CN104216116A - 近眼显示器系统、装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的题目是一种近眼显示器系统、装置及方法。近眼显示装置包括(a)一显示单元，具有一硅基液晶显示器及一第一偏振光束分光器界面用于：(i)使照明光从一照明模块反射向硅基液晶显示器并且(ii)基于照明光传送来自硅基液晶显示器的显示光，以及(b)一观看单元，具有一成像物镜及一第二偏振光束分光器界面，成像物镜基于显示光为一瞳孔形成硅基液晶显示器的一影像，而第二偏振光束分光器界面用于：(i)使反射的显示光从成像物镜反射向瞳孔并且(ii)将环境光从一周围场景传送向瞳孔，第二偏振光束分光器界面与第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。

Description

近眼显示器系统、装置及方法
技术领域
相关申请案
本申请案关于并主张2013年5月23日申请的美国临时申请案第61/826,822号的优先权，其以全文纳入本说明书中。
背景技术
头戴式显示器系统安装于一使用者的头部并允许使用者观看显示器或其的一影像。通常，此显示器作为一种与一计算机方便设置的界面，此计算机可包括在头戴式显示器系统中。举例而言，一头戴式显示器系统可为一飞机驾驶员提供地图及其它关于驾驶员所观看到的实际场景的信息。某些头戴式显示器系统允许使用者在观看一实际场景的同时观看一显示影像。透视头戴式显示器系统将一显示影像叠积在一使用者所观看到的实际场景上。微光学制造上的最近的进展已导致目标针对消费市场的透视头戴式显示器系统的开发，于此显示器系统可提供类似于一智能型手机的功能。举例而言，美国专利申请公开号US2013/0021658讨论一种透视头戴式显示器系统。
发明内容
在一实施例中，一种近眼显示装置包括：(a)一显示单元，具有一硅基液晶(LCOS)显示器及一第一偏振光束分光器界面，用于：(i)使照明光从一照明模块反射向硅基液晶显示器并且(ii)基于照明光传送来自硅基液晶显示器的显示光；以及(b)一观看单元，具有一成像物镜及一第二偏振光束分光器界面，成像物镜基于显示光为一瞳孔(pupil)形成硅基液晶显示器的一影像，而第二偏振光束分光器界面用于：(i)使反射的显示光从成像物镜反射向瞳孔并且(ii)将环境光从一周围场景传送向瞳孔，第二偏振光束分光器界面与第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
在一实施例中，一种透视近眼显示装置用于安装在一使用者的一瞳孔的视野中，包括：(a)一观看单元，用于将一通过显示装置而形成的显示影像叠加在一周围场景上，及(b)一中性密度滤光镜，用于调整来自周围场景的被观看单元所接收的环境光的亮度，以调整显示影像相对于周围场景的对比。
在一实施例中，一种将一显示影像叠加在一使用者的一瞳孔所观看到的一周围场景的方法包括：(a)通过使用一第一偏振光束分光器界面而使照明光从一光源反射至显示器，来照明一硅基液晶(LCOS)显示器；及(b)通过使用一第二偏振光束分光器界面，将来自周围场景的环境光与来自被第一偏振光束分光器界面所传输的显示器的显示光合并，用于将硅基液晶显示器的一影像叠加在周围场景上，第二偏振光束分光器界面与第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
在一实施例中，一种用于制造一近眼显示装置的晶圆级方法，包括：(a)形成一偏振光束分光器晶圆，包括一个具有数个偏振光束分光器膜带的偏振光束分光器晶圆，(b)将偏振光束分光器晶圆接合至一有源矩阵晶圆以形成一堆叠晶圆，其中有源矩阵晶圆包括数个有源矩阵，每个有源矩阵具有用于形成一硅基液晶(LCOS)显示器的功能，及(c)切割堆叠晶圆以将数个光学组件切成单一个，其中每一个光学组件具有一有源矩阵及一偏振光束分光器膜带，用于使光反射向有源矩阵并传送从有源矩阵的方向所接收的光。
附图说明
上述及其它特征及优点将从如显示于附图中的较佳实施例的更特定的说明可清楚理解到，其中相同的参考符号表示遍及不同视图的相同构件。这些附图未必按比例绘制，而是将重点放在说明本发明概念的原理之上。
图1显示依据一个实施例的一近眼显示器系统。
图2显示依据一实施例的一例示的近眼显示装置的组件的方块图。
图3显示图2的近眼显示装置的一实施例，增加提供较高质量显示影像的功能。
图4显示依据一实施例的用于将一显示影像叠加在一周围场景上的一光学系统。
图5显示依据一实施例的一光学系统，用于将一显示影像叠加在一周围场景上，并包括一提供改良的显示器照明效率的照明聚焦模块。
图6显示依据一实施例的用于将一显示影像叠加在一周围场景上的一光学系统，其包括一个用于改变显示影像的放大倍率的透镜。
图7显示依据一实施例的用于将一显示影像叠加在一周围场景上的另一种光学系统，其包括一个用于改变显示影像的放大倍率的透镜。
图8显示依据一实施例的用于照明图2的显示装置的显示器的一光源。
图9A及9B是以透视图及剖面侧视图分别地显示依据一实施例的用于图3的显示装置的一照明模块，其包括一具有一用于收集并将光从一光源导引向显示器的曲面的固体光收集器。
图10A及10B显示依据实施例的用于将一显示影像叠加在一周围场景上的光学系统，其利用图9A及9B的照明模块。
图11A及11B以透视图及剖面侧视图分别地显示依据一实施例的用于图3的显示装置的一照明模块，其包括一具有一用于收集并将光从一光源导引向显示器的菲涅耳(Fresnel)反射器。
图12显示依据一实施例的一种用以将一硅基液晶显示器的一影像叠加在一周围场景上的方法。
图13显示图12的方法的一实施例，其包括提供一较高质量显示影像的增加功能。
图14A、14B及14C显示依据一实施例的一种用以将图1的显示装置耦合至一安装于使用者上的固持器的夹具，其包括用于使显示装置相对于使用者的瞳孔对准的数个自由度。
图15显示依据一实施例的一种操控将图1的显示装置耦接至一安装于使用者上的固持器的夹具以使显示装置相对于使用者的瞳孔对准的方法。
图16显示依据一实施例的图14A、14B及14C的夹具的一自由旋转度的操控，用于调整由图1的显示装置提供至使用者的瞳孔的显示影像的在一个维度上的梯形效应。
图17显示依据一实施例的图14A、14B及14C的夹具的一平移自由度的操控，用于沿着相对于使用者的瞳孔的视野的一个维度调整由图1的显示装置所提供的显示影像的定位。
图18显示依据一实施例的图14A、14B及14C的夹具的另一个自由旋转度的操控，用于调整由图1的显示装置提供至使用者的瞳孔的显示影像的在另一维度上的梯形效应。
图19显示依据一实施例的图14A、14B及14C的夹具的另一个平移自由度的操控，用于沿着相对于使用者的瞳孔的视野的另一维度调整由图1的显示装置所提供的显示影像的定位。
图20显示依据一实施例的一硅基液晶零件，其可在图2-7的光学系统中被实施。
图21显示依据一实施例的一种制造图20的硅基液晶零件的方法，其中显示器部分通过使用晶圆级制造方法而形成。
图22显示依据一实施例的一种制造图20的硅基液晶零件的晶圆级方法，其中将液晶添加于晶圆级。
图23显示依据一实施例的制造图20的硅基液晶零件的另一种晶圆级方法，其中液晶在硅基液晶零件的分离之后被添加。
