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TW201802536A - 具有包含複數個顯示器裝置之邊緣成像鏡片之增強／虛擬實境近眼顯示器 - Google Patents

具有包含複數個顯示器裝置之邊緣成像鏡片之增強／虛擬實境近眼顯示器 Download PDF

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TW201802536A
TW201802536A TW106111455A TW106111455A TW201802536A TW 201802536 A TW201802536 A TW 201802536A TW 106111455 A TW106111455 A TW 106111455A TW 106111455 A TW106111455 A TW 106111455A TW 201802536 A TW201802536 A TW 201802536A
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TW
Taiwan
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display device
eye
eye display
lens
micro
Prior art date
Application number
TW106111455A
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English (en)
Inventor
蔡靖波
馬提 邁爾斯
哈森 S 艾爾－葛洛力
奇理 莊
Original Assignee
傲思丹度科技公司
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Filing date
Publication date
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Abstract

本發明揭示一種用於近眼顯示器應用之系統。一鏡片配備有水平沿著該鏡片之寬度之一光束分裂界面。每鏡片設置有兩個顯示器裝置且該兩個顯示器裝置安置於該鏡片之周界表面上、與使由該鏡片之輕微光對稱破缺引入之像差平衡之一重疊稜柱形小面光學器件總成相對。

Description

具有包含複數個顯示器裝置之邊緣成像鏡片之增強／虛擬實境近眼顯示器
本發明係關於可穿戴近眼顯示器，特別著重於易於製作、有美感、緊湊且足夠輕量而穿戴舒適的具有高光學效能之透視近眼顯示器。
電子影像顯示器裝置之小型化及能力之進步係用於緊湊且高效能近眼顯示器(NED)之一關鍵賦能技術，近年來，鑒於日益流行之增強實境(AR)應用已對緊湊且高效能近眼顯示器進行了廣泛地研究。 用於AR應用之NED之設計之一挑戰已使此一系統真正「可穿戴」。出於此目的，NED系統必須呈現高品質虛擬影像、穿戴舒適且外觀看起來不難看。此外，系統決不能損害使用者對真實世界景物之感知且具備用於日常處置之充分耐用性。必須於在大量生產以供廣泛採用時低成本之侷限下滿足所有此等要求。 存在試圖滿足以上要求並在各種程度上取得成功之之若干個先前技術NED。舉例而言，參見美國專利第5,696,521號、5,886,822號及8,508,851B2號，圖1至圖3中分別展示該等專利之例示性NED。此等先前技術NED利用具有旋轉對稱光學表面之一折射及/或反射系統，該等旋轉對稱光學表面製作簡單且具有均一影像效能但非期望地巨大及/或具有一難看外觀。為了將近眼顯示器較好地裝配至適合於一使用者面部之一較小體積中，某些先前技術NED採用對稱但僅關於水平平面對稱之一離軸光學架構。舉例而言，參見美國專利第6,353,503B1號、6,710,902B2號、6,147,807號及9,239,453B2號，圖4至圖5及圖7至圖8中展示該等專利之例示性NED。在此等先前技術NED中，使用在一使用者之眼睛前面之一部分反射凹形表面之一歪斜離軸分段來對來自顯示器裝置之光進行成像且將來自顯示器裝置之光與來自真實世界景物之光組合。「組合體」表面可具有一複雜幾何形狀，諸如環狀或自由形式。組合體表面亦可係具有微特徵之一平坦表面。為了使由此等組合體元件引入之光學像差平衡，在系統中之別處採用額外或其他歪斜/偏心式及/或自由形式光學表面。 所得近眼離軸近眼顯示器系統製作非期望地困難且看起來極不同於普通目鏡而且通常過於巨大，因此自一消費者立場來看無美感。舉例而言，美國專利第9,134,535B2號揭示了如圖6中所圖解說明之一例示性NED，其中透過一眼用鏡片形組合體將虛擬影像與真實世界景物組合。該組合體在彎曲前表面及彎曲後表面上具有諸多微小小面特徵。由於此等微小小面平行於橫向區帶中之彎曲表面上方之每一者，因此不會引入額外像差，此乃因成像光在朝向眼睛彈射之前在此等小面上方被「全內反射」或「TIR」式彈回。因此，在組合體之前的其他成像表面可具有旋轉對稱及較小光學像差。遺憾地，由於當必須在組合體內透過多次(TIR)彈回來引導光時需要增強至眼睛瞳孔之光路徑，因此此等成像表面之直徑較大。此繼而有損於NED之外觀體驗。此外，微小小面之間的非連續性可導致資訊光及真實世界景物中之假影。此外，由於離開小面之必要多次TIR彈回，微小小面之間的平行性通常必須維持至極緊密容差。 先前技術近眼顯示器系統設計之另一挑戰係需要增大該系統之視域(FOV)，如此可將更多資訊呈現至使用者從而獲得一經改良使用者體驗。 以光學方式，可僅藉由增大影像顯示器裝置大小而保持系統有效焦距(EFL)及數值孔徑(NA)不變來增大一近眼顯示器之FOV。NA與EFL之乘積定義NED出射瞳孔之半徑，在該出射瞳孔內可該觀看一不受阻礙虛擬影像。由於光學表面/組件之相關聯大小增大且需要對一經增大FOV進行像差控制，因此此方法導致一更複雜光學系統。儘管在角場處存在系統複雜性與虛擬影像解析度之間的折衷，但所得近眼顯示器之大小仍將增長，此乃因必須採用較大影像顯示器裝置及較大光學表面/組件來避免漸暈。此繼而使近眼顯示器由於其過於巨大而不可穿戴。一較大顯示器裝置亦係非期望地不省電且更昂貴。 為了增大一近眼顯示器之FOV，另一方法係將FOV劃分成多個區帶且以使用一較小影像顯示器裝置之一通道來覆蓋每一區帶。此角度歪斜方法具有以下優勢：每一通道係相對緊湊的且系統體積之增長與通道數目及FOV範圍成比例。此外，使用若干個較小顯示器裝置比使用一單個大裝置更節省成本。舉例而言，參見美國專利第6,529,331B2號及美國專利第9,244,277B2號。 圖9展示併入如美國專利第6,529,331B2號中所揭示的用於擴展FOV之多個通道之一先前技術NED。