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TW202407422A - 調節整合式摺疊透鏡組裝件 - Google Patents

調節整合式摺疊透鏡組裝件 Download PDF

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TW202407422A
TW202407422A TW112109590A TW112109590A TW202407422A TW 202407422 A TW202407422 A TW 202407422A TW 112109590 A TW112109590 A TW 112109590A TW 112109590 A TW112109590 A TW 112109590A TW 202407422 A TW202407422 A TW 202407422A
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TW
Taiwan
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polarization
reflector
selective reflector
image light
polarization selective
Prior art date
Application number
TW112109590A
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Inventor
鄭先匯
王宣
呂璐
Original Assignee
美商元平台技術有限公司
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Abstract

一種裝置包含顯示器元件、以及和所述顯示器元件耦接的透鏡組裝件。所述透鏡組裝件包含第一偏振選擇性反射器以及第二偏振選擇性反射器，其分別被配置成可切換在操作於主動狀態以及非主動狀態之間。所述透鏡組裝件包含偏振非選擇性部分反射器，其被設置在所述第一及第二偏振選擇性反射器之間。所述裝置包含控制器，其被配置以在第一時間期間控制所述顯示器元件以顯示第一虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態，並且在第二時間期間控制所述顯示器元件以顯示第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。

Description

調節整合式摺疊透鏡組裝件
本揭露內容大致是有關於光學元件，並且更明確地是有關於調節整合式摺疊透鏡組裝件。 相關申請案的交互參照
此申請案是主張2022年3月24日申請的美國臨時申請案號63/323,489的優先權益處。上述申請案的內容是以其整體被納入在此作為參考。
例如是頭戴式顯示器("HMD")或抬頭顯示器("HUD")系統的人工實境系統一般是包含近眼顯示器("NED")系統，其具有頭戴式裝置或是一副眼鏡的形式。所述NED系統可被配置以經由電子或光學顯示器來呈現內容給使用者，所述顯示器例如被設置在使用者的眼睛前面約10-20mm處。如同在虛擬實境("VR")、擴增實境("AR")或混合實境("MR")應用中，所述NED系統可以顯示虛擬物體或是結合真實物體的影像與虛擬物體。通常所期望的是使得NED小型且輕量的，並且具有高解析度、大視野("FOV")、以及小形狀因子。NED可包含光源(例如，顯示器元件)，其被配置以產生影像光、以及透鏡組裝件，其被配置以導引所述影像光朝向使用者的眼睛。為了達成小型的大小以及輕量，同時維持滿足需要的光學特徵，所述透鏡組裝件可被設計以從所述顯示器元件摺疊光學路徑至眼睛。
本揭露內容的一特點是提供一種裝置，其包含一顯示器元件、以及和所述顯示器元件耦接的一透鏡組裝件。所述透鏡組裝件包含一第一偏振選擇性反射器以及一第二偏振選擇性反射器，其分別被配置成可切換在操作於主動狀態以及操作於非主動狀態之間。所述透鏡組裝件包含一偏振非選擇性部分反射器，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述第二偏振選擇性反射器之間。所述裝置包含一控制器，其被配置以在一第一時間期間控制所述顯示器元件以顯示一第一虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態。所述控制器亦被配置以在一第二時間期間控制所述顯示器元件以顯示一第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
本揭露內容的另一特點提供一種方法。所述方法包含在一第一時間期間，藉由一控制器來控制一顯示器元件以顯示一第一虛擬物體、被設置在一偏振非選擇性部分反射器的面對所述顯示器元件的一第一側的一第一偏振選擇性反射器以操作在主動狀態、以及被設置在所述偏振非選擇性部分反射器的一第二側的一第二偏振選擇性反射器以操作在一非主動狀態。所述方法亦包含在一第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以顯示一第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
本揭露內容的其它特點可被熟習此項技術者根據本揭露內容的說明、請求項、以及圖式來加以理解。
和本揭露內容一致的實施例將會參考所附圖式來描述，其只是為了舉例說明的目的之例子而已，因而並不欲限制本揭露內容的範疇。只要有可能，在所有圖式中是使用相同的元件符號來指出相同或類似的部件，因而其之詳細說明可被省略。
再者，在本揭露內容中，所揭露的實施例以及所揭露的實施例的特點可加以組合。所述實施例是本揭露內容的某些實施例，但非全部的實施例。根據所揭露的實施例，所述技術中具有通常技能者可以導出其它和本揭露內容一致的實施例。例如，修改、適配、替代、添加或其它變化可以根據所揭露的實施例來完成。所揭露的實施例的此種變化仍然是在本揭露內容的範疇之內。於是，本揭露內容並不限於所揭露的實施例。而是，本揭露內容的範疇藉由所附請求項來界定。
如同在此所用的，所述術語"耦合"、"被耦合"、"耦合的"或類似者可以涵蓋光學耦合、機械式耦合、電性耦合、電磁耦合或其之任意組合。在兩個光學元件之間的"光學耦合"是指其中所述兩個光學元件被配置成一光學系列，並且從一光學元件輸出的光可以直接或間接由另一光學元件接收到的配置。一光學系列是指一光路徑中的複數個光學元件的光學定位，使得從一光學元件輸出的光可以藉由其它光學元件中的一或多個來加以透射、反射、繞射、轉換、修改、或者是處理或操縱。在某些實施例中，所述複數個光學元件被配置所用的序列可以影響、或是可以不影響所述複數個光學元件的整體輸出。耦合可以是直接的耦合、或是間接的耦合(例如，透過一中間的元件來耦合)。
所述措辭"A或B中的至少一個"可以涵蓋A及B的所有組合，例如只有A、只有B、或是A及B。同樣地，所述措辭"A、B或C中的至少一個"可以涵蓋A、B及C的所有組合，例如只有A、只有B、只有C、A及B、A及C、B及C、或是A及B及C。所述措辭"A及/或B"可以用一種類似於所述措辭"A或B中的至少一個"的方式來解釋。例如，所述措辭"A及/或B"可以涵蓋A及B的所有組合，例如只有A、只有B、或是A及B。同樣地，所述措辭"A、B及/或C"具有類似於所述措辭"A、B或C中的至少一個"的意義。例如，所述措辭"A、B及/或C"可以涵蓋A、B及C的所有組合，例如只有A、只有B、只有C、A及B、A及C、B及C、或是A及B及C。
當一第一元件被描述為"附接"、"提供"、"形成"、"黏貼"、"安裝"、"固定"、"連接"、"接合"、"記錄"或"設置"到一第二元件、在一第二元件上、在一第二元件處、或是至少部分在一第二元件中時，所述第一元件可以是利用任何適當的機械式或非機械式的方式，例如沉積、塗層、蝕刻、接合、膠合、螺合、壓合、扣合、夾合、等等來"附接"、"提供"、"形成"、"黏貼"、"安裝"、"固定"、"連接"、"接合"、"記錄"或"設置"到所述第二元件、在所述第二元件上、在所述第二元件處、或是至少部分在所述第二元件中。此外，所述第一元件可以直接接觸到所述第二元件、或是在所述第一元件與所述第二元件之間可以有一中間的元件。所述第一元件可被設置在所述第二元件的任何適當側，例如是左側、右側、前側、背側、頂側或底側。
當所述第一元件被展示或敘述為設置或配置在所述第二元件"上"時，術語"上"只是被用來指出在所述第一元件與所述第二元件之間的一範例的相對方位而已。所述說明可以是根據在圖中展示的參考座標系統、或者可以是根據在圖中展示的目前的視圖或範例的配置。例如，當在一圖中展示的視圖被描述時，所述第一元件可被描述為設置在所述第二元件"上"。所了解的是所述術語"上"可以不一定意指所述第一元件是在垂直的重力方向上在所述第二元件之上。例如，當所述第一元件以及所述第二元件的組裝件翻轉180度時，所述第一元件可以是在所述第二元件"之下"(或是所述第二元件可以是在所述第一元件"上")。因此，所了解的是當一圖展示所述第一元件在所述第二元件"上"時，所述配置只是一舉例說明的例子而已。所述第一元件可被設置或配置在相對於所述第二元件的任何適當的方位(例如，在所述第二元件之上或上方、在所述第二元件之下或下方、在所述第二元件的左邊、在所述第二元件的右邊、在所述第二元件的後面、在所述第二元件的前面、等等)。
當所述第一元件被描述為設置在所述第二元件"上"時，所述第一元件可以直接或間接設置在所述第二元件上。所述第一元件直接設置在所述第二元件上是指沒有額外的元件設置在所述第一元件與所述第二元件之間。所述第一元件間接設置在所述第二元件上是指一或多個額外的元件設置在所述第一元件與所述第二元件之間。
在此使用的術語"處理器"可以涵蓋任何適當的處理器，例如是中央處理單元("CPU")、圖形處理單元("GPU")、特定應用積體電路("ASIC")、可程式化邏輯裝置("PLD")、或其之任意組合。其它未表列在以上的處理器亦可被利用。處理器可被實施為軟體、硬體、韌體、或是其之任意組合。
所述術語"控制器"可以涵蓋任何適當的電路、軟體或處理器，其被配置以產生控制信號以用於控制裝置、電路、光學元件、等等。"控制器"可被實施為軟體、硬體、韌體、或是其之任意組合。例如，控制器可包含處理器、或是可被納入作為處理器的一部分。
所述術語"非暫態的電腦可讀取的媒體"可以涵蓋任何適當的媒體以用於儲存、傳輸、通訊、廣播或發送資料、信號或資訊。例如，所述非暫態的電腦可讀取的媒體可包含記憶體、硬碟、磁碟片、光碟、磁帶、等等。所述記憶體可包含唯讀記憶體("ROM")、隨機存取記憶體("RAM")、快閃記憶體、等等。
所述術語"膜"、"層"、"塗層"或"板"可包含剛性或撓性的、自支撐或獨立的膜、層、塗層或板，其可被設置在支撐基板上或是在基板之間。所述術語"膜"、"層"、"塗層"及"板"可以是可互換的。所述術語"膜平面"是指所述膜、層、塗層或板中的一平面，其垂直於所述膜、層、塗層或板的厚度方向或是一表面的法線。所述膜平面可以是在所述膜、層、塗層或板的體積中的一平面、或者可以是所述膜、層、塗層或板的一表面。如同在例如"平面內取向"、"平面內方向"、"平面內間距"、等等中的術語"平面內"是表示所述取向、方向或間距是在所述膜平面之內。如同在例如"平面外方向"、"平面外取向"、或是"平面外間距"等等中的術語"平面外"是表示所述取向、方向或間距並不在一膜平面之內(亦即，非平行於一膜平面)。例如，所述方向、取向或間距可以是沿著垂直於一膜平面的一線、或是所述線相對所述膜平面形成一銳角或鈍角。例如，一"平面內"方向或取向可以是指在一表面之內的一方向或取向，一"平面外"方向或取向可以是指非平行於(例如，垂直於)所述表面的一厚度方向或取向。在某些實施例中，一"平面外"方向或取向可以相對所述膜平面形成一銳角或直角。
如同在"正交的偏振"中的術語"正交的"、或是如同在"正交地偏振的"中的術語"正交地"是表示代表所述兩個偏振的兩個向量的內積實質是零。例如，具有正交的偏振的兩道光或射束(或是兩道正交地偏振的光或射束)可以是具有兩個正交的偏振方向(例如，在一笛卡兒座標系統中的一x軸方向以及一y軸方向)的兩道線偏振的光(或射束)、或是具有相反旋性的兩道圓偏振的光(例如，一左旋圓偏振光以及一右旋圓偏振光)。
在本揭露內容中提及的波長範圍、頻譜或頻帶是為了舉例說明的目的。所揭露的光學元件、系統、元件、組裝件、以及方法可被應用至一可見的波長帶以及其它的波長帶，例如是紫外線("UV")波長帶、紅外線("IR")波長帶、或是其之組合。被用來修改例如是描述光的處理的透射、反射、繞射、阻擋或類似者的光學響應動作的術語"實質"或"主要地"是表示光的一主要的部分(包含全部)被透射、反射、繞射或阻擋、等等。所述主要的部分可以是所述整個光的一預設的百分比(大於50%)，例如100%、98%、90%、85%、80%、等等，其可以根據特定的應用需求來加以決定。
所述術語"光學軸"可以是指在一晶體中的一方向。傳播在所述光學軸方向上的光可能不會經歷雙折射(birefringence)。一光學軸可以是一方向而不是單一線：平行於該方向的光可能不會經歷任何雙折射。
人工實境裝置通常有輻輳-調節的衝突問題。輻輳是雙眼同時朝相反方向移動或旋轉以獲得或維持單一雙眼視覺，並且是有關於眼睛的調節。在真實世界中，當人眼看位於不同距離的(和不同的輻輳距離相關的)真實物體時，眼睛可以自動地改變焦點(藉由改變眼睛的水晶體的形狀)以提供在不同的輻輳距離的調節。圖1A是描繪人眼如何在真實世界中體驗輻輳及調節。如同在圖1A中所示，使用者正在看一真實物體100(亦即，使用者的眼睛102會聚在所述真實物體100，並且來自所述眼睛102的凝視線交叉在所述真實物體100)。所述眼睛102會聚在所述真實物體100上的距離是被稱為一輻輳距離(d v)。如同由圖1A中的箭頭所指出的，隨著所述真實物體100移動到更靠近使用者，兩眼102都向內旋轉以保持會聚在所述真實物體100上，並且所述真實物體100的輻輳距離(d v)被縮短。同時，每一個眼睛102是藉由改變水晶體的形狀以適應所述真實物體100的較短的距離以增加光功率或縮短焦距。所述眼睛102聚焦來產生清晰的視網膜影像的距離是被稱為一調節距離(d a)。因此，在真實世界中的正常情況下，所述輻輳距離(d v)是等於所述調節距離(d a)。
