TWI601979B - 利用同軸眼睛成像之近眼顯示裝置及方法 - Google Patents

利用同軸眼睛成像之近眼顯示裝置及方法 Download PDF

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Description

利用同軸眼睛成像之近眼顯示裝置及方法 [相關申請案]
本申請案主張2014年9月30日申請之中國專利申請案第201410522328.X號之優先權，其全文係以引用方式併入本文中。
頭戴式顯示器系統安裝於一使用者的頭部並允許使用者觀看顯示器或其的一影像。通常，此顯示器作為一種與一電腦方便設置的介面，該電腦可包括在頭戴式顯示器系統中。舉例而言，一頭戴式顯示器系統可為一飛機駕駛員提供地圖及其它關於駕駛員所觀看到的實際場景的資訊。某些頭戴式顯示器系統允許使用者在觀看一實際場景的同時觀看一顯示影像。透視頭戴式顯示器系統將一顯示影像疊積在一使用者所觀看到的實際場景上。最近微光學製造技術的進展已導致針對消費市場所需的透視頭戴式顯示器系統的開發，該顯示器系統可提供類似於一智慧型手機的功能。舉例而言，美國專利申請公開號US2013/0021658討論的一種透視頭戴式顯示器系統。傳統頭戴式顯示器系統由使用者透過觸控及/或聲音控制介面所所控。
在一實施例中，其提供一種支援同軸眼睛成像且用於裝設在一使用者的一眼睛的視野中之近眼顯示裝置。此近眼顯示裝置包含一用以顯示一顯示影像之顯示單元；一觀看單元，用於：(i)基於自該顯示單元接收的偏振可見光而對該眼睛呈現該顯示影像，及(ii)將來自一周圍場景的環境光傳送向該眼睛；以及一用以形成該眼睛的一影像之眼睛成像單元。該眼睛成像單元包含：(a)一用以產生紅外光之照明模組；(b)一設置於該顯示單元與該觀看單元之間的第一偏振光束分光器介面，用於：(i)將該紅外光的一偏振紅外光分量與該偏振可見光合併，及(ii)將該偏振可見光與該經眼睛反射的偏振紅外光分量的一部分分離；以及(c)一攝影機，用以基於經眼睛反射的該部分偏振紅外光分 量而形成該眼睛的影像。
在一實施例中，其提供一種用以在一近眼顯示裝置執行同軸眼睛成像的方法，該近眼顯示裝置係供裝設在一使用者的一眼睛的視野中，該方法包含使用一第一偏振光束分光器介面將偏振紅外光與來自一顯示器的偏振可見顯示光合併。該方法進一步包含使用一第二偏振光束分光器介面將該偏振紅外光與該偏振可見光疊加在來自一周圍場景的環境光上，用於：(a)以該偏振紅外光照射該眼睛，(b)對該眼睛呈現該顯示器的一影像，及(c)使該眼睛可觀看該周圍場景。此外，該方法包含基於經眼睛反射的偏振紅外光的一部分，通過該第二偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而對該眼睛進行成像。
100、300、400、500、600、700、800、900、1000‧‧‧顯示裝置
102‧‧‧近眼顯示系統
104‧‧‧眼鏡框架
190‧‧‧眼睛
210‧‧‧顯示單元
220‧‧‧眼睛成像單元
222‧‧‧紅外光照明模組
224‧‧‧攝影機
230、310、340、1012、1022‧‧‧光束分光器介面
240、320、420‧‧‧觀看單元
270‧‧‧可見顯示光
272、472、570‧‧‧紅外光
274、474、560‧‧‧環境光
276‧‧‧經反射的紅外光
290‧‧‧周圍場景
312‧‧‧顯示器
314‧‧‧可見光源
342‧‧‧成像物鏡
344‧‧‧紅外光濾光鏡
350、460‧‧‧光通道
380‧‧‧控制模組
385‧‧‧介面
390‧‧‧殼體
410、430、440、512、522、532‧‧‧偏振光束分光器(PBS)介面
442‧‧‧四分之一波片
470‧‧‧偏振可見顯示光
473‧‧‧偏振紅外光
475‧‧‧偏振環境光
477‧‧‧偏振反射紅外光
510、520、530、1010、1020‧‧‧光束分光器立方體
514‧‧‧角度
516‧‧‧LCOS顯示器
542‧‧‧紅外光波段四分之一波片
543‧‧‧偏振濾光鏡
544‧‧‧紅外光波段反射鏡
546‧‧‧可見光波段四分之一波片
548、1048‧‧‧彎曲反射器
572‧‧‧s-偏振紅外光
574‧‧‧p-偏振紅外光
576‧‧‧反射紅外光
577‧‧‧p-偏振反射紅外光
578‧‧‧s-偏振反射紅外光
580‧‧‧可見光
582、1070、1072、1074、1076、1080、1082‧‧‧部分
584‧‧‧可見顯示光
586‧‧‧p-偏振可見顯示光
588‧‧‧s-偏振可見顯示光
590、592‧‧‧方向
612‧‧‧總成
750‧‧‧光通道
914、916‧‧‧錐狀光通道
1100、1200、1300、1400、1500、1600‧‧‧方法
1102、1104、、1110、1120、1210、1220、1130、1132、1310、1330、1340、1402、1404、1410、1412、1420、1430、1432、1510、1520、1522、1524、1526、1530、1610、1622、1624、1626、1630‧‧‧步驟
1700、1800、1900、2000、2100、2200‧‧‧頭戴式顯示設備
1710、1930‧‧‧反射式微顯示器
1711、1931、2151‧‧‧可見光源
1712、2152‧‧‧照明光學單元
1713、1934、2153、2253‧‧‧成像光學單元
1714、1935、2154‧‧‧眼睛追蹤模組
1721、1921、2121‧‧‧第一光束分光器
1731、1831、2131、2231‧‧‧第二光束分光器
1731a、1831a、1941a、2041a、2131a、2231a‧‧‧第一表面
1731b、1831b、1941b、2041b、2131b、2241b‧‧‧第二表面
1732、1942、2132‧‧‧成像透鏡
1790、1990、2190‧‧‧光軸
1833、2043、2233‧‧‧反射器
1932‧‧‧第一照明光學單元
1933‧‧‧第二照明光學單元
1941、2041‧‧‧第三光束分光器
2150‧‧‧透射式微顯示器
2250‧‧‧微顯示器
本發明之上述及其他特徵與優點將從如顯示於附圖中之實施例之更多特定說明而可清楚理解，其中在不同圖式中相同的參考符號表示相同的部件。圖式未必按比例繪製，反而是將重點放在說明本發明之原理上。
圖1顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像的近眼顯示系統。
圖2為依據一實施例更詳細說明圖1的近眼顯示裝置之方塊圖。
圖3為依據一實施例說明另一利用同軸眼睛成像的近眼顯示裝置之方塊圖。
圖4為依據一實施例說明一利用同軸眼睛成像並基於偏振的近眼顯示裝置之方塊圖。
圖5A、5B及5C顯示依據一實施例之另一利用同軸眼睛成像並基於偏振的近眼顯示裝置。
圖6顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像並基於偏振的近眼顯示裝置，其中一眼睛成像單元係連接一光束分光器立方體，且在一連接另一光束分光器立方體的組件中實施一可見光源。
圖7顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像並基於偏振的近眼顯示裝置，其包含一實施一偏振光束分光器介面之光通道。
圖8顯示依據一實施例之另一利用同軸眼睛成像並以偏振為基礎的近眼顯示裝置。
圖9顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像並以偏振為基礎的近眼顯示 裝置，其包含錐形光通道。
圖10顯示依據一實施例之另一利用同軸眼睛成像的近眼顯示裝置。
圖11顯示依據一實施例之一在近眼顯示裝置中執行同軸眼睛成像之方法。
圖12顯示依據一實施例之一用以通過近眼顯示裝置將經由眼睛反射的紅外光導引向攝影機之方法。
圖13顯示依據一實施例之一用以照明一顯示器及產生相關顯示光的方法。
圖14顯示依據一實施例之一用以在近眼顯示裝置中執行同軸眼睛成像之以偏振為基礎的方法。
圖15顯示依據一實施例之一用以通過近眼顯示裝置將偏振紅外光導引向眼睛以照射該眼睛之方法。
圖16顯示依據一實施例之一用以通過近眼顯示裝置將偏振可見顯示光導引向眼睛以對該眼睛呈現一顯示影像之方法。
圖17以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有二個光束分光器之頭戴式顯示裝置。
圖18以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有二個光束分光器與一反射器之頭戴式顯示裝置。
圖19以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有三個光束分光器之頭戴式顯示裝置。
圖20以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有三個光束分光器與一反射器之頭戴式顯示裝置。
圖21以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有一背照式顯示器與二個光束分光器之頭戴式顯示裝置。
圖22以圖解顯示依據一實施例之一利用同軸眼睛成像且含有一背照式顯示器、二個光束分光器及一反射器之頭戴式顯示裝置。
圖1顯示一例示性利用同軸眼睛成像的近眼顯示裝置100。顯示裝置100係實施於一經配置以將顯示裝置100鄰近一使用者眼睛設置的近眼顯示系統102中。於圖1所示的實例中，近眼顯示系統102安裝於使用者所配戴之眼鏡框架104。或者，近眼顯示系統102是安裝於使用者所配戴之安全帽、使用者之頭部或肩部，或其他方式置放以使近眼顯示裝置100位在使用者之一眼 睛之視野中。近眼顯示裝置100是一透視顯示裝置，其將一顯示影像疊加在使用者觀看到的周圍場景中。
顯示裝置100能夠對眼睛190進行成像。在一例示性使用情況中，顯示裝置100對眼睛190進行成像以追蹤眼睛190的移動。在這種情況下，顯示裝置100可基於眼睛190的移動而顯示不同的顯示影像，讓使用者可通過眼睛190的移動而控制顯示裝置100。在另一例示性使用情況中，顯示裝置100擷取眼睛190的影像，其包含眼睛190的虹膜。顯示裝置100可利用此類眼睛190虹膜影像以用於使用者的生物特徵識別，(例如)確保使用者是經授權使用顯示裝置100。或者，或與其結合，顯示裝置100可利用眼睛190虹膜影像而評估使用者的某一健康相關參數，諸如血糖、血液中的酒精及/或血壓。
圖2為更詳細說明近眼顯示裝置100的方塊圖。顯示裝置100包含一顯示單元210、一眼睛成像單元220、一光束分光器介面230及一觀看單元240。顯示裝置100帶有眼睛成像單元220，使得與眼睛190成像相關的光以及用來對眼睛190呈現一顯示影像的顯示光同軸傳播。與先前技術中讓眼睛190的照明及/或成像沿著一與對眼睛呈現顯示影像的相關光路分離開之光路進行的系統中相比，此同軸傳播簡化了眼睛成像單元與眼睛190的對準。由於在顯示裝置100中進行同軸傳播，來自顯示單元210的顯示光與眼睛190相對適當對準，自然確保眼睛成像單元220與眼睛190相對有適當對準。於某些實施例中，所有顯示單元210、眼睛成像單元220、光束分光器介面230及觀看單元240的位置係彼此相對固定，讓使用者僅需調整單一個實體裝置(即顯示裝置100)的位置，以達到讓(a)由顯示單元210所供之顯示影像及(b)由眼睛成像單元220所供之眼睛成像能力，均能適當對準。光束分光器230可進行偏振、不偏振或部分偏振。
顯示單元210顯示一影像並向光束分光器介面230放射出與此影像相關的可見顯示光270。可見顯示光270進一步由光束分光器介面230傳播至觀看單元240。觀看單元240以向眼睛190呈現該顯示影像的方式將可見顯示光270傳播至眼睛190。觀看單元240傳送來自一周圍場景290的環境光274，使得該眼睛190可通過觀看單元240觀看周圍場景290。因此，觀看單元240將顯示影像疊加在周圍場景290上。
眼睛成像單元220包含一紅外光(IR)照明模組222及一攝影 機224。紅外光照明模組222(例如)在近紅外光譜範圍內放射出紅外光272，諸如在約800nm(毫微米)至約1000nm的範圍內。紅外光照明模組222可包含一或多個發光二極體以及(可選擇的)其他光學組件，諸如一或多個透鏡及/或光學濾光鏡。攝影機224係經配置以對至少在一光譜範圍內與紅外光272光譜範圍重疊的紅外光進行成像。攝影機224可包含一紅外光敏感型影像感測器及一成像物鏡。攝影機224可進一步包含一光譜濾光鏡，以過濾不需要的光譜分量。於一實例中，攝影機224包含一阻擋可見光的光譜濾光鏡。
