TW201732369A - 用於擴增近眼可穿戴顯示器之系統及方法 - Google Patents

用於擴增近眼可穿戴顯示器之系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供可穿戴擴增實境顯示系統。一或複數個發射顯示元件嵌入於一眼鏡框之橋接區中。鏡片具有一組透射式繞射光學元件及部分反射式繞射光學元件。將顯示輸出導引向鏡片元件，藉此繞射元件繼而將輸出導引向觀看者之眼眶。

Description

用於擴增近眼可穿戴顯示器之系統及方法
本發明之一態樣大體上係關於可穿戴電子設備，且更特定言之，本發明之一態樣係關於一種擴增實境(AR)近眼可穿戴顯示器。
可穿戴光學電子設備變得常用作為積體電路，且顯示器大小及相關成本向下成比例調整。可穿戴光學電子設備具有廣泛商業、軍事、消費型應用。習知近眼可穿戴顯示器解決方案通常使用笨重低解析度方法且不考量使用者舒適性或美觀。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2015年12月18日申請之美國臨時專利申請案第62/269,510號之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。 現將參考附圖來解釋若干實施例。只要態樣未被明確界定，則本發明之範疇並不僅受限於僅用於繪示之展示部分。此外，儘管已闡述諸多細節，但應瞭解，一些實施例可在無此等細節的情況下加以實踐。在其他例項中，未詳細展示熟知之電路、結構及技術以免使[實施方式]難以理解。 本文之發明者已認識到需要具有一小外觀尺寸且非常適合用於(例如)美觀消費型眼鏡框中之一高解析度、擴增實境近眼可穿戴顯示器。本文所描述之實施例提供此一擴增實境近眼可穿戴顯示器。 本文之實施例可包括可嵌入於一普通眼鏡框之橋接段或鏡框中之一或複數個發射顯示元件(本文中指稱成像器或光調變器)。本文所描述之實施例之一或若干鏡片可包括透射式繞射光學元件(TDOE)及部分反射式繞射光學元件(RDOE)。將顯示輸出導引向鏡片元件，藉此繞射元件繼而將輸出導引向觀看者之眼眶。 在一實施例中，揭示一種近眼可穿戴顯示器，其可經組態為具有提供一擴增實境(AR)顯示系統之能力的一組普通(或典型)消費型眼鏡(本文中指稱一AR可穿戴顯示器)。在一實施例中，眼鏡具有一曲面觀看鏡片。 在一實施例中，所揭示之AR可穿戴顯示器使用嵌入於一組規則(或典型)眼鏡之鏡框框架內之一或多個發射微像素光調變器，藉此微像素光調變器係包括成串之獨立定址、全色發射微像素及經組態以驅動該發射微像素陣列之電子電路(其等全部完全整合至具有足夠小之體積來嵌入於眼鏡框內之一單一半導體晶片或封裝中)的一光電半導體裝置。 特別應注意，本文之實施例不受限於使用上述光調變發射顯示元件，而具有適合電及光學特性之電子顯示元件之任何樣式(諸如一OLED或類似顯示元件)可被使用且仍落於本文所揭示之實施例之任何請求項之精神及範疇內。 在一實例性實施例中，嵌入於AR可穿戴顯示器眼鏡之鏡框內之發射微像素光調變器裝置可基於量子光子成像器(Quantum Photonic Imager)或「QPI®」成像器。「QPI®」係Ostendo Technologies, Inc.之註冊商標。參閱H. El-Ghoroury等人於2010年3月19日申請之美國專利第8,049,231號，此係具有整合至一高解析度GaN-GaAs分層像素陣列之背板中之電力及邏輯電路且具有直接整合於像素堆疊之頂部上之微光學器件層的一微發射固態發光結構技術。此形式之成像器產生佔用一很小體積之一高功效顯示器。 適合與本文所描述之實施例一起使用之實例性QPI成像器(微發射固態發光顯示元件)包含(但不限於)美國專利第7,623,560號、第7,829,902號、第8,567,960號、第7,767,479號、第8,049,231號及第8,243,770號中所揭示之成像器，該等專利各以「Quantum Photonic Imagers and Methods of Fabrication Thereof」為名稱且讓與本文之申請者，該等專利之各者之全文以引用的方式併入本文中。 