TWI805207B - 餅乾透鏡組件 - Google Patents

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Abstract

一種餅乾透鏡組件，包含一部分反射鏡、一反射偏振片、一四分之一波片、一偏振相依光學元件，及至少一偏振控制器。當一光束沿著位在Z方向的光軸被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於第一狀態的該偏振控制器，該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換。當該光束沿著該光軸被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於第二狀態的該偏振控制器，能防止該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換。

Description

餅乾透鏡組件
本發明是有關於一種餅乾透鏡組件，特別是指一種可用以調整光焦度(optical powers)的餅乾透鏡組件。
近眼顯示器(例如：頭戴式顯示器)被應用於虛擬實境(Virtual Reality，VR)、擴增實境(Augmented Reality，AR)等系統，用以在一使用者的視場(field of view，FOV)中創造虛擬影像。然而，在使用該近眼顯示器時，基於視覺輻輳調節衝突(vergence accommodation conflict，VAC)的現象，而造成該使用者在估計物體的相對距離時，無法利用雙眼同時進行輻輳調節等動作，導致該使用者容易出現視覺疲勞、眼睛疲勞等問題。
此外，為了提供使用者更好的視場效果，該近眼顯示器與每隻眼睛之間的距離通常保持在15mm至25mm的範圍內，然而，當該使用者佩戴有眼鏡時，則會造成該使用者的雙眼與該近眼顯示器無法保持在前述的適當距離，而會對視場效果產生不利的影 響。若額外提供一配置於該使用者與該近眼顯示器之間的眼鏡，以供該使用者觀看影像使用，則會在使用上造成麻煩。
因此，本發明的目的，即在提供一種餅乾透鏡組件，可用以緩解一近眼顯示器所引起的視覺輻輳調節衝突(VAC)，及/或可應用於矯正視力。
於是，本發明餅乾透鏡組件，包含一部分反射鏡、一反射偏振片、一四分之一波片、一偏振相依光學元件，及至少一偏振控制器。
該反射偏振片設置於該部分反射鏡的後方。
該四分之一波片設置於該部分反射鏡與該反射偏振片之間。
該偏振相依光學元件設置於該四分之一波片與該反射偏振片之間。
該至少一偏振控制器位於該四分之一波片與該偏振相依光學元件之間的一前方位置，或該偏振相依光學元件與該反射偏振片之間的一後方位置，該至少一偏振控制器經由電驅動而可自一第一狀態轉換至一第二狀態。
其中，當一光束沿著一位在一Z方向的光軸被導入該餅乾 透鏡組件，並穿過處於該第一狀態的該偏振控制器時，該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換，當該光束沿著該光軸導入該餅乾透鏡組件時，並穿過處於該第二狀態的該偏振控制器時，能防止該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換。
本發明的功效在於：利用設置於該四分之一波片與該偏振相依光學元件之間及/或設置於該偏振相依光學元件與該反射偏振片之間的該至少一偏振控制器，並視需求切換該至少一偏振控制器，使其處於該第一狀態或該第二狀態，而可使該餅乾透鏡組件具有多種不同光焦度，因此，當該餅該透鏡組件設置於一顯示器與使用者的雙眼之間時，經由調整該餅該透鏡組件自身的光焦度，能緩解該使用者的雙眼因視覺輻輳調節衝突(VAC)所造成的視覺疲勞與雙眼的不適感。
10:部分反射鏡
101、105:左圓偏振光
102、104:X偏振光
106:右圓偏振光
103、107:Y偏振光
20:反射偏振片
201、208:左圓偏振光
202、204、205、207、211:X偏振光
209:右圓偏振光
203、210、212:Y偏振光
30:四分之一波片
40:偏振相依光學元件
41:液晶單元
411:液晶分子
42:光學透鏡
50:偏振控制器
SP:直線光路徑
FP:折疊光路徑
P1、P2、P3:傳遞路徑段
X、Y、Z:方向
A:光軸
A1、A2、A3、A4:偏振方向
