使用基于液晶的微显示装置的光学装置的电子补偿方法和系统与流程
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月29日提交的美国临时专利申请第62/797,973号的优先权，该申请的全部公开内容通过引用合并于本文中。
本发明涉及光学装置和系统，具体地涉及包括图像投影光学装置的光学装置和系统，该图像投影光学装置投影由基于液晶的电子微显示装置(例如硅基液晶(lcos)显示装置和液晶显示(lcd)装置)产生的图像。
背景技术：
在头戴式显示器(hmd)和近眼显示器(ned)领域中，特别需要紧凑型光学装置，其中，光学模块执行图像生成以及将图像准直到无穷远的功能，以传递到观看者的眼睛。图像可以从电子显示装置获得：从诸如阴极射线管(crt)、液晶显示器(lcd)、硅基液晶(lcos)、数字微镜装置(dmd)、oled显示器、扫描源或类似装置的空间光调制器(slm)直接获得，或者借助于中继透镜或光纤束间接获得。由像素阵列组成的图像通过准直装置被聚焦到无穷远，并且通常通过充当组合器的反射面或部分反射面传送到观看者的眼睛中，以分别用于非透视应用和透视应用。通常，常规的自由空间光学模块用于这些目的。
hmd和ned的特别有利的解决方案系列可以从lumus有限公司(以色列)商购，这些解决方案通常采用具有部分反射面的光导基板(光波导)或者用于将图像传递到用户的眼睛的其他适用的光学元件。
在依赖基于液晶的装置(例如lcos或lcd)作为显示装置的光学架构中，显示装置响应于照明光学器件(该照明光学器件包括偏振光源)的照射而发射偏振光波。由显示装置发射的偏振光波通过成像光学器件以产生准直的偏振图像光波，在前述用于hmd和ned的解决方案系列的情况下，该准直的偏振图像光波然后耦合至光导基板中。
通常在显示装置与照明光学器件之间的布置中使用双折射元件，以抑制不想要的光透射到成像光学器件。对于例如lcos的反射型显示装置，双折射元件被布置在显示装置的输出与照明光学器件之间。对于背光显示装置(例如lcd)，双折射元件被布置在照明光学器件与显示装置的输入之间。
图1示出了图像投影光学装置10(在下文中称为图像投影仪10)的非限制性示例的示意图，该图像投影光学装置10具有实现为反射型显示装置(即lcos)的显示装置12，该显示装置12产生可以注入到光导基板中的准直的偏振图像光波。由光波透射材料形成的照明棱镜20具有多个外表面，所述外表面包括光入射面28、图像显示面30和光出射表面32。偏振选择分束器构造22(简称为pbs22)被布置在照明棱镜20内的相对于光波入射面28倾斜的平面上。照明棱镜20基于标记为24和26的两个组成棱镜(即由两个组成棱镜24和棱镜26形成)，其中棱镜24、棱镜26中的至少一个被设置在斜面上，并且偏振分束器形成pbs22的至少一部分。棱镜24、26的两个斜面彼此粘合在一起以形成粘合的照明棱镜组件(即照明棱镜20)。照明棱镜20用于显示装置12的照明。
此处显示为光源14(例如发光二极管(led))和线性偏振器16的组合的偏振光源与光波入射面28相关联。显示装置12与图像显示面30相关联，并且生成与图像对应的反射光的空间调制。来自偏振光源的光(通常被命名为入射光束18)被pbs22反射，以照射显示装置12。显示装置12被配置成使得与预期图像的明亮区域对应的反射光具有相对于偏振光源旋转的偏振。因此，如图1所示，偏振照明(即，入射光束18)以第一偏振(通常相对于pbs22是s偏振)通过光波入射面28进入照明棱镜20，并且朝向图像显示面30反射，在图像显示面30处照射在显示装置12上。与图像的明亮区域对应的像素以调制的旋转偏振(通常为p偏振)反射，使得来自明亮像素的照射(被命名为19的反射光束)透射通过pbs22并且到达使光波准直的准直光学器件36(为简单起见，在此示出为透镜，但是实际上可以被形成为棱镜、一个或更多个相位差板以及一个或更多个准直透镜)。
为了限制倾斜和偏斜射线(其具有从图1中的纸平面出来即沿y轴的方向分量)传播到准直光学器件36，双折射元件34(例如偏振补偿器、四分之一波片、全波片等)被布置在图像显示面30与显示装置12之间。为了使倾斜/偏斜射线的影响最小，双折射元件34必须与显示装置12的平面正确对准。这需要使双折射元件34的本征轴(eigenaxe)(寻常轴(ordinaryaxe)和非寻常轴(extraordinaryaxe))与显示设备12的相应本征轴(寻常轴和非寻常轴)对准。通常，如果本征轴未对准，则就由图像投影仪10发射的光波的输出偏振而言，可能存在显著泄漏。例如，如果双折射元件34未对准达θ弧度的角度，则输出光波的偏振方向可能会改变2θ，并且根据马卢斯定律(malus’slaw)，泄漏可能近似为4θ2。为了减少泄漏，已经提出了主动对准技术，在该技术中，双折射元件34和显示装置12相对于彼此机械地旋转，直到各自的本征轴在规定的公差内对准为止。然而，这样的主动对准技术很复杂，并且需要专用的光学测试台设备，这可能会非常昂贵。
技术实现要素：
本发明涉及利用基于液晶的电子显示装置对光学元件(特别是双折射元件)的未对准进行电子补偿的方法、系统和装置。
根据本发明的实施方式的教导，提供了一种方法。该方法包括：获取电子显示装置和双折射元件，电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，并且电子显示装置和双折射元件均具有各自的偏振轴；将电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量；以及确定与偏移量成比例的补偿电压，补偿电压在被施加到透明电极上时导致液晶材料呈现中间状态，使得电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了电子显示装置的偏振轴与双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。
可选地，电子显示装置包括硅基液晶显示器。
可选地，双折射元件包括四分之一波片。
可选地，双折射元件包括全波片。
可选地，双折射元件包括偏振补偿器。
可选地，偏移量在基于电子显示装置的偏振轴和双折射元件的偏振轴的预期公差的预定范围内。
可选地，确定补偿电压包括：在透明电极上施加电压；以及迭代地评估响应于所施加的电压而产生的偏振图像光波的至少一个图像质量度量，并且调节所施加的电压，直到至少一个图像质量度量满足性能标准。
可选地，该方法还包括：在评估至少一个图像质量度量之前，使电子显示装置发射的偏振图像光波通过光学装置。
根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种系统。该系统包括：供电装置，其被配置成在电压范围内输出电压并且耦接至电连接装置，该电连接装置在供电装置与电子显示装置的透明电极之间提供电耦接，电子显示装置具有布置在透明电极之间的至少一层液晶材料；分析器，其被配置成评估由电子显示装置发射的偏振图像光波的至少一个图像质量度量；以及偏振敏感分束器，其被布置在电子显示装置与分析器之间的光路上。偏振敏感分束器被配置成透射由电子显示装置产生的偏振图像光波；相对于电子显示装置布置双折射元件，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量，并且供电装置被配置成输出与偏移量成比例的补偿电压，补偿电压在被施加到透明电极上时使液晶材料呈现中间状态，使得电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且偏振补偿了电子显示装置的偏振轴与双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。