图24显示依据一实施例的一堆叠晶圆，其可通过使用图22及图23的任一个方法被制造。
图25显示依据一实施例的一硅基液晶零件，其可在图2-7的光学系统中被实施，其中硅基液晶零件可通过使用图22及图23的任一个方法被制造。
图26显示依据一实施例的一种制造包括一偏振光束分光器的数个光学系统的晶圆级方法。
具体实施方式
图1显示一个例示的近眼显示器系统102，包括一近眼显示装置100。近眼显示器系统102将近眼显示装置100定位在一使用者的一个瞳孔的视野之内，且在图1所示的例子中，近眼显示器系统102安装于一被使用者配戴的眼镜框架104。或者，近眼显示器系统102安装于一被使用者配戴的安全帽、使用者的头部或肩部，或其它被置放以使近眼显示装置100位在使用者的一个瞳孔的视野中。近眼显示装置100譬如是一透视显示装置，其将一显示影像叠加在使用者观看到的周围场景中。
亦揭露于此的是近眼显示装置100的数个实施例，其具优点地提供高画质及观看舒适度。举例而言，近眼显示装置100可包括一中性密度滤光镜，用于在与显示影像相关的视野区域中调整来自周围场景的光的亮度，以使显示影像具有相对于周围场景的良好对比。近眼显示装置100可利用显示器的有效照明以提供一亮显示影像同时维持低的功率消耗，以及偏振过滤以减少散射光效应。在一实施例中，显示器系统102包括一个具有多重自由度的夹具，用于使近眼显示装置100相对于瞳孔的视野对准。夹具从而允许达到一显示影像的期望定位，并消除或降低梯形失真。如果显示器系统102意图与不同型式的固持器(例如眼镜框架104的不同例子)兼容，则这是特别有利的。近眼显示装置100的部分可依据于此所揭露的晶圆级方法而被制造。
图2显示一个例示近眼显示装置200的组件的方块图。显示装置200譬如是图1的近眼显示装置100的一实施例。显示装置200包括一光学系统201，其利用数个偏振敏感组件以将一显示影像叠加在一个被一使用者的一瞳孔270所观看到的周围场景260。光学系统201包括一显示单元210及一观看单元240。可选择地，显示装置200包括一腔室290用以储藏至少光学系统201。
显示单元210包括一显示器220、一个用于照明显示器220的照明模块230，以及一偏振光束分光器(PBS)界面215。PBS界面215将由照明模块230所产生的照明光的至少一部分指引向显示器220，并将光的至少一部分从显示器220传输向观看单元240。在一实施例中，显示器220为一硅基液晶(Liquid-Crystal-On-Silicon,LCOS)显示器。在一实施例中，照明模块230包括一基于发光二极管(LED)的光源，例如一用以产生红色、蓝色及绿色光的RGBLED模块。于本实施例中，显示器220及照明模块230可共同作用以提供一彩色显示器。
观看单元240将一显示器220的影像叠加在被瞳孔270所观看到的周围场景260上。观看单元240包括一PBS界面245及一成像物镜250。成像物镜250形成一显示器220的影像。在某些实施例中，因而通过成像物镜250所形成的显示影像为一设置在一段远离瞳孔270的距离，可选择地设置在显示装置200外部的虚拟影像。虚拟影像可形成于无限远，或于一段距离瞳孔270的有限距离。PBS界面245传输光的至少一部分从周围场景260传播向瞳孔270。因此，PBS界面245提供透视功能给显示装置200。PBS界面245还进一步将光的至少一部分从显示单元210传输至成像物镜250，并使光的至少一部分从成像物镜250反射向瞳孔270。
在一实施例中，PBS界面215及245垂直于一共同平面。于本实施例中，PBS界面215及245可设计成用于传输相同型式的偏振，以使在PBS界面215及245之间不需要偏振旋转。在一实施例中，PBS界面215及245设计成用于传送p-偏振并反射s-偏振。PBS界面215及245的一者或两者可在显示装置200中被实施以作为分束器立方体。
可选择地，显示装置200包括一控制器280，用于控制光学系统201的部分。举例而言，控制器280控制照明模块230及显示器220。显示装置200可还包括一界面285用于与一使用者及/或一外部计算机系统相通。界面285可包括一声音界面及/或一碰触界面(例如一小键盘或一触摸板)用于接收来自一使用者的指令。通过控制器280，这种指令会影响形成于显示器220上的影像。或者或此外，界面285可包括一声音界面，用于连接至使用者。虽然图2显示控制器280及界面285为被包括在显示装置200中，但在不背离其的范围之下，控制器280及界面285的一者或两者，或其的部分可被设置在显示装置200外部。举例而言，关于显示装置200(在近眼显示器系统102(图1)中被实施为显示装置100)，控制器280及界面285可被设置在与显示装置100不同的近眼显示器系统102的部分中。虽然未显示于图2中，但在不背离其的范围之下，显示装置200的组件可被一并入显示装置200中的电池供以电源，或通过譬如界面285接收电力。
图3显示一个例示的近眼显示装置300，其为更详细揭露的图2的近眼显示装置200。显示装置300包括添加的功能，其可用于将一较高质量显示影像叠加在瞳孔270(图2)所观看到的周围场景260(图2)上。显示装置300包括一光学系统301，其为更详细揭露的光学系统201(图2)。光学系统301包括一显示单元310及一观看单元340，其分别为更详细揭露的图2的显示单元210及观看单元240。可选择地，显示装置300包括图2的腔室290。
显示单元310包括如上面图2所述的PBS界面215及显示器220。显示单元310还包括一照明模块330，照明模块330包括一光源332，光源332为更详细揭露的照明模块230(图2)。在一实施例中，光源332为一基于发光二极管(LED)的光源，例如一用于产生红色、蓝色及绿色光的RGB LED模块。于本实施例中，显示器220及照明模块330可共同作用以提供一彩色显示器。观看单元340包括如上所述相关于图2的PBS界面245及成像物镜250。
在一实施例中，照明模块330包括一收集器(collector)334，用于收集由332所发射的光，并将收集到的光导引向PBS界面215。收集器334可增加少量由光源332所产生到达显示器220的光。因此，与并未包括收集器334的照明模块比较而言，收集器334可帮助一较亮的显示影像的形成，及/或减少功率消耗。同样地，在一实施例中，与未包括照明聚焦模块338的显示单元比较而言，显示单元310包括一照明聚焦模块338，其用于将由照明模块330所发射的一较大部分的光指引向显示器220。因此，与未包括照明聚焦模块338的显示单元比较而言，照明聚焦模块338帮助一较亮的显示影像的形成及/或减少功率消耗。
在一实施例中，观看单元340包括一中性密度(Neutral Density,ND)滤光镜344，用于从周围场景260调整传播向瞳孔270的光的亮度。因此，ND滤光镜344可用于提供显示影像相对于周围场景的改善的对比。举例而言，如果周围场景260很亮(其可以是显示装置300在一灯火通明的环境下被操作的情况)，则ND滤光镜344可减少被显示影像所占用的瞳孔270的视野的部分中的周围场景260的亮度。在一种不具有ND滤光镜344的系统中，可能必须增加光源照明显示器220(例如光源332)的功率，其增加因显示装置300所致的功率消耗。因此，ND滤光镜344可提供一高效节能解决方法以达到显示影像相对于周围场景的良好对比，其对于电池供电的显示装置300的实施例特别有利。