圖1B展示針對於習知的3D顯示器的輻輳及調節之間的衝突。如同在圖1B中所示，使用者正在看藉由習知的電子顯示器(例如，3D電子顯示器)104所顯示的一虛擬物體100B。使用者的眼睛102會聚在所述虛擬物體100B上，並且來自所述眼睛102的凝視線交叉在所述虛擬物體100B，所述虛擬物體100B與眼睛102的距離大於與電子顯示器104的距離。如同藉由在圖1B中的箭頭所指出的，當所述電子顯示器104使得所述虛擬物體100B看起來較靠近使用者時，所述眼睛102都向內旋轉以會聚在所述虛擬物體100B上，並且所述虛擬物體100B的輻輳距離被縮短。然而，由於所述電子顯示器104通常被定位在與所述眼睛102的一固定距離處，因此每一個眼睛102可能並未適應所述虛擬物體100B的較近的距離，並且每一個眼睛102的水晶體的形狀可能實質被維持著。並非是增加光功率或縮短焦距以適應所述虛擬物體100B的較近的輻輳距離，而是每一個眼睛102可能維持在和所述電子顯示器104相關的固定距離的調節。因此，人眼對於藉由一3D電子顯示器顯示的虛擬物體的輻輳距離(d v)並不等於調節距離(d a)。在輻輳距離(d v)以及調節距離(d a)之間的差異被稱為"輻輳-調節衝突"。當多個虛擬物體被顯現以出現在距使用者的廣範圍的距離時，所述輻輳-調節衝突甚至可能變得更糟。所述輻輳-調節衝突可能會引發眼睛疲勞及頭痛，顯著地劣化使用者的視覺體驗。
考慮到所述習知技術中的限制下，本揭露內容提供一種具有一調節功能之路徑摺疊的透鏡組裝件(或摺疊透鏡組裝件)。所揭露的路徑摺疊的透鏡組裝件可被實施到具有眼鏡、護目鏡、頭盔、面罩、或某種其它類型的眼部穿戴裝置的形式的人工實境系統中以減輕所述輻輳-調節衝突，並且改善使用者的視覺體驗。所揭露的路徑摺疊的透鏡組裝件亦可達成小型的大小以及輕量，同時維持滿足需要的光學特徵。
圖2概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的一種系統200的圖。在某些實施例中，所述系統200可以是NED的一部分。如同在圖2中所示，所述系統200可包含一光源204。所述光源204可以是一光輸出裝置，例如是一顯示器元件。為了討論之目的，所述光源204亦被稱為所述顯示器元件204。所述系統200亦可包含一路徑摺疊的透鏡組裝件202(亦被稱為透鏡組裝件202)，其被設置在所述顯示器元件204以及一使用者的一眼睛256可以位在其中的一眼動範圍區域259之間。所述透鏡組裝件202可被配置以摺疊來自所述顯示器元件204的一影像光的一光學路徑至所述眼動範圍區域259。
在某些實施例中，所述系統200亦可包含一控制器216，其被配置以控制所述透鏡組裝件202以及所述顯示器元件204。所述控制器216可包含一處理器或處理單元219。所述處理器219可以是任何適當的處理器，例如中央處理單元("CPU")、圖形處理單元("GPU")、等等。所述控制器216可包含一儲存裝置218。所述儲存裝置218可以是非暫態的電腦可讀取的媒體，例如記憶體、硬碟、等等。所述儲存裝置218可被配置以儲存資料或資訊，其包含電腦可執行的程式指令或碼，其可藉由所述處理器219來執行以進行在此揭露的方法或程序中敘述的各種控制或功能。
所述顯示器元件204可被配置以朝向所述透鏡組裝件202輸出代表一虛擬的影像(或是一虛擬物體)的一影像光221。所述透鏡組裝件202可以聚焦所述影像光221來傳播通過在所述眼動範圍區域259中的一或多個出射光瞳257。在某些實施例中，所述顯示器元件204的每一個光輸出單元可以輸出一束發散的光線(其是所述影像光221的一部分)，並且所述透鏡組裝件202可被配置以轉換所述發散的光線束成為一束平行的光線，其傳播通過在所述眼動範圍區域259中的一或多個出射光瞳257。在某些實施例中，所述平行的光線束可以實質覆蓋所述整個眼動範圍區域259。為了舉例說明的目的，圖2是展示從所述顯示器元件204的一上方部分的一光輸出單元輸出的影像光221的單一光線。所述出射光瞳257可以是其中所述眼睛256的一眼睛瞳孔258可被定位在所述眼動範圍區域259中以感知所述虛擬的影像(或是所述虛擬物體)的一空間的區域。
為了舉例說明的目的，圖2展示用於使用者的單一眼睛256的單一顯示器元件204。在某些實施例中，所述系統200可包含多個顯示器元件204，例如用於使用者的雙眼的兩個顯示器元件204。所述顯示器元件204可包含一顯示面板，例如是液晶顯示器("LCD")面板、液晶覆矽("LCoS")顯示面板、有機發光二極體("OLED")顯示面板、微有機發光二極體("微OLED")顯示器、微發光二極體("微LED")顯示面板、次毫米LED顯示器、數位光學處理("DLP")顯示面板、雷射掃描顯示面板、或是其之組合。在某些實施例中，所述顯示器元件204可包含一自發射的面板，例如是OLED顯示面板、微OLED顯示面板、微LED顯示面板、次毫米LED顯示面板、或是雷射掃描顯示面板、等等。在某些實施例中，所述顯示器元件204可包含藉由一外部光源照明的一顯示面板，例如是LCD面板、LCoS顯示面板或DLP顯示面板。一外部光源的例子可包含雷射、LED、OLED、或是其之組合。
所述透鏡組裝件202可被配置以藉由摺疊所述影像光221的光學路徑一或多次，來增加所述影像光221從所述顯示器元件204至所述出射光瞳257的一光學路徑的長度。由於所述路徑摺疊，所述透鏡組裝件202可以在不增加在所述顯示器元件204與所述眼動範圍區域259之間的物理距離，而且不損及影像品質下，增大所述系統200的視野("FOV")。所述透鏡組裝件202可包含配置成一光學系列的一第一光學構件217、一第二光學構件227、以及一第三光學構件237，其中所述第三光學構件237是被設置在所述第一光學元件217與所述第二光學元件227之間。所述第一光學構件217或所述第二光學構件227中的至少一個(例如，每一個)可被配置為具有一透鏡功能(亦即，被配置有光功率)的一反射且偏振選擇性光學構件。例如，在某些實施例中，所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含具有一透鏡功能的單一反射且偏振選擇性光學元件(例如，單一反射且偏振選擇性透鏡)。在某些實施例中，所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含兩個個別的光學元件，其分別被配置有一透鏡功能以及一偏振選擇性反射功能。例如，被配置有一透鏡功能(其可以是偏振非選擇性)的光學元件可以是具有一光功率的一光學透鏡，而被配置有所述偏振選擇性反射功能的光學元件可以具有零光功率。
在某些實施例中，所述第一光學構件217、所述第二光學構件227或所述第三光學構件237的至少一個(例如，每一個)可包含一反射器。一反射器可以是偏振選擇性、或是偏振非選擇性(亦即，與偏振無關的)。在某些實施例中，所述第一光學構件217以及所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含一偏振選擇性反射器，並且所述第三光學構件237可包含一偏振非選擇性反射器。
一偏振非選擇性反射器可以與偏振無關地反射一輸入光。所述偏振非選擇性反射器的一個例子是偏振非選擇性部分反射器。所述偏振非選擇性部分反射器可以與輸入光的偏振無關地部分透射所述輸入光的一部分，並且部分反射所述輸入光的一部分。在以下的說明中，所述偏振非選擇性反射器亦可被稱為"部分反射器"。偏振非選擇性部分反射器的例子可包含體積布拉格光柵("VBG")、50：50反射鏡(透射50%以及反射50%)、等等。所述偏振非選擇性部分反射器可被配置具有或是不具有光功率(或透鏡功能)。針對於所述偏振非選擇性反射器，輸入光的透射部分以及反射部分的百分比可以是任何適當的百分比，例如10%/90%、10%/80%、30%/70%、40%/60%、50%/50%、等等。
一偏振選擇性反射器可被配置以反射具有一第一偏振(例如，一圓偏振或線偏振)的一輸入光，並且透射具有一不同於(例如，正交於)所述第一偏振的第二偏振(例如，一正交的圓偏振或是一正交的線偏振)的一輸入光。所述偏振選擇性反射器的例子可包含線反射的偏振器、圓反射的偏振器、等等。所述偏振選擇性反射器可被配置、或者可以不被配置有光功率(或透鏡功能)。當被配置有光功率時，所述偏振選擇性反射器亦可作用為一反射的透鏡以向後發散或收斂具有所述第一偏振的一輸入光，並且透射具有所述第二偏振的一輸入光，同時實質維持所述輸入光的傳播方向。
在某些實施例中，當所述偏振選擇性反射器被配置零光功率時，所述偏振選擇性反射器可以和具有一光功率的一光學透鏡耦合，以向後發散或收斂具有所述第一偏振的一輸入光，並且透射具有所述第二偏振的一輸入光，同時實質維持所述輸入光的傳播方向。換言之，所述被配置零光功率的偏振選擇性反射器以及所述具有一非零光功率的光學透鏡的組合可以作用類似於所述具有光功率的偏振選擇性反射器。
被配置有一光功率的偏振選擇性反射器的每一個、以及所述被配置零光功率的偏振選擇性反射器以及所述具有一光功率的光學透鏡的組合亦可被稱為一反射的偏振選擇性透鏡。用在本揭露內容中的術語"反射的偏振選擇性透鏡"可包含所述被配置有一光功率的偏振選擇性反射器、以及所述被配置零光功率的偏振選擇性反射器與所述具有一光功率的光學透鏡的組合兩者。
一基於自組織膽固醇型液晶("CLC")的反射的偏振體積全像("PVH")元件是一偏振選擇性反射器的一個例子。一基於自組織CLC的反射的PVH元件亦可被稱為一傾斜或圖案化的CLC元件。一具有光功率的反射的PVH元件(亦被稱為PVH透鏡)是一反射的偏振選擇性透鏡的一個例子。為了討論之目的，所述反射的PVH透鏡亦可被稱為一傾斜或圖案化的CLC透鏡。所述反射的PVH透鏡可以是窄頻帶(例如，其包含具有一固定的螺旋間距的單一CLC層)、或是寬頻帶(例如，其包含具有一梯度螺旋間距的一CLC層、或是複數個具有不同螺旋間距的CLC層)。在此所述的反射的PVH元件可以根據各種的方法來製造，例如全像干涉、雷射直寫、噴墨印刷、3D列印、或是各種其它形式的微影。因此，在此所述的"全像"並不限於藉由全像干涉或"全像術"的製造。
在圖2所示的實施例中，所述第三光學構件237可包含一偏振非選擇性(亦即，獨立的)部分反射器，例如是一50：50反射鏡。因此，所述第三光學構件237亦被稱為一反射鏡237。在圖2所示的實施例中，所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含被配置有一光功率的一偏振選擇性反射器215或225(或是被稱為一反射的偏振選擇性透鏡215或225)。所述被配置有一光功率的偏振選擇性反射器215或225可以是單一元件，其具有所述偏振選擇性反射功能以及所述透鏡功能兩者。所述偏振選擇性反射器215可被稱為一第一偏振選擇性反射器215，並且所述偏振選擇性反射器225可被稱為一第二偏振選擇性反射器225。
所述偏振選擇性反射器215或225可以是一主動偏振選擇性反射器，其可切換在操作於一主動狀態(或是一導通狀態)以及操作於一非主動狀態(或是一關斷狀態)之間，例如是一主動PVH元件或一主動CLC反射的偏振器，其包含可經由一外部場重新取向的主動液晶。操作在所述主動狀態的偏振選擇性反射器215或225可以根據一輸入光的偏振選擇性地反射或透射所述輸入光。操作在所述非主動狀態的偏振選擇性反射器215或225可以與一輸入光的偏振無關地透射所述輸入光。因此，操作在所述主動狀態的偏振選擇性反射器215或225可以具有一偏振選擇性光功率(例如，根據所述輸入光的偏振而為零或是非零光功率)，而操作在所述非主動狀態的偏振選擇性反射器215或225可以具有與所述輸入光的偏振無關的零光功率。例如，當施加至所述偏振選擇性反射器215或225的一外部的電壓小於或等於一第一臨界值時(例如，當所述電壓為零時)，所述偏振選擇性反射器215或225可以操作在所述主動狀態，並且當施加至所述偏振選擇性反射器215或225的外部的電壓等於或大於一第二臨界值時(例如，一足夠高到重新取向所有的液晶分子的電壓)，其可以操作在所述非主動狀態。
在某些實施例中，所述控制器216可以和所述偏振選擇性反射器215或225通訊地耦接，以控制所述偏振選擇性反射器215或225的操作狀態。例如，所述偏振選擇性反射器215或225可以和一電源(未顯示)電耦接。所述控制器216可以控制所述電源的輸出以控制在所述偏振選擇性反射器215或225中的電場，藉此控制所述偏振選擇性反射器215或225的操作狀態。
在某些實施例中，所述偏振選擇性反射器215及225可被配置有相反的偏振選擇性。例如，操作在所述主動狀態的第一偏振選擇性反射器215可被配置以實質反射具有一第一偏振的一輸入光(例如，一右旋圓偏振的("RHCP")光)，並且實質透射具有一可以正交於所述第一偏振的第二偏振的一輸入光(例如，一左旋圓偏振的("LHCP")光)。操作在所述主動狀態的第一偏振選擇性反射器215可以反射及收斂具有所述第一偏振的輸入光(例如，RHCP光)，並且實質透射具有所述第二偏振的輸入光(例如，LHCP光)，同時實質維持所述輸入光的傳播方向。操作在所述非主動狀態的第一偏振選擇性反射器215可被配置以實質透射具有所述第一偏振的輸入光(例如，RHCP光)以及具有所述第二偏振的輸入光(例如，LHCP光)兩者，同時實質維持所述個別的輸入光的傳播方向。
操作在所述主動狀態的第二偏振選擇性反射器225可被配置以實質反射具有所述第二偏振的一輸入光(例如，一LHCP光)，並且實質透射具有所述第一偏振的一輸入光(例如，一RHCP)光)。操作在所述主動狀態的第二偏振選擇性反射器225可以反射及收斂具有所述第二偏振的所述輸入光(例如，LHCP光)，並且實質透射具有所述第一偏振的輸入光(例如，RHCP光)，同時實質維持所述輸入光的傳播方向。操作在所述非主動狀態的第二偏振選擇性反射器225可被配置以實質透射具有所述第一偏振的輸入光(例如，RHCP光)以及具有所述第二偏振的輸入光(例如，LHCP光)兩者，同時實質維持所述個別的輸入光的傳播方向。
