TW202300987A - 用於改善視場的頭戴式顯示器中的波導配置 - Google Patents

Abstract

一種用於改善的視場(FOV)之頭戴式顯示器(HMD)被提出。所述頭戴式顯示器(HMD)可包含顯示器元件以提供顯示器光。所述頭戴式顯示器(HMD)亦可包含透鏡元件以提供顯示器光至所述頭戴式顯示器(HMD)的使用者。所述頭戴式顯示器(HMD)可以進一步包含光學元件，其包括至少一波導以提供改善的中央或週邊視場(FOV)給頭戴式顯示器(HMD)的使用者。在某些例子中，所述波導可以是中央光學件及/或週邊光學件的部分。所述波導可以具有平面波導輪廓或是彎曲波導輪廓。在某些例子中，所述波導可以被堆疊、或是可包含漸變折射率(GRIN)層。

Description

用於改善視場的頭戴式顯示器中的波導配置

此專利申請案大致是有關於頭戴式顯示器(HMD)，並且更明確地是有關用於改善的視場(FOV)的頭戴式顯示器(HMD)中的各種波導配置。 相關申請案的交叉參考

此專利申請案是主張2021年4月28日申請的名稱為"用於改善視場(FOV)的頭戴式顯示器(HMD)中的波導配置"的美國臨時專利申請案號63/180,972、以及2022年3月31日申請的美國非臨時專利申請案號17/709,942的益處及優先權。上述申請案的揭露內容是藉此為了所有的目的而以其整體被納入在此作為參考。

頭戴式顯示器(HMD)可以是頭戴式裝置或眼鏡，其用於視頻播放、遊戲或運動、以及在各種背景及應用程式中，例如是虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)或是混合實境(MR)。頭戴式顯示器(HMD)可以往返穿戴所述頭戴式裝置的使用者來傳遞資訊。例如，虛擬實境(VR)頭戴式裝置當被使用者穿戴時，可被用來呈現視覺的資訊以模擬任意數量的虛擬的環境。相同的虛擬實境(VR)頭戴式裝置亦可以從所述使用者的眼球運動、頭/身體移位、語音、或是其它使用者提供的信號接收資訊。

然而，習知的頭戴式顯示器(HMD)依賴通常是大而笨重的光學配置。這些光學配置不僅增加頭戴式裝置尺寸及重量，而且經常因為阻擋所述使用者的透視路徑的區域、或是最小化中央或週邊視場(FOV)，而限制所述頭戴式顯示器(HMD)的功能。對於縮減習知的頭戴式裝置的尺寸及笨重的嘗試可能會縮減對於頭戴式裝置的例如是主動眼動追蹤或臉部辨識構件的其它內建的特點所需的空間量，因而限縮或限制頭戴式裝置以最大能力作用的能力。再者，習知的頭戴式顯示器(HMD)可能會遭遇其它各種和中央及週邊視場(FOV)相關的問題，例如是視覺失真以及和解析度或光學拼接相關的問題。

根據本發明的一態樣為一種頭戴式顯示器(HMD)，其包括：顯示器元件，其用以提供顯示器光；透鏡元件，其用以提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的使用者；以及光學元件，其包括至少一波導以提供改善的中央或週邊視場(FOV)給所述頭戴式顯示器的所述使用者。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述波導是中央光學件的部分，所述波導包括平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述波導是週邊光學件的部分，所述波導是圓錐形波導，其具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。

根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器進一步包括中央光學件，所述中央光學件是由至少菲涅耳元件、超短焦光學元件、或是包括平面波導輪廓或彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的波導所構成。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述至少一波導是在堆疊的波導配置中。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述至少一波導包括漸變折射率(GRIN)層。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述顯示器元件是平面的、彎曲的或成陣列的，所述顯示器元件包括液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器、有機發光二極體(OLED)顯示器、主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器、或是微發光二極體(微LED)顯示器中的至少一個。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述透鏡元件是包括準直元件，所述透鏡元件包括微透鏡陣列(MLA)或微透鏡條(MLS)中的至少一個。

在根據本發明的態樣之所述頭戴式顯示器中，所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)或混合實境(MR)環境中的至少一個。

根據本發明的另一態樣為一種光學組件，其包括：用於中央光學件或週邊光學件中的至少一個的波導配置，所述波導配置是用以提供改善的中央或週邊視場給頭戴式顯示器的使用者。

在根據本發明的另一態樣之所述光學組件中，所述波導配置是所述中央光學件的部分，其中所述波導配置包括平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。

在根據本發明的另一態樣之所述光學組件中，所述波導配置是所述週邊光學件的部分，其中所述波導配置包括具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的圓錐形波導。

在根據本發明的另一態樣之所述光學組件中，所述至少一波導是在堆疊的波導配置中。

在根據本發明的另一態樣之所述光學組件中，所述至少一波導包括漸變折射率層。

根據本發明的另一態樣之所述光學組件進一步包括：顯示器元件，其用以提供顯示器光；以及透鏡元件，其用以經由所述波導配置來提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的所述使用者。

在根據本發明的另一態樣之所述光學組件中，所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境、擴增實境或混合實境環境中的至少一個中。

根據本發明的又一態樣為一種頭戴式顯示器，其包括：顯示器元件，其用以提供顯示器光；透鏡元件，其用以提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的使用者；以及光學元件，其包括：至少一波導，其用以提供改善的中央或週邊視場給所述頭戴式顯示器的所述使用者，其中：所述波導是週邊光學件的部分，所述波導是具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的圓錐形波導。

根據本發明的又一態樣之所述頭戴式顯示器進一步包括中央光學件，所述中央光學件是由至少菲涅耳元件、超短焦光學元件、或是包括平面波導輪廓或彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的波導所構成。

在根據本發明的又一態樣之所述頭戴式顯示器中，所述至少一波導包括漸變折射率層。

在根據本發明的又一態樣之所述頭戴式顯示器中，所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境、擴增實境或混合實境環境中的至少一個中。

為了簡化以及舉例說明的目的，本申請案是主要參照其例子來描述的。在以下的說明中，許多特定的細節被闡述以便於提供本申請案的徹底理解。然而，將會相當明顯的是本申請案可以在不限於這些特定的細節下實施。在其它實例中，具有此項技術的通常知識者容易理解的某些方法及結構並未詳細地敘述，以免不必要地模糊本申請案。如同在此所用的，所述術語"一"及"一個"是欲表示至少一個的一特定的元件，所述術語"包含"是表示包含但不限於，所述術語"包含的"是表示包含但不限的，並且所述術語"根據"是表示至少部分根據。

如上所述，習知的頭戴式顯示器(HMD)可能包含大而笨重的光學配置。這些配置不僅增加尺寸及重量，而且亦可能在視覺上阻擋所述使用者的透視路徑的區域、或是最小化中央或週邊視場(FOV)。然而，對於縮減尺寸及笨重的嘗試亦限制所述頭戴式裝置的例如是主動眼動追蹤或臉部辨識構件的其它內建的特點所需的空間量。在有限的空間下，這些構件可能不會以最大能力地作用。再者，習知的頭戴式顯示器(HMD)亦可能缺少解決和中央及週邊視場(FOV)相關的問題的能力。因此，並未限制功能、但是增加中央及週邊視場(FOV)的具有較小的形狀因數的頭戴式顯示器(HMD)可能是所要的。

在此所述的系統及方法可以提供頭戴式顯示器(HMD)，其利用一或多個波導配置以縮減整體重量及尺寸。在此所述的一或多個波導配置可以藉由不阻擋各種光學構件來最大化所述透視的路徑，同時致能例如是頭/眼動追蹤構件的其它頭戴式裝置特點，使得它們可以在更大能力下作用。在此所述的波導配置亦可以改善所述使用者的中央及/或週邊視場(FOV)。這些及其它例子將會在此更詳細加以描述。