每一通道包含一顯示器裝置且覆蓋一有限FOV，有限FOV經堆疊或經拼接以覆蓋一較大FOV。各個通道之出射瞳孔表面在與眼睛前點重合之一單個點處係重疊的。自出射瞳孔平面至一通道之第一光學表面之眼睛間隙(「ec」)距離被定義為一通道之眼睛間隙，而自眼睛前平面至所有通道當中之最接近光學表面之ec'距離被定義為NED之眼睛間隙。圖9展示ec必須大於ec’，此歸因於圍繞眼睛前點之所有通道之弧配置。相關聯經增大ec需要每一通道之大小增長且因此整個系統變得更巨大。為了將多個通道裝配在一起，必須提出並滿足複雜邊界條件，此繼而增大NED製作挑戰。為避免對經拼接影像之空隙之一視覺感知，眼睛前面必須與所有通道之出射瞳孔表面之共同點細微對準。此要求通常使近眼顯示器穿戴困難。此外，顯示器裝置之位置在沿著視線之前面且不易與一AR應用連接使用。 圖10展示具有如美國專利第9,244,277B2號中所揭示的用以擴展一FOV之多個通道之一先前技術NED。在每一通道中採用具有一自由形式光學表面之一稜鏡以將光自一顯示器裝置影像遞送至眼睛瞳孔。每一通道之出射瞳孔平面與眼睛瞳孔平面重合。此特徵避免針對一單個通道使ec’相對於ec減小，且通常使整個系統比美國專利第6,529,331 B2號之系統更緊湊。為一AR應用之方便起見，顯示器裝置之位置移動遠離超前視線。為了消除由成像稜鏡導致的真實世界景物之失真，提前添加一相配自由形式稜鏡。為了組合各個通道，修整每一通道之成像稜鏡尖端且然後利用將稜鏡膠對接在一起或在一模製操作接合。由於需要包括相配稜鏡，因此此形式之先前技術NED通常變得更巨大。此外，在不同通道鄰接處通常存在一接縫線。此等接縫線通常導致NED之真實世界景物之失真。此外，修整操作通常導致每一通道之場依賴性瞳孔漸暈，其中中心FOV比周邊FOV具有更多漸暈。由於各個通道之對稱配置，各個通道之漸暈瞳孔在眼睛瞳孔平面處彼此互補。在眼睛旋轉但工作良好，眼睛必須經緊密對準以維持各個通道之對稱配置時，此一瞳孔漸暈互補通常將經拼接影像中之影像空隙之出現最小化。此通常再次形成眼睛與NED緊密對準之一要求。 為了增大一NED之FOV，又一先前技術方法係將FOV劃分成若干個區帶且利用來自一單個顯示器裝置之光來按一時間順序覆蓋每一區帶。在此方法中可使用一較小顯示器裝置，此繼而通常使NED較小。使用可切換光學組件來使來自顯示器裝置之經成像光在不同區帶當中切換。舉例而言，參見美國公開案第US2015/0125109A1號及美國公開案第US2014/0232651A1號。 圖11A及圖11B展示美國專利公開案第US2015/0125109A1號中所揭示之先前技術NED中之兩個可切換光路徑，其中該先前技術NED之FOV係基於具有一可切換布拉格(Bragg)繞射光柵(SBDG)之一多層平面波導而按時間順序拼接。在使用一輸入繞射光柵將來自顯示器裝置之光耦合至波導中之前，藉由安置於分層波導外部之光學器件使光準直。在波導中，藉由TIR反射使顯示器光耦合，且使用由非輸出光柵層及輸出光柵層形成之光柵對而沿著各個路徑路由該光。在此先前技術裝置中，每一對中之非輸出光柵層或輸出光柵層必須係一SBDG。每一相異路徑對應於一FOV拼接通道。非輸出光柵層可係輸入光柵層或光路徑摺疊光柵層。此一系統之若干優勢中之一者係透過用作一平坦目鏡鏡片之一薄平面波導實現一真實世界景物。此方法之另一優勢係透過離開具有小於1 (1)之一繞射效率之摺疊光柵層或輸出光柵層之多次彈回擴展眼箱。在眼箱擴展係由波導及嵌入式光柵層達成之情況下，在波導之前的準直光學器件可具有一相對小出射瞳孔孔徑及對NED之效能有幫助之較簡單架構。準直光學器件之小出射瞳孔孔徑使該等準直光學器件較小，但其通常亦與極小波導幾何形狀匹配。然而，此一系統之劣勢通常包括：a)由於波導之前的準直光學器件之小孔徑及按時間順序之切換所致之低光學效率；b) SBDG系統之高複雜性、其環境易感性(溫度/壓力/應力)及耐久性；c)光柵誘發之光學像差，對光學像差之校正使準直光學器件架構複雜化或降低系統光學效能；d)由TIR及光柵角度頻寬強加的可達成FOV之限制；e)在平面波導上需要一大區域來容納用以路由顯示器光且擴展眼箱大小之各個光柵對；及f)因附接至波導之所需準直光學器件增大近眼顯示器體積。 圖12展示具有如美國專利公開案第US2014/0232651A1號中所揭示的用於擴展FOV之多個通道之又一先前技術NED。該系統係基於具有主動組件(諸如，可切換鏡或全息光學器件)之時間多工。顯示器裝置及成像光學器件安置於一直線中以簡化光學器件且降低像差位準。對於真實世界景物光路徑而言，近眼顯示器表現地像一光學板且不引入失真。由於FOV係由經部分分離摺疊組件堆疊起來，因此每一通道之光路徑長度極為不同。此導致隨通道而非期望地變化之眼睛瞳孔處場依賴性漸暈。因此近眼顯示器具有一相對小眼箱。 近眼顯示器系統小型化之另一顯著技術障礙係高亮度且緊湊顯示器裝置之可得性，此可此以上論述推斷出來。尋常習用顯示器裝置技術包括數位微鏡式顯示器(DMD)、液晶顯示器(LCD)、矽上液晶(LCOS)及有機發光二極體(OLED)。諸如DMD及LCOS等系統需要會增加系統體積之一伴隨式照射光學系統。LCD技術具有相關聯低亮度及較低解析度。OLED技術比DMD及LCOS更緊湊且具有優於LCD之亮度及解析度。OLED亦係用於近眼顯示器之一有前景顯示器裝置樣式，但仍需要進一步改良OLED之亮度及耐用性以供在NED應用中之廣泛使用。 已引入如美國專利第7,623,560號、美國專利第7,767,479號、美國專利第7,829,902號、美國專利第8,049,231號、美國專利第8,243,770號、美國專利第8,567,960號及美國專利第8,098,265號中所揭示之一種新型發射微尺度像素陣列成像器裝置，上述專利中之每一者之內容以引用方式全部併入本文中。本文所提及之所揭示發光結構及裝置可係基於量子光子成像器或「QPI®」成像器。QPI®係Ostendo Technologies公司之一注冊商標。此等所揭示裝置期望地具備高亮度、極快速多色彩光強度及空間調變能力特徵，所有裝置在包括所有必要影像處理驅動電路的大小極小之一單個裝置中。所揭示裝置之固態發光像素可係一發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)或者係該兩者，其接通-關斷狀態係由含於一CMOS晶片(或裝置)內之驅動電路控制，一發射微尺度像素陣列接合且電耦合於該CMOS晶片(或裝置)上。構成此等成像器裝置之所揭示發射陣列之像素之大小通常在大約5微米至20微米之範圍中，其中一典型發射表面面積在大約15平方毫米至150平方毫米之範圍中。