紅外光照明模組222向光束分光器介面230放射出紅外光272。光束分光器介面230將紅外光272與可見顯示光270合併，使得紅外光272及可見顯示光270同軸傳播至觀看單元240。觀看單元240將紅外光272及可見顯示光270二者導引至眼睛190，使得紅外光272、可見顯示光270及環境光274由觀看單元240同軸傳播至眼睛190。眼睛190朝向觀看單元240向後反射紅外光272的至少一部分。此經反射的紅外光276係與紅外光272、可見顯示光270及環境光274於眼睛190與觀看單元240之間同軸傳播(儘管其係以相反方向傳播)，且進一步與紅外光272及可見顯示光270由觀看單元240同步傳播至光束分光器介面230(儘管其係以相反方向傳播)。光束分光器介面230從可見顯示光270分離出經反射的紅外光276，並將經反射的紅外光276導引至攝影機224。攝影機224基於經反射的紅外光276而擷取眼睛190的影像。
在不偏離本發明範疇的情形下，部分的可見顯示光270、紅外光272、環境光274及/或經反射的紅外光276可能在光束分光器介面230及觀看單元240中之一或二者處損失，並以不同於圖2所示方向的方向傳播。
圖3為說明一利用同軸眼睛成像的例示性近眼顯示裝置300之方塊圖。顯示裝置300為近眼顯示裝置100的一實施例。顯示裝置300含有觀看單元240以作為一包含一光束分光器介面340的觀看單元320。光束分光器介面340將環境光274與可見顯示光270及紅外光272合併，以將可見顯示光270、紅外光272及環境光274全部導引至眼睛190。光束分光器介面340可為偏振、不偏振或部分偏振。
在一實施例中，觀看單元320進一步包含一成像物鏡342，且光束分光器介面340係經配置以將可見顯示光270導引向成像物鏡342。成像物鏡342將可見顯示光270聚集並將可見顯示光270重新導引回光束分光器介面 340，光束分光器介面340隨後將可見顯示光270導引至眼睛190(如圖2所述)。在一實施例中，成像物鏡342在離眼睛190一明顯距離處形成一虛擬影像，且可選擇地設置在顯示裝置300外部。該虛擬影像可形成於無限遠處或一段距離眼睛190的有限距離處。光束分光器介面340傳送至少一部分來自周圍場景290的光並傳播至眼睛190。因此，光束分光器介面340提供透視功能給顯示裝置300。
在某些實施例中，觀看單元320包含一紅外光濾光鏡344，用以在環境光274到達光束分光器介面340之前從環境光274移除紅外光，藉以防止環境光274中該紅外光分量(至少在攝影機224所偵測的紅外光譜範圍內)到達攝影機224。因此，紅外光濾光鏡344消除或降低攝影機224所擷取眼睛190影像的背景雜訊。紅外光濾光鏡344為(例如)一紅外光鏡。
可選擇地，顯示裝置300可含有一顯示單元210與一光束分光器介面310、一顯示器312及一可見光源314。顯示器312為(例如)一矽基液晶(LCOS)顯示器。光束分光器介面310將來自可見光源314的可見照明光導引至顯示器312以照明顯示器312。顯示器312使用該可見照明光而顯示一影像，且光束分光器介面310將可見顯示光270導引向光束分光器介面230。在一實施例中，可見光源314包含以發光二極體(LED)為基礎的光源，諸如一用以產生紅、藍及綠光的RGB LED模組。在此實施例中，顯示器312及可見光源314可協同作用以提供一彩色顯示器。
在一實施例中，顯示裝置300包含一光通道350，其連接光束分光器介面230及340，或替代地連接(例如，接合)二個分別含有光束分光器介面230及340的光學部件(例如，光束分光器立方體)。在此實施例中，可見顯示光270、紅外光272及經反射的紅外光276係於光束分光器介面230(或諸如含有光束分光器介面230及340之光束分光器立方體之相關光學部件)及觀看單元320之間傳播。光通道350可以是一種能夠傳送一預期波長的光(諸如可見光及紅外光)之固體材料。例如，光通道460可由玻璃或一光學塑膠(諸如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚鏈烯烴)所構成。
儘管未顯示於圖3之中，顯示單元210可直接連接至光束分光器介面230(或一含有光束分光器介面230的光學部件)。例如，一含有光束分光器介面310的光束分光器立方體可接合至一含有光束分光器介面230的光束 分光器立方體。同樣地，眼睛成像單元220可連接(例如，接合)至光束分光器介面230、光通道350及/或顯示單元210。因此，在一實施例中，顯示單元210、眼睛成像單元220、光束分光器介面230、光通道350及觀看單元320形成一機械整合模組。
可選擇地，顯示裝置300包含一控制模組380。例如，控制模組380控制可見光源314、顯示器312、紅外光照明模組222及攝影機224中之一或多者。控制模組380可接收來自攝影機224的一或多個影像，以依據經攝影機224擷取的影像所提供關於眼睛190的資訊而控制該影像被顯示單元210顯示。顯示裝置300可進一步包含一透過一使用者及/或一外部電腦系統以與控制模組380通訊耦合的介面385。介面385可包含一語音介面及/或一觸控介面(諸如鍵盤或觸控板)，用以接收來自使用者的指令。透過控制模組380，這類指令可影響形成在顯示器312上的影像。或者，或與其結合，介面385可包含一聲音介面，用以與使用者通信及/或接收來自使用者的語音指令。儘管圖3將控制模組380及介面385顯示為包含在顯示裝置300中，控制模組380及介面385中之一或二者(或其部分)可在不偏離本發明範疇的情形下設置在顯示裝置300的外部。例如，在顯示系統102中含有的顯示裝置300(如同顯示裝置100)的情形下，控制模組380及介面385可設置在不同於顯示裝置300的顯示系統102的一部分之中。儘管未顯示於圖3之中，顯示裝置300的元件可在不偏離本發明範疇的情形下由一併入顯示裝置300的電池供給電源，或通過(例如)介面385接收電力。
顯示裝置300可進一步包含一殼體390，該殼體具有一用以接收環境光274的開口(圖3未示)以及另一用以光學耦合光束分光器介面340與眼睛190的開口。
圖4為說明一利用同軸眼睛成像並以偏振為基礎的例示性近眼顯示裝置400之方塊圖。顯示裝置400為顯示裝置300的一實施例。顯示裝置400含有顯示裝置300的每一光束分光器介面(為一偏振光束分光器介面(Polarizing Beamsplitter Interface))，以至少部分地以偏振為基礎而調控不同光分量的合併與分離。具體而言，顯示裝置400含有光束分光器介面230、可選擇的光束分光器介面310及光束分光器介面340，以分別作為偏振光束分光器(PBS)介面430、可選擇的PBS介面410及PBS介面440。
PBS介面430反射一偏振分量的紅外光並傳送該垂直偏振分量的紅外光。紅外光照明模組222產生經偏振處理或不經偏振處理的紅外光472。PBS介面430將一紅外光472的偏振分量(即偏振紅外光473)導引向PBS介面440。PBS介面430可經配置以將偏振紅外光473反射向或傳送向PBS介面440。
PBS介面430接收來自顯示單元210的可見顯示光270，並將偏振可見顯示光470導引向PBS介面440。在一實施例中，可見顯示光270係經偏振處理，且經偏振處理的可見顯示光470具有與可見顯示光270相同型式的偏振。在此實施例的一實例中，PBS介面430對可見光不具有偏振的功能，但其經配置以將可見顯示光270的至少一部分導引至PBS介面440。在此實施例的另一實例中，PBS介面430亦可在可見光波段進行偏振處理，以清除(或至少降低)可見顯示光270的不完全偏振，以產生偏振可見顯示光470。在另一實施例中，可見顯示光270具有不同於(但不垂直於)偏振可見顯示光470的偏振特性。在此實施例中，PBS介面430亦可在可見光波段進行偏振，且PBS介面430選擇來自於可見顯示光270的偏振可見顯示光470並將偏振可見顯示光470導引向PBS介面440。
在一般的情況下，PBS介面430不是(a)將偏振紅外光473反射向PBS介面440且將偏振可見顯示光470傳送向PBS介面440，就是(b)將偏振紅外光473傳送向PBS介面440且將偏振可見顯示光470反射向PBS介面440。PBS介面430可包含一或多個塗層以達到此目的。在一實施例中，PBS介面430包含一在紅外光波段中具有偏振功能的塗層以及另一在可見光波段中具有偏振功能的塗層。在另一實施例中，PBS介面430包含一在紅外光波段及在可見光波段中均具有偏振功能的寬頻塗層。在一般的情況下，偏振紅外光473的偏振垂直於偏振可見顯示光470的偏振。在本文中，「紅外光波段」係指紅外光472的光譜範圍，而「可見光波段」係指可見顯示光270的光譜範圍。
PBS介面440係經配置以反射一偏振分量並傳送該垂直偏振分量，其中PBS介面440在可見光波段中具有與在紅外光波段中相同的偏振功能。在一實施例中，PBS介面440傳送具有與偏振可見顯示光470相同偏振的光，並反射與偏振紅外光473相同偏振的光。於此實施例中，PBS介面440可透過一可選擇的四分之一波片442而將偏振可見顯示光470傳送至成像物鏡342。憑 藉四分之一波片442，偏振可見顯示光470的偏振在回傳至PBS介面440時係旋轉90度，且PBS介面440接著將經回傳的偏振可見顯示光470反射向眼睛190。PBS介面440傳送自周圍場景290接收的偏振環境光475以作為環境光474的至少一部分。
在顯示裝置400包含PBS介面410、可見光源314及顯示器312的實施例中，PBS介面410將來自可見光源314的可見光的一偏振分量導引向顯示器312。顯示器312放射出包含有可經PBS介面410傳送的偏振分量之可見顯示光，藉以放射出可見顯示光270作為偏振可見顯示光470。
圖5A、5B及5C顯示一利用同軸眼睛成像並以偏振為基礎的例示性近眼顯示裝置500。顯示裝置500為顯示裝置400的一實施例。為簡便說明起見，可選擇的控制模組380、可選擇的介面385及可選擇的殼體390係未顯示於圖5A、5B及5C之中。圖5A顯示用以照射眼睛190的顯示光及紅外光的傳播。圖5B顯示眼睛190成像所依據的經反射紅外光的傳播。圖5C顯示由周圍場景290至眼睛190的環境光的傳播。圖5A、5B及5C應一併閱讀理解。
顯示裝置500包含光束分光器立方體510、520及530，其分別含有PBS介面512、522及532。PBS介面512、522及532分別為PBS介面430、440及410的實施例。在一實施例中，光束分光器立方體510、520及530中之每一者係與其關連的PBS介面經配置成呈45度角度514，如在光束分光器立方體510中所表示。顯示裝置500包含光通道350。顯示裝置500進一步包含可見光源314及一LCOS顯示器516。LCOS顯示器516係為顯示器312的一實施例。光束分光器立方體530係連接(例如，接合)光束分光器立方體510。光通道350係連接(例如，接合)光束分光器立方體510及520。
顯示裝置500係將觀看單元420與光束分光器立方體520、一紅外光波段四分之一波片542、一紅外光波段反射鏡544、一可見光波段四分之一波片546及一彎曲反射器548一同設置。紅外光波段反射鏡544係為紅外光濾光器344的一實施例。可見光波段四分之一波片546為四分之一波片442的一實施例。
紅外光照明模組222產生紅外光570並在朝向光束分光器立方體510的方向放射出紅外光570(參圖5A)。紅外光570不需經偏振處理，但其包含s-偏振紅外光572。s-偏振紅外光572係相對於PBS介面512而被s-偏振。 PBS介面512係經設置以反射s-偏振光並傳送紅外光波段與可見光波段二者中的p-偏振光。因此，PBS介面512將接收自紅外光照明模組222的s-偏振紅外光572反射向PBS介面522。s-偏振紅外光572係在一大致方向590上通過光通道350而傳播。PBS介面512係經配置以反射s-偏振光並傳送紅外光波段與可見光波段二者中的p-偏振光。因此，PBS介面522將自光通道350接收的s-偏振紅外光572朝向周圍場景290方向反射，使得s-偏振紅外光572穿過紅外光波段四分之一波片542並被紅外光波段反射鏡544逆向反射而再次穿過紅外光波段四分之一波片542，接著在朝向眼睛190的方向上作為p-偏振紅外光574朝向PBS介面522傳播。PBS介面522將s-偏振紅外光572傳送向眼睛190，讓s-偏振紅外光572照射眼睛190。
