（映维网Nweon 2025年05月14日）μLED和μOLED显示器作为增强现实显示器的图像源越来越受欢迎。然而，显示器的像素密度受到表面物理过程的限制，发射效率随着像素的减小而降低。所以，任何能够提高现有显示器分辨率的方法都是非常有价值的。
在一份专利申请中，谷歌介绍了一种旨在提高感知显示分辨率的像素移位方法。
将时分多路复用投影显示器像素移位可以产生增加的感知显示分辨率。偏振分束器（PBS）将输入的非偏振显示光分成两个正交的线性偏振，并将它们引导到两个PBS arm。PBS arm的作用是与时间复用显示同步移动光，使得提供显示光的光引擎的单个像素转换为两个或四个虚拟像素，从而有效地增加相对于光引擎的原生分辨率的感知显示分辨率。
PBS将来自两个PBS arm的光组合成一个单一的，无偏振的输出，然后可以投射到透镜或波导耦合器中，令光通过波导传播，以便在用户的眼睛上显示。
图1示出了AR眼镜显示系统100，系统能够对时分多路显示进行像素移位，以产生增加的感知显示分辨率。光引擎提供与一个或多个像素移位器同步的时分多路复用显示器，所述像素移位器通过从所述显示器中的单个像素产生多个虚拟像素来产生增加的感知显示分辨率。
支撑结构102包括各种传感器，例如一个或多个前置摄像头、后置摄像头、其他光传感器、运动传感器、加速度计等。支撑结构102同时可以包括一个或多个射频（RF）接口或其他无线接口，例如WiFi接口等。支撑结构102可以包括一个或多个电池或其他便携式电源，用于向AR眼镜显示系统100的电气组件供电。
图3示出设备300配置为像素移位时分多路显示。通常，设备300通过基于光引擎的每个单独像素在不同位置生成虚拟像素来操作，光引擎提供与虚拟像素的生成同步的时分多路复用显示。这样，具有特定分辨率或像素间距的光引擎可用于产生增加的感知显示分辨率。
由于光引擎在对应于与光引擎的实际像素略微偏移的虚拟像素的连续子帧中产生像素，所述设备300将光从光引擎的像素移位到虚拟像素的预期位置，通常在实际像素和实际相邻像素之间的中间位置。这可能实现相对于光引擎分辨率的两倍或四倍感知显示。
所述设备300包括偏振分束器（PBS） 302，所述偏振分束器是将入射光分成两个垂直偏振分量的光学装置。PBS通常由沿对角线面的特殊涂层组成，并可以产生偏振依赖的反射或透射。涂层嵌入两个45°直角棱镜之间，而棱镜由传统的各向同性玻璃材料（如BK7）制成。
在PBS 302接收的光的一个分量传输，而光的另一个分量反射，以允许基于偏振状态的光的分离。例如，如图3所示，PBS定位为接收来自光引擎的非偏振光，例如微型显示器304或其他能够产生红、绿、蓝（RGB）光的发射显示器。PBS 302将来自微显示器304的光分成垂直偏振分量，通常称为S和P偏振分量。
如图3所示，第一PBS arm305-1定位为接收来自PBS 302的S偏振光，第二PBS arm305-2定位为接收来自PBS 302的P偏振光。第一PBS arm305-1包括像素移位器306、四分之一波片（QWP） 308和镜子310，而第二PBS arm305-2包括半波片312、像素移位器306、QWP 308和反射镜310。
半波片使线偏振光的偏振旋转到缓速器快轴与偏振面夹角的两倍。将半波片的快轴与偏振面放置在45°的位置，偏振旋转为90°。类似地，量子阱用来将线偏振光变成圆偏振光，反之亦然。要做到这一点，波片必须定向，以便激发等量的快波和慢波。
通过使用反射像素移位器，例如使用双折射板来在像第一PBS arm305-1和第二PBS arm305-2这样的光路中产生偏移，与使用相同像素移位器306的透射设计相比，像素移位器306能够在虚拟像素中产生的偏移量有效地增加了一倍。
另外，通过使用像第一PBS arm305-1和第二PBS arm305-2那样的反射式像素移位器，与透射式设计相比，像素移位在预期视场上基本上是均匀的。
