TWI871845B - 對擴增實境顯示單元及包含其的擴增實境頭戴式裝置的改進或與其相關的改進 - Google Patents

Abstract

一種用於使用在擴增實境頭戴式裝置或類似者中的擴增實境顯示單元，該擴增實境顯示單元包含在光軸(O)上相互光學對準的前與後可變聚焦功率壓縮液體透鏡組合件(220、230)、插入在前與後液體透鏡組合件(220、230)之間的透明波導顯示器(240)、和用於以相互反向方式同時地調整前與後壓縮液體透鏡組合件(220、230)之聚焦功率的選擇性可操作調整機構；其中前與後壓縮液體透鏡組合件（220、230）之各者隨著其絕對聚焦功率增加而儲存彈性位能，並隨著其絕對聚焦功率減少而釋放彈性位能；及其中調整機構經配置以將前與後壓縮液體透鏡組合件耦合在一起，使得由壓縮液體透鏡組合件中之一者隨其絕對聚焦功率減少而釋放的彈性位能輔助驅動調整機構，以增加另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率。

Description

對擴增實境顯示單元及包含其的擴增實境頭戴式裝置的改進或與其相關的改進

本發明有關包含前與後可變聚焦功率（focusing power）透鏡與一內插透明波導顯示器的該類擴增實境顯示單元。本發明特指包含兩個可變聚焦功率可壓縮液體透鏡的擴增實境顯示單元。本發明也包括一種包含按照本發明之至少一個擴增實境顯示模組的擴增實境頭戴式裝置。

WO 99/061940 A1揭露一種壓縮型可變聚焦功率液體透鏡，該透鏡中具有相對壁（由透明壁部件及可擴張薄膜形成）的封閉腔室充滿透明的液體，且提供有構件用於改變透明壁部件與可擴張薄膜之間的間隔以變化該腔室中透明液體的壓力。定焦剛性透鏡被安排在該腔室外部，鄰接該透明壁部件。

WO2015/081313 A2揭露用於向使用者呈現虛擬實境與擴增實境體驗的配置方式。該系統可包含影像生成來源、光調制器、基板，該影像生成來源用以在時間循序方式中提供一或更多個影像資料框，該光調制器經配置以發送關聯於該一或更多個影像資料框的光，該基板用以將影像資訊導向至使用者的眼睛，其中該基板包含有複數個反射器，該複數個反射器中之第一反射器用以將關聯於第一影像資料框的經發送光與該使用者的眼睛成第一角度反射，及第二反射器用以將關聯於第二影像資料框的經發送光與該使用者的眼睛成第二角度反射。

同時WO2017/112958 A1揭露一種視網膜光掃描引擎（RLSE），用以將對應於影像的光寫入到使用者的視網膜上。該視網膜光掃描引擎的光源於任何單一、離散的時刻在視網膜上形成單一光點。為了形成完整的影像，RLSE利用一圖案來掃描或寫入到視網膜上，以在一時間區段上對對應於該影像的數百萬計的此種點提供光。RLSE藉由同時控制不同光源的功率與光學掃描器的移動，來改變由該圖案畫出之點的密度與顏色，以按照該圖案在視網膜上顯示所欲的內容。此外，該圖案可經最佳化以用於在視網膜上寫入影像。另外，可利用多個圖案來增加或改善顯示器的視野。

US 2013/0300635 A1揭露一種方法、設備及電腦程式產品，用於促進對經顯示資訊進行焦點校正。在方法的上下文中，決定使用者的焦距。該方法也可決定基於該焦距針對該顯示器的一或更多個動態焦點光學組件決定至少一個焦點設定。該方法也可致使基於該至少一個焦點設定來配置該一或更多個動態焦點光學組件，以在顯示器上呈現資料的表示方式。該等動態焦點光學組件能利用諸如流體學、光電學之技術，或任何其他動態聚焦技術。例如，基於流體學的動態焦點組件可包括的聚焦元件，其焦點設定或焦點能藉由該等聚焦元件的流體學注入或縮小來改變。

可調整透鏡的一個應用在抬頭顯示器（HUD）及頭盔安裝顯示器的領域中，如在（例如）EP 3091740 A1中所揭露者，其中一種雙目顯示裝置包含兩個目鏡組合件，該等兩個目鏡組合件將由一使用者同時穿戴，每個眼睛處具有一個相應的目鏡組合件，各目鏡組合件包含具有正的光學強度的外光學部件及具有負的光學強度的內光學部件，該外光學部件經安排以接收來自外部場景的外部光並用於將結果導向至該裝置的透明波導顯示部件，該波導顯示部件經安排以用於輸出大致準直的顯示光，該內光學部件經安排以接收外部光及來自該波導顯示部件之大致準直的顯示光兩者，且用於在所接收顯示光上加諸發散性，來產生一個對各目鏡組合件而言大致共用的虛擬焦點，並將結果輸出以供顯示，因此，在使用中，當經由該雙目顯示裝置觀看時，由該顯示光傳達的影像被當作三維影像疊加在外部場景上。該裝置包含控制器單元，其經配置以控制兩個發散透鏡的光學強度，使得該虛擬焦點維持對各目鏡組合件而言大致共用，並使得該虛擬焦點在位置上可以改變。

US 2017/0293145 A1揭露包括一對可變焦透鏡元件的一種擴增實境顯示系統，該對可變焦透鏡元件夾著波導堆疊。該等透鏡元件之一者經定位在該波導堆疊與使用者的眼睛之間，以校正從該波導堆疊投射到眼睛之聚焦光中的折射誤差。該等透鏡元件也可經配置以提供適當光功率以在所欲深度平面上置放經顯示虛擬內容。另一透鏡元件在周圍環境與該波導堆疊之間，且經配置以提供光功率來補償通過在最接近眼睛之透鏡元件中的波導堆疊傳輸周圍光之中的像差。此外，眼部追蹤系統監測使用者眼睛的輻輳（vergence）並自動地且持續地基於經決定的該等眼睛的型式來調整該對透鏡元件的光功率。在一些實施例中，該等可變焦透鏡元件可為可調適光學元件。在一些實施例中，該等可調適光學元件可包含諸如動態透鏡之透射光學元件（例如，液晶透鏡、電活性透鏡、具有移動元件的習用折射透鏡、基於機械形變的透鏡、電潤濕透鏡、彈性透鏡、或具有不同折射係數的複數種流體）。

針對包含兩個或更多個可變聚焦功率透鏡與內插波導顯示器之擴增實境顯示單元的重要考量包括有該單元的大小與重量，及其用於操作該等可變聚焦功率透鏡的功耗。

本發明的目的是減少用於擴增實境顯示單元的功率需求，該擴增實境顯示單元包含兩個或更多個壓縮型可變聚焦功率液體透鏡及內插的波導顯示器。

本發明的另一目的是減少擴增實境顯示單元的大小及/或重量，該擴增實境顯示單元包含兩個或更多個壓縮型可變聚焦功率液體透鏡及內插的波導顯示器。

按照本發明的第一態樣，因此，提供有一種用於使用在擴增實境頭戴式裝置或類似者中的擴增實境顯示單元，該擴增實境顯示單元包含在光軸上相互光學對準的前與後可變聚焦功率壓縮液體透鏡組合件、插入在該等前與後液體透鏡組合件之間的透明波導顯示器、及用於以相互反向（mutually inverse）方式同時地調整該等前與後壓縮液體透鏡組合件之聚焦功率的選擇性可操作調整機構。該等前與後壓縮液體透鏡組合件之各者經配置以隨其絕對聚焦功率增加而儲存彈性位能，並隨其絕對聚焦功率減少而釋放彈性位能。有利地，該調整機構經配置以鏈接該等前與後壓縮液體透鏡組合件的致動，使得由該等壓縮液體透鏡組合件中之一者隨其絕對聚焦功率減少而釋放的彈性位能輔助驅動該調整機構，以增加另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率。

本文中所謂的擴增實境顯示單元之「光軸」指的是通過該擴增實境顯示單元的直線，其在光線的方向中沒有導入淨偏差（net deviation），即沒有淨稜鏡（net prism）。一般而言，該擴增實境顯示單元將經配置使得在使用中使用者將沿著該光軸通過該擴增實境顯示單元朝前直視。該等前與後可變聚焦功率壓縮液體透鏡組合件之各者定義其自身的透鏡光軸，該透鏡光軸在各情況中是通過該透鏡組合件的直線，其在光線的方向中沒有導入淨偏差。如以下將更詳細說明的，在一些實施例中，該擴增實境顯示單元的光軸可不同於該等前與後透鏡組合件的透鏡光軸。如在典型的一副校正眼鏡或其他具有透鏡的眼鏡中，該擴增實境顯示單元的光軸可典型地經偏心定位，比起該顯示單元的第二鏡腳區域（其在使用中經定位與使用者的鏡腳並排）而言較靠近該顯示單元的第一鼻子區域（其在使用中經定位與使用者的鼻子並排）。

因此，在沒有摩擦力的情況下，用於致動該等前與後透鏡組合件的單一調整機構，可比用於個別地正向致動該等透鏡組合件之一者的等效單一調整機構需要較少的功。對一階的情況（且在沒有摩擦力下），按照本發明經鏈接的一對液體透鏡組合件的準靜態致動，將需要的功大約為致動個別的液體透鏡組合件所需的一半。

適當地，該等前與後壓縮液體透鏡組合件之各者可包含流體填充的外殼，該外殼具有由可擴張彈性薄膜形成的第一壁、第二大致剛性壁、及可折疊側壁，該可擴張彈性薄膜被薄膜固持結構圍繞其邊緣維持在張力下，該第二大致剛性壁由具有固定聚焦功率的透明板或硬透鏡的內表面形成或經支撐在該透明板或硬透鏡的該內表面上。該薄膜可形成具有可變光功率的光學表面。該調整機構可經安排以將該薄膜的邊緣在平行於該光軸的方向中朝向該第二壁或遠離該第二壁移位，用於改變該外殼內的流體壓力，藉而致使該薄膜在平行於該光軸的方向中擴張或收縮以改變該薄膜之該光學表面的聚焦功率。該等前與後壓縮液體透鏡組合件的各者定義位於該薄膜具最大擴張度的點處的光學中心，該光學中心位於該透鏡組合件的光軸上，如上所述，該透鏡組合件的光軸可相同或不同於該擴增實境顯示單元之整體的光軸。

適當地，該薄膜固持結構可包含周圍支撐環。

在一些實施例中，該支撐環可為圓形的。適當地，該支撐環可為剛性的。

替代地，該支撐環可為非圓形的。

在一些實施例中，特別是當該支撐環非圓形時，該支撐環可為彈性可彎折的。

適當地，該調整機構可經安排以將該薄膜之邊緣的一或更多個區域（例如被該支撐環固持之處）在平行於該光軸的方向中朝向該第二壁或遠離該第二壁移位。在該薄膜固持結構包含可彎折支撐環之情況，此可致使該支撐環的彎折。尤其，該支撐環可在大致平行於該光軸的方向中彎折。更特定地，該支撐環可在一平面中彎折，該平面大致平行於該光軸且大致平行於對該支撐環之彎折點處的切線。

在一些實施例中，該薄膜的邊緣可經維持（例如藉由該支撐環）於一或更多樞點處離該第二壁為一固定距離。該薄膜的邊緣在該等樞點之間為可撓的。例如，該支撐環在該等樞點之間為可彎折的。