可选地，电子显示装置包括硅基液晶显示器。
可选地，双折射元件包括四分之一波片。
可选地，双折射元件包括偏振补偿器。
可选地，偏移量在基于电子显示装置的偏振轴和双折射元件的偏振轴的预期公差的预定范围内。
可选地，该系统还包括：控制单元，其包括耦接至存储介质的至少一个处理器，控制单元操作地耦接至供电装置和分析器并且被配置成：从分析器接收图像质量度量，并且调节供电装置的输出电压，直到图像质量指标满足性能标准。
根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种用于补偿双折射元件与电子显示装置之间的未对准的方法，该电子显示装置具有布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，电子显示装置和双折射元件均具有各自的偏振轴，电子显示装置被配置成接收施加在透明电极上的电压的范围，范围在最小电压与最大电压之间并且包括默认电压。该方法包括：将电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量；以及对与电子显示装置相关联的显示驱动器的电压设置施加改变，使得默认电压根据偏移量成比例地降低，以产生成比例降低的默认电压，并且使得在透明电极上施加成比例降低的默认电压时，液晶材料呈现中间状态，使得电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了电子显示装置的偏振轴与双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。
根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种显示模块。该显示模块包括：电子显示装置，其包括布置在两个透明电极之间的至少一层液晶材料，液晶材料的偏振轴限定电子显示装置的偏振轴，电子显示装置与显示驱动器相关联，显示驱动器控制与电子显示装置相关联的电压设置，电压设置包括能够施加在透明电极上的默认电压；以及双折射元件，其光耦合至电子显示装置并且具有偏振轴。电子显示装置和双折射元件相对于彼此布置，使得电子显示装置的偏振轴根据预定旋转方向相对于双折射元件的偏振轴旋转地偏移偏移量，并且显示驱动器的电压设置被改变，使得默认电压根据偏移量成比例地降低以产生成比例地降低的默认电压，并且使得当成比例地降低的默认电压被施加在透明电极上时，液晶材料呈现中间状态，使得电子显示装置产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料呈现的中间状态的偏振方向上的偏振，并且偏振补偿了电子显示装置的偏振轴与双折射元件的偏振轴之间的旋转偏移。
可选地，电子显示装置被配置成在常白模式下工作。
可选地，电子显示装置被配置成在常黑模式下工作。
可选地，电子显示装置包括硅基液晶显示器，并且透明电极之一被布置在至少一层液晶与反射面之间。
根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种用于投影图像光波的图像投影仪。该图像投影仪包括：显示模块；棱镜，该棱镜包括：多个外表面，其包括光波入射面、与电子显示装置相关联的图像显示面以及光波出射面，以及偏振敏感分束器构造，其在棱镜内布置在相对于光波入射面倾斜的平面上；以及偏振光源，其与光波入射面相关联，偏振光源被配置成产生线偏振光，使得由偏振光源产生的偏振光通过光波入射面进入棱镜，被偏振敏感分束器构造反射，经由图像显示面照射到电子显示装置上，使得电子显示装置生成与图像对应的偏振光的空间调制，并且使得偏振光被反射面反射并且具有相对于偏振光源旋转的偏振，并且使得反射光经由图像显示面重新进入棱镜并且通过偏振敏感分束器构造透射，并且通过光波出射面离开棱镜。
根据本发明的教导的实施方式，还提供了一种光学装置。该光学装置包括：图像投影仪；以及光导基板，其具有彼此平行的至少两个主表面，由图像投影仪产生的投影图像光波耦合至光导基板中。
如本文中所使用的，术语“光导”是指任何光波透射体，优选地为光波透射固体，“光导”也可以称为“光学基板”。
除非本文另有定义，否则本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管与本文描述的方法和材料类似或等同的方法和材料可以用于本发明的实施方式的实践或测试中，但是下面描述了示例性的方法和/或材料。在有冲突的情况下，以专利说明书及其定义为准。另外，材料、方法和示例仅是说明性的，并不旨在必然进行限制。
附图说明
本文中参照附图仅通过示例的方式描述了本发明的一些实施方式。详细地具体参照附图，要强调的是，示出的细节是作为示例并且出于对本发明的实施方式的说明性论述的目的。就这一点而言，结合附图进行的描述使得可以如何实践本发明的实施方式对于本领域技术人员而言是明显的。
现在注意附图，在附图中，相同的附图标记或字符指示相应或相同的部件。在附图中：
图1是可以应用根据本公开内容的实施方式的方法的图像投影光学装置的示意性分解平面图，该图像投影光学装置具有电子显示装置和双折射元件；
图2是图1的电子显示装置的示意性分解平面图，该电子显示装置被实现为扭曲向列型硅基液晶(lcos)显示器；
图3a是示出当lcos在常白模式下工作并且处于低电压扭曲状态(白状态时)时穿过双折射元件和扭曲向列lcos的光的偏振效应的示意图；
图3b是示出当lcos在常白模式下工作并且处于高电压对准状态(黑状态)时穿过双折射元件和扭曲向列型lcos的光的偏振效应的示意图；
图4a示出了在不存在双折射元件的情况下以及在存在双折射元件并且lcos与双折射元件的相应的本征轴完全对准的情况下，在常白模式和黑状态下工作的lcos的透射曲线；
图4b示出了在不存在双折射元件的情况下以及在存在双折射元件并且lcos与双折射元件的相应的本征轴完全对准的情况下，在常白模式和白状态下工作的lcos的透射曲线；
图4c示出了在不存在双折射元件的情况下由lcos产生的图像的对比度曲线；
图5a示出了在不存在双折射元件的情况下以及在存在双折射元件并且lcos与双折射元件的相应的本征轴未对准的情况下，在常白模式和黑状态下工作的lcos的透射曲线；
图5b示出了在不存在双折射元件的情况下以及在存在双折射元件并且lcos与双折射元件的相应的本征轴未对准的情况下，在常白模式和白状态下工作的lcos的透射曲线；
图5c示出了在不存在双折射元件的情况下以及在存在双折射元件并且lcos与双折射元件的相应的本征轴未对准的情况下由lcos产生的图像的对比度曲线；
图6是图1的显示装置的本征轴的电势范围的表示；
图7是图1的双折射元件的本征轴的电势范围的表示；
图8是限制图1的显示装置的真本征轴的角度范围的表示；
图9是限制图1的双折射元件的真本征轴的角度范围的表示；
图10是在双折射元件相对于显示装置的故意旋转之后图1的显示装置的本征轴和双折射元件的本征轴的示意图；
图11是根据本公开内容的实施方式的光学测试系统的示意性分解平面图，在图11中，可以布置电子显示装置和双折射元件以补偿电子显示装置的本征轴与双折射元件的本征轴之间的未对准；
图12是电连接至显示装置的透明电极的图11的光学测试系统的供电装置的示意图；
图13a示出了在不存在双折射元件的情况下以及在lcos的本征轴与双折射元件的本征轴故意未对准(如图10所示)并进行电子补偿的情况下，在常白模式和黑状态下工作的lcos的透射曲线；
图13b示出了在不存在双折射元件的情况下以及在lcos的本征轴与双折射元件的本征轴故意未对准(如图10所示)并进行电子补偿的情况下，由lcos产生的图像的对比度曲线；