亦應該體認到的是，在此所述的系統及方法可能特別適合用於虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)及/或混合實境(MR)環境，但亦可能是可適用於許多其它可能利用光學波導的系統或環境。這些例如可包含相機或感測器、網絡化、電信、全像術、或是其它光學系統。因此，在此所述的波導配置可被用在這些或其它例子的任一個中。在此提出的說明中，這些及其它益處將會是明顯的。 系統概觀

參考圖1及圖2。圖1是描繪根據一例子的一種和頭戴式顯示器(HMD)105相關的系統100的方塊圖。所述系統100可被使用作為虛擬實境(VR)系統、擴增實境(AR)系統、混合實境(MR)系統、或是其之某種組合、或是某種其它相關的系統。應該體認到的是，所述系統100以及所述頭戴式顯示器(HMD)105可以是範例的圖示。因此，所述系統100及/或所述頭戴式顯示器(HMD)105可能包括或不包括包含額外的特點，並且在此所述的某些特點可被移除及/或修改，而不脫離在此概述的系統100及/或頭戴式顯示器(HMD)105的範疇。

在某些例子中，所述系統100可包含所述頭戴式顯示器(HMD)105、成像裝置110、以及輸入/輸出(I/O)介面115，其每一個可以通訊地耦接至控制台120或是其它類似的裝置。

儘管圖1是展示單一頭戴式顯示器(HMD)105、單一成像裝置110、以及一I/O介面115，但應該體認到的是任意數目的這些構件都可以內含在所述系統100中。例如，可以有多個頭戴式顯示器(HMD)105，其分別具有一相關的輸入介面115並且藉由一或多個成像裝置110來加以監視，其中每一個頭戴式顯示器(HMD)105、I/O介面115以及成像裝置110是與所述控制台120通訊。在替代的配置中，不同及/或額外的構件亦可以內含在所述系統100中。如同在此所述的，所述頭戴式顯示器(HMD)105可以作用而被使用作為虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、及/或混合實境(MR)頭戴式顯示器(HMD)。混合實境(MR)及/或擴增實境(AR)頭戴式顯示器(HMD)譬如可以利用電腦產生的元素(例如，影像、視頻、聲音、等等)來擴增物理真實世界的環境的視圖。

所述頭戴式顯示器(HMD)105可以傳遞資訊至穿戴所述頭戴式裝置的使用者或從所述使用者傳遞資訊至所述頭戴式顯示器。在某些例子中，所述頭戴式顯示器(HMD)105可以提供內容給使用者，其可包含但不限於影像、視頻、音訊、或是其之某種組合。在某些例子中，音訊內容可以經由在所述頭戴式顯示器(HMD)105外部的一個別的裝置(例如，揚聲器及/或頭戴式耳機)來呈現，其是從所述頭戴式顯示器(HMD)105、所述控制台120、或是兩者接收音訊資訊。在某些例子中，所述頭戴式顯示器(HMD)105亦可以從使用者接收資訊。此資訊可包含眼動、頭/身體運動、語音(例如，利用一整合或個別的麥克風裝置)、或是其它使用者提供的內容。

所述頭戴式顯示器(HMD)105可包含任意數目的構件，例如是電子顯示器155、眼動追蹤單元160、光學區塊165、一或多個定位器170、慣性量測單元(IMU)175、一或多個頭/身體追蹤感測器180、及場景顯現單元185、以及輻輳(vergence)處理單元190。

儘管在圖1中敘述的頭戴式顯示器(HMD)105大致是在VR背景之內以作為VR系統環境的部分，但是所述頭戴式顯示器(HMD)105亦可以是例如AR系統環境的其它HMD系統的部分。在描述AR系統或MR系統環境的例子中，所述頭戴式顯示器(HMD)105可以利用電腦產生的元素(例如，影像、視頻、聲音、等等)來擴增物理真實世界的環境的視圖。

所述頭戴式顯示器(HMD)105的一個例子是進一步在以下結合圖2來敘述。所述頭戴式顯示器(HMD)105可包含一或多個剛性主體，其可以剛性或是非剛性彼此耦接在一起。在剛性主體之間的剛性耦接是使得所述耦接的剛性主體作用為單一剛性實體。相對地，在剛性主體之間的非剛性耦接是容許所述剛性主體能夠相對彼此地移動。

所述電子顯示器155可包含顯示裝置，其呈現視覺的資料給使用者。此視覺的資料例如可以是從所述控制台120發送的。在某些例子中，電子顯示器155亦可以呈現用於追蹤所述使用者的眼動的追蹤光。應該體認到的是，所述電子顯示器155可包含任意數目的電子顯示器元件(例如，每一位使用者各一個顯示器)。可被用在所述電子顯示器155的顯示裝置的例子可包含但不限於液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)顯示器、主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器、微發光二極體(微LED)顯示器、某些其它顯示器、或是其之某種組合。

所述光學區塊165可以根據或響應於從所述控制台120或其它構件接收到的指令來調整其焦距。在某些例子中，所述光學區塊165可包含一多焦點區塊以調整所述光學區塊165的一焦距(調整光功率)。

所述眼動追蹤單元160可以追蹤所述頭戴式顯示器(HMD)105的使用者的眼睛位置及眼動。在所述頭戴式顯示器(HMD)105內的一相機或其它光學感測器可以捕捉使用者的眼睛的影像資訊，並且所述眼動追蹤單元160可以利用所捕捉的資訊來判斷瞳孔間距離、眼間的距離、每一個眼睛相對於所述頭戴式顯示器(HMD)105的三維的(3D)位置(例如，為了失真調整目的)，其包含針對於每一個眼睛的扭轉及旋轉(亦即，翻滾、俯仰及偏擺)的大小以及注視方向。針對於所述使用者的眼睛的位置及方位的資訊可被用來判斷在藉由所述頭戴式顯示器(HMD)105呈現的一虛擬場景中所述使用者正在看的注視點。

所述輻輳處理單元190可以判斷使用者的注視的輻輳深度。在某些例子中，此可以是根據所述注視點或是藉由所述眼動追蹤單元160所判斷的注視線的估計的交叉。輻輳是兩個眼睛在相反方向上的同時的移動或旋轉以維持單一雙眼視覺，其是自然及/或自動地藉由人眼執行的。因此，其中一使用者的眼睛朝向的一位置可以是指所述使用者正看著之處，並且通常亦可能是所述使用者的眼睛聚焦的位置。例如，所述輻輳處理單元190可以三角測量所述注視線來估計相隔所述使用者的和所述注視線的交叉相關的一距離或深度。和所述注視線的交叉相關的深度接著可被使用作為針對於調節(accommodation)距離的近似，其識別相隔所述使用者的其中所述使用者的眼睛被導引之處的一距離。因此，所述輻輳距離容許判斷其中所述使用者的眼睛應該聚焦之處的位置。

所述一或多個定位器170可以是一或多個位在所述頭戴式顯示器(HMD)105上的特定位置的物體，其相對於彼此以及相對於所述頭戴式顯示器(HMD)105上的一特定參考點。在某些例子中，一定位器170可以是發光二極體(LED)、角反射器、反射的標記、及/或一種類型的光源，其對比所述頭戴式顯示器(HMD)105操作於其中的環境、或是其之某種組合。主動定位器170(例如，LED或是其它類型的發光裝置)可以發射在可見光頻帶中(˜380nm至850nm)、在紅外線(IR)頻帶中(˜850nm至1mm)、在紫外線頻帶中(10nm至380nm)、電磁頻譜的其它部分、或是其之某種組合的光。

所述一或多個定位器170可以是位在所述頭戴式顯示器(HMD)105的一外表面之下，所述外表面對於由所述定位器170發射或反射的光的波長可以是通透的、或者可以是足夠薄的，而不實質衰減由所述定位器170發射或反射的光的波長。再者，所述頭戴式顯示器(HMD)105的外表面或其它部分在光波長的可見光頻帶中可以是不透明的。因此，當所述一或多個定位器170在所述頭戴式顯示器(HMD)105的一外表面之下，其可以發射在IR頻帶中的光，所述外表面在IR頻帶中可以是透明的，但在可見光頻帶中是不透明的。

