TW202300991A - 雙反射器光學構件 - Google Patents

Abstract

揭示了一種可用作近眼顯示器中之目視透鏡的摺疊路徑光學構件。該摺疊路徑光學構件包括：空腔，該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及該空腔中之部分反射器，該部分反射器用於***入射光束以沿著在該光學構件之出射光瞳處終止的兩個光學路徑傳播。每一光學路徑包括來自這些反射偏振器中之一者的反射及穿過這些反射偏振器中之另一者的透射。

Description

雙反射器光學構件

本揭示內容係關於光學裝置，並且特定言之係關於具有聚焦或散焦能力之光學構件及使用此類光學構件之視覺顯示裝置。 相關申請案之參考

本申請案主張來自2021年6月15日申請之名稱為「雙餅狀透鏡（Dual Pancake Lens）」之美國臨時專利申請案第63/210,966號、來自2021年8月6日申請之名稱為「雙餅狀透鏡（Double Pancake Lens）」之美國臨時專利申請案第63/230,378號以及來自2021年9月10日申請之名稱為「雙反射器光學構件（DUAL-REFLECTOR OPTICAL COMPONENT）」之美國非臨時專利申請案第17/471,161號的優先權，這些專利申請案全部以全文引用之方式併入本文中。

視覺顯示器用於向觀看者提供資訊，包括靜止影像、視訊、資料等。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，僅舉幾個實例。一些視覺顯示器（諸如電視機）向若干使用者顯示影像，並且一些視覺顯示系統意欲用於個別使用者。視覺顯示器能直接觀看，或藉助於特殊眼鏡觀看。

人工實境系統通常包括配置以向使用者呈現內容之近眼顯示器（例如，頭戴式裝置或一對眼鏡）。近眼顯示器可顯示虛擬物件或組合真實物件與虛擬物件之影像，如在虛擬實境（virtual reality，VR）、擴增實境（augmented reality，AR）或混合實境（mixed reality，MR）應用中。舉例言之，在AR系統中，使用者可觀看疊加至周圍環境上之虛擬物件之影像（例如，電腦產生之影像（computer-generated image，CGI））。在一些近眼顯示器中，使用者之每一眼睛觀看顯示在微型顯示面板上且經由用於短距離觀看顯示面板之目視透鏡（ocular lens）觀測到的影像。

緊湊及高效顯示系統對於頭戴式顯示器為所需的。由於HMD或NED之顯示器通常佩戴在使用者之頭部上，因此較大、大型、不平衡及/或較重顯示裝置將為繁瑣的且使用者佩戴起來可能不舒適。緊湊顯示裝置需要緊密且高效的光源、照明器、顯示面板、目視透鏡等等。

本發明的一態樣為一種光學構件，其包含：空腔，該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及該空腔中之部分反射器，該部分反射器用於***入射光束以沿著在該光學構件之出射光瞳處終止的兩個光學路徑傳播，每一光學路徑包括來自這些反射偏振器中之一者的反射及穿過這些反射偏振器中之另一者的透射。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔為實質上對稱的，並且其中該部分反射器與該空腔之這些反射偏振器等距間隔開。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔為雙凸面的。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該部分反射器為平坦的。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該部分反射器為50/50反射器。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔包含在該部分反射器之相對側上的一對折射光學元件。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，這些反射偏振器為線性反射偏振器。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔為實質上對稱的及雙凸面的；該部分反射器為平坦的；並且該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，該空腔包含在該部分反射器之相對側上的一對折射光學元件，每一折射光學元件在該折射光學元件之一側上支撐這些彎曲反射偏振器中之一者且在該折射光學元件之另一側上支撐這些四分之一波片中之一者。