可見光源314產生可見光580(參圖5)。PBS介面532將可見光580的一部分582反射向LCOS顯示器516以照明LCOS顯示器516。部分582係(例如)經s-偏振。LCOS顯示器516在朝向PBS介面532的方向放射出可見顯示光584。LCOS顯示器516由部分582產生可見顯示光584。PBS介面532傳送p-偏振可見顯示光586，而p-偏振可見顯示光586係為可見顯示光584的至少一部分。p-偏振可見顯示光586係經PBS介面512傳送，沿著方向590傳播通過光通道350，並經PBS介面522傳送而穿過可見光波段四分之一波片546，隨後經彎曲反射器548逆向反射並聚集而再次穿過可見光波段四分之一波片546，接著在朝向光通道350的方向作為s-偏振可見顯示光588而傳播向PBS介面522。然而，PBS介面522將s-偏振可見顯示光588反射向眼睛190以對眼睛190呈現LCOS顯示器516的虛擬影像。
為簡便說明起見，圖5A顯示光傳播為未重疊的直線。然而應理解者為，光(諸如顯示光及紅外照明光)係以非零內容(Zero Content)且可能發散或匯聚的光束傳播通過顯示裝置500，同時又有不同的光束可重疊。例如，p-偏振可見顯示光586及s-偏振紅外光572可為PBS介面512及522之間的重疊光。
p-偏振紅外光574的一部分係經眼睛190反射為反射紅外光576(參圖5B)。反射紅外光576可包含p-偏振及s-偏振分量。PBS介面522傳送p-偏振反射紅外光577，而p-偏振反射紅外光577為反射紅外光576的一部分。p-偏振反射紅外光577穿過紅外光波段四分之一波片542，經紅外光波段反射鏡 544反射並再次穿過紅外光波段四分之一波片542，接著作為s-偏振反射紅外光578傳播向PBS介面522。PBS介面522將s-偏振反射紅外光578反射向PBS介面512。s-偏振反射紅外光578通過光通道350而沿著一相反於方向590的大致方向592傳播向PBS介面512。PBS介面512將s-偏振反射紅外光578反射向攝影機224。攝影機224基於s-偏振反射紅外光578而擷取眼睛190的影像。
在顯示裝置500中紅外光570與其分量的偏振管理將除了預期反射離開眼睛190的目的以外之紅外光570通過其他裝置被反射回眼睛190的風險降至最低程度。因此，經攝影機224擷取的眼睛190影像具有最低程度來自非預期紅外光570逆反射所致的雜訊影響。在不偏離本發明範疇的情形下，PBS介面512、522及532中之任一者可傳送(反射)少量具有垂直於被設計用來傳送(反射)偏振光的該PBS介面的偏振方向。這種情況可能發生(例如)於在光以一明顯遠離PBS介面設計角度的角度入射在PBS介面512、522及532中之一者上時。
由周圍場景290通過PBS介面522傳播至眼睛190的環境光560可以是任何偏振的(參圖5C)。然而，經由PBS介面522傳播的環境光560實質上僅為環境光560的p-偏振分量。假如周圍場景290非常靠近顯示裝置500，環境光560可包含具有到PBS介面522的入射角相當遠離為PBS介面522設計的入射角的光，其中一些s-偏振光會通過PBS介面522漏出至眼球190。在任何情況下，眼睛190將能夠接收至少一部分的環境光560，因而能通過顯示裝置500觀看周圍場景290。
環境光560可包含一在紅外光波段中的光譜分量。然而，此分量係經由紅外光波段反射鏡544而反射離顯示裝置500，因此不會造成攝影機224所擷取的眼睛190影像中的背景值。
可選擇地，如顯示裝置500中所設置的觀看單元420進一步包含一可允許只將p-偏振環境光560傳送至光束分光器立方體520內的偏振濾光鏡543。這樣可將環境光560被PBS介面522反射向LCOS顯示器516及/或攝影機224的風險降至最低程度。
圖6顯示一利用同軸眼睛成像並基於偏振的例示性近眼顯示裝置600。顯示裝置600為顯示裝置500的一實施例。在顯示裝置600中，眼睛成像單元220係連接光束分光器立方體510，且可見光源314係在一連接光束分光 器立方體530的總成612中設置。眼睛成像單元220係接合光束分光器立方體510，且可選擇地(圖6中未示)接合光通道350及/或光束分光器立方體530。同樣地，總成612可接合光束分光器立方體530，且可選擇地(圖6中未示)接合光束分光器立方體510。為簡便說明起見，圖6中未顯示可選擇的控制模組380、可選擇的介面385及可選擇的殼體390。
圖7顯示一利用同軸眼睛成像並基於偏振的例示性近眼顯示裝置700。顯示裝置700為顯示裝置400的一實施例。顯示裝置700係與顯示裝置500相似，惟其光通道350及光束分光器立方體510被帶有PBS介面512的光通道750所替代。儘管圖7中未顯示，在不偏離本發明範疇的情形下，眼睛成像單元220可以一與圖6所示方式相似的方式連接光通道750。同樣地，在不偏離本發明範疇的情形下，顯示裝置700可在如圖6所示的總成612中設置可見光源314。為簡便說明起見，圖7中未顯示可選擇的控制模組380、可選擇的介面385及可選擇的殼體390。
圖8顯示一利用同軸眼睛成像並基於偏振的例示性近眼顯示裝置800。顯示裝置800為顯示裝置400的一實施例。顯示裝置800係與顯示裝置600相似，惟在顯示裝置800中的光束分光器立方體530方位係經旋轉(與顯示裝置600的配置相比)，使得總成612鄰近於眼睛成像單元220。在不偏離本發明範疇的情形下，總成612可設置在遠離眼睛成像單元220一距離之位置處。為簡便說明起見，圖8中未顯示可選擇的控制模組380、可選擇的介面385及可選擇的殼體390。
在不偏離本發明範疇的情形下，顯示裝置800中的光束分光器立方體530方位可應用於顯示裝置500及700中之任一者，以及下述關於圖9及圖10的顯示裝置900及1000中之任一者。
圖9顯示一利用同軸眼睛成像並基於偏振的例示性近眼顯示裝置900。顯示裝置900為顯示裝置600的一實施例。在顯示裝置900中，眼睛成像單元220包含一錐狀光通道916，該錐狀光通道916將(a)紅外光照明模組222所產生的紅外光耦接至光束分光器立方體510，及(b)經眼睛190反射的紅外光由光束分光器立方體510耦接至攝影機224。此外，顯示裝置900係以一錐狀光通道914設置總成612，該錐狀光通道914將可見光源314所產生的可見光耦接至光束分光器立方體530。錐狀光通道914及916可具有與光通道350相 似的材料特性。為簡便說明起見，圖9中未顯示可選擇的控制模組380、可選擇的介面385及可選擇的殼體390。
在不偏離本發明範疇的情形下，錐狀光通道914及916可在顯示裝置700、800及1000中之任一者中實施(如下關於圖10所述)。
圖10顯示一利用同軸眼睛成像的例示性近眼顯示裝置1000。顯示裝置1000為顯示裝置300的一實施例。除了(a)光束分光器立方體510及520係分別被光束分光器立方體1010及1020所置換，(b)紅外光波段四分之一波片542與可見光波段四分之一波片546被顯示裝置1000省略，及(c)彎曲反射器548係被彎曲反射器1048所置換以外，顯示裝置1000係與顯示裝置500類似。彎曲反射器1048係經配置以反射可見光波段及紅外光波段二者。
光束分光器立方體1010及1020分別包含光束分光器介面1012及1022。光束分光器介面1012及1022分別為光束分光器介面230及340的實施例。光束分光器立方體1012係具有對於可見光波段光為至少50%的透射係數，以及對於紅外光波段光為至少50%的透射係數，其大體上不論偏振與否。在一實例中，光束分光器介面1012具有對於可見光波段光為將近100%的透射係數，以及對於紅外光波段光為將近100%的反射係數，其大體上不論偏振與否。不論偏振與否，光束分光器介面1022對於紅外光波段光及可見光波段光二者的透射與反射比率大體上為50%/50%。
實施時，可見光源314產生可見光580，其致使偏振可見顯示光584由光束分光器立方體530傳播至光束分光器立方體1010(參上述關於圖5所述)。至少50%(在一實施例中為將近100%)的偏振可見顯示光584係經光束分光器介面1012傳送，並傳播通過光通道350至光束分光器立方體1020。光束分光器介面1022將偏振可見顯示光584的一部分1080傳送向彎曲反射器1048。彎曲反射器1048將該部分1080聚集並逆向反射向光束分光器介面1022。光束分光器介面1022將該部分1080的一部分1082反射向眼睛190以對眼睛190呈現LCOS顯示器516的影像。彎曲反射器1048具有與彎曲反射器548相似的聚集特性。經由光束分光器立方體530遞送的偏振可見顯示光584中有多達約25%是被傳送至眼睛190。
實施時，紅外光照明模組222亦產生紅外光570。至少50%(在一實施例中為將近100%)的紅外光570係經光束分光器介面1012反射，並傳 播通過光通道350至光束分光器立方體1020。光束分光器介面1022將紅外光570的一部分1070傳送向彎曲反射器1048。彎曲反射器1048將該部分1070聚集並逆向反射向光束分光器介面1022。光束分光器介面1022將該部分1070的一部分1072反射向眼睛190以使用紅外光照射眼睛190。此外，光束分光器介面1022將紅外光570的一部分1074反射向紅外光波段反射鏡544。紅外光波段反射鏡544將該部分1074逆向反射至光束分光器介面1022。光束分光器介面1022將該部分1074的一部分1076傳送向眼睛190以對眼睛190提供進一步的紅外光照明。經由紅外光照明模組222產生的紅外光570中有多達約50%是被傳送至眼睛190。
眼睛190將一些入射至眼睛190上的紅外光(如所述部分1072及1076)向後朝向光束分光器介面1022反射。若干的此類經反射紅外光係沿著以與其紅外光570及分量相關的光路相反的方向進行傳播的光路(如上所述)，傳播回眼睛成像單元220。攝影機224基於此經反射紅外光而擷取眼睛190的影像。
除了有約50%的環境光在光束分光器介面1022損失之外，來自周圍場景290的環境光是以一與上述顯示裝置500的說明相似的方法，傳播通過紅外光波段反射鏡544及光束分光器介面1022。
圖11顯示一在近眼顯示裝置中執行同軸眼睛成像之例示性方法1100。方法1100係例如通過顯示裝置300執行。
在步驟1110中，方法1100使用一第一光束分光器介面將紅外光與來自顯示器的可見光合併。在步驟1110的一實例中，顯示裝置300的光束分光器介面230將紅外光272與可見顯示光270合併。
在步驟1100中，方法1100使用一第二光束分光器介面將步驟1110中的紅外光與可見顯示光疊加在來自於眼睛所觀看周圍場景的光上。在步驟1120的一實例中，顯示裝置300的光束分光器介面340將紅外光272及可見顯示光270疊加在環境光274上。
在步驟1130中，方法1100基於步驟1120中經眼睛反射的紅外光的一部份而通過該第二光束分光器介面及該第一光束分光器介面對該眼睛進行成像。在步驟1130的一實例中，攝影機224偵測反射紅外光276以擷取眼睛190的影像。控制模組380可將紅外光照明模組222啟動一段有限持續時間，以 在這有限持續時間的期間內利用紅外光272的至少一部分照射眼睛190。控制模組380可進一步經配置以在這有限持續時間的期間內，基於反射紅外光276誘發眼睛190影像的擷取。
在一實施例中，方法1100進一步包含步驟1102，且步驟1130包含步驟1132。步驟1102使用一光源而產生紅外光，該光源機械耦接於(a)一設置該第一光束分光器的光束分光器立方體，及/或(b)一以該第二光束分光器連接該第一光束分光器的光通道。步驟1132使用一機械耦接於該光束分光器立方體及/或步驟1102中的光通道之攝影機對該眼睛進行成像。在此實施例的一實例中，方法1100利用顯示裝置300的一實施例，其中眼睛成像單元220係連接至(a)光束分光器立方體510及光通道350中之至少一者，(b)光通道750，或(c)光束分光器立方體1010及光通道350中之至少一者，如上述關於圖6-10中所述。
可選擇地，方法1100亦包含一照明該顯示器及產生該顯示光的步驟1104。在步驟1104的一實例中，可見光源314照明顯示器312，讓顯示器312放射出可見顯示光。步驟1104的此實例可進一步包含經由光束分光器介面310的可見顯示光偏振過濾。
圖12顯示一用以將方法1100的步驟1130中之反射紅外光導引至攝影機的例示性方法1200。在步驟1210中，方法1200使用步驟1120的第二光束分光器介面將經眼睛反射的紅外光由周圍場景光中分離出。在步驟1210的一實例中，光束分光器介面340由環境光274中分離出反射紅外光276。在步驟1220中，方法1200使用步驟1110的第一光束分光器介面將經眼睛反射的紅外光由周圍場景光中分離出。在步驟1220的一實例中，光束分光器介面230由可見顯示光270中分離出反射紅外光276。