所述慣性量測單元(IMU)175可以是一電子裝置，其根據或響應於從所述頭/身體追蹤感測器180中的一或多個接收到的量測信號來產生快速的校準資料及其它，而所述頭/身體追蹤感測器180可以響應於頭戴式顯示器(HMD)105的運動來產生一或多個量測信號。所述頭/身體追蹤感測器180的例子可包含但不限於加速度計、陀螺儀、磁力儀、相機、其它適合用於偵測運動、校正和所述慣性量測單元(IMU)175相關的誤差的感測器、或是其之某種組合。所述頭/身體追蹤感測器180可以是位在所述慣性量測單元(IMU)175的外部、所述慣性量測單元(IMU)175的內部、或是其之某種組合。

根據或響應於來自所述頭/身體追蹤感測器180的量測信號，所述慣性量測單元(IMU)175可以產生快速的校準資料，其指出相對於所述頭戴式顯示器(HMD)105的最初位置的所述頭戴式顯示器(HMD)105的估計位置。例如，所述頭/身體追蹤感測器180可包含多個加速度計以量測平移的運動(前/後、上/下、左/右)、以及多個陀螺儀以量測旋轉的運動(例如，俯仰、偏擺及翻滾)。所述慣性量測單元(IMU)175接著例如可以快速地取樣所述量測信號，且/或從所述取樣的資料計算所述頭戴式顯示器(HMD)105的估計位置。例如，所述慣性量測單元(IMU)175可以積分隨著時間的從所述加速度計接收到的量測信號以估計一速度向量並且積分隨著時間的所述速度向量以判斷在所述頭戴式顯示器(HMD)105上的一參考點的估計位置。應該體認到的是，所述參考點可以是可被用來描述所述頭戴式顯示器(HMD)105的位置的一點。儘管所述參考點可以大致被定義為在空間中的一點，但是在各種的例子或情節中，如同在此所用的一參考點可被定義為在所述頭戴式顯示器(HMD)105之內的一點(例如，所述慣性量測單元(IMU)175的一中心)。替代或是額外地，所述慣性量測單元(IMU)175可以提供所述取樣的量測信號至所述控制台120，其可以判斷所述快速的校準資料或是其它類似或相關的資料。

所述慣性量測單元(IMU)175可以額外從所述控制台120接收一或多個校準參數。如同在此所述的，所述一或多個校準參數可被用來維持追蹤所述頭戴式顯示器(HMD)105。根據接收到的校準參數，所述慣性量測單元(IMU)175可以調整所述IMU參數中的一或多個(例如，取樣率)。在某些例子中，某些校準參數可以使得所述慣性量測單元(IMU)175更新所述參考點的最初位置，以對應於所述參考點的下一個經校準的位置。更新所述參考點的最初位置作為所述參考點的下一個經校準的位置可以幫助降低和判斷所述估計位置相關的累積誤差。亦被稱為漂移誤差的累積誤差隨著時間可能會使得所述參考點的估計位置"漂移"離開所述參考點的實際位置。

所述場景顯現單元185可以從VR引擎145接收用於虛擬場景的內容，並且可以提供所述內容給所述電子顯示器155上的顯示器。額外或是替代地，所述場景顯現單元185可以根據來自所述慣性量測單元(IMU)175、所述輻輳處理單元830、及/或所述頭/身體追蹤感測器180的資訊來調整所述內容。所述場景顯現單元185可以至少部分根據所述追蹤單元140、所述頭/身體追蹤感測器180、及/或所述慣性量測單元(IMU)175中的一或多個，來決定將被顯示在所述電子顯示器155上的內容的一部分。

所述成像裝置110可以根據從所述控制台120接收到的校準參數來產生緩慢的校準資料。緩慢的校準資料可包含一或多個影像，其顯示可藉由成像裝置110偵測的所述定位器125的被觀察到的位置。所述成像裝置110可包含一或多個相機、一或多個攝影機、其它能夠捕捉包含一或多個定位器170的影像的裝置、或是其之某種組合。此外，所述成像裝置110可包含一或多個濾波器(例如，用於增加信號對雜訊比)。所述成像裝置110可被配置以在所述成像裝置110的一視場中偵測從所述一或多個定位器170發射或反射的光。在其中所述定位器170包含一或多個被動元件(例如，後向反射器)的例子中，所述成像裝置110可包含一光源，其照射所述定位器170的某些或是全部，而所述定位器170可以逆反射所述光朝向所述成像裝置110中的所述光源。緩慢的校準資料可以從所述成像裝置110被傳遞至所述控制台120，並且所述成像裝置110可以從所述控制台120接收一或多個校準參數以調整一或多個成像參數(例如，焦距、焦點、幀率、ISO、感測器溫度、快門速度、孔徑、等等)。

所述I/O介面115可以是一裝置，其容許使用者能夠傳送動作請求至所述控制台120。一動作請求可以是請求執行一特定的動作。例如，一動作請求可以是開始或結束一應用程式、或是在所述應用程式之內執行一特定的動作。所述I/O介面115可包含一或多個輸入裝置。範例的輸入裝置可包含鍵盤、滑鼠、手持的控制器、手套控制器、及/或任何其它用於接收動作請求並且傳遞所接收到的動作請求至所述控制台120的適當的裝置。藉由所述I/O介面115接收到的動作請求可被傳遞至所述控制台120，其可以執行對應於所述動作請求的一動作。在某些例子中，所述I/O介面115可以根據從所述控制台120接收到的指令來提供觸覺回授至所述使用者。例如，觸覺回授可以在一動作請求被接收到時藉由所述I/O介面115來提供、或是所述控制台120可以傳遞指令至所述I/O介面115，其使得所述I/O介面115在所述控制台120執行一動作時產生觸覺回授。

所述控制台120可以根據從所述成像裝置110、所述頭戴式顯示器(HMD)105、或是所述I/O介面115接收到的資訊，來提供內容至所述頭戴式顯示器(HMD)105以用於呈現給所述使用者。所述控制台120包含一應用程式儲存庫150、一追蹤單元140、以及所述VR引擎145。所述控制台120的某些例子具有與那些結合圖1所敘述的不同或是額外的單元。類似地，進一步在以下敘述的功能可以用一不同於在此描述的方式而被分散在所述控制台120的構件之間。

所述應用程式儲存庫150可以儲存一或多個應用程式以藉由所述控制台120來執行、以及其它各種的應用程式相關的資料。如同在此所用的應用程式可以是指一群組的指令，當其藉由處理器執行時，其產生內容以用於呈現給所述使用者。藉由一應用程式產生的內容可以是響應於從所述使用者經由所述頭戴式顯示器(HMD)105的移動或是所述I/O介面115接收到的輸入。應用程式的例子可包含遊戲應用程式、會議應用程式、視頻播放應用程式、或是其它應用程式。

所述追蹤單元140可以校準所述系統100。此校準可以藉由利用一或多個校準參數來達成，並且可以調整一或多個校準參數以降低在判斷所述頭戴式顯示器(HMD)105的位置上的誤差。例如，所述追蹤單元140可以調整所述成像裝置110的聚焦，以獲得針對於在所述頭戴式顯示器(HMD)105上被觀察到的定位器170的更正確的位置。再者，藉由所述追蹤單元140所執行的校準亦可以考量從所述慣性量測單元(IMU)175接收到的資訊。此外，若失去所述頭戴式顯示器(HMD)105的追蹤(例如，成像裝置110失去至少一臨界數量的定位器170的視線)，則所述追蹤單元140可以重新校準某些或是全部的系統100的構件。