上文所提及之QPI成像器以包含所有必要顯示器驅動電路之一單一發射顯示裝置之高亮度、極快光多色強度及空間調變能力為特徵。在本文所描述之實施例之內文中，術語「成像器」及「光調變器裝置」意欲涵蓋包括成串之發射微尺度固態發光(SSL)像素的一光電裝置。此一裝置之SSL發光像素可為一發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)或任何固態發光結構，其接通-切斷狀態由含於一CMOS電路(其上形成或接合發射微尺度像素陣列)內之驅動電路控制。 一QPI成像器之發射微尺度像素陣列內之像素透過其驅動CMOS電路來在空間上、色度上及時間上個別定址以使一QPI成像器能夠發射可經空間、色度及時間調變之光。由一QPI發射之多個色彩有益地共用相同像素孔隙。QPI成像器像素發射具有自±5°至±45°之範圍內之一發散角的準直(或非Lamberitain(非漫射))光。組成一QPI成像器之發射陣列的像素之大小通常在約5微米至約20微米之範圍內，其中裝置之典型發射表面積係在約15平方毫米至約150平方毫米之範圍內。一QPI成像器可經設計有介於其發射像素陣列與該成像器之實體邊緣之間之一最小間隙以容許鋪設大量QPI成像器來產生任意大小之顯示面積。 歸因於投影所涉及之較小距離(投射)，使用一QPI成像器之一投影顯示器可在無需要大量電力之情況下非常明亮。鑑於非線性投影表面及投射而特意設計上文所列出之美國專利之一QPI成像器之微光學器件及聚焦模組。當然，儘管QPI成像器可理想地用作為成像器或光調變器或用於成像器或光調變器中，但本文之實施例不限於此，而是可根據需要使用其他成像器作為本發明之成像器或光調變器或將其他成像器用於本發明之成像器或光調變器中。 如圖1中所繪示，至少兩個發射微像素光調變器裝置110a及110b可嵌入於一眼鏡框100之橋接段內，兩側各具有至少一裝置且各裝置經定位使得其發射孔隙光軸被導引向其各自側中之眼鏡片120a及120b。 光調變器裝置之各者之發射孔隙可包含一「光罩」，其有助於將微像素光調變器之光軸導引向其各自側中之眼鏡片，同時使發射微像素光調變器裝置保持完全嵌入於眼鏡橋接段之容積封套內。在一實施例中，與光調變器裝置之各者相關聯之光罩係容積緊湊的，從而容許光調變器裝置及其光罩完全嵌入於眼鏡橋接段之容積封套內。在一實施例中，為達成使光調變器裝置能夠完全嵌入於眼鏡橋接段之容積封套內之容積效率，可提供光罩作為一透射式繞射光學元件(本文之「TDOE」)。可藉由將光調變器裝置與繞射光學元件組合之本文所論述之配置來提供包括具有一曲面鏡片之眼鏡之一擴增可穿戴顯示器。因此，可提供一近臉裝配眼鏡框作為一擴增近眼裝置。圖2A及圖2B之實例中繪示具有一TDOE光罩之眼鏡框之一實例。 轉至圖2A及圖2B之實施例，類似於眼鏡框100，眼鏡框200包含一光學鏡片220及一光調變器裝置210。在圖2A及圖2B之實施例中，光調變器裝置210之發射孔隙包含有助於將光調變器210之光軸導引向眼鏡片220之TDOE光罩215。一TDOE元件260沈積於面向眼球230之鏡片220之表面上。自光調變器210發射之光由光罩215導引向TDOE元件260且接著由嵌入於面向周圍場景之鏡片220之表面中之反射式繞射光學元件(RDOE) 250部分反射。RDOE元件250將發射光反射向眼球230之瞳孔且將發射光聚焦於眼睛視網膜上。圖6展示根據一實例性實施例之一光線軌跡，其繪示由穿戴眼鏡框600之AR近眼顯示器觀看者感知之一成形虛像610之位置。例如，眼鏡框600可為圖1中所展示之眼鏡框100或圖2A及圖2B中所展示之眼鏡框200。 如圖2A及圖2B之實施例中所繪示，一TDOE光罩(諸如光罩215)與光調變器裝置210之各者(例如110a、110b)相關聯。TDOE光罩215可經組態以沿所要角方向映射各自陣列中之光調變器裝置210之像素之各者之主光線，使得自光調變器裝置像素發射之光之主光線在反射離開鏡片220之後穿過眼球230之中心以因此達成舒適觀看所需之一瞳孔匹配功能。