在根據本發明的前述態樣之光學構件中，這些四分之一波片由該部分反射器支撐在該部分反射器之相對側上。

根據本發明的前述態樣之光學構件進一步包含在該空腔上游之折射光學元件。

根據本發明的前述態樣之光學構件進一步包含在該空腔下游之折射光學元件。

本發明的另一態樣為一種近眼顯示器（NED），其包含：顯示面板，該顯示面板用於提供線性域中之影像；以及光學構件，該光學構件用於在該近眼顯示器之動眼框處將線性域中之該影像轉換成角域中之影像，該光學構件包含：空腔，該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及該空腔中之部分反射器，該部分反射器用於***入射光束以沿著在該動眼框處終止處終止的兩個光學路徑傳播，每一光學路徑包括來自這些反射偏振器中之一者的反射及穿過這些反射偏振器中之另一者的透射。

在根據本發明的前述另一態樣之近眼顯示器中，該空腔為實質上對稱的，並且其中該部分反射器與該空腔之這些反射偏振器等距間隔開。

在根據本發明的前述另一態樣之近眼顯示器中，該空腔為雙凸面的。

在根據本發明的前述另一態樣之近眼顯示器中，該部分反射器為平坦的。

在根據本發明的前述另一態樣之近眼顯示器中，該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。

本發明的又一態樣為一種偏移至角度光學構件，其包含：實質上對稱的空腔，該實質上對稱的空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及在該空腔之中間中的50/50部分反射器，該部分反射器將該空腔分離成實質上相同的第一及第二部分。

在根據本發明的前述另一態樣之偏移至角度光學構件中，這些反射偏振器為線性反射偏振器；並且這些第一及第二部分中之每一者包含四分之一波片。

雖然結合各種具體實例及實例描述本教示，但並不意欲本教示限於此類具體實例。相反，如所屬領域中具有通常知識者將瞭解，本教示涵蓋各種替代方案及等效物。本文中敍述本揭示內容之原理、態樣及具體實例以及其特定實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，希望此類等效物包括當前已知等效物以及未來開發的等效物兩者，即，無論結構如何，所開發的執行相同功能的任何元件。

如本文中所使用，術語「第一」、「第二」等並不意欲暗示依序次序，而是除非明確陳述，否則意欲區分一個元件與另一元件。類似地，方法步驟之依序順序並不暗示其執行之依序次序，除非明確規定。

餅狀透鏡可使用50/50鏡來在餅狀透鏡內摺疊光之光學路徑，從而得到極緊湊總體配置。在其摺疊光學路徑上，光與50/50鏡相遇兩次。在第一次相遇時，光傳播穿過50/50鏡，並且在第二次相遇時，光由50/50鏡反射。每次，損失50%之光，此導致總共至少75%光損失。根據本揭示內容，可再使用在第一次相遇時自50/50鏡反射之光。為此，餅狀透鏡可包括作為光沿著其中光在第一次相遇時傳播穿過50/50鏡之光學路徑遇到的光學元件之鏡像的光學元件。兩個光學路徑提供光之實質上相同程度之聚焦/散焦，此藉助於兩個光學路徑之對稱性來實現，但非對稱光學路徑亦為可能的。本揭示內容之光學構件中提供的兩個光學路徑將餅狀透鏡之光利用率增加100%，自25%光通量增加至總共約50%光通量。

根據本揭示內容，提供一種光學構件，該光學構件包含藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成的空腔，以及空腔中之部分反射器。部分反射器配置以用於***入射光束以沿著在光學構件之出射光瞳處終止的兩個光學路徑傳播。每一光學路徑包括來自反射偏振器中之一者的反射及穿過反射偏振器中之另一者的透射。

空腔可為實質上對稱的，並且部分反射器可與空腔之反射偏振器等距間隔開。在一些具體實例中，空腔為雙凸面的。部分反射器可為平坦的。空腔可進一步包括在部分反射器，例如50/50反射器之相對側上的一對四分之一波片（quarter-wave plate，QWP）。空腔亦可包括在部分反射器之相對側上的一對折射光學元件。每一折射光學元件可在折射光學元件之一側上支撐彎曲反射偏振器中之一者且在折射光學元件之另一側上支撐QWP中之一者。反射偏振器可為例如線性反射偏振器。QWP可由部分反射器支撐在該部分反射器之相對側上。光學構件亦可包括安置在空腔上游及/或下游之其他折射元件，以提供聚焦/散焦或成像功能。