所述偏振選擇性反射器215或225的光功率可以是固定或可調整的。所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225可被配置以具有不同的光功率、或是沿著所述系統200的一光學軸220至所述反射鏡237的不同的軸向距離(例如，L1及L2)中的至少一個。例如，在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225可被配置成具有相同的光功率、以及至所述反射鏡237的不同的軸向距離。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225可被配置成具有不同的光功率、以及至所述反射鏡237的相同的軸向距離。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225可被配置成具有不同的光功率、以及至所述反射鏡237的不同的軸向距離。為了討論之目的，圖2是展示所述第一偏振選擇性反射器215至所述反射鏡237的軸向距離L1大於所述第二偏振選擇性反射器225至所述反射鏡237的軸向距離L2。在某些實施例中，所述軸向距離L1可以是等於或小於所述軸向距離L2。所述顯示器元件204可被配置以具有沿著所述光學軸220至所述第一偏振選擇性反射器215的一L4的軸向距離。
在某些實施例中，所述第一光學構件217亦可包含和所述第一偏振選擇性反射器215耦合的一第一偏振器213。所述第一偏振器213可被設置在所述第一偏振選擇性反射器215與所述顯示器元件204之間。換言之，所述第一偏振器213可被設置在所述第一偏振選擇性反射器215的一側，其是與面對所述反射鏡237的一側相反的。在某些實施例中，所述第一偏振器213可以是一吸收偏振器，其被配置以透射具有所述第二偏振的一輸入光(例如，LHCP光)，並且經由吸收來阻擋具有所述第一偏振的一輸入光(例如，RHCP光)。在某些實施例中，所述顯示器元件204可被配置以輸出所述影像光221，所述影像光221是非偏振或線偏振的影像光。所述第一偏振器213可以轉換所述影像光221成為一具有所述第二偏振的偏振的影像光，例如是具有一第二旋性的一圓偏振的影像光(例如，一LHCP光)，其朝向所述第一偏振選擇性反射器215傳播。在某些實施例中，所述第一偏振器213可被省略。
在某些實施例中，所述第二光學構件227亦可包含和所述第二偏振選擇性反射器225耦合的一第二偏振器223。所述第二偏振器223可被設置在所述第二偏振選擇性反射器225與所述眼動範圍區域259之間。換言之，所述第二偏振器223可被設置在所述第二偏振選擇性反射器225的一側，其是與面對所述反射鏡237的一側相反的。在某些實施例中，所述第二偏振器223可以是一吸收偏振器，其被配置以透射具有所述第一偏振的一輸入光(例如，RHCP光)，並且經由吸收來阻擋具有所述第二偏振的一輸入光(例如，LHCP光)。所述第二偏振器223可被配置以經由吸收來阻擋具有一非所要的偏振(例如，所述第二偏振(例如，左旋圓偏振))的一影像光，藉此降低鬼影並且強化在所述眼動範圍區域259的影像品質。換言之，所述第二偏振器223可以作用為一"清理"偏振器，其經由吸收來移除具有所述非所要的偏振的一影像光。在某些實施例中，所述第二偏振器223可被省略。
在某些實施例中，所述透鏡組裝件202亦可包含一第四光學構件247，其被設置在所述眼動範圍區域259與所述第二光學構件227之間。所述第二光學構件227可被設置在所述第四光學構件247與所述第三光學構件237之間。所述第四光學構件247可包含一適當的透射透鏡(為了討論之目的亦被稱為247)，其被配置以收斂從所述第二光學構件227輸出的影像光。所述透射透鏡247可以具有沿著所述系統200的光學軸220至所述第二偏振選擇性反射器225的一L3的軸向距離。因此，所述透射透鏡247可以具有沿著所述系統200的光學軸220至所述反射鏡237的一(L3+L2)的軸向距離。所述眼動範圍區域259可以具有至所述透射透鏡247的一L5的軸向距離。所述顯示器元件204可以具有至所述眼動範圍區域259的一固定的軸向距離。
所述透射透鏡247的例子可包含一習知的固體透鏡，其包含至少一彎曲的表面(例如，一玻璃透鏡、一聚合物透鏡、或是一樹脂透鏡、等等)、一液體透鏡、一液晶透鏡、一菲涅耳透鏡、一超穎透鏡、一盤貝(Pancharatnam-Berry)相位("PBP")透鏡、一繞射透鏡、一PVH透鏡、等等。所述透射透鏡247可被配置有一固定的光功率或是一可調諧的光功率。為了討論之目的，圖2是展示所述透射透鏡247包含平坦的表面。在某些實施例中，所述透射透鏡247可包含至少一彎曲的表面。
為了舉例說明的目的，內含在所述系統200中的各種元件在圖2中是被展示為具有平坦的表面。在某些實施例中，內含在所述系統200中的一或多個元件可以具有一彎曲的表面。為了討論之目的，圖2是展示所述第一偏振器213和所述第一偏振選擇性反射器215間隔開一間隙，並且所述第二偏振器223和所述第二偏振選擇性反射器225間隔開一間隙。在某些實施例中，所述第一偏振器213可以在無間隙下(例如，透過直接的接觸)與所述第一偏振選擇性反射器215堆疊。在某些實施例中，所述第二偏振器223可以在無間隙下(例如，透過直接的接觸)與所述第二偏振選擇性反射器225堆疊。在某些實施例中，所述透鏡組裝件202可包含未展示在圖2中的額外的元件。例如，在某些實施例中，所述透鏡組裝件202亦可包含一第三偏振器(例如，一圓偏振器)，其被設置在所述眼動範圍區域259與所述透射透鏡247之間以抑制來自眼睛256的反射。
所述透鏡組裝件202可以和一調節功能整合來減輕在所述系統200中的輻輳-調節衝突。對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，所述透鏡組裝件202可以將所述顯示器元件204成像至多個和不同的調節距離相關的影像平面(或是在多個影像平面形成所述顯示器元件204的影像)，藉此提供所述調節功能以減輕在所述系統200中的輻輳-調節衝突。在所揭露的實施例中，在所述系統200的一操作期間，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225以操作在不同的操作狀態。例如，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225中之一以操作在所述主動狀態，並且控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的另一個以操作在所述非主動狀態。
圖3A描繪根據本揭露內容的一實施例，從圖2所示的系統200中的顯示器元件204輸出的一影像光的一光學路徑的一x-z截面圖。在圖3A中，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述主動狀態，並且控制所述第二偏振選擇性反射器225以操作在所述非主動狀態。圖3B描繪根據本揭露內容的一實施例，從圖2所示的系統200中的顯示器元件204輸出的一影像光的一光學路徑的一x-z截面圖。在圖3B中，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述非主動狀態，並且控制所述第二偏振選擇性反射器225以操作在所述主動狀態。在圖式中，附加至一元件符號的字母"R"(例如，"337R")是表示一右旋圓偏振的("RHCP")光，而附加至一元件符號的字母"L"(例如，"332L")是表示一左旋圓偏振的("LHCP")光。
為了討論之目的，在圖3A及3B中，所述第一偏振選擇性反射器215可以是一右旋PVH或CLC透鏡，而所述第二偏振選擇性反射器225可以是一左旋PVH或CLC透鏡。為了討論之目的，操作在所述主動狀態的第一偏振選擇性反射器215可以反射及收斂一RHCP光，並且透射一LHCP光，同時維持所述LHCP光的傳播方向。操作在所述主動狀態的偏振選擇性反射器225可以反射及收斂一LHCP光，並且透射一RHCP光，同時維持所述RHCP光的傳播方向。為了討論之目的，所述透射透鏡247可以是一右旋PBP透鏡，其被配置以收斂一RHCP光並且發散一LHCP光，所述顯示器元件204可以輸出一LHCP影像光，所述第一偏振器213可以透射一LHCP光並且阻擋一RHCP光，並且所述第二偏振器223可以透射一RHCP光並且阻擋一LHCP光。
在圖3A中，由於所述控制器216控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述主動狀態，並且所述第二偏振選擇性反射器225操作在所述非主動狀態，因此所述第一偏振選擇性反射器215可以反射及收斂一RHCP光，並且透射一LHCP光，而所述第二偏振選擇性反射器225可以透射一RHCP光以及一LHCP光兩者。如同在圖3A中所示，所述顯示器元件204可以輸出一第一影像光332L(例如，代表一第一虛擬物體)。所述第一圓偏振器213可以轉換所述影像光332L成為一影像光333L，其朝向所述第一偏振選擇性反射器215傳播。所述第一偏振選擇性反射器215可以實質透射所述影像光333L為一影像光335L，其朝向所述反射鏡237傳播。所述反射鏡237可以透射所述影像光335L的一第一部分為朝向所述第二偏振選擇性反射器225傳播的一影像光336L，並且反射所述影像光335L的一第二部分為一影像光337R回到所述第一偏振選擇性反射器215。所述第二偏振選擇性反射器225可以透射所述影像光336L為一影像光338L，其朝向所述第二偏振器223傳播。所述第二偏振器223可以阻擋所述影像光338L而不入射到所述透射透鏡247之上，使得鬼影可被抑制。
所述第一偏振選擇性反射器215可以反射並且經由繞射來收斂所述影像光337R為朝向所述反射鏡237的一影像光339R。所述反射鏡237可以透射所述影像光339R的一第一部分為一影像光341R朝向所述第二偏振選擇性反射器225，並且反射所述影像光339R的一第二部分為一LHCP影像光(未顯示)回到所述第一偏振選擇性反射器215。所述第二偏振選擇性反射器225可以實質透射所述影像光341R為一影像光343R，其朝向所述第二圓偏振器223傳播。所述第二圓偏振器223可以透射所述影像光343R為一影像光345R，其朝向所述透射透鏡247傳播。所述透射透鏡247可以聚焦所述影像光345R成為一影像光347L。所述影像光347L的光強度可以是從所述顯示器元件204輸出的影像光332L的光強度的約25%。一影像光從成為所述影像光332L至成為所述影像光347L的光學路徑可被稱為一第一光學路徑。
所述透鏡組裝件202可以將所述顯示器元件204成像至一第一影像平面305，其具有沿著所述透鏡組裝件202的光學軸220至所述眼動範圍區域259一第一軸向距離d a1。因此，藉由所述顯示器元件204所顯示的第一虛擬物體(例如，顯示在所述顯示面板之上)可以藉由所述透鏡組裝件202成像至所述第一影像平面305，其與所述眼動範圍區域259間隔所述第一軸向距離d a1。換言之，所述透鏡組裝件202可以在所述第一影像平面305形成所述第一虛擬物體的一影像。於是，對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，所述第一虛擬物體的調節距離可以是實質等於所述第一軸向距離d a1。
在圖3B中，由於所述控制器216控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述非主動狀態以及所述第二偏振選擇性反射器225以操作在所述主動狀態，因此所述第一偏振選擇性反射器215可以透射一RHCP光以及一LHCP光兩者，並且所述第二偏振選擇性反射器225可以反射及收斂一LHCP光，並且透射一RHCP光。如同在圖3B中所示，所述顯示器元件204可以輸出一第二影像光362L(例如，代表一第二虛擬物體)。所述第一圓偏振器213可以轉換所述影像光362L成為一影像光363L，其朝向所述第一偏振選擇性反射器215傳播。所述第一偏振選擇性反射器215可以實質透射所述影像光363L為一影像光365L，其朝向所述反射鏡237傳播。所述反射鏡237可以透射所述影像光365L的一第一部分為一朝向所述第二偏振選擇性反射器225傳播的影像光366L，並且反射所述影像光365L的一第二部分為一影像光367R而回到所述第一偏振選擇性反射器215。所述第一偏振選擇性反射器215可以透射所述影像光367R為一影像光369R，其朝向所述第一偏振器213傳播。所述第一偏振器213可以阻擋所述影像光369R而不入射到所述顯示器元件204之上。
所述第二偏振選擇性反射器225可以反射以及經由繞射來收斂所述影像光366L為一影像光368L，其朝向所述反射鏡237傳播。所述反射鏡237可以透射所述影像光368L的一第一部分為一朝向所述第一偏振選擇性反射器215傳播的LHCP影像光(未顯示)，並且反射所述影像光368L的一第二部分為一影像光370R而回到所述第二偏振選擇性反射器225。所述第二偏振選擇性反射器225可以實質透射所述影像光370R為一影像光372R，其朝向所述第二圓偏振器223傳播。所述第二圓偏振器223可以透射所述影像光372R為一影像光374R，其朝向所述透射透鏡247傳播。所述透射透鏡247可以聚焦所述影像光374R成為一影像光376L。所述影像光376L的光強度可以是從所述顯示器元件204輸出的影像光362L的光強度的約25%。一影像光從成為所述影像光363L至成為所述影像光376L的光學路徑可被稱為一第二光學路徑。
所述透鏡組裝件202可以將所述顯示器元件204成像至一第二影像平面310，其具有沿著所述透鏡組裝件202的光學軸220至所述眼動範圍區域259的一第二軸向距離d a2。因此，藉由所述顯示器元件204所顯示的第二虛擬物體(例如，顯示在所述顯示面板之上)可以藉由所述透鏡組裝件202成像在所述第二影像平面310，所述第二影像平面310是和所述眼動範圍區域259間隔開所述第二軸向距離d a2。換言之，所述透鏡組裝件202可以在所述第二影像平面310形成所述第二虛擬物體的一影像。於是，對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，所述第二虛擬物體308的調節距離可以實質等於所述第二軸向距離d a2。
參照圖3A及3B，在某些實施例中，所述第一影像平面305的第一軸向距離d a1可以(部分)藉由所述第一偏振選擇性反射器215以及所述透射透鏡247的個別的光功率、以及所述軸向距離L1、L2、L3、L4及/或L5而被決定。所述第二影像平面310的第二軸向距離d a2可以(部分)藉由所述第二偏振選擇性反射器225以及所述透射透鏡247的個別的光功率、以及所述軸向距離L1、L2、L3、L4及/或L5而被決定。因此，透過配置用於所述透鏡組裝件202的所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、以及所述第二偏振選擇性反射器225的個別的光功率、以及所述軸向距離L1、L2、L3、L4及/或L5，所述第二軸向距離d a2可被配置成不同於所述第一軸向距離d a1。