此外，所述追蹤單元140可以利用來自所述成像裝置110的緩慢的校準資訊來追蹤所述頭戴式顯示器(HMD)105的移動，並且可以利用來自所述緩慢的校準資訊的被觀察到的定位器以及所述頭戴式顯示器(HMD)105的一模型，來判斷在所述頭戴式顯示器(HMD)105上的一參考點的位置。所述追蹤單元140亦可以利用來自所述頭戴式顯示器(HMD)105上的慣性量測單元(IMU)175的快速的校準資訊的位置資訊，來判斷在所述頭戴式顯示器(HMD)105上的參考點的位置。此外，所述追蹤單元160可以利用所述快速的校準資訊、所述緩慢的校準資訊、或是其之某種組合的部分，以預測所述頭戴式顯示器(HMD)105的未來位置，其可被提供至所述VR引擎145。

所述VR引擎145可以在所述系統100之內執行應用程式，並且可以從所述追蹤單元140或是其它構件來接收針對於所述頭戴式顯示器(HMD)105的位置資訊、加速資訊、速度資訊、預測的未來位置、其它資訊、或是其之某種組合。根據或響應於所接收到的資訊，所述VR引擎145可以決定內容以提供至所述頭戴式顯示器(HMD)105，以用於呈現給所述使用者。此內容可包含但不限於虛擬場景、一或多個虛擬的物件以覆蓋到真實世界場景之上、等等。

在某些例子中，所述VR引擎145可以維持所述光學區塊165的焦點功能資訊。如同在此所用的焦點功能資訊可以是指描述何種焦距是可供所述光學區塊165利用的資訊。焦點功能資訊例如可包含所述光學區塊165能夠給予的焦點範圍(例如，0至4屈光度)、焦點的解析度(例如，0.25屈光度)、一些聚焦平面、用於可開關的半波片(switchable half wave plate，SHWP)(例如，主動或非主動)的設定組合，其對映到特定的聚焦平面、用於可開關的半波片及主動液晶透鏡的設定組合，其對映到特定的聚焦平面、或是其之某種組合。

所述VR引擎145可以產生用於所述光學區塊165的指令。這些指令可以使得所述光學區塊165調整其焦距至一特定的位置。所述VR引擎145可以根據焦點功能資訊以及例如來自所述輻輳處理單元190、所述慣性量測單元(IMU)175、及/或所述頭/身體追蹤感測器180的資訊，來產生所述指令。所述VR引擎145可以利用來自所述輻輳處理單元190、所述慣性量測單元(IMU)175、以及所述頭/身體追蹤感測器180、其它來源、或是其之某種組合的資訊，以選擇一理想的聚焦平面來呈現內容給所述使用者。所述VR引擎145接著可以利用所述焦點功能資訊來選擇一最接近理想的聚焦平面的聚焦平面。所述VR引擎145可以利用所述焦點資訊來決定在所述光學區塊176之內，用於和所選的聚焦平面相關的一或多個可開關的半波片、一或多個主動液晶透鏡、或是其之某種組合的設定。所述VR引擎145可以根據所決定的設定來產生指令，並且可以提供所述指令至所述光學區塊165。

所述VR引擎145可以響應於從所述I/O介面115接收到的一動作請求，來在所述控制台120上執行的一應用程式之內執行任意數目的動作，並且可以提供所述動作已被執行的回授至所述使用者。所提供的回授可以是經由所述頭戴式顯示器(HMD)105的視覺或可聽見的回授、或是經由所述I/O介面115的觸覺回授。

圖2是展示根據一例子的一頭戴式顯示器(HMD)105。所述頭戴式顯示器(HMD)105可包含一前剛性主體205以及一條帶210。所述前剛性主體205可包含如同在此所述的一電子顯示器(未顯示)、一慣性量測單元(IMU)175、一或多個位置感測器(例如，頭/身體追蹤感測器180)以及一或多個定位器170。在某些例子中，使用者的移動可以藉由所述慣性量測單元(IMU)175、位置感測器(例如，頭/身體追蹤感測器180)及/或所述一或多個定位器170的使用來加以偵測，並且一影像可以根據或響應於偵測到的使用者的移動，透過所述電子顯示器而被呈現給使用者。在某些例子中，所述頭戴式顯示器(HMD)105可被使用於提供虛擬實境、擴增實境或是混合實境的環境。

至少一位置感測器(例如是相關圖1敘述的頭/身體追蹤感測器180)可以響應於所述頭戴式顯示器(HMD)105的運動來產生一或多個量測信號。位置感測器的例子可包含：一或多個加速度計、一或多個陀螺儀、一或多個磁力儀、其它適當類型的偵測運動的感測器、一種類型的用於所述慣性量測單元(IMU)175的誤差校正的感測器、或是其之某種組合。所述位置感測器可以是位在所述慣性量測單元(IMU)175的外部、所述慣性量測單元(IMU)175的內部、或是其之某種組合。在圖2中，所述位置感測器可以是位在所述慣性量測單元(IMU)175之內，並且所述慣性量測單元(IMU)175與所述位置感測器(例如，頭/身體追蹤感測器180)可以是或可以不是一定為所述使用者可見的。

根據來自一或多個位置感測器的一或多個量測信號，所述慣性量測單元(IMU)175可以產生校準資料，其指出相對於所述頭戴式顯示器(HMD)105的一最初的位置的所述頭戴式顯示器(HMD)105的一估計的位置。在某些例子中，所述慣性量測單元(IMU)175可以快速地取樣所述量測信號，並且從所述取樣的資料來計算所述HMD 100的估計的位置。例如，所述慣性量測單元(IMU)175可以整合隨著時間過去從所述一或多個加速度計(或是其它位置感測器)接收到的量測信號來估計一速度向量，並且隨著時間過去積分所述速度向量以判斷在所述頭戴式顯示器(HMD)105上的一參考點的一估計的位置。替代或是額外地，所述慣性量測單元(IMU)175可以提供所述取樣的量測信號至一控制台(例如，一電腦)，其可以決定所述校準資料。所述參考點可以是可被用來描述所述頭戴式顯示器(HMD)105的位置的一點。儘管所述參考點可以大致被定義為在空間中的一點，然而實際上所述參考點可被定義為在所述頭戴式顯示器(HMD)105之內的一點(例如，所述慣性量測單元(IMU)175的一中心)。

在圖2的例子中，一或多個定位器170、或是定位器170的部分可以是位在所述前剛性主體205的一前側240A、一頂側240B、一底側240C、一右側240D以及一左側240E上。所述一或多個定位器170可以是位在相對於彼此並且相對於一參考點215為固定的位置。在圖2中，所述參考點215例如可以是位在所述慣性量測單元(IMU)175的中心。所述一或多個定位器170的每一個可以發射可藉由一成像裝置(例如，相機或影像感測器)偵測的光。

儘管在圖1中被描繪為分開的構件，但應該體認到的是所述頭戴式顯示器(HMD)105、所述成像裝置110、所述I/O介面115、以及所述控制台120可被整合成為單一裝置或是可穿戴的頭戴式裝置。例如，此單一裝置或是可穿戴的頭戴式裝置可以在單一獨立的頭戴式裝置之內包含圖1的系統100的所有效能功能。再者，在某些例子中，追蹤可以利用"內向外"方法來達成，而不是"外向內"方法。在一"內向外"方法中，一外部的成像裝置110或定位器170可能不需要或設置到系統100。再者，儘管所述頭戴式顯示器(HMD)105被描繪且敘述為"頭戴式裝置"，但應該體認到的是所述頭戴式顯示器(HMD)105亦可被提供為眼鏡或是其它可穿戴的裝置(在頭部或其他身體部分上)。根據用途或應用，其它各種的例子亦可被提供。再者，某些頭戴式顯示器(HMD)可以提供擴大的視場以得到更沉浸的使用者體驗。 改善視場