圖13顯示一用以照明一顯示器及產生相關顯示光的例示性方法1300。方法1300為方法1100的步驟1104的一實施例，且可藉由顯示裝置500、600、700、800、900及1000中之任一者所設置的顯示單元210執行。
在步驟1310中，方法1300產生可見照明光。在步驟1310的一實例中，可見光源314產生可見光580。
在步驟1320中，方法1300使用一偏振光束分光器介面，其實質上僅將該可見照明光的第一偏振分量反射向一顯示器。步驟1320因而以偏振 可見照明光照明該顯示器。在步驟1320的一實例中，PBS介面532將可見光580的一s-偏振部分582反射向LCOS顯示器516。
在步驟1330中，該顯示器放射出可見顯示光。在步驟1330的一實例中，LCOS顯示器516基於LOCS顯示器本身之設定而放射出產生自s-偏振部分582的可見顯示光584。這些設定係(例如)藉由控制模組380所定義。
在步驟1340中，實質上僅有步驟1330中所放射出的可見顯示光的一第二偏振分量傳送通過步驟1320的偏振光束分光器介面，以產生偏振可見顯示光。此第二偏振分量係垂直於該第一偏振分量。在步驟1340的一實例中，PBS介面532傳送p-偏振可見顯示光586，其中p-偏振可見顯示光586係可見顯示光584的一分量。
圖14顯示一用以在一近眼顯示裝置中執行同軸眼睛成像之基於偏振的例示性方法1400。方法1400為方法1100的一實施例。方法1400係藉由(例如)顯示裝置400執行。
在步驟1410中，方法1400使用一第一偏振光束分光器介面將偏振紅外光與來自顯示器的偏振可見顯示光合併。在步驟1410的一實例中，顯示裝置400的PBS介面430將偏振紅外光473與偏振可見顯示光470合併。
在一實施例中，步驟1410包含只反射自該紅外光源接收的紅外光的一偏振分量之步驟1412。在步驟1412的一實例中，顯示裝置500、600、700、800及900中之任一者的PBS介面512藉由在與經PBS介面512所傳送p-偏振可見顯示光586的傳播方向相同的方向上反射s-偏振紅外光572，而將s-偏振紅外光572與p-偏振可見顯示光586合併。
在步驟1420中，方法1100使用一第二偏振光束分光器介面將步驟1410的偏振紅外光及偏振可見顯示光，疊加在來自周圍場景且被眼睛觀看的光上。步驟1420因而將該偏振紅外光及偏振可見顯示光二者導引至眼睛，使紅外光照射眼睛及向眼睛顯示影像。在步驟1420的一實例中，顯示裝置400的PBS介面440將偏振紅外光473及偏振可見顯示光470疊加在環境光474上。在步驟1420的另一實例中，顯示裝置500、600、700、800及900中之任一者的PBS介面522將p-偏振紅外光至574及s-偏振可見顯示光588疊加在環境光560上。
在步驟1430中，方法1400基於步驟1420中被眼睛反射的紅外 光的一部分，透過該第二偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而對眼睛進行成像。在步驟1430的一實例中，攝影機224偵測偏振反射紅外光477以擷取眼睛190的影像。在步驟1430的另一實例中，攝影機224偵測s-偏振反射紅外光578以擷取眼睛190的影像。在一實施例中，步驟1430包含以第一及第二光束分光器介面中之每一者而進行實施的方法1200，該等光束分光器介面為偏振光束分光器介面，諸如PBS介面512及522，如上關於圖5的說明所述。步驟1430可利用控制模組380，如上關於圖11的步驟1130說明所述。
在一實施例中，方法1400進一步包含步驟1402，而步驟1430包含步驟1432。步驟1402係類似於步驟1102，而步驟1432係類似於步驟1132。在此實施例的一實例中，方法1400利用顯示裝置400的一實施例，其中眼睛成像單元220連接：(a)光束分光器立方體510及光通道350中之至少一者，或(b)光通道750，如上關於圖6-9的說明所述。
可選擇地，方法1400亦包含照明顯示器及產生顯示光的步驟1404。在步驟1404的一實例中，可見光源314照明顯示器312，使得顯示器312放射出可見顯示光，其隨後經PBS介面410偏振過濾。步驟1404的另一實例係使用可見光源314、PBS介面532及LCOS顯示器516，如上關於方法1300所述。
圖15顯示一在步驟1420中用以將偏振紅外光導引向眼睛190以照射該眼睛之方法1500。方法1500係藉由(例如)顯示裝置500、600、700、800及900中之任一者執行。
在步驟1510中，方法1500使用該第二偏振光束分光器介面以向周圍場景反射該自第一偏振光束分光器介面接收的偏振紅外光。在步驟1510的一實例中，PBS介面522將s-偏振紅外光572反射向周圍場景290。
在步驟1520中，方法1500逆向反射並旋轉在步驟1510中經第二偏振光束分光器介面反射的偏振紅外光的偏振，以產生垂直偏振紅外光。步驟1510包含步驟1522、1524及1526。在步驟1522中，方法1500將該偏振紅外光傳遞通過一紅外光波段四分之一波片而傳遞至周圍場景。在步驟1522的一實例中，s-偏振紅外光572穿過紅外光波段四分之一波片542以形成圓偏振紅外光。在步驟1524中，方法1500在一紅外光波段反射鏡上逆向反射該園偏振紅外光。在步驟1524的一實例中，該藉由將s-偏振紅外光572傳遞通過紅外光波 段四分之一波片542所產生的圓偏振紅外光係經由紅外光波段反射鏡544逆向反射。在步驟1526中，方法1500將該在步驟1524中被逆向反射的圓偏振紅外光再次傳遞通過該紅外光波段四分之一波片，以形成垂直偏振紅外光。在步驟1526的一實例中，該經紅外光波段反射鏡544逆向反射的圓偏振紅外光係穿過紅外光波段四分之一波片542以形成傳播至PBS介面522的p-偏振紅外光574。
在步驟1530中，方法1500將在步驟1520中所產生的垂直偏振紅外光傳送通過該第二偏振光束分光器介面而傳送至眼睛以照射眼睛。在步驟1530的一實例中，PBS介面522將p-偏振紅外光574傳送向眼睛190以照射眼睛190。
圖16顯示一在步驟1420中用以將偏振可見顯示光導引向眼睛190以對眼睛呈現一顯示影像之方法1600。方法1600係藉由(例如)顯示裝置400、500、600、700、800及900中之任一者執行。
在步驟1610中，方法1600通過該第二偏振光束分光器介面而傳送自第一偏振光束分光器介面接收的該偏振可見顯示光。在步驟1610的一實例中，PBS介面522傳送p-偏振可見顯示光586。
在步驟1620中，方法1600逆向反射、聚集及旋轉在步驟1610中經第二偏振光束分光器介面所傳送偏振可見顯示光的偏振，以產生垂直偏振可見顯示光。步驟1610包含步驟1622、1624及1626。在步驟1622中，方法1600將該偏振可見顯示光傳遞通過一可見光波長四分之一波片。在步驟1622的一實例中，p-偏振可見顯示光586穿過可見光波段四分之一波片546以形成圓偏振可見顯示光。在步驟1624中，方法1600在一可見光波段反射鏡上逆向反射該圓偏振可見顯示光。在步驟1624的一實例中，藉由將p-偏振可見顯示光586傳遞通過可見光波段四分之一波片546所產生的圓偏振可見顯示光，係被彎曲反射器548逆向反射。在步驟1626中，方法1600將步驟1624中所逆向反射的圓偏振紅外光再次傳遞通過該可見光波段四分之一波片，以形成垂直偏振可見顯示光。在步驟1626的一實例中，該被彎曲反射器548逆向反射的圓偏振可見顯示光係穿過可見光波段四分之一波片546，以形成傳播至PBS介面522的s-偏振可見顯示光588。
在步驟1630中，方法1600係在該第二偏振光束分光器介面上將步驟1620中所產生的垂直偏振可見顯示光反射向眼睛，以對該眼睛呈現一顯 示影像。在步驟1630的一實例中，PBS介面522將s-偏振可見顯示光588反射向眼睛190，以對眼睛190呈現一顯示影像(例如LCOS顯示器516的影像)。
其他的實施例
以下揭露了顯示裝置100的其他實施例。這些實施例被稱作為「頭戴式顯示裝置」。
在一實施例中，其提供了一種頭戴式裝置，包含：一反射式微顯示器；一經配置以照明該微顯示器的可見光源；一照明光學單元，其係經配置以將由該可見光源散發出的可見光導引至該微顯示器內，致使自微顯示器反射呈影像形式的光可沿著一光軸穿過其中而傳送；一成像光學單元，其係經配置將來自該微顯示器的影像投射至一使用者的眼睛內；以及一眼睛追蹤模組，包含：一不可見光源，其係經配置以散發出一不可見光束至該照明光學單元內，該照明光學單元係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者的眼睛內；以及一感測器，其係經配置以接收由使用者眼睛反射回的不可見光束而擷取該眼睛的影像。
可選擇地，該反射式微顯示器可以是一矽基液晶顯示器或一數位光源處理顯示器。可選擇地，來自微顯示器且投射至一使用者眼睛內的影像可以是一虛擬影像。可選擇地，該眼睛追蹤模組可進一步包含一處理器，用以接收來自該感測器的眼睛影像以監控眼睛的位置。可選擇地，該感測器可提供一實像以監控眼睛的位置。可選擇地，該處理器可藉由使用一演算法而計算眼睛的位置。可選擇地，該成像光學單元可沿著該光軸而設置在照明光學單元的下游處，同時該眼睛追蹤模組設置在該照明光學單元的一第一側上，且該可見光源設置在該照明光學單元之一與該第一側相對的第二側上。可選擇地，該照明光學單元可包含一以相對於該光軸為約45度角度設置的第一光束分光器。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第二光束分光器及一成像透鏡，該第二光束分光器具有一第一表面，用以接收該來自微顯示器的影像及 該不可見光束，並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，而該成像透鏡係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射至該第二光束分光器的一第二表面，且該第二光束分光器的第二表面係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射至使用者的眼睛內。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第二光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第二光束分光器具有一第一表面，使來自微顯示器的影像可穿過其中，並將該不可見光束反射至該反射器，其中該第二光束分光器的第一表面進一步經配置讓反射自反射器的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內，而該成像透鏡係經配置以將來自微顯示器的影像反射向第二光束分光器的第二表面，且該第二光束分光器的第二表面係經配置以將來自微顯示器的影像反射至使用者的眼睛內。可選擇地，該不可見光源可以是一紅外光發光二極體光源。
在另一實施例中，一頭戴式顯示裝置包含：一反射式微顯示器；一經配置以照明該微顯示器的可見光源；一第一照明光學單元，其係經配置以將由該可見光源散發出的可見光導引至該微顯示器內，致使自微顯示器反射呈影像形式的光可沿著一光軸穿過其中；一第二照明光學單元，其沿著該光軸設置在該第一照明光學單元的下游處，致使來自該微顯示器的影像可穿過其中；一成像光學單元，其係經配置以將來自該微顯示器的影像投射至一使用者的眼睛內；以及一眼睛追蹤模組，包含：一不可見光源，其係經配置以散發出一不可見光束至該第二照明光學單元內，該第二照明光學單元係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者的眼睛內；以及一感測器，其係經配置以接收由使用者眼睛反射回的不可見光束而擷取該眼睛的影像。