因此，自光調變器裝置像素之各者發射之光可導向至瞳孔。圖2A及圖2B中所繪示之光線可表示可見光譜中之各種色彩。 另外，可期望與光調變器裝置(例如210)之各者相關聯之所描述之TDOE光罩215沿所要方向映射自光調變器裝置像素之各者發射之光之主光線，使得投射至眼睛視網膜上之一虛像之失真被完全校正(就光學失真及像差而言)。 應注意，在其他實施例中，TDOE光罩215可為選用的。例如，在其中來自各光調變器裝置像素之光錐較大且亮度衰減之程度係可接受的情形中，可省略TDOE光罩215。 可使用一表面浮雕或體積浮雕奈米壓印技術來實現與光調變器裝置210之各者相關聯之TDOE光罩215。在一實施例中，可使用一光微影程序來實現TDOE薄膜。在一實施例中，TDOE光罩可具有10微米至30微米範圍內之一厚度(例如10微米、13微米、15微米、20微米或30微米)。在一實施例中，TDOE光罩可為一布拉格(Bragg)光柵(例如光纖布拉格光柵)。在一實施例中，TDOE包括一體積全像光柵。在一實施例中，光柵包括直線。在一實施例中，光柵係非直線的。在一實施例中，由光柵產生之表面並非為一平坦表面。例如，光柵可由高階多項式組成。在一實施例中，光柵係非均勻的且係分級的。例如，光柵可受侷限及/或任意的，形狀由眼鏡片之曲率及近眼之視域限定。在一實施例中，光柵之頂部及底部係對稱的。在一實施例中，光柵線在鏡片之觀看表面上係不連續的(例如，不均勻的)。在一實施例中，TDOE未覆蓋眼鏡片之整個表面。在一實施例中，光柵線可不橫穿整個光學影像。 如至少圖1、圖2A、圖2B及圖9中所繪示，眼鏡(例如100、200)之鏡框及鏡片可與人之前額之曲率一致且具有足夠曲率以允許自光調變器裝置像素透過光罩發射之光之主光線與眼鏡之曲面鏡片在實質上位於人眼之瞳孔之軸上之預定位置處相交。在圖2A及圖2B之實施例中，自光調變器裝置210之像素透過TDOE光罩215發射之光線入射於眼鏡框200之曲面鏡片上且被反射向近眼顯示器200 (其名義上併入近眼顯示器穿戴者之眼睛瞳孔)之觀看眼眶。 如圖2A及圖2B之光線軌跡中所進一步繪示，在一實施例中，近眼顯示器之眼眶之直徑240可具有約16 mm之直徑，其足以容納顯示器穿戴者之瞳孔之標稱位置+眼睛掃視(即，眼睛瞳孔使焦點自一點改變至另一點時之眼睛瞳孔移動)之一邊距。圖7係根據一實例性實施例之眼鏡框200之一前視圖，其展示由AR近眼顯示器形成之一對眼眶730a、730b相對於眼鏡框200之近似大小及位置。 圖3描繪包含兩個成像器之一實施例之一俯視圖，其中成像器310a及310b之各者嵌入於眼鏡框300之橋接段之一部分中。眼鏡框300可類似於眼鏡框100或眼鏡框200。圖4描繪此實施例之一側視圖，其中成像器310之各者(個別地，310a及310b)嵌入於眼鏡框300之橋接段之一部分中。圖5展示根據一實施例之嵌入於一眼鏡框(其可類似於眼鏡框100、200或300)之橋接部分中之兩個成像器510a、510b及導引至一觀看者之眼眶520a、520b中之光之光線軌跡的一詳圖。 圖8繪示重新導引向AR近眼顯示器鏡片820 (其在面向觀看者之眼球之表面上具有一TDOE層830)之由成像器810發射之光之一光線軌跡。接著，發射光由嵌入於鏡片820內之一RDOE層840反射向觀看者眼眶。圖8中所繪示之光線850 (個別地，850a、850b、850c)之光束可表示可見光譜中之各種色彩。 在一實施例中，鏡片820、光調變器裝置810、TDOE 830及RDOE 840經組態使得彩色光線(850a、850b、850c)之各光束實質上交會於相同點處(如圖8所展示)，使得眼睛可看見一增大視域。在圖8之實施例中，假定：光調變器810之像素之發射角係水平的，使得一TDOE光罩(如圖2A及圖2B中所繪示)係不必要的。 圖8繪示與眼鏡片820互動且返回至眼睛之自光調變器裝置810發射之光之一成像路徑。圖8中未展示自周圍環境透射穿過眼鏡片之前面而進入眼睛之光。為對此進行補償，在一實施例中，除上文所論述之TDOE光罩830之外，眼鏡框亦具有提供於眼鏡片820之外表面(即，面向周圍環境之眼鏡片之表面)上之另一TDOE。