以上發射微尺度像素陣列裝置內之像素係通常透過其CMOS晶片之驅動電路可在空間上、在色度上及在時間上個別地定址。由此等成像器裝置產生之光之亮度在理想低電力消耗下可達到100,000 cd/m2 之多倍。 下文所闡釋之例示性實施例中所提及之QPI成像器十分適合用於本文中所闡述之可穿戴裝置中。參見美國專利第7,623,560號、美國專利第7,767,479號、美國專利第7,829,902號、美國專利第8,049,231號、美國專利第8,243,770號、美國專利第8,567,960號及美國專利第8,098,265號。然而，應理解，QPI成像器僅係可用於本發明中之裝置類型之實例。因此在以下說明中，對QPI成像器、顯示器、顯示器裝置或成像器之提及應理解為係出於所揭示實施例之特定性之目的，而非用於對本發明之任何限制。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2016年4月5日提出申請的美國臨時專利申請案第62/318,468號之權益，該申請案之全部內容以引用方式併入本文中。 在對實施例之以下說明中陳述本發明及其各項實施例，在後續申請專利範圍中該等實施例經呈現為本發明之圖解說明性實例。特別注意，如由此申請專利範圍定義之本發明可比下文所闡述之圖解說明性實施例寬泛。本文中使用「例示性」一詞來意指用作一實例、例項或圖解說明。在本文中經闡述為「例示性」之任何態樣或設計未必應視為比其他態樣或設計更佳或更有利。 在一項實例性實施例中，揭示一近眼顯示器裝置，該近眼顯示器裝置包含一鏡片稜鏡總成、包含一面向觀看者表面、一面向場景表面、一垂直尺寸、一水平尺寸及一鏡片厚度。鏡片稜鏡總成可包含一上部部分及一下部部分，該兩部分沿著包含一光束分裂元件之一水平界面接合在一起。兩個或更多個顯示器裝置可安置於一第一邊緣表面上且該等顯示器裝置各自經組態以透過鏡片厚度來耦合來自各別顯示器裝置之一光學影像。 在一項實施例中，一反射元件安置於通常與第一表面相對之一第二邊緣表面上。反射元件、光束分裂元件或者反射元件及光束分裂元件兩者可包含一區，該區包含複數個重疊稜柱形小面元件，該等重疊稜柱形小面元件經組態以反射或透射以一預定交錯光學圖案重疊於反射元件(亦即，其中兩個單獨顯示器裝置影像在反射元件上重疊之區域)上之單獨光學影像(來自顯示器裝置)且使該等光學影像朝向光束分裂元件返回。光束分裂元件可進一步經組態以透過面向觀看者表面將經反射光學影像耦合至一使用者之一眼睛瞳孔。 藉助本文中之實例性實施例，達成一緊湊NED，該NED類似於一副普通眼睛片(亦即，呈一典型消費型目鏡框架樣式之目鏡)之外觀，在所顯示影像及「透視」真實世界景物方面具有良好品質，易於大量生產製作且因適應人之間的大內瞳孔距離(IPD)變化而穿戴舒適。 可提供本文中之實施例以利用顯示器裝置技術(特定而言諸如量子光子成像器或「QPI®」成像器等具有微像素之自發射顯示器裝置)所取得之進步。QPI®係一Ostendo Technologies公司之一注冊商標。參見美國專利第7,623,560號、美國專利第7,767,479號、美國專利第7,829,902號、美國專利第8,049,231號、美國專利第8,243,770號、美國專利第8,567,960號及美國專利第8,098,265號。諸如QPI成像器等顯示器裝置以一極緊湊樣式提供高亮度及高解析度影像且特定而言十分適合於本發明之緊湊NED。 本文中之實施例亦可利用以下人體工學事實：儘管在一般民眾當中人的IPD變化很大且使用者往往會使其眼睛向其左側或向其右側在一大範圍中掃描，但一人的眼睛垂直掃描移動更窄且不頻繁。通常，人往往會藉由使其頭向後或向前歪斜來掃描其垂直視域。本文中之實施例利用此行為，使得所揭示NED不需要一圓形眼箱而是提供一細長眼箱或出射瞳孔，該細長眼箱或出射瞳孔具有大於其垂直尺寸之一水平尺寸。眼箱可係一2D或3D觀看區，在該觀看區內觀看者之眼睛可移動且仍看見整個影像。可像穿戴及調整一副普通目鏡一樣藉由沿著穿戴者之鼻樑向上或向下調整系統來使NED系統與一使用者之眼睛垂直對準。由於先前技術NED之巨大很大程度上係源自具有一大圓形眼箱之要求，因此眼箱大小在垂直方向上之減小可在乃係首要眼睛掃描方向之對應水平(窺孔)方向上有益地減小系統巨大性。 一習用目鏡鏡片或眼鏡鏡片通常沿著寬度(水平)具有其最大尺寸、透過其厚度具有最小尺寸、在寬度尺寸與厚度尺寸之間的某處具有高度(垂直)尺寸。一眼鏡鏡片之前面(面向場景)及後面(面向觀看者)之形狀通常係由眼用功能或形式決定。因此，鏡片邊緣表面可經修改以實施將自一顯示器裝置顯示之一電子影像耦合及反射至一觀看者之眼睛瞳孔的功能。藉由將一或多個顯示器裝置安置於一鏡片之上部(「第一」)或下部(「第二」)邊緣表面且在相對邊緣表面處使用一反射光學器件總成來耦合來自該(等)顯示器裝置之影像輸出，較大鏡片水平尺寸可對應於較大水平眼箱尺寸且較小鏡片垂直尺寸可對應於較小垂直眼箱尺寸。 藉助本文中所闡述實施例，可簡化自顯示器裝置至眼睛瞳孔之光路徑且將任何對稱破缺最小化以確保最大光學效能。適合於本發明之NED之一實施例之一鏡片可包含沿著鏡片之水平尺寸嵌入於沿著鏡片之高度尺寸之中途附近之一光束分裂接合界面，該光束分裂接合界面將鏡片劃分成兩個部分：一上部部分及一下部部分。嵌入式界面可配備有一部分反射塗層，藉此該界面充當一光學光束分裂元件。在一項實施例中，至少一個但較佳地兩個或更多個成像源顯示器裝置(諸如QPI成像器)安置於面向嵌入式光束分裂界面之一第一邊緣表面(在所闡述實施例中係「上部」)上，且有或無光學倍率之一新反射元件表面安置於面向該界面之一第二邊緣(在所闡述實施例中係「下部」)上。特別注意，上文所闡述實施例並不限於具有安置於第一表面上之成像器及安置於第二表面上之反射元件，且術語「第一」及「第二」表面係僅為方便起見而使用且被視為可互換位置。舉例而言，將成像器安置於第二表面上且將反射元件安置於第一表面上被視為在本文中所揭示實施例之範疇內。 在一項實施例中，自顯示器裝置中之每一者接收之一所顯示影像係藉由自第一邊緣之光學透射而耦合至鏡片主體之厚度中。資訊光沿著一筆直路徑透射穿過嵌入式部分反射界面且橫截鏡片主體而至上面安置有反射元件光學器件之第二邊緣。在自安置於第二邊緣上之反射元件反射之後，資訊光旋即行進回至嵌入式部分反射界面。在於部分反射界面處反射之後，資訊光旋即透射穿過鏡片之面向觀看者表面且進入眼睛瞳孔，其中該資訊光被視為沿著視線而疊加於真實世界景物上之一虛擬影像。 在此光路徑佈局中，多數成像工作係由邊緣反射元件光學器件執行，該等邊緣反射元件光學器件相對於相對顯示器裝置而可通常係居中的。嵌入式平面界面處之摺疊反射很少引入像差或不引入像差。