可選擇地，該反射式微顯示器可以是一矽基液晶顯示器或一數位光源處理顯示器。可選擇地，來自微顯示器且投射至一使用者眼睛內的影像可以是一虛擬影像。可選擇地，該眼睛追蹤模組可進一步包含一處理器，用以 接收來自該感測器的眼睛影像並監控眼睛的位置。可選擇地，該感測器可提供一實像以監控眼睛的位置。可選擇地，該處理器可藉由使用一演算法而計算眼睛的位置。可選擇地，該第一照明光學單元、該第二照明光學單元及該成像光學單元可沿著該光軸接連排列，同時該眼睛追蹤模組及該可見光源分別設置在該第二照明光學單元之一與該第一照明光學單元的相同側上。可選擇地，該第一照明光學單元可包含一以相對於該光軸為約45度角度設置的第一光束分光器，該第二照明光學單元可包含一以相對於該光軸為約45度角度設置的第二光束分光器，其中該第一光束分光器與第二光束分光器彼此垂直。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第三光束分光器及一成像透鏡，該第三光束分光器具有一第一表面，用以接收該來自微顯示器的影像及該不可見光束並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，而該成像透鏡係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射至該第三光束分光器的一第二表面，且該第三光束分光器的第二表面係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射至使用者的眼睛內。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第三光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第三光束分光器具有一第一表面，使來自微顯示器的影像可穿過其中，並將該不可見光束反射向該反射器，其中該第三光束分光器的第一表面進一步經配置讓反射自反射器的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內，而該成像透鏡係經配置以將來自微顯示器的影像反射向第三光束分光器的第二表面，且該第三光束分光器的第二表面係經配置以將來自微顯示器的影像反射至使用者的眼睛內。可選擇地，該不可見光源可以是紅外光發光二極體光源。
又在另一實施例中，一頭戴式裝置包含：一透射式微顯示器；一經配置以照明該微顯示器背面的可見光源，讓呈影像形式的光由該微顯示器的正面沿著一光軸傳送；一照明光學單元，其係經配置以接收來自微顯示器的影像並使該影像可穿過其中；一成像光學單元，其係經配置以將來自該微顯示器的影像投射至一使用者的眼睛內；以及一眼睛追蹤模組，包含： 一不可見光源，其係經配置以散發出一不可見光束至該照明光學單元內，該照明光學單元係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者的眼睛內；以及一感測器，其係經配置以接收由使用者眼睛反射回的不可見光束而擷取該眼睛的影像。
可選擇地，該照明光學單元可包含一以相對於該光軸為約45度角度設置的第一光束分光器。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第二光束分光器及一成像透鏡，該第二光束分光器具有一第一表面，用以接收該來自微顯示器的影像及該不可見光束並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，而該成像透鏡係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射向該第二光束分光器的一第二表面，且該第二光束分光器的第二表面係經配置以將該來自微顯示器的影像及該不可見光束反射至使用者的眼睛內。可選擇地，該成像光學單元可包含沿著該光軸設置的一第二光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第二光束分光器具有一第一表面，使來自微顯示器的影像可穿過其中，並將該不可見光束反射向該反射器，其中該第二光束分光器的第一表面進一步經配置讓反射自反射器的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內，其中該成像透鏡係經配置以將來自微顯示器的影像反射向第二光束分光器的第二表面，且該第二光束分光器的第二表面係經配置以將來自微顯示器的影像反射至使用者的眼睛內。
與習用頭戴式顯示裝置相比，在本文中所揭露之該等頭戴式顯示設備具有以下優點。1)該等頭戴式顯示裝置各設有一含有一不可見光源與一感測器的眼睛追蹤模組。該不可見光源散發出不可見光束，其接著被一影像光學單元接收並藉其導引至使用者的眼睛內。基於可藉由計算而判定出眼睛的位置，該感測器接收由使用者眼睛反射回的不可見光束且因而擷取該眼睛的影像。眼睛位置的監控可獲得眼睛正在凝視一影像時的方向與角度。這使得有可能控制所顯示的影像並追蹤一物件。2)此由不可見光源散發出的不可見光束進入照明光學單元，藉以沿著一不可見光光軸行進。這結果使得物件追蹤的準確性的提高。再者，該不可見光束並不會影響到使用者。
在本文中所揭露之該等頭戴式顯示設備的核心原理是藉由使用一包含不可見光源與感測器的眼睛追蹤模組而能夠控制一被顯示的影像並追蹤 一物件，其中該不可見光源散發出不可見光，其接著被一影像光學單元接收並藉其導引至一使用者的眼睛內，而該感測器接收被使用者眼睛反射回的不可見光束且因而擷取該眼睛的影像，並藉由監控該眼睛的位置而獲得眼睛正在凝視一影像時的方向與角度。
實施例1
圖17以圖解顯示依據實施例1之一例示性頭戴式顯示設備1700。頭戴式顯示設備1700為顯示裝置300的一實施例。如圖17中所示，頭戴式顯示設備1700包含一反射式微顯示器1710(顯示器312的一實施例)、一可見光源1711(可見光源314的一實施例)、一照明光學單元1712、一成像光學單元1713(觀看單元320的一實施例)及一眼睛追蹤模組1714(眼睛成像單元220的一實施例)。該可見光源1711係經配置以照明該微顯示器1710。該照明光學單元1712係經配置以將由該可見光源1711發散的可見光導引至微顯示器1710內，使得被微顯示器1710反射且承載一影像的光穿過該照明光學單元1712並沿著一光軸1790傳送。照明光學單元1712將光束分光器介面230與光束分光器介面310設置為單一的光束分光器1721。成像光學單元1713係經配置以將來自微顯示器1710的影像投射至一使用者的眼睛內(如圖17中帶箭頭的實線所示)。該眼睛追蹤模組1714包含一不可見光源(紅外光照明模組222的一實施例)及一感測器(攝影機224的一實施例)。該不可見光源係適以發散出一不可見光束至照明光學單元1712內，其接著使該不可見光束沿著該光軸1790行進。該成像光學單元1713係經配置以接收並導引該不可見光束至使用者的眼睛內(如圖17中帶箭頭的虛線所示)。該感測器係經配置以接收由該使用者眼睛反射回的不可見光束，藉以擷取眼睛的影像。應注意，圖17中帶箭頭的實線與虛線僅用於表示不同光束的方向，並且，在方向相同的情形下該等線條應重合，但在圖式中仍然以分離的線條呈現以顯示其代表不同的光束。
該眼睛追蹤模組1714進一步包含一處理器，用以接收來自該感測器的眼睛影像以及使用一運算法計算眼睛的位置。這類似於顯示裝置300的一實施例，將控制模組380的至少一部分設置在眼睛成像單元220中。由該感測器所接收的影像為實像，以幫助感測器監控眼睛的位置。基於可以判定出眼睛正在凝視影像的哪一個部分，眼睛位置的監控可獲知眼睛凝視來自微顯示器的影像時的方向與角度。這能夠控制被顯示的影像並追蹤一物件。此外，在不 會影響到使用者的情況下，發散自不可見光源的不可見光束在穿過該照明光學單元1712後，是沿著光軸1790而與可見光同軸行進，導致提升追蹤物件追蹤的準確性。再者，該等光束的同軸傳送可在眼睛追蹤模組1714中的感測器與該微顯示器1710之間建立了一已知關係，藉以使該眼睛追蹤模組1714不需要校準。
該反射式微顯示器1710是矽基液晶(LCOS)顯示器或數位光源處理(DLP)顯示器。來自該微顯示器1710的影像為虛擬影像。該不可見光源被實施為紅外光發光二極體(LED)光源。
在此實施例中，該成像光學單元1713係沿著光軸1790而設置在照明光學單元1712的下游處。此外，眼睛追蹤模組1714係設置在照明光學單元1712的第一側上，而該可見光源1711係設置在該照明光學單元1712與該第一側相對的一第二側上。此外，照明光學單元1712包含一以相對於光軸1790約45度角度設置的第一光束分光器1721。再者，該成像光學單元1713包含一第二光束分光器1731(其實施光束分光器介面340的一實施例)及一成像透鏡1732(成像物鏡342的一實施例)，二者皆沿著光軸1790排列。該第二光束分光器1731具有一第一表面1731a與一第二表面1731b。該第一表面1731a係適以接收該來自微顯示器1710的影像及該不可見光束並供二者穿過其中。該成像透鏡1732係經配置以將該影像及該不可見光束反射向第二表面1731b，其接著將該影像及該不可見光束進一步反射至使用者的眼睛內。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器1731可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器1731是被一偏振光束分光器所替換，成像光學單元1713可進一步包含一或多個四分之一波片，如上關於圖4-9的說明所述。
實施例2
圖18以圖解顯示依據實施例2之一例示性頭戴式顯示設備1800。頭戴式顯示設備1800是顯示裝置300的一實施例。綜合參照圖17及18，頭戴式顯示設備1800在成像光學單元1713的結構上是與頭戴式顯示設備1700不同。在頭戴式顯示設備1800中，該成像光學單元1713包含一第二光束分光器1831(光束分光器介面340的一實施例)、一成像透鏡1732(成像物鏡342 的一實施例)及一反射器1833(紅外光波段反射鏡544的一實施例)。該第二光束分光器1831具有一第一表面1831a及一第二表面1831b。該第一表面1831a致使來自微顯示器1710的影像可穿過其中，並將不可見光束反射向該反射器1833。該第一表面1831a進一步經配置以致使由該反射器1833反射的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內。該成像透鏡1732係經配置以將該已穿過該第一表面1831a的影像反射向第二表面1831b，其接著將該影像反射至使用者的眼睛內，如圖18中所示。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器1831可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器1831是被一偏振光束分光器介面所替換，成像光學單元1713可進一步包含一或多個四分之一波片，(例如)如上關於圖4-9的說明所述。
實施例3
圖19以圖解顯示依據實施例3之一例示性頭戴式顯示裝置1900。頭戴式顯示設備1900是顯示裝置300的一實施例。如圖所示，頭戴式顯示設備1900包含：一反射式微顯示器1930(顯示器312的一實施例)、一可見光源1931(可見光源314的一實施例)、一第一照明光學單元1932(其實施光束分光器介面310的一實施例)、一第二照明光學單元1933(其實施光束分光器介面230的一實施例)、一成像光學單元1934(觀看單元320的一實施例)以及一眼睛追蹤模組1935(眼睛成像單元220的一實施例)。該可見光源1931係經配置以照明該微顯示器1930。該第一照明光學單元1932係經配置以將發自可見光源1931的可見光導引至微顯示器1930內，且致使被微顯示器1930反射且承載一影像的光穿過該第一照明光學單元1932並沿著一光軸1990傳送。該第二照明光學單元1933是沿著該光軸1990設置在該第一照明光學單元1932的下游處，且致使來自微顯示器1930的影像穿過其中。該成像光學單元1934係經配置以將來自微顯示器1930的影像投射至一使用者的眼睛內(如圖19中帶箭頭的實線所示)。該眼睛追蹤模組1935包含一不可見光源(紅外光照明模組222的一實施例)及一感測器(攝影機224的一實施例)。該不可見光源係適以發散出一不可見光束至該第二照明光學單元1933內，其接著使該不可見光束沿著該光軸1990行進。該成像光學單元1934係經配置以接收並導引該不可見光束至 使用者的眼睛內(如圖19中帶箭頭的虛線所示)。該感測器係經配置以接收由該使用者眼睛反射回的不可見光束，藉以擷取眼睛的影像。應注意，圖19中帶箭頭的實線與虛線僅用於表示不同光束的方向，並且，在方向相同的情形下該等線條應重合，但在圖式中仍然以分離的線條呈現以顯示其代表不同的光束。
該眼睛追蹤模組1935進一步包含一處理器，用以接收來自該感測器的眼睛影像以及使用一運算法以計算眼睛的位置。這類似於顯示裝置300的一實施例，將控制模組380的至少一部分設置在眼睛成像單元220中。由該感測器所接收的影像為實像，以幫助感測器監控眼睛的位置。基於可以判定出眼睛正在凝視影像的哪一個部分，眼睛位置的監控可獲知眼睛凝視來自微顯示器的影像時的方向與角度。這能夠控制被顯示的影像並追蹤一物件。此外，在不會影響到使用者的情況下，發散自不可見光源的不可見光束在穿過該第二照明光學單元1933後，是沿著光軸1990而與可見光同軸行進，導致提升追蹤物件的準確性。再者，該等光束的同軸傳送可在眼睛追蹤模組1935中的感測器與該微顯示器1930之間建立了一已知關係，藉以使該眼睛追蹤模組1935不需要校準。