图14是示出根据本公开内容的实施方式的作为包括控制单元的闭环系统的一部分的图11的光学测试系统的实施方式的框图；
图15是图14的闭环系统的示例性控制单元的框图；
图16是示出根据本公开内容的实施方式的用于使显示装置的相应的本征轴与双折射元件的相应本征轴故意未对准并且对该故意未对准进行电子补偿的处理的流程图；
图17是示出根据本公开内容的实施方式的与图16相对应的处理的用于确定对故意未对准进行电子补偿的补偿电压的子步骤的流程图；
图18是根据本公开内容的实施方式的具有电子显示装置和双折射元件的图像投影光学装置的示意性分解平面图，电子显示装置的本征轴与双折射元件的本征轴被故意未对准并且对该故意未对准进行了电子补偿；以及
图19是根据本公开内容的实施方式的光学装置的示意性平面图，该光学装置包括耦接至光波透射基板的图18的图像投影光学装置。
具体实施方式
本发明涉及利用基于液晶的电子显示装置对光学元件(特别是双折射元件)的未对准进行电子补偿的方法、系统和装置。
参照说明书的附图，可以更好地理解根据本发明的光学装置和系统的原理和操作。
在详细说明本发明的至少一个实施方式之前，应当理解，本发明的应用并不一定限于在以下描述中阐述的以及/或者在附图和/或示例中示出的部件的构造和布置和/或方法的细节。本发明能够具有其他实施方式或者能够以各种方式被实践或执行。最初，在整个文档中，对诸如顶部和底部、顺时针和逆时针等的方向进行参考。这些方向性参考仅是示例性的，以说明本发明及其实施方式。
作为介绍，诸如lcos和lcd的基于液晶的电子显示装置利用液晶的光学性质，特别是双折射(偏振)性质，以使得能够控制由电子显示装置显示的图像像素的亮度。液晶材料具有使得该材料能够呈现介于液体与固体之间的连续状态的性质，并且该性质可以用于改变穿过液晶的入射光的偏振(即，相位)。液晶材料根据液晶材料的状态来调节穿过液晶的偏振光的量，这可以通过改变施加到液晶材料上的电场来进行电子控制以改变液晶所呈现的状态。以此方式，液晶材料表现为控制由显示装置发射的光的量的闸门或阀。
许多基于液晶的显示装置都利用了扭曲向列(tn)效应，tn效应基于在施加电场的作用下液晶分子在不同的有序分子构型之间的精确控制的重新排列。当不施加电场或者几乎不施加电场时，形成向列液晶分子的扭曲构型(类似于螺旋结构或螺旋)。随着施加到液晶的电场的幅度增大，液晶分子脱离扭曲构型并且向对准结构移动。当施加最大电场时，扭曲构型被破坏，并且液晶分子形成对准结构。
图2示出了实现为tnlcos的显示装置12的示意图。注意，如本领域技术人员所知，实现为lcd的显示装置具有与显示装置12的结构相似的结构，并且与图2所示的tnlcos实现相比具有若干修改。一般而言，显示装置12具有分层结构，该分层结构包括布置在两个透明电极42、44之间的液晶材料40的层。透明电极42、44通常被应用在为了在关注的波长范围内透明而选择的例如玻璃或石英的基板46、基板48的向内表面上，并且可能被对准层(例如，定向刷涂的聚酰亚胺薄层)覆盖，该对准层保持液晶材料40的对准。这种对准层限定了液晶分子相对于基板46、48的对准。显示装置12包括反射面50，该反射面50将穿过液晶材料40的层之后的入射光反射到显示装置12。反射面50被布置在底层液晶材料的下方，例如在透明电极44与基板48之间。为了说明的清楚，在附图中放大了层的尺寸(例如，厚度、宽度等)。
基于液晶的电子显示装置可以在各种工作模式下工作，在本文献中将两个示例性模式称为“常黑模式”和“常白模式”。在常黑模式下，当在透明电极42、44上不施加电压(电场)或者几乎不施加电压时，显示装置被认为处于“关闭状态”，由此液晶材料呈现可选地与一个或更多个偏振器组合来抑制由显示装置12发射的光的状态(扭曲构型)，使得任何图像看起来都是黑的。为了将显示装置切换到“开启状态”以产生明亮的图像，在透明电极42、44上施加适当的电压(vwhite)，由此液晶材料呈现允许光通过的不同状态(对准构型)，并且双折射元件34的双折射效应被抑制，即被减小或最小化，并且优选地被消除。常白模式的工作通常与常黑模式的工作相反。换言之，当在透明电极上不施加电压或者几乎不施加电压时，显示装置处于“开启状态”，并且当在透明电极上施加适当的电压(vblack)时，显示装置处于“关闭状态”，(并且双折射元件34的双折射效应被抑制，即，被减小或最小化，并且优选地被消除)。在常白模式下工作的优点在于，不需要或者几乎不需要电压即可产生明亮的图像，从而显著降低了显示装置12的功耗。总的来说，被配置成在“常白模式”下工作的显示装置(特别是实现为lcos显示器的微型显示器)优选地与可以从lumus有限公司商购的用于hmd和ned的解决方案系列结合使用。
图3a和图3b示出了穿过双折射元件34和显示装置12的光的行进以及行进的光的偏振效应的示意图。图3a和图3b中的显示装置12被实现为被配置成在常白模式下工作的tnlcos，即，当未在透明电极42、44上施加电压时，显示装置12呈现“开启状态”(扭曲构型)，并且当在透明电极42、44上施加适当的电压(减小/最小化、并且优选地消除来自双折射元件34的双折射效应)时，显示装置12呈现“关闭状态”(对准构型)。与图2中类似，为了图示的清楚，在图3a和图3b中放大了层的尺寸(例如，厚度、宽度等)。
如图3a所示，当在透明电极42、44之间未施加电压(即，未施加电场)时，液晶材料40保持其扭曲构型。偏振的入射光束18(在图1所示的示例中为s偏振)透射通过双折射元件34并且进入显示装置12，随后光与液晶材料40的层相互作用。当处于扭曲构型时，液晶材料的表现类似于四分之一波片(qwp)。液晶材料的每一层使光束的偏振逐渐旋转，使得在入射光束18到达反射面50时，偏振已经相对于显示装置12的入射面旋转。反射光束19与液晶材料40的层再次相互作用，并且液晶材料的每一层使光束19的偏振逐渐旋转，使得在光束19离开液晶材料的顶层时，光束19的偏振被旋转成与入射光束18的偏振正交(在附图的示例中为p偏振)。
如图3b中所示，当在透明电极42、44上施加适当的电压(减小/最小化、并且优选地消除来自双折射元件34的双折射效应)时，扭曲构型被破坏，使得液晶材料的大部分的层基本上与入射光束18对准，并且表现与各向同性元件相似。结果，当偏振入射光束18与液晶材料40的层相互作用时，液晶材料不执行或者几乎不执行光束的偏振的逐渐旋转，因此，反射光束19的偏振相对于入射光束18的偏振基本上保持不变。因此，由显示装置12(处于关闭状态)发射的光被pbs22反射，因此没有被准直光学器件36形成为图像。
参照图3a和图3b，上述对光传播通过液晶材料40的层的行为的描述是在双折射元件34的本征轴与显示装置12的对应本征轴对准(完全对准或在小的规定公差内对准)的理想情况下进行的。然而，如上所述，超出规定公差的未对准可能导致不希望的倾斜或偏斜射线穿过准直光学器件36。
顺便提及，应注意，在本文档的上下文中参照双折射元件34和/或显示装置12使用的术语“完全对准”是指双折射元件34与显示装置12的各自本征轴彼此对准的理想情况。
如本领域中已知的，液晶材料的用于入射光的相位操纵的最重要的性质之一是标记为δη的双折射，δη被定义为：
δη＝ηe-ηo(1)
其中ηo是在垂直于液晶材料40的层的指向矢的方向上具有电场偏振的入射光的寻常折射率，ηe是在平行于指向矢的方向上具有电场偏振的入射光的非寻常折射率。指向矢通常被定义为液晶材料40的层中的所有液晶分子的长分子轴的平均方向。
对于穿过液晶材料的入射光，两个线性偏振之间的累积相位延迟被表达为：
其中，λ是入射光的波长，以及d是液晶材料的厚度(称为盒间隙)。在lcos显示器中，入射光两次穿过液晶层(由于从反射面50反射)，因此实际的盒间隙为2d，导致累积相位延迟实际上加倍。