此第二TDOE可為一第一TDOE 830之一光學互補件。例如，第二TDOE可具有與第一TDOE 830之斜度及方向相反之一斜度及方向。據此，第二TDOE可抵消透過鏡片透射之光之光學效應。 再次參考圖2A及圖2B，在一實施例中，亦可判定眼球230相對於眼鏡框200之尺寸(例如角度、長度)。亦判定一眼眶之尺寸，其包含一直徑240。使此等尺寸與關於眼鏡框之橋接段上之光調變器裝置之位置及一選定影像放大率的資訊一起用於計算一視域。假定：由光調變器裝置發射之光線應被導引至眼球中且應被準直，考量光線之方向及太陽鏡表面。在一實施例中，使用前述準則來計算用於設計TDOE及RDOE之參數。在一實施例中，使用一最佳化演算法來計算參數。在一實施例中，追蹤涵蓋及取樣眼鏡片之觀看區域上之TDOE或RDOE之特徵的若干光線且計算各位置處之特徵。 在具有一16 mm眼眶之所描述之實例性實施例中，近眼顯示器之總視域(FOV)係約10度。然而，當眼眶大小減小至(例如) 8 mm時，近眼顯示器FOV增大至15度以上。應注意，一8 mm眼眶足以容納一顯示器穿戴者之眼睛瞳孔標稱位置+掃視範圍。 可藉由將一部分反射式繞射光學元件(RDOE)薄膜(在圖8之實例中由RDOE 840繪示且由在圖2A及圖2B之實例中RDOE 250繪示)嵌入於眼鏡之曲面鏡片內來實現近眼顯示器眼鏡之曲面鏡片之反射態樣。可藉由提供DOE作為一薄膜(其塗覆於眼鏡之曲面鏡片之一側上且接著進一步塗覆有一聚合物之一保護薄層)來實現將DOE嵌入至眼鏡之曲面鏡片中。在一實施例中，將RDOE薄膜提供於眼鏡之觀看鏡片之外表面(例如面向周圍環境或場景之鏡片之表面)上。 在一實施例中，嵌入於近眼顯示器之曲面鏡片內之RDOE薄膜具足夠透射性以使近眼顯示器穿戴者能夠透過近眼顯示器之曲面鏡片看見周圍環境，因此使本實施例之近眼顯示器成為具有擴增實境(AR)能力之一「光學透視(OST)」AR系統。在一實施例中，RDOE薄膜具部分反射性。在一實施例中，RDOE可具有30%之一反射率特性。在一實施例中，RDOE之反射率可在20%至60%之一範圍內。應注意，若RDOE之反射率特性過高，則由近眼顯示器穿戴者觀看周圍環境會受限制。然而，RDOE必須具有足以有效反射自光調變器裝置發射之光的一大反射率特性。因此，在一實施例中，實施為一體積光柵之RDOE可經建構使得其充當來自光調變器裝置之光路徑中之一高發射率組件，而實質上透射透視光路徑。此配置確保較高效率且幾乎不減小周圍場景亮度。 可使用一表面浮雕或體積浮雕奈米壓印技術來實現嵌入於近眼顯示器之曲面鏡片內之RDOE薄膜。在一實施例中，可使用一光微影程序來實現RDOE薄膜。在一實施例中，RDOE光罩可具有10微米至30微米範圍內之一厚度(例如10微米、13微米、15微米、20微米或30微米)。在一實施例中，RDOE光罩可為一布拉格光柵。在一實施例中，RDOE包括一體積全像光柵。在一實施例中，光柵包括直線。在一實施例中，光柵係非直線的。在一實施例中，由光柵產生之表面並非為一平坦表面。例如，光柵可由高階多項式組成。在一實施例中，光柵係非均勻的且係分級的。例如，光柵可受侷限及/或任意的，形狀由眼鏡片之曲率及近眼之視域限定。在一實施例中，光柵之頂部及底部係對稱的。在一實施例中，光柵線在鏡片之觀看表面上係不連續的(例如，不均勻的)。在一實施例中，RDOE未覆蓋近眼鏡片之整個表面。在一實施例中，光柵線可不橫穿整個光學影像。 除將自光調變器裝置發射之光導引向穿戴者之眼睛之外，嵌入於近眼顯示器之曲面鏡片內之RDOE薄膜可提供光學放大及傾斜像差校正以確保由近眼顯示器穿戴者感知之一完全校正虛像。 在一實施例中，近眼顯示器之奈米壓印TDOE層及RDOE層經設計以繞射寬頻光。在一實施例中，近眼顯示器之奈米壓印TDOE層及RDOE層經設計以繞射涵蓋可見光譜之寬頻光。 由DOE達成之繞射角通常係波長相依的且引起透射穿過與光調變器裝置之各者相關聯之TDOE光罩之光及由嵌入於近眼顯示器之曲面鏡片內之RDOE反射之光之色彩分離。可藉由使TDOE及RDOE各實現為經設計以繞射具有可見光譜之一子頻帶之光的多層來減輕此色彩分離。 