在一些實施例中，該致動機構於一或更多致動點處接合該薄膜固持結構（例如該支撐環），使得該致動機構的操作導致該薄膜固持結構於該一或更多致動點處大致平行於該光軸地朝向該第二壁或遠離該第二壁的區域性移位。

適當地，該調整機構可包含可往復移動的部件，其經操作連接至該等前與後壓縮液體透鏡組合件的該薄膜固持結構（例如支撐環）以供在大致平行於該光軸的方向中且以相互反向的方式同時地將該等薄膜固持結構朝向或遠離其個別的第二壁移位，使得當該等壓縮液體透鏡組合件之一者的絕對聚焦功率增加時，另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率減少，反之亦然。

例如，在一些實施例中，該調整機構可包含可往復移動的凸輪板，該凸輪板具有一或更多個第一凸輪表面與一或更多個第二凸輪表面，該一或更多個第一凸輪表面經安排以接合位於該前壓縮液體透鏡組合件之該薄膜固持結構（例如支撐環）上的一或更多個致動點處的一或更多個個別的凸輪從動器構件，該一或更多個第二凸輪表面經安排以接合位於該後壓縮液體透鏡組合件之該薄膜固持結構（例如支撐環）上的一或更多個致動點處的一或更多個個別的凸輪從動器構件。一或更多個第一凸輪表面與一或更多個第二凸輪表面可經配置，使得該凸輪板的移動導致該等前與後壓縮液體透鏡組合件的該等薄膜固持結構於其個別的致動點處以相互反向方式在大致平行於該光軸之方向中朝向或遠離其個別的第二壁同時的移位。以此方式，隨著該等壓縮液體透鏡組合件中之一者的絕對聚焦功率增加而另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率可減少，反之亦然。

適當地，該可往復移動的部件可包含具有第一與第二相對端的軸環，該軸環經整體地或局部地安排為圍繞該波導顯示器。該軸環可經安排用於在該等前與後液體壓縮透鏡組合件之間在大致平行於該光軸之方向中的往復移動。該軸環的第一端（或連接至其的一部件）可經安排以接合該前壓縮液體透鏡組合件的薄膜固持結構（例如支撐環）。同時，該軸環的第二端（或連接至其的一部件）可經安排以接合該後壓縮液體透鏡組合件的薄膜固持結構（例如支撐環）。

在一些實施例中，該等前與後壓縮液體透鏡組合件可經安排以讓其個別的薄膜與薄膜固持結構（例如支撐環）面向該軸環。

適當地，該軸環可經形成為具有至少一個開孔，在該等前與後壓縮液體透鏡組合件之間該軸環的全部位置處該至少一個孔洞維持與該波導顯示器對準。

在一些實施例中，該前壓縮液體透鏡的該第二壁可由具有光學外表面的硬透鏡或板形成或經支撐在該硬透鏡或板上，該光學外表面具有的聚焦功率在約-1.0到約0屈光度的範圍中，適當地為0或-0.5屈光度。該前壓縮液體透鏡之該薄膜的該光學表面具有基準聚焦功率為約0到1.0屈光度，適當地為0或0.5屈光度，且該基準聚焦功率可調整在約1.0到3.0屈光度之範圍中的量，適當地為2.0或2.5屈光度。在一些實施例中，該前壓縮液體透鏡的該硬透鏡或板可經形成在基準曲線上，且該前壓縮液體透鏡之該薄膜的該基準聚焦功率應當相應地調整。

類似地，該後壓縮液體透鏡的該第二壁可由具有光學外表面的硬透鏡形成或經支撐在該硬透鏡上，該光學外表面具有的聚焦功率在約-1.0到約-3.0屈光度的範圍中，適當地為-2.0或-2.5屈光度。適當地，該後壓縮液體透鏡之該薄膜的該光學表面具有基準聚焦功率為約0到1.0屈光度，適當地為0或0.5屈光度，且該基準聚焦功率可調整在約1.0到3.0屈光度之範圍中的量，適當地為2.0或2.5屈光度。在一些實施例中，該後壓縮液體透鏡之硬透鏡的光學外表面可具有負的聚焦功率，該負的聚焦功率具有的絕對值大於該後液體透鏡之薄膜的正聚焦功率的絕對值，使得該擴增實境顯示單元總是具有恆定淨負聚焦功率以校正使用者的折射誤差。因此，在一些實施例中，該後壓縮透鏡之硬透鏡的光學外表面可具有高達約-9.0屈光度的聚焦功率；更典型地高達約-6.0屈光度。

據此，在一些實施例中，在調整該後壓縮液體透鏡期間該擴增顯示單元的淨聚焦功率可維持大致零。同時，在一些實施例中，在調整該後壓縮液體透鏡期間，該擴增顯示單元的淨聚焦功率可維持非零且大致恆定。

在一些實施例中，該前壓縮液體透鏡的第二壁可由透明板或硬透鏡形成或經支撐在該透明板或硬透鏡上，該透明板或硬透鏡相對於該擴增實境顯示單元之光軸成第一角度傾斜。該透明板或硬透鏡的此種傾斜可對穿過其中的光線導入第一稜鏡量。該後壓縮液體透鏡的第二壁可類似地由在對該光軸成第二角度傾斜的透明板或硬透鏡形成或支撐該透明板或硬透鏡上，藉而對穿過其中的光線導入第二稜鏡量。該等第一及第二稜鏡量可為相互大致相等及相反的。

因此在本發明之第二態樣中，提供有一種用於使用在擴增實境頭戴式裝置或類似者中的擴增實境顯示單元，包含在光軸上相互光學對準的前與後可變聚焦功率壓縮液體透鏡組合件、插入在該等前與後液體透鏡組合件之間的透明波導顯示器、及用於調整該等前與後壓縮液體透鏡組合件之聚焦功率的選擇性可操作調整機構。該等前與後壓縮液體透鏡組合件之各者可包含流體填充的外殼，該外殼具有由可擴張彈性薄膜形成的第一壁、第二大致剛性壁、及可折疊側壁，該可擴張彈性薄膜被周圍薄膜固持結構圍繞其邊緣維持在張力下，該第二大致剛性壁由具有固定聚焦功率的透明板或硬透鏡的表面形成或經支撐在該透明板或該硬透鏡的該表面上。在該等前與後壓縮液體透鏡組合件之各者中，該薄膜可形成具有可變光功率的光學表面。該調整機構可經安排以將該薄膜固持結構平行於該光軸朝向該第二壁或遠離該第二壁移位以改變該外殼內的流體壓力，藉而致使該薄膜在平行於該光軸的方向中擴張或收縮以調整該薄膜之該光學表面的聚焦功率。該前壓縮液體透鏡的第二壁可由對該光軸成第一角度傾斜的透明板或硬透鏡形成或經支撐在該透明板或硬透鏡上，以對穿過其中的光線導入第一稜鏡量。該後壓縮液體透鏡的第二壁可由對該光軸成第二角度傾斜的透明板或硬透鏡形成或經支撐在該透明板或硬透鏡上，以對穿過其中的光線導入第二稜鏡量。該等第一及第二稜鏡量適當地為相互大致相等及相反的。

如上所述，該擴增實境顯示單元的光軸是使用者通過該擴增實境顯示單元朝前直視所在的軸。適當地，該擴增實境顯示單元的光軸可經設置在該等薄膜之各者上的一偏心位置中，即比起該薄膜之邊緣的其他區域而言較靠近該薄膜之邊緣的一個區域。舉例來說，為了視野之考量，該光軸典型可經設置為比起該薄膜之邊緣的鏡腳區域（其經安排為在使用中位於並排使用者之鏡腳處）而言，較靠近該薄膜之邊緣的鼻子區域（其經安排為在使用中位於並排使用者之鼻子處）。

進一步，該等前與後壓縮液體透鏡組合件之各者具有位於該薄膜具最大擴張度的點處的光學中心，該光學中心位於該透鏡組合件的透鏡光軸上。如上所提及，該透鏡光軸是穿過該透鏡組合件的直線，其在光線的方向中沒有導入淨偏差，且如上所述，其可相同或不同於該擴增實境顯示單元之整體的光軸。

在一些實施例中，該前壓縮液體透鏡組合件可經配置使得其薄膜在其最少擴張形態中所具有遠離其第二壁的曲率大於該第二壁的曲率。同時，該後壓縮液體透鏡組合件可經配置使得其薄膜在其最少擴張形態中所具有遠離其個別的第二壁的曲率小於該第二壁的曲率。有利地，該前壓縮液體透鏡組合件的該透明板或硬透鏡可朝向其相關聯薄膜的第一邊緣區域傾斜。在比起薄膜之邊緣的其他區域而言該擴增實境顯示單元之光軸所在較接近該薄膜之第一邊緣區域的情況中，此具有的效果是將前透鏡組合件之光學中心遠離該顯示單元的光軸朝向薄膜的中心移位，藉而導入第一稜鏡量。同時，該後壓縮液體透鏡組合件的硬透鏡可遠離其相關聯薄膜的第二邊緣區域傾斜。此具有的效果是將後透鏡組合件之光學中心遠離該顯示單元的光軸朝向薄膜的中心移位，藉而導入第二稜鏡量。該等前與後壓縮液體透鏡組合件之薄膜的第一及第二邊緣區域可相互對準。該等第一及第二稜鏡度適當地為相等且相反的，使得在該光軸上行進的光線的方向中沒有（或極少的）淨變化。

此種安排有利地允許前液體透鏡組合件的硬透鏡或板被移動較靠近其相關聯薄膜（至少並排該第一邊緣區域），以減少前液體透鏡組合件的厚度。類似地，該安排可允許後液體透鏡組合件的硬透鏡移動較接近其相關聯薄膜，藉而減少該後液體透鏡組合件的厚度。在該等前與後透鏡組合件兩者中，傾斜硬透鏡或板允許透鏡組合件的光學中心被移動到（或較接近）該薄膜的幾何中心。在一些實施例中，該等前與後透鏡組合件經成形使得各薄膜定義兩個相互正交的軸，該等兩軸經定向為大致正交於該光軸；亦即第一長軸及第二短軸，其中長軸比短軸長。典型地該透鏡組合件可經配置使得在使用中長軸大致水平地延伸，同時短軸大致垂直地延伸，儘管將理解此依該透鏡組合件定義的眼睛形狀而定。

因此，在前壓縮液體透鏡組合件經如上述地配置而使得其薄膜在其最少擴張形態中遠離其第二壁的曲率大於第二壁的曲率的情況中，此種安排允許該薄膜在長軸的相反端處該薄膜之邊緣的區域中在平行於該光軸的方向中經壓縮大致相同的量，此轉而允許前透鏡組合件被製作成在該光軸上盡可能地薄，因為該前透鏡組合件於此長軸之兩端處獲得最小空隙條件。

進一步，在後壓縮液體透鏡組合件經如上述地配置而使得其薄膜在其最少擴張形態中遠離其第二壁的曲率大於第二壁的曲率的情況中，此種安排允許該薄膜在長軸的相反端處該薄膜之邊緣的區域中在該光軸上經擴展大致相同的量，此轉而允許後透鏡組合件被製作成在該光軸上盡可能地薄。因為該前透鏡組合件的最小空隙條件乃獲得於該長軸在其兩個相對端之間的中心處。將理解到此考量以及前面段落的考量有關球形薄膜形狀，但類似的考量適用於橢圓形（球柱面）表面。