随着施加在透明电极42、44上的电场的幅度的改变，液晶分子的取向也改变。对于在通常白模式下工作的lcos，随着电场幅度的增大，液晶材料偏离标称扭曲状态(图3a)并且向更对准的状态移动(图3b)。液晶材料的状态的改变直接影响到非寻常折射率ηe，ηe可以被表达为多个变量(最显著的是寻常折射率ηo和施加在透明电极42、44上的电压v(电场幅度))的函数。具体地，非寻常折射率ηe可以被表达为：
其中，vmax是可以施加在透明电极42、44上的最大电压(电场)。通常，施加在透明电极42、44上的电压v可以在默认最小电压vmin(最通常为0伏)与默认最大电压vmax(例如3.3伏)之间连续变化。因此，当施加电压vmin和vmax时，液晶材料分别呈现第一状态(即，图3a中的扭曲状态)和第二状态(即，图3b中的对准状态)。
通过将等式(1)至等式(3)进行组合，穿过液晶材料40的层来回传播的光的两个本征偏振之间的累积相位差δ可以被表达为：
在图4a至图5c中示出了双折射元件34以及双折射元件34的本征轴与显示装置12的本征轴的对准的重要性，图4a至图5c示出了根据由显示装置12输出的图像相关联的计算机模拟的各种透射率和对比度曲线。每条曲线的水平轴代表以度为单位的、以偏斜方向(即，从图1中的纸平面出来)入射在pbs22上的光的视场(fov)。注意，在计算机模拟中，假设pbs22是理想的pbs，例如具有理想的介电涂层，使得s偏振光被pbs22完全反射(即rs＝1)，而p偏振光被pbs22完全透射(即tp＝1)。还应注意，还假设双折射元件34是理想的光学元件，在fov和光的波长上是各向同性的。
图4a示出了在透明电极42、44上施加vblack的电压以使显示装置12在黑状态(也称为暗状态)(即，从显示装置12穿过pbs22传播的最小的光)下工作的情况下的两条交叠的透射曲线。如果显示装置12在“通常白模式”下工作，则电压vblack可以等于或近似等于vmax(即，对于在常白模式下工作的lcos，lcos在电压vblack≈vmax时呈现黑状态)。顺便提及，在本文档的其余部分中，并且在不失一般性的前提下，使通常白显示装置12在黑状态下工作所需的电压被认为与可以施加在透明电极上的最大电压相同(即，vblack＝vmax)，因此，电压vblack和vmax可以互换使用。然而，应注意，vblack≠vmax的其他配置也是可能的。
再次参照图4a，透射曲线之一示出了图像投影仪10中不存在双折射元件34的情况。另一透射曲线示出了包括双折射元件34并且显示装置12的本征轴与双折射元件34的本征轴完全对准的情况。如在图4a中可以看到的，当显示装置12在没有双折射元件34的情况下在黑(暗)状态下工作时，由显示装置12发射的光波具有在整个fov上呈抛物线状的透射，在fov＝0时具有最小(为零)的透射。当显示装置12在具有理想双折射元件34的情况下在黑(暗)状态下工作时，由显示装置12发射的光波在整个fov上具有最小(为零)的透射。这样，双折射元件34在与显示装置12完全对准时，在抑制偏斜/倾斜光束的光透射中起重要作用。
图4b示出了在透明电极42、44上施加vwhite的电压以使显示装置12在白状态(也称为光状态)(即从显示装置12穿过pbs22的最大光传播)下工作的情况下的两条交叠的透射曲线。如果显示装置12在“常白模式”下工作，则电压vwhite可以等于或近似等于vmin。顺便提及，在本文档的其余部分中并且在不失一般性的情况下，使常白显示装置12在白状态下工作所需的电压被认为与可以施加在透明电极上的最小电压相同(即，vwhite＝vmin)，因此电压vwhite和vmin可以互换使用。然而，应注意，vwhite≠vmin的其他配置也是可能的。
再次参照图4b，透射曲线之一示出了图像投影仪10中不存在双折射元件34的情况。另一透射曲线针对包括了双折射元件34并且显示装置12的本征轴与双折射元件34的本征轴完全对准的情况。从图4b中可以看出，当显示装置12在没有双折射元件34的情况下在白(光)状态下工作时，由显示装置12发射的光波具有在整个fov上呈抛物线形的透射，在fov＝0时具有最大(为1)的透射。当显示装置12在具有理想双折射元件34的情况下在白(光)状态下工作时，由显示装置12发射的光波在整个fov上具有最大(为1)的透射。
图4c示出了在没有双折射元件34的情况下由显示装置12产生的图像的对比度的对数(即，对数对比度曲线)，即，黑状态(图3a)与白状态(图3b)下的图像的亮度之间的比率。如可以看出，当fov接近零时，对比度以指数方式接近无穷大。尽管在图4c中未示出，但是在双折射元件34与显示装置12完全对准的情况下的对比度，在整个fov上，应足够大(在＞3000:1的量级上)。
图5a至图5c示出了与参照图4a至图4c论述的情形类似的情形的曲线，不同之处在于：不是完全对准的双折射元件34，双折射元件34的本征轴与显示装置12的本征轴未对准达5度(大约0.0873弧度)。如图5a所示，未对准导致偏斜/倾斜光束在整个fov上的不希望的光泄漏。可以使用本文档的背景技术部分中论述的4θ2泄漏近似值来估算不希望的光的透射量。对于大约0.0873弧度的未对准，预期的泄漏约为4*(0.0873)2≈0.03，这是图5a中的模拟结果所示的透射。如从图5b中可以看出，在显示装置12在白状态下工作的情况下，未对准没有或者几乎没有影响(除了透射略有下降以外)。然而，由于前述泄漏，未对准对对比度的影响很大。如从图5c中可以看出，在整个fov上，对比度始终保持较低(大约30:1)。
本公开内容的实施方式描述了用于补偿显示装置12的本征轴(可互换地称为偏振轴)与双折射元件34的本征轴之间的未对准的步骤。所提出的方法依赖于使前述本征轴故意不对准并且通过利用由未对准引起的偏振旋转与穿过液晶材料40的层传播的光的累积相位差δ(如上面参照等式(1)至(4)所述的)之间的潜在联系对该未对准进行电子补偿。
最初，为了确保对准误差为正并且在基于双折射元件34的本征轴与显示装置12的本征轴的公差的规定量内，使双折射元件34和显示装置12故意在规定的方向上未对准。优选地使用本领域技术人员通常已知的机械对准方法来机械地执行故意未对准。在故意未对准之后，执行步骤以确定补偿电压vc(在vmin与vmax之间)，该补偿电压vc在被施加在透明电极42、44上时使液晶材料40的层呈现中间状态，使得穿过液晶材料40的层的偏振光的累积相位差δ导致由电子显示源12产生的具有(如由一个或更多个图像质量度量确定的)足够的图像质量的图像。特别地，液晶材料40的层在补偿电压vc下呈现中间状态，使得电子显示装置12产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据中间状态的偏振方向上的偏振，并且偏振补偿了电子显示装置12的本征轴与双折射元件34的本征轴之间的故意未对准(即，旋转偏移)。
顺便提及，在本文中应注意，术语“中间状态”通常是指在响应于施加电压vmin和vmax而呈现的两个极端状态(分别例示为图3a和图3b所示的扭曲状态和对准状态)之间的连续状态中的、液晶材料40的层可以呈现的任何状态。
以下段落描述了双折射元件34与显示装置12的故意未对准的步骤。参照图6，示出了显示装置12的理想本征轴ei和理想本征轴oi。理想本征轴表示由液晶材料40的层限定的显示装置12的理想有效本征轴。由于在显示装置12的设计和制造工艺中的不足和精度的限制，预期在可接受的公差范围内与理想本征轴存在偏差。如图6所示，公差量被描述为θ的旋转偏移，其中，显示装置12可以具有在o1与o2之间的任何地方的真寻常本征轴以及在e1与e2之间的任何地方的真非寻常本征轴。边界轴(o1，o2)和(e1，e2)限定了由于从理想本征轴ei、理想本征轴oi逆时针和顺时针旋转而引起的角度偏移范围θ。因此，尽管难以(如果不是不可能的话)确定显示装置12的真本征轴，但是可以将真本征轴的位置限制在由预期公差θ限定的角度区域。