配備有廣視場(FOV)的頭戴式裝置可以改善使用者在任意數目的虛擬環境中的沉浸感、存在感、以及在某些工作中的效能。習知的頭戴式顯示器(HMD)通常具有有限的視場(FOV)(~80°×90°)。因為自然人的視場(FOV)是相當大的(~210°×135°)，因此最近在技術上的發展一直在尋找改善頭戴式裝置的整體視場(FOV)的方式。

應該體認到的是，有許多和在頭戴式顯示器(HMD)中增大視場(FOV)相關的挑戰。例如，為了提供廣視場(FOV)，頭戴式顯示器(HMD)可能需要散布所有可利用的像素在更廣的角度上。然而，在這樣做之下，像素的空間解析度可能會不利地降低。再者，可能有其它視覺的失真以及不利的效應也會產生。這些可能包含但不限於相關於光瞳大小、光瞳游移、延遲、重量、價格、等等的問題。

為了解決其中一些問題，某些頭戴式顯示器(HMD)可以使用拼接的顯示器以合併各種的光學構件，例如是透鏡及微顯示器，以在不犧牲解析度下增大視場(FOV)。如同在此所述的，當相較於習知的系統，所述系統及方法可以在頭戴式顯示器(HMD)中使用各種的波導配置，以更不間斷地方式獲得改善及擴大的視場(FOV)。更明確地說，如同在此所述的光波導配置的使用可以改善中央及週邊視場(FOV)，同時維持為高的解析度及/或最小化或消除視覺的失真。此外，在此所述的系統及方法可以降低頭戴式顯示器(HMD)的整體形狀因數、降低或消除在習知的頭戴式裝置中由拼接光學件所產生的任何黑縫效應、避免任何被阻擋的透視的路徑、以及容許有所述頭戴式裝置的例如眼動追蹤的其它內建的特點的更大的功能。 用於改善的視場的拼接光學元件

圖3是描繪根據一例子的利用拼接光學元件的頭戴式顯示器(HMD)300的簡化的版本的橫截面圖。所述頭戴式顯示器(HMD)300的橫截面圖可包含一剛性主體305，其容置各種的拼接光學構件310(例如，透鏡、微顯示器、光學波導、等等)。所述拼接光學構件310可以提供更大或擴大的視場(FOV)，以改善使用者的沉浸的體驗。在某些例子中，如圖所示，所述頭戴式顯示器(HMD)300可包含一主要的光學軸315以及一拼接光學軸320，其中一對稱平面325將它們分開。對於使用者的眼睛330，所述主要的光學軸315可以提供一中央視場(FOV)，而所述拼接光學軸320可以提供一週邊視場(FOV)。應該體認到的是，在某些例子中，這些拼接光學構件310可以是如同相關圖1所述的電子顯示器155及/或光學區塊165的一部分、或是被納入其中。於是，這些構件可包含但不限於任意數目的如上所述的顯示裝置及/或光學構件。藉由將這些光學構件拼接在一起並且利用所述主要的光學軸315於所述中央視場(FOV)以及所述拼接光學軸320於所述週邊視場(FOV)，所述整體FOV可以大致在不犧牲解析度下加以改善及擴大。 用於改善的視場的波導光學件

如同在此所述的，一或多個光學波導可以有助於在具有拼接光學元件的頭戴式裝置中提供擴大且改善的視場(FOV)。圖4A-4B是描繪根據一例子的用於頭戴式顯示器(HMD)中的擴大的視場(FOV)的波導輪廓400A-400B。圖4A是描繪一平面波導輪廓400A。如圖所示，所述平面波導輪廓400A可包含一微顯示器405、一或多個準直儀光學件415以及一平面波導415A。所述微顯示器405可以提供視覺的內容給使用者，但是該視覺的內容在撞擊一眼睛瞳孔420(或是一眼動範圍)之前首先可以穿過所述一或多個準直儀光學件415，並且通過所述平面光波導415A。在某些例子中，所述微顯示器405可包含任何平面或曲面顯示器、掃描引擎、及/或任何其它提供視覺的資料或資訊的來源。例如，所述微顯示器405可包含任意類型的顯示器，例如是液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)顯示器、主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器、微發光二極體(微LED)顯示器、某種其它顯示器、或是其之某種組合。所述一或多個準直儀光學件415可包含任意種類的準直儀光學件，例如是微透鏡或元件，以準直視覺的資料或資訊。

應該體認到的是，在此平面波導輪廓400A中，所述微顯示器405以及所述一或多個準直儀光學件415可被定位成接近所述平面光波導415A的邊緣。於是，此平面波導輪廓400A的配置可以最大化視場(FOV)，並且避免所述眼睛瞳孔420沿著一透視的路徑而被所述微顯示器405及/或所述一或多個準直儀光學件415實質阻擋。

圖4B是描繪根據一例子的頭戴式顯示器(HMD)的一彎曲波導輪廓400B。在此，所述彎曲波導輪廓400B可以使用一彎曲的光波導415B，而不是如同在圖4A中所示的一平面光波導415A。在此例子中，所述微顯示器405可以提供視覺的內容，在撞擊所述眼睛瞳孔420之前，其先第一通過所述一或多個準直儀光學件415並且可以在所述彎曲的光波導415B之內反射。

如同輪廓400A，輪廓400B的微顯示器405以及一或多個準直儀光學件415亦可以是定位成接近所述平面光波導415A的邊緣，藉此達成和圖400A的平面波導輪廓400A類似的優點。

應該體認到的是，在某些例子中，所述平面波導415A以及所述彎曲的光波導415B的厚度可以是在0.3-7.0毫米(mm)的範圍內。儘管如此，其它各種的尺寸(更大或較小)亦可以根據各種的波導應用來提供。這些波導、波導配置、以及其用途以改善及/或擴大視場(FOV)的每一個的細節將會在此更詳細加以描述。 平面波導的例子

圖5A-5C是描繪根據一例子的在圖4A中所述的平面波導415A的各種視圖500A-500C。圖5A是描繪根據一例子的一平面波導515的橫截面圖500A。如圖所示，所述平面波導515可以在所述平面波導515的一基板之內包含一離散的橢圓反射鏡陣列525。在某些例子中，所述平面波導515可以具有在大約1-10mm的範圍內的厚度(t)，其中所述離散的橢圓反射鏡陣列525的每一個反射鏡可以具有約3mm的直徑以及約15mm的適眼距(eye relief distance，ERF)。此外，所述平面波導515可以具有一入射面，其具有60°的角度(β)。

圖5B是描繪根據一例子的平面波導515的俯視或平面視圖500B。如圖所示，所述離散的橢圓反射鏡陣列525在所述平面波導515的基板之內可以在至少兩個維度上被設置。例如，所述離散的橢圓反射鏡陣列525可包含具有四個列的反射鏡格子，每一列具有13或12個離散的橢圓反射鏡(例如，以交替的方式)以得到總數50個離散的橢圓的反射鏡，其中在所述離散的橢圓反射鏡之間可以有約4mm的間隔，並且在相鄰列的離散的橢圓反射鏡之間可以有約2mm的剪切距離。此外，從所述入射面的一邊緣至所述平面波導515的的中心可以有約27mm的長度(l)。應該體認到的是，其它各種的尺寸亦可以根據各種的應用及情節來加以提供。

圖5C是描繪根據一例子的一平面波導515的平面視圖500C。如同在平面視圖500C中所示，所述平面波導515可以在各種例子中被潛在地使用作為用於改善或擴大的視場(FOV)的中央光學件。儘管特定的大小及尺寸在此被提供，但應該體認到的是其它各種的尺寸亦可以根據各種的應用及情節來加以提供。

儘管圖5A-5C描繪一平面波導515，但應該體認到的是具有一類似於相關圖4B所述輪廓的彎曲的波導亦可被使用，並且在像是上述圖5A-5C的平面波導515的各種例子中可以相對互換作為用於改善或擴大的視場(FOV)的中央光學件。