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一分解示意圖，說明本發明餅乾透鏡組件的一實施例，且該餅乾透鏡組件的一偏振控制器設置於一前方位置，且處於一第一狀態；圖2是一相似於圖1的分解示意圖，說明該實施例的該偏振控制 器處於一第二狀態；圖3是一示意圖，說明該實施例的一具有厚度梯度的偏振相依光學元件(液晶透鏡元件)，表示一線偏振光的偏振方向平行於一與該偏振相依光學元件之液晶分子的長軸L平行的平面；圖4是一相似於圖3的示意圖，說明一線偏振光的偏振方向垂直於該平面；圖5與圖6是一相似於圖3的示意圖，說明該偏振相依光學元件(液晶透鏡)具有一折射率梯度；圖7是一相似於圖1的分解示意圖，但該偏振控制器設置於一後方位置；圖8是一相似於圖7的分解示意圖，但該偏振控制器處於該第二狀態；圖9是一相似於圖1的分解示意圖，但該實施例配置有兩個分別設置於該前方位置與該後方位置的偏振控制器，且分別處於該第二狀態與該第一狀態；圖10是一相似於圖9的分解示意圖，但位於該前方位置的偏振控制器處於該第一狀態，位於該後方位置的偏振控制器處於該第二狀態；圖11是一相似於圖9的分解示意圖，但該等偏振控制器皆處於該第一狀態；及 圖12是一相似於圖9的分解示意圖，但該等偏振控制器皆處於該第二狀態。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。有關本發明之相關技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。此外，要說明的是，本發明圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關，且於說明內容與申請範圍中所使用的方向性術語(例如：前方、後方、左、右、頂部、底部等)僅旨在於幫助描述所說明的內容，而不該以任何形式被視為本發明的限制條件。
參閱圖1與圖2，說明本發明餅乾透組件，包含一部分反射鏡10、一反射偏振片20、一四分之一波片30、一偏振相依光學元件40，及一偏振控制器50，且在圖1、圖2中所標示的X、Y、Z方向彼此成正交。在本實施例中，該部分反射鏡10、該四分之一波片30、該偏振控制器50、該偏振相依光學元件40，及該反射偏振片20等構件依序沿著一位在該Z方向的光軸A彼此結合。
該部分反射鏡10可設置於一顯示器(圖未示，例如：一近眼顯示器，或是一頭戴式顯示器等)的後方，且可以選自一50/50 反射鏡，而能反射約50%一自該顯示器發出的光束，且該光束有約50%被透射。在一些實施例中，該部分反射鏡10能部分地透射一自該顯示器發出的第一圓偏振光，且部分地反射該第一圓偏振光，並轉換成一第二圓偏振光，且該第二圓偏振光的圓偏振方向不同於該第一圓偏振光的圓偏振方向。在本實施例中，是以該第一圓偏振光為左圓(L-circularly)偏振光，該第二圓偏振光為右圓(R-circularly)偏振光為例進行說明。
該反射偏振片20設置於該部分反射鏡10的後方，能反射一第一線偏振光，並允許一第二線偏振光通過，且該第二線偏振光的線偏振方向不同於該第一線偏振光的線偏振方向。在本實施例中，該第一、第二線偏振光的線偏振方向相差約90度，是以該第一線偏振光為一在該X方向偏振的X偏振光，該第二線偏振光為一在該Y方向偏振的Y偏振光為例進行說明。
該四分之一波片30設置在該部分反射鏡10與該反射偏振片20之間，能將該第一圓偏振光轉換成該第一線偏振光、將該第一線偏振光轉換成該第一圓偏振光、將該第二圓偏振光轉換成一第二線偏振光，或是將該第二線偏振光轉換成該第二圓偏振光。
該偏振相依光學元件40設置於該四分之一波片30與該反射偏振片20之間。在一些實施例中，該偏振相依光學元件40為一透射式液晶元件，且可選自固焦液晶透鏡、電控可調焦液晶透 鏡、液晶光柵、液晶棱鏡、液晶波前校正器、超穎透鏡，及其中至少一組合。在本實施例中，該偏振相依光學元件40具有多數位於其中的液晶分子411，該等液晶分子411的長軸L(見圖3)的排列方向皆平行於一X-Z平面或一Y-Z平面的其中一者，且該X-Z平面由該X方向與該Z方向共同界定而成，該Y-Z平面由該Y方向與該Z方向共同界定而成。例如，該等液晶分子411的長軸L可以如圖3與圖4所示，其排列方向平行於該Y-Z平面，或者，也可以如圖5與圖6所示，該等液晶分子411的長軸L平行於該X-Z平面。
在一些實施例中，該偏振相依光學元件40可以選自一具有一厚度梯度的液晶元件(見圖3、圖4)、一具有一反射率梯度的液晶元件(見圖5、圖6)、一盤貝相位(Pancharatnam-Berry phase)液晶元件(圖未示)，或其他合適的液晶元件。
在一些實施例中，如圖3、圖4所示，該偏振相依光學元件40包括一具有該等液晶分子411的液晶單元41，及一光學透鏡42。該光學透鏡42可以選自一實心透鏡(solid lens)、一凹透鏡、一平凹透鏡、一自由曲面透鏡(freeform optical lens)，或其他合適的光學透鏡。在一些實施例中，如圖5、圖6所示，透過該偏振相依光學元件40內部的該等液晶分子411的排列方式而使該偏振相依光學元件40具有一徑向梯度折射率。