儘管眼鏡鏡片之面向觀看者表面出於式樣原因或視力校正原因而通常係彎曲的且相對於視線歪斜，但在面向觀看者表面處引入之像差由於資訊光在表面處之低發散性而係可管理的，且可在反射元件處或藉由圍繞視線將顯示器裝置及反射元件時控為一群組得以校正。儘管實質上可將本發明之資訊光之光路徑之佈局設置為一3D路徑，但對稱破缺對可達到之良好光學效能影響甚微。 本發明之另一優勢方面係透過使用兩個QPI成像器或安置於鏡片之第一邊緣上之適合顯示器裝置而增大了水平視域。在一項實施例中，總FOV可被劃分成兩個經拼接區帶：一第一區帶及第二區帶，其中每一區帶由一單個QPI成像器支援。為了確保來自此等兩個區帶之光路徑完全重疊於NED眼箱上方，可在一鏡片之第二邊緣處之反射元件表面上及嵌入於鏡片之厚度中之部分反射界面上採用類似於存在於一菲涅耳鏡片中之特徵之微稜柱形小面特徵。此等微稜柱形小面特徵被分類成兩種類型，其中每一類型與一各別顯示器裝置工作。此等兩種類型之微稜柱形小面特徵係以與微稜柱形小面特徵大小相當之一週期散置。微稜柱形小面特徵之一典型大小可係約20 um至150 um，在此尺度上光被反射/折射而非被繞射。因此，波長依賴性可遠小於繞射元件之波長依賴性。因此，NED之眼箱係在20 um至150 um之一節距下由針對不同顯示器裝置之經散置區構成。由於此節距遠小於一使用者之眼睛瞳孔之典型4 mm，因此一使用者之眼睛可橫越整個眼箱移動而不會在FOV中觀察到影像空隙。此實施例之一優勢效應係近眼裝置之緊湊性及總FOV之大有效眼箱。 在一項實施例中，一菲涅耳斜坡角沿著一菲涅耳光學稜柱形小面元件之一閉環而呈波狀以實施用於光學像差校正之自由形式光學表面。 本發明之NED之各項實施例之說明係關於一個鏡片或一隻眼睛而進行，但特別注意該說明意欲包括一起提供立體視力或雙眼視力之兩個鏡片或兩隻眼睛。 圖13展示本發明之一項實施例。在此實施例中，分別針對左眼及右眼之鏡片稜鏡總成1320L及1320R係由可呈一習用目鏡框架形式之一固持總成1300支撐。固持裝置1300可經設計以類似於一習用目鏡框架但達成其他風格。如圖13中所展示，顯示器裝置1310L及1310R可安置於1320L及1320R之第一上部邊緣1311R及1311L處，但亦可安置於1320L及1320R之第二下部邊緣1312R及1312L處，或可採用第一邊緣或第二邊緣裝置位置之任何組合。 除了嵌入式光束分裂表面1330L及1330R之外，鏡片稜鏡總成1320L與1320R類似且自真實世界景物接收之光之透射中作為一副眼用鏡片發揮作用且可配備有或不配備有視力校正。諸如電腦、感測器、天線、控制電路板及電池等其他組件亦可併入至固持框架總成1300中，或另一選擇係，顯示器裝置1310L及1310R可透過無線構件或出自目鏡框架之鏡腿之兩端之電纜連接至一外部電腦。由於針對左眼及右眼之系統之間具有鏡對稱關係，因此下文僅闡述右眼系統，但在雙眼應用中之使用被視為在本發明及申請專利範圍之範疇內。 圖14根據一項實施例圖解說明鏡片稜鏡總成1420R由一上部部分1425R'及一下部部分1425R''以及標注為兩個部分之光束分裂元件接合界面之1430R形成。上部部分1425R'具有施塗於其與下部部分1425R''之界面1430R上以界定一光束分裂元件的一部分反射塗層，上部部分1425R'之第一邊緣1426R上安置有顯示器裝置1410R。下部部分1425R''配備有安置於第二邊緣1427R上之一反射表面1440R。界面1430R之大平面特徵可具有約80％之一透射率及約20％之一反射率，但可選擇任何適合的使用者定義透射比率/反射比率。舉例而言，可藉由使用光學技術中已知之一金屬塗層或介電薄膜塗層來達成。上部部分1425R'及下部部分1425R''之面向場景表面及面向觀看者表面可彼此對準且利用一折射率匹配光學膠合劑而接合在一起。期望，鏡片稜鏡總成1420R之面向場景表面與面向觀看者表面之間的任何不對準在接合之後小於0.1 mm以最小化或避免真實世界景物至使用者之透射中出現假影。 圖14根據一項實施例圖解說明自顯示器裝置1410R之中心D穿過鏡片稜鏡總成1420R至E、眼睛瞳孔平面1450R的一射線路徑。線EG 1460R係在右眼徑直向前看著去窮遠處或看著位於大於兩米遠處之一平面時之視線。當光線離開顯示器裝置中心D時，其沿鏡片稜鏡總成1420R之上部部分1425R'之鏡片厚度行進，透射穿過界面1430R而至下部部分1425R''且入射於反射元件1440R上之A處。在自1440R反射之後，射線旋即行進返回以在B處被界面1430R攔截。然後，該射線被反射朝向鏡片稜鏡總成1420R之面向觀看者表面上之G。在透射穿過面向觀看者表面之後，該射線沿著視線方向1460R在E處進入觀看者之眼睛瞳孔。然後，呈自顯示器裝置1410R接收之一光學影像形式之資訊被視為沿著視線1460R疊加於真實世界景物上。 圖14亦展示自顯示器裝置上之一點透射之光在眼睛瞳孔平面處之橢圓光束佔用面積F。光束佔用面積F之水平尺寸比其垂直尺寸大數倍。此乃因鏡片稜鏡總成1420R之水平尺寸大於其沿著視線1460R方向之尺寸。然而，此可不會降低本發明實施例之NED之效能。儘管一相對大的水平光束佔用面積可適應使用者民眾當中IPD之變化及一使用者之眼睛瞳孔之左掃掠及右掃掠，但藉由調整目鏡框架在使用者鼻樑上之位置來補償較小垂直光束佔用面積，其效應因以下事實而進一步被最小化：一般民眾人往往會向後及向前歪斜其頭以在垂直方向上觀看而非沿垂直尺寸移動其眼睛。 先前已經做出使光束佔用面積之垂直尺寸與水平尺寸同樣大之嘗試。所得系統可係巨大及/或複雜的。另一方面，本發明之光學系統有益地具有由相對於顯示器裝置1410R可居中之反射元件1440R貢獻之其最大光學倍率。在一項實施例中，可將反射元件1440R設置為沿著兩個正交方向具有小曲率半徑差之一弱環形表面。對反射表面1440R之旋轉對稱之此違背解釋了可將鏡片稜鏡總成1420R之面向觀看者表面設置成沿著兩個正交方向具有一不同曲率半徑之事實。儘管鏡片稜鏡總成1420R之面向觀看者表面通常可係環形形狀且相對於視線1460R歪斜，但如由1440R聚焦之資訊射線在面向觀看者表面處具有低發散性且相對於視線1460R而形成較小角度。另外，鏡片稜鏡總成1420R之面向場景表面及面向觀看者表面之曲率半徑並非強有力的實際原因且此等所有特徵組合起來以提供一可接受像差位準及良好光學效能。 圖15根據一項實施例展示自鏡片稜鏡總成1520R的一顯示器裝置1510R之中心D至眼睛瞳孔1550R之中心E之射線路徑之水平視野。在此實施例中，線GE及其延伸界定了視線1560R。出於式樣、緊湊性或視力校正需要之考慮，鏡片稜鏡系統1520R之面向場景表面及面向觀看者表面通常係彎曲的且相對於視線1560R歪斜，如圖15中所展示。因此，射線路徑DABGE並不在一單個平面內而是位於一3D空間中。因此，本發明之NED成像系統通常係歪斜的且任何對稱平面。