當所述軸向距離L1、L2、L3、L4及L5是固定的，所述第一影像平面305的第一軸向距離d a1可以藉由所述第一偏振選擇性反射器215以及所述透射透鏡247的個別的光功率而被決定，並且所述第二影像平面310的第二軸向距離d a2可以藉由所述第二偏振選擇性反射器225以及所述透射透鏡247的個別的光功率而被決定。因此，透過配置所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、以及所述第二偏振選擇性反射器225的個別的光功率，所述第二軸向距離d a2可被配置成不同於所述第一軸向距離d a1。
為了討論之目的，圖3A及3B展示所述第一軸向距離d a1大於所述第二軸向距離d a2，因而藉由所述顯示器元件204所顯示的所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體分別是一遠方虛擬物體以及一附近虛擬物體。在某些實施例中，所述第一軸向距離d a1可以是小於所述第二軸向距離d a2，因而藉由所述顯示器元件204所顯示的所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體分別可以是一附近虛擬物體以及一遠方虛擬物體。
因此，當所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、以及所述第二偏振選擇性反射器225的每一個假設具有一固定的光功率時，所述透鏡組裝件202可以將所述顯示器元件204成像至兩個具有至所述眼動範圍區域259不同軸向距離的不同的影像平面。換言之，所述透鏡組裝件202可以在兩個不同的影像平面形成藉由所述顯示器元件204所顯示的所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體(例如，顯示在所述顯示面板之上)的個別的影像，所述兩個不同的影像平面是和所述眼動範圍區域259間隔開不同的軸向距離。於是，對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體的調節距離可以是彼此不同的。
當所述顯示器元件204顯示和不同的輻輳距離(距被置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256)相關的所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體時，所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、以及所述第二偏振選擇性反射器225的個別的光功率可被配置，並且用於所述透鏡組裝件202的軸向距離L1、L2、L3、L4及/或L5可被配置，使得所述第一軸向距離d a1可以實質等於所述第一虛擬物體的輻輳距離，並且所述第二軸向距離d a2可以實質等於所述第二虛擬物體的輻輳距離。當所述軸向距離L1、L2、L3、L4及L5是固定的，所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、以及所述第二偏振選擇性反射器225的個別的光功率可被配置，使得所述第一軸向距離d a1可以實質等於所述第一虛擬物體的輻輳距離，並且所述第二軸向距離d a2可以實質等於所述第二虛擬物體的輻輳距離。因此，在所述系統200中的輻輳-調節衝突可被降低，因而使用者的體驗可被強化。
在某些實施例中，當所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、或是所述第二偏振選擇性反射器225中的至少一個具有一可調整的光功率時，所述透鏡組裝件202可以成像藉由所述顯示器元件204顯示的虛擬的內容至超過兩個不同的影像平面，所述影像平面具有至所述眼動範圍區域259的不同的軸向距離。所述透鏡組裝件202的調節功能可以進一步改善。
所述控制器216可被配置以根據藉由所述顯示器元件204所顯示的一虛擬物體的輻輳距離，來控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的操作狀態。此外，當所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、或是所述第二偏振選擇性反射器225中的至少一個具有一可調整的光功率時，所述控制器216亦可以根據藉由所述顯示器元件204所顯示的虛擬物體的輻輳距離來控制所述個別的元件的可調整的光功率。在某些實施例中，所述控制器216可以根據由一眼睛追蹤裝置(未顯示)所提供的眼睛追蹤資訊來獲得或判斷藉由所述顯示器元件204所顯示的虛擬物體的輻輳距離。
在某些實施例中，所述遠方虛擬物體以及所述附近虛擬物體可以在所述顯示器元件204的同一顯示幀的不同子幀期間，藉由所述顯示器元件204來顯示。圖3C描繪根據本揭露內容的一實施例，藉由圖2-3B中所示的系統200中的顯示器元件204所顯示的一遠方虛擬物體302以及一附近虛擬物體308的x-y截面圖。如同在圖3C中所示，所述顯示器元件204可以在所述顯示器元件204的一顯示幀期間顯示遠方虛擬物體302以及附近虛擬物體308。所述顯示器元件204可以使得所述附近虛擬物體308看起來比所述遠方虛擬物體302更靠近所述眼睛256。參照圖3A-3C，所述遠方虛擬物體302可以是藉由圖3A中所示的影像光332L所表示的第一虛擬物體，並且所述附近虛擬物體308可以是藉由圖3B中所示的影像光362L所表示的第二虛擬物體。
所述顯示器元件204可被配置以在所述系統200的操作期間，用一時間順序的方式來顯示和不同輻輳距離相關的虛擬物體。例如，所述顯示器元件204可被配置以一預設的頻率或預設的幀率來切換在顯示所述遠方虛擬物體302以及顯示所述附近虛擬物體308之間。在某些實施例中，所述顯示器元件204的顯示幀可包含一第一子幀以及一第二子幀，並且所述控制器216可被配置以在所述顯示器元件204的顯示幀的個別的子幀期間控制所述顯示器元件204以顯示所述遠方虛擬物體302以及所述附近虛擬物體308。相較於一習知的顯示器元件在相同的子幀或相同的顯示幀期間同時顯示所述遠方虛擬物體302以及所述附近虛擬物體308，所述顯示器元件204的幀率可以是所述習知的顯示器元件的幀率的至少兩倍。在某些實施例中，根據人類視覺的幀率，所述顯示器元件204的幀率可以是至少60Hz。
此外，在所述系統200的操作期間，所述控制器216可被配置以控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的每一個以切換在所述主動狀態以及所述非主動狀態之間。在某些實施例中，當所述顯示器元件204的顯示幀包含所述第一子幀以及所述第二子幀時，所述控制器216可被配置以控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225來在所述兩個子幀期間依序地操作在所述主動狀態。所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的切換可以是和所述顯示器元件204的切換同步的(切換在顯示所述遠方虛擬物體302以及顯示所述附近虛擬物體308之間)。
參照圖3A及圖3D，在所述第一子幀期間，所述控制器216可被配置以控制所述顯示器元件204只顯示所述遠方虛擬物體302(例如，在如同圖3D中所示的顯示器元件204的左上方)，並且輸出代表所述遠方虛擬物體302的影像光332L(如同在圖3A中所示)。在某些實施例中，根據由所述眼睛追蹤裝置(未顯示)所提供的眼睛追蹤資訊，所述控制器216可以判斷所述遠方虛擬物體302的一輻輳距離d v1。根據所判斷的眼睛追蹤資訊，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器225以操作在所述非主動狀態。參照圖3A及圖3D，所述透鏡組裝件202可以將所述遠方虛擬物體302成像至所述第一影像平面305，其具有至所述眼動範圍區域259的第一軸向距離的d a1。在某些實施例中，所述第一軸向距離的d a1可被配置為實質等於所述遠方虛擬物體302的輻輳距離d v1。因此，置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256可以適應所述遠方虛擬物體302。
圖3E描繪在圖3A及圖3D中所示的顯示幀的第一子幀期間，所述系統200的一使用者的眼睛256對於所述遠方虛擬物體302的調節。為了討論之目的，圖3E展示用於使用者的兩個眼睛256的兩個系統200。如同在圖3E中所示，在所述顯示幀的第一子幀期間，所述顯示器元件204可以對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，將所述遠方虛擬物體302顯像在所述輻輳距離d v1處。所述眼睛256可以聚焦在藉由所述兩個系統200中的兩個透鏡組裝件202所形成的遠方虛擬物體302的一影像上。所述遠方虛擬物體302的影像可以是位在所述第一影像平面305，其具有至所述眼睛256的第一軸向距離d a1。所述第一軸向距離d a1可被配置以實質等於所述遠方虛擬物體302的輻輳距離d v1。因此，定位在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256可以適應所述遠方虛擬物體302。
參照圖3B及圖3F，在第二子幀期間，所述控制器216可被配置以控制所述顯示器元件204只顯示所述附近虛擬物體308(例如，在如同圖3F中所示的顯示器元件204的一右下側)，並且輸出代表所述附近虛擬物體308的影像光362L(如同在圖3B中所示)。根據由所述眼睛追蹤裝置(未顯示)提供的眼睛追蹤資訊，所述控制器216可以判斷所述遠方虛擬物體302的一輻輳距離d v2。根據所判斷的眼睛追蹤資訊，所述控制器216可以控制所述第一偏振選擇性反射器215以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器225以操作在所述主動狀態。參照圖3B及圖3F，所述透鏡組裝件202可以將所述附近虛擬物體308成像至所述第二影像平面310，其具有至所述眼動範圍區域259的第二軸向距離d a2。在某些實施例中，所述第二軸向距離d a2可被配置成實質等於所述附近虛擬物體308的輻輳距離d v2。因此，被置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256可以適應所述附近虛擬物體308。
圖3G描繪在圖3B及圖3F中所示的顯示幀的第二子幀期間，所述系統200的使用者的眼睛256針對於所述附近虛擬物體308的調節。為了討論之目的，圖3G展示用於使用者的兩個眼睛256的兩個系統200。如同在圖3G中所示，在所述顯示幀的第二子幀期間，所述顯示器元件204可以針對於置放在所述眼動範圍區域259之內的出射光瞳257的眼睛256，將所述附近虛擬物體308顯現在所述輻輳距離d v2處。所述眼睛256可以聚焦在藉由所述兩個系統200中的兩個透鏡組裝件202所形成的所述附近虛擬物體308的一影像上。所述附近虛擬物體308的影像可以是位在所述第二影像平面310，其具有至所述眼睛256的第二軸向距離d a2。所述第二軸向距離d a2可被配置成實質在所述附近虛擬物體308的輻輳距離d v2。
參照圖3E及圖3G，當所述顯示器元件204從顯示所述遠方虛擬物體302切換成顯示所述附近虛擬物體308時，因為所述附近虛擬物體308的輻輳距離d v2相較於所述遠方虛擬物體302的輻輳距離d v1而被縮短，因此眼睛256可以向內旋轉來保持會聚在所述附近虛擬物體308上。此外，由於所述第二影像平面310的第二軸向距離d a2相較於所述第一影像平面305的第一軸向距離d a1而被縮短，因此每一個眼睛256可以藉由改變水晶體350的形狀來增加所述光功率或縮短焦距，以適應所述第二影像平面310的較短的距離。因此，所述眼睛256可以從聚焦在所述遠方虛擬物體302上來適配於聚焦在所述附近虛擬物體308上。
參照圖3A-3G，所述顯示器元件204可被配置以切換在顯示所述遠方虛擬物體302以及顯示所述附近虛擬物體308之間，並且所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的每一個可被配置以切換在操作於所述主動狀態以及所述非主動狀態之間。所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225可被配置以交替地操作在所述主動狀態以及交替地操作在所述非主動狀態。因此，所述透鏡組裝件202可以降低在所述系統200中的輻輳-調節衝突，因而改善使用者的體驗。
在某些實施例中，所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、或是所述第二偏振選擇性反射器225中的至少一個可以具有可調整的光功率。例如，所述透射透鏡247可以是具有可調整的光功率的可變的透射透鏡，例如是液體透鏡、或液晶透鏡、等等。所述第一偏振選擇性反射器215及/或所述第二偏振選擇性反射器225可以是具有可調整的光功率的可變的偏振選擇性透鏡，例如是具有可調整的光功率的反射的PVH或CLC透鏡。在此種實施例中，所述透鏡組裝件202可以將所述顯示器元件204成像至超過兩個不同的影像平面，其具有至所述眼動範圍區域259的不同的軸向距離。換言之，所述透鏡組裝件202可以對於藉由所述顯示器元件204所顯示的虛擬物體提供超過兩個不同的調節距離。根據藉由所述顯示器元件204所顯示的一虛擬物體的輻輳距離，所述控制器216可以控制所述透射透鏡247、所述第一偏振選擇性反射器215、或是所述第二偏振選擇性反射器225中的至少一個的光功率，並且控制所述第一偏振選擇性反射器215以及所述第二偏振選擇性反射器225的操作狀態，使得所述透鏡組裝件202可以將顯示在所述顯示器元件204之上的虛擬物體成像至一影像平面，其具有與所述輻輳距離實質相同的調節距離。