參閱圖3與圖5，當一線偏振光的偏振方向A1、A3平行 於一與該等液晶分子411之長軸L的排列方向平行的平面時(即如圖3所示的該Y-Z平面，或是如圖5所示的該X-Z平面)，該線偏振光被視作一非尋常光(extraordinary ray)，使該偏振相依光學元件40可具有一光焦度(Pe)。因此，當該等液晶分子411的排列方向改變時，該光焦度會隨之改變。
參閱圖4與圖6，當一線偏振光的偏振方向A2、A4垂直於一與該等液晶分子411之長軸L的排列方向平行的平面時(即如圖3所示的該Y-Z平面，或是如圖5所示的該X-Z平面)，該線偏振光被視作一尋常光(ordinary ray)，使該偏振相依光學元件40可具有一光焦度(Po)。因此，當該等液晶分子411的排列方向改變時，該光焦度則不會被改變。
該偏振控制器50設置於一前方位置或一後方位置的其中一者。其中，該前方位置位於該四分之一波片30與該偏振相依光學元件40之間，該後方位置位於該偏振相依光學元件40與該反射偏振片20之間。在一些實施例中，如圖1與圖2所示，該偏振控制器50設置於該前方位置，並可經由電驅動方式自一第一狀態切換至一第二狀態。當一來自該顯示器的光束被導入該餅乾透鏡組件，並通過處於該第一狀態的該偏振控制器50時(見圖1)，該光束的偏振方向會被該偏振控制器50轉換。在本實施例中，該第一線偏振光被處於該第一狀態的偏振控制器50轉換成該第二線偏振光，同樣地，該 第二線偏振光可以被處於該第一狀態的偏振控制器50轉換成該第一線偏振光。
當該光束被導入該餅乾透鏡組件，並通過處於該第二狀態的該偏振控制器50時(見圖2)，能防止該光束的偏振方向被該偏振控制器50轉換。
在一些實施例中，該偏振控制器50可以選自一扭曲向列型(TN型)液晶元件、一液晶波片，及其組合。在本實施例中，該偏振控制器5為一扭曲向列型液晶元件，而可在極短的時間內在該第一狀態(關閉狀態)與該第二狀態(啟動狀態)之間進行切換。當未施加電場於該扭曲向列型液晶元件時(即該扭曲向列型液晶元件處於一關閉狀態)，該光束的偏振方向會被該扭曲向列型液晶元件轉換約90度。當施加一電場於該扭曲向列型液晶元件時(即該扭曲向列型液晶元件處於一啟動狀態)，該光束的偏振方向本質上不會被轉換。
參閱圖1，當該光束被導入該餅乾透鏡組件並通過該部分反射鏡10，且該偏振控制器50處於該第一狀態時，會形成一只通過該偏振相依光學元件40一次的直線光路徑SP。該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形將如圖1所示，並說明如下。一來自該顯示器的左圓偏振光101通過該部分反射鏡10，然後沿著該直線光路徑SP行進並被導向該四分之一波片30，該四分之一波片30將該 左圓偏振光101轉換成一X偏振光102，之後，處於該第一狀態的該偏振控制器50將該X偏振光102轉換成一Y偏振光103，最後，該Y偏振光103通過該偏振相依光學元件40與該反射偏振片20，到達使用者的雙眼(圖未示)。
因此，如圖1的情況所示，在(i)該偏振控制器50處於該第一狀態，且(ii)該Y偏振光103通過該偏振相依光學元件40的條件下，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖6)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po)。
參閱圖2，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且該偏振控制器50處於該第二狀態時，會形成一位於該部分反射鏡10與該反射偏振片20之間，並通過該偏振相依光學元件40三次的折疊光路徑FP，且該折疊光路徑FP具有三個分別通過該偏振相依光學元件40的傳遞路徑段P1、P2、P3。令該光束沿著其中兩個傳遞路徑段P1、P2行進，並通過該偏振相依光學元件40時，會於該X方向產生偏振，令該光束沿著剩餘的另一個傳遞路徑段P3行進，並通過該偏振相依光學元件40時，會於該Y方向產生偏振。該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形如圖2所示，並將說明如下。
一來自該顯示器的左圓偏振光101通過該部分反射鏡 10，然後沿著該其中一傳遞路徑段P1行進至該四分之一波片30，該四分之一波片30將該左圓偏振光101轉換成一X偏振光102，該X偏振光102通過該偏振控制器50且不會被轉換，然後，該X偏振光102持續沿著該其中一傳遞路徑段P1行進，並第一次通過該偏振相依光學元件40，而被該反射偏振片20反射，而形成一X偏振光104。