然而，成像系統相對於如上文所論述之中心射線而仍可被視為一準軸向系統。相比於如先前技術專利文獻中所揭示之離軸系統，本發明之準軸向系統具有易於製作且光學效能良好的優勢。此外，相比於如先前技術專利文獻中所揭示之先前技術軸上系統，本發明之準軸向系統具有緊湊及美觀之優勢。 圖16A及16B展示本發明之一實施例的針對右眼之實例性光學器件，其中與一單個顯示器裝置NED相比，兩個顯示器裝置並排安置以延伸水平FOV。在圖16A及圖16B中，右眼光學器件總成1620R由一上部部分1615R'及一下部部分1615R''以及1630R形成，1630R經識別為界定一光束分裂元件的兩個各別部分接合界面。上部部分1615R'可配備有施塗於其與下部部分1615R''之界面1630R上之一部分反射塗層，上部部分1615R'之第一上部邊緣1616R上安置有顯示器裝置1610tR及1610bR。上部部分1615R'之1630R上之部分反射塗層可具有約80％之一透射率及約20％之一反射率但可實施其他比率。舉例而言，此可藉由使用如光學技術中已知之一金屬塗層或介電薄膜塗層來達成。上部部分1615R'及下部部分1615R''之面向場景表面及面向觀看者表面可彼此對準且係使用施塗於接合界面1630R上之一折射率匹配光學膠合劑而接合。期望，鏡片稜鏡總成之面向場景表面與面向觀看者表面之間的不對準在接合之後小於約0.1 mm以最小化或避免在真實世界景物至使用者之透射中出現假影。 圖16A亦根據一項實施例展示自顯示器裝置1610tR及1610bR之中心及四個隅角、穿過鏡片稜鏡總成1620R、一路至眼睛瞳孔平面之主要射線路徑。當射線離開顯示器裝置時，其行進穿過鏡片稜鏡總成1620R之厚度且徑直向下穿過鏡片稜鏡總成1620R之上部部分1615R'、部分地透射穿過界面1630R而進入下部部分1615R''且入射於反射元件1640R上。類似於一平坦基板上之一菲涅耳鏡之微小稜柱形特徵，微小稜柱形特徵設置於1640R上。此等稜柱形特徵可經組態以將光學倍率賦予原本平坦基板表面且執行將裝置之輸出成像至眼睛之一作用。在自1640R反射之後，射線旋即行進返回以被界面1630R攔截。然後，該等射線由1630R部分反射且穿過面向觀看者表面朝向眼睛出射出鏡片稜鏡總成1620R。耦合自顯示器裝置1610tR及1610bR之光學資訊被視為疊加於真實世界景物上。1630R界面上亦可安置有稜柱形特徵，1630R界面經組態使得來自1610tR或1610bR之射線由一類平面特徵引導朝向眼睛瞳孔。如圖16A及圖16B中所展示，可存在來自顯示器裝置1610tR及1610bR之光路徑之一重疊1650，該重疊係由稜柱形特徵調節。 圖17根據一項實施例展示自顯示器裝置1710bR及1710tR上之中心點及隅角點至右眼鏡片稜鏡總成1720R之眼睛瞳孔之中心之主射線路徑之水平視野。由每一顯示器裝置貢獻之FOV組合起來以形成具有一最小重疊之一大FOV。由於在圖16A之嵌入式光束分裂元件界面1630R及反射元件1640R上採用了微稜柱形特徵，因此來自任一顯示器裝置之光在眼睛瞳孔平面上方之交錯處於一微尺度上且在眼睛移動期間不會觀察到影像空隙或其他方向假影。出於式樣、緊湊性或視力校正需要考慮，鏡片稜鏡總成1720R之面向場景表面及面向觀看者表面通常係彎曲的、歪斜的且不具有一對稱平面。然而，對稱破缺係輕微的，此乃因自每一顯示器裝置至反射元件1640R上之其對應菲涅耳稜柱形特徵之主要成像路徑分段具有圍繞各別顯示器裝置之中心處之法向軸的旋轉對稱。相比於如先前技術中所揭示之離軸系統，本發明之準軸向系統具有易於製作及光學效能良好之優勢。此外，不同顯示器裝置之微稜柱形特徵之光交錯准許來自不同顯示器裝置之光路徑之一大重疊，從而達成系統體積之一減小。 圖18A根據一項實施例展示範例右眼NED光學器件之下部第二邊緣1840R上之重疊菲涅耳鏡1850bR及1850tR之一實例性使用。每一菲涅耳鏡可配備有同心圓形微稜柱形特徵，該等同心圓形微稜柱形特徵之中心與各別顯示器裝置之中心大致對準。此對準可確保較高光學效能。 圖18B根據一項實施例藉由去除1850tR之交替選定同心稜柱形特徵而展示來自1850bR及1850tR之稜柱形特徵之交錯。可不提供1850tR之選定同心稜柱形特徵，但提供1850bR之所有同心特徵。在此實施例中，1850bR之顯示器裝置被視為不如其他裝置明亮，但亮度不足由像QPI成像器一樣的顯示器裝置補償。因此重疊方法所得之系統體積減小之優勢係大的。注意，類似地，可去除替代1850bR上之特徵，其中1850tR上之所有特徵保留。 圖18C根據一項實施例展示實例性右眼NED光學器件之嵌入式光束分裂元件界面1830R之微稜柱形特徵。由於界面1830R上無光學倍率，因此稜柱形特徵之輪廓可通常係線性的。對於如由圖18C中所展示之b或t所指定之顯示器裝置中任一者而言，稜柱形特徵係交替的。 對於一給定對稱光學表面而言，其等效菲涅耳表面具有具一恆定斜坡角之同心圓形特徵。藉由跨越各個圓形特徵提供斜坡角之一預定變化而賦予光學倍率。在本發明之一歪斜光學系統中，一自由形式光學表面可用於像差校正。用以在本文中所揭示之菲涅耳類型鏡片中實施一自由形式表面之一簡單方法係以預定週期沿著一圓上之方位方向週期性地調變斜坡角。圖19中繪示包含以上方法之一實施例。每一曲線表示在一特定半徑下之一菲涅耳稜鏡元件之一同心圓。在此實例中，斜坡角及輪廓量值隨圓半徑增大而增大。此類型之自由形式菲涅耳光學器件輔助使可由為緊湊性及美觀起見而形成的NED之輕微光對稱破缺引入之像差平衡。 轉至圖20A及圖20B，現在論述涉及「鬼」影像之減少之實施例。藉由背景技術，非期望「鬼」影像通常係由於在系統之眼箱中可見的離開鏡片元件之反射而產生於光學系統中。在圖20A及圖20B中所圖解說明之平坦光學鏡片及彎曲光學鏡片實施例中藉由使用「非遠心」發射顯示器元件2000A及2000B避免此等反射及由反射導致之鬼影像。2016年12月27日提出申請的標題為「Non-Telecentric Emissive Micro-Pixel Array Light Modulators and Methods of Fabrication Thereof」的美國專利申請案第15/391,583號中揭示了適合用於此等實施例中之非遠心顯示器元件之實例，該申請案之全部內容以引用方式併入本文中。 在本文中所揭示之非遠心實施例中，顯示器元件2000A及2000B中之每一者之各別像素配備有一相關聯像素級微光學元件(像素級微鏡片陣列或「PMLA」)陣列，該陣列經組態以使自每一像素發射之光準直以與一反射體光學孔徑匹配。每一像素元件經組態以藉助相關聯PMLA微光學元件將自像素發射之光朝向反射體光學孔徑引導。