在一实施例中，ND滤光镜344具有一固定透光系数。在另一实施例中，ND滤光镜344为一可变的中性密度滤光镜。ND滤光镜344可以是一机械地可变的ND滤光镜。举例而言，ND滤光镜344可包括两个偏振片，其中两个偏振片的至少一者的方位可被调整，以控制所述对偏振片的整体透光系数。或者，ND滤光镜344可以是一电子可变的ND滤光镜。在某些实施例中，ND滤光镜344包括一扭转向列模式液晶装置，其通过一液晶层中的扭转向列效应控制透光系数。液晶层的透光特性取决于一外加电压。因此，液晶层的透光度可受电子控制。于一实施例中，扭转向列模式液晶装置以一种二进制模式被操作，于其中此装置不是透光就是阻挡光。ND滤光镜344的可变透光性接着可通过在传送及阻挡具有一可变责任周期(duty cycle)的组态之间交替而被达到。在另一实施例中，扭转向列模式液晶装置包括一数组的独立可控制的扭转向列模式液晶像素，每个液晶像素以二进制模式操作，其中一像素不是透光就是阻挡光。于此情况下，ND滤光镜344的可变透光性可通过调整设定以透射光的少量的像素而达成。
在一实施例中，除了PBS界面215及245以外，显示装置300包括一个或多个偏振滤光镜，用于清除通过它的光的偏振状态。虽然每一个PBS界面215及245作为偏振滤光镜，但PBS界面215及245无法提供完美的偏振过滤。不完美的偏振过滤可能导致叠加在周围场景260上的显示影像的散射光效应。举例而言，由照明模块330所发射的一小部分的光可传播至观看单元340并显现在通过成像物镜250而形成的显示影像中。同样地，从周围场景260所接收的一小部分的光可被PBS界面245反射，并藉以产生一通过成像物镜250而形成的显示影像的散射光效应。为避免或减少这种散射光效应，显示装置300可包括偏振滤光镜302、336及342的一个或多个。
偏振滤光镜302被设置在PBS界面215与245之间，以清除通过于其间的光的偏振状态。偏振滤光镜302可直接被部署在PBS界面215或PBS界面245的表面上。
偏振滤光镜336被设置在照明模块330中，用于在到达PBS界面215之前清除由光源332所发射的光的偏振状态。偏振滤光镜336可直接被部署在PBS界面215的表面上。
偏振滤光镜342被设置在观看单元340中，并清除传播向PBS界面245的光的偏振状态。偏振滤光镜342可直接被部署在PBS界面245的表面上。在包括ND滤光镜344的显示装置300的数个实施例中，在不背离其的范围之下，偏振滤光镜342可被设置在ND滤光镜344与周围场景260之间。虽然未显示于图3中，但在不背离其的范围之下，显示单元310的实施例可包括一偏振滤光镜，用于阻挡由PBS界面215所传输的光，PBS界面215具有一种将使理想版本的PBS界面215反射的型式的偏振。
在一实施例中，显示装置300包括一透镜或一透镜系统，用于改变叠加在周围场景260上的显示影像的放大倍率。举例而言，显示装置300可包括一设置在PBS界面215与245之间的透镜304。与通过未包括透镜304的显示装置而形成的显示影像比较而言，透镜304与成像物镜250共同作用，以提供一不同的放大倍率的叠加在周围场景260上的显示影像。虽然未显示于图3中，在包括偏振滤光镜302的显示装置300的实施例中，透镜304可被设置在偏振滤光镜302与PBS界面215之间。
在另一例子中，显示装置300包括一设置在显示器220与PBS界面215之间的透镜312。与通过未包括透镜312的显示装置而形成的显示影像比较而言，透镜312与成像物镜250共同作用，以提供一不同的放大倍率的叠加在周围场景260上的显示影像。每一个透镜304及312可包括数个透镜与其它光学组件。
在一实施例中，显示装置300包括两个以上的：(a)ND滤光镜344、(b)一个或多个偏振滤光镜302、336及342、(c)照明聚焦模块338、(d)收集器334以及(e)透镜304及312的其中一个。
可选择地，显示装置300包括一控制器360，用于控制光学系统301的部分。控制器360为控制器280(图2)的一实施例。举例而言，控制器360控制照明模块230及显示器220，且可选择地控制ND滤光镜344。显示装置300可还包括界面285(图2)，用于通过控制器360与一使用者及/或一外部计算机系统相通。虽然图3显示控制器360及界面285为被包括在显示装置300中，但在不背离其的范围之下，控制器360及界面285的一者或两者，或其的部分可被设置在显示装置300外部。举例而言，关于显示装置300(在近眼显示器系统102(图1)中被实施为显示装置100)，控制器360及界面285可被设置在与显示装置100不同的近眼显示器系统102的部分中。
图4显示用于一透视近眼显示装置的一个例示的光学系统400，其包括一中性密度滤光镜及额外的偏振清除组件。光学系统400为光学系统301(图3)的一实施例，其包括ND滤光镜344(图3)、一偏振滤光镜436以及一偏振滤光镜442。偏振滤光镜436及442为图3的偏振滤光镜336及342的例子。光学系统400包括一显示单元480及一观看单元490，其分别类似于图3的显示单元310及观看单元340。光学系统400还包括一光隧道460，光可通过光隧道460而从显示单元480传播至观看单元490。光隧道460可以是一种能够传送一期望波长的光(例如可见光)的固体材料。举例而言，光隧道460可由玻璃或一光学塑料(例如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚链烯烃)所构成。
显示单元480包括一个具有一PBS界面415的PBS组件430，PBS界面415为PBS界面215(图2及3)的一例。显示单元480还包括光源332(图3)、一光隧道434及一偏振滤光镜436，光隧道434可以是一固体圆锥(taper)，用于将光从光源332导引向PBS组件430，而偏振滤光镜436为用以清除由光源332所发射的光的偏振状态的偏振滤光镜336(图3)的一例。此外，显示单元480包括显示器220(图2及3)。光隧道434可以是一种能够传送一期望波长的光(例如可见光)的固体材料。举例而言，光隧道460可由玻璃或一光学塑料(例如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚链烯烃)所构成且可以以一角度被推拔向光源332。在一实施例中，显示器220为一硅基液晶显示器。
光源332放射出可随机地被偏振的光401，其。偏振滤光镜436至少局部阻挡光401的s-偏振光分量以形成传播向PBS界面415的p-偏振光402。偏振状态相对于PBS界面415被界定。PBS界面415使p-偏振光402反射向显示器220。p-偏振光402的至少一部分由显示器220重新发射以作为光403。显示器220改变入射p-偏振光402的偏振状态，以使由显示器220发射的光403包括一s-偏振分量。光403的s-偏振分量至少局部被PBS界面415传输以产生s-偏振光404。S-偏振光404进入光隧道460并通过它传播至观看单元490以作为S-偏振光405。显示单元480可还包括一偏振滤光镜470，用于至少局部阻挡通过PBS界面415泄漏的p-偏振光402的部分。光源332、光隧道434及偏振滤光镜436一起形成照明模块330(图3)的一例。