之後，被反射的X偏振光104沿著另一該傳遞路徑段P2行進，並第二次通過該偏振相依光學元件40，接著通過該偏振控制器50而未被轉換，然後，該X偏振光持續沿著該傳遞路徑段P2行進至該四分之一波片30，該四分之一波片30將該X偏振光104轉換成一左圓偏振光105，該部分反射鏡10反射該左圓片振光105並將其轉換成一右圓偏振光106。
接下來，該四分之一波片30將該右圓偏振光106轉換成一Y偏振光107而沿著另一該傳遞路徑段P3行進，且該Y偏振光107通過該偏振控制器50且不會被轉換，之後，該Y偏振光107持續沿著該傳遞路徑段P3行進，並第三次通過該偏振相依光學元件40，然後通過該反射偏振片20，並到達該使用者的雙眼(圖未示)。
因此，如圖2的情況所示，在(i)該偏振控制器50處於該第二狀態，(ii)該X偏振光102、104通過該偏振相依光學元件40兩次，且(iii)該Y偏振光107通過該偏振相依光學元件40一次的條件下，該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形，與該餅乾透鏡組 件未設置有該偏振控制器50的條件下類似。也就是說，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3與圖4)時，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(2Po+Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該x方向排列，及/或平行於該x-Z平面(見圖5與圖6)，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po+2Pe)。
要說明的是，圖1與圖2中所呈現的偏振狀態僅用於說明目的，其可依據來自該顯示器的光束的偏振型態，以及該反射偏振片20的性質不同而改變。舉例來說，當來自該顯示器的光束為一右圓偏振光，或者該反射偏振片20是用來反射一Y偏振光並透射一X偏振光，則該光束在光路徑中的偏振狀態會據以產生改變。
此外，在圖式中是以該部分反射鏡10、該四分之一波片30、該偏振控制器50、該偏振相依光學元件40，及該反射偏振片20等構件彼此分開表示，然，實際實施時，該等構件彼此接合，且兩兩之間沒有空隙產生。
參閱圖7與圖8，說明該餅乾透鏡組件的另一實施態樣，該餅乾透鏡組件的結構類似於圖1、2中所揭示的餅乾透鏡組件，其差異在於，該另一實施態樣的偏振控制器50設置於該後方位置。
當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且該偏振控制器50處於該第一狀態，會形成一只通過該偏振相依光學元件40一次的直線光路徑SP。該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形如圖7所 示，並與圖1的偏振轉換情形相似，其主要的差異在於，通過該偏振相依光學元件40之光束的偏振方向不同，在圖1是以該Y偏振光103通過該偏振相依光學元件40，而在圖7中，是以該X偏振光102通過該偏振相依光學元件40。因此，如圖7所示的情況，在(i)該偏振控制器50處於該第一狀態，且(ii)該X偏振光102通過該偏振相依光學元件40的條件下，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖4)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖5)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Pe)。
參閱圖8，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且該偏振控制器50處於該第二狀態時，會形成一位於該部分反射鏡10與該反射偏振片20之間，並通過該偏振相依光學元件40三次的折疊光路徑FP。在此情況下，該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形會類似於未設置有該偏振控制器50的餅乾透鏡組件，或者如圖2所示的餅乾透鏡組件的偏振轉換情形。也就是說，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3與圖4)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(2Po+Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列，及/或平行於該X-Z平面(見圖5與圖6)，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po+2Pe)。
