏振無關，而層82中的雙折射材料對於不同的偏振具有不同的折射率(也稱為主軸“尋常”和“非常”)。這在兩幅圖中被示意性地示出為第一層82的不同陰影。

層80與層82之間的介面86可以包括MLA結構或漫射圖案。通過選擇層80的材料以具有與層82中的P偏振的主軸的折射率相等的折射率，P偏振光束將遇到作為光學連續體的介面86，並且因此在沒有光束擴展的情況下穿過該結構(圖2B)。相反，當S偏振光穿過元件時(圖2A)，折射率的差異使得介面用作MLA或漫射器，從而折射光束和/或使光束色散。

光束擴展矽基液晶矩陣

本發明的另一方面提供了基於製造具有專門修改的內部結構的LCOS晶片進行光束擴展而不損害LCOS矩陣的圖像品質的替選方法，現在將參照圖3A至圖4對此進行描述。

具體地，如圖3A所示，用於空間光調製的光束擴展矽基液晶(LCOS)晶片是使用像素電極112的二維陣列、覆蓋像素電極的液晶層110和覆蓋液晶層的透明電極106來實現的。根據本發明的這一方面，像素電極與液晶層之間的覆蓋層和/或像素電極的表面被配置成提供反射光束擴展效應，使得入射到所述像素電極中的每個像素電極上的準直照明被反射為發散的像素圖像光。現在將詳細描述用於實現這些特性的各種選項。

在圖3A的截面視圖中，LCOS矩陣的結構優選如下。在透明窗口104下有透明導電電極106。在該層下方是對準塗層108a，對準塗層108a確定液晶分子的靜止取向。液晶是層110，層110具有例如幾微米的厚度並且在層110下方是另一對準層108b。

像素電極112是光學反射的並且位於晶片載體114上方。根據第一實現方式選項，這些電極是凹入的，使得當低發散光束116(實線箭頭)入射到這些電極上時，低發散光束116以較大的發散角118被反射。對於折射率為1.5量級的填充介質109(其可以與對準層108b相同或者可以是液晶110本身)內的二十度反射發散(典型要求)以及幾微米的像素大小，彎曲電極的下凹(凹陷)為十分之幾微米或更小的量級。因此，在許多情況下，對電場均勻性和LCOS對比度的影響可以忽略。

圖3B示出了替選方案，其中透明電極106b週期性地彎曲以補償彎曲電極112並由此實現更好的場均勻性。

圖3C示出了另一替選方案，其中電極112B被嵌入並且通過具有週期性形狀的層113來實現反射率，具有週期性形狀的層113優選地是電介質。該層可以通過折射圖案或衍射圖案使光偏轉，以便進行色散反射，即，以比入射到該層上的角擴展更大的角擴展反射光。在具有週期性形狀的層113的位置使用電介質(非導電)層通常不會顯著擾亂電極106與電極112B之間的電場。如果發現有必要對電場執行任何校正，則這可以以類似於圖3B的方式來完成。

如本領域已知的，可以根據液晶啟動方法以各種方式實現對準塗層108a和對準層108b。

反射電極112或層113可以是凹入的、凸出的、衍射的或漫射的(隨機圖案)。可選地，所選擇的表面幾何形狀可以額外地傾斜以補償非遠心光束(以入射或反射的方式進行補償)。

可以使用各種方法來產生如圖3A和圖3B中所描述的成形電極。最實用的方法可以基於多步光刻。圖4中的步驟(a)至步驟(h)示意性地示出了示例。步驟(a)示出了塗覆有針對開口顯影的光致抗蝕劑的晶片(針對系統的其他部分進行了預處理)。步驟(b)示出了這些開口用於將導體蝕刻並塗覆到晶片中(另一導體可以位於下方，為清楚起見未示出)。步驟(c)示出了塗覆和針對電極本身顯影的光致抗蝕劑，而步驟(d)示出了塗覆有電極材料(在光致抗蝕劑間隙之間示出)的佈局。步驟(e)示出了已經去除光致抗蝕劑之後留下電極和導體的佈局。應當理解，以上光刻工藝可以用正性光致抗蝕劑或負性光致抗蝕劑來執行。替選地，如本領域已知的，該電極圖案可以通過塗覆電極圖案，隨後對電極圖案進行蝕刻來實現。

在此階段，可以將該佈局加熱至高溫，部分地熔化電極，從而表面張力引起彎曲，如步驟(g)中所示。替選地，可以在具有步驟(f)中所示形狀的電極的頂部對光致抗蝕劑顯影。對該形態(form)應用蝕刻處理會將該形狀壓印到電極上(如步驟(g)中那樣)。替選地，可以在電極上執行圖案化蝕刻，從而對每個電極生成凹入的上表面，與上面在圖3A中示出的電極的形式相對應。

步驟(h)示出了在覆蓋了液晶、透明電極和其他層之後的系統(如上面參照圖3A所述)。該結構在功能上等同於圖3A的結構。但在本示例中，電極是凸出的，以在不損害圖像品質的情況下用於色散光束的相同目的。