根據本揭示內容，提供一種近眼顯示器（near-eye display，NED），該近眼顯示器包含：顯示面板，該顯示面板用於提供線性域中之影像；以及本揭示內容之光學構件，該光學構件用於在NED之動眼框（eyebox）處將線性域中之影像轉換成角域中之影像。

根據本揭示內容，進一步提供一種偏移至角度光學構件，該偏移至角度光學構件包含：實質上對稱的空腔，該實質上對稱的空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及在空腔之中間中的50/50部分反射器，該部分反射器將空腔分離成實質上相同的第一及第二部分。反射偏振器可為線性反射偏振器，並且第一及第二部分中之每一者可包括四分之一波片。

現參考圖1，光學元件100可用作近眼顯示器中之目視透鏡。光學元件100包括藉由第一反射偏振器111及第二反射偏振器112形成之空腔102。部分反射器104安置在空腔102中。部分反射器104可與空腔102之第一反射偏振器111及第二反射偏振器112等距間隔開。部分反射器104***入射光束106以沿著第一光學路徑107A及第二光學路徑107B傳播。第一光學路徑107A及第二光學路徑107B在光學構件100之出射光瞳150處終止。第一光學路徑107A及第二光學路徑107B中之每一者包括來自第一反射偏振器111及第二反射偏振器102中之一者的反射，以及穿過第一反射偏振器111及第二反射偏振器102中之另一者的透射，將在下文進一步更詳細地解釋。

在圖1中所展示之具體實例中，空腔102為實質上對稱的。在一些具體實例中，空腔102可為非對稱的，但第一光學路徑107A及第二光學路徑107B仍具有實質上相同的光學（即聚焦/散焦）能力。在非對稱空腔中，部分反射器104可為不平坦的，並且可能與第一反射偏振器111及第二反射偏振器112不等距。

第一反射偏振器111及第二反射偏振器112可為線性反射偏振器。空腔102可進一步包括在部分反射器104之相對側上的第一四分之一波片（QWP）121及第二QWP 122，即其中部分反射器104安置在空腔102中之第一QWP 121與第二QWP 122之間。在各種具體實例中，第一QWP 121及第二QWP 122可由部分反射器104支撐，可與部分反射器104間隔開，及/或可由一些其他光學元件支撐。

在操作中，由顯示面板108發射之光106在圖1之平面中經線性偏振，如由垂直箭頭109指示。此偏振方向在下文被稱作垂直偏振。光106沿著第一光學路徑107A及第二光學路徑107B傳播，該第一光學路徑及該第二光學路徑為平行路徑，其意義在於光106同時且不依序沿著他們兩者傳播。為了清楚起見，第一光學路徑107A及第二光學路徑107B經展示為彼此偏移。

在第一光學路徑107A上，光106傳播穿過經定向以傳播垂直偏振光之第一反射偏振器111，並且穿過第一QWP 121，變成經右圓偏振，如由向右彎曲之箭頭113指示。接著，光106傳播穿過部分反射器104及第二QWP 122，再次變成經垂直偏振。穿過50/50反射器之傳播引發50%光損失。在垂直偏振狀態下，第二反射偏振器112反射光106以反向傳播穿過第二QWP 122。此時，光106再次經右圓偏振。接著，光106自部分反射器104反射，引發另外50%光損失，總共75%光損失。而且，在反射時，圓偏振光106之手慣用性反向成由向左彎曲之箭頭115指示的左側偏振。左圓偏振光106再次傳播穿過第二QWP 122，變成垂直於圖1之平面而偏振，如藉由水平箭頭117指示。在下文中，此類偏振方向將被稱作水平偏振。水平偏振光106傳播穿過第二反射偏振器112。