在一实施例中，显示器220、可选择地偏振滤光镜470、以及通过光源332、光隧道434及偏振滤光镜436所形成的照明模块，接合至PBS组件430的表面，其中这些表面以实质上45度被配向至PBS界面415。在不背离其的范围之下，通过光源332、光隧道434及偏振滤光镜436而形成的照明模块的位置，可以与可选择的偏振滤光镜470的位置交换。
在不背离其的范围之下，于此所表示的光偏振状态表示光的理想的偏振状态，而实际偏振状态可包括非理想的分量。举例而言，S-偏振光405可包括一小的p-偏振分量。
观看单元490包括一个具有一PBS界面445的PBS组件440，PBS界面445为PBS界面245(图2及3)的一实施例。在一实施例中，PBS组件440为一PBS立方体。观看单元490还包括一弯曲反射器451及一个四分之一波片452。同时，弯曲反射器451及四分之一波片452形成成像物镜250(图2及3)的一实施例。弯曲反射器451可以是一曼京反射镜(mangin mirror)。此外，观看单元490包括ND滤光镜344(图3)及一偏振滤光镜442。偏振滤光镜442为偏振滤光镜342(图3)的一实施例。观看单元490可还包括偏振滤光镜302(图3)。
观看单元490接收来自光隧道460的S-偏振光405。可选择地在通过设计成用于至少局部阻挡S-偏振光405的p-偏振分量的偏振滤光镜302之后，使S-偏振光405进入PBS组件440并变成s-偏振光406。PBS界面445及415实质上垂直于一共同平面。因此，相对于PBS界面445所表示的光偏振状态，与相对于PBS界面415所表示的光偏振状态相同。S-偏振光406被PBS界面445传输，以形成传播向四分之一波片452的s-偏振光407。四分之一波片452旋转s-偏振光407的偏振以形成循环地偏振光408。弯曲反射器451反射循环地偏振光408以形成反循环地偏振光409，其的偏振被四分之一波片452旋转以形成p-偏振光410。P-偏振光410被PBS界面445反射向瞳孔270(图2及3)。
观看单元490亦接收来自一周围场景的光421。可随机偏振的至少一部分的光421被ND滤光镜344传输，且被偏振滤光镜442过滤以形成s-偏振光422。S-偏振光422被PBS界面445传输并传播向瞳孔270以作为s-偏振光432。因此，瞳孔270看见由瞳孔270所接收作为p-偏振光的显示器220的一影像，其被叠加在由瞳孔270所接收作为s-偏振光的一周围场景的一影像上。在一实施例中，偏振滤光镜302、偏振滤光镜442以及四分之一波片452接合至PBS组件440的表面，其中这些表面以实质上45度配向至PBS界面445。
图5显示一个用于一透视近眼显示装置的例示的光学系统500。光学系统500为图4的光学系统400的延伸，其还包括一照明聚焦模块，用于改善显示器220(图2、3及4)的照明的效率。光学系统500为光学系统301(图3)的一实施例，其包括ND滤光镜344(图3)、偏振滤光镜536、偏振滤光镜442(图4)以及照明聚焦模块338(图3)的一例。偏振滤光镜536为偏振滤光镜336(图3)的一例。光学系统500包括一显示单元580、光隧道460(图4)及观看单元490(图4)。显示单元580为图3的显示单元310的一实施例。
显示单元580类似于显示单元480(图4)。与显示单元480(图4)比较而言，可选择的偏振滤光镜470被一照明聚焦模块所置换，照明聚焦模块包括一个四分之一波片561、一透镜562及一弯曲反射器563。透镜562可以是一包括多重光学组件的透镜系统。弯曲反射器563可以一曼京反射镜。通过四分之一波片561、一透镜562及一弯曲反射器563而形成的照明聚焦模块为照明聚焦模块338(图3)的一例。
再者，在光学系统500之内，图4的PBS组件430被包括一PBS界面515的一PBS组件530所置换。PBS界面515为PBS界面215(图2及3)的一例。PBS界面515实质上平行于PBS界面445。
偏振滤光镜536阻挡由光源332发射的至少一部分的p-偏振光。偏振滤光镜536传输由光源332发射的一光401(图4)的s-偏振分量以形成s-偏振光502，于此偏振状态相对于PBS界面515被表示。S-偏振光被PBS界面515传输以形成传播向四分之一波片561的s-偏振光503。四分之一波片561旋转s-偏振光503的偏振以形成循环地偏振光504，其通过透镜562，被弯曲反射器563反射，并通过透镜562以变成反循环地偏振光505。四分之一波片561旋转反循环地偏振光505的偏振以形成p-偏振光506。P-偏振光506被PBS界面515反射向显示器220。显示器220改变入射p-偏振光506的偏振状态，以使由显示器220发射的光507包括一s-偏振分量。光507的s-偏振分量至少局部被PBS界面515传输以产生s-偏振光508。S-偏振光508进入光隧道460并变成图4的S-偏振光405。
图6显示一个用于一透视近眼显示装置的例示的光学系统600。光学系统600为图5的光学系统500的一修改型式，其还包括一透镜，用于改变叠加在周围场景上的显示影像的放大倍率。光学系统600为光学系统301(图3)的一实施例，其包括透镜304(图3)、ND滤光镜344(图3)、偏振滤光镜536(图5)、偏振滤光镜442(图4)以及一弯曲反射器663，用于聚焦照明。弯曲反射器663为照明聚焦模块338(图3)的一例且可以是一曼京反射镜。光学系统600还包括一显示单元680、光隧道460(图4)、观看单元490(图4)以及透镜304(图3)。
显示单元680为图3的显示单元310的一实施例，且类似于显示单元580(图5)。然而，与显示单元580(图5)比较而言，省略掉透镜562。透镜304被置放在PBS组件440(图4)与530(图5)之间。透镜304可并入光隧道460、显示单元680或观看单元490(图4)中。
图7显示一个用于一透视近眼显示装置的例示的光学系统700。光学系统700为图6的光学系统600的一修改型式，其中一不同位置的透镜作用在于改变叠加在周围场景上的显示影像的放大倍率。光学系统700为光学系统301(图3)的一实施例，其包括透镜312(图3)、ND滤光镜344(图3)、偏振滤光镜536(图5)、偏振滤光镜442(图4)以及弯曲反射器663(图6)。光学系统700还包括一显示单元780、光隧道460(图4)及观看单元490(图4)。
与图6的光学系统600比较而言，光学系统700并未包括透镜304。反而光学系统700包括设置在PBS组件530(图5及6)与显示器220(图2、3及6)之间的透镜312。
图8显示一个例示的光源800，用于照明图2的显示器220。光源800为提供三种不同颜色的光的光源332(图3)的一实施例，其与显示器220(图2)共同作用以形成一彩色显示器。光源800包括一红色LED811、一绿色LED812、一蓝色LED813以及一个十字分色棱镜(cross dichroic prism)820，用于结合来自红色LED811、绿色LED812及蓝色LED813的光。十字分色棱镜820可装设至光隧道或固体圆锥434(图4至7)。