本文之實施例之近眼顯示器之一新穎特徵使用TDOE及RDOE來補償彼此之色彩分離。在此色彩分離補償方法中，基於可見光譜之中間之波長(約550 nm波長)來設計TDOE及RDOE兩者；接著，TDOE之繞射軸經對準以與RDOE方向相反，因此引起低於550 nm之光之波長由TDOE沿一方向繞射，接著由RDOE反向繞射向550 nm光之相同角。具有高於550 nm之一波長之光發生一類似效應；首先，其由TDOE繞射於550 nm光之相反側上，接著由RDOE反向繞射向550 nm光之相同角。 本文之實施例之近眼顯示器之另一新穎特徵利用紅光源影像及藍光源影像之數位扭曲及縮放以使用光調變器裝置來進行數位校正，使得色彩分離被補償。 本文之實施例之AR近眼可穿戴顯示器進一步包括耦合至AR近眼可穿戴顯示器之鏡片之各者之輸入影像孔隙的至少一影像源(或成像器)，藉此各成像器能夠產生包括諸多多色像素且具有一光學輸出孔隙(其近似匹配AR近眼可穿戴顯示器之鏡片之輸入影像孔隙之面積及所需發散角)之一數位影像。 (若干)成像器光學耦合至AR近眼可穿戴顯示器之鏡片以能夠調變單視圖影像或多視圖光場影像。光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器足夠緊湊以在不引起會阻擋AR可穿戴顯示器觀看者之視域的一大突出之情況下耦合至鏡片。 在一實施例中，光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器在無需包括導致突出(其阻擋AR可穿戴顯示器觀看者之視域)之大體積光學元件的一光學介面(或中繼器)之情況下藉由屬於發射類型且能夠產生一影像(其近似匹配直接來自其發射表面之鏡片之輸入影像孔隙之面積及所需發散角)來達成必要緊湊性。 光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器可經組態以產生具有可數位控制於自約1流明至約15流明之一範圍內之一亮度的視訊影像。在一實施例中，光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器可經組態以產生具有可以最小電力消耗數位控制於自約1流明至約15流明之一範圍內之一亮度的視訊影像，其能夠將AR可穿戴顯示器實際整合於緊湊組態內。 成像器之可控亮度位準可用於能夠產生與AR可穿戴顯示器之操作模式匹配之適當亮度位準。光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器能夠產生可受數位控制之一影像大小及形狀(就經調變且耦合至鏡片輸入孔隙上之像素之數目及邊界而言)，藉此可控影像大小及形狀用於將具有一可變受控大小及形狀之一影像耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片之出射孔隙上。 在一實施例中，可藉由激發光調變器裝置來控制影像之亮度之均勻性。 轉至圖10及圖11，此等圖繪示其中兩個成像器1100a、1100b嵌入於橋接段之兩側處且兩個成像器1200a、1200b嵌入於AR近眼顯示器之臂總成中的一實施例。圖10及圖11亦展示由眼鏡片重新導引至AR近眼顯示器1000之兩個眼眶1300a、1300b中之自四個成像器產生之光之光線軌跡。 因此，光學耦合至AR可穿戴顯示器之鏡片的成像器可經組態為用於各鏡片之至少一成像器(如先前所描述)或耦合至各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個成像器，藉此各成像器耦合至鏡片孔隙之一不同區域。在涉及多個成像器之實施例中，可使用多個DOE特徵，例如，一個DOE可用於各成像器。此等DOE特徵可分佈為眼鏡片上之區，或其等可空間重疊或混合在一起。 在一實施例中，耦合至AR近眼可穿戴顯示器之各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個成像器(其中各成像器耦合至鏡片孔隙之一不同區域)及自該複數個成像器穿過鏡片子區域孔隙之光學路徑之使用引起自該等不同成像器發射之光自不同方向會聚於觀看者之眼睛瞳孔之各者上(其中該等成像器與各子區域相關聯)以調變一不同視角，因此使AR近眼可穿戴顯示器能夠顯示一多視圖光場。 