在第二光學路徑107B上，光106傳播穿過經定向以傳播垂直偏振光之第一反射偏振器111，以及第一QWP 121，變成經右圓偏振。接著，光106由部分反射器104反射，並且變成經左圓偏振。左圓偏振光106再次傳播穿過第一QWP 121，變成經水平偏振。由50/50反射器進行之反射引發50%光損失。在水平偏振狀態下，第一反射偏振器111反射光106以反向傳播穿過第一QWP 121。此時，光106再次經左圓偏振。接著，光106傳播穿過部分反射器104，引發另外50%光損失，總共75%光損失。左圓偏振光106傳播穿過第二QWP 122，變成經水平偏振，如所指示。水平偏振光106傳播穿過第二反射偏振器112。兩個光學路徑總計為入射光之50%，比常規餅狀透鏡大2倍。應注意，偏振之垂直及水平定向僅意謂作為非限制性實例。此外，即使第一反射偏振器111及第二反射偏振器112說明為具有透射軸之相互垂直定向的線性反射偏振器，具有其他類型之偏振器及/或線性反射偏振器之透射軸之其他定向的配置亦為可能的。舉例言之，第一反射偏振器111及第二反射偏振器112之透射軸可彼此平行，其中第一QWP 121及/或第二QWP 122之定向相應地改變以提供第一光學路徑107A及第二光學路徑107B。

對於具有光功率，即聚焦或散焦能力之光學構件100，第一反射偏振器111及第二反射偏振器112可為彎曲的。參考圖2A及圖2B，對於非限制性實例，第一反射偏振器111及第二反射偏振器112向外彎曲且同軸安置，使得空腔102為雙凸面的。在圖2A中說明第一光學路徑107A，並且在圖2B中說明第二光學路徑107B。在此等圖中之每一者上，說明由顯示面板108之第一像素201發射之軸上光束211以及由顯示面板108之第二像素202發射之離軸光束212的光學路徑。

在圖2A及圖2B之具體實例中，空腔102包括在部分反射器104之相對側上的一對折射光學元件231、232。折射光學元件231、232為對稱平凸單態透鏡，其中其外表面支撐第一反射偏振器111及第二反射偏振器112。QWP 121、122可由部分反射器104支撐，及/或可安置在平凸單態透鏡231、232之平坦表面上。

空腔102可為實質上對稱的。本文中，術語「實質上」意謂空腔102可包括具有折射光學元件231、232的對稱安置之元件，這些折射光學元件設計相同，但按常規光學機械公差製造，使得形狀可稍微不同，此有助於減少出射光瞳150處的沿著第一光學路徑107A及第二光學路徑107B傳播的光106之部分之間的非所需光學干涉。在此實例中，空腔102為雙凸面的，並且部分反射器104為平坦部分反射器，例如50/50反射器，其反射與其透射相同量之光；亦即，經透射光及經反射光之每單位時間光能量相同。

實質上對稱的空腔102可藉由該對間隔開之同軸彎曲第一反射偏振器111及第二反射偏振器112，例如線性反射偏振器形成。在圖2A及圖2B中所展示之具體實例中，部分反射器104可安置在空腔102之中間中，從而將空腔102分離成兩個實質上相同之部分，每一部分包括QWP 121、122中之一者，以及折射光學元件231、232中之一者。

光學構件100可進一步包括在空腔102上游之第一折射光學元件241，以及在空腔102下游之第二折射光學元件242。第一折射光學元件241及第二折射光學元件242兩者在空腔102外部。圖2A及圖2B之第一折射光學元件241及第二折射光學元件242為平凸單態透鏡，其中凹半徑與對應折射光學元件231、232之凸半徑匹配。應注意，第一外部折射光學元件241及第二外部折射光學元件242無需相對於彼此對稱，即其可為不同光學元件，或其中之一者或兩者可完全省略。

在圖3A及圖3B中說明具有及不具有外部折射元件之光學構件組態。參考圖3A，光學構件300A為圖1、圖2A及圖2B之光學構件100之變型，並且包括關於空腔102之類似元件。圖3A之光學構件300A進一步包括具有非球面彎月形狀之第一外部折射光學元件341，以及具有球面彎月形狀之第二外部折射光學元件342。在圖3B中，光學構件300B為圖1、圖2A及圖2B之光學構件100之變型，並且包括關於空腔102之類似元件。光學構件300B不具有任何外部透鏡元件，所有聚焦皆由空腔102中之光學元件執行。