該反射式微顯示器1930為一LCOS顯示器或一DLP顯示器。來自微顯示器1930的影像為一虛擬影像。該不可見光源為一LED光源。
在本實施例中，該第一照明光學單元1932、該第二照明光學單元1933及該成像光學單元1934係沿著該光軸1990接連排列。此外，該眼睛追蹤模組1935係設置在該第二照明光學單元1933的一第一側上，而該可見光源1931係設置在該第一照明光學單元1932的第一側上。該眼睛追蹤模組1935及該可見光源1931係分別設置在該第二照明光學單元1933與該第一照明光學單元1932的相同側上。此外，該第一照明光學單元1932包含一以相對於該光軸1990為約45度角度設置的第一光束分光器1921。再者，該第二照明光學單元1933包含一以相對於該光軸1990為約45度角度設置並垂直於該第一光束分光器1921的第二光束分光器1931。而且，該成像光學單元1934包含皆沿著該光軸1990設置的一第三光束分光器1941(其實施光束分光器介面340的一實施例)及一成像透鏡1942(成像物鏡342的一實施例)。該第三光束分光器1941具有一第一表面1941a及一第二表面1941b。該第一表面1941a係適以接收該來自微顯示器1930的影像及該不可見光束，並使該影像及該不可見光束皆穿過其中。 而該成像透鏡1942係經配置以將該影像及該不可見光束反射向該第二表面1941b，且接著進一步將該影像及該不可見光束反射至使用者的眼睛內。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器1941可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器1941是被一偏振光束分光器介面所替換，成像光學單元1934可進一步包含一或多個四分之一波片，(例如)如上關於圖4-9的說明所述。
實施例4
圖20以圖解顯示依據實施例4之一例示性頭戴式顯示裝置2000。頭戴式顯示設備2000是顯示裝置300的一實施例。綜合參照圖19及20，頭戴式顯示設備2000在成像光學單元1934的結構上係與頭戴式顯示設備1900不同。在此實施例中，該成像光學單元1934包含一第三光束分光器2041(設置光束分光器介面340的一實施例)、一成像透鏡1942及一反射器2043(紅外光波段反射鏡544的一實施例)。該第三光束分光器2041具有一第一表面2041a及一第二表面2041b。該第一表面2041a致使來自微顯示器1930的影像可穿過其中，並將不可見光束反射向該反射器2043。該第一表面2041a進一步經配置以致使由該反射器2043反射的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內。該成像透鏡1942係經配置以將該已穿過該第一表面2041a的影像反射向第二表面2041b，其接著將該影像反射至使用者的眼睛內，如圖20中所示。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器2041可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器2041是被一偏振光束分光器介面所替換，成像光學單元1934可進一步包含一或多個四分之一波片，(例如)如上關於圖4-9的說明所述。
實施例5
圖21以圖解顯示依據實施例5之一例示性頭戴式顯示設備2100。如圖所示，頭戴式顯示設備2100包含：一透射式微顯示器2150(顯示器312的一實施例)、一可見光源2151(可見光源314的一實施例)、一照明光學單元2152(其實施光束分光器介面230的一實施例)、一成像光學單元2153(觀看單元320的一實施例)以及一 眼睛追蹤模組2154(眼睛成像單元220的一實施例)。該可見光源2151係經配置以照明該微顯示器2150的背面，使得承載一影像的光由該微顯示器2150的正面沿著一光軸2190傳送。該照明光學單元2152係經配置以接收來自微顯示器2150的影像並使該影像可穿過照明光學單元2152。該成像光學單元2153係經配置以將來自微顯示器2150的影像投射至一使用者的眼睛內(如圖21中帶箭頭的實線所示)。該眼睛追蹤模組2154包含一不可見光源(紅外光照明模組222的一實施例)及一感測器(攝影機224的一實施例)。該不可見光源係適以發散出一不可見光束至該照明光學單元2152內，其接著使該不可見光束沿著光軸2190行進。該成像光學單元2153係經配置以接收並導引該不可見光束至使用者的眼睛內(如圖21中帶箭頭的虛線所示)。該感測器係經配置以接收由該使用者眼睛反射回的不可見光束，藉以擷取眼睛的影像。應注意，圖21中帶箭頭的實線與虛線僅用於表示不同光束的方向，並且，在方向相同的情形下該等線條應重合，但在圖式中仍然以分離的線條呈現以顯示其代表不同的光束。
在此實施例中，該照明光學單元2152包含一以相對於光軸2190為約45度角度設置的第一光束分光器2121(其實施光束分光器介面230的一實施例)。此外，該成像光學單元2153包含皆沿著該光軸2190設置的一第二光束分光器2131(其實施光束分光器介面340的一實施例)及一成像透鏡2132(成像物鏡342的一實施例)。該第二光束分光器2131具有一第一表面2131a，用以接收該來自微顯示器2150的影像及該不可見光束，並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中。該成像透鏡2132係經配置以將該影像及該不可見光束反射向該第二光束分光器2153的一第二表面2131b。該第二表面2131b係適以將該影像及該不可見光束反射至使用者的眼睛內。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器2131可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器2131是被一偏振光束分光器介面所替換，成像光學單元2153可進一步包含一或多個四分之一波片，(例如)如上關於圖4-9的說明所述。
在與上述實施例有相似性的情形下，該眼睛追蹤模組2154進一步包含一處理器，用以接收來自該感測器的眼睛影像並使用一演算法計算眼睛的位置。這類似於顯示裝置300的一實施例，其中控制模組380的一部分是在 眼睛成像單元220內設置。由該感測器所接收的影像為一實像，用以幫助該感測器監控眼睛的位置。基於可以判定出眼睛正在凝視影像的哪一個部分，眼睛位置的監控可獲知眼睛凝視來自微顯示器的影像時的方向與角度。這能夠控制被顯示的影像並追蹤一物件。此外，在不會影響到使用者的情況下，發散自不可見光源的不可見光束在穿過該照明光學單元2152後，是沿著光軸1790而與可見光同軸行進，導致提升追蹤物件追蹤的準確性。再者，該等光束的同軸傳送可在眼睛追蹤模組2154中的感測器與該微顯示器2150之間建立了一已知關係，因而使該眼睛追蹤模組2154不需要校準。
該透射式微顯示器2150為一LCOS顯示器或一DLP顯示器。來自微顯示器2150的影像為一虛擬影像。該不可見光源為一LED光源。
實施例6
圖22顯示依據實施例6之一例示性頭戴式顯示裝置2200。綜合參照圖21及22，頭戴式顯示設備2200在成像光學單元2153的結構上係與頭戴式顯示設備2100不同。在頭戴式顯示設備2200中，該成像光學單元2153包含一第二光束分光器2231(其實施光束分光器介面340的一實施例)、一成像透鏡2132及一反射器2233(紅外光波段反射鏡544的一實施例)。該第二光束分光器2231具有一第一表面2231a，其致使來自微顯示器2250的影像可穿過其中，並將不可見光束反射向該反射器2233。該第一表面2231a進一步經配置以致使由該反射器2233反射的不可見光束穿過其中而進入使用者的眼睛內。該成像透鏡2132係經配置以將該已穿過該第一表面2231a的影像反射向該第二光束分光器2231的第二表面2241b，其接著將該影像反射至使用者的眼睛內，如圖22中所示。
在不偏離本發明範疇的情形下，光束分光器2231可被本領域中已知其他形式的光束分光器介面所替換，諸如一偏振光束分光器介面或一非偏振50%/50%光束分光器介面。在該等實施例中，其中該光束分光器2231是被一偏振光束分光器介面所替換，成像光學單元2253可進一步包含一或多個四分之一波片，(例如)如上關於圖4-9的說明所述。
可由上述說明理解到，在「其他的實施例」段落中所構思的頭戴式顯示設備各設有一含有一不可見光源及一感測器的眼睛追蹤模組。該不可見光源發散出一不可見光束，其接著被一成像光學單元接收並經其導引進入使 用者的眼睛內。基於可藉由計算判定出眼睛的位置，該感測器接收由該使用者眼睛反射回的不可見光束且因而擷取眼睛的影像。眼睛位置的監控可獲得眼睛於凝視一影像時的方向與角度。這使其可以控制所顯示的影像並追蹤一物件。此外，由該不可見光源發散出的不可見光束進入該照明光學單元，藉以沿著該不可見光的光軸行進。如此導致提升追蹤物件追蹤的準確性。再者，該不可見光束並不會影響到使用者。
特徵的組合
在不偏離本發明範疇的情形下，可利用各種方法結合上述特徵與以下所請求保護的特徵。舉例而言，吾人將瞭解在本文中所說明的一個近眼顯示系統、裝置或方法之實施樣態可合併或替換本文中所說明的另一近眼顯示系統、裝置或方法中的特徵。下述實例顯示上述實施例之可能的非限制組合。吾人應該清楚在不偏離本發明的精神與範疇的情形下，可針對本文中的方法及裝置做出許多其他改變及修改。
(A1)一種利用同軸眼睛成像之近眼顯示裝置，供裝設在一使用者的一眼睛的視野中，其可包含：一顯示單元，用以顯示一顯示影像；一觀看單元，用於：(i)基於自該顯示單元接收的偏振可見光而對該眼睛呈現該顯示影像，及(ii)將來自一周圍場景的環境光傳送向該眼睛；以及一眼睛成像單元，其具有：(a)一照明模組，用以產生紅外光；(b)一第一偏振光束分光器介面，其設置於該顯示單元與該觀看單元之間，用於：(i)將該紅外光的一偏振紅外光分量與該偏振可見光合併，及(ii)將該偏振可見光與該經眼睛反射的偏振紅外光分量的一部分分離；及(c)一攝影機，用以基於該經眼睛反射的偏振紅外光分量的部分形成該眼睛的一影像。
(A2)如(A1)所述之近眼顯示裝置中，其中該第一偏振光束分光器介面可經配置以傳送該偏振可見光及反射該偏振紅外光分量。
(A3)如(A1)及(A2)中之一或二者所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元可經配置以放射出該偏振可見光以作為p-偏振可見光。
(A4)如(A1)至(A3)中之任一者所述之近眼顯示裝置，其中該第一偏振光束分光器介面可經配置以藉由反射而產生該偏振紅外光分量以作為s-偏振紅外光。
(A5)如(A1)至(A4)中之任一者所述之近眼顯示裝置， 其中該觀看單元可包含一第二偏振光束分光器介面，其經配置以用於：(i)傳送該自該顯示單元接收的偏振可見光，及(ii)反射自該第一偏振光束分光器介面接收的該偏振紅外光分量。
(A6)如(A5)所述之近眼顯示裝置，其中該第二偏振光束分光器介面可經配置以將自第一偏振光束分光器介面接收的該偏振紅外光分量反射向該周圍場景。
(A7)如(A6)所述之近眼顯示裝置，其中該觀看單元可進一步包含：(a)一紅外光波段反射鏡，其設置在該第二偏振光束分光器介面與該周圍場景之間，用以逆向反射該藉由該第二偏振光束分光器介面反射至該周圍場景的偏振紅外光分量；以及(b)一紅外光波段四分之一波片，用以旋轉該偏振紅外光分量的偏振，以協同該紅外光波段反射鏡形成垂直偏振紅外光以藉由該第二偏振光束分光器介面傳送向該眼睛。
(A8)如(A5)至(A7)中之任一者所述之近眼顯示裝置，其中該觀看單元可包含一成像物鏡，用以聚集該偏振可見光以對該眼睛呈現該顯示影像。
(A9)如(A8)所述之近眼顯示裝置，其中該成像物鏡為一反射式成像物鏡。
(A10)如(A9)所述之近眼顯示裝置，其中該觀看單元可進一步包含一可見光波段四分之一波片，其設置在該第二偏振光束分光器介面與該成像物鏡之間，用以旋轉該偏振可見光的偏振，以協同該成像物鏡，形成垂直偏振可見光以藉由該第二偏振光束分光器介面反射向該眼睛。
(A11)如(A5)至(A10)中之任一者所述之近眼顯示裝置，其可包含(a)一第一光束分光器立方體，其實施該第一偏振光束分光器介面，且具有一面向該觀看單元的第一面；(b)一第二光束分光器立方體，其實施該第二偏振光束分光器介面，且具有一面向該第一面的第二面；以及(c)一立體光通道，其具有：(i)一結合至該第一面的第一平坦表面，及(ii)一結合至該第二面的第二平坦表面。