耦合至AR近眼可穿戴顯示器之各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個多視圖光場成像器之使用能夠調變一光場，該光場將足夠數目個視圖提供至觀看者之瞳孔之各者(在一實施例中，每個瞳孔8個至12個視圖，其中至少6個視圖沿水平視差)，使得其實質上消除所謂之「輻輳調節衝突(VAC)」效應(其引起嚴重觀看者不適)且常見於先前技術之近眼自動立體顯示器中，因此使所揭示之AR近眼可穿戴顯示器成為一無VAC顯示器。 耦合至AR近眼可穿戴顯示器之各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個成像器之使用進一步實現藉由以下操作來增大顯示器解析度(就對觀看者顯示之像素之數目而言)：增加光學耦合至顯示器鏡片之各者之成像器之數目，例如，使用各具有500,000個10微米像素之兩個成像器來實現每個眼睛之1百萬像素；或減小成像器之像素大小，例如，每個眼睛使用具有相同於先前實例之實體大小但各具有1百萬個5微米像素之一個成像器來實現每個眼睛1百萬像素之相同顯示器解析度。 耦合至AR近眼可穿戴顯示器之各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個成像器之使用實現每眼高像素解析度之可用性以調變至觀看者之瞳孔之各者之足夠數目個視圖，從而可調變至觀看者之數位全像影像。 根據一實施例之AR近眼可穿戴顯示器可進一步包括每眼之至少一眼睛追蹤感測器，其中該眼睛追蹤感測器之輸出用於偵測觀看者眼睛之多個參數(其包含(但不限於)各眼睛之角位置(或視角)、虹膜直徑及兩個瞳孔之間之距離)。 根據一實施例之AR近眼可穿戴顯示器之眼睛追蹤感測器可為各經定位以使一個眼睛成像之一對微型攝影機。在一實施例中，AR近眼可穿戴顯示器之眼睛追蹤感測器可放置於不阻擋眼睛視域(FOV)之一位置(諸如眼鏡之橋接段)中。 根據一實施例之AR近眼可穿戴顯示器之眼睛追蹤感測器可經組態以偵測橫跨AR近眼可穿戴顯示器之多個顯示器子區域之亮度及色彩均勻性(藉此分析由眼睛追蹤感測器擷取之影像以判定顯示器子區域之各者之亮度及色彩，接著比較判定值)且偵測耦合至雙模式AR近眼可穿戴顯示器之各鏡片之多個輸入影像孔隙上之複數個成像器之亮度及/或色彩(其可根據橫跨整個顯示器孔隙之色彩及亮度來在一預定臨限值(例如10%)內調整均勻)。 一般技術者可在不背離本文所論述之實施例之精神及範疇之情況下作出諸多變更及修改。因此，應瞭解，已僅出於例示之目的而闡述所繪示之實施例，且所繪示之實施例不應被視為對由主張本申請案之優先權的任何後續申請案中之任何請求項界定之描述實施例具有限制性。 例如，儘管存在可在一特定組合中闡述此一請求項之元件的事實，但應清楚地瞭解，所揭示之實施例可包含上文中所揭示之更少、更多或不同元件之其他組合，即使其最初未在此等組合中被主張。 應瞭解，本說明書中用於描述各種實施例之用語不僅具有其通常所定義之含義，且包含通常所定義之含義之範疇外之本說明書之結構、材料或動作中之特殊定義。因此，若一元件在本說明書之內文中可被理解為包含一個以上含義，則其在後一請求項中之用法必須被理解為一般針對由本說明書及用語本身支援之所有可能含義。 因此，主張本申請案之優先權的任何後續申請案中之任何請求項之用語或元件之定義應被定義為不僅包含字面上闡述之元件之組合，且包含用於依實質上相同方式執行實質上相同功能以獲得實質上相同結果的所有等效結構、材料或動作。因此，就此而言，可預期，可在下文中使兩個或兩個以上元件等效替代此等請求項中之元件之任何者，或可使一單一元件替代此一請求項中之兩個或兩個以上元件。 儘管元件可在上文中描述為作用於特定組合中且甚至隨後本身被主張，但應清楚地瞭解，來自一主張組合之一或多個元件在一些情況中可自該組合刪去且此主張組合可針對一子組合或一子組合之變動。 自任何後續主張之標的之無實質變化(如由一般技術者所觀看，現在已知或後期設計)被明確預期為在此等請求項之範疇內係等效的。因此，一般技術者現在已知或後期知曉之明顯替代被界定於所定義元件之範疇內。 因此，應瞭解，任何本申請案之優先權的任何後續申請案中之任何請求項包含上文明確所繪示及描述之內容、概念等效之內容、明顯可替代之內容及基本上併入本文所揭示之實施例之基本理念的內容。