參考圖4，更詳細地展示空腔102。空腔102實質上關於對稱平面402對稱。空腔102為雙凸面的，其中反射偏振器111及112概括雙凸面形狀且具有關於光學構件100之光軸403旋轉對稱的彎曲表面。部分反射器104為安置在空腔102之中間中的平坦50/50反射器，如沿著光軸403所量測。部分反射器104安置在對稱平面402中。因此，對稱平面402將空腔102分成具有實質上相同的大小及形狀之兩個半部431及432。空腔102包括在部分反射器104之相對側上的該對折射元件231及232。折射光學元件231、232中之每一者在折射光學元件231、232之一側上支撐彎曲反射偏振器111、112中之一者，並且在折射光學元件231、232之另一側上支撐QWP 121、122中之一者。換言之，半部431及432中之每一者包括在一側上支撐彎曲反射偏振器111、112中之一者且在另一側上支撐QWP 121、122中之一者的折射光學元件231、232中之一者。

參考圖5，近眼顯示器（NED）500包括顯示面板508，該顯示面板光學耦接至圖1及圖2A、圖2B之光學構件100，或本文中考慮之其任何變型。顯示面板508配置以提供線性域中之影像，亦即，影像之個別像素由顯示面板508之個別像素的列數目及行數目表示的影像。在圖5中展示三個此類顯示面板像素，第一像素501、第二像素502及第三像素503。第二像素502為軸上像素，即第二像素502安置在光學構件100之光軸403上，而第一像素501及第三像素503為遠離光軸403安置之離軸像素。

光學構件100配置以在NED 500之動眼框512處將線性域中之影像轉換成角域中之影像以供使用者眼睛（圖中未示）直接觀測。本文中，術語「角域中之影像」係指影像之個別像素由準直光束之在動眼框512處之角度表示的影像。舉例言之，第一像素501發射藉由光學構件100準直成第一準直光束571之第一發散光錐561，該第一準直光束在NED 500之安置在動眼框512中之出射光瞳550處具有傾斜入射角。第二像素502發射藉由光學構件100準直成第二準直光束572之第二發散光錐562，該第二準直光束在出射光瞳550處具有零（或法向）入射角。最終，第三像素503發射藉由光學構件100準直成第三準直光束573之第三發散光錐563，該第三準直光束在出射光瞳550處具有與第一準直光束571相反的符號之傾斜入射角。換言之，光學構件100作為將光學構件100上游之發散光束的偏移轉換成光學構件100下游之準直光束的角度的偏移至角度元件操作。

NED 500之光學構件100包括：空腔102（例如，圖1），該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器111、112形成；以及在空腔102中之部分反射器104，該部分反射器與反射偏振器111、112等距間隔開，以用於***入射光束106以沿著在動眼框512（圖5）中之出射光瞳550處終止的兩個光學路徑107A、107B傳播。每一光學路徑107A、107B（圖1）包括來自反射偏振器111、112中之一者的反射，以及穿過反射偏振器111、112中之另一者的透射。

為了避免由於光學構件100（圖1）之第一光學路徑107A及第二光學路徑107B之未對準而引起的角域中之影像之重影，第一反射偏振器111及第二反射偏振器112及/或他們的支撐光學器件可能需要相對於彼此主動對準。返回參考圖4，對於非限制性說明性實例，支撐第一反射偏振器111之左側折射光學元件231可接合至左QWP 121及部分反射器104，而右側折射光學元件232可分開固持，其中右QWP 122視情況經層壓或接合。薄液體環氧樹脂層可提供在這兩個子總成之間。可主動監測子總成之間的對準，例如藉由使用穿過第一反射偏振器111及第二反射偏振器112之攝影機成像，或藉由光學干擾儀。子總成可相對於彼此傾斜/斜置，直至光學路徑完全匹配，如藉由干涉圖案及/或由攝影機偵測到之測試影像所判定。當滿足此條件時，藉由UV光固化環氧樹脂，從而將兩個子總成之間的相對角度固定在防止雙重成像之位置處。