參閱圖9至12，說明該餅乾透鏡組件的另一實施態樣，與圖1、2所示之餅乾透鏡組件的結構相似，其差異在於，在圖9至圖12中所示的餅乾透鏡組件配置有兩個分別位於該前方位置與該後方位置的偏振控制器50。並於以下的說明中，將設置於該前方位置的偏振控制器50稱為前方該偏振控制器50，將設置於該後方位置的另一偏振控制器50稱為後方該偏振控制器50。
參閱圖9、圖10，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且其中一個偏振控制器50處於該第一狀態，而另一個偏振控制器50處於該第二狀態時，會形成一僅通過該偏振相依光學元件40一次的直線光路徑SP。
在圖9中，前方該偏振控制器50處於該第二狀態，後方該偏振控制器50處於該第一狀態，該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形會類似於僅配置有一後方偏振控制器50的餅乾透鏡組件(如圖7所示)。也就是說，當該X偏振光通過該偏振相依光學元件40，且該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖4)，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖5)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Pe)。
在圖10中，前方該偏振控制器50處於該第一狀態，後方該偏振控制器50處於該第二狀態，該光束於該餅乾透鏡組件中的偏 振轉換情形會類似於僅配置有一前方偏振控制器50的餅乾透鏡組件(如圖1所示)。也就是說，當該Y偏振光通過該偏振相依光學元件40，且該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3)，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖6)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po)。
參閱圖11、圖12，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且該兩個偏振控制器50皆同時處於該第一狀態，或是該第二狀態時，會形成一位於該部分反射鏡10與該反射偏振片20之間，且僅通過該偏振相依光學元件40三次的折疊光路徑FP。
茲將該光束於如圖11所示的該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形將進行如下說明，且該餅乾透鏡組件的兩個偏振控制器50皆處於該第一狀態。
一來自該顯示器的左圓偏振光201通過該部分反射鏡10，並沿著該其中一傳遞路徑段P1行進至該四分之一波片30，該四分之一波片30將該左圓偏振光201轉換成一X偏振光202，處於該第一狀態的前方該偏振控制器50將該X偏振光202轉換成一Y偏振光203，該Y偏振光203持續沿著該傳遞路徑段P1行進，並第一次通過該偏振相依光學元件40，處於該第一狀態的後方該偏振控制器50將該Y偏振光203轉換成一X偏振光204，該X偏振光204隨後 被該反射偏振片20反射，而形成一X偏振光205。
被反射的X偏振光205沿著另一傳遞路徑段P2行進，且被處於該第一狀態的後方該偏振控制器50轉換成一Y偏振光206，該Y偏振光206持續沿著該傳遞路徑段P2行進，並第二次通該偏振相依光學元件40，之後，處於該第一狀態的後方該偏振控制器50將該Y偏振光206轉換成一X偏振光207，然後，該四分之一波片30將該X偏振光207轉換成一左圓偏振光208。
該部分反射鏡10反射該左圓偏振光208，並將其轉換成一沿著另一個傳遞路徑段P3行進的右圓偏振光209，接下來，該四分之一波片30將該右圓偏振光209轉換成一Y偏振光210，且該Y偏振光210被處於該第一狀態的前方該偏振控制器50轉換成一X偏振光211，該X偏振光211沿著該傳遞路徑段P3行進，並第三次通過該偏振相依光學元件40，此後，該X偏振光211被處於該第一狀態的後方該偏振控制器50轉換成一Y偏振光212，最後，該Y偏振光212通過該反射偏振片20，然後到達該使用者的雙眼(圖未示)。
因此，如圖11的情況所示，在(i)該兩個偏振控制器50處於該第一狀態，(ii)該Y偏振光210、212通過該偏振相依光學元件40兩次，(iii)該X偏振光211通過該偏振相依光學元件40一次的條件下，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3、4)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度 (Po+2Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖5、6)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(2Po+Pe)。