可以在圖1A和圖1B的圖像投影儀配置中有利地使用這些光束擴展LCOS晶片配置，這些光束擴展LCOS晶片配置如LCOS 10處所示的那樣被部署，並且不需要元件70。然後，圖1A的照明光線一直保持低發散直至LCOS 10表面，而反射的圖像光具有較高的發散(如圖1B所示)，直到反射的圖像光到達準直光學器件72，從而提供足夠的場角寬度來填充與顯示器的光導的入射光學孔徑相對應的出射孔徑26。

功能上類似於圖1A和圖1B配置的配置可以以更緊湊的配置來實現，在更緊湊的配置中，如圖5A和圖5B所示，PBS由板狀光導中的多個偏振器代替。在這種情況下，當使用掃描鐳射器作為照明源時，照明是線形的，並且僅在一個方向上掃描，從而與兩軸掃描裝置相比降低了複雜性。圖5A和圖5B分別是根據本方法的照明和投影儀系統的側視圖和正視圖。

具體地，來自鐳射器56的光從單軸(一維)掃描鏡150反射至曲面反射器152上，曲面反射器152優選地是焦點位於掃描鏡處的抛物線形反射器。照明光學器件(未示出)和曲面鏡152(透鏡未示出並且反射鏡可以用透鏡代替)優選地被配置成生成平行掃描光束153。掃描光束153通過耦合棱鏡或反射鏡154進入板156，以通過全內反射傳播。板156內的部分反射器158逐漸地將一種偏振部分地反射(並且對於正交偏振是透射的)至反射式SLM(例如LCOS)10上。

從該配置可以明顯看出，每個掃描光束153照射跨空間光調製器10的光線。鐳射器56的功率和LCOS矩陣10的調製被同步以例如根據上面引用的PCT專利申請公開第WO2019/111237A1號中描述的方法生成所需的圖像。從LCOS 10反射的調製圖像光具有正交偏振並且因此將穿過板156和面158以被偏振器160過濾。過濾後的圖像由光學器件162(其可以採用折射光學器件、反射光學器件或薄餅透鏡，如前所述)準直以通過孔徑26進入波導。上述各種光束擴展配置和方法均可以在圖5A和圖5B的配置中實現。

儘管到目前為止的描述將重點放在掃描鐳射照明的情況，但是應當注意的是，用於角光束擴展(也被稱為增加光學擴展量)的各種解決方案也適用於以下照明裝置，這些照明裝置被配置成同時照射整個SLM(也被稱為泛光照明)。圖6A和圖6B示出了通過對源自單個窄照明源168(例如鐳射器、超發光發光二極體(Superluminescent Light Emitting Diode，SLED)或準直微型LED)的光進行擴展來實現泛光照明的兩個示例。在圖6A的情況下，示出了對圖1A的基於PBS棱鏡的照明光學器件的修改，其中掃描鏡被凸面(發散)鏡或其他光束擴展器代替，以同時地照射整個LCOS 10，示例性同時照明的光束被示出為發散光束172和準直光束174。光路與圖1A中描述的光路類似，並且可以使用上述用於增強光束發散的各種選項。

圖6B示出了概念上與圖5A和圖5B類似的基於光導的照明裝置，但是其中二維孔徑擴展是通過兩級基於光導的孔徑擴展來實現的，基於光導的照明裝置包括用於橫向擴展來自源168的照明的光導178，來自源168的照明由照明光學器件176形成為光束。例如折射透鏡和衍射透鏡的其他架構也是可能的。在本文描述的所有配置及其變型中，光學過程基本上與上面詳細的實施方式中描述的光學過程類似。

在某些特別優選的實現方式中：

1.可能優選的是輸出非相干的圖像光，以避免干擾效應。在LED光源的情況下，光源在原點處是非相干的。在鐳射器的情況下，光優選地通過電子調製或通過引入光學部件的機械抖動而變成非相干(或偽非相干)。

2.本發明的光學裝置優選地實現光束擴展和準直。在圖6A中準直光束174由光學器件170，接著由反射透鏡52產生，或者準直光束174由光導中的孔徑倍增產生，例如在圖6B中準直光束174由光導178和光導156產生。

3.本發明的光學裝置優選地通過上述替選方案中的任一個來實現光束擴展(光學擴展量增加)：

a.偏振選擇性漫射器(圖1C、圖1D、圖2A和圖2B)，或者

b.矩陣中或以其他方式修改的LCOS矩陣中的彎曲像素(圖3A至圖3C)。

c.上述各種配置的最終結果優選地是由準直光束形成的高解析度投影圖像，每個準直光束具有完全照射出射孔徑26(波導的入口)所需的寬度。

應當理解，以上描述僅旨在用作示例，並且在所附申請專利範圍中限定的本發明的範圍內，許多其他實施方式是可能的。