參考圖6，近眼顯示器600包括具有一副眼鏡之外觀尺寸之框架601。對於每一眼睛，框架601支撐：電子顯示面板608、光學耦接至電子顯示面板608之目視透鏡610、眼睛追蹤攝影機604及複數個照明器606。目視透鏡610可包括本文中所揭示之光學元件中之任一者，這些光學元件例如圖1及圖2A、圖2B之光學元件100、圖3A之光學元件300A以及圖3B之光學元件300B。照明器606可由目視透鏡610支撐以照明動眼框650。電子顯示面板608提供線性域中之影像，該影像由目視透鏡610轉換成角域中之影像以供使用者眼睛在動眼框650處觀測。

眼睛追蹤攝影機604之目的為判定使用者之兩個眼睛之位置及/或定向。一旦已知使用者眼睛之位置及定向，即可判定凝視會聚距離及方向。可動態地調整由顯示面板608顯示之影像以考慮使用者凝視，以用於使用者浸沒至所顯示擴增實境景物中之較佳保真度，及/或提供與擴增實境互動之特定功能。目視透鏡610之焦距可經調諧以減輕輻輳調節衝突（vergence-accommodation conflict），從而減少近眼顯示器600之使用者的疲勞及頭痛。在操作中，照明器606在對應動眼框650處照明眼睛，以使得眼睛追蹤攝影機604能夠獲得眼睛之影像，以及提供反射，即閃光。閃光可充當所捕獲眼睛影像中之參考點，從而藉由判定眼睛光瞳影像相對於閃光影像之位置來促進眼睛凝視方向判定。為了避免藉由照明光使得使用者分散注意力，後者可製成對使用者不可見。舉例言之，紅外光可用於照明動眼框650。

轉向圖7，HMD 700為AR/VR可佩戴顯示系統之實例，為了較大程度浸沒至AR/VR環境中，該AR/VR可佩戴顯示系統圍封使用者面部。HMD 700之功能可為產生全部虛擬3D影像。HMD 700可包括前主體702及帶704。前主體702配置以用於以可靠且舒適方式置放在使用者之眼睛的前方，並且帶704可經拉伸以將前主體702緊固在使用者頭部上。顯示系統780可安置在前主體702中以用於向使用者呈現AR/VR成像。顯示系統780可包括本文中所揭示之光學元件中之任一者，並且可包括圖5之一副NED 500，這些光學元件例如圖1及圖2A、圖2B之光學元件100、圖3A之光學元件300A以及圖3B之光學元件300B。前主體702之側面706可為不透明或透明的。

在一些具體實例中，前主體702包括用於追蹤HMD 700之加速度的***708及慣性量測單元（inertial measurement unit，IMU）710，以及用於追蹤HMD 700之位置的位置感測器712。IMU 710為基於自位置感測器712中之一或多者接收到之量測信號而產生指示HMD 700之位置之資料的電子裝置，這些位置感測器回應於HMD 700之運動而產生一或多個量測信號。位置感測器712之實例包括：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力計、偵測運動之另一合適類型的感測器、用於IMU 710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712可位於IMU 710外部、IMU 710內部或其某一組合。

***708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 700之位置及定向。由IMU 710及位置感測器712產生之資訊可與藉由追蹤***708獲得之位置及定向進行比較，以用於改良HMD 700之位置及定向之追蹤準確度。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為至關重要的。

HMD 700可進一步包括深度攝影機總成（depth camera assembly，DCA）711，該深度攝影機總成捕獲描述環繞HMD 700中之一些或全部的局部區域之深度資訊的資料。為了在3D空間中判定HMD 700之位置及定向之較佳準確度，深度資訊可與來自IMU 710之資訊進行比較。