為了討論之目的，在圖2-3B中所示的透鏡組裝件202中，所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含一被配置有光功率的偏振選擇性反射器215或225(或是被稱為一反射的偏振選擇性透鏡215或225)。所述被配置有光功率的偏振選擇性反射器215或225可以是單一元件，其具有所述偏振選擇性反射功能以及所述透鏡功能兩者。在某些實施例中，所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)可包含一被配置零光功率的偏振選擇性反射器215或225、以及和所述第一光學構件217或是所述第二光學構件227耦合的一光學透鏡。所述被配置零光功率(亦即，沒有光功率)的偏振選擇性反射器215或225可以提供零光功率至一輸入光，其是與所述偏振選擇性反射器215或225的操作狀態無關的，並且與所述輸入光的偏振無關的。換言之，所述被配置零光功率的偏振選擇性反射器215或225可以提供零光功率至一輸入光，而不論偏振選擇性反射器215或225是否操作在所述主動狀態或是所述非主動狀態。
圖7概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的一種系統700的圖。在某些實施例中，所述系統700可以是NED的一部分。所述系統700可包含與那些內含在圖2-3B所示的系統200中的元件、結構及/或功能相同或類似的元件、結構及/或功能。在所述系統700中的影像光332L及362L的光學路徑可以是類似於圖3A-3G中所示者。相同或類似的元件、結構及/或功能的說明可以參照以上相關圖2-3G所產生的說明。如同在圖7中所示，所述系統700可包含所述顯示器元件204、一路徑摺疊的透鏡組裝件702(亦被稱為透鏡組裝件702)，其被設置在所述顯示器元件704與所述眼動範圍區域259之間、以及所述控制器216。所述透鏡組裝件702可包含一第一光學構件717、一第二光學構件727、以及所述反射鏡237，其被設置在所述第一光學元件717與所述第二光學元件727之間。
在圖7所示的實施例中，在所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)中，所述偏振選擇性反射器215或225可被配置零光功率，例如所述偏振選擇性反射器215或225可以是一具有零光功率的PVH或CLC元件。所述被配置零光功率(亦即，沒有光功率)的偏振選擇性反射器215或225可以提供零光功率至一輸入光，其是與所述偏振選擇性反射器215或225的操作狀態無關的，並且與所述輸入光的偏振無關的。換言之，所述被配置零光功率的偏振選擇性反射器215或225可以提供零光功率至所述輸入光，而不論偏振選擇性反射器215或225是否操作在所述主動狀態或是所述非主動狀態。
所述第一光學構件217或所述第二光學構件227的至少一個(例如，每一個)亦可包含和所述偏振選擇性反射器215或225耦合的一光學透鏡。例如，所述第一光學構件217可包含一第一光學透鏡750，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器215與所述第一偏振器213之間。所述第二光學構件227可包含一第二光學透鏡760，其被設置在所述第二偏振選擇性反射器225與所述第一偏振器223之間。所述具有零光功率的第一偏振選擇性反射器215以及所述第一光學透鏡750的組合可以作用類似於圖2-3B中所示的具有一光功率的第一偏振選擇性反射器215。所述具有零光功率的第二偏振選擇性反射器215以及所述第二光學透鏡760的組合可以作用類似於圖2-3B中所示的具有一光功率的第二偏振選擇性反射器225。所述第一光學透鏡750或是所述第二光學透鏡760可以是具有一固定的光功率或是一可調整的光功率的一適當的光學透鏡。所述第一光學透鏡750或是所述第二光學透鏡760可以是偏振選擇性、或是偏振非選擇性的。
圖4是描繪根據本揭露內容的一實施例的一種用於減輕輻輳-調節衝突之方法400的流程圖。如同在圖4中所示，所述方法400可包含在一第一時間期間，藉由一控制器來控制一顯示器元件以顯示一第一虛擬物體、一第一偏振選擇性反射器以操作在一主動狀態、以及一第二偏振選擇性反射器以操作在一非主動狀態(步驟410)。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器可被設置在一偏振非選擇性部分反射器的面對所述顯示器元件的一第一側。在某些實施例中，所述第二偏振選擇性反射器可被設置在所述偏振非選擇性部分反射器的一第二側。所述方法400亦可包含在一第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以顯示一第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態(步驟420)。所述偏振非選擇性部分反射器、以及所述第一及第二偏振選擇性反射器的詳細說明及例子可以參照以上相關圖2-3G所產生的說明。
所述第一及第二偏振選擇性反射器、以及被設置在兩者之間的所述偏振非選擇性部分反射器可以形成一透鏡組裝件。在某些實施例中，所述第一時間期間以及所述第二時間期間分別可以是所述顯示器元件的同一顯示幀的一第一子幀以及一第二子幀。在某些實施例中，所述第一時間期間以及所述第二時間期間可以是所述顯示器元件的兩個不同的顯示幀。在某些實施例中，所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體分別可以是和一第一輻輳距離以及一第二輻輳距離相關的。所述第一輻輳距離可以是不同於所述第二輻輳距離。
在某些實施例中，所述方法400亦可包含未顯示在圖4中的額外的步驟。在某些實施例中，所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述透鏡組裝件來在和一第一調節距離相關的一第一影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第一虛擬物體的一第一影像，所述第一調節距離是實質等於所述第一輻輳距離。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述透鏡組裝件來將在所述顯示器元件之上顯示的所述第二虛擬物體的一第二影像形成至和一第二調節距離相關的一第二影像平面，所述第二調節距離是實質等於所述第二輻輳距離。
所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第一虛擬物體的一第一影像光。所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態，以透射具有一第一偏振的所述第一影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器。所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第一影像光的一第一部分回到所述第一偏振選擇性反射器，成為具有一正交於所述第一偏振的第二偏振的一第二影像光。所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態，以反射所述第二影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第二偏振的一第三影像光。所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第三影像光的一部分成為具有所述第二偏振的一第四影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。所述方法400亦可包含在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態，來透射具有所述第二偏振的所述第四影像光。
所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第二虛擬物體的一第五影像光。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態，來透射具有所述第一偏振的所述第五影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第五影像光的一部分成為一具有所述第一偏振的第六影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態，來反射所述第六影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為一具有所述第一偏振的第七影像光。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第七影像光的一部分回到所述第二偏振選擇性反射器成為一具有所述第二偏振的第八影像光。所述方法400亦可包含在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態，來透射具有所述第二偏振的所述第八影像光。
圖5A描繪根據本揭露內容的一實施例的一NED 500的概要圖。所述NED 500可以是一種被配置以用於VR、AR及/或MR應用的系統。在某些實施例中，所述NED 500可以是可穿戴在一使用者的頭上(例如，藉由具有如同在圖5A中所示的護目鏡或眼鏡的形式)、或是被納入作為可藉由使用者穿戴的一頭盔的部分。在某些實施例中，所述NED 500可以是可安裝至使用者的頭部，其被稱為頭戴式顯示器。在某些實施例中，所述NED 500可被配置以用於設置在使用者的一眼或兩眼的附近，在所述眼睛前面的固定位置處，而非安裝至使用者的頭部。
圖5B概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的圖5A中所示的NED 500的x-y截面圖。所述NED 500可包含一顯示裝置510、一觀看光學組裝件520、一物體追蹤系統530、以及一控制器540(例如，一類似於所述控制器216的控制器)。所述顯示裝置510可以顯示虛擬的(亦即，電腦產生的)影像給一使用者。在某些實施例中，所述顯示裝置510可包含單一顯示器元件或是多個顯示器元件204。為了討論之目的，圖5B展示兩個電子顯示器分別作為用於使用者的左眼及右眼256的顯示器元件204。所述顯示器元件204可包含一顯示面板(為了討論之目的亦被稱為204)。
所述觀看光學組裝件520可被配置在所述顯示裝置510與所述眼睛256之間，並且可被配置以導引從所述顯示裝置510輸出的一影像光至所述眼動範圍區域259內的所述出射光瞳257。所述影像光可以代表在所述顯示器元件204之上顯示的一虛擬物體。所述出射光瞳257可以是所述眼睛256的眼睛瞳孔258可被定位在所述系統500的眼動範圍區域259中的位置。所述觀看光學組裝件520可包含分別用於左眼及右眼256的兩個透鏡組裝件525。所述透鏡組裝件525可以是在此揭露的透鏡組裝件的一實施例，例如是在圖2、圖3A及圖3B中所示的透鏡組裝件202、或是在圖7中所示的透鏡組裝件702、等等。
所述物體追蹤系統530可以是一眼睛追蹤系統及/或臉追蹤系統。所述物體追蹤系統530可包含一紅外線("IR")光源531，其被配置以發射一IR光來照射眼睛256及/或臉。所述物體追蹤系統530亦可包含一光學感測器533，例如是一攝影機，其被配置以接收被每一個眼睛256反射的IR光，並且產生一有關於所述眼睛256的追蹤信號，例如是所述眼睛256的一影像。在某些實施例中，所述物體追蹤系統530亦可包含一IR偏轉元件(未顯示)，其被配置以偏轉被所述眼睛256反射的IR光朝向所述光學感測器533。所述控制器540可以是和所述顯示裝置510、所述觀看光學組裝件520及/或所述物體追蹤系統530通訊地耦接以控制其之操作。
在某些實施例中，所述透鏡組裝件525可被配置以減輕在所述系統500中的調節-輻輳衝突。例如，所述透鏡組裝件525可被配置有例如是50mm的大孔徑大小以用於例如具有20mm適眼距的65度的大視野、例如±2.0屈光度的用於調適人眼輻輳調節的大的光功率、用於調適人眼的輻輳-調節的毫秒位準或數十毫秒位準的快速切換速度、以及用於滿足人眼敏銳度的高影像品質。
在某些實施例中，所述兩個顯示器元件204可被同步以顯示包含同一虛擬物體的個別的虛擬的影像。所述虛擬物體可以是位在所述個別的虛擬的影像中的不同的位置、或是所述個別的虛擬的影像可以顯示所述虛擬物體的不同視角。根據由所述眼睛追蹤系統530所提供的眼睛追蹤資訊，所述控制器540可以根據藉由所述物體追蹤系統530所判斷的注視點或是注視線519的一估計的交叉來判斷使用者會聚在一虛擬物體518上的注視的一輻輳深度(d v)。如同在圖5B中所示，所述注視線519可以收斂或交叉在所述虛擬物體518所位在的距離d v。所述控制器540可以控制所述透鏡組裝件525來調整所述光功率(例如，經由控制所述第一偏振選擇性旋轉器215以及所述第二偏振選擇性旋轉器225的操作狀態)以提供符合和所述虛擬物體518相關的輻輳深度(d v)的調節，藉此降低在所述系統500中的調節-輻輳衝突。例如，所述控制器540可以控制所述透鏡組裝件525以提供一光功率，其對應於所述顯示器元件204的符合所述輻輳深度(d v)的一聚焦平面或是一影像平面。
圖6A描繪根據本揭露內容的一實施例的一偏振選擇性反射器600的概要的三維的("3D")視圖，其中一射束602沿著–z軸入射到所述偏振選擇性反射器600之上。所述偏振選擇性反射器600可被配置有一光功率。所述偏振選擇性反射器600可以是在圖2-3B中所示的具有所述光功率的偏振選擇性反射器215或225的一實施例(或是反射的偏振選擇性透鏡215或225)。如同在圖6A中所示，儘管所述偏振選擇性反射器600是為了舉例說明的目的而被展示為一矩形板的形狀，但是所述偏振選擇性反射器600可以具有例如是圓形的形狀的適當形狀。在某些實施例中，沿著所述射束602的光傳播路徑的一或兩者表面可以具有彎曲的形狀。在某些實施例中，所述偏振選擇性反射器600可以根據一雙折射介質，例如是液晶("LC")材料來加以製造，其可以具有光學各向異性分子的固有取向順序，其在製程期間可以是本地控制的。