在某些例子中，應該體認到的是，在此所述的平面或彎曲波導可以是繞射的、幾何的、或是混合類型。在此所述的平面或彎曲波導亦可被使用作為一波導耦合器，例如是一稜鏡或繞射輸入耦合器(例如，表面浮雕光柵(SRG)、體積布拉格光柵(VBG)、全像光學元件(HOE)、等等)及/或具有反射鏡、分光鏡、或是繞射輸出耦合器。再者，所述波導可以是1D或2D光瞳擴張(1-2耦合器區域)。應該體認到的是，在圖5A-5C中描繪的例子可包含一波導耦合器，例如一稜鏡輸入耦合器，並且一光瞳的1D擴張可以利用以平面的列(其可以是平行的)配置的離散的橢圓反射鏡輸出耦合器來達成。或者是，輸出耦合器可以是連續的部分鏡像的平面刻面(facet)，其功能類似於百葉窗。亦應該體認到的是，所述光瞳擴張可以是具有個別的1D幾何擴張的2D。再者，在繞射輸入耦合以及輸出耦合下，所述光瞳的2D擴張可以利用在所述波導的兩側的被定向以將所述光瞳分開在一大的區域之上的一或多個光柵來加以達成。 用於改善的中央視場的波導光學件

在某些例子中，如同在此所述的一平面波導或是一彎曲波導可被用來改善頭戴式裝置的中央光學件。圖6A-6B是描繪根據一例子的用於改善中央視場(FOV)的一平面波導配置的方塊圖600A-600B。如圖所示，所述方塊圖600A可以描繪一不透明的區塊608A、一眼動追蹤元件612、波導光學元件615(例如，平面或是彎曲的波導)以及一眼睛瞳孔620。在此，所述波導光學元件615可以類似於相關圖4A-4B及圖5A-5C所述例子來運作。因此，所述波導光學元件615可以是透明的並且無光功率，其構件通常會遮蔽視野。所述波導光學元件615不僅容許有一較不突兀的透視的路徑，其亦產生額外的空間給所述眼動追蹤元件612或是其它元件方便地設置，因而藉此在更大能力下運作。

應該體認到的是，在某些例子中，一例如是薄膜快門的可切換的透明或不透明的元件可以設置。例如，圖6B是描繪一不具有眼動追蹤光學件的例子的方塊圖600B。在此，可以是可切換的並且因此可用在虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)及/或混合實境(MR)環境中的薄膜快門608B可加以設置。此種彈性可能不是利用傳統頭戴式裝置及系統所能夠輕易達成的。 用於改善的週邊視場的波導光學件

在此所述的波導光學件亦可被用來改善頭戴式裝置中的週邊視場(FOV)。例如，所述波導光學件亦可以是和中央光學件拼接的，以提供用於改善的週邊視場(FOV)的更佳的成形。例如，此可以藉由利用在此所述的波導輪廓並且在所述中央光學件周圍設置一圓錐形的(或是類似成形的)波導配置來達成。

圖7A-7C是描繪根據一例子的用於改善的週邊視場(FOV)的一利用平面波導輪廓的圓錐形波導配置的各種視圖700A-700C。具有類似於圖4A的平面波導輪廓或是類似於圖4B的彎曲波導輪廓的橫截面的圓錐形波導配置715可加以設置。如圖所示，所述圓錐形波導配置715可以具有一類似於圖4A的平面波導輪廓的橫截面。所述圓錐形波導配置715可包含環形的離散的橢圓反射鏡725。一彎曲或陣列的顯示器705亦可被設置在所述圓錐形波導配置的一邊緣周圍。儘管未明確在視圖700A-700C中展示，一微透鏡條(MLS)可被設置在所述顯示器705以及圓錐形波導配置715之間。所述微透鏡條(MLS)可被使用於從所述彎曲或陣列的顯示器705發送至所述圓錐形波導配置715的視覺的資料或資訊的準直或其它相關的功能。儘管中央光學件760在這些視圖700A-700C中被描繪為超短焦光學件，應該體認到的是其它類型的光學構件可被使用於所述中央光學件，例如是波導光學件(例如，在此所述的那些光學件)、菲涅耳光學件、等等。

應該體認到的是，如同在此所示的圓錐形波導配置715可被設置在正交於一用於光瞳擴張的方向的一方向上。以此種方式利用此種圓錐形波導配置715的益處及優點不僅可以提供相對於習知的頭戴式裝置更小型的形狀因數(例如，小於約10mm)，一圓錐形波導配置715亦可以是與中央光學件更加無縫的，並且移除通常和其它習知的系統及頭戴式裝置的拼接光學元件相關的非所要的接縫線。再者，所述圓錐形波導配置715可以是部分或整個的。在一整個的配置中，所述圓錐形波導配置715(像是在視圖700C中所展示的)可以旋轉360°，因而藉此提供較大的視場(FOV)。

人類的視場(FOV)的形狀是相當大的，並且具有一獨特的形狀。儘管一人類的週邊視場(FOV)可以大致被敘述為一新月狀的形狀，但是其不完全是該形狀。在某些例子中，在此所述的圓錐形波導配置715可以是能夠提供拼接光學元件，其提供一週邊視場(FOV)是相當接近一人類的週邊視場(FOV)。

圖8是描繪根據一例子的代表利用圖7A-7C的圓錐形波導配置的中央及週邊視場(FOV)的圖800。如圖所示，人類右眼及左眼的視場(FOV)是分別藉由虛線及短劃線來展示的。中央光學件可以提供中央視場(FOV)875，並且具有一平面波導輪廓(部分的版本)的所述圓錐形波導配置715可以提供週邊視場(FOV)880。如圖所示，由具有一平面波導輪廓的所述圓錐形波導配置715提供的週邊視場(FOV)880可以提供實質接近左眼中的人類的週邊視場(FOV)的視覺的覆蓋。具有一平面波導輪廓的一整個的圓錐形波導配置715將會提供週邊視場(FOV)覆蓋至右眼以及其它區域，並且具有降低或最小的在使用拼接光學件的習知系統中可見的黑縫。 堆疊的波導的例子

圖9A-9B是描繪根據一例子的一堆疊的波導配置900。圖9A是描繪根據一例子的堆疊的波導配置900的側視圖。如圖所示，一第一平面光波導915A可由一第二平面光波導915B堆疊，以形成一堆疊的波導配置900。所述堆疊的波導配置900可包含一顯示器905以及一或多個準直儀光學件915，並且所述平面的光學波導915A及915B的每一個分別可包含一離散的橢圓反射鏡陣列925A及925B。類似於圖4A，所述顯示器405可以提供視覺的內容給使用者，但是該視覺的內容在撞擊一眼睛瞳孔(或是一眼動範圍)(未顯示)之前首先可以穿過所述一或多個準直儀光學件915，並且通過平面的光學波導915A及915B的堆疊的波導配置900。在某些例子中，所述顯示器405可包含任何平面或曲面顯示器、掃描引擎、及/或任何其它提供視覺的資料或資訊的來源。所述顯示器905可以是一簡單的顯示器或是多個顯示器。所述一或多個準直儀光學件415可包含任意種類的準直儀光學件，例如是微透鏡或元件以準直視覺的資料或資訊(例如，微透鏡條(MLS)或是微透鏡陣列(MLA))。