在該等第一及第二稜鏡量適當地為相互大致相等且相反，使得對穿過前與後透鏡組合件之兩者的光線導入的淨稜鏡為零或幾乎是零的同時，將理解到由波導顯示器部件發射的光僅通過該後透鏡組合件。適當地，因此，該波導顯示器可經配置以藉等於該第一稜鏡量的一稜鏡量來輸出光。

如同本發明之第一態樣的擴增實境顯示單元，按照第二態樣之擴增實境顯示單元的薄膜固持結構也可包含薄膜支撐環，例如可彎折的支撐環。更通常地，相關於本發明之第一或第二態樣中任一者所述的擴增實境顯示單元之特徵適用於兩種態樣，且應被理解為此，除非有另外相反指示。

本發明的另一態樣中提供有一種用於使用者的擴增實境頭戴式裝置，其包含至少一個按照本發明之第一及/或第二態樣的擴增實境顯示單元及至少一個投影器。該擴增實境顯示單元可經安排在頭戴式裝置上或頭戴式裝置中，使得當頭戴式裝置被穿戴時該擴增實境顯示單元經定位在使用者眼睛的前方。投影器具有輸出，該輸出可經耦合至該波導顯示器。

適當地，該擴增實境頭戴式裝置可包含按照本發明之第一及/或第二態樣的兩個擴增實境顯示單元。適當地，該等擴增實境顯示單元之各者可經定位在頭戴式裝置中或頭戴式裝置上，使得當頭戴式裝置被穿戴時該等擴增實境顯示單元之各者經定位在該使用者之相應眼睛的前方。

擴增實境顯示單元的背景說明

第1A～1D圖包含擴增實境顯示單元10的一系列示意表示圖，該擴增實境顯示單元包含前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件20、後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件30及經安排在前與後可壓縮液體透鏡組合件20、30中間的透明波導顯示器40。

前可壓縮液體透鏡組合件20包含平凸硬後透鏡22，其具有平的後光學表面23及凸的前表面24。後透鏡22的前表面24形成流體填充的外殼25的後壁，該外殼具有由光學透明之可擴張薄膜26形成的前壁，該可擴張薄膜26由當作薄膜固持結構的周圍支撐環21圍繞其邊緣維持在張力下。該外殼進一步包含在該周圍支撐環與後透鏡22之前表面24之間延伸的可折疊側壁27（最佳地顯示在第1C及1D圖中），且該外殼填充有光學透明的折射流體，該折射流體具有的折射係數相同或接近於後透鏡22的折射係數。

前可壓縮液體透鏡組合件20因此形成整體的、可變聚焦功率透鏡，其具有由可擴張薄膜26提供的前光學表面和由後透鏡22之後表面23提供的後光學表面。前可壓縮液體透鏡組合件20的聚焦功率由後透鏡22之後表面23的聚焦功率（在此例中為零因為其後表面23是平的）和薄膜26的聚焦功率（可變的）決定。本例中，薄膜26之聚焦功率在0與+2.5屈光度之間可變，使得前可壓縮液體透鏡組合件也具有0到+2.5屈光度之範圍中的可變聚焦功率，但給定此範圍完全為了例示之目的，在其他實例中此範圍可能更廣或更窄。

適當的調整機構（未圖示）經提供以用於移位該周圍支撐環，該周圍支撐環圍繞薄膜26的邊緣維持該薄膜朝向後透鏡22的前表面24。可折疊側壁27允許該支撐環朝向後透鏡22的移動以增加外殼25內折射流體的壓力，藉而致使薄膜26朝前擴張，增加薄膜26的聚焦功率。薄膜26在第1A圖中經顯示在其最大擴張狀態中。

藉在其最大擴張狀態中的薄膜26與外殼25中增加的流體壓力，前可壓縮液體透鏡組合件20存在於相對高位能之狀態中。操作調整機構來致使或允許支撐環遠離後透鏡22之前表面24朝前移動減少了外殼25內的流體的壓力，並允許薄膜26鬆弛而成為較不擴張（如第1B～1D圖中所示，其中薄膜26的聚焦功率逐漸減少）。隨著薄膜26變得較不擴張而外殼25內的流體壓力減少，前可壓縮液體透鏡組合件20釋放位能。第1D圖中，薄膜26經顯示在較不擴張狀態中（其中其幾乎是平的），使得前可壓縮液體透鏡組合件20具有小的正聚焦功率為（例如）約+0.5屈光度。在其最小擴張狀態中，前可壓縮液體透鏡組合件20在相對低位能狀態中。

後可壓縮液體透鏡組合件30的結構方式類似前可壓縮液體透鏡組合件20的結構方式，其中後透鏡組合件30包含硬後透鏡32、預先張緊的光學透明可擴張薄膜36及可折疊側壁37。薄膜36及可折疊側壁37形成具有後透鏡32之凸前表面34的流體填充的外殼35。類似前透鏡組合件20，後透鏡組合件30的外殼35填充有折射流體，其具有的折射係數相同或大致相同於後透鏡32的折射係數。

如第1A～1D圖中所示，透明波導顯示器40耦合至投影器，如以下更詳細說明。

不像前透鏡組合件20的後透鏡22，後透鏡組合件30的後透鏡32具有凹後表面33，其具有負的聚焦功率。在本例中，後表面33具有的聚焦功率為-2.5屈光度。類似前透鏡組合件20，後透鏡組合件的薄膜36被周圍支撐環31圍繞其邊緣維持，該周圍支撐環能由調整機構朝向及遠離後透鏡32移位來改變薄膜36的聚焦功率。後透鏡組合件30的薄膜36在其最小擴張狀態中（如第1A圖中所示）具有零聚焦功率，因為其大致是平坦的，而薄膜36在其最大擴張狀態中具有的光功率為約+2.5屈光度。因此，類似於前透鏡組合件20，後透鏡組合件30也形成整體的可變聚焦功率透鏡，其具有的淨聚焦功率由薄膜36之可變聚焦功率和後透鏡32之後表面33之固定聚焦功率決定。後透鏡組合件30的聚焦功率因此可在-2.5到零屈光度之範圍中調整，但再次說明在其他實例中此範圍可依照後透鏡組合件30之配置方式而定地更廣或更窄，且類似地後透鏡32之後表面33的聚焦功率可改變。

然而，如從以下將顯見的，後透鏡組合件30應當能夠在負屈光度的一範圍（包括零）上調整，同時前透鏡組合件20應當能夠在正屈光度的一共軛範圍（包括零）上調整。

如上所提及，透明波導顯示器40經耦合至投影器（未圖示）以用於接收傳達將向使用者顯示之影像的光。該光沿著波導傳輸並以虛擬及擴增實境顯示裝置領域之技術人員已知的方式發射成朝向該使用者的眼睛（在第1A～1D圖以字母E表示）導向的準直光。由於波導顯示器40發射的光經過準直，由該光傳達的影像將被使用者感知為在無限遠處。為了創造比無限遠接近的影像平面處的虛擬影像，後透鏡組合件30的聚焦功率可經調整至負的屈光度。後透鏡組合件30的（負的）功率越大，該虛擬影像將顯得離使用者越近。第1A～1D圖顯示隨著後透鏡組合件30之聚焦功率從約-2.5屈光度增加到約-0.5屈光度（藉由漸進地增加薄膜36的曲率）在離使用者漸進變大之距離處之影像平面中的蜜蜂（由字母V表示）的虛擬影像。

為了使用者對他或她的視野中之真實物體（例如像是第1A～1D圖中以字母R表示的毛地黃）的視覺不受後透鏡組合件30之聚焦功率影響，前透鏡組合件20的聚焦功率經以反向方式調整。隨著使後透鏡組合件30的聚焦功率負的更多，讓前透鏡組合件30的聚焦功率更正向到相等（或大致相等）且相反的程度。因此，第1A圖中，後透鏡組合件30具有約-2.5屈光度的淨聚焦功率而前透鏡組合件20具有約+2.5屈光度的淨聚焦功率，薄膜26如上述地在其最大擴張狀態中。同時，當後透鏡組合件30的淨聚焦功率減少時（例如第1D圖中顯示的約-0.5屈光度），前透鏡組合件20的淨聚焦功率維持大致相等且相反（例如約+0.5屈光度），其中薄膜26在較少擴張狀態中。以此方式，虛擬蜜蜂V的影像平面或者從波導顯示器40發射之光所傳達的其他影像能如所欲地調整，同時使用者繼續感知到真實的毛地黃R（還有他或她的視野中任何其他真實物體）在其實際距離處。

調整機構經配置用於以反向方式對前與後透鏡組合件20、30的同時操作，使得無論後透鏡組合件30的聚焦功率如何，前與後透鏡組合件20、30的聚焦功率維持大致相等且相反的。這在第1A～1D圖中顯示之種類的兩個擴增實境顯示單元被用以雙目方式形成立體影像時尤其有用，在立體影像中虛擬物體經顯示為具有一視差程度，該視差程度對應於離使用者之虛擬距離。為了避免聚散調節衝突（VAC），能利用兩個擴增實境顯示單元操控虛擬物體的影像平面以重合該虛擬物體的視差程度，使得使用者接近並適應相同影像平面。

實例1 ：擴增實境顯示單元

第2～4圖顯示按照本發明之第一實施例的擴增實境顯示單元100。廣泛言之，擴增實境顯示單元100具有類似於以上參照第1A～1D圖所述的擴增實境顯示單元的安排，其中包括前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件120、後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件130、及中間的透明波導顯示器140。

與第1A～1D圖之擴增實境顯示單元的一點不同（從對第4圖之檢視可立即顯見）是在本實施例中的擴增實境顯示單元100中，前可壓縮液體透鏡組合件120以與第1A～1D圖之前可壓縮液體透鏡組合件20相反的方向安排，其具有的可擴張薄膜126設置在光學透明的硬前板122後方，使得薄膜126面朝透明波導顯示器140，而在第1A～1D圖中，薄膜26經設置在硬後透鏡22前方且面朝透明波導顯示器40的反方向。然而，前（或後）可壓縮液體透鏡組合件120（或130）的定向不是本發明的必要特徵，而本領域之技術人員將能輕易調適擴增實境顯示單元100之組件及其安排方式，來按照顯示單元100的最終用途如期望地定向前與後可壓縮液體透鏡組合件120、130。重要的是前與後可壓縮液體透鏡組合件120、130應當做共軛可變聚焦功率透鏡來操作，如以上關聯於第1A～1D圖以及以下將更詳細說明的。

如在第4圖中最佳地顯示的，因此，擴增實境顯示單元100包含圓形、光學透明的硬前板122，其分別具有平面的後與前表面123、124，使得硬前板122大致不具本質的聚焦功率，儘管在其他實施例中，硬前板122可由具有高達約+4.0屈光度（典型為高達約+1.0屈光度或+2.0屈光度）之固定聚焦功率的硬前透鏡替代。前板122的後表面123形成流體填充的外殼125的硬前壁，該外殼填充有明顯不可壓縮、光學透明的折射流體128。