在某些實施例中，所述偏振選擇性反射器600可包含一具有層形式的雙折射介質(例如，一LC材料)，其可被稱為一雙折射介質層615。所述雙折射介質層615可以具有一第一表面615-1以及一相對的第二表面615-2。所述第一表面615-1以及所述第二表面615-2可以是沿著所述入射的射束602的光傳播路徑的表面。所述雙折射介質層615可包含光學各向異性分子(例如，LC分子)，其被配置有一3D取向的模式以提供和一預設的光學響應相關的一預設的相位輪廓。
圖6B及6C概要地描繪根據本揭露內容的各種實施例的在圖6A中所示的偏振選擇性反射器600的一部分的x-y截面圖，其展示在所述偏振選擇性反射器600中的光學各向異性分子612的平面內取向。在圖6B及6C中所示的偏振選擇性反射器600中的光學各向異性分子612的平面內取向是為了舉例說明的目的。在某些實施例中，在所述偏振選擇性反射器600中的光學各向異性分子612可以具有其它平面內取向的模式，因而所述偏振選擇性反射器600可以作用為一適當的反射的偏振選擇性透鏡，例如是一反射的偏振選擇性球面、非球面、柱面、或是自由曲面透鏡、等等。
為了討論之目的，桿狀LC分子612被使用作為所述光學各向異性分子612的例子。所述桿狀LC分子612可以具有一縱軸(或是一在長度方向上的軸)以及一橫軸(或是一在寬度方向上的軸)。所述LC分子612的縱軸可被稱為所述LC分子612的一導軸、或是一LC導軸。所述LC導軸的一取向可以決定在所述雙折射介質層615的一本地的點的一本地的光學軸取向、或是所述光學軸的一取向。所述術語"光學軸"可以是指在一晶體中的一方向。在所述光學軸方向上傳播的光可以不遭受到雙折射(或是雙重折射)。一光學軸可以是一方向，而不是單一線：平行該方向的光可能未遭受到雙折射。所述本地的光學軸可以是指在一晶體的一預設的區域之內的一光學軸。為了舉例說明的目的，在圖6B及6C中所示的LC分子612的LC導軸被假設是在所述雙折射介質層615的一膜平面之內，其具有相對於表面非常小的傾斜角度。
圖6B概要地描繪所述偏振選擇性反射器600的一部分的x-y截面圖，其展示在所述雙折射介質層615的一膜平面之內，所述LC分子612的LC導軸(在圖6B中藉由箭頭688來指出)的取向的一平面內取向模式。所述膜平面可以是平行於所述第一表面615-1或是所述第二表面615-2中的至少一個。所述膜平面可以垂直於所述雙折射介質層615的厚度方向。圖6C描繪沿著在所述雙折射介質層615的膜平面中的一x軸所取的一LC導軸場的一區段。
圖6B展示所述偏振選擇性反射器600具有一圓形的形狀。位在所述雙折射介質層615的膜平面之內的LC分子612的取向可被配置有一平面內取向模式，其在從一透鏡中心("O")650至相對的透鏡周邊655的至少兩個相反的平面內方向上具有變化的間距。例如，位在所述雙折射介質層615的膜平面中的LC分子612的LC導軸的取向可以在從所述透鏡中心650至所述相對的透鏡周邊655的至少兩個相反的平面內方向上(例如，複數個相反的徑向方向)，在變化的間距下呈現連續的旋轉。從所述透鏡中心650至所述相對的透鏡周邊655的LC導軸的取向可以呈現在一相同的旋轉方向上的旋轉(例如，順時針或逆時針的)。所述平面內取向模式的間距Ʌ可被定義為在所述平面內方向(例如，一徑向方向)上，所述LC導軸的取向(或是所述LC分子612的方位角ϕ)從一預設的初始狀態變化一預設的角度(例如180°)的一距離。
如同在圖6C中所示，根據沿著所述x軸方向的LC導軸場，所述間距Ʌ可以是距所述透鏡中心650的距離的一函數。所述間距Ʌ可以在所述x-y平面中的所述至少兩個相反的平面內方向(例如，兩個相反的徑向方向)上，從所述透鏡中心650至所述透鏡周邊655單調遞減，例如Ʌ 0＞Ʌ 1＞...＞Ʌ r。Ʌ 0是在所述透鏡模式的一中央區域的間距，其可以是最大的。所述間距Ʌ r是在所述透鏡模式的一周邊區域(例如，周邊655)的間距，其可以是最小的。在某些實施例中，所述LC分子612的方位角ϕ可以成比例於從所述透鏡中心650至所述LC分子612位在所述雙折射介質層615的一本地的點的距離來變化。在某些實施例中，在圖6B及6C中所示的LC導軸的取向的平面內取向模式亦可被稱為一透鏡模式(例如，一球面透鏡模式)。
如同在圖6B及6C中所示，作用為同軸聚焦球面透鏡的偏振選擇性反射器600的一透鏡模式中心(O L)以及一幾何中心(O G)(例如，透鏡孔徑的中心)可以和彼此實質重疊在所述透鏡中心("O")650。所述透鏡模式中心(O L)可以是作用為同軸聚焦球面透鏡的偏振選擇性反射器600的透鏡模式的中心，並且亦可以是所述透鏡模式的對稱中心。所述幾何中心(O G)可被定義為作用為同軸聚焦球面透鏡的偏振選擇性反射器600的有效的接收光的區域(亦即，一孔徑)的一形狀的中心。
圖6D概要地描繪所述偏振選擇性反射器600的一部分的y-z截面圖，其展示在所述偏振選擇性反射器600中的LC分子612的LC導軸的平面外取向。在某些實施例中，所述平面外的方向可以是在所述偏振選擇性反射器600的厚度方向上。如同在圖6D中所示，在所述雙折射介質層615的一體積之內，所述LC分子612可被配置成複數個螺旋結構617，其具有複數個螺旋軸618以及沿著所述螺旋軸618的螺旋間距P h。沿著單一螺旋結構617配置的LC分子612的方位角可以在一預設的旋轉方向上，例如順時針的方向或是逆時針的方向繞著所述螺旋軸618連續地變化。換言之，沿著單一螺旋結構617配置的LC分子612的LC導軸的取向可以繞著所述螺旋軸618在一預設的旋轉方向上呈現連續的旋轉。換言之，和所述LC導軸相關的方位角可以在所述預設的旋轉方向上，繞著所述螺旋軸呈現連續的變化。於是，所述螺旋結構617可以呈現一旋性，例如是右旋性或左旋性。所述螺旋間距P h可被定義為沿著所述螺旋軸618，所述LC導軸的取向呈現繞著所述螺旋軸618旋轉360°、或是所述LC分子的方位角變化360°的一距離。
如同在圖6D中所示，所述螺旋結構617的螺旋軸618可以相對所述雙折射介質層615的第一表面615-1及/或第二表面615-2(或是相對所述雙折射介質層615的厚度方向)傾斜的。例如，所述螺旋結構617的螺旋軸618可以具有相對所述雙折射介質層615的第一表面615-1及/或第二表面615-2的一銳角或鈍角。在某些實施例中，所述LC分子612的LC導軸可以實質正交於所述螺旋軸618(亦即，所述傾斜角度可以是實質零度)。在某些實施例中，所述LC分子612的LC導軸可以相對所述螺旋軸618以一銳角傾斜的。
所述雙折射介質層615亦可具有一垂直的週期性(或間距)P v，其可被定義為沿著所述雙折射介質層615的厚度方向，所述LC分子612的LC導軸的取向呈現繞著所述螺旋軸618旋轉180°(或是所述LC導軸的方位角變化180°)的一距離。
來自所述複數個螺旋結構617的具有一第一相同的取向(例如，相同的傾斜角度及方位角)的LC分子612可以形成一第一系列的平行的折射率平面614，其被週期性地分布在所述雙折射介質層615的體積之內。儘管未標示，具有不同於所述第一相同的取向的一第二相同的取向(例如，相同的傾斜角度及方位角)的LC分子612可以形成一第二系列的平行的折射率平面，其被週期性地分布在所述雙折射介質層615的體積之內。不同系列的平行的折射率平面可以藉由具有不同取向的LC分子612來加以形成。在相同系列的平行且週期性分布的折射率平面614中，所述LC分子612可以具有相同的取向，並且折射率可以是相同的。不同系列的折射率平面614可以對應於不同的折射率。當所述折射率平面614的數目(或是所述雙折射介質層的厚度)增加至一足夠的值時，可以根據體積光柵的原理來建立布拉格繞射。因此，所述週期性分布的折射率平面614亦可被稱為布拉格平面614。所述折射率平面614可以是相對於所述第一表面615-1或是所述第二表面615-2傾斜的。在所述雙折射介質層615之內，可以存在有不同系列的布拉格平面。在相同系列的相鄰的布拉格平面614之間的距離(或週期)可被稱為一布拉格週期P B。在所述雙折射介質層615的體積之內所形成的不同系列的布拉格平面可以產生一變化的折射率輪廓，其週期性分布在所述雙折射介質層615的體積中。所述雙折射介質層615可以透過布拉格繞射來繞射滿足布拉格條件的輸入光。
所述雙折射介質層615亦可包含複數個LC分子導軸平面(或是分子導軸平面)616，其是彼此平行地被配置在所述雙折射介質層615的體積之內。一LC分子導軸平面(或是一LC導軸平面)616可以是藉由所述LC分子612的LC導軸所形成的一平面、或是包含所述LC分子612的LC導軸的一平面。在圖6D所示的例子中，在所述LC導軸平面616與所述布拉格平面614之間的一角度θ(未顯示)可以是實質0°、或是180°。換言之，所述LC導軸平面616可以實質平行於所述布拉格平面614。
圖6E概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖6A中所示的偏振選擇性反射器600的繞射及透射。所述偏振選擇性反射器600可被配置以實質向後繞射具有一第一旋性(例如，與在圖6D中所示的螺旋結構的旋性相同的旋性)的一圓偏振的射束或是一橢圓偏振的射束成為一繞射的射束(例如，第一繞射射束)，並且實質透射(例如，在可忽略或零的繞射下)具有一與所述第一旋性相反的第二旋性的一圓偏振的射束或是一橢圓偏振的射束成為一透射的射束。在某些實施例中，所述偏振選擇性反射器600可被配置以實質維持藉此繞射的圓偏振的射束的旋性、以及藉此透射的圓偏振的射束的旋性。例如，所述繞射的射束可以是一具有第一旋性的圓偏振的射束，並且所述透射的射束可以是一實質具有第二旋性的圓偏振的射束。為了討論之目的，圖6E展示所述偏振選擇性反射器600是一右旋反射的PVH，其被配置以實質反射及經由繞射來收斂一RHCP射束630成為一RHCP射束660，並且實質透射(例如，在可忽略的繞射下)一LHCP射束635成為一LHCP射束665。在某些實施例中，所述偏振選擇性反射器600可以是一左旋反射的PVH，其被配置以實質反射及經由繞射來收斂一LHCP射束成為一LHCP射束，並且實質透射(例如，在可忽略的繞射下)一RHCP射束成為一RHCP射束。
在某些實施例中，本揭露內容提供一種裝置。所述裝置包含一顯示器元件、以及和所述顯示器元件耦接的一透鏡組裝件。所述透鏡組裝件包含一第一偏振選擇性反射器以及一第二偏振選擇性反射器，其分別被配置成可切換在操作於主動狀態以及操作於非主動狀態之間。所述透鏡組裝件包含一偏振非選擇性部分反射器，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述第二偏振選擇性反射器之間。所述透鏡組裝件包含一控制器，其被配置以在一第一時間期間控制所述顯示器元件以顯示一第一虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態，並且在一第二時間期間控制所述顯示器元件以顯示一第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
在某些實施例中，所述第一時間期間以及所述第二時間期間分別是所述顯示器元件的同一顯示幀的一第一子幀以及一第二子幀。在某些實施例中，所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體是分別和一第一輻輳距離以及一第二輻輳距離相關的，所述第一輻輳距離是不同於所述第二輻輳距離。在某些實施例中，在所述第一時間期間，所述透鏡組裝件被配置以在和一第一調節距離相關的一第一影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第一虛擬物體的一第一影像；以及在所述第二時間期間，所述透鏡組裝件被配置以在和一第二調節距離相關的一第二影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第二虛擬物體的一第二影像，所述第二調節距離是不同於所述第一調節距離。在某些實施例中，所述第一調節距離是實質等於所述第一輻輳距離；以及所述第二調節距離是實質等於所述第二輻輳距離。
在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器或是所述第二偏振選擇性反射器中的至少一個包含被配置有一光功率的一反射的偏振體積全像("PVH")元件。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器以及所述第二偏振選擇性反射器是被配置有不同的光功率、或是至所述偏振非選擇性部分反射器的不同軸向距離中的至少一個。
在某些實施例中，操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以反射具有一第一偏振的一輸入光，並且透射具有一正交於所述第一偏振的第二偏振的一輸入光。在某些實施例中，操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以反射具有所述第二偏振的一輸入光，並且透射具有所述第一偏振的一輸入光。在某些實施例中，操作在所述非主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器以及所述第二偏振選擇性反射器是分別被配置以透射一輸入光，與所述輸入光的偏振無關。
在某些實施例中，所述透鏡組裝件進一步包括一第一偏振器，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述顯示器元件之間；以及一第二偏振器。所述第二偏振選擇性反射器是被設置在所述偏振非選擇性部分反射器與所述第二偏振器之間。所述第一偏振器以及所述第二偏振器被配置以阻擋具有正交的偏振的輸入光。在某些實施例中，所述透鏡組裝件進一步包括一透射透鏡，其被配置以收斂從所述第二偏振選擇性反射器接收到的一影像光。所述第二偏振選擇性反射器是被設置在所述偏振非選擇性部分反射器與所述透射透鏡之間。