现在参照图7，示出了双折射元件34的理想本征轴ei和理想本征轴oi。与图6类似，双折射元件34的设计和制造工艺中的不足和精度限制导致在可接受的公差范围内与理想本征轴的偏差。如图7所示，公差量被描述为旋转偏移量φ，其中，双折射元件34可以具有在o1与o2之间的任何地方的真寻常本征轴以及在e1与e2之间的任何地方的真非寻常本征轴。边界轴(o1，o2)和(e1，e2)限定了由于从理想本征轴ei、理想本征轴oi逆时针和顺时针旋转而引起的角度偏移范围φ。因此，尽管难以(如果不是不可能的话)确定双折射元件34的真本征轴，但是可以将真本征轴的位置限制在由预期公差φ限定的角度区域。
在某些实施方式中，预期公差θ和预期公差φ可以相同。在其他实施方式中，预期公差θ和预期公差φ是不同的。
在实践中，双折射元件34例如经由机械体耦接至显示装置12，以形成一体式显示模块。机械体保持双折射元件34和显示装置12的位置，并且因此保持双折射元件34的本征轴与显示装置12的本征轴的取向。在将双折射元件34与显示装置12耦接在一起之前，双折射元件34和显示装置12被相对地布置，使得双折射元件34的本征轴与显示装置12的本征轴在规定方向上彼此故意旋转偏移，使得双折射元件34的相应的本征轴与显示装置12的相应的本征轴之间的角度为正，并且在最大公差τ＝θ+φ(其中在θ＝φ的情况下τ＝2θ)内。
图8示出了显示装置12的被标记为ed和od的真本征轴被限制于其中的角度范围θ。真本征轴ed和真本征轴od分别由ed1、ed2和od1、od2界定。图9示出了双折射元件34的被标记为ebe和obe的真本征轴被限制于其中的角度范围φ。真本征轴ebe和真本征轴obe分别由ebe1、ebe2和obe1、obe2界定。如上所述，本征轴(ebe，obe)和本征轴(ed，od)的确切位置通常是未知的，但是被设置在给定公差值θ和公差值φ界定的范围内。因此，当设置有公差值θ和公差值φ时，双折射元件34和显示装置12可以关于从图8和图9中的纸平面出来的轴线(即图1中的z轴)相对于彼此旋转，使得双折射元件34的相应的本征轴与显示装置12的相应的本征轴之间的角度为正并且在最大公差τ之内。为了实现双折射元件34的相应的本征轴与显示装置12的相应的本征轴之间的角度偏移，使双折射元件34相对于显示装置12旋转，使得双折射元件34的边界寻常轴(obe1)与显示装置12的边界寻常轴(od1)之间的角度为等于φ(为正)。在所示的示例中，任意取向指示双折射元件34逆时针旋转角度φ。
图10示出了在双折射元件34逆时针旋转角度θ之后双折射元件34的本征轴和显示装置12的本征轴。由于该旋转，双折射元件34的寻常轴与显示装置12的寻常轴之间的角度偏移被限制在0与τ之间的范围内。当双折射元件34的真寻常轴在边界obe2上并且显示装置12的真寻常轴在边界od1上时，实现双折射元件34的寻常轴与显示装置12的寻常轴之间的最小角度偏移0。当双折射元件34的真寻常轴在边界obe1上且显示装置12的真寻常轴在边界od2上时，实现双折射元件34的寻常轴与显示装置12的寻常轴之间的最大角度偏移τ。
注意，由于寻常轴与非寻常轴是正交的轴，所以双折射元件34的寻常轴与显示装置12的寻常轴之间的旋转偏移与双折射元件34的非寻常轴与显示装置12的非寻常轴之间的旋转偏移相同。因此，前述旋转导致双折射元件34的边界非寻常轴(ebe1)与显示装置12的边界非寻常轴之间的角度(ed1)为φ。
一旦双折射元件34和显示装置12在指定偏移方向上在指定偏移量内彼此旋转偏移，双折射元件34耦接(即，附接)至显示装置12以形成一体式显示模块。
一般而言，双折射元件34和显示装置12在xy平面内(参照图1的任意坐标系)可以基本上是矩形的。旋转偏移可以在双折射元件34和显示装置12中的任一个或两者的制造工艺期间(即，在形成一体式显示模块期间)执行，从而可以切割双折射元件34，使得当双折射元件34和显示装置12的矩形平面彼此对准时，双折射元件34的本征轴从显示装置12的本征轴旋转偏移(达所需的量并且在所需的方向上)。
如上所述，在双折射元件34和显示装置12的故意未对准之后，执行步骤以确定补偿电压vc(在vmin与vmax之间)，在该补偿电压vc下，由一体式显示模块(具有故意未对准的双折射元件34)生成的图像具有与使用完全对准的双折射元件34在vblack下生成的图像相同或相似的图像质量(由对比度或其他相关的图像质量度量确定)。以下段落描述确定补偿电压vc的步骤。
图11示意性地示出了光学测试系统，该系统总体上由100表示，并且在下文中称为系统100，该系统100用于对双折射元件34与显示装置12之间的故意未对准进行电子补偿。总体而言，系统100包括供电装置110、光学装置120和图像分析器130。具有经由机械体62彼此耦接的旋转偏移的双折射元件34和显示装置12的一体式显示模块(通常由60表示)相对于光学装置120来布置。在显示装置12被实现为lcos的实施方式中，光学装置120包括图1的图像投影光学装置10的照明部件，即偏振光源(即，光源14和线性偏振器16)和照明棱镜20。注意，设想了显示装置12被实现为lcd的实施方式。在这样的实施方式中，对光学测试系统施加修改以提供适合与lcd装置一起使用的光学测试系统配置。这样的修改可以包括例如在lcd装置的输入处布置偏振光源(该偏振光源可以实现为光源例如发光二极管(led)与线性偏振器的组合)。
供电装置110经由电连接装置112电耦接至显示装置12。供电装置110可以被实现为电压源，该电压源被配置成输出要施加在电极42、电极44上的电压(该电压可以选自从vmin和vmax之间的电压范围并且由系统100的操作人员或者由硬件控制器来设定)。在这样的实施方式中，电连接装置112可以被实现为例如一组引线，其中一根引线从电压源的正端子延伸到透明电极42、44中的一个，另一根引线从电压源的负端子延伸到透明电极42、44中的另一个。在图12中示意性地示出了这样的实现方式。
图像分析器130被布置成接收由显示模块60响应于偏振光源的照射而发射的图像光波。具体地，图像分析器130被配置成接收对应于由显示模块60的显示装置12生成的图像的(反射的)光(来自偏振光源)的空间调制。来自偏振光源的光遵循与参照图1描述的类似的行进路径，但是从显示模块60输出的图像光波在透射通过照明棱镜20之后被图像分析器130捕获。具体地，入射光束18以第一偏振(通常是相对于pbs22的s偏振)进入照明棱镜20，并且朝向显示模块60反射，在显示模块60处撞击在显示装置12上。与图像的明亮区域对应的像素以调制的旋转偏振(通常为p偏振)进行反射，使得来自明亮像素的反射光束19透射通过pbs22并且到达图像分析器130。
图像分析器130可以包括耦接至存储介质(例如存储器等)的至少一个计算机化的处理器。图像分析器130还被配置成评估由显示模块60产生的图像的一个或更多个图像质量度量，并且在某些优选但非限制性的实现方式中被配置成评估由显示模块60产生的图像的对比度。图像分析器130可以被实现为计算机系统的一部分，该计算机系统包括用于显示前述图像质量度量的显示器，使得当系统100在由光学测试环境中的操作人员操作时，该操作人员可以在视觉上感知由计算机系统显示的图像质量度量。
随着供电装置110输出的电压在vmin与vmax之间变化，液晶材料40的层呈现的状态也变化。液晶材料40的层的状态的变化影响传播通过液晶材料40的层的光的累积相位差δ，并且结果是直接影响反射光束19的亮度。在一些点处，电压输出达到补偿电压vc，该补偿电压vc使液晶材料40的层呈现中间状态，该中间状态影响通过其中的光的偏振，从而导致输出图像的对比度与当双折射元件34完全对准时液晶材料40的层在电压vblack下呈现状态的结果得到的输出图像的对比度相同或相似。