在圖12中，該兩個偏振控制器50皆處於該第二狀態，該光束於該餅乾透鏡組件中的偏振轉換情形會類似於未配置有該偏振控制器50的餅乾透鏡組件，或是如圖2或圖8所示的餅乾透鏡組件。也就是說，當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該Y方向排列，及/或平行於該Y-Z平面(見圖3、4)，該餅乾透鏡組件具有一光焦度(2Po+Pe)；當該等液晶分子411的長軸L皆沿著該X方向排列及/或平行於該X-Z平面(見圖5、6)，則該餅乾透鏡組件具有一光焦度(Po+2Pe)。
在該餅乾透鏡組件配置有前方、後方該偏振控制器50的情況下，無論該等液晶分子411的長軸L是平行於該Y-Z平面或是該X-Z平面順向排列，該餅乾透鏡組件將具有四種光焦度(Pe、Po、2Po+Pe、Po+2Pe)。假設該光焦度(Po)的屈光度(diopter)為0屈光度(0D)，而該光焦度(Pe)為1屈光度(1D)，則該餅乾透鏡組件的光焦度可以在三種不同的屈光度數值(0D、1D、2D)之間轉換。且在該偏振相依光學元件40選自一電控可調焦液晶透鏡的情況下，該餅乾透鏡組件可以具有更寬廣的屈光度可調控範圍。
在一些實施例中，當一使用者穿戴一頭戴式顯示器(圖未 示)，且該頭戴式顯示器具有兩個分別對應該使用者的雙眼前方配置的餅乾透鏡組件，該等餅乾透鏡組件可分別調整各自的光焦度，以讓雙眼能進行輻輳調節。因此，當使用該頭戴式顯示器觀看影像時，由視覺輻輳調節衝突(VAC)所造成的視覺疲勞與雙眼的不適感可以獲得緩解。在此情況下，還可以利用攝影機(圖未示)來監測與追蹤該使用者的雙眼，而有助於調整用於雙眼之該等餅乾透鏡組件的光焦度。
此外，該等餅乾透鏡組件配置於該使用者的雙眼前，也可應用於矯正該使用者的不佳視力。因此，該使用者可直接自該頭戴式顯示器觀看影像，而無需配戴眼鏡或矯正視力。
再者，本發明餅乾透鏡組件也可作為一適用於日常視力矯正之矯正鏡片的至少一部份。
綜上所述，本發明餅乾透鏡組件利用設置於該四分之一波片30與該偏振相依光學元件40之間及/或設置於該偏振相依光學元件40與該反射偏振片20之間的偏振控制器50，並依需求切換該(等)偏振控制器50，使其處於該第一狀態或該第二狀態，而可讓該餅乾透鏡組件具有多種不同的光焦度，因此，當該等餅該透鏡組件設置於該顯示器與使用者的雙眼之間時，經由調整自身的光焦度，而可讓使用者的雙眼在進行輻輳調節時，能緩解由視覺輻輳調節衝突(VAC)所造成的視覺疲勞與雙眼的不適感，故確實可達成本發明 的目的。
在以上的說明中，基於解釋之目的，已闡述了許多具體細節，以供充分理解對前述實施例。然而，顯而易見的是，對本領域技術者而言，在未提供該些具體細節中的情況下，仍能實踐一個或多個其它實施例。且應當理解的是，在整份說明書中對「一些實施例」或是帶有序號指示的實施例等，意味著包括在本發明實施例中所揭示的特定特徵、結構或特性。應當進一步理解的是，在整份說明書中，為了簡化本發明公開之內容，並以利於理解本發明各種方面之目的，有時會將多種不同的特徵組合在單一實施例、圖式或一段敘述中。在適當的情況下，來自一個實施例的特定細節可以與來自另一個實施例的特徵或特定細節一起執行。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
10:部分反射鏡
20:反射偏振片
30:四分之一波片
40:偏振相依光學元件
411:液晶分子
50:偏振控制器
101:左圓偏振光
102:X偏振光
103:Y偏振光
SP:直線光路徑
X、Y、Z:方向
A:光軸

Claims (16)

  1. 一種餅乾透鏡組件，包含：一部分反射鏡；一反射偏振片，設置於該部分反射鏡的後方；一四分之一波片，設置於該部分反射鏡與該反射偏振片之間；一偏振相依光學元件，設置於該四分之一波片與該反射偏振片之間；及至少一偏振控制器，位於該四分之一波片與該偏振相依光學元件之間的一前方位置，或該偏振相依光學元件與該反射偏振片之間的一後方位置，該至少一偏振控制器經由電驅動而可自一第一狀態轉換至一第二狀態，其中，當一光束沿著一位在一Z方向的光軸被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於該第一狀態的該偏振控制器時，該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換，當該光束沿著該光軸被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於該第二狀態的該偏振控制器時，能防止該光束的偏振方向被該偏振控制器轉換，其中，該偏振相依光學元件具有多數液晶分子，該等液晶分子的長軸的排列方向平行於一XZ平面或一YZ平面，該XZ平面由一X方向與該Z方向共同界定而成，該YZ平面由一Y方向與該Z方向共同界定而成，且該X方向、該Y方向，及該Z方向彼此成正交，該部分反射鏡讓一第一圓偏振光部分地透射，並讓部分的該第一圓偏振光反射而 轉換成一第二圓偏振光，該第二圓偏振光的圓偏振方向不同於該第一圓偏振光的圓偏振方向。