具環形截面的可折疊側壁127圍繞外殼125沿圓周延伸（如第4圖中表示）且黏合於前板122的後面123或朝向前板122的後面123的前端。可折疊側壁127也黏合於圓形可擴張薄膜126之前表面或朝向該前表面的後端，圍繞薄膜126的周圍。薄膜126的後表面經黏合至振盪圓柱形軸環150的環形前端152，該軸環自前可壓縮液體透鏡組合件120朝後延伸。薄膜126因此被夾在可折疊側壁127與圓柱形軸環150之間且被預先張緊到具有至少180 N/m的線張力（如WO 2017/055787 A2中所述，該文件內容在此藉引用方式併入本文）。

振盪軸環150經安裝用於在擴增實境顯示單元100之光軸O上前後振盪（如第5A～5C圖中所示），且基本上由圓柱形壁組成，該圓形壁圍繞並定義擴增實境顯示單元100內的圓柱形凹槽155。圓柱形壁具有外部表面157，該外部表面上附加有一部件（未圖示），該部件經配置以接合選擇性可操作線性致動器以用於在前與後透鏡組合件120、130之間沿光軸O朝後及朝前驅動軸環150。例如，該部件可包含齒條，該齒條經配置以接合經安排被電馬達或類似者（未圖示）驅動的對應小齒輪。

透明波導顯示器140經容納在前可壓縮液體透鏡組合件120後方的圓柱形凹槽155內。圓柱形壁經提供有窗口158（如最佳地顯示在第2及4圖中）用於將波導顯示器140耦合至投影器（經示意地表示於160）。如第2圖中所示，波導顯示器140經安排為大致正交於光軸O。

軸環150的後端153經黏合至後可壓縮液體透鏡組合件130的可擴張薄膜136的前面，後透鏡組合件130經設置在波導顯示器140後方。可擴張薄膜136形成流體填充的外殼135的前壁，該外殼填充有明顯不可壓縮、光學透明的折射流體138。外殼135被具有環形截面的可折疊側壁137圍繞，該側壁經黏合於薄膜136之後面或朝向薄膜136之後面的前端，使得可擴張薄膜136夾在軸環150之後端153與可折疊側壁137的前端之間，並位於硬後透鏡132之前表面134之處或朝向硬後透鏡132之前表面134的後端，該硬後透鏡132也具有後表面133。

不像硬前板122是平面的，硬後透鏡132是凹凸透鏡，其中前表面134是凸的而後表面133是凹的，使得後表面133具有約-2.0屈光度的固定負聚焦功率。本領域之技術人員將理解第2、4、及5A到5C圖中所示的後透鏡132之後表面133的曲率遠大於-2.0屈光度（比其負的更多），在該些圖中後表面133的曲率為了例示之目的而被誇大。該些圖中顯示的薄膜126和136的曲率類似地為示意性。在其他實施例中，後透鏡132之後表面133的聚焦功率可在約-1.0到約-3.0屈光度的範圍中。

前板122及後透鏡132可用相同或不同材料製成，但一般自硬的、光學透明的材料（常見用於製造眼科透鏡的種類）製成或形成。

前與後液體透鏡組合件120、130的可折疊側壁127、137也可自相同或不同材料製成。本實施例中，兩者都從光學透明的、可撓的熱塑聚氨酯（例如Tuftane ^®，其可自英國Gloucester的Permali Gloucester Ltd公司購得）製成。可折疊側壁127、137被分別利用適當的黏著劑黏合至前板122與後透鏡132，像是（例如）環氧樹脂（例如Delo ^®MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑）或本領域已知的其他手段，像是超音波焊接。

前與後透鏡組合件120、130的薄膜126、136可自相同或不同材料製成，但在本實施例中它們都從厚度為約220 µm的熱塑聚氨酯片製成（例如Elastollan ^®1185A10，其可自BASF公司購得）。針對薄膜126、136（還有前與後透鏡組合件120、130的其他組件）可使用其他適當材料，如WO 2017/055787 A2所揭露。

可折疊側壁127、137經分別利用光可固化黏著劑（例如Delo® MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑）黏合至薄膜126、136，該黏著劑也被用於將薄膜126、136黏合至軸環150的前與後端152、153。再次說明，其他適當的替代黏著劑與接合方法為本領域之技術人員已知且可得的。

分別被用以填充前與後液體透鏡組合件120、130之外殼125、135的折射流體128、138可為彼此相同或不同。便利地，折射流體128、138彼此相同，尤其在相同材料被用以形成前與後液體透鏡組合件120、130之可擴張薄膜126、136之處。

折射流體128、138應為無色的且具有折射係數為至少約1.5。適當地各折射流體128、138的折射係數應匹配其個別的薄膜126、136，使得薄膜126、136與相關聯流體128、138之間的介面對使用者而言是大致無法察覺的。該些折射流體應具有低毒性及低揮發性；其應為惰性的且高於約-10°C或低於約100°C不展現相變。流體128、138應在至少約80°C的高溫為穩定的，且展現低度的微生物生長。在一些實施例中，流體128、138可具有密度為約1 g/cm ³。本領域之技術人員可得到各種適用的流體，包括矽油及矽氧烷（像是例如苯代矽氧烷）。一種較佳的流體是五苯基三甲基三矽氧烷。

本實施例中，薄膜126、136都是形成自聚醚聚氨酯（例如Elastollan ^®1185）而兩流體128、138都是苯代矽氧烷，例如五苯基三甲基三矽氧烷。薄膜材料與流體的折射係數為適當地相同或實質上相同，且為至少1.5。

擴增實境顯示單元100經設計以被安裝在一適當框架或其他結構中，該框架或其他結構維持前板122與後透鏡132彼此相隔一固定距離，同時允許軸環150在前板122與後透鏡132之間的光軸O上振盪於第5A圖中所示狀態a與第5C圖中所示狀態c之間。將理解當軸環150在光軸O上被前向移動時，前可壓縮液體透鏡組合件120的可折疊側壁127在軸環150與前板122之間被逐漸地壓縮，該前板122被如上提及的框架或其他結構維持固定，如第5B及5C圖中顯示。前透鏡組合件120之流體填充的外殼125的此種壓縮造成外殼125內流體128之壓力的增加，導致可擴張薄膜126朝後擴張，該薄膜的曲率隨著外殼125內壓力的增加而增加。由於薄膜126是圓形的，其球形地或接近球形地擴張形成光學透鏡表面。

以類似的方式，當軸環150在光軸O上被朝後移動時，後液體透鏡組合件130的可折疊側壁137在軸環150與硬後透鏡132之間壓縮，如上所提及，該硬後透鏡也在框架或其他結構內被維持固定，藉而使後透鏡組合件130的薄膜136前向擴張，該薄膜的曲率隨著後透鏡組合件130的流體填充的外殼135中的壓力增加而增加，如第5B及5A圖中所示。如同前透鏡組合件120的薄膜126，薄膜136（為圓形）也球形地或接近球形地擴張形成一光學透鏡表面。

也將理解，當軸環150被前向移動時，後透鏡組合件130的可折疊側壁137被延伸，允許後透鏡組合件130的薄膜136鬆弛而減少外殼135內的壓力（如第5B及5C圖中顯示），而朝後移動軸環150則允許前透鏡組合件122的薄膜126鬆弛及外殼125內的壓力減少，如第5B及5A圖中所示。

以此方式，前與後可壓縮液體透鏡組合件120、130的致動是藉由振盪的軸環150所耦合，使得隨著前液體透鏡組合件120之薄膜126的曲率逐漸增加，後液體透鏡組合件130之薄膜136的曲率逐漸減少，反之亦然。據此，當前可壓縮液體透鏡組合件120中儲存的位能增加時，後可壓縮液體透鏡組合件130中儲存的位能被釋放，反之亦然。

如上所提及，前與後透鏡組合件120、130的薄膜126、136分別地被預先張緊到至少約180 N/m的線張力。當振盪的軸環150經設置在前與後透鏡組合件120、130之間的中間狀態（狀態b）中時（如第2、4、及5B圖所示），前與後薄膜126、136各具有約+1.0屈光度的曲率，兩薄膜126、136朝波導顯示器140向內擴張。由於前板122不具（或幾乎不具）聚焦功率，同時後透鏡132的後表面133具有約-2.0屈光度的聚焦功率，擴增實境顯示單元100的淨聚焦功率為零或大致零。然而，約-1.0屈光度的淨聚焦功率被應用至從波導顯示器140朝後發出的光，該光僅穿過後透鏡組合件130。以此方式，後透鏡組合件130的聚焦功率能被用以改變從波導顯示器140發射的光所傳達之影像的外顯焦平面，如以上相關於第1A～1D圖所述。

若希望將從波導顯示器140發出之光所傳達的影像的外顯焦平面帶往更靠近使用者，能驅動軸環150向前（如第5C圖中顯示）來減少後透鏡組合件130之薄膜136的曲率，直到其為平面的或接近平面的，使得後透鏡組合件130的淨聚焦功率為約-2.0屈光度（狀態c）。如上所述，在光軸O上朝前移動軸環150增加了前透鏡組合件120之薄膜126的曲率，且在最大擴張狀態c中（如第5C圖所示），前透鏡組合件120的薄膜126具有約+2.0屈光度的聚焦功率，因此擴增實境顯示單元100的淨聚焦功率維持為零或接近零，使得從外部穿過整個單元100的光大致不受前與後透鏡組合件120、130影響。

也將從第5C圖注意到，前薄膜126的最大聚焦功率受限於前板之後表面123與軸環150之前端152之間的空隙，而後透鏡組合件130的最小厚度受限於光軸O上（即於後透鏡132之光學中心處）後薄膜136與硬後透鏡132之前表面134之間的空隙。

本實施例中，前與後薄膜126、136各具有約0屈光度的基準聚焦功率與約+2.0屈光度的最大聚焦功率。然而，將理解到在其他實施例中，前與後薄膜126、136之各者可（無關地）具有高達約+1.0屈光度的基準聚焦功率，且可在約1.0到約3.0屈光度的範圍中調整。

若期望將從波導顯示器140發射的光所傳達的影像的外顯焦平面遠離使用者朝無限遠移動，振盪的軸環150可朝後地移動（如第5A圖中所示）來壓縮後透鏡組合件130的可折疊側壁137，將薄膜136的聚焦功率增加到約+2.0屈光度的最大聚焦功率（狀態a），否定（negate）後透鏡132之後表面133的負的聚焦功率。隨著軸環150沿著光軸O朝後移動，前透鏡組合件120的可折疊側壁127延伸，減少了前透鏡組合件之薄膜126的曲率並減少其聚焦功率至狀態a中的最小聚焦功率為約0屈光度，使得擴增實境顯示單元100的淨聚焦功率維持約0屈光度。

擴增實境顯示單元100的組件（包括軸環150）經調整維度，使得波導顯示器140分別與前和後薄膜126、136之間的分隔足夠容納在其完全擴張狀態a與c中的薄膜126、130（如第5A及5C圖所示），沒有衝擊波導顯示器140。進一步，如上所述的單元100的組件經配置及安排，使得前與後薄膜126、136作為一共軛對操作，其個別的聚焦功率加總在一起總是是約+2.0屈光度的總聚焦功率（無論軸環150在前與後組合件120、130之間的實際位置為何），以否定硬後透鏡132之後表面133的固定聚焦功率-2.0屈光度。