图9A及9B显示一个例示的照明模块900，其为包括收集器334的照明模块330(图3)的一实施例。照明模块900包括光源332(图3)及一固体光收集器920，其为收集器334(图3)的一实施例。图9A以透视图从一在光源332下方的制高点显示照明模块900。图9B以剖面侧视图显示照明模块900，于此横剖面在由通过照明模块900的光的一般传播方向所定义的平面上。最好是一起看图9A及9B。
固体光收集器920包括一曲面922，用于内部地反射由光源332所发射的光931。在图9中，箭号931表示由光源332所发射的光的一大致中心的传播方向。光源332可以以大立体角发射光。曲面922收集并聚焦由光源332所发射的大立体角的光931，用于形成光932。光932具有实质上垂直于光931的一般的传播方向。光932可包括在由曲面922与光源332的发射特性所定义的方向的范围中的光传播。固体光收集器920可以是一种能够传送一期望波长的光(例如可见光)的固体材料。举例而言，固体光收集器920可由玻璃或光学塑料(例如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚链烯烃)所构成。
图10A及10B分别显示两个类似的例示光学系统1001及1002，其为图9的合并照明模块900的光学系统400(图4)的实施例。除了光隧道434(图4)被图9的固体光收集器920所置换以外，图10A所显示的光学系统1001类似于光学系统400(图4)，且光源332被移动至一在固体光收集器920下方的位置。此外，光学系统1001可包括一个设置在固体光收集器920与偏振滤光镜436(图4)之间的扩散器1010，用于使由固体光收集器920所发射的光扩散。
除了偏振滤光镜426、可选择的扩散器1010及照明模块900的位置与可选择的偏振滤光镜470(图4)的位置交换，以及PBS组件430因此重新被配向以外，图10B所显示的光学系统1002类似于光学系统1001。在光学系统1002中，PBS组件430重新被配向，以使PBS界面415(图4)平行于PBS界面445(图4)。
图11显示一个例示的照明模块1100，其为包括收集器334的照明模块330(图3)的一实施例。照明模块1100包括光源332(图3)及一固体光收集器1120，其为收集器334(图3)的一实施例。图11A以透视图从一在光源332下方的制高点显示照明模块1100。图11B以剖面侧视图显示照明模块1100，于此横剖面在由通过照明模块1100的光的一般传播方向所定义的平面上。最好一起看图11A及11B。
除了曲面922(图9)被一菲涅耳反射器1122所置换以外，固体光收集器1120类似于图9的固体光收集器920。菲涅耳反射器1122收集并聚焦由光源332所发射的大立体角的光1131，用于形成光1132。光1132具有实质上垂直于光1131的一般的传播方向。光1132可包括在由菲涅耳反射器1122与光源332的发射特性所定义的方向的范围中的光传播。固体光收集器1120可以是一种能够传送一期望波长的光(例如可见光)的固体材料。举例而言，固体光收集器1120可由玻璃或光学塑料(例如聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚链烯烃)所构成。照明模块1100可分别被并入图10A及10B的光学系统1001及1002以取代照明模块900(图9及10)。
图12显示一个用以将一显示影像叠加在一使用者的瞳孔所观看到的一周围场景上的例示方法1200。方法1200可通过譬如图2的显示装置200而执行。
在步骤1210中，照亮一硅基液晶显示器。举例而言，照明模块230(图2)照亮显示器220(图2)的一实施例，其为一硅基液晶显示器。步骤1210包括通过使用一第一PBS界面使光从一光源反射向硅基液晶显示器的步骤1212。举例而言，PBS界面215(图2)使光从照明模块230(图2)反射向显示器220(图2)的实施例，其为硅基液晶显示器。
在步骤1220中，一硅基液晶显示器的影像被叠积在一周围场景上。在步骤1220的操作的一个例子中，观看单元240(图2)将实施为一硅基液晶显示器的一显示器220(图2)的影像叠加在瞳孔270(图2)所观看到的周围场景260(图2)上。步骤1220包括步骤1222，其中来自周围场景的光通过使用一第二PBS界面而与来自硅基液晶显示器的光合并。在一实施例中，第一与第二PBS界面垂直于一共同平面。举例而言，PBS界面245(图2)合并来自周围场景260(图2)的光与源自实施为一硅基液晶显示器的显示器220(图2)的光，于此源自显示器220的光由成像物镜250(图2)所接收。
图13显示一个用以将一显示影像叠加在一使用者的瞳孔所观看到的一周围场景上的例示方法1300。方法1300可通过譬如图3的显示装置300，或通过光学系统400(图4)、500(图5)、600(图6)、700(图7)、1001(图10A)以及1002(图10B)的其中一个而执行。方法1300为方法1200(图12)的一实施例，其包括一个或多个步骤，用于：(a)调整与显示影像相关的瞳孔的视野的部分中的周围场景的亮度，(b)清除光的偏振状态以产生一具有较少或没有散射光干扰的较高质量显示影像，(c)聚焦照明以提供一亮显示影像及/或减少功率消耗，以及(d)聚焦从硅基液晶显示器传播的光以提供一不同放大倍率的显示影像。
方法1300包括步骤1310及步骤1340，步骤1310用于照明一硅基液晶显示器，而步骤1340用以将一硅基液晶显示器的影像叠加在使用者的瞳孔所观看到的周围场景上。步骤1310及1340分别为方法1200(图12)的步骤1210及1240的例子。步骤1310包括步骤1316，其中方法1300执行方法1200的步骤1212。步骤1340包括步骤1346，其中方法1300执行方法1200的步骤1222。
在一实施例中，步骤1310包括聚焦来自用于照明硅基液晶显示器的光源的光的步骤1314。步骤1314可提供硅基液晶显示器的照明的增加的效率，以提供一较亮的显示影像及/或与光源的操作相关的较低的功率消耗。在一实施例中，于图13所显示，步骤1314在步骤1316之前被执行。然而，在不背离其的范围之下，步骤1314可在步骤1316之后被执行。在一例子中，照明聚焦模块338(图3)聚焦由照明模块330(图3)的光源332(图3)所接收的光。或者，譬如以固体光收集器920(图9)或固体光收集器1120(图11)实施的收集器334(图3)，聚焦由光源332(图3、9及11)所发射的光。
在一实施例中，方法1300包括步骤1320，其中从硅基液晶显示器传播至第二PBS界面的光被聚焦，以改变在步骤1340中叠加在周围场景上的LCOS显示影像的放大倍率。举例而言，透镜312(图3)或透镜304(图3)聚焦从实施为一硅基液晶显示器的显示器220(图2及3)传播至PBS界面245(图2及3)的光。