因此，自每一像素發射之個別光由PMLA在一唯一方向上方向性地調變以達成不同於非遠心顯示器元件2000之像素陣列之一預定非遠心像素光發射圖案。 在一項態樣中，像素級微光學元件之PMLA層安置於像素上方且用於相對於垂直於非遠心顯示器元件2000A或2000B之表面之一軸沿一預定各別方向而方向性地調變上自對應像素耦合至PMLA微光學元件上之光。 非遠心顯示器元件2000A或2000B可併入至一近眼光學系統之一平坦鏡片元件設計(如圖20A中所展示)或一彎曲鏡片元件設計(如圖20B中所展示)中。平坦鏡片元件設計可包括一平坦鏡片稜鏡總成2020A、嵌入式光束分裂表面2030A及反射表面2040A。彎曲鏡片元件設計可包括一彎曲稜鏡總成2020B、嵌入式光束分裂表面2030B及反射表面2040B。在此等實施例中，自每一像素發射之光實質上耦合至反射體光學孔徑，其中朝向鏡片觀看表面之光線散射係最少且朝向觀看眼箱之反射亦係最少，散射及反射可導致非期望鬼影像的。因此可藉助圖20A及圖20B中之配置減少「鬼」影像。 圖21圖解說明用於與一近眼顯示器系統搭配使用之一實例性非遠心顯示器元件2000C，其中構成PMLA 2000C-1之個別非遠心微光學元件經實現為折射光學元件(ROE)且用於以通常相對於非遠心顯示器元件2000C之表面偏斜之角度引導選定像素光輸出。 在圖21之實施例中，像素級折射非遠心微光學元件之方向調變係使用由連續低折射率介電材料層2000C-2及連續高折射率介電材料層2000C-3形成之偏心微鏡片而實現，該等介電材料層各自具有不同折射率。圖21係包含非遠心折射微光學元件之一陣列2000C-1之非遠心顯示器元件2000C之一示意性剖面圖。在此實施例中，像素級非遠心微光學元件之陣列2000C-1可使用已知半導體微影、蝕刻及沈積技術，利用多層半導體介電材料(諸如，低折射率層2000C-2之氧化矽及用於高折射率層2000C-3之氮化矽)在晶圓尺度下而被製作成單體。如圖21中所圖解說明，像素級微光學元件之陣列2000C-1係使用多個層實現；具有不同折射率之介電材料2000C-2及2000C-3經連續(依序)沈積以形成像素級微光學元件之折射表面，像素級微光學元件中每一者之折射微鏡片元件中心位置跨越陣列2000C-1而按需要漸進地變化以獲得所期望非遠心特性及影像投影方向。 圖22圖解說明一非遠心顯示器元件2000D之一實例，其中非遠心微光學元件之陣列2000D-1實現為歪斜折射光學元件(ROE)，亦跨越陣列2000D-1漸進地變化以獲得所期望非遠心特性及影像投影方向，且可用於以通常相對於非遠心顯示器元件2000D之表面偏斜之角度引導選定像素光輸出。在此實施例中且如最佳在圖22中所圖解說明，像素級折射非遠心微光學元件之方向調變係使用由連續介電材料層2000D-2及2000D-3形成之「歪斜」微鏡片實現，該等介電材料層各自具有不同折射率。 圖22係包含複數個歪斜折射微光學元件之非遠心顯示器元件2000D之一側視圖。在此實施例中，像素級非遠心微光學元件之陣列2000D-1可使用已知半導體微影、蝕刻及沈積技術，利用多層半導體介電材料(諸如，用於低折射率層2000D-2之氧化矽及用於高折射率層2000D-3之氮化矽)在晶圓尺度下而被製作成單體。如圖22中所圖解說明，陣列2000D-1可係使用多個介電材料層2000D-2及2000D-3實現，不同折射率之該等介電材料層經連續(依序)沈積以形成包含陣列2000D-1之像素級非遠心微光學元件之折射表面。 非遠心顯示器元件2000C及2000D可各自包含可由一UV可固化聚合物製作之折射或繞射微光學元件。非遠心顯示器元件2000C及2000D之繞射微光學元件可各自包含閃耀光柵或軌道光柵。非遠心顯示器元件中所使用之閃耀光柵可經組態，藉此至少部分地由閃耀光柵元件的一傾斜角、一節距或者一傾斜角及一節距兩者決定像素輸出之方向調變。 可在不背離本發明之精神及範疇之情況下由熟習此項技術者做出諸多更改及修改。因此，必須理解，所圖解說明實施例僅出於實例目的而陳述且不應將其視為限制由在主張此申請案之優先權之任何後續申請案之任何請求項界定之本發明。 舉例而言，儘管事實係可以一特定組合陳述此一請求項之元件，但必須特別理解本發明包括較少、較多或不同元件之其他組合，上文甚至在最初未在此等組合中主張時揭示了該等元件。 此說明書中所使用的用以闡述本發明及其各項實施例之詞語應理解為不僅係在通常所定義含義之意義上，而且此說明結構、材料或行為中包括超出通常所定義含義之特殊定義。因此，若在此說明書之內容脈絡中一元件可被理解為包括一種以上含義，則該元件在一後續請求項中之使用必須被理解為對由本說明書及詞語本身支援之所有可能含義係通用的。 因此，主張此申請案之優先權之任何後續申請案中之任何請求項之詞語或元件之定義應被定義為不僅包括經明確陳述之元件組合，而且包含用於以實質上相同方式執行實質上相同功能以獲得實質上相同結果之所有等效結構、材料或行為。因此，在此意義上，預計可做出兩個或更多個元件對下文之此等請求項中之元件中之任一者之一等效替代，或者可在此一請求項中以一單個元件替代兩個或更多個元件。 儘管上文可將元件闡述為以特定組合起作用且甚至隨後如此主張，但應特別理解在某些情形中來自一所主張組合之一或多個元件可自該組合去除 且此所主張組合可針對一子組合或一子組合之變化形式。 如由熟習此項技術者觀看到、現在已知或稍後進行的來自隨後所主張標的物之非實質改變特別被視為等效地在此申請專利範圍之範疇內。因此，現在或稍後為熟習此項技術者所知之明顯替代被定義為在所定義元件之範疇內。 因此，主張此申請案之優先權之任何後續申請案中之任何請求項被理解為包括上文明確圖解說明及闡述之內容、概念等效內容、可被明確替代內容且亦包括基本上併入本發明之基本觀點之內容。
1300‧‧‧固持總成/固持裝置/固持框架總成
1310L‧‧‧顯示器裝置
1310R‧‧‧顯示器裝置
1311L‧‧‧第一上部邊緣
1311R‧‧‧第一上部邊緣
1312L‧‧‧第二下部邊緣
1312R‧‧‧第二下部邊緣
1320L‧‧‧鏡片稜鏡總成
1320R‧‧‧鏡片稜鏡總成
1330L‧‧‧光束分裂表面
1330R‧‧‧光束分裂表面
1410R‧‧‧顯示器裝置
1420R‧‧‧鏡片稜鏡總成
1425R'‧‧‧上部部分
1425R''‧‧‧下部部分
1430R‧‧‧光束分裂元件接合界面/界面
1440R‧‧‧反射表面/反射元件
1450R‧‧‧眼睛瞳孔平面
1460R‧‧‧視線方向/線/視線
1510R‧‧‧顯示器裝置
1520R‧‧‧鏡片稜鏡總成/鏡片稜鏡系統
1560R‧‧‧視線
1610bR‧‧‧顯示器裝置
1610tR‧‧‧顯示器裝置
1615R’‧‧‧上部部分
1615R’’‧‧‧下部部分
1616R‧‧‧第一上部邊緣
1620R‧‧‧右眼光學器件總成/鏡片稜鏡總成