在第一PBS arm305-1中，S偏振光通过像元移位器306和QWP 308透射后，经镜面310反射，再通过QWP 308和像元移位器306返回，S偏振光转换为P偏振光，P偏振光再通过PBS 302透射。同样，在第二PBS arm305-2中，P偏振光通过半波片312、像元移位器306和QWP 308反射后，再通过QWP 308、像元移位器306和半波片312返回，P偏振光被转换成S偏振光，然后由PBS 302反射。
所述半波片312调节进入所述PBS arm305-2的光的偏振状态，使得所述第二PBS arm305-2中的像素移位器306的行为类似于所述PBS arm305-1中的像素移位器306。
如图3所示，PBS 302将来自第一PBS arm305-1和第二PBS arm305-2的反射偏振光和移位光组合在一起，产生无偏振光输出。这样，来自微显示器304的非偏振光保留100%，并且通过来自第一PBS arm305-1的P偏振光和来自第二PBS arm305-2的S偏振光的组合，PBS 302提供非偏振光输出。
然后可以将来自PBS 302的非偏振输出光传输到投影透镜314，传输到波导中，由IC反射或衍射，通过波导传输，并由OC解耦，使得输出光在用户眼睛212可感知的视场中提供。
在微显示器304的每个像素的非偏振输出光中产生多个虚拟像素，与微显示器304的本地显示分辨率相比，这有效地增加了感知显示分辨率。在一个实施例中，附加透镜元件位于微显示器304和PBS 302之间的PBS arm内，并且反射镜弯曲，有助于投影透镜功能，同时保持投影系统尺寸紧凑。
在一个实施例中，将一个或多个附加各向同性板插入PBS arm305-1以补偿由PBS arm305-2中的半波片312引起的任何附加无缘位移。
图4是示出像素移位。如图400-1所示，与图3的第一PBS arm305-1和第二PBS arm305-2相对应的反射移位器相对于图的方向提供了正的垂直位移，而在第二图400-2中，反射移位器相对于图的方向提供了负的垂直位移。
在每个状态内，由两个PBS arm305-1和305-2提供的移位可以由PBS 302组合成单个光束。例如在图400-1中，相对于像素移位器306，PBS arm305-1提供的移位位于输入光束的左侧，PBS arm305-2提供的移位位于输入光束的右侧，对于图400-2反之亦然。
所以，相对于像素移位器306，每个PBS arm305-1和305-2的移位方向相反。请注意，本例假设PBS arm305-1和305-2中没有透镜元件，并且反射移位器中的反射镜是平的。在一个实施例中，两个PBS arm305-1和305-2中的像素移位器306是匹配和配置的，以便在两种状态（例如图400-1和400-2中所示的状态）中提供相同量的移位，以避免双重图像伪影。
图5是示出305-1中的单向像素移位器306。如图5所示，像素移位器306包括可切换半波片502和双折射片504。双折射平板504的光轴与表面呈θ角。由于这一特性，p偏振光即使在正入射时也会发生位移，而s偏振光则不会发生位移。
在一个实施例中，可切换半波片502具有其光轴平行于其表面，并且相对于图5的平面在平面内+45°。类似地，双折射板504可以使用任何具有正或负双折射的各向异性材料来实现。
在一个实施例中，双折射板504可以使用一堆双折射板来实现。通常，双折射板504可垂直于入射光束放置。所述双折射板504的光轴可以相对于所述第一双折射板的法线轴倾斜。例如，双折射板504的光轴的倾斜可以相对于双折射板504的法线轴定向为45度，从而提供S和P偏振光束之间的最大位移。
在其他实施例中，双折射板504可以斜面向入射光束，在这种情况下，双折射板504的光轴可以相对于双折射板504的法线轴处于任何适当的角度，以在S和P偏振光束之间产生所需的位移量。在一个实施例中，双折射板504可相对于入射光束倾斜以将移位量调整为所需量。