  2. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，該偏振相依光學元件為一透射式液晶元件。
  3. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，該偏振相依光學元件選自固焦液晶透鏡、電控可調焦液晶透鏡、液晶光柵、液晶棱鏡、液晶波前校正器、超穎透鏡，及其中至少一組合。
  4. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，該偏振控制器選自扭曲向列型液晶元件、液晶波片，及其組合。
  5. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，當該光束沿著一位在該Z方向的光軸被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於該第一狀態的該偏振控制器時，會形成一只通過該偏振相依光學元件一次的直線光路徑。
  6. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，並穿過處於該第二狀態的該偏振控制器時，會形成一位於該部分反射鏡與該反射偏振片之間，且會通過該偏振相依光學元件三次的折疊光路徑。
  7. 如請求項6所述的餅乾透鏡組件，其中，該折疊光路徑具有三個分別通過該偏振相依光學元件的傳遞路徑段，當該光束為一在該X方向偏振的X偏振光，則該光束沿著其中兩個傳遞路徑段行進，並通過該偏振相依光學元件，當該光束為一在該Y方向偏振的Y偏振光，則該光束沿著剩餘的另一個傳遞路徑段行進，通過該偏振相依光學元件。
  8. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，包含兩個分別位該前方位置與該後方位置的偏振控制器。
  9. 如請求項8所述的餅乾透鏡組件，其中，在其中一該偏振控制器處於該第一狀態，而另一該偏振控制器處於該第二狀態時，該光束被導入該餅乾透鏡組件會形成一只通過該偏振相依光學元件一次的直線光路徑。
  10. 如請求項8所述的餅乾透鏡組件，其中，當該光束被導入該餅乾透鏡組件，且該等偏振控制器皆處於該第一狀態及該第二狀態的其中一者時，會形成一位於該部分反射鏡與該反射偏振片之間，且會通過該偏振相依光學元件三次的折疊光路徑。
  11. 如請求項10所述的餅乾透鏡組件，其中，該等偏振控制器皆處於該第一狀態，該折疊光路徑具有三個分別通過該偏振相依光學元件的傳遞路徑段，當該光束為一在該Y方向偏振的Y偏振光，則該光束沿著其中兩個傳遞路徑段行進，並通過該偏振相依光學元件，當該光束為一在該X方向偏振的X偏振光，則該光束沿著剩餘的另一個傳遞路徑段行進，並通過該偏振相依光學元件。
  12. 如請求項10所述的餅乾透鏡組件，其中，該等偏振控制器皆處於該第二狀態，該折疊光路徑具有三個分別通過該偏振相依光學元件的傳遞路徑段，當該光束為一在該X方向偏振的X偏振光，則該光束沿著其中兩個傳遞路徑段行進，並通過該偏振相依光學元件，當該光束為一在該Y方向偏振的Y偏振光，則該光束沿著剩餘的另一個傳遞路徑 段行進，並通過該偏振相依光學元件。
  13. 如請求項1所述的餅乾透鏡組件，其中，該四分之一波片能將該第一圓偏振光轉換成一第一線偏振光、將該第一線偏振光轉換成該第一圓偏振光、將該第二圓偏振光轉換成一第二線偏振光，或是將該第二線偏振光轉換成該第二圓偏振光，且該第二線偏振光的線偏振方向不同於該第一線偏振光的線偏振方向。
  14. 如請求項13所述的餅乾透鏡組件，其中，處於該第一狀態的該偏振控制器會將該第一線偏振光轉換成該第二線偏振光，將該第二線偏振光轉換成該第一線偏振光。
  15. 如請求項14所述的餅乾透鏡組件，其中，反射偏振片用來反射該第一線偏振光，並讓該第二線偏振光透射。
  16. 如請求項15所述的餅乾透鏡組件，其中，該第一圓偏振光為一左圓偏振光，該第二圓偏振光為一右圓偏振光，該第一線偏振光為一在該X方向偏振的X偏振光，該第二線偏振光為一在該Y方向偏振的Y偏振光。
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