1630R‧‧‧界面/接合界面/嵌入式光束分裂元件界面
1640R‧‧‧反射元件
1650‧‧‧重疊
1710bR‧‧‧顯示器裝置
1710tR‧‧‧顯示器裝置
1720R‧‧‧右眼鏡片稜鏡總成/鏡片稜鏡總成
1830R‧‧‧嵌入式光束分裂元件界面/界面
1840R‧‧‧下部第二邊緣
1850bR‧‧‧重疊菲涅耳鏡
1850tR‧‧‧重疊菲涅耳鏡
2000A‧‧‧非遠心發射顯示器元件/顯示器元件
2000B‧‧‧非遠心發射顯示器元件/顯示器元件
2000C‧‧‧實例性非遠心顯示器元件/非遠心顯示器元件
2000C-1‧‧‧陣列
2000C-2‧‧‧連續低折射率介電材料層/低折射率層/介電材料
2000C-3‧‧‧連續高折射率介電材料層/高折射率層/介電材料
2000D‧‧‧非遠心顯示器元件
2000D-1‧‧‧陣列
2000D-2‧‧‧低折射率層/介電材料層
2000D-3‧‧‧高折射率層/介電材料層
2020A‧‧‧平坦鏡片稜鏡總成
2020B‧‧‧彎曲稜鏡總成
2030A‧‧‧嵌入式光束分裂表面
2030B‧‧‧嵌入式光束分裂表面
2040A‧‧‧反射表面
2040B‧‧‧反射表面
b‧‧‧顯示器裝置
D‧‧‧中心
DAGBE‧‧‧路徑
E‧‧‧中心
ec‧‧‧通道之眼睛間隙
ec’‧‧‧近眼顯示器之眼睛間隙
F‧‧‧橢圓光束佔用面積/光束佔用面積
t‧‧‧顯示器裝置
在附圖中，藉由實例方式而非藉由限制方式圖解說明本文中之實施例，其中相似元件符號指示類似元件。應注意，在本發明中提及「一」或「一項」實施例未必係指同一實施例，且其意指至少一項實施例。 在圖式中： 圖1係一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖2係另一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖3係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖4係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖5係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖6係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖7係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖8係又一先前技術透視近眼顯示器系統。 圖9係一先前技術FOV拼接近眼顯示器系統。 圖10係又一先前技術FOV拼接透視近眼顯示器系統。 圖11A展示一先前技術時間順序FOV拼接透視近眼顯示器系統中之一個路徑。 圖11B展示如圖11A中之同一近眼顯示器系統中之一不同路徑。 圖12係又一先前技術時間順序FOV拼接透視近眼顯示器系統。 圖13圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一透視近眼顯示器系統之一實例。 圖14圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一透視近眼顯示器系統之一右眼通道之一實例。 圖15圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一透視近眼顯示器系統之一右眼通道之一水平視野之一實例。 圖16A圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一右眼FOV拼接透視近眼顯示器系統之一實例。 圖16B圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一右眼FOV拼接透視近眼顯示器系統之一第二實例。 圖17圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例之一右眼FOV拼接透視近眼顯示器系統之一水平視野之一實例。 圖18A圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例的具有光學倍率之兩個重疊菲涅耳鏡之一實例。 圖18B圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例的具有光學倍率之空間多工菲涅耳鏡之一實例。 圖18C圖解說明用於闡釋根據本文中之一實施例的具有光學倍率之空間多工菲涅耳鏡之一實例。 圖19圖解說明用以闡釋根據本文中之一實施例的用以實施一自由形式光學表面的一菲涅耳鏡中之角度稜柱形小面元件之一實例。 圖20A圖解說明用於闡釋併入至根據本文中之一實施例的具有一平坦鏡片之一近眼光學系統中之一非遠心顯示器元件之一實例。 圖20B圖解說明用於闡釋併入至根據本文中之一實施例的具有一彎曲鏡片之一近眼光學系統中之一非遠心顯示器元件之一實例。 圖21圖解說明用於闡釋併入至一近眼光學系統中之一非遠心顯示器元件之一實例，根據本文中之一實施例該非遠心顯示器元件由折射光學元件構成。 圖22圖解說明用於闡釋併入至一近眼光學系統中之一非遠心顯示器元件之一實例，根據本文中之一實施例該非遠心顯示器元件由歪斜折射光學元件構成。
1300‧‧‧固持總成/固持裝置/固持框架總成
1310L‧‧‧顯示器裝置
1310R‧‧‧顯示器裝置
1311L‧‧‧第一上部邊緣
1311R‧‧‧第一上部邊緣
1312L‧‧‧第二下部邊緣
1312R‧‧‧第二下部邊緣
1320L‧‧‧鏡片稜鏡總成
1320R‧‧‧鏡片稜鏡總成
1330L‧‧‧光束分裂表面
1330R‧‧‧光束分裂表面

Claims (36)

  1. 一種近眼顯示器裝置，其包含： 一鏡片稜鏡總成，其包含一面向觀看者表面、一面向場景表面、一垂直尺寸、一水平尺寸及一鏡片厚度，其中該鏡片稜鏡總成包含沿著一水平界面接合在一起之一上部部分及一下部部分； 一光束分裂元件，其界定於該水平界面上； 兩個或更多個顯示器裝置，其等安置於該鏡片稜鏡總成之一第一邊緣上，每一顯示器裝置經組態以透過該鏡片厚度耦合一光學影像；及 一反射元件，其安置於該鏡片稜鏡總成之一第二邊緣上，其中該反射元件或該光束分裂元件包含經組態而以一預定交錯圖案透射單獨光學影像之複數個重疊稜柱形小面元件，且 其中該光束分裂元件經組態以透過該面向觀看者表面將該等經透射光學影像耦合至一使用者之一眼睛瞳孔。
  2. 如請求項1之近眼顯示器裝置，其中該反射元件及該光束分裂元件兩者皆包含經組態而以該預定交錯圖案透射該等單獨光學影像之複數個重疊稜柱形小面元件。