如图500-1所示，当可切换半波片502禁用或关闭时，正常入射的输入s偏振光不受其影响，因为双折射片504不会使该光束移位。然后QWP 308光轴将s偏振光束转换为左圆偏振（LCP）光束，光束通过镜面反射转换为右圆偏振（RCP）光束。
这种RCP光然后由QWP 308转换成p偏振光。因此，QWP 308和镜面310的组合就像一个反射的线性偏振旋转器。p偏振光束由双折射板左移，光束的偏振不受可切换半波板502的影响。以这种方式，第一PBS arm305-1在半波片502关闭时产生第一位移A1，相对于所述图的方向在入射光的左侧产生虚拟像素。
另一方面，如图500-2所示，当可切换半波片502使能或接通时，可切换半波片502将s偏振光旋转为p偏振光，p偏振光由双折射片504向右移位。QWP 308和镜面310组合在反射时将p偏振光旋转为s偏振光。然后，可切换半波片502将s偏振光旋转成p偏振光。这样，当可切换半波片502开启时，第一PBS arm305-1产生第二位移A2，相对于所述图的方向在入射光的右侧产生虚拟像素。
如图5所示，选择性地切换可切换半波片502在两个不同的位置产生两个虚拟像素，然后通过PBS 302传播到非偏振输出光中。注意，在两种开关状态下，进入PBS arm305-1的输入极化为s极化，而返回PBS arm的输出极化为p极化。
这确保了PBS 302可以在极化开关的两种状态下以相同的方式影响光束。另外，为了将图5与图4联系起来，图500-1表示图4图400-1中PBS arm305-1的状态，其中光束位移位于输入光束的左侧，图500-2表示图4图400-2中PBS arm305-1的状态，其中光束位移位输入光束的右侧。
在图5中实施例，移位A1和A2的幅度相同。这种对称可以用来简化图3所示的一般配置。在图500-2中，可切换半波片502处于开启状态，将输入的s偏振光旋转为p偏振光。所以，当可切换半波片关闭且输入为p极化时，图500-2的配置可以用作PBS arm305-2。使用这种配置，尽管输入光是p偏振的，输出光是s偏振的，但同样实现了相同的向右偏移。
在另一实施例中，可切换半波片的状态相反，即当一个打开时，另一个关闭，反之亦然。例如，在图500-1中，可切换半波片502处于关闭状态，波束向左移。由于可切换半波片502处于关断状态，所以可切换半波片不会旋转输入s偏振光或输出p偏振光。
如果图500-1所示的组件绕其光轴旋转180°，则移位是向右而不是向左。如果输入为p极化且可切换半波片处于开启状态，则保持相同的位移。因此，通过在PBS arm305-1和305-2中设置不同状态的可切换半波片502，并将其中一个旋转180°，可以简化图3的配置。在这样的实施例中，可以省略图3所示的无源半波片312。
图6示出单向像素移位器306。305-2中的像素移位器306与305-1中的像素移位器306基本相同，并且当可切换半波片502如图600-1所示禁用或如图600-2所示启用时，在不同位置产生不同的虚拟像素。
由于PBS 302在305-1和305-2中都产生正交线偏振光束，所以附加的无缘半波片312在光束进出第二臂305-2时旋转光束的偏振状态，以便该臂以与第一臂305-1相同的方式工作。此外，在两种开关状态下，进入第二臂305-2的输入极化为p极化，而返回PBS 302的输出极化为s极化。
如图3所示，来自两个PBS arm的输出偏振态使得光束由PBS 302重组并指向投影透镜而不是指向微显示器304。为了构建如图4所示的光学组件，分别使用图5和图6中的305-1和305-2，305-2绕其光轴旋转180°。在这种情况下，当305-1提供右移时，305-2提供左移，反之亦然。在一个实施例中，需要305-1和305-2中相反方向的移位，以将从两者输出的光束在PBS 302组合成相同的光束。