再次看等式(4)，很清楚，累积相位差δ是施加在透明电极42、透明电极44上的电压v的函数，并且特别地与施加在透明电极42、透明电极44上的电压v成比例。因此，通过调节使施加在透明电极42、透明电极44上的电压v与故意未对准角度成比例，液晶材料40的层呈现中间状态，使得显示装置12补偿由双折射元件34的未对准引起的通过液晶材料的光的偏振变化。实际上，如果故意未对准角度被测量为φ度，则补偿双折射元件34的故意未对准所需的补偿电压vc可以被表达为：
由于确切的未对准角φ是未知的(由于双折射元件34的真本征轴和显示装置12的真本征轴的可变性)，所以补偿电压vc也是未知的。然而，可以通过(经由供电装置110)调节施加在透明电极42、透明电极44上的电压，同时评估图像质量度量，直到图像质量度量满足相应的性能标准(例如，直到对比度被认为足够高)来确定补偿电压vc。此时，供电装置110输出的电压被确定为补偿电压vc。此外，一旦补偿电压vc被确定，就可以将未对准角度φ估计为
从等式(5)可以看出，补偿电压vc是vblack的成比例减小的形式，特别是为了实现vc而使vblack减小
继续参照图5a至图5c描述的故意未对准5度的数值示例，补偿未对准所需的补偿电压vc为
图13a和图13b示出了与参照图4a至图5c论述的场景类似的场景的曲线，不同之处在于所示曲线是针对双折射元件34故意未对准达5度并且
根据本公开内容的某些实施方式，响应于系统100的操作人员对供电装置110的致动/操作，对供电装置110输出的电压进行电子调节。在这样的实施方式中，系统100的操作人员可以手动地致动/操作供电装置110以输出预期的电压，同时以视觉方式检查图像质量度量，直到图像质量度量满足相应的性能标准。在其他实施方式中，光学测试系统被实现为具有反馈的闭环系统的一部分，以使得能够自动调节供电装置110的输出电压，直到满足必要的性能标准(或指标)。
图14示出了根据本公开内容的实施方式的这种闭环系统100'的广义框图。可以看出，闭环系统100'包括连接至供电装置110和图像分析器130的控制单元140。图14中的图像分析器130和显示模块60之间的所示连接表示图像分析器130接收由显示模块60发射的图像光波的能力。预期的对比度(或任何其他图像质量度量性能标准)可以被编程到控制单元140的存储器(例如，图15中所示的示例性存储装置之一)中。然后，控制单元140可以致动供电装置110以输出施加在透明电极42、透明电极44上的初始设定电压。图像分析器130确定对比度(如前所述)，并且将所确定的对比度提供给控制单元140。控制单元140然后将所确定的对比度与所需的对比度进行比较，并且如果所确定的对比度太小，则控制单元140致动供电装置110以输出要施加在透明电极42、透明电极44上的经调节的电压(即，与初始电压不同的电压，例如以一定增量将设置的输出电压进行升压或降压。重复该处理，直到所确定的对比度大于或等于所需的对比度。此时，控制单元140可以将供电装置110输出的电压存储为补偿电压vc。
现在参照图15，图15是示例性控制单元140的高级局部框图，该示例性控制单元140被配置成实现以上参照图14所述的控制功能。控制单元140包括一个或更多个处理器142和四个示例性存储装置：随机存取存储器(ram)144、引导只读存储器(rom)146、大容量存储装置(例如，硬盘)148和闪存150，上述部件全部例如经由公共总线152(以电子和/或数据方式)彼此直接或间接地连接或链接。众所周知，处理和存储器可以包括存储软件和/或固件的任何计算机可读介质和/或任何硬件元件，硬件元件包括但不限于现场可编程逻辑阵列(fpla)元件、硬连线逻辑元件、现场可编程门阵列(fpga)元件和专用集成电路(asic)元件。处理器142中可以使用任何指令集架构，包括但不限于精简指令集计算机(risc)架构和/或复杂指令集计算机(cisc)架构。处理器142可以是任何数目的计算机处理器，包括但不限于微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)和状态机。在大容量存储装置148上示出了模块(处理模块)154，但是应当理解，模块154可以位于任何存储装置上。
大容量存储装置148是承载用于实现本文所述的补偿方法功能的计算机可读代码的非暂态计算机可读(存储)介质的非限制性示例。这种计算机可读(存储)介质的其他示例包括承载这种代码的只读存储器，例如光盘(cd)。控制单元140可以具有存储在存储装置上的操作系统，引导rom146可以包括用于操作系统的引导代码，并且处理器142可以被配置用于执行引导代码以将操作系统加载到ram144中，执行操作系统以将计算机可读代码复制到ram144以及执行所复制的计算机可读代码。操作系统可以包括任何常规的计算机操作系统，例如可以从加利福尼亚州的库比蒂诺(cupertino)的苹果(apple)公司购得的ios以及可以从加利福尼亚州的山景市(mountainview)的谷歌(google)公司购得的android，或者可以被实现为实时操作系统(rtos)。
控制单元140可以包括网络连接156，网络连接156提供与控制单元140之间的通信(例如，数据通信)。通常，单个网络连接向本地和/或远程网络的其他装置提供一个或更多个链接，包括虚拟连接。替选地，控制单元140可以包括多于一个的网络连接(未示出)，每个网络连接提供到其他装置和/或网络的一个或更多个链接。替选地，控制单元140可以包括附加的数据总线，以提供控制单元140与外部装置之间的通信和数据交换功能。
返回图14，如前所述，图像分析器130可以包括耦接至存储装置/存储器134的处理器132。处理器132可以被实现为任何数目的计算机处理器，包括但不限于微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)和数字信号处理器(dsp)。这样的处理器包括或者可以耦接至非暂态计算机可读介质，该非暂态计算机可读介质存储程序代码或指令集，所述程序代码或指令集在由处理器执行时使处理器执行动作。非暂态计算机可读介质的类型包括但不限于能够向处理器提供计算机可读指令或指令集的电子、光学、磁性或其他存储装置(例如，存储器)或传输装置。
在某些实施方式中，图像分析器130可以与控制单元140一起被实现为在单个计算机系统上执行的单个控制和处理系统的一部分。在这样的实施方式中，计算机系统可以包括显示器，该显示器向系统100'的操作人员显示各种输出。显示的输出可以包括例如确定的补偿电压vc、施加在透明电极42、透明电极44上的各种中间电压、以及相应的确定的对比度(或其他图像质量度量值)。在图像分析器130不与闭环系统100'一起使用而是如参照图11所描述的(即，系统100)那样使用的实施方式中，图像分析器130仍可以被实现为具有显示器的计算机系统的一部分，该显示器向系统100的操作人员显示相应的确定的对比度(或其他图像质量度量值)。
现在将注意力转向图15，图15示出了根据本公开内容的实施方式的详细描述处理(方法)1600的流程图。处理1600包括用于补偿双折射元件34的未对准的步骤。还参照图1至图14。处理1600的一些子处理可以使用机械装置和/或组件来执行，而处理1600的其他子处理可以使用计算机化的部件(例如，计算机处理器)来执行。另外，处理1600的一些子处理可以自动地或手动地执行。