在某些實施例中，在所述第一時間期間，操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以透射具有一第一偏振的一第一影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器，所述第一影像光形成所述第一虛擬物體。在某些實施例中，在所述第一時間期間，所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以反射所述第一影像光的一第一部分回到所述第一偏振選擇性反射器成為具有一正交於所述第一偏振的第二偏振的一第二影像光。在某些實施例中，在所述第一時間期間，操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以反射所述第二影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第二偏振的一第三影像光。在某些實施例中，在所述第一時間期間，所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以透射所述第三影像光的一部分成為具有所述第二偏振的一第四影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。在某些實施例中，在所述第一時間期間，操作在所述非主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以透射具有所述第二偏振的所述第四影像光。
在某些實施例中，在所述第二時間期間，操作在所述非主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以透射一具有所述第一偏振的第五影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器，所述第五影像光形成所述第二虛擬物體。在某些實施例中，在所述第二時間期間，所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以透射所述第五影像光的一部分成為一具有所述第一偏振的第六影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。在某些實施例中，在所述第二時間期間，操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以反射所述第六影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為一具有所述第一偏振的第七影像光。在某些實施例中，在所述第二時間期間，所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以反射所述第七影像光的一部分回到所述第二偏振選擇性反射器成為一具有所述第二偏振的第八影像光。在某些實施例中，在所述第二時間期間，操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以透射具有所述第二偏振的所述第八影像光。
在某些實施例中，本揭露內容提供一種方法。所述方法包含在一第一時間期間，藉由一控制器來控制一顯示器元件以顯示一第一虛擬物體、被設置在一偏振非選擇性部分反射器的面對所述顯示器元件的一第一側的一第一偏振選擇性反射器以操作在主動狀態、以及被設置在所述偏振非選擇性部分反射器的一第二側的一第二偏振選擇性反射器以操作在一非主動狀態。所述方法包含在一第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以顯示一第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
在某些實施例中，所述第一時間期間以及所述第二時間期間分別是所述顯示器元件的同一顯示幀的一第一子幀以及一第二子幀。在某些實施例中，所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體是分別和一第一輻輳距離以及一第二輻輳距離相關的，並且所述第一輻輳距離是不同於所述第二輻輳距離。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器、所述第二偏振選擇性反射器、以及被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述第二偏振選擇性反射器之間的所述偏振非選擇性部分反射器形成一透鏡組裝件。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述透鏡組裝件來在和一第一調節距離相關的一第一影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第一虛擬物體的一第一影像，所述第一調節距離是實質等於所述第一輻輳距離；以及在所述第二時間期間，藉由所述透鏡組裝件來在和一第二調節距離相關的一第二影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第二虛擬物體的一第二影像，所述第二調節距離是實質等於所述第二輻輳距離。
在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器或是所述第二偏振選擇性反射器中的至少一個包含被配置有一光功率的一反射的偏振體積全像("PVH")元件。在某些實施例中，所述第一偏振選擇性反射器以及所述第二偏振選擇性反射器是被配置有不同的光功率、或是至所述偏振非選擇性部分反射器的不同軸向距離中的至少一個。
在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第一虛擬物體的一第一影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態以透射具有一第一偏振的所述第一影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第一影像光的一第一部分回到所述第一偏振選擇性反射器成為具有一正交於所述第一偏振的第二偏振的一第二影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來反射所述第二影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第二偏振的一第三影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第三影像光的一部分成為具有所述第二偏振的一第四影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第一時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態來透射所述第四影像光。
在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第二虛擬物體的一第五影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態來透射具有所述第一偏振的所述第五影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第五影像光的一部分成為一具有所述第一偏振的第六影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來反射所述第六影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為一具有所述第一偏振的第七影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第七影像光的一部分回到所述第二偏振選擇性反射器成為一具有所述第二偏振的第八影像光。在某些實施例中，所述方法進一步包括在所述第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來透射所述第八影像光。
本揭露內容的實施例的先前的說明已經為了說明之目的而被提出。其並不欲為窮舉或是限制本揭露內容至所揭露的精確形式。根據以上的揭露內容，熟習相關技術者可以體認到修改及變化是可能的。
此說明的某些部分可能以演算法以及在資訊上的操作的符號表示來描述本揭露內容的實施例。這些操作儘管是在功能、計算或邏輯上加以敘述的，但是其可以藉由電腦程式或等效電路、微碼、或類似者來實施。再者，將這些操作的配置稱為模組有時也證明是很便利的，而不失一般性。所述操作及其相關的模組可以用軟體、韌體、硬體或其之任意組合來體現。
在此所述的步驟、操作或程序的任一個都可以利用一或多個硬體及/或軟體模組、單獨或結合其它裝置來加以執行或實施。在一實施例中，一軟體模組是利用一種包含一電腦可讀取的媒體之電腦程式產品來實施的，所述電腦可讀取的媒體包含電腦程式碼，其可藉由電腦處理器來執行，以用於執行所述步驟、操作或程序的任一個或全部。在某些實施例中，一硬體模組可包含硬體構件，例如是裝置、系統、光學元件、控制器、電路、邏輯閘、等等。
本揭露內容的實施例亦可能有關於一種用於執行在此的操作之設備。此設備可以是針對特定目的而特別建構的，且/或其可包含一般用途的計算裝置，其藉由在所述電腦中儲存的電腦程式來選擇性地啟動或重新配置。此種電腦程式可被儲存在非暫態的實體的電腦可讀取的儲存媒體、或是適合用於儲存電子指令的任意類型的媒體中，其可以耦接至一電腦系統匯流排。所述非暫態的電腦可讀取的儲存媒體可以是可儲存程式碼的適當的媒體，例如是磁碟片、光碟、唯讀記憶體("ROM")、或是隨機存取記憶體("RAM")、電性可程式化唯讀記憶體("EPROM")、電性可抹除的可程式化唯讀記憶體("EEPROM")、暫存器、硬碟、固態硬碟機、智慧媒體卡("SMC")、安全數位卡("SD")、閃卡、等等。再者，在所述說明書中敘述的計算系統可包含單一處理器、或者可以是採用多個處理器的架構以獲得增大的計算功能。所述處理器可以是中央處理單元("CPU")、圖形處理單元("GPU")、或是另一適當的處理裝置，其被配置以處理資料及/或根據資料來執行計算。所述處理器可包含軟體及硬體構件兩者。例如，所述處理器可包含硬體構件，例如是特殊應用積體電路("ASIC")、可程式化邏輯裝置("PLD")、或是其之組合。所述PLD可以是複雜可程式化邏輯裝置("CPLD")、現場可程式化閘陣列("FPGA")、等等。
本揭露內容的實施例亦可以有關於藉由在此所述的一計算程序所產生的一種產品。此種產品可包含產生自一計算程序的資訊，其中所述資訊是被儲存在非暫態的實體的電腦可讀取的儲存媒體上，並且可包含一種電腦程式產品的任何實施例、或是其它在此所述的資料組合。
再者，當在一圖式中描繪的一實施例是展示單一元件時，所了解的是所述實施例、或者未顯示在圖式中但是在本揭露內容的範疇之內的實施例可包含複數個此種元件。同樣地，當在一圖式中描繪的一實施例是展示複數個此種元件時，所了解的是所述實施例、或者未顯示在圖式中但是在本揭露內容的範疇之內的實施例可包含只有一個此種元件。在所述圖式中描繪的元件數目只是為了舉例之目的而已，因而不應該被解釋為限制所述實施例的範疇。再者，除非另有指出，否則在圖式中所示的實施例並非互斥的，因而它們可以用適當的方式來組合。例如，在一圖/實施例中展示、但是未展示在另一圖/實施例中的元件仍然可以內含在所述另一圖/實施例中。在此揭露的包含一或多個光學層、膜、板或元件的光學元件中，在圖式中所示的層、膜、板或元件的數量只是為了舉例說明的目的而已。在其它未展示在圖式、但仍在本揭露內容的範疇之內的實施例中，在相同或不同的圖/實施例中展示的相同或不同的層、膜、板或元件可以用各種方式來組合或重複以形成一堆疊。
各種的實施例已經加以敘述來描繪所述範例的實施方式。根據所揭露的實施例，具有此項技術中普通技能者可以在不脫離本揭露內容的範疇下做成各種其它的改變、修改、重新安排、以及替代。因此，儘管本揭露內容已經參考以上的實施例詳細地敘述，但是本揭露內容並不限於上述的實施例。本揭露內容可以用其它等同的形式來體現，而不脫離本揭露內容的範疇。本揭露內容的範疇是在所附的請求項中界定的。
100:真實物體 100B:虛擬物體 102:眼睛 104:電子顯示器 200:系統 202:透鏡組裝件 204:光源/顯示器元件 213:第一偏振器 215:第一偏振選擇性反射器 216:控制器 217:第一光學構件 218:儲存裝置 219:處理器 220:光學軸 221:影像光 223:第二偏振器 225:第二偏振選擇性反射器 227:第二光學構件 237:第三光學構件 247:第四光學構件 256:眼睛 257:出射光瞳 258:眼睛瞳孔 259:眼動範圍區域 302:遠方虛擬物體 305:第一影像平面 308:附近虛擬物體 310:第二影像平面 332L:第一影像光 333L:影像光 335L:影像光 336L:影像光 337R:影像光 338L:影像光 339R:影像光 341R:影像光 343R:影像光 345R:影像光 347L:影像光 350:水晶體 362L:第二影像光 363L:影像光 365L:影像光 366L:影像光 367R:影像光 368L:影像光 369R:影像光 370R:影像光 372R:影像光 374R:影像光 376L:影像光 400:方法 410:步驟 420:步驟 500:NED 510:顯示裝置 518:虛擬物體 519:注視線 520:觀看光學組裝件 525:透鏡組裝件 530:物體追蹤系統 531:紅外線光源 533:光學感測器 540:控制器 600:偏振選擇性反射器 602:射束 612:光學各向異性分子 614:折射率平面 615:雙折射介質層 615-1:第一表面 615-2:第二表面 616:LC分子導軸平面 617:螺旋結構 618:螺旋軸 630:RHCP射束 635:LHCP射束 650:透鏡中心 655:透鏡周邊 660:RHCP射束 665:LHCP射束 688:LC導軸 700:系統 702:透鏡組裝件 704:顯示器元件 717:第一光學構件 727:第二光學構件 750:第一光學透鏡 760:第二光學透鏡 d a:調節距離 d a1:第一軸向距離 d a2:第二軸向距離 d v 、d v1、d v2:輻輳距離 L1、L2、L3、L4、L5:軸向距離 O:透鏡中心 O G:幾何中心 O L:透鏡模式中心 P h:螺旋間距 P v:間距
以下的圖式是為了舉例說明的目的根據各種揭露的實施例來提出的，因而並不欲限制本揭露內容的範疇。在圖式中：
[圖1A]概要地描繪在真實世界中在一輻輳距離以及一調節距離之間的關係；
[圖1B]概要地描繪在習知三維的("3D")顯示器螢幕中的輻輳以及眼睛焦距之間的衝突；
[圖2]概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的一種系統的圖；