当PBS arm305-1和305-2中的可切换半波片502在每个时刻与相同的状态（开或关）同步时，图6的配置特别有用。或者，如果PBS arm305-1和305-2中的可切换半波片502s的状态与相反的状态同步，则可以实现相同的功能。这样就不需要在PBS arm305-2内额外的无缘半波板312，同时不需要将其旋转180°进行校准。
图7示出双向像素移位器706。如图7所示，为了使如图3的设备300所示的设备产生的虚拟像素的数量加倍，可以使用诸如双向像素移位器706的像素移位器，其包括第二可切换半波片502和第二双折射片704。
如图7所示，在图700-1、700-2、700-3和700-4之间，第二双折射板704可以具有与第一双折射板504的光轴垂直对齐或以其他方式变化的光轴，以便产生相对于第一双折射板504的第二量的像素位移。
如图700-1所示，通过禁用双向像素移位器706中的两个可切换半波片502而产生的移位带来位于图700-5的位置1的虚拟像素。如图700-2所示，通过禁用双向像素移位器706中的可切换半波片502中的第一个而启用第二个半波片502而产生的移位带来位于图700-5的位置2的虚拟像素。
如图700-3所示，通过使能双向像素移位器706中的可切换半波片502中的第一个而使能第二个半波片502而产生的移位带来位于图700-5的位置3的虚拟像素。如图700-4所示，在双向像素移位器706中启用两个可切换半波片502所产生的移位带来位于图700-5位置4的虚拟像素。
因此，通过选择性地切换双向像素移位器706中的第一可切换半波片502和第二可切换半波片502，可以在四个不同的位置产生四个虚拟像素，然后可以通过PBS 302传播并组合在由PBS 302产生的非偏振输出光中。
图800-1、800-2和800-3说明了如何使用像素移位器来移位像素。特别地，根据305-1和305-2的方向以及双折射板504的光轴或倾斜度，每个单独的像素可以水平、垂直或对角线移动，从而为光引擎的每个原生像素产生两个虚拟像素。
如图800-4所示，通过使用双向像素移位器，如图7中的像素移位器706，每个单独的像素可以水平和垂直移位，以为光引擎的每个本机像素产生最多四个虚拟像素。
图14示出对时分多路显示进行像素移位以产生增加感知显示分辨率的流程图。
在1402，在诸如PBS 302的PBS处接收来自诸如微显示器304的发射显示器的非偏振输入光。
在1404，在第一PBS arm处接收来自PBS的偏振光。
在1406，在第二PBS arm处接收来自PBS的偏振光，
在1408，在所述PBS处将来自第一PBS arm和第二PBS arm的反射偏振光和移位光组合以产生无偏振光输出。
方法1400同时包括与第一像素移位器和第二像素移位器的开关同步地对来自发射显示器的输入光进行时分多路复用，以在非偏振输出光中产生多个虚拟像素。
方法1400进一步包括选择性地切换第一可切换半波片，例如图5中的可切换半波片502，以在非偏振输出光中的两个不同位置产生两个虚拟像素。
另外，方法1400进一步包括选择性地切换第一可切换半波片和第二可切换半波片，以在所述非偏振输出光中的四个不同位置产生四个虚拟像素。
相关专利：Google Patent | Pixel shifting a time-division multiplexed display to increase perceived display resolution
名为“Pixel shifting a time-division multiplexed display to increase perceived display resolution”的谷歌专利申请最初在2023年11月提交，并在日前由美国专利商标局公布。