通过获取双折射元件34和显示装置12，处理在框1602处开始。在框1604处，将双折射元件34和显示装置12相对于彼此布置。布置包括以下子步骤：使双折射元件34相对于显示装置12故意未对准，使得双折射元件34的相应的偏振轴(即，本征轴，即寻常轴和非寻常轴)与显示装置12的相应的偏振轴在预定方向上并且在根据双折射元件34的本征轴和显示装置12的本征轴的公差的预定量内彼此旋转偏移。可以使用机械对准机构(例如，可以用于被动对准光学部件的光学对准机构)来执行未对准子步骤。布置优选地还包括以下子步骤：使用例如机械体将未对准的双折射元件34机械地附接至显示装置12，以形成一体式显示模块60。
然后，处理1600移动至框1606，在框1606处，将显示模块60布置在光学测试系统100中。框1606包括下述子步骤：相对于光学装置120(例如，在显示装置12被实现为lcos的光学测试系统的配置中的照明棱镜20和偏振光源)定位显示模块60，使得显示模块60发射的图像光波穿过光学装置120并且在图像分析器130处被接收。框1606还包括将供电装置110连接至显示模块60的子步骤。
在将显示模块60布置在光学测试系统100中之后，处理1600移动至框1608，在框1608处，确定由供电装置110输出并且施加在透明电极42、透明电极44上的补偿电压vc。补偿电压vc是当施加在透明电极42、透明电极44上时引起液晶材料40的层呈现中间状态的电压，该中间状态使显示装置12生成穿过液晶材料的偏振光(与图像对应的偏振光)的空间调制，以产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据液晶材料的状态特定偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿旋转偏移。特别地，液晶材料40的层在补偿电压vc下呈现中间状态，使得电子显示装置12产生偏振图像光波，该偏振图像光波具有根据中间状态的偏振方向上的偏振，并且该偏振补偿了电子显示装置12的本征轴与双折射元件34的本征轴之间的故意未对准(即，旋转偏移)。
如上所述，当在透明电极42、透明电极44上施加补偿电压vc时，液晶材料40的层呈现中间状态，该中间状态影响穿过其中的光的偏振，从而导致输出的偏振图像光波具有与当双折射元件34被完全对准时在电压vblack下作为液晶材料40的层呈现状态的结果的输出偏振图像光波的对比度相同或相似的对比度。
然后，处理1600移动至框1610，在框1610处，根据在框1608中确定的补偿电压vc，对与显示装置12相关联的显示驱动器64的电压设置进行编程。显示驱动器64被示出为图14中的显示模块60的一部分，然而，应注意，显示驱动器64可以与显示模块60机械地分离，同时仍与显示装置12在功能上相关联。如本领域中已知的，显示驱动器(也称为驱动电子器件)是下述的集成电路，该集成电路在处理/控制装置与显示装置之间提供接口，使处理/控制装置能够发出具有适当电压、电流、定时等的命令信号，以使显示装置显示所需的图像。可以经由显示驱动器64来调节对由显示装置12显示的图像中的亮度值进行编码的显示装置12的伽马设置，使得可以施加在透明电极42、透明电极44上以在黑状态下操作显示装置12的默认的适当电压从vblack(如默认配置设置下的)变为从vblack成比例地降低了
在继续参照图1至图15的情况下，现在参照图17，图17示出了详细描述框1608的用于确定补偿电压vc的子步骤的流程图。该子步骤被详细描述为处理(方法)1700的步骤。处理1700开始于框1702，在框1702处，供电装置110被配置成输出在vmin与vmax之间的设置的输出电压。在框1704处，设置的输出电压被施加在透明电极42、透明电极44上。响应于所施加的电压，显示模块60发射图像光波，该图像光波穿过光学装置120并且在图像分析器130处被接收。在框1706处，图像分析器130评估至少一个图像质量度量(优选地为对比度)。
然后，子处理1700移动至框1708，在框1708处，将评估的图像质量度量与所需的图像质量度量值进行比较(即，将评估的图像质量度量与阈值进行比较，以确定评估的图像质量度量是否满足性能标准)，例如，将评估的对比度与所需对比度进行比较。如果评估的图像质量度量满足性能标准，则处理1700从框1708移动至框1710，在框1710处将补偿电压vc确定为输出电压。如果评估的图像质量度量不满足性能标准(例如，如果评估的对比度低于所需的对比度)，则处理1700从框1708移动至框1712，在框1712处，对设置的输出电压(即，由供电装置110输出的输出电压)进行调节(增大或减小)并且将其设置为新的输出电压。然后，处理1700返回至框1704，并且对框1704至框1708进行迭代，直到满足性能标准。
处理1700的一些子处理可以使用计算机化的部件(例如，电子控制单元、计算机处理器等)来执行，并且可以自动或手动地执行。例如，当采用上面论述的闭环系统时，控制单元140被配置成：设置供电装置110的输出电压，并且致动供电装置110以输出设置的电压(如框1702中所示)，确定评估的图像质量度量是否满足性能标准(如框1708中所示)，以及调节输出供电装置110的电压并且致动供电装置110以输出经调节的电压(如框1712中所示)。
实际上，在处理1600(和处理1700)的执行完成之后，显示模块60——包括具有故意未对准的本征轴的显示装置12和双折射元件34，但是使用经由显示驱动器64编程的补偿电压对故意未对准进行了电子补偿——可以被布置为图像投影仪的一部分。图18示出了这样的图像投影仪160，该图像投影仪160总体上类似于图1的图像投影仪10，不同之处在于，显示装置12和双折射元件34已经经由处理1600和1700的执行经历了下述步骤：故意未对准，对该未对准进行电子补偿，以及通过显示驱动器64对伽马设置进行重新编程。相应地，类似于图像投影仪10，图像投影仪160产生准直的偏振图像光波(通常为p偏振)，通常被称为光束19。
图像投影仪160可以用于需要微显示器的广泛应用中。合适的应用示例包括但不限于各种成像应用例如利用了将图像投影到近眼显示器(ned)、头戴式显示器(hmd)和平视显示器(hud)的部件的图像投影仪的ned、hmd和hud、蜂窝电话、紧凑型显示器、3-d显示器、紧凑型光束扩展器，以及非成像应用例如平板指示器和扫描仪。
通过举例说明一个特别优选但非限制性的应用的子集，图19示出了由图像投影仪160与光导基板202组合形成的光学装置200，该光导基板202从图像投影仪160接收注入的图像并且执行光学孔径扩展。以下段落提供了对光导基板202的结构和功能的简要描述，然而，可以在以下pct专利公开中找到对光导基板202的更详细的描述：wo01/95027、wo2006/013565、wo2006/085309、wo2006/085310、wo2007/054928和wo2008/023367，这些pct专利公开公开的全部内容通过引用合并到本文中。应注意，本文所述的光导基板202仅是可以有利地与图像投影仪160一起使用的光导光学元件的示例。
由图像投影仪160产生的准直的图像光波(即，光束19，也称为输出光波19)进入光导基板202。光导基板202通常包括：彼此平行的至少两个主表面204、主表面206；不平行于主表面204、主表面206的一个或更多个优选彼此平行的部分反射表面210；以及用于将光耦合至光导基板202中的光学楔形元件208。来自图像投影仪160的输出光波19通过光学楔形元件208进入光导基板202。入射光波(相对于光导基板202)通过全内反射(tir)在主表面204、主表面206之间被捕获在光导基板202中，如图19所示。可以通过部分反射面210或者通过衍射元件或者任何其他合适的外耦合装置来施加从光导基板202捕获的光波的外耦合。光学楔形元件208仅是一种非限制性光学耦合输入配置的说明，并且其他元件和配置可以用于将来自图像投影仪160的光耦合至光导基板202中。