  3. 如請求項2之近眼顯示器裝置，其中該光束分裂元件之該等稜柱形小面元件係線性的且包括交替微稜柱形特徵。
  4. 如請求項1之近眼顯示器裝置，其中該等稜柱形小面元件中之每一者包括圓形同心微稜柱形特徵且其中心與該兩個或更多個顯示器裝置中之每一者之各別中心大致對準。
  5. 如請求項4之近眼顯示器裝置，其中與該等顯示器裝置中之一者相關聯之該等微稜柱形特徵被設置成一交替圖案。
  6. 如請求項1之近眼顯示器裝置，其中該近眼顯示器裝置之一眼箱係細長的且具有大於其垂直尺寸之一水平尺寸。
  7. 如請求項6之近眼顯示器裝置，其進一步包含： 一支撐框架，其將該近眼顯示器裝置安裝於該使用者之面部上；及 一眼鏡鏡片，其安裝於該支撐框架上，真實世界係透過該眼鏡鏡片而被觀看。
  8. 一種具有一細長眼箱且一水平尺寸大於其垂直尺寸之近眼顯示器裝置，該近眼顯示器裝置包含： 一支撐框架，其將該近眼顯示器裝置安裝於一使用者之面部上； 一眼鏡鏡片，其安裝於該支撐框架上，真實世界係透過該眼鏡鏡片而被觀看，該眼鏡鏡片包括一面向觀看者表面及一面向場景表面，其中該眼鏡鏡片係由在一共同界面表面處接合在一起之一頂部部分及一底部部分組成； 一影像顯示器裝置，其安置於該眼鏡鏡片之該頂部部分之一邊緣上或該眼鏡鏡片之該底部部分之一邊緣上，該影像顯示器裝置將光自該顯示器裝置投影至眼睛該使用者之該眼睛中。
  9. 如請求項8之近眼顯示器裝置，其中該共同界面表面之一主要區域塗佈有部分反射塗層。
  10. 如請求項9之近眼顯示器裝置，其中該部分反射塗層具有80％之一透射率及約20％之一反射率。
  11. 如請求項8之近眼顯示器裝置，其中若該影像顯示器裝置安置於該頂部部分之一頂部邊緣上，則一反射部分安置於該底部部分之一底部邊緣上，其中該反射部分具有一光學倍率以使來自影像顯示器裝置之光聚焦。
  12. 如請求項11之近眼顯示器裝置，其中該反射部分包含一弱環形表面。
  13. 如請求項11之近眼顯示器裝置，其中安置於該底部部分之該底部邊緣上之該反射部分沿著兩個正交方向具有一不同曲率半徑，且該眼鏡鏡片之該面向觀看者表面沿著兩個正交方向具有一不同曲率半徑。
  14. 如請求項11之近眼顯示器裝置，其中該影像顯示器裝置及該反射部分作為一群組圍繞一視線而針對一左眼及一右眼在相反方向上旋轉。
  15. 如請求項14之近眼顯示器裝置，其中若該影像顯示器裝置安置於該底部部分之一底部邊緣上，則一反射部分安置於該頂部部分之一頂部邊緣上，其中該反射部分具有一光學倍率以使來自該影像顯示器裝置之光聚焦。
  16. 如請求項15之近眼顯示器裝置，其中該反射部分包含一弱環形表面。
  17. 如請求項15之近眼顯示器裝置，其中安置於該頂部部分之該頂部邊緣上之該反射部分沿著兩個正交方向具有一不同曲率半徑，且該眼鏡鏡片之該面向觀看者表面沿著兩個正交方向具有一不同曲率半徑。
  18. 如請求項15之近眼顯示器裝置，其中該影像顯示器裝置及該反射部分作為一群組圍繞一視線而針對一左眼及一右眼在相反方向上旋轉。
  19. 一種具有一細長眼箱且一水平尺寸大於其垂直尺寸之近眼顯示器裝置，該近眼顯示器裝置包含： 一支撐框架，其將該近眼顯示器裝置安裝於一使用者之面部上； 一眼鏡鏡片，其安裝於該支撐框架上，真實世界係透過該眼鏡鏡片而被觀看，該眼鏡鏡片包括一面向觀看者表面及一面向場景表面；及 兩個或更多個影像顯示器裝置，其安置於該眼鏡鏡片之一上部邊緣處或該眼鏡鏡片之一下部邊緣處，每一影像顯示器裝置將光自該影像顯示器裝置投影至一使用者之一眼睛中。
  20. 如請求項19之近眼顯示器裝置，其中每一影像顯示器裝置覆蓋一視域區帶，且其中該等視域區帶經堆疊以達成一較大視域。
  21. 如請求項20之近眼顯示器裝置，其中該近眼顯示器裝置之一眼箱係由針對不同視域區帶起作用之散置微區帶組成。
  22. 如請求項21之近眼顯示器裝置，其中該等微區帶係以與該等微區帶中之一者之一大小相當之一週期散置。
  23. 如請求項21之近眼顯示器裝置，其中該等微區帶中之一者之一大小在20微米至150微米之間，且其中該眼箱係由針對該等影像顯示器裝置之散置微區帶以20微米至150微米之一節距組成。
  24. 如請求項19之近眼顯示器裝置，其中該眼鏡鏡片係由一頂部部分及一底部部分組成，該頂部部分與該底部部分在一共同界面表面處接合在一起。
  25. 如請求項24之近眼顯示器裝置，其中該上部邊緣包括於該眼鏡鏡片之該頂部部分中且該下部邊緣包括於該眼鏡鏡片之該底部部分中， 其中該兩個或更多個影像顯示器裝置安置於該頂部部分之該上部邊緣上，且 其中一反射部分安置於該底部部分之該下部邊緣上，該反射部分具有用以使來自該等影像顯示器裝置中之每一者之光聚焦之微特徵。
  26. 如請求項25之近眼顯示器裝置，其中該等微特徵將光自不同影像顯示器裝置朝向該近眼顯示器之該眼箱部分地透射及反射。
  27. 如請求項19之近眼顯示器裝置，其中該兩個或更多個影像顯示器裝置各自包含包括至少一個像素級微光學元件之一方向調變層，該至少一個像素級微光學元件經組態以相對於垂直於該顯示器元件之一表面之一軸將自一對應像素耦合至該像素級微光學元件上之一光方向性地調變至一各別方向。
  28. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件包含一折射微光學元件。
  29. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件包含一繞射微光學元件。
  30. 如請求項29之近眼顯示器裝置，其中該繞射微光學元件包含一閃耀光柵或一軌道光柵。
  31. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件之一方向調變係由一傾斜角或一節距決定。
  32. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件之一方向調變係由一傾斜角及一節距決定。
  33. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件之一方向調變係由一閃耀光柵元件決定。
  34. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件包含一或多種半導體介電材料。
  35. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該像素級微光學元件包含氧化矽或氮化矽之多個介電層。
  36. 如請求項27之近眼顯示器裝置，其中該方向調變層包含一UV可固化聚合物。
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