方法1300可还包括步骤1312、1330及1344的一个或多个，用于清除在用于形成并将显示影像叠积在周围场景上的光学系统中传播的光的偏振状态。举例而言，由于被使用于其中的PBS界面所过滤的不完美偏振，步骤1312、1330及1344可减少在光学系统中传播的散射光的数量。因此，步骤1312、1330及1344可提供一较高质量显示影像。
步骤1312被执行为步骤1310的一部分。在一实施例中，于图13所显示，步骤1312在步骤1316之前被执行。在步骤1312中，清除从光源传播向硅基液晶显示器的光的偏振。举例而言，偏振滤光镜336(图3)清除从光源332(图3)传播向实施为一硅基液晶显示器的显示器220(图2及3)的光的偏振状态。
步骤1330在步骤1310及1340之间被执行。虽然图13所显示的为在可选择的步骤1320之后被执行，但在不背离其的范围之下，步骤1330可在可选择的步骤1320之前被执行。在步骤1330中，清除从硅基液晶显示器传播向第二PBS界面的光的偏振状态。举例而言，偏振滤光镜302(图3)清除从实施为一硅基液晶显示器的显示器220(图2及3)传播向PBS界面245(图2及3)的光的偏振状态。
在执行步骤1346之前，步骤1344被执行为步骤1340的一部分。在步骤1344中，清除来自周围场景的光的偏振状态。举例而言，偏振滤光镜342(图3)清除从周围场景260(图2及3)传播向PBS界面245(图2及3)的光的偏振状态。
在一实施例中，步骤1340包括一在步骤1346之前被执行的步骤1342，其使用一中性密度滤光镜以调整与LCOS显示影像相关的瞳孔的视野的部分中的周围场景的亮度。因此，步骤1342可提供如瞳孔所观看到的显示影像的改良对比。举例而言，如果周围场景(例如图2的周围场景260)很亮(其可以是如果显示装置在一灯火通明的环境下被操作的情况)，则ND滤光镜可减少被显示影像所占用的瞳孔的视野的部分中的周围场景的亮度。
相反地，在不包括步骤1342的步骤1340的一例子中，可能必须增加光源照明硅基液晶显示器的功率，其增加因显示装置所致的功率消耗。因此，步骤1342可提供一高效节能解决方法以达到显示影像相对于周围场景的良好对比，其对于电池供电的显示装置的实施例特别有利。中性密度滤光镜可具有固定的或可调节的透光系数。在一实施例中，步骤1342包括电子调整中性密度滤光镜的透光系数，譬如用以最佳化如被使用者所察觉到的显示影像对比，以因应周围场景亮度的改变。在一例子中，ND滤光镜344(图3)在被实施为一硅基液晶显示器的显示器220(图2及3)的影像所占用的瞳孔270(图2及3)的视野的部分中调整来自周围场景260(图2及3)的光的亮度。虽然图13所显示的是在步骤1344之前被执行，但在不背离其的范围之下，步骤1342可在步骤1344之后被执行。
步骤1340可还包括步骤1346，其类似于上述所讨论的步骤1222。
图14A、14B及14C显示一个例示夹具1410，用于将近眼显示装置100(图1)耦接至一安装于近眼显示装置100的使用者上的支架1440。在不背离其的范围之下，夹具1410可用于将其它近眼显示装置耦接至一支架1440。夹具1410包括数个自由度，用于对准通过显示装置100而形成并通过显示装置100被叠加在一使用者的一瞳孔所观看到的周围场景的一显示影像。图14A、14B及14C最好一起看。夹具1410的数个自由度帮助显示装置100相对于一使用者的一瞳孔270(图2)的视野1482的对准。举例而言，夹具1410可被操控以将显示装置100定位在一瞳孔270的视野1482的期望部分中。此外，夹具1410可被操控以调整显示装置100相对于一条从瞳孔270至显示装置100的视轴1480的角度。这个功能减少或消除梯形失真。在不改变内部光学组件的相对对准的情况下，夹具1410提供由显示装置100所提供的显示影像的对准。显示装置100的光学系统被移动以作为一刚性隔片。
图14A为显示实施在一例示的使用设定中的夹具1410的图1400，其中夹具1410将显示装置100耦接至显示装置100的被使用者配戴的支架1440。使用者的瞳孔270(图2)接收一通过显示装置100所产生且通过显示装置100叠加在一周围场景上的显示影像。
图14B显示夹具1410及安装于夹具1410中或上的显示装置100的剖面图，其中是在x-y平面中取得此剖面。参考由x轴1401、y轴1402以及z轴1403所表示的坐标系统。在显示装置100的正常使用之下，如图14A所示，虽然夹具1410允许偏离那里，但是使用者的脸将被配向成几乎是在x-z平面中。夹具1410包括一装置支架1490，用于支持或至少局部包围显示装置100。在一实施例中，显示装置100为显示装置200(图2)，而装置支架1490为腔室290(图2)。夹具1410还包括一托架1411、一枢转接合点1420、一可调节长度的区段1426以及一安装部1430。托架1411连接至安装部1430，且直接或间接连接至枢转接合点1420。枢转接合点1420直接或间接连接至区段1426，其直接或间接连接至装置支架1490。安装部1430被设计成用于不是直接就是间接装至支架1440。由x轴1401、y轴1402及z轴1403所定义的坐标系统相对于安装部1430被固定。
枢转接合点1420提供在x-y平面中绕着一旋转轴线1421的一旋转自由度，如以箭头1422表示。因此，枢转接合点1420调整以改变显示装置100相对于视轴1480在x-y平面中的角度。因此，枢转接合点1420帮助调整由显示装置100所提供的显示影像相对于视轴1480在x-y平面中的角度。区段1426的长度在一方向1427中是可调整的，以使显示装置100可相对于视野1482平移。因此，区段1426提供一平移自由度。在一实施例中，区段1426为一可伸缩的区段。在不背离其的范围之下，可互换枢转接合点1420及区段1426的配置，以使区段1426比枢转接合点1420更接近托架1411。在一例子中，区段1426的长度具有在2公厘与10公厘之间的可调整范围，例如7公厘的范围。在一例子中，枢转接合点1420具有在2度与15度之间的角度调整范围，例如7度的范围。一般而言，由区段1426所提供的平移自由度朝一不平行于视轴1480的方向。在正常使用条件之下，由区段1426所提供的平移自由度可能朝一实质上垂直于视轴1480的方向，虽然枢转接合点1420的设定与安装部1430相对于视轴1480的方位可能导致偏离那里。
图14C显示夹具1410及安装于夹具1410中或上的显示装置100的剖面图，其中是在y-z平面中取得此剖面。在安装部1430之间的界面包括一旋转自由度及一平移自由度。在一实施例中，旋转自由度被实施为一枢转接合点。托架1411在y-z平面中绕着一枢转轴线1431旋转，如以箭头1434表示。这帮助调整显示装置100及相关的显示影像相对于视轴1480在y-z平面中的角度。此外，托架1411可朝一方向1436而相对于安装部1430平移，从而相对于视野1482平移显示装置100及相关的显示影像。这个平移自由度可被实施为一插槽1432中的在托架1411及安装部1430之间的一滑动界面。在一例子中，在托架1411及安装部1430之间的界面提供一在2公厘与10公厘之间的平移调整范围(例如7公厘的范围)及在2度与15度之间的角度调整范围(例如7度的范围)。一般而言，由安装部1430所提供的平移自由度朝一不平行于视轴1480的方向。在正常使用条件之下，由安装部1430所提供的平移自由度可能朝一实质上垂直于视轴1480的方向，虽然安装部1430的旋转自由度的设定与安装部1430相对于视轴1480的方位可能导致偏离那里。在一实施例中，枢转轴线1431实质上垂直于枢转轴线1421，以使与其相关的各个旋转方向实质上正交。