尽管到目前为止已经在实现为硅基液晶微显示器的显示装置的上下文中描述了本公开内容的实施方式(特别是被配置成在常白模式下工作的lcos)，但是常白模式lcos的特定实现仅是对所描述的方法和系统可以适用的基于液晶的电子显示装置的一种非限制性实现方式的说明。要强调的是，本公开内容的实施方式的方法同样适用于其他lcos模态配置，包括例如在常黑模式下工作的lcos以及利用液晶的偏振性质的其他显示装置例如lcd装置。
应注意，尽管已经在使用对比度作为关注的图像质量度量的上下文中描述了本公开内容的实施方式，但是对比度仅是对一个非限制性图像质量度的说明，除了对比度之外或者代替对比度，可以使用其他图像质量度量，包括但不限于调制传递函数(mtf)，这对于本领域普通技术人员应当是明显的。
本发明的实施方式的方法和/或系统和/或装置的实现方式可以包括手动、自动或以手动和自动组合的方式来执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统和/或装置的实施方式的实际仪器和设备，可以使用操作系统通过硬件、通过软件、或者通过固件或其组合来实现几个选择的任务。
例如，根据本发明的实施方式的用于执行选择的任务的硬件可以被实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的实施方式的所选择的任务可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施方式中，根据本文所述的方法和/或系统和/或装置的示例性实施方式的一个或更多个任务由数据处理器(例如用于执行多个指令的计算平台)执行。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器，和/或非易失性存储器，例如用于存储指令和/或数据的诸如例如磁硬盘和/或可移除介质的非易失性存储介质。可选地，还提供网络连接。还可选地提供显示器和/或用户输入装置，例如键盘或鼠标。
例如，根据本发明的以上列出的实施方式，可以利用一种或更多种非暂态计算机可读(存储)介质的任何组合。非暂态计算机可读(存储)介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置、或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下：具有一根或更多根线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、ram、rom、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光学存储装置、磁存储装置或上述的任意合适组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，该有形介质可以包含或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分的传播的数据信号，该数据信号具有在其中实施的计算机可读程序代码。这样的传播信号可以采取多种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，并且计算机可读信号介质可以通信、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序。
如参照以上提供的段落和参照附图将理解的，本文提供了计算机实现的方法的各种实施方式，这些实施方式中的一些可以由本文描述的设备和系统的各种实施方式执行，并且这些实施方式中的一些可以根据存储在本文所述的非暂态计算机可读存储介质中的指令来执行。此外，对于本领域技术人员而言明显的是，参照本文描述的实施方式，本文提供的计算机实现的方法的一些实施方式可以由其他设备或系统执行，并且可以根据存储在不同于本文所述的计算机可读存储介质中的指令来执行。关于以下计算机实现的方法对系统和计算机可读存储介质的任何引用是出于说明性目的而提供的，并且不旨在就上述计算机实现的方法的实施方式限制任何这样的系统和任何这样的非暂态计算机可读存储介质。同样，关于系统和计算机可读存储介质对以下计算机实现的方法的任何引用是出于说明性目的而提供的，并且不旨在限制本文公开的任何这种计算机实现的方法。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各个实施方式的方法，系统和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图中的一些框和框图中的框可以表示模块、段或代码部分，这些模块、段或代码部分包括用于实现指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应注意，在一些替选实施方式中，在流程图的框中指出的功能可以不按附图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框，或者有时可以以相反的顺序执行这些框。还应注意，框图的每个框和/或流程图中的一些框以及框图中的框和/或流程图中的一些框的组合可以通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统实现，或者通过专用硬件与计算机指令的组合来实现。
已经出于说明的目的给出了本公开内容的各种实施方式的描述，但是这些描述不旨在是穷举的或限于所公开的实施方式。在不脱离所描述的实施方式的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是明显的。选择本文使用的术语是为了最好地说明实施方式的原理、市场上发现的技术的实际应用或技术上的改进、或者使本领域的其他普通技术人员能够理解本文公开的实施方式。
如本文所使用的，无量词修饰的单数形式和“该”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。
词语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方式不必然被解释为比其他实施方式优选或有利和/或排除来自其他实施方式的特征的结合。
应当理解，为清楚起见，在单独的实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反，为简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的本发明的各种特征，也可以单独地或以任何合适的子组合来提供或在本发明的任何其他所述的实施方式中合适地提供。在各种实施方式的上下文中描述的某些特征不应被认为是这些实施方式的必要特征，除非该实施方式在没有这些要素的情况下是不可操作的。
就所附权利要求书的撰写没有多项引用来说，这样做仅仅是为了适应在不允许这种多项引用的管辖区域中的形式要求。应当注意，明确地设想了通过使权利要求具有多项引用而暗示的特征的所有可能组合，并且应当将其视为本发明的一部分。
尽管已经结合本发明的特定实施方式描述了本发明，但是显然，对于本领域技术人员而言，许多替代、修改和变化将是明显的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求书的精神和广义范围内的所有此类替代、修改和变化。
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