100‧‧‧眼鏡框
110a‧‧‧發射微像素光調變器裝置
110b‧‧‧發射微像素光調變器裝置
120a‧‧‧眼鏡片
120b‧‧‧眼鏡片
200‧‧‧眼鏡框/近眼顯示器
210‧‧‧光調變器裝置/光調變器
215‧‧‧光罩
220‧‧‧鏡片
230‧‧‧眼球
240‧‧‧眼眶直徑
250‧‧‧反射式繞射光學元件(RDOE)
260‧‧‧反射式繞射光學元件(TDOE)
300‧‧‧眼鏡框
310‧‧‧成像器
310a‧‧‧成像器
310b‧‧‧成像器
510a‧‧‧成像器
510b‧‧‧成像器
520a‧‧‧眼眶
520b‧‧‧眼眶
600‧‧‧眼鏡框
610‧‧‧成形虛像
730a‧‧‧眼眶
730b‧‧‧眼眶
810‧‧‧成像器/光調變器裝置/光調變器
820‧‧‧鏡片
830‧‧‧透射式繞射光學元件(TDOE)層/透射式繞射光學元件(TDOE)/透射式繞射光學元件(TDOE)光罩
840‧‧‧反射式繞射光學元件(RDOE)層/反射式繞射光學元件(RDOE)
850‧‧‧光線
850a‧‧‧光線
850b‧‧‧光線
850c‧‧‧光線
1000‧‧‧擴增實境(AR)近眼顯示器
1100a‧‧‧成像器
1100b‧‧‧成像器
1200a‧‧‧成像器
1200b‧‧‧成像器
1300a‧‧‧眼眶
1300b‧‧‧眼眶
附圖之圖式中依舉例而非限制之方式繪示本文之實施例，其中相同元件符號指示類似元件。應注意，在本發明中，本發明之「一」實施例未必係指相同實施例，而是意指至少一實施例。另外，為了簡明及減少圖之總數，一給定圖可用於繪示本發明之一個以上實施例之特徵，且一給定實施例無需具有該圖中之所有元件。 圖1係根據本文之一實施例之一等角後視圖，其用於解釋嵌入於近眼顯示器眼鏡橋接段之兩側處之兩個成像器或光調變器及用於解釋由眼鏡片重新導引至兩個眼眶中之自兩個成像器產生之光之光線軌跡。 圖2A及圖2B繪示根據本文之一實施例之光線軌跡，其用於解釋自近眼顯示器之一側處之成像器發射之光線由一透射式繞射光學元件(TDOE)導引向眼鏡片且接著由一部分反射式繞射光學元件(RDOE)反射向眼睛瞳孔而聚焦於眼睛視網膜上。 圖3係AR近眼顯示器之一俯視圖，其用於解釋其中兩個成像器嵌入於一眼鏡框之一橋接段內且自兩個成像器產生之光之光線軌跡由眼鏡片重新導引至兩個眼眶中的一實施例。 圖4係AR近眼顯示器之一側視圖，其用於解釋其中兩個成像器嵌入於一眼鏡框之一橋接段內的一實施例。 圖5係根據本文之一實施例之AR近眼顯示器之一立體等角橫截面圖，其用於解釋嵌入於一眼鏡框之一橋接段內之兩個成像器及由眼鏡片重新導引至兩個眼眶中之自該兩個成像器產生之光之光線軌跡。 圖6係根據本文之一實施例之一視圖，其用於解釋繪示由一AR近眼顯示器觀看者感知之成形虛像之位置的一光線軌跡。 圖7係根據本文之一實施例之一前視圖，其用於解釋由AR近眼顯示器形成之一對眼眶之大小及位置。 圖8係根據本文之一實施例之一視圖，其用於解釋光線之一光線軌跡由一成像器發射且由TDOE光罩光學器件重新導引向AR近眼顯示器鏡片且接著由嵌入於該鏡片內之RDOE層反射向觀看者之眼眶。 圖9係根據本文之一實例性實施例之用於解釋一AR近眼顯示器之一示意圖。 圖10係根據本文之一實施例之一透明等角後視圖，其用於解釋其中兩個成像器嵌入於一眼鏡框之橋接段之兩側處且兩個成像器嵌入於AR近眼顯示器之臂總成中的實施例及用於解釋自四個成像器產生之光之光線軌跡由眼鏡片重新導引至AR近眼顯示器之兩個眼眶中。 圖11係根據本文之一實施例之一俯視光線圖，其用於解釋根據一實例性實施例之一AR近眼顯示器(其展示嵌入於一眼鏡框之橋接段內之兩個成像器及嵌入於該AR近眼顯示器之臂總成中之兩個成像器)及由眼鏡片重新導引至兩個眼眶中之自四個成像器產生之光之光線軌跡。