有利地，按照本發明，前與後可壓縮液體透鏡組合件120、130被振盪的軸環150耦合在一起，使得當透鏡組合件120、130中之一者被壓縮以增加其薄膜126、136的聚焦功率時，另一透鏡組合件130、120經擴展以減少其薄膜136、126的聚焦功率，使得前與後透鏡組合件120、130作為一共軛對操作。當軸環150被移動時從擴展的一個透鏡組合件120、130釋放的位能被利用作為驅動軸環150來壓縮另一被壓縮之透鏡組合件130、120所花的功。因此，利用軸環150將前與後可壓縮液體透鏡組合件120、130耦合在一起促進在前與後透鏡組合件120、130之間朝後及朝前移動軸環150，藉而減少對用於以上提及用於主動驅動軸環150之種類之致動器的電力供應器的能量需求。以此方式，併有按照本發明之一或更多個擴增實境顯示單元100的擴增實境頭戴式裝置或其他裝置可被製造成更小及/或更輕，有更小的電力供應器。

第2～4圖中顯示的擴增實境顯示單元100中，光軸O穿過前與後透鏡組合件120、130之各者的幾何中心。然而，在一些擴增實境顯示單元中，光軸O可非置中地相對於前與後透鏡組合件120、130定位。已熟知眼科透鏡的光軸經常位於透鏡的偏心，以確保對一給定使用者而言該透鏡正確地置中（即，使得透鏡的光學中心正確地對準該使用者的中心點。有利地，按照本發明具有前與後可壓縮液體透鏡組合件的擴增實境顯示單元可經配置以最佳化該單元的厚度及重量，尤其當光軸相對於該等前與後透鏡組合件位於偏心時，如以下所述。

第6圖示意地描繪前可壓縮液體透鏡組合件220，供使用在按照本發明的擴增實境顯示單元中。前透鏡組合件220具有固定聚焦功率的硬板或透鏡222、可折疊側壁227和被圍繞其邊緣229維持在張力下的可擴張薄膜226，這些定義了填充有折射流體228的外殼225。可折疊側壁227在狀態A與B之間可壓縮（如第6圖中所示），其中薄膜226分別被遠離硬板或透鏡222擴張的最大和最小。硬板或透鏡222具有在空腔225內部的第一表面223和在該空腔外部的第二表面224。該擴增實境顯示單元具有光軸O，其位於相對於透鏡組合件220的中心。如上相關於第5C圖所述，薄膜226的最大擴張狀態（狀態A）受限於硬透鏡或板222之第一表面223與薄膜226之邊緣229之間的空隙。

第7圖示意地顯示後可壓縮液體透鏡組合件230，供連同按照本發明的擴增實境顯示單元中的前透鏡組合件220使用。後透鏡組合件230包括硬透鏡232、可折疊側壁237及被圍繞其邊緣239維持在張力下的可擴張薄膜236。硬透鏡232具有第一內部表面233及第二外部表面234，該第二外部表面是凹的使得第二表面234具有負的固定聚焦功率。硬透鏡232的第一表面233與薄膜236和可折疊側壁237定義外殼235，其經填充有折射流體238。如同前透鏡組合件220的可折疊側壁227，後透鏡組合件230的可折疊側壁237可在狀態A與B之間壓縮（如第7圖中所示）。狀態A中，薄膜236經最大地擴張，具有的曲率大致對應於硬透鏡232之第二表面234的曲率，使得後透鏡組合件230的淨聚焦功率接近零。在其最小擴張狀態B中，薄膜236大致不具聚焦功率，使得後透鏡組合件230的淨聚焦功率大致等於硬透鏡232之第二表面234的聚焦功率。如以上關於第5C圖所述，後透鏡組合件230的最小厚度由狀態B中光軸O上硬透鏡232之第一表面233與薄膜236之間的最小空隙條件所支配。第7圖中，該擴增實境顯示單元的光軸O穿過後透鏡組合件230的中心。

如第8圖中所示，藉由將其光軸O安排朝向薄膜226之邊緣的第一區域偏心來修改該擴增實境顯示單元。按照本發明能藉由朝向薄膜226之邊緣的第一區域R1相對於光軸O傾斜硬板或透鏡222來減少前透鏡組合件220的厚度。以此方式，硬板或透鏡222經設置較接近鄰接第一區域R1之薄膜229的邊緣，而不負面影響薄膜226之邊緣229與硬透鏡或板222之第一表面223之間的最小空隙條件。繼而，此允許前透鏡組合件220被填充減量的折射流體228。

如上述相對於光軸O傾斜硬透鏡或板222的效果是對穿過前透鏡組合件220的光線導入一稜鏡度。此能大致被導入大致相等且相反的稜鏡度至後可壓縮液體透鏡組合件230（如第9A～9C圖中圖示）來否定。後透鏡組合件230（被修改而讓擴增實境顯示單元的光軸O是偏心的）經顯示在第9A圖中。比起薄膜236之邊緣239的其他區域，光軸O較接近邊緣239的區域R2。後透鏡組合件230的薄膜236之邊緣的區域R2對應於且對準前透鏡組合件220之薄膜226的邊緣229的區域R1。

第9B圖中，相對於光軸O傾斜硬透鏡232以將硬透鏡232移動遠離薄膜236之邊緣239的區域R2。硬透鏡232的傾斜量大致相等且相反於前透鏡組合件220之硬透鏡或板222的傾斜量，使得其對後透鏡組合件230導入的稜鏡度大致相等且相反於將前透鏡組合件220之硬透鏡或板222傾斜在該前透鏡組合件中造成的稜鏡度。由於後透鏡組合件230之最小厚度由光軸O上薄膜236與硬透鏡232之第一表面233之間的最小空隙條件所支配（如上所述），藉由將硬透鏡232遠離薄膜236傾斜，能減少硬透鏡232與薄膜236之間的間隔（相較於第9C圖中顯示的未修改透鏡組合件），藉而進一步減少擴增實境顯示單元的厚度和填充後透鏡組合件230之外殼235所需要的流體238的量。

將理解到，如第10圖中所示，在穿過前與後透鏡組合件220、230兩者的光將具有零或大致零之淨稜鏡的同時（儘管光軸將被「扭折」），內插在前與後透鏡組合件220、230之間的波導顯示器240發出的光將僅被後透鏡組合件230影響。因此必須配置波導顯示器240（或經安排將光輸入到波導顯示器240中的投影器）來對波導顯示器240朝使用者發射的光施加一稜鏡度，該稜鏡度大致相等且相反於傾斜後透鏡組合件230之硬透鏡232所產生的稜鏡度。

本例之擴增實境顯示單元100的變化型中，包括硬前板122、硬後透鏡132及波導顯示器140之光學組件中一或更多者可以本領域之技術人員熟知的方式在基準曲線（base curve）上製造。在硬前板122被此種光學元件取代之處，可擴張薄膜126之曲率的範圍應當據此調整。例如，一些實施例中可藉具有零或幾乎零之固有聚焦功率、但在正的基準曲線上製造的硬前透鏡來替代硬前板122，使得該硬前透鏡的前表面具有正的曲率（例如約+1屈光度），同時該硬前透鏡的後表面具有相反的且大致相等的負的曲率（例如約-1屈光度）。在這樣的情況中，前薄膜126的聚焦功率的範圍應為約-1屈光度到約+1屈光度，而非0到+2屈光度。

實例2 ：擴增實境頭戴式裝置

第11圖圖示使用者的擴增實境頭戴式裝置30。頭戴式裝置30類似一副眼鏡，該對眼鏡具有框架32、鼻樑35和分別的左及右鏡腳36、37，該框架具有分別的左及右眼線（eye-wire）部分33、34。左及右眼線部分33、34之各者定義非圓形開孔38、39，該非圓形開孔經成形與決定尺寸以容納按照本發明的個別的擴增實境顯示單元300。用於左及右眼線部分33、34的顯示單元300彼此類似，但相對於該使用者的縱切面具有反射對稱。左手顯示單元300的工作部件經圖示在第12A、12B、13A、13B、14A、14B、及15A、15B圖中，但以下說明同等地適用於右手顯示單元300。在其他實施例中，該擴增實境頭戴式裝置可以護目鏡或遮光板的形式實施，其可選擇地整合有以抬頭顯示器或頭盔安裝顯示器之形式的頭盔。如以下詳細說明的，併入頭戴式裝置30的擴增實境顯示單元300實現了如以上關聯於實例1所述的一或更多個相同發明概念。

如在第14A及14B圖中所最能看到的，擴增實境顯示單元300包含前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件320、後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件330及內插的光學透明的波導顯示器340。顯示單元300因此具有與上述顯示單元10和100類似的架構，且以大致相同方式操作。本實例之顯示單元300與實例1之顯示單元100之間的一個顯著差異（從第12A及12B圖最明顯），在於本實施例中前與後透鏡組合件320、330之各者具有非圓形的光學表面。非圓形可壓縮液體透鏡組合件經描述於WO 2013/144533 A2、WO 2013/144592 A1、WO 2013/143630 A1、WO 2014/125262 A2、WO 2015/044260 A1、英國專利申請案第1800933.2號及英國專利申請案第1801905.9號中，上述文件之內容在此藉引用方式併入本文。

除了圖式中顯示出的部件以外，擴增實境顯示單元300也包括適當的殼體（未圖示）來如下說明地容納及保持該些工作部件。

前與後液體透鏡組合件320、330之各者包含個別的大致矩形硬後透鏡322、332，該硬後透鏡具有固定聚焦功率。本實施例中，前與後透鏡322、332之各者包含具有凹後表面323、333及凸前表面324、334的凹凸透鏡，該凹凸透鏡自製造眼科透鏡之領域中已知的任何適當的光學透明的硬質材料製成。前與後透鏡322、332具有相互類似的非圓形形狀，且該等前與後透鏡相互對準，其等之光學中心經設置在顯示單元300的光軸 z上。前與後透鏡322、332各經安裝在單元300之殼體內的固定位置中。儘管本實施例中透鏡322、332為大致矩形，但本發明可延伸至使用於習知眼鏡之類型的的數種其他眼睛形狀，例如Aviator、蝴蝶、貓眼、平頂、枕形矩形、矩形、正方形或Wayfarer型之形狀。

波導顯示器340也經安裝在單元300之殼體內的前與後透鏡組合件320、330之間的固定位置中。

從第14A及14B圖將觀察到，後透鏡332的後表面333具有比前透鏡322之後表面323更大的曲率。本實施例中，後透鏡332之後表面333具有約-2.5屈光度的聚焦功率，同時前透鏡322之後表面323具有約-0.5屈光度的聚焦功率。更通常地，後透鏡332之後表面333的聚焦功率可在約-1.0到約-3.0屈光度的範圍中，而前透鏡322之後表面323的聚焦功率可在約0到約-1.0屈光度的範圍中。

前與後透鏡322、332之各者的前表面324、334帶有碟形容器370、380（或「袋子」），其包含後壁372、382及整體可折疊周圍側壁373、383，該後壁所具形狀對應個別的透鏡322、332之前表面324、334的形狀，該可折疊周圍側壁從後壁372、382朝前延伸並終止在周圍突出部375、385中。本實施例中，各碟形容器370、380自光學透明、可撓的熱塑聚氨酯製成（例如Tuftane ^®，其可自英國Gloucester的Permali Gloucester Ltd公司購得）且其後及側壁372、373；382、383為約50 µm厚，但可使用其他的透明材料（尤其透明的彈性體）且依此調整厚度。

各碟形容器370、380的後壁372、382藉由透明壓力敏感黏著劑（PSA），像是（例如）3M® 8211，來連續地黏合至對應硬透鏡322、332的前表面324、334。本實施例中，使用厚度約25 µm的一層PSA，但這可隨需要改變。