儘管所述堆疊的波導配置900被展示只有兩個平面的光學波導915A及915B，但應該體認到的是任意數目的類似形狀的波導(平面的、彎曲的、或者其它)都可以堆疊的。應該體認到的是，在此所述的一堆疊的波導配置可以支援不同的視場(FOV)及/或各種的眼動範圍區域。再者，所述堆疊的配置的每一個波導可被設置有不同的偏振及/或一件一件(one in one piece)的時間多工。例如，偏振多工以及波長多工可以利用如同在此所述的一堆疊的波導配置來達成。例如，在一幾何波導中利用多工(PBS)可以幫助及改善效率及均勻度，更不用說去鬼影。例如，若所述離散的橢圓反射鏡是偏振選擇性的(亦即，反射的偏振器)，則被配置以發射正交的偏振狀態的兩個波導可以在無干擾下這樣做(例如，在無輸出耦合器阻擋來自下面的波導的發射)。類似地，輸出耦合器可被配置以反射窄波長帶。再者，OLED可能是單一色彩。為了使得全RGB色彩可能的，分色鏡及/或分光鏡可被用來提供一全RGB色彩頻譜。於是，當和單一基板或是單一(非堆疊的)波導比較時，在此所述的堆疊的波導配置可以在較高的效率以及較少鬼影下支援較大的視場(FOV)或眼動範圍。藉由分開每一個部分到數個不同的基板並且個別地設計所述堆疊的波導的每一個、或是藉由對於每一個部分具有輸入或輸出耦合器的混合的群組，但是整合成為單一堆疊的波導配置，這些益處及優點都可被達成。

圖9B是描繪根據一例子的堆疊的波導配置900的俯視圖。儘管偏振多工可能以各種的配置來展示，但是用於偏振多工的一例子可被描繪在此視圖中。在某些例子中，可以有一顯示器具有發射正交的偏振光的上方/底部區域、或是兩個微顯示器具有不同的偏振輸出。如圖所示，光偏振狀態接著可以藉由兩個個別群組的輸出耦合器而被耦合出，其可以具有不同的偏振選擇性反射的構件(例如，正交的反射的偏振器)。此配置因此可以確保來自所述顯示器底部的光線只能夠藉由較靠近所述輸入耦合器的離散的橢圓反射鏡陣列925B而被耦合出，而來自所述顯示器頂端的光線只能夠藉由所述第二離散的橢圓反射鏡陣列925A而被耦合出。此可以有助於避免來自偏振區域930A的一潛在的"鬼影"路徑耦合穿過離散的橢圓反射鏡陣列925A，並且同時避免所述偏振區域930B的光損失，若光在到達所述離散的橢圓反射鏡陣列925A之前先撞擊所述離散的橢圓反射鏡陣列925B，其原本會較早耦合出。

儘管偏振多工在此是被展示在所述堆疊的配置中，但應該體認到的是此種技術也可以被用在其它配置。譬如，在某些例子中，所述離散的橢圓反射鏡陣列可以只被設置在所述堆疊的波導中之一內，並且利用偏振技術以降低或消除在離散的橢圓反射鏡陣列的兩個部分之間的串音，就像是它們原本在兩個個別的基板中。以此種方式，偏振可以有助於產生"隱形"的感覺，並且作用就像它們是兩個個別的基板。

圖10A-10B是描繪根據一例子的代表利用圖9A-9B的堆疊的波導配置900的中央及週邊視場(FOV)的圖1000A-1000B。應該體認到的是，所述離散的橢圓反射鏡925A可以進一步偏離一中心視線，而所述離散的橢圓反射鏡925B的一中心可以與所述眼睛視線對準。所述顯示器905可以是單件的、或是兩個個別的件，其具有不同的角度至所述輸入耦合器、或是所述輸入耦合器楔角、用於所述兩個波導915A及915B的離散的橢圓反射鏡角度可以是不同的，因而當來自所述顯示器905的影像個別地被耦合到所述波導時，所述兩個波導915A及915B可以支援不同的視場(FOV)。此配置不僅藉由拼接兩個基板來支援較大的視場(FOV)，而且可以提供額外的益處。譬如，因為所述波導915A及915B的每一個可以支援整體視場(FOV)的一部分，因此對於每一個部分可以有降低或是變小的"鬼影"路徑或是光損失。應該體認到的是，反射鏡位置可能並未按照比例繪製，並且例如可能被調整或配置朝向一中央視線以支援視場(FOV)，即如同在圖10A-10B中所述以及所示者。 漸變折射率 ( GRIN)

應該體認到的是，在某些例子中，尤其對於彎曲或是圓錐形波導配置，一漸變折射率(GRIN)輪廓可以作為一外殼光導而加到此種波導的表面。因為例如由均質材料所做成的球狀或彎曲波導對於保存光的狀況(例如，混合光學信號)可能不一定是理想的，所以加上一漸變折射率(GRIN)輪廓或層可以有助於更佳的折射光並且藉此保存光學資料及資訊。 額外的資訊

在此所述的波導確認的益處及優點尤其可包含較小的形狀因數、最大化透視的路徑、和拼接光學元件相關的黑縫的縮減或消除、以及在用於虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、及/或混合實境(MR)環境中的頭戴式裝置內的改善的中央及週邊視場(FOV)。

如同在以上所提及的，可以有許多的方式來配置、提供、製造、或是定位上述例子的各種的光學、電性、及/或機械構件或元件。儘管在此所述的例子是針對於如圖所示的某些配置，但應該體認到的是在此敘述或提及的構件的任一個都可以根據應用或使用案例，在尺寸、形狀、及數量、或材料上被更改、改變、更換、或修改，並且為了所要的解析度或最佳的結果而被調整。以此種方式，其它電性、熱、機械及/或設計的優點亦可以獲得。

應該體認到的是，在此所述的設備、系統及方法可以使得更為所期望的頭戴式裝置或視覺的結果變得容易。亦應該體認到的是，如同在此所述的設備、系統及方法亦可包含其它未被展示的構件、或是和其通訊。例如，這些可包含外部的處理器、計數器、分析器、計算裝置、以及其它量測裝置或系統。在某些例子中，此亦可以包含中介軟體(未顯示)。中介軟體可包含藉由一或多個伺服器或裝置所託管的軟體。再者，應該體認到的是，某些的中介軟體或伺服器可以是、或者可以不是達成功能所需的。未被展示的其它類型的伺服器、中介軟體、系統、平台、以及應用程式亦可被設置在後端，以使得所述頭戴式裝置的特點及功能變得容易。

再者，在此所述的單一構件可被設置為多個構件，並且反之亦然，以執行上述的功能及特點。應該體認到的是，在此所述的設備或系統的構件可以在部分或最大能力下運作、或是其可以完全被移除。亦應該體認到的是，在此相關所述波導配置所述的分析及處理技術例如亦可以部分或全部藉由所述整體系統或設備的這些或其它各種的構件來加以執行。

應該體認到的是，資料儲存庫亦可被設置到在此所述的設備、系統及方法，並且可包含揮發性及/或非揮發性資料儲存，其可以儲存資料以及包含機器可讀取的指令的軟體或韌體。所述軟體或韌體可包含次常式或應用程式，其執行所述量測系統的功能、及/或執行一或多個利用來自所述量測或是其它通訊耦接的系統的資料的應用程式。

所述各種的構件、電路、元件、構件、及/或介面可以是任意數目的光學、機械、電性、硬體、網路、或是軟體的構件、電路、元件、以及介面，其作用以使在任意數目或組合的設備、協定層、或是應用程式之間的通訊、交換及分析資料得變得容易。例如，在此所述的某些構件分別可包含一網路或是通訊介面，以經由一網路或是其它通訊協定來和其它伺服器、裝置、構件或網路元件通訊。

儘管例子是針對於頭戴式顯示器(HMD)，但應該體認到的是，在此所述的設備、系統及方法亦可被用在其它各種的系統以及其它實施方式。例如，這些可包含在任意數目的虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、及/或混合實境(MR)環境中的其它各種的頭戴式系統、眼鏡、可穿戴的裝置、等等。事實上，在各種的光學通訊情節中可以有許多的應用。