100‧‧‧眼鏡框
110a‧‧‧發射微像素光調變器裝置
110b‧‧‧發射微像素光調變器裝置
120a‧‧‧眼鏡片
120b‧‧‧眼鏡片

Claims (22)

  1. 一種擴增實境顯示系統，其包括： 至少一光學鏡片元件， 該光學鏡片元件包括至少一透射式繞射光學元件及至少一部分反射式繞射光學元件；及 一發射顯示裝置，其經組態以輸出一光學影像， 其中該發射顯示裝置、該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件經組態以將該光學影像反射至一觀看者之一眼眶。
  2. 如請求項1之系統，其中將該發射顯示裝置嵌入於一眼鏡框中。
  3. 如請求項2之系統，其中將該發射顯示裝置嵌入於該眼鏡框之一橋接區中。
  4. 如請求項1之系統，其中將該部分反射式繞射光學元件嵌入於該光學鏡片元件之一面向場景表面中。
  5. 如請求項1之系統，其中該部分反射式繞射光學元件具有20%至60%之範圍內之一反射率特性。
  6. 如請求項1之系統，其中將該透射式繞射光學元件沈積於面向該發射顯示裝置之該光學鏡片元件之一表面上。
  7. 如請求項1之系統，其中該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件包括一薄膜。
  8. 如請求項1之系統，其中該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件包括一布拉格光柵。
  9. 如請求項1之系統，其中該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件包括一體積全像光柵。
  10. 如請求項1之系統，其中該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件包括在該光學鏡片元件之一觀看表面上不連續之一分級光柵。
  11. 如請求項1之系統，其進一步包括一第二透射式繞射光學元件，該第二透射式繞射光學元件係該透射式繞射光學元件之一光學互補件。
  12. 如請求項2之系統，其進一步包括嵌入於該眼鏡框之一臂中之一第二發射顯示裝置。
  13. 如請求項1之系統，其進一步包括用於獲得一眼睛之一角位置、一虹膜直徑及兩個瞳孔之間之一距離之至少一者的至少一眼睛追蹤感測器。
  14. 如請求項1之系統，其中該發射顯示裝置包含一光罩，該光罩包括一第二透射式繞射光學元件。
  15. 一種提供一擴增實境顯示系統之方法，該方法包括： 由一發射顯示裝置將一光學影像輸出至一光學鏡片元件，該光學鏡片元件包括至少一透射式繞射光學元件及至少一部分反射式繞射光學元件； 由該透射式繞射光學元件將該光學影像導引至該部分反射式繞射光學元件；及 由該部分反射式繞射光學元件將該光學影像反射至一觀看者之一眼眶。
  16. 如請求項15之方法，其中在一表面浮雕奈米壓印程序中界定該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件。
  17. 如請求項15之方法，其中在一體積浮雕奈米壓印程序中界定該透射式繞射光學元件及該部分反射式繞射光學元件。
  18. 如請求項15之方法，其中該部分反射式繞射光學元件具有20%至60%之範圍內之一反射率特性。
  19. 如請求項15之方法，其進一步包括：判定該眼眶之一尺寸且基於該眼眶之該尺寸及一選定影像放大率來計算一視域。
  20. 如請求項15之方法，其進一步包括：由一第二透射式繞射光學元件將光自一周圍環境導引至該部分反射式繞射光學元件，其中該第二透射式繞射光學元件係該透射式繞射光學元件之一光學互補件。
  21. 如請求項15之方法，其進一步包括：由一第二發射顯示裝置將一第二光學影像輸出至該光學鏡片元件。
  22. 如請求項15之方法，其進一步包括：追蹤一眼睛之一角位置、一虹膜直徑及兩個瞳孔之間之一距離之至少一者。
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