各碟形容器370、380的周圍突出部375、385經接合至具有非圓形形狀的個別的可擴張薄膜326、336，該非圓形形狀類似於前與後透鏡322、332的形狀。各薄膜326、336形成自一片熱塑聚氨酯（例如Elastollan ^®1185A10，其可自BASF公司購得）且具有約220 µm之厚度。可使用其他適當材料於薄膜326、336（以及顯示單元300之其他組件），如由WO 2017/055787 A2所揭示者。

薄膜326、336之各者被個別的彈性可彎折的支撐環377、387圍繞其周圍維持在張力下。如以下更詳細說明的，薄膜326、336之各者形成個別的液體透鏡組合件320、330的前光學表面，使各透鏡組合件320、330的淨有效聚焦功率由薄膜326、336之曲率與相關聯硬透鏡322、332之後表面323、333的固定聚焦功率決定。

支撐環377、387之各者從一不鏽鋼片製成且具有約0.55 mm的厚度，但更通常地各環可具有在約0.50～0.60 mm之範圍中的厚度，或者可包含兩個或更多個環元件的堆疊替代單個環。各薄膜326、336藉光可固化黏著劑（例如Delo® MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑）或其他手段黏合至個別的支撐環377、387並經維持於約200 Nm ^-1的線張力。

各碟形容器370、380的周圍突出部375、385經利用適當的黏著劑（例如Delo® MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑）或其他手段黏合至個別的薄膜326、336的周圍區域327、337，該些手段像是（例如）超音波焊接、雷射焊接及類似者，使得各薄膜326、336夾在個別的碟形容器370、380之突出部375、385與對應的支撐環377、387之間。

支撐環377、387之各者能朝向或遠離個別的硬透鏡322、332移動，相關聯碟形容器370、380的側壁373、383分別折疊自身或伸長以允許這樣的移動。

在本發明的其他實施例中，在前與後透鏡組合件320、330中之一者或兩者中可使用多於一個支撐環377、387。例如，薄膜326、336可被夾在兩個相似支撐環之間，如（例如）WO 2013/144533 A1中所述。本實施例中，為簡化僅顯示了一個環。

支撐環377、387之各者經形成為具有複數個整體的、周圍具間隔、朝外突出的突片，該複數個突片包含主動突片378、388與被動突片379、389，如以下更詳細說明。第12A及12B圖中，僅可看到前透鏡組合件320之支撐環377的主動突片378和被動突片379。

前與後透鏡組合件320、330的主動突片379、389在形成於弓形凸輪板390中的對應升降器軌道中接合，該弓形凸輪板390經安裝在該殼體內朝向單元300之相對短的左鏡腳側301（右手顯示單元300的右鏡腳側）。凸輪板390經限制在該殼體內以沿彎曲路徑 y滑動，該彎曲路徑正交於光軸 z並循著前與後透鏡組合件320、330之相鄰區域的曲率（如在第12A及12B圖中最能看到的），在第12A、13A、14A及15A圖中所示的第一位置與第12B、13B、14B及15B圖中所示的第二位置之間。前透鏡組合件320的主動突片379接合一前方系列的升降器軌道391，同時後透鏡組合件330的主動突片389接合一後方系列的升降器軌道392。如在第13A、13B及19圖中最能看出的，前方與後方系列的升降器軌道391、392經配置成彼此相對於在前方與後方系列的升降器軌道391、392之間正交於光軸 z並相交於凸輪板390的一平面的鏡像，使得凸輪板沿著路徑 y的往復移動致使前透鏡組合件320之主動突片379與後透鏡組合件330之主動突片389在平行於 z軸的相反方向中移動。

前與後透鏡組合件320、330之主動突片379、389的數目及位置依透鏡組合件320、330的形狀與用於將薄膜326、336塑形成球形光學表面所需的準確度而異。本實施例中，於透鏡組合件320、330之鏡腳側針對前與後透鏡組合件320、330之各者有三個主動突片379、389。在其他實施例中，可依所需有較多或較少突片379、389。

如第12A及12B圖中最能顯示的，前與後透鏡組合件320、330的被動突片378、388經設置在各支撐環377、387的相對較長的上側及下側302、303上的間隔位置處、以及相反於上述鏡腳側301而定位的相對短的鼻側304上。被動突片378、388經耦合至顯示單元300的殼體（未圖示）以將支撐環377、387固持於在相對於該殼體之固定位置處的被動突片378、388處。支撐環377、387之各者被其被動突片378、388維持於離相關聯硬透鏡322、332之前表面324、334一固定距離處平行於 z軸。由於支撐環377、387是可彎折的，其等在被動突片378、388之間自由彎折朝向或遠離硬透鏡322、332。如以下更詳細說明的，被動突片378、388位於各支撐環377、387上中性圓NC（其中心在薄膜326、336之光學中心OC上）越過薄膜326、336之邊緣的個別點（或接近該點）之處。本實施例中，被動突片378、388因此大致離該光學中心為等距的。本實施例中，已為例示的良好實例而選擇該眼睛形狀。尤其，各支撐環377、387的鏡腳側304是在離光學中心OC之半徑上，使得各支撐環377、387的整個鏡腳側304於全部致動狀態維持大致平面的，如下所述。

各碟形容器370、380的後壁372、382與側壁373、383因此與相關聯薄膜326、336形成具有內部空腔325、335的個別外殼。各外殼的空腔325、335充滿一種明顯不可壓縮、光學透明、折射流體328、338。流體328、338應為無色的且具有至少約1.5的折射係數。適當地各薄膜326、336與相關聯流體328、338的折射係數應為匹配，使得薄膜326、336與對應流體328、338之間的介面對使用者而言是大致無法察覺的。流體328、338應具有低毒性及低揮發性；其應為惰性的且在高於約-10°C或低於大約100°C不展現相變。流體328、338應在至少大約80°C的高溫為穩定的，且展現低度的微生物生長。在一些實施例中，流體328、338可具有約1 g/cm ³的密度。本領域之技術人員可得到各種適當的流體，包括矽油及矽氧烷（像是例如苯代矽氧烷）。一種較佳的流體是五苯基三甲基三矽氧烷。

本實施例中，薄膜326、336之各者形成自聚醚聚氨酯（例如Elastollan ^®1185）而流體328、338之各者是苯代矽氧烷，例如五苯基三甲基三矽氧烷。薄膜材料與流體的折射係數為適當地相同或大致相同，且為至少1.5。

用於組裝前與後透鏡組合件320、330，同時讓薄膜326、336如前述地在張力之下的適當方法，在WO 2017/055787 A2中揭露。

本實施例中，前與後透鏡組合件320、330的內部空腔325、335填充有折射流體328、338，使得前與後薄膜326、336之各者具有約0.5屈光度之最小曲率。在其他實施例中，空腔325、335可經填充而使得薄膜326、336具有其他基準曲率。適當的基準曲率在約0到1.0屈光度的範圍中。用於前與後薄膜326、336之基準曲率可彼此相同或不同。

如上所述，凸輪板390可操作以用於在該殼體內朝前及朝後地移動支撐環377、387上的主動突片378、388，分別地遠離及朝向其對應的硬透鏡322、332。如在第16及17圖中最佳地顯示的，凸輪板390的外表面帶有接合小齒輪401的短齒條395，該小齒輪經安排通過傳動箱402被雙向電馬達400驅動。本實施例中，也提供旋轉位置編碼器403以提供輸入信號，以如上述地控制有關凸輪板390之位置的電子元件（未圖示）在凸輪板390的第一與第二位置之間。操作電馬達400因此致使齒條395沿著其彎曲路徑的移動，如上所述。

第12A、13A、14A及15A圖中圖示的第一位置中，前透鏡組合件320的薄膜326經設置在其最小擴張狀態中，具有如上所提及約0.5屈光度的曲率，如最佳地顯示在第14A圖中。前透鏡組合件320之支撐環377上的主動突片378經朝向前方系列的升降器軌道391的前端設置，如最佳地顯示在第13A圖中。內部空腔325內的流體328的壓力在最小狀態中，而前透鏡組合件320是在最小位能條件中。前透鏡組合件320的淨聚焦功率因此是約零屈光度，因為薄膜326的聚焦功率（為約+0.5屈光度）否定了硬透鏡322之後表面323的聚焦功率（為約-0.5屈光度）。

同時，後透鏡組合件330之支撐環387上的主動突片388經定位於後方系列之升降器軌道392的後端處，使得後透鏡組合件330的流體填充外殼被壓縮，特別是在朝向其鏡腳側301的一區域中。後透鏡組合件330之碟形容器380的可壓縮側壁383可藉折疊自身而崩塌（如最佳地在第14A圖中看到），來允許支撐環387朝向硬透鏡332之前表面334移動，尤其於鏡腳側301處。後透鏡組合件330之內部空腔335內的流體338的壓力在最大條件中，而薄膜336是在具有最大曲率（約+2.5屈光度）的狀態中。在此狀態中，後透鏡組合件330是在最大位能條件中。跟前透鏡組合件320一樣，後透鏡組合件330的淨聚焦功率也是約零屈光度，薄膜336的聚焦功率（+2.5屈光度）否定硬透鏡332之後表面333的聚焦功率（約-2.5屈光度）。

藉由在第一位置中的凸輪板390，前與後透鏡組合件320、330兩者的淨聚焦功率因此為約零屈光度，而整個顯示單元300的合併聚焦功率也為約零屈光度。

當操作電馬達400來驅動凸輪板390朝向其第二位置（如第12B、13B、14B、及15B圖中顯示）時，第一及第二系列的升降器軌道391、392移動跨過前與後支撐環377、387的主動突片378、388來朝向對應的硬透鏡322朝後地驅動前透鏡組合件320的主動突片378，同時致使或允許後支撐環387上的主動突片388遠離個別的硬透鏡332朝前移動。隨著凸輪板390因此從其第一位置朝其第二位置逐漸地移動，前透鏡組合件320的流體填充的外殼被壓縮（尤其是朝向其鏡腳側301），同時後透鏡組合件330的流體填充外殼被解壓縮。前透鏡組合件320的壓縮致使內部空腔328內的流體壓力增加，使得薄膜326前向地擴張，而當凸輪板390在第二位置中時（如最佳地顯示在第14B圖中）曲率逐漸地增加到約+2.5屈光度的最大曲率。同時，後透鏡組合件330的解壓縮減少後透鏡組合件330之空腔335中的流體338之壓力，致使或允許後透鏡組合件330之薄膜336朝向其最小擴張狀態+0.5屈光度鬆弛。

此位置中，前支撐環377上的主動突片378經設置於第一系列升降器軌道391的後端處，同時後支撐環387上的主動突片388經設置於第二系列升降器軌道392的前端處；前透鏡組合件320接著在相對高位能條件中，同時後透鏡組合件330在相對低位能條件中。

此位置中前透鏡組合件320的淨聚焦功率是約+2屈光度，同時後透鏡組合件330的淨聚焦功率是約-2屈光度。據此，整個顯示單元300的複合聚焦功率維持約零屈光度，但自波導顯示器340發射的光（僅穿過後透鏡組合件330）遭受約-2屈光度的聚焦功率，致使自波導顯示器340發出的光所帶有的影像的虛擬焦平面朝向使用者移動，如以上相關於第1A至1D圖所述。