(A12)如(A11)所述之近眼顯示裝置，其中該照明模組及該攝影機可在一封裝體中實施，該封裝體係直接裝設至該第一光束分光器立方體與該立體光通道中之至少一者上。
(A13)如(A11)及(A12)中之一或二者所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元可包含一顯示器；以及一第三光束分光器立方體，其具有：(a)一第三偏振光束分光器介面，用以將來自該顯示器的偏振可見光傳送向該觀看單元，及(b)一第三面，其結合至該第一光束分光器立方體的一第四面上，該第四面係與該第一面相對。
(A14)如(A1)至(A13)中之任一者所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元可包含：(a)一矽基液晶顯示器，用以藉由從偏振可見照明光產生該偏振可見光而顯示該顯示影像；(b)一照明模組，用以產生含有該偏振照明光的可見照明光；以及(c)一第三偏振光束分光器介面，其用於：(i)只將來自該可見照明光的該偏振可見照明光反射向該矽基液晶顯示器，及(ii)傳送來自該矽基液晶顯示器的偏振可見光。
(A15)如(A1)至(A14)中之任一者所述之近眼顯示裝置，其中該成像單元進一步可包含一控制模組，其以通信方式耦接該照明模組，用以將該照明模組啟動一段有限持續時間，進而在該有限持續時間的期間內以該紅外光的至少一部分照射該眼睛。
(A16)如(A15)所述之近眼顯示裝置，其中該控制模組可進一步以通信方式耦接該攝影機，且經配置於該有限持續時間的期間內誘發該眼睛影像的擷取。
(B1)一種用以在一近眼顯示裝置執行同軸眼睛成像的方法，該近眼顯示裝置係供裝設在一使用者的一眼睛的視野中，該方法可包含：(a)使用一第一偏振光束分光器介面將偏振紅外光與來自一顯示器的偏振可見顯示光合併；(b)使用一第二偏振光束分光器介面將該偏振紅外光與該偏振可見光疊加在來自一周圍場景的環境光上，用於：(i)以該偏振紅外光照射該眼睛，(ii)對該眼睛呈現該顯示器的一影像，及(iii)使該眼睛可觀看該周圍場景；以及(c)基於該經眼睛反射的偏振紅外光的一部分，通過該第二偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而對該眼睛進行成像。
(B2)如(B1)所述之方法，其中該成像步驟可包含：使用該第二偏振光束分光器介面從該環境光分離出經眼睛反射的該部分偏振紅外光；以及使用該第一偏振光束分光器介面從該偏振可見光分離出經眼睛反射的該部分偏振紅外光。
(B3)如(B1)及(B2)中之一或二者所述之方法，其中該使用一第二偏振光束分光器介面的步驟可包含：(a)使用該第二偏振光束分光器介面將自該第一偏振光束分光器介面接收的偏振紅外光反射向該周圍場景；(b)逆向反射及旋轉該偏振紅外光的偏振，以產生垂直偏振紅外光；以及(c)將該垂直偏振紅外光傳送通過該第二偏振光束分光器介面傳送向眼睛以照射眼睛。
(B4)如(B3)所述之方法，其中該逆向反射及旋轉偏振的步驟可包含：(a)將該經第二偏振光束分光器介面反射至周圍場景的偏振紅外光，傳遞通過一紅外光波段四分之一波片以旋轉該偏振紅外光的偏振；(b)在一紅外光波段反射鏡上逆向反射該傳遞通過該紅外光波段四分之一波片的偏振紅外光；以及(c)將該經紅外光波段反射鏡逆向反射的偏振紅外光，傳遞通過該紅外光波段四分之一波片以進一步旋轉該偏振紅外光，藉以產生該垂直偏振紅外光。
(B5)如(B1)至(B4)中之任一者所述之方法，其可進一步包含：(a)將自該第一偏振光束分光器介面接收的偏振可見光傳送通過該第二偏振光束分光器介面；(b)逆向反射及旋轉該經第二偏振光束分光器介面傳送的偏振可見光的偏振，以產生垂直偏振可見光；以及(c)使用該第二偏振光束分光器介面將該垂直偏振可見光反射向眼睛，以對該眼睛呈現該顯示器的影像。
(B6)如(B5)所述之方法，其中該逆向反射及旋轉偏振的步驟可包含在一曲面鏡表面上逆向反射該偏振可見光以對眼睛呈現該顯示器的影像，作為一位於一離眼睛的距離大於從顯示器到眼睛的光傳播距離的位置處的虛擬影像。
(B7)如(B1)至(B6)中之任一者所述之方法，其可進一步包含：(a)使用一照明模組產生紅外光，該照明模組機械耦接於(i)一設置該第一偏振光束分光器介面的第一光束分光器立方體及(ii)一以一設置該第二偏振光束分光器介面的第二光束分光器立方體而連接該第一光束分光器立方體的光通道中之至少一者；以及(c)在該第一偏振光束分光器介面上只反射該紅外光的一偏振分量，以產生該偏振紅外光。
(B8)如(B7)所述之方法，其中該成像步驟可包含使用一機 械耦接於該第一光束分光器立方體與該光通道中之至少一者的攝影機而對該眼睛進行成像。
(B9)如(B1)至(B8)中之任一者所述之方法，其可進一步包含：(a)產生可見照明光；(b)使用一第三偏振光束分光器介面，只將該可見照明光的一第一偏振分量反射至該顯示器，以利用偏振可見照明光照明該顯示器；(c)基於該可見照明光及該顯示器的設定，從該顯示器向該第三偏振光束介面放射第一可見顯示光；以及(d)只將該第一可見光之一垂直於該第一偏振分量的第二偏振分量，傳送通過該第三偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而傳送向該第二偏振光束分光器介面。
可在不偏離本發明範疇的情形下對上述方法及系統做出改變。因此應當指出的是，上述說明或顯示於附圖中之內容應解釋為說明性的意義而非限制性的意義。下列申請專利範圍係意欲涵蓋本文所述之所有一般性特徵及特定特徵，且由於語言的關係，本方法及系統的範疇的陳述皆應落入其間。
190‧‧‧眼睛
210‧‧‧顯示器
220‧‧‧眼睛成像單元
222‧‧‧照明模組
224‧‧‧攝影機
230‧‧‧光束分光器介面
240‧‧‧觀看單元
270‧‧‧可見顯示光
272‧‧‧紅外光
274‧‧‧環境光
276‧‧‧經反射的紅外光
290‧‧‧周圍場景

Claims (43)

  1. 一種利用同軸眼睛成像之近眼顯示裝置，供裝設在一使用者之一眼睛之視野中，其包括：一顯示單元，用以顯示一顯示影像；一觀看單元，用於：(i)基於自該顯示單元接收之一偏振可見光而對該眼睛呈現該顯示影像，及(ii)將來自一周圍場景之環境光傳送向該眼睛；以及一眼睛成像單元，包含：一照明模組，用以產生紅外光；一第一偏振光束分光器介面，其設置於該顯示單元與該觀看單元之間，用於：(i)將該紅外光之一偏振紅外光分量與該偏振可見光合併，及(ii)將該偏振可見光與該經眼睛反射之偏振紅外光分量之一部分分離，該第一偏振光束分光器介面係經配置以傳送該偏振可見光並反射該偏振紅外光分量，其中該第一偏振光束分光器介面所反射之該偏振紅外光分量係具有垂直於該第一偏振光束分光器介面所傳送之該偏振可見光的偏振之偏振；及一攝影機，用以基於該部分的偏振紅外光分量形成該眼睛之一影像。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元係經配置以放射出該偏振可見光以作為p-偏振可見光，該第一偏振光束分光器介面係經配置以藉由反射而產生該偏振紅外光分量以作為s-偏振紅外光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之近眼顯示裝置，其中該觀看單元包括：一成像物鏡，用以聚集該偏振可見光以對該眼睛呈現該顯示影像；以及一第二偏振光束分光器介面，係經配置以用於：(i)傳送自該顯示單元接 收之該偏振可見光，及(ii)反射自該第一偏振光束分光器介面接收之該偏振紅外光分量。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之近眼顯示裝置，其中該第二偏振光束分光器介面係經配置以將自第一偏振光束分光器介面接收之該偏振紅外光分量反射向該周圍場景；且該觀看單元進一步包含：一紅外光波段反射鏡，其設置在該第二偏振光束分光器介面與該周圍場景之間，用以逆向反射該藉由該第二偏振光束分光器介面反射向該周圍場景之該偏振紅外光分量；以及一紅外光波段四分之一波片，用以旋轉該偏振紅外光分量之偏振，以協同該紅外光波段反射鏡形成一垂直偏振紅外光以藉由該第二偏振光束分光器介面傳送至該眼睛。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之近眼顯示裝置，其中該成像物鏡為一反射式成像物鏡；且該觀看單元進一步包含：一可見光波段四分之一波片，其設置在該第二偏振光束分光器介面與該成像物鏡之間，用以旋轉該偏振可見光之偏振，以協同該成像物鏡，形成一垂直偏振可見光以藉由該第二偏振光束分光器介面反射至該眼睛。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之近眼顯示裝置，其包括：一第一光束分光器立方體，其設置該第一偏振光束分光器介面，且具有面向該觀看單元之一第一面；一第二光束分光器立方體，其設置該第二偏振光束分光器介面，且具有面向該第一面之一第二面；以及 一立體光通道，其具有：(i)一結合至該第一面之第一平坦表面，及(ii)結合至該第二面之一第二平坦表面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之近眼顯示裝置，其中該照明模組及該攝影機係在一封裝體中實施，該封裝體係直接裝設至該第一光束分光器立方體與該立體光通道中之至少一者上。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元包括：一顯示器；以及一第三光束分光器立方體，其具有：一第三偏振光束分光器介面，用以將來自該顯示器之該偏振可見光傳送至該觀看單元，及一第三面，其結合至該第一光束分光器立方體之一第四面上，該第四面係與該第一面相對。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之近眼顯示裝置，其中該顯示單元包括：一矽基液晶顯示器，用以藉由從一偏振可見照明光產生該偏振可見光而顯示該顯示影像；一照明模組，用以產生含有該偏振照明光的一可見照明光；以及一第三偏振光束分光器介面，其用於：(i)只將來自該可見照明光的該偏振可見照明光反射向該矽基液晶顯示器，及(ii)傳送來自該矽基液晶顯示器的該偏振可見光。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之近眼顯示裝置，其中該成像單元進一步包括一控制模組，其以通信方式耦接該照明模組，用以將該照明模組啟動一段有限持續時間，進而在該有限持續時間的期間內以該紅外光的至少一部分照射該眼睛。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之近眼顯示裝置，其中該控制模組進一步以通 信方式耦接該攝影機且經配置於該有限持續時間的期間內誘發該眼睛之該影像之擷取。