[圖3A]描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖2所示的系統中的一第一影像光的一光學路徑；
[圖3B]描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖2所示的系統中的一第二影像光的一光學路徑；
[圖3C]描繪根據本揭露內容的一實施例，藉由內含在圖2所示的系統中的一顯示器元件在一顯示幀期間顯示的一遠方虛擬物體以及一附近虛擬物體；
[圖3D]描繪根據本揭露內容的一實施例，藉由圖3C中所示的顯示器元件在所述顯示幀的一第一子幀期間顯示的所述遠方虛擬物體；
[圖3E]描繪根據本揭露內容的一實施例，所述系統的一使用者的眼睛在所述顯示幀的所述第一子幀期間針對於圖3D中所示的遠方虛擬物體的調節；
[圖3F]描繪根據本揭露內容的一實施例，在所述顯示幀的所述第二子幀期間藉由圖3C中所示的顯示器元件顯示的附近虛擬物體；
[圖3G]描繪根據本揭露內容的一實施例，所述系統的使用者的眼睛在所述顯示幀的第二子幀期間針對於圖3F中所示的附近虛擬物體的調節；
[圖4]描繪根據本揭露內容的一實施例的一種用於減輕輻輳-調節衝突之方法的流程圖；
[圖5A]概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的近眼顯示器("NED")的圖；
[圖5B]描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖5A中所示的NED的概要橫截面圖；
[圖6A]描繪根據本揭露內容的一實施例的一偏振選擇性反射器的概要的三維("3D")視圖；
[圖6B]及[圖6C]概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖6A所示的偏振選擇性反射器中的光學非等向性分子的平面內取向；
[圖6D]概要地描繪根據本揭露內容的各種實施例的在圖6A所示的偏振選擇性反射器中的光學非等向性分子的平面外取向；
[圖6E]概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的在圖6A中所示的偏振選擇性反射器的繞射及透射；以及
[圖7]概要地描繪根據本揭露內容的一實施例的一種系統的圖。
200:系統
202:透鏡組裝件
204:光源/顯示器元件
213:第一偏振器
215:第一偏振選擇性反射器
216:控制器
217:第一光學構件
218:儲存裝置
219:處理器
220:光學軸
221:影像光
223:第二偏振器
225:第二偏振選擇性反射器
227:第二光學構件
237:第三光學構件
247:第四光學構件
256:眼睛
257:出射光瞳
258:眼睛瞳孔
259:眼動範圍區域
L1、L2、L3、L4、L5:軸向距離

Claims (20)

  1. 一種裝置，其包括： 顯示器元件； 透鏡組裝件，其是和所述顯示器元件耦接並且包括： 第一偏振選擇性反射器以及第二偏振選擇性反射器，其分別被配置成可切換在操作於主動狀態以及操作於非主動狀態之間；以及 偏振非選擇性部分反射器，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述第二偏振選擇性反射器之間；以及 控制器，其被配置以： 在第一時間期間控制所述顯示器元件以顯示第一虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態；以及 在第二時間期間控制所述顯示器元件以顯示第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
  2. 如請求項1之裝置，其中所述第一時間期間以及所述第二時間期間分別是所述顯示器元件的同一顯示幀的第一子幀以及第二子幀。
  3. 如請求項1之裝置，其中所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體是分別和第一輻輳距離以及第二輻輳距離相關的，所述第一輻輳距離是不同於所述第二輻輳距離。
  4. 如請求項3之裝置，其中 在所述第一時間期間，所述透鏡組裝件是被配置以在和第一調節距離相關的第一影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第一虛擬物體的第一影像，以及 在所述第二時間期間，所述透鏡組裝件是被配置以在和第二調節距離相關的第二影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第二虛擬物體的第二影像，所述第二調節距離是不同於所述第一調節距離。
  5. 如請求項4之裝置，其中 所述第一調節距離是實質等於所述第一輻輳距離，以及 所述第二調節距離是實質等於所述第二輻輳距離。
  6. 如請求項1之裝置，其中所述第一偏振選擇性反射器或是所述第二偏振選擇性反射器中的至少一個包含反射的偏振體積全像("PVH")元件或是膽固醇型液晶("CLC")元件。
  7. 如請求項1之裝置，其中所述第一偏振選擇性反射器以及所述第二偏振選擇性反射器是被配置有不同的光功率、或是至所述偏振非選擇性部分反射器的不同軸向距離中的至少一個。
  8. 如請求項1之裝置，其中 操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以反射具有第一偏振的輸入光，並且透射具有正交於所述第一偏振的第二偏振的輸入光，以及 操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以反射具有所述第二偏振的輸入光，並且透射具有所述第一偏振的輸入光。
  9. 如請求項1之裝置，其中操作在所述非主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器以及操作在所述非主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器的每一個是被配置以與輸入光的偏振無關地透射所述輸入光。
  10. 如請求項1之裝置，其中所述透鏡組裝件進一步包括： 第一偏振器，其被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述顯示器元件之間；以及 第二偏振器，所述第二偏振選擇性反射器是被設置在所述偏振非選擇性部分反射器與所述第二偏振器之間， 其中所述第一偏振器以及所述第二偏振器是被配置以阻擋具有正交的偏振的輸入光。
  11. 如請求項1之裝置，其中 所述透鏡組裝件進一步包括透射透鏡，其被配置以收斂從所述第二偏振選擇性反射器接收到的影像光，以及 所述第二偏振選擇性反射器是被設置在所述偏振非選擇性部分反射器與所述透射透鏡之間。
  12. 如請求項1之裝置，其中在所述第一時間期間： 操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以透射具有第一偏振的第一影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器，所述第一影像光形成所述第一虛擬物體； 所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以反射所述第一影像光的第一部分回到所述第一偏振選擇性反射器成為具有正交於所述第一偏振的第二偏振的第二影像光； 操作在所述主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以反射所述第二影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第二偏振的第三影像光； 所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以透射所述第三影像光的部分成為具有所述第二偏振的第四影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器；以及 操作在所述非主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以透射具有所述第二偏振的所述第四影像光。
  13. 如請求項12之裝置，其中在所述第二時間期間： 操作在所述非主動狀態的所述第一偏振選擇性反射器是被配置以透射具有所述第一偏振的第五影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器，所述第五影像光形成所述第二虛擬物體； 所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以透射所述第五影像光的部分成為具有所述第一偏振的第六影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器； 操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以反射所述第六影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第一偏振的第七影像光； 所述偏振非選擇性部分反射器是被配置以反射所述第七影像光的部分回到所述第二偏振選擇性反射器成為具有所述第二偏振的第八影像光；以及 操作在所述主動狀態的所述第二偏振選擇性反射器是被配置以透射具有所述第二偏振的所述第八影像光。
  14. 一種方法，其包括：  在第一時間期間，藉由控制器來控制顯示器元件以顯示第一虛擬物體、被設置在偏振非選擇性部分反射器的面對所述顯示器元件的第一側的第一偏振選擇性反射器以操作在主動狀態、以及被設置在所述偏振非選擇性部分反射器的第二側的第二偏振選擇性反射器以操作在非主動狀態；以及 在第二時間期間，藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以顯示第二虛擬物體、所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態、以及所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態。
  15. 如請求項14之方法，其中所述第一時間期間以及所述第二時間期間分別是所述顯示器元件的同一顯示幀的第一子幀以及第二子幀。
  16. 如請求項14之方法，其中 所述第一虛擬物體以及所述第二虛擬物體是分別和第一輻輳距離以及第二輻輳距離相關的，以及 所述第一輻輳距離不同於所述第二輻輳距離。
  17. 如請求項16之方法， 其中所述第一偏振選擇性反射器、所述第二偏振選擇性反射器、以及被設置在所述第一偏振選擇性反射器與所述第二偏振選擇性反射器之間的所述偏振非選擇性部分反射器的組合形成透鏡組裝件，以及 其中所述方法進一步包括： 在所述第一時間期間，藉由所述透鏡組裝件來在和第一調節距離相關的第一影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第一虛擬物體的第一影像，所述第一調節距離是實質等於所述第一輻輳距離；以及 在所述第二時間期間，藉由所述透鏡組裝件來在和第二調節距離相關的第二影像平面形成在所述顯示器元件之上所顯示的所述第二虛擬物體的第二影像，所述第二調節距離實質等於所述第二輻輳距離。
  18. 如請求項14之方法，其中所述第一偏振選擇性反射器或是所述第二偏振選擇性反射器中的至少一個包含反射的偏振體積全像("PVH")元件或是膽固醇型液晶("CLC")元件。
  19. 如請求項14之方法，其中所述第一偏振選擇性反射器以及所述第二偏振選擇性反射器是被配置有不同的光功率或是至所述偏振非選擇性部分反射器的不同軸向距離中的至少一個。
  20. 如請求項14之方法，其進一步包括： 在所述第一時間期間， 藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第一虛擬物體的第一影像光； 藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態以透射具有第一偏振的所述第一影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器； 藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第一影像光的第一部分回到所述第一偏振選擇性反射器成為具有正交於所述第一偏振的第二偏振的第二影像光； 藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來反射所述第二影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第二偏振的第三影像光； 藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第三影像光的部分成為具有所述第二偏振的第四影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器；以及 藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態來透射所述第四影像光；以及 在所述第二時間期間， 藉由所述控制器來控制所述顯示器元件以輸出形成所述第二虛擬物體的第五影像光； 藉由所述控制器來控制所述第一偏振選擇性反射器以操作在所述非主動狀態來透射具有所述第一偏振的所述第五影像光朝向所述偏振非選擇性部分反射器； 藉由所述偏振非選擇性部分反射器來透射所述第五影像光的部分成為具有所述第一偏振的第六影像光朝向所述第二偏振選擇性反射器； 藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來反射所述第六影像光回到所述偏振非選擇性部分反射器成為具有所述第一偏振的第七影像光； 藉由所述偏振非選擇性部分反射器來反射所述第七影像光的部分回到所述第二偏振選擇性反射器成為具有所述第二偏振的第八影像光；以及 藉由所述控制器來控制所述第二偏振選擇性反射器以操作在所述主動狀態來透射所述第八影像光。
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