將理解，當凸輪板390經設置在其第一與第二位置之間的中間位置中時，前與後薄膜326、336各具有的曲率在0.5～2.5屈光度之間。前與後透鏡組合件320、330經配置使得在凸輪板390的各位置處，前與後薄膜326、336的合併聚焦功率總是近似等於硬透鏡322、332之後表面323、333的合併聚焦功率的倒數。以此方式，前與後透鏡組合件320、330經配置以當作一共軛對操作，使得整個顯示單元300的淨聚焦功率維持近似零，同時允許對波導顯示器340所發出之光施加的後透鏡組合件330的淨聚焦功率在0到-2屈光度之間逐漸地變化。

本例中，因此，隨著到虛擬影像平面的距離從約50 cm逐漸地改變至無限遠，顯示單元300的淨聚焦功率維持為近似零。當此對於具有完美視力的使用者來說是適當的時，本領域之技術人員將理解對於具有折射誤差之使用者而言需要有恆定、非零淨聚焦功率的顯示單元。例如，近視的使用者需要的顯示單元300中後硬透鏡332之後表面333具有約-4.75D的聚焦功率而前硬透鏡322的後表面323具有聚焦功率為-0.5D，同時各薄膜326、336的聚焦功率在約+0.5D與約+2.5D之間變化（如上所述），使得顯示單元300的淨複合聚焦功率將維持近似-2.25D。其他需求（包括散光校正）也將是本領域之技術人員顯而易見的。注意到任何折射誤差校正應當被放在後透鏡組合件330上，使得錯誤校正被施加至虛擬影像還有真實世界視圖兩者。

如上所提及，本實施例中的前與後薄膜326、336應球形地或接近球形地擴張。本領域之技術人員將理解，前與後透鏡組合件320、330之各者經如上所述方式壓縮，對於各組合件320、330而言將存在一「中性圓」NC。

前透鏡組合件320的中性圓NC經表示在第12A及12B圖中，但類似考量也適用於後透鏡組合件330。針對給定體積的折射流體328，無論薄膜326之擴張程度以及透鏡組合件320之對應聚焦功率如何，中性圓NC具有恆定直徑及離碟形容器270（其經黏合至硬透鏡322）之後壁272的恆定距離。該中性圓乃藉一平面與薄膜326的交會所定義，使得該平面與薄膜326圍住的流體328之體積等於在該平面上下者。換言之，隨薄膜326因將凸輪板390朝向其第二位置移動（如上述）而朝前擴張，從中性圓NC（如第12A及12B圖中所示）外部之空腔325的周圍區域351移位的流體328之體積等於被移位至中性圓NC內的空腔325之內區域352中的流體體積。

由此可見，在致動前與後透鏡組合件320、330之各者以球形地或接近球形地形變薄膜326、336之後，薄膜326、336之邊緣離對應碟形容器370、380之後壁372、382的距離即應維持大致恆定。據此，前與後支撐環377、387上的被動突片379、389應被置放於（或接近）中性圓NC交會薄膜326、336之邊緣的位置處，如上所提及。

適當地，凸輪板390是從強健的、剛性的材料製成，像是（例如）鋼。如第19圖中所圖示，升降器軌道391、392之各者有利地經提供有自低摩擦力材料製成的襯墊393以促進主動突片378、388在升降器軌道391、392內的滑動，該低摩擦力材料像是（例如）PTFE。替代地，可藉此種低摩擦力材料塗佈整個凸輪390。替代地（或額外地），可藉此種低摩擦力材料塗佈主動突片378、388。另一實施例中，前與後支撐環377、387上的主動突片378、388可分別被短轉軸478、488替代，該些短轉軸自支撐環377、387朝外突出，如第21圖中所示。各短轉軸478、488攜帶有小轉輪479、489，其經接收在升降器軌道391、392中之個別一者內，如第20圖中顯示。小轉輪479、489也負責促進其在升降器軌道391、392內的移動。

如上所提及，當凸輪板390經設置在其第一位置中時，前透鏡組合件320的薄膜326經設置在相對低之能量狀態中，同時後透鏡組合件330之薄膜336經設置在相對高之能量狀態中。隨著凸輪板390被移動（在電馬達400之操作之後）朝向其第二位置，前薄膜326逐漸變得更擴張，儲存更多位能，同時後薄膜336漸進地鬆弛，釋放位能。將理解憑藉著凸輪板390，其鏈接前與後透鏡組合件320、330的操作，儲存在後透鏡組合件330中的位能以功的形式釋放以協助電馬達400驅動凸輪板朝向其第二位置，在該第二位置中逐漸地更多位能儲存在前薄膜326中。

因此，當凸輪板390被設置在其第二位置中時，前透鏡組合件320的薄膜326經設置在相對高的能量狀態中，同時後透鏡組合件330的薄膜336經設置在相對低的能量狀態中。隨著凸輪板390在相反方向中移動，在操作電馬達400之後，前薄膜326鬆弛、釋放位能，同時後薄膜336變得逐漸更擴張，儲存位能，而能量自前透鏡組合件320以功的形式被釋放來輔助電馬達400驅動凸輪板390朝其第一位置返回，在該第一位置中較多位能經儲存在後薄膜336中。

對一階的情況，在沒有摩擦力的情況中，前與後透鏡組合件320、330的準靜態致動需要的功是需要用以個別地致動前或後透鏡組合件320、330的功的一半。在主動突片378、388上或轉輪組合件478、479；488、489上低摩擦力材料的利用能被用以減少凸輪板390之升降器軌道中的摩擦力，允許從透鏡組合件320、330之一者中隨著其鬆弛而釋放儘可能多的能量來按照本發明擴展為功，以促進另一透鏡組合件330、320在其擴張時的致動。

第19圖顯示在第一及第二位置之間的一中間位置中的凸輪板390。如圖所示，主動突片378、388傾向在平行於 z軸的方向中朝前推動在致動器軌道上的凸輪板319。N1及N2分別顯示主動突片378、388在凸輪板390上的法向力，同時箭頭Y1及Y2是主動突片378、388在 y方向造成的力。將理解在凸輪板390之移動的任一方向中，在第一或第二系列的升降器軌道391、392中之一者中的主動突片378、388將輔助凸輪板390的移動，同時在第二或第一系列的升降器軌道392、391中之另一者中的主動突片388、378將抵抗此種移動（只要主動突片378、388與升降器軌道391、392之間的摩擦力小的話）。在沒有摩擦力的情況下，用於致動前與後透鏡組合件320、330兩者的單一凸輪板390需要的功小於用於單一透鏡之正向致動的一個等效單一凸輪。對於從第一位置移動到第二位置的凸輪板390而言（舉例），解除致動後透鏡組合件330的彈性位能協助致動前透鏡組合件320。

E:使用者的眼睛 N1、N2:法向力 O:光軸 R:毛地黃 R1、R2:區域 V:蜜蜂 Y1、Y2:箭頭 OC:光學中心 NC:中性圓 20:前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件 21:周圍支撐環 22:硬後透鏡 23:後光學表面 24:前表面 25:外殼 26:可擴張薄膜 27:可折疊側壁 30:後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件/頭戴式裝置 31:周圍支撐環 32:硬後透鏡/框架 33:凹後表面/左眼線部分 34:凸前表面/右眼線部分 35:外殼/鼻樑 36:可擴張薄膜/左鏡腳 37:可折疊側壁/右鏡腳 38:非圓形開孔 39:非圓形開孔 40:波導顯示器 100:擴增實境顯示單元 120:前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件 122:硬前板 123:後表面 124:前表面 125:外殼 126:可擴張薄膜 127:可折疊側壁 128:流體 130:後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件 132:硬後透鏡 133:後表面 134:前表面 135:外殼 136:可擴張薄膜 137:可折疊側壁 138:流體 140:波導顯示器 150:軸環 152:前端 153:後端 155:圓柱形凹槽 157:外部表面 158:窗口 160:投影器 220:前液體透鏡組合件 222:硬透鏡 223:第一（內部）表面 224:第二（外部）表面 225:外殼/空腔 226:可擴張彈性薄膜 227:可折疊側壁 228:流體 229:邊緣 230:後液體透鏡組合件 232:硬透鏡 233:第一（內部）表面 234:第二（外部）表面 235:外殼 236:可擴張彈性薄膜 237:可折疊側壁 238:流體 239:邊緣 240:透明波導顯示器 300:顯示單元 301:鏡腳側 302:上側 303:下側 304:鼻側 320:前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件 322:硬透鏡 323:後表面 324:前表面 325:空腔 326:前薄膜 327:周圍區域 328:折射流體 330:後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件 332:硬透鏡 333:後表面 334:前表面 335:空腔 336:後薄膜 337:周圍區域 338:折射流體 340:波導顯示器 351:周圍區域 352:內區域 370:碟形容器 372:後壁 373:側壁 375:突出部 377:支撐環 378:主動突片 379:被動突片 380:碟形容器 382:後壁 383:側壁 385:突出部 387:支撐環 388:主動突片 389:被動突片 390:凸輪板 391:升降器軌道 392:升降器軌道 393:襯墊 395:短齒條 400:電馬達 401:小齒輪 402:傳動箱 403:旋轉位置編碼器 478:短轉軸 479:小轉輪 488:短轉軸 489:小轉輪

以下是僅作為實例的說明，其參照本發明之各個態樣的實施例的隨附圖式。

圖式中：

第1A～1D圖是擴增實境顯示單元的一系列示意表示圖，該擴增實境顯示單元包含前與後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件和內插的波導顯示器。該擴增實境顯示單元經以截面顯示來圖示前與後可壓縮液體透鏡組合件之調整具有共軛對，使得其淨聚焦功率為零。在第1A～1D圖之各者中，虛擬物體（一隻蜜蜂）按照後可壓縮液體透鏡組合件之聚焦功率經顯示在不同虛擬影像平面中，同時真實物體（毛地黃）經顯示在其真實影像平面中。

第2圖是按照本發明之第一實施例的擴增實境顯示單元的平面圖。該擴增實境顯示單元包含前與後可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件，各具有圓形的前與後光學外表面，該等前與後光學外表面中之一者具有由硬透鏡之表面提供的固定聚焦功率，而另一者具有由可擴張薄膜之表面提供的可變聚焦功率。該擴增顯示單元也包含內插的波導顯示器。前與後可壓縮液體透鏡組合件兩者的前與後光學外表面及波導顯示器乃以虛線表示。

第3圖是第2圖之擴增實境顯示單元的正立面圖。

第4圖是從第2及3圖之擴增實境顯示單元正面且到其一側的透視圖，該擴增實境顯示單元經沿著第3圖之直線B-B的截面顯示。

第5A～5C圖是第2～4圖之擴增實境顯示單元沿著第3圖之直線A-A的一系列截面圖。在第5A～5C圖之各者中，該等前與後可壓縮液體透鏡組合件之可擴張薄膜經顯示在不同致動狀態中，其結合以產生相同的淨聚焦功率。