HMD 700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714。眼睛之所獲得位置及定向亦允許HMD 700判定使用者之凝視方向且相應地調整由顯示系統780產生之影像。在一個具體實例中，判定輻輳，亦即，使用者眼睛凝視之收斂角。經判定凝視方向及輻輳角度可用於調整顯示系統780之透鏡的焦距以減少輻輳調節衝突。方向及輻輳亦可用於取決於視角及眼睛位置而即時補償視覺假影。此外，經判定輻輳及凝視角度可用於與使用者互動、突出物件、將物件帶到前景、產生額外物件或指標等。音訊系統亦可提供包括例如建置至前主體702中之較小揚聲器集。

本揭示內容之具體實例可包括人工實境系統，或可結合人工實境系統實施。人工實境系統在向使用者展示之前以某一方式調整經由感測獲得之關於外部世界之感官資訊，諸如視覺資訊、音訊、接觸（體感）資訊、加速度、平衡等。藉助於非限制性實例，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產生內容或與所捕獲（例如，真實世界）內容組合之所產生內容。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個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創建內容及/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、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在各種平台上，包括可佩戴顯示器，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。

本揭示內容之範圍不受本文中所描述之特定具體實例限制。實際上，其他各種具體實例及修改，除本文中所描述之彼等之外，將自前述描述及附圖對於所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見。因此，此類其他具體實例及修改意欲屬於本揭示內容之範圍內。此外，雖然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揭示內容，但所屬領域中具有通常知識者將認識到，其有效性不限於此，並且本揭示內容可出於任何數目個目的有益地實施在任何數目個環境中。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揭示內容之全部範圍及精神來解釋。

100:光學元件/光學構件 102:空腔 104:部分反射器 106:入射光束/光/圓偏振光/左圓偏振光/水平偏振光 107A:第一光學路徑/光學路徑 107B:第二光學路徑/光學路徑 108:顯示面板 109:垂直箭頭 111:第一反射偏振器/反射偏振器 112:第二反射偏振器/反射偏振器 113:箭頭 115:箭頭 117:水平箭頭 121:第一四分之一波片/四分之一波片/左四分之一波片 122:第二四分之一波片/四分之一波片/右四分之一波片 150:出射光瞳 201:第一像素 202:第二像素 211:軸上光束 212:離軸光束 231:折射光學元件/平凸單態透鏡/折射元件/左側折射光學元件 232:折射光學元件/平凸單態透鏡/折射元件/右側折射光學元件 241:第一折射光學元件/第一外部折射光學元件 242:第二折射光學元件/第二外部折射光學元件 300A:光學構件/光學元件 300B:光學構件/光學元件 341:第一外部折射光學元件 342:第二外部折射光學元件 402:對稱平面 403:光軸 431:半部 432:半部 500:近眼顯示器 501:第一像素 502:第二像素 503:第三像素 508:顯示面板 512:動眼框 550:出射光瞳 561:第一發散光錐 562:第二發散光錐 563:第三發散光錐 571:第一準直光束 572:第二準直光束 573:第三準直光束 600:近眼顯示器 601:框架 604:眼睛追蹤攝影機 606:照明器 608:電子顯示面板/顯示面板 610:目視透鏡 650:動眼框 700:HMD 702:前主體 704:帶 706:側面 708:*** 710:慣性量測單元 711:深度攝影機總成 712:位置感測器 714:眼睛追蹤系統 780:顯示系統