  12. 一種用以在一近眼顯示裝置執行同軸眼睛成像的方法，該近眼顯示裝置係供裝設在一使用者之一眼睛之一視野中，該方法包括：使用一第一偏振光束分光器介面將一偏振紅外光與來自一顯示器之一偏振可見顯示光合併；使用一第二偏振光束分光器介面將該偏振紅外光與該偏振可見光疊加在來自一周圍場景之一環境光上，以用於：(a)以該偏振紅外光照射該眼睛，(b)對該眼睛呈現該顯示器的一影像，及(c)使該眼睛可觀看該周圍場景；以及基於該經眼睛反射的該偏振紅外光的一部分，通過該第二偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而對該眼睛進行成像。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該成像步驟包括：使用該第二偏振光束分光器介面從該環境光分離出經該眼睛反射的該部分偏振紅外光；以及使用該第一偏振光束分光器介面從該偏振可見光分離出經該眼睛反射的該部分偏振紅外光。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該使用一第二偏振光束分光器介面之步驟包括：使用該第二偏振光束分光器介面將自該第一偏振光束分光器介面接收之該偏振紅外光反射向該周圍場景；逆向反射及旋轉該偏振紅外光之偏振，以產生一垂直偏振紅外光；以及將該垂直偏振紅外光傳送通過該第二偏振光束分光器介面傳送向眼睛以照射該眼睛。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該逆向反射及旋轉偏振之步驟包括：將經該第二偏振光束分光器介面反射向該周圍場景之該偏振紅外光傳遞通過一紅外光波段四分之一波片以旋轉該偏振紅外光之偏振；在一紅外光波段反射鏡上逆向反射傳遞通過該紅外光波段四分之一波片之該偏振紅外光；以及將經該紅外光波段反射鏡逆向反射之該偏振紅外光傳遞通過該紅外光波段四分之一波片以進一步旋轉該偏振紅外光，藉以產生該垂直偏振紅外光。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其進一步包括：將自該第一偏振光束分光器介面接收之該偏振可見光傳送通過該第二偏振光束分光器介面；逆向反射及旋轉經該第二偏振光束分光器介面傳送之該偏振可見光之偏振，以產生一垂直偏振可見光；以及使用該第二偏振光束分光器介面將該垂直偏振可見光反射向該眼睛，以對該眼睛呈現該顯示器之該影像。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該逆向反射及旋轉偏振之步驟包括在一曲面鏡表面上逆向反射該偏振可見光以對該眼睛呈現該顯示器之該影像，以作為位於一離該眼睛之距離大於從該顯示器到該眼睛之光傳播距離之位置處之一虛擬影像。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其進一步包括：使用一照明模組產生紅外光，該照明模組機械耦接於(a)設置該第一偏振光束分光器介面的一第一光束分光器立方體及(b)以設置該第二偏振光束分光器介面之一第二光束分光器立方體而連接該第一光束分光器立方體之一光通道中之至少一者；以及 在該第一偏振光束分光器介面上只反射該紅外光之一偏振分量，以產生該偏振紅外光。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該成像步驟包括使用一機械耦接於該第一光束分光器立方體與該光通道中之至少一者之一攝影機而對該眼睛進行成像。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其進一步包括：產生一可見照明光；使用一第三偏振光束分光器介面只將該可見照明光之一第一偏振分量反射向該顯示器，以利用該偏振可見照明光照明該顯示器；基於該可見照明光及該顯示器的設定，從該顯示器向該第三偏振光束介面放射一第一可見顯示光；以及只將該第一可見光之垂直於該第一偏振分量之一第二偏振分量傳送通過該第三偏振光束分光器介面及該第一偏振光束分光器介面而傳送至該第二偏振光束分光器介面。
  21. 一種頭戴式裝置，包括：一反射式微顯示器；經配置以照明該微顯示器之一可見光源；一照明光學單元，其包含一第一光束分光器，其係經配置以將由該可見光源散發出之一可見光導引至該微顯示器內，致使自微顯示器反射呈一影像之形式之光可沿著一光軸穿過其中而傳送，該第一光束分光器係配置成相對於該光軸呈約45度角度；一成像光學單元，其係經配置將來自該微顯示器之該影像投射至一使用者之一眼睛內，該成像光學單元係沿著該光軸而設置於該照明光學單元之下游處；以及 一眼睛追蹤模組，設置於該照明光學單元之第一側上，該第一側係相對於該照明光學單元之第二側，該可見光源係設置於該第二側上，該眼睛追蹤模組包括：一不可見光源，其係經配置以散發出一不可見光束至該照明光學單元內，該照明光學單元係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者之該眼睛內，及一感測器，其係經配置以接收由該使用者之該眼睛反射之不可見光束而擷取該眼睛之影像。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中該反射式微顯示器為一矽基液晶顯示器或一數位光源處理顯示器。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中來自該微顯示器之投射至該使用者之該眼睛內之該影像為一虛擬影像。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中該眼睛追蹤模組進一步包括一處理器用以接收來自該感測器之該眼睛之影像並監控該眼睛之位置。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之頭戴式裝置，其中該感測器係提供一實像以監控該眼睛之位置。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之頭戴式裝置，其中該處理器係使用一演算法而計算該眼睛之位置。
  27. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第二光束分光器及一成像透鏡，該第二光束分光器具有一第一表面用以接收該來自該微顯示器之該影像及該不可見光束，並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，而該成像透鏡係經配置以將該來自該微顯示器之該影像及該不可見光束反射向該第二光束分光器之一第二表面，且該第二 光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器之該影像及該不可見光束反射至該使用者之該眼睛內。
  28. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第二光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第二光束分光器具有一第一表面，以使該來自該微顯示器之該影像可穿過其中，並將該不可見光束反射向該反射器，其中該第二光束分光器之該第一表面係進一步經配置讓自該反射器反射之該不可見光束穿過其中而進入該使用者之該眼睛內，而該成像透鏡係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該第二光束分光器之一第二表面，且該第二光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該使用者之該眼睛內。
  29. 如申請專利範圍第21項所述之頭戴式裝置，其中該不可見光源為一紅外光發光二極體光源。
  30. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一反射式微顯示器；經配置以照明該微顯示器之一可見光源；一第一照明光學單元，其係經配置以將由該可見光源散發出之一可見光導引至該微顯示器內，致使自微顯示器反射呈一影像形式之光可沿著一光軸穿過其中；一第二照明光學單元，其沿著該光軸設置在該第一照明光學單元之下游處，致使來自該微顯示器之該影像可穿過其中；一成像光學單元，其係經配置以將來自該微顯示器之該影像投射至一使用者之一眼睛內；以及一眼睛追蹤模組，其包含：一不可見光源，係經配置以散發出一不可見光束至該第二照明光學單元 內，該第二照明光學單元係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者之該眼睛內；及一感測器，其係經配置以接收由該使用者之該眼睛反射之該不可見光束而擷取該眼睛之影像。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該反射式微顯示器為一矽基液晶顯示器或一數位光源處理顯示器。
  32. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中來自微顯示器且投射至該使用者之該眼睛內之該影像為一虛擬影像。
  33. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該眼睛追蹤模組進一步包括一處理器用以接收來自該感測器之該眼睛之影像並監控該眼睛之位置。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之頭戴式顯示裝置，其中該感測器可提供一實像以監控該眼睛之位置。
  35. 如申請專利範圍第33項所述之頭戴式顯示裝置，其中該處理器係藉由使用一演算法而計算該眼睛之位置。
  36. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一照明光學單元、該第二照明光學單元及該成像光學單元係沿著該光軸接連排列，該眼睛追蹤模組及該可見光源分別設置在該第二照明光學單元與該第一照明光學單元之一相同側上。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之頭戴式顯示裝置，其中該第一照明光學單元包括以相對於該光軸約45度角度設置之一第一光束分光器，該第二照明光學單元包括以相對於該光軸為約45度角度設置之一第二光束分光器，該第一光束分光器與該第二光束分光器係彼此垂直。
  38. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第三光束分光器及一成像透鏡，該第三光束分光器具有一第一表面用以接收來自該微顯示器之該影像及該不可見光束並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，該成像透鏡係經配置以將來自該微顯示器之該影像及該不可見光束反射至該第三光束分光器之一第二表面，該第三光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器之該影像及該不可見光束反射至該使用者之該眼睛內。
  39. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第三光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第三光束分光器具有一第一表面使來自該微顯示器之該影像可穿過其中，並將該不可見光束反射至該反射器，該第三光束分光器之該第一表面係進一步經配置讓自該反射器反射之該不可見光束穿過其中而進入該使用者之該眼睛內，該成像透鏡係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該第三光束分光器之該第二表面，該第三光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該使用者之該眼睛內。
  40. 如申請專利範圍第30項所述之頭戴式顯示裝置，其中該不可見光源為一紅外光發光二極體光源。
  41. 一種頭戴式顯示裝置，包括：一透射式微顯示器；經配置以照明該微顯示器之背面之一可見光源，讓呈一影像形式之光由該微顯示器之正面沿著一光軸傳送；一照明光學單元，包含一第一光束分光器，該第一光束分光器係配置成相對於該光軸呈約45度角度，且係經配置以接收來自該微顯示器之該影像並使該影像可穿過其中； 一成像光學單元，其係經配置以將來自該微顯示器之該影像投射至一使用者之一眼睛內；以及一眼睛追蹤模組，包含：一不可見光源，其係經配置以散發出一不可見光束至該照明光學單元內，該第一光束分光器係經配置以沿著該光軸反射該不可見光束，該成像光學單元係經配置以接收並導引該不可見光源至該使用者之該眼睛內；及一感測器，係經配置以接收由該使用者之該眼睛反射之該不可見光束而擷取該眼睛之影像。
  42. 如申請專利範圍第41項所述之頭戴式顯示裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第二光束分光器及一成像透鏡，該第二光束分光器具有一第一表面用以接收該來自該微顯示器之該影像及該不可見光束並使該影像及該不可見光束皆可穿過其中，而該成像透鏡係經配置以將來自該微顯示器之該影像及該不可見光束反射至該第二光束分光器之一第二表面，且該第二光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器該影像及該不可見光束反射至該使用者之該眼睛內。
  43. 如申請專利範圍第41項所述之頭戴式顯示裝置，其中該成像光學單元包括沿著該光軸設置之一第二光束分光器與一成像透鏡以及一反射器，該第二光束分光器具有一第一表面，使來自該微顯示器之該影像可穿過其中，並將該不可見光束反射至該反射器，該第二光束分光器之該第一表面係進一步經配置讓自該反射器反射之該不可見光束穿過其中而進入該使用者之該眼睛內，該成像透鏡係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該第二光束分光器之一第二表面，該第二光束分光器之該第二表面係經配置以將來自該微顯示器之該影像反射至該使用者之該眼睛內。
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