第6圖是第2～5圖之擴增實境顯示單元中所包括的前可壓縮液體透鏡組合件種類的示意表示圖，該前可壓縮液體透鏡組合件具有位於中心的光軸。

第7圖是第2～5圖之擴增實境顯示單元中所包括的後可壓縮液體透鏡組合件種類的示意表示圖，該後可壓縮液體透鏡組合件具有位於中心的光軸。

第8圖是用於本發明之擴增實境顯示單元中的前可壓縮液體透鏡組合件的示意表示圖，其中光軸是偏心的且硬透鏡相對於該光軸傾斜。

第9A～9C圖是用於本發明之擴增實境顯示單元中的後可壓縮液體透鏡組合件的一系列示意表示圖，其中光軸是偏心的。第9A圖中，該後可壓縮液體透鏡組合件的硬透鏡經顯示在一未傾斜位置中；第9B圖中，該後可壓縮液體透鏡組合件的硬透鏡相對於光軸傾斜；第9C圖中，該後可壓縮液體透鏡組合件的硬透鏡相對於光軸傾斜且經移動更接近可擴張薄膜。

第10圖是按照本發明之擴增實境顯示單元的示意圖，其中前與後可壓縮液體透鏡組合件的硬透鏡相對於光軸傾斜，使得由各者導入的稜鏡量相等且相反，且波導顯示器經配置以對從該波導顯示器輸出的光施加一稜鏡量，該稜鏡量相等並相反於由傾斜後可壓縮液體透鏡組合件之硬透鏡所導入的稜鏡量。

第11圖是按照本發明之第二實施例之擴增實境頭戴式裝置（由使用者穿戴）的示意透視圖。

第12A圖是按照本發明之左側非圓形擴增實境顯示單元的正面圖，其經包括在第11圖的擴增實境頭戴式裝置中。該左側擴增實境顯示單元包括調整機構，該調整機構經顯示（第12A圖中）在第一位置中。

第12B圖是第12A圖之擴增實境顯示單元的另一正立面圖，其調整機構經顯示在第二位置中。

第13A圖是第12A及12B圖之擴增實境顯示單元的左側立面圖，其調整機構經顯示在第一位置中。

第13B圖是第12A、12B、及13A圖之擴增實境顯示單元的另一左側立面圖，其調整機構經顯示在第二位置中。

第14A圖是第12A、12B、13A、及13B圖之擴增實境顯示單元在第12A圖中所示直線A-A上的截面圖。第14A圖顯示形成該擴增實境顯示單元之部分的前與後可壓縮液體透鏡組合件以及內插的波導顯示器。

第14B圖是第12A、12B、13A、13B、及14A圖之擴增實境顯示單元在第12B圖中所示直線B-B上的截面圖。

第15A圖是第12A、12B、13A、13B、14A、及14B圖之擴增實境顯示單元之部分在第12A圖的直線C-C上的截面從正面及到右側的透視圖，顯示在第一位置中的調整機構。

第15B圖是第12A、12B、13A、13B、14A、14B、及15A圖之擴增實境顯示單元之部分在第12B圖的直線D-D上的截面從正面及到右側的透視圖，顯示在第二位置中的調整機構。

第16圖是從具有外部齒條部分之凸輪板的左側後方的透視圖，該凸輪板形成第12A、12B、13A、13B、14A、14B、15A及15B圖之左側擴增實境顯示單元的調整機構的部分。

第17圖是第16圖之凸輪板與電馬達（也形成調整機構的部分）的仰視圖，顯示該齒條部分與經安排由該電馬達驅動的小齒輪的相互接合。

第18圖是第17圖中所示電馬達的透視圖。

第19圖是第16圖之凸輪板的左側立面圖，包括該凸輪板之部分的放大圖，顯示兩個升降器凸輪軌道。

第20圖是供使用在按照本發明之擴增實境顯示單元所用的調整機構中的替代凸輪板的側立面圖。

第21圖是從第20圖之凸輪板的左側後方的分解透視圖，顯示其與擴增實境顯示模組之前與後可壓縮液體透鏡組合件上之凸輪從動器（滾筒的形式）的接合。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

E:使用者的眼睛

R:毛地黃

V:蜜蜂

20:前可變聚焦功率可壓縮液體透鏡組合件

22:硬後透鏡

23:後光學表面

24:前表面

25:外殼

26:可擴張薄膜

32:硬後透鏡/框架

36:可擴張薄膜/左鏡腳

40:波導顯示器

Claims (23)

1. 一種用於在一擴增實境頭戴式裝置中使用的擴增實境顯示單元，包含在一光軸上以相互光學對準的方式而安排的一前壓縮液體透鏡組合件與一後壓縮液體透鏡組合件、插入在該前壓縮液體透鏡組合件與該後液體透鏡組合件之間的一透明波導顯示器、及用於以一相互反向方式同時地調整該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件之聚焦功率的一選擇性可操作調整機構；其中該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件之各者包含一流體填充的外殼，該外殼具有由一可擴張彈性薄膜形成的一第一壁、一第二壁及一可折疊側壁，該可擴張彈性薄膜被一薄膜固持結構圍繞其邊緣維持在張力下，該第二壁為大致剛性的並由具有固定聚焦功率的一透明板或一硬透鏡的一內表面形成或經支撐在該透明板或硬透鏡的該內表面上；其中該可擴張彈性薄膜形成具有可變光功率的一光學表面，該選擇性可操作調整機構經安排以將該薄膜固持結構平行於該光軸朝向該第二壁或遠離該第二壁移位，用於增加或減少該外殼內的流體的壓力，藉而分別致使該可擴張彈性薄膜平行於該光軸擴張或收縮以改變該可擴張彈性薄膜之該光學表面的聚焦功率，其中該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件之各者當其絕對聚焦功率增加時儲存彈性位能，並當其絕對聚焦功率減少時釋放彈性位能；及其中該選擇性可操作調整機構經配置以將該前 壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件耦合在一起，使得由該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件中之一者當其絕對聚焦功率減少時釋放的彈性位能輔助驅動該選擇性可操作調整機構，以增加該前壓縮液體透鏡組合件或該後壓縮液體透鏡組合件之另一者的絕對聚焦功率。
2. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該薄膜固持結構包含一周圍支撐環。
3. 如請求項2所述之擴增實境顯示單元，其中該周圍支撐環是圓形。
4. 如請求項3所述之擴增實境顯示單元，其中該周圍支撐環是剛性的。
5. 如請求項2所述之擴增實境顯示單元，其中該周圍支撐環為非圓形。
6. 如請求項5所述之擴增實境顯示單元，其中該周圍支撐環是彈性可彎折的。
7. 如請求項6所述之擴增實境顯示單元，其中該選擇性可操作調整機構經安排以將該周圍支撐環的一 或更多個區域平行於該光軸朝向該第二壁或遠離該第二壁移位，致使周圍該支撐環的彎折。
8. 如請求項7所述之擴增實境顯示單元，其中該周圍支撐環經維持於一或更多個樞點處離該第二壁為一固定距離，該周圍支撐環在該等樞點之間為可彎折的。
9. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該薄膜固持結構經維持於一或更多個樞點處離該第二壁為一固定距離。
10. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該選擇性可操作調整機構於一或更多個致動點處接合該薄膜固持結構，使得該選擇性可操作調整機構的操作導致該可擴張彈性薄膜之邊緣於該一或更多個致動點處平行於該光軸朝向該第二壁或遠離該第二壁的區域性移位。
11. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該選擇性可操作調整機構包含一可往復移動的結構式構件，該可往復移動的結構式構件操作地連接至該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件的該等薄膜固持結構，用於以一相互反向方式平行於該光軸同時地 將該等薄膜固持結構朝向或遠離其個別的第二壁移位，使得當該等壓縮液體透鏡組合件之一者的絕對聚焦功率增加時，另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率減少，反之亦然。
12. 如請求項11所述之擴增實境顯示單元，其中該選擇性可操作調整機構包含具有一或更多個第一凸輪表面與一或更多個第二凸輪表面的一可往復移動的凸輪板，該一或更多第一凸輪表面經安排以接合位於該前壓縮液體透鏡組合件之該薄膜固持結構上的一或更多個致動點處的一或更多個個別的凸輪從動器構件，該一或更多個第二凸輪表面經安排以接合位於該後壓縮液體透鏡組合件之該薄膜固持結構上的一或更多個致動點處的一或更多個個別的凸輪從動器構件；該一或更多個第一凸輪表面與一或更多個第二凸輪表面經配置使得該凸輪板的移動導致該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件的該等薄膜固持結構於其個別的致動點處以一相互反向方式平行於該光軸朝向或遠離其個別的第二壁同時的移位，使得隨著該等壓縮液體透鏡組合件中之一者的絕對聚焦功率增加而另一壓縮液體透鏡組合件的絕對聚焦功率減少，反之亦然。
13. 如請求項12所述之擴增實境顯示單元，其中該可往復移動的結構式構件包含具有第一與第二相對 端的一軸環，該軸環經圍繞該透明波導顯示器設置並經安排用於在該前壓縮液體透鏡組合件與該後液體壓縮透鏡組合件之間平行於該光軸的往復移動，該軸環的第一端或連接至其的至少一個部件經安排以接合該前壓縮液體透鏡組合件的該薄膜固持結構，而該軸環的第二端或連接至其的至少一個部件經安排以接合該後壓縮液體透鏡組合件的該薄膜固持結構。
14. 如請求項13所述之擴增實境顯示單元，其中該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件經安排以讓其個別的可擴張彈性薄膜與薄膜固持結構面向該軸環。
15. 如請求項13所述之擴增實境顯示單元，其中該軸環經形成為具有至少一個開孔，在該前壓縮液體透鏡組合件與該後壓縮液體透鏡組合件之間該軸環的全部位置處該至少一個開孔維持與該透明波導顯示器對準。
16. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該前壓縮液體透鏡組合件的該第二壁由具有一光學外表面的一硬透鏡形成或經支撐在該硬透鏡上，該光學外表面具有的一聚焦功率在約-1.0到約0屈光度的範圍中。
17. 如請求項16所述之擴增實境顯示單元，其中該前壓縮液體透鏡組合件之該可擴張彈性薄膜的該光學表面具有一基準聚焦功率為約0到1.0屈光度，且該基準聚焦功率可調整在約1.0到3.0屈光度之範圍中的量。
18. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中該後壓縮液體透鏡組合件的該第二壁是由具有一光學外表面的一硬透鏡形成或經支撐在該硬透鏡上，該光學外表面具有在約-1.0到約-3.0屈光度之範圍中的一聚焦功率。
19. 如請求項18所述之擴增實境顯示單元，其中該後壓縮液體透鏡組合件之該可擴張彈性薄膜的該光學表面具有一基準聚焦功率為約0到1.0屈光度，且該基準聚焦功率可調整在約1.0到3.0屈光度之範圍中的量。
20. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中在調整該後壓縮液體透鏡組合件期間該擴增顯示單元的淨聚焦功率維持大致為零。
21. 如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中 在調整該後壓縮液體透鏡組合件期間，像是為了校正一使用者的折射誤差，該擴增顯示單元的淨聚焦功率維持非零且大致恆定。
22. 一種用於一使用者的擴增實境頭戴式裝置，包含至少一個如請求項1所述之擴增實境顯示單元及至少一個投影器，其中當該頭戴式裝置被穿戴時該擴增實境顯示單元經安排定位在該使用者的眼睛前方，而該投影器具有耦合至該透明波導顯示器的一輸出。
23. 如請求項22所述之擴增實境頭戴式裝置，其包含兩個如請求項1所述之擴增實境顯示單元，其中當該頭戴式裝置被穿戴時該等擴增實境顯示單元之各者經安排定位在該使用者的眼睛的一個別眼睛前方。