將結合圖式描述例示性具體實例，其中：

[圖1]為可用作近眼顯示裝置中之目視透鏡的本揭示內容之光學構件的示意圖；

[圖2A]及[圖2B]為圖1之光學構件之具體實例中的光學路徑之光線追蹤圖；

[圖3A]及[圖3B]為圖1之光學構件之另外具體實例的光線追蹤圖；

[圖4]為圖2A及圖2B之光學構件之對稱空腔的放大側橫截面視圖；

[圖5]為包括圖1至圖4之光學構件的近眼顯示器之示意圖，該光學構件用作近眼顯示器之偏移至角度構件或目視透鏡；

[圖6]為具有一副眼鏡之外觀尺寸的本揭示內容之近眼顯示器的俯視圖；以及

[圖7]為本揭示內容之頭戴式顯示器之實例的三維視圖。

100:光學元件/光學構件

102:空腔

104:部分反射器

106:入射光束/光/圓偏振光/左圓偏振光/水平偏振光

107A:第一光學路徑/光學路徑

107B:第二光學路徑/光學路徑

108:顯示面板

109:垂直箭頭

111:第一反射偏振器/反射偏振器

112:第二反射偏振器/反射偏振器

113:箭頭

115:箭頭

117:水平箭頭

121:第一四分之一波片/四分之一波片/左四分之一波片

122:第二四分之一波片/四分之一波片/右四分之一波片

150:出射光瞳

Claims (20)

1. 一種光學構件，其包含： 空腔，該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及 該空腔中之部分反射器，該部分反射器用於***入射光束以沿著在該光學構件之出射光瞳處終止的兩個光學路徑傳播，每一光學路徑包括來自這些反射偏振器中之一者的反射及穿過這些反射偏振器中之另一者的透射。
2. 如請求項1之光學構件，其中該空腔為實質上對稱的，並且其中該部分反射器與該空腔之這些反射偏振器等距間隔開。
3. 如請求項2之光學構件，其中該空腔為雙凸面的。
4. 如請求項2之光學構件，其中該部分反射器為平坦的。
5. 如請求項2之光學構件，其中該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。
6. 如請求項1之光學構件，其中該部分反射器為50/50反射器。
7. 如請求項1之光學構件，其中該空腔包含在該部分反射器之相對側上的一對折射光學元件。
8. 如請求項1之光學構件，其中這些反射偏振器為線性反射偏振器。
9. 如請求項1之光學構件，其中： 該空腔為實質上對稱的及雙凸面的； 該部分反射器為平坦的；並且 該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。
10. 如請求項9之光學構件，其中： 該空腔包含在該部分反射器之相對側上的一對折射光學元件，每一折射光學元件在該折射光學元件之一側上支撐這些彎曲反射偏振器中之一者且在該折射光學元件之另一側上支撐這些四分之一波片中之一者。
11. 如請求項10之光學構件，其中這些四分之一波片由該部分反射器支撐在該部分反射器之相對側上。
12. 如請求項1之光學構件，其進一步包含在該空腔上游之折射光學元件。
13. 如請求項1之光學構件，其進一步包含在該空腔下游之折射光學元件。
14. 一種近眼顯示器（NED），其包含： 顯示面板，該顯示面板用於提供線性域中之影像；以及 光學構件，該光學構件用於在該近眼顯示器之動眼框處將線性域中之該影像轉換成角域中之影像，該光學構件包含： 空腔，該空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及 該空腔中之部分反射器，該部分反射器用於***入射光束以沿著在該動眼框處終止處終止的兩個光學路徑傳播，每一光學路徑包括來自這些反射偏振器中之一者的反射及穿過這些反射偏振器中之另一者的透射。
15. 如請求項14之近眼顯示器，其中該空腔為實質上對稱的，並且其中該部分反射器與該空腔之這些反射偏振器等距間隔開。
16. 如請求項15之近眼顯示器，其中該空腔為雙凸面的。
17. 如請求項15之近眼顯示器，其中該部分反射器為平坦的。
18. 如請求項15之近眼顯示器，其中該空腔進一步包含在該部分反射器之相對側上的一對四分之一波片（QWP）。
19. 一種偏移至角度光學構件，其包含： 實質上對稱的空腔，該實質上對稱的空腔藉由一對間隔開之同軸彎曲反射偏振器形成；以及 在該空腔之中間中的50/50部分反射器，該部分反射器將該空腔分離成實質上相同的第一及第二部分。
20. 如請求項19之偏移至角度光學構件，其中： 這些反射偏振器為線性反射偏振器；並且 這些第一及第二部分中之每一者包含四分之一波片。

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