應該體認到的是，在此所述的設備、系統及方法亦可被用來幫助直接或間接提供針對於距離、角度、旋轉、速度、位置、波長、透射率的量測、及/或其它相關的光學量測。例如，在此所述的系統及方法可以容許利用有效率且有成本效益的設計概念的較高解析度的光學解析。在包含較高的解析度、較低數量的光學元件、更有效率的處理技術、有成本效益的配置、以及較小或更小型的形狀因數的額外的優點下，在此所述的設備、系統及方法可以是有利於許多原始設備製造商(OEM)應用，其中它們可以輕易地整合到各種及現有的設備、系統、儀器、或是其它系統及方法中。在此所述的設備、系統及方法可以提供機械式單純性以及可適應性至小型或大型頭戴式裝置。在此所述的設備、系統及方法最終可以增加解析度、最小化傳統系統的不利的效應、以及改善視覺的效率。

在此已經敘述及描繪的是本揭露內容的例子以及某些變化。在此使用的術語、說明及圖式只是舉例闡述而已，因而並不表示為限制性的。在本揭露內容的範疇之內，許多變化是可能的，所述範疇是欲藉由以下的請求項及其等同物來界定，其中除非另有指出，否則所有的術語是意指其最廣的合理意思。

100:系統 105:頭戴式顯示器(HMD) 110:成像裝置 115:輸入/輸出(I/O)介面 120:控制台 140:追蹤單元 145:VR引擎 150:應用程式儲存庫 155:電子顯示器 160:眼動追蹤單元 165:光學區塊 170:定位器 175:慣性量測單元(IMU) 180:頭/身體追蹤感測器 185:場景顯現單元 190:輻輳處理單元 205:前剛性主體 210:條帶 215:參考點 240A:前側 240B:頂側 240C:底側 240D:右側 240E:左側 300:頭戴式顯示器(HMD) 305:剛性主體 310:拼接光學構件 315:主要的光學軸 320:拼接光學軸 325:對稱平面 330:使用者的眼睛 400A:平面波導輪廓 400B:彎曲波導輪廓 405:微顯示器 415:準直儀光學件 415A:平面波導 415B:彎曲的光波導 420:眼睛瞳孔 500A:橫截面圖 500B:俯視/平面視圖 500C:平面視圖 515:平面波導 525:離散的橢圓反射鏡陣列 600A-600B:方塊圖 608A:不透明的區塊 608B:薄膜快門 612:眼動追蹤元件 615:波導光學元件 620:眼睛瞳孔 700A-700C:視圖 705:顯示器 715:圓錐形波導配置 725:離散的橢圓反射鏡 760:中央光學件 800:圖 875:中央視場(FOV) 880:週邊視場(FOV) 900:堆疊的波導配置 905:顯示器 915:準直儀光學件 915A:第一平面光波導 915B:第二平面光波導 925A、925B:離散的橢圓反射鏡陣列 930A:偏振區域 930B:偏振區域 1000A-1000B:圖

本揭露內容的特點是舉例來加以描繪，因而並不受限於以下的圖式，其中相同的元件符號是指出相似的元件。熟習此項技術者從以下將會輕易地體認到在圖式中描繪的結構及方法的替代的例子可以被利用，而不脫離在此所述的原理。

[圖1]是描繪根據一例子的一種與頭戴式顯示器(HMD)105相關的系統的方塊圖。

[圖2]是展示根據一例子的頭戴式顯示器(HMD)105。

[圖3]是描繪根據一例子的利用拼接光學元件(tiled optics)的頭戴式顯示器(HMD)300的簡化的版本的橫截面圖。

[圖4A-4B]是描繪根據一例子的用於頭戴式顯示器(HMD)中的擴大的FOV的波導輪廓。

[圖5A-5C]是描繪根據一例子的平面波導的各種視圖。

[圖6A-6B]是描繪根據一例子的用於改善中央視場(FOV)的平面波導配置的方塊圖600A-600B。

[圖7A-7C]是描繪根據一例子的利用為了改善的週邊視場(FOV)的平面波導輪廓的圓錐形波導配置的各種視圖。

[圖8]是描繪根據一例子的利用圖7A-7C的圓錐形波導配置的中央及週邊視場(FOV)的代表圖。

[圖9A-9B]是描繪根據一例子的堆疊的波導配置。

[圖10A-10B]是描繪根據一例子的利用圖9A-9B的堆疊的波導配置的中央及週邊視場(FOV)的代表圖。

100:系統

105:頭戴式顯示器(HMD)

110:成像裝置

115:輸入/輸出(I/O)介面

120:控制台

140:追蹤單元

145:VR引擎

150:應用程式儲存庫

155:電子顯示器

160:眼動追蹤單元

165:光學區塊

170:定位器

175:慣性量測單元(IMU)

180:頭/身體追蹤感測器

185:場景顯現單元

190:輻輳處理單元

Claims (20)

1. 一種頭戴式顯示器，其包括： 顯示器元件，其用以提供顯示器光； 透鏡元件，其用以提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的使用者；以及 光學元件，其包括至少一波導以提供改善的中央或週邊視場給所述頭戴式顯示器的所述使用者。
2. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述波導是中央光學件的部分，所述波導包括平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。
3. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述波導是週邊光學件的部分，所述波導是圓錐形波導，其具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。
4. 如請求項3之頭戴式顯示器，其進一步包括中央光學件，所述中央光學件是由至少菲涅耳元件、超短焦光學元件、或是包括平面波導輪廓或彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的波導所構成。
5. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述至少一波導是在堆疊的波導配置中。
6. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述至少一波導包括漸變折射率(GRIN)層。
7. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述顯示器元件是平面的、彎曲的或成陣列的，所述顯示器元件包括液晶顯示器、發光二極體顯示器、有機發光二極體顯示器、主動矩陣有機發光二極體顯示器、或是微發光二極體顯示器中的至少一個。
8. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述透鏡元件是包括準直元件，所述透鏡元件包括微透鏡陣列或微透鏡條中的至少一個。
9. 如請求項1之頭戴式顯示器，其中所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境、擴增實境或混合實境環境中的至少一個。
10. 一種光學組件，其包括： 用於中央光學件或週邊光學件中的至少一個的波導配置，所述波導配置是用以提供改善的中央或週邊視場給頭戴式顯示器的使用者。
11. 如請求項10之光學組件，其中所述波導配置是所述中央光學件的部分，其中所述波導配置包括平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個。
12. 如請求項10之光學組件，其中所述波導配置是所述週邊光學件的部分，其中所述波導配置包括具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的圓錐形波導。
13. 如請求項10之光學組件，其中所述至少一波導是在堆疊的波導配置中。
14. 如請求項10之光學組件，其中所述至少一波導包括漸變折射率層。
15. 如請求項10之光學組件，其進一步包括： 顯示器元件，其用以提供顯示器光；以及 透鏡元件，其用以經由所述波導配置來提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的所述使用者。
16. 如請求項15之光學組件，其中所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境、擴增實境或混合實境環境中的至少一個中。
17. 一種頭戴式顯示器，其包括： 顯示器元件，其用以提供顯示器光； 透鏡元件，其用以提供所述顯示器光至所述頭戴式顯示器的使用者；以及 光學元件，其包括： 至少一波導，其用以提供改善的中央或週邊視場給所述頭戴式顯示器的所述使用者，其中： 所述波導是週邊光學件的部分，所述波導是具有平面波導輪廓或是彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的圓錐形波導。
18. 如請求項17之頭戴式顯示器，其進一步包括中央光學件，所述中央光學件是由至少菲涅耳元件、超短焦光學元件、或是包括平面波導輪廓或彎曲的平面波導輪廓中的至少一個的波導所構成。
19. 如請求項17之頭戴式顯示器，其中所述至少一波導包括漸變折射率層。
20. 如請求項17之頭戴式顯示器，其中所述頭戴式顯示器是被使用在虛擬實境、擴增實境或混合實境環境中的至少一個中。

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