在不背离其的范围之下，未显示于图14A、14B及14C中的夹具1410的实施例可只包括图14A、14B及14C所显示的两个平移及两个旋转自由度的一部分。举例而言，夹具1410的一实施例可只包括由枢转接合点1420及区段1426所提供的自由度，而在托架1411与安装部1430之间的界面是固定的。再者，在不背离其的范围之下，显示装置100的某些部分可被设置在夹具1410中。举例而言，关于被实施为显示装置100的显示装置200(图2)，控制器280及界面285可被设置在夹具1430或支架1490外部的另一位置中，而光学系统201被设置在支架1490中或上。
图15显示一个例示方法1500，用于对准叠加在使用者的瞳孔所观看到的周围场景上的通过近眼显示装置而产生的显示影像。在不改变内部光学组件的相对对准的情况下，方法1500提供由显示装置所提供的显示影像的对准。显示装置的光学系统被移动以作为一刚性隔片。方法1500可通过图14A、14B及14C的夹具1410而执行。方法1500操控一直接或间接将显示装置耦接至一使用者安装支架的夹具的一个或多个自由度，用于使显示装置及相关的显示影像相对于瞳孔的视野对准。举例而言，夹具1410(图14A、14B及14C)的一个或多个自由度被操控，来使由显示装置100(图1、14A、14B及14C)所提供的显示影像相对于瞳孔270(图2、14A、14B及14C)对准。方法1500包括步骤1510、1520、1530及1540的一个或多个，其可以一任意顺序与重复地被执行。虽然步骤1510、1520、1530及1540表示沿着一迪卡儿坐标系统的一轴线平移或绕着其旋转，但在不背离其的范围之下，不同自由度的实际设定可使步骤1510、1520、1530及1540的一个或多个导致沿着偏离迪卡儿坐标系统的一轴线的一方向平移或绕着其旋转。
在步骤1510中，显示装置绕着x-轴旋转。参考图14A所显示的坐标系统，假设大约如图14A所显示的正常操作条件。步骤1510调整显示装置及相关的显示影像相对于一条从瞳孔至显示装置的视轴在y-z平面中的角度。因此，步骤1510可调整如被使用者所察觉的显示影像的垂直梯形效应。
图16显示步骤1510的一个例示应用。图1601显示支持显示装置100(图1、14A、14B及14C)的夹具1410(图14A、14B及14C)相对于一条从瞳孔270(图2、14A、14B及14C)至显示装置100的视轴1690的一初始组态。于图1601所显示的组态，瞳孔270观察一场景1610。场景1610包括一叠加在一周围场景1630上而由显示装置100所提供的显示影像1620。因为由显示装置100所提供的显示影像不垂直于视轴1690，所以显示影像1620显现垂直梯形失真。如以箭头1434(图14C)表示，绕着枢转轴线1431(图14C)枢转托架1411(图14C)使显示装置100对准，以使由显示装置100所提供的显示影像的投射至y-z平面之上垂直于视轴1690。这显示于图1602中并导致瞳孔270观察一场景1610'，其中显示影像1620'不具有垂直梯形失真。
回至图15的方法1500，在步骤1520中，显示装置沿着x-轴被平移。步骤1520使显示装置及相关的显示影像相对于瞳孔的视野平移。因此，步骤1520可调整使用者的视野在x-方向中的显示影像的定位。举例而言，可利用步骤1520以将完成的显示影像置放在视野之内及/或将显示影像置放在一并未阻碍周围场景的重要部分的位置。
图17显示步骤1520的一个例示应用。一图1701显示支持显示装置100(图1、14A、14B及14C)的夹具1410(图14A、14B及14C)相对于270(图2、14A、14B及14C)的一垂直视场1790的一初始组态。于图1701所显示的组态，瞳孔270观察一场景1710。场景1710包括一叠加在周围场景1630(图16)上而由显示装置100所提供的显示影像1720。由显示装置100所提供的显示影像的只有一子部分在一垂直视场1790之内。因此，显示影像1720被修剪。托架1411(图14C)沿着方向1436(图14C)的平移可使显示装置100平移，以使由显示装置100所提供的全显示影像在垂直视场1790之内。这显示于图1702中并导致瞳孔270观察一包括全显示影像1720'的场景1710'。
图17显示夹具1410(图14A、14B及14C)的数个组态，于此只有在托架1411与安装部1430之间的界面的平移自由度被调整，而夹具1410的其它自由度被设定，以使这导致显示装置100朝z-方向的平移。在步骤1520(图15)的一替代例子中，在托架1411与安装部1430之间的界面的旋转自由度处于一种设定中，以使在托架1411与安装部1430之间的界面的平移自由度的调整导致显示装置朝一偏离z-方向的方向平移。一般而言，步骤1520使显示装置朝一不平行于从瞳孔至显示器的影像的视轴的方向平移。
回至图15的方法1500，在步骤1530中，显示装置绕着z-轴旋转。步骤1530调整显示装置及相关的显示影像相对于一条从瞳孔至显示装置的视轴在x-y平面中的角度。因此，步骤1510可调整如被使用者所察觉的显示影像的水平梯形失真。
图18显示步骤1530的一个例示应用。图1801支持显示装置100(图1、14A、14B及14C)的夹具1410(图14A、14B及14C)相对于一条从瞳孔270(图2、14A、14B及14C)至显示装置100的视轴1890的一初始组态。于图1801所显示的组态，瞳孔270观察一场景1810。场景1810包括一叠加在周围场景1630(图16)上而由显示装置100所提供的显示影像1820。因为由显示装置100所提供的显示影像不垂直于视轴1890，所以显示影像1820显现水平的梯形失真。如以箭头1422(图14B)表示，绕着枢转轴线1421(图14B)调整枢转接合点1420(图14B)使显示装置100对准，以使由显示装置100所提供的显示影像的投射至x-y平面之上垂直于视轴1890。这显示于图1802中并导致瞳孔270观察一场景1810'，其中显示影像1820'不具有水平梯形失真。在一实施例中，步骤1530的旋转方向实质上垂直于步骤1510的旋转方向。
回至图15的方法1500，在步骤1540中，显示装置沿着z-轴被平移。步骤1540使显示装置及相关的显示影像相对于瞳孔的视野平移。因此，步骤1540可调整使用者的视野在z-方向中的显示影像的定位。举例而言，可利用步骤1540以将完成的显示影像置放在视野之内，及/或将显示影像置放在一并未阻碍周围场景的重要部分的位置。
图19显示步骤1540的一个例示应用。图1901显示支持显示装置100(图1、14A、14B及14C)的夹具1410(图14A、14B及14C)相对于270(图2、14A、14B及14C)的一水平视场1990的一初始组态。于图1901所显示的组态，瞳孔270观察一场景1910。场景1910包括一叠加在周围场景1630(图16)上而由显示装置100所提供的显示影像1920。由显示装置100所提供的显示影像的只有一子部分在一水平视场1990之内。因此，显示影像1920被修剪。朝方向1427(图14B)调整区段1426(图14B)的长度使显示装置100朝x-方向平移，以使由显示装置100所提供的全显示影像在水平视场1990之内。这显示于图1902中并导致瞳孔270观察一包括全显示影像1920'的场景1910'。
图19显示夹具1410(图14A、14B及14C)的数个组态，于此只有区段1426的长度被调整，而夹具1410的所有其它自由度被设定，以使调整区段1426的长度导致显示装置100朝x-方向的位移。在步骤1540(图15)的一替代例子中，枢转接合点1420处于一设定中，以使区段1426的长度的调整导致显示装置朝一偏离x-方向的方向的平移。一般而言，步骤1540使显示装置朝一不平行于从瞳孔至显示器的影像的视轴的方向平移。在一实施例中，步骤1520及1540的平移方向实质上正交。
图20显示一个例示LCOS零件2000，其为每一个光学系统400(图4)及500(图5)的一部分的一实施例。LCOS零件2000亦为每一个光学系统201(图2)、301(图3)及600(图6)的一部分的一实施例。LCOS零件2000包括一晶圆级LCOS管芯2050、一印刷电路板(PCB)2001、一包括PBS界面215(图2)的PBS组件2006、以及一可选择的光学子系统2010。光学子系统2010可包括一光隧道2010、一包括PBS界面245(图2)的PBS组件2012、以及一成像物镜2051。光隧道2010为光隧道460(图4)的一实施例。PBS组件2012为PBS组件430(图4)及PBS组件530(图5)的一实施例。成像物镜2051为成像物镜250(图2)的一实施例，且可包括多重组件。晶圆级LCOS管芯2050包括一有源矩阵基板2022、数个对准层2043、液晶2021、一透明导电薄膜2003以及一覆盖玻璃2004，其中透明导电薄膜2003至少局部透光。有源矩阵基板2022安装于PCB2001上。
晶圆级LCOS管芯2050形成一硅基液晶显示器，例如显示器220(图2)的LCOS实施例。PBS组件2006被设计成用于使照明光从一光源(未显示于图20中)反射至LCOS管芯2050之上以照明硅基液晶显示器。由硅基液晶显示器所发射的光至少局部被PBS组件2006传输至可选择的光学子系统2010。
在零件LCOS2000中，所有组件在用于制造零件2000的组装方法的对准公差之内绕着一光轴线2099被置于中央。相对于坐标系统2098，横向及纵向不对准分别表示沿着x-轴及z-轴的不对准。
图21显示制造图20的LCOS零件2000的一个例示方法2100。图26是一视觉图2120显示方法2100的步骤。方法2100可用于制造每一个光学系统201(图2)、301(图3)、400(图4)、500(图5)、600(图6)以及700(图7)的至少一部分。方法2100以晶圆级制造出与液晶2011(图20)的注入分开的LCOS管芯2050(图20)，并通过使用非晶圆级方法将LCOS零件2000(图20)的剩下的组件接合至LCOS管芯2050。
在步骤2102中，方法2100使一覆盖玻璃2124对准在一有源矩阵晶圆2122上。
在步骤2104中，方法2100接合覆盖玻璃2124及有源矩阵晶圆2122以形成一堆叠2130。
在步骤2106中，方法2100沿着数条切割线2135切成单一堆叠2130，而产生显示基板(例如显示基板2140)。显示基板2140包括一玻璃层2134及一有源矩阵层2132。
在步骤2108中，方法2100将一液晶部分2121注入在显示基板2140中的玻璃层2134与有源矩阵层2132之间，用于形成LCOS零件2000(图20)的晶圆级LCOS管芯2050。
在不背离其的范围之下，方法2100在步骤2106之前可包括用于在有源矩阵晶圆2122与覆盖玻璃2124上增加额外对准层的步骤。
在步骤2110中，方法2100通过将PCB2001、PBS组件2006(图20)以及可选择地光学子系统2010(图20)接合至LCOS管芯2050，来形成图20的LCOS零件2000。在不背离其的范围之下，步骤2110可在步骤2108之前被执行。在LCOS零件2000中，只有显示基板2140在晶圆级上被制造。
图22显示制造一种具有以晶圆级制造的多重组件的LCOS零件(类似于LCOS零件2000(图20))的一个例示方法2200。视觉图2220显示方法2200的步骤。方法2200可用于制造每一个光学系统201(图2)、301(图3)、400(图4)、500(图5)以及600(图6)的至少一部分。视觉图2220说明一有源矩阵晶圆2222、一PBS晶圆2224、可选择的隧道晶圆2226、可选择的PBS晶圆2228以及可选择的目标晶圆2229。有源矩阵晶圆2222包括数个有源矩阵2242。为清楚说明起见，图22只显示一个有源矩阵。可选择的隧道晶圆2226可以是一光学透明的晶圆。可选择的目标晶圆2229包括数个成像物镜，例如成像物镜250(图2)。可选择的目标晶圆2229可以是一堆叠晶圆。在不背离其的范围之下，方法2200可利用可选择的隧道晶圆2226、可选择的PBS晶圆2228以及可选择的目标晶圆2229的一个、全部或完全没有而被执行。此外，在不背离其的范围之下，方法2200可利用额外晶圆来执行。
在图22中，显示在PBS晶圆2224上的并行线表示在PBS晶圆2224之内的数条PBS膜带2260。在一实施例中，在PBS膜带2260之间的距离等于在可选择的目标晶圆2229中的成像物镜的列之间的间距，以及在有源矩阵晶圆2222中的有源矩阵2242的列之间的间距。同样地，显示在可选择的PBS晶圆2228上的并行线表示在可选择的PBS晶圆2228之内的数条PBS膜带2262。在一实施例中，在PBS膜带2262之间的距离等于在可选择的目标晶圆2229中的成像物镜的列之间的间距，以及在有源矩阵晶圆2222中的有源矩阵2242的列之间的间距。
在PBS晶圆2224及可选择的PBS晶圆2228的实施例中，PBS膜带2260及2262为现有技术已知的多层薄膜偏光片。在不背离其的范围之下，PBS晶圆2224及2228的其它实施例可采用不同的偏振机构，例如线栅(wire-grids)。
在一实施例中，PBS晶圆2224包括一个沈积面向有源矩阵晶圆2222的PBS晶圆2224的侧面上的透明导电薄膜，譬如铟钛氧化物(ITO)。在一实施例中，PBS晶圆包括一对准层，以供具有一在有源矩阵与液晶之间的对准层的LCOS零件的制造用，如由设置在有源矩阵2022(图20)与液晶2021(图20)之间的对准层2043(图20)所说明的。在这种实施例中，PBS晶圆2224作为光束分离组件及一基板两者，以供必须形成一LCOS零件的硅基液晶显示器的透明导电层与对准层的任何一个或两个用，例如透明导电薄膜2003(图20)及设置在液晶2021(图20)与透明导电薄膜2003之间的对准层2043(图20)。PBS晶圆2224的这个双功能消除对于一在有源矩阵晶圆2222之上的额外覆盖玻璃层，例如图20的LCOS零件2000中的覆盖玻璃2004的需求。在一实施例中，PBS晶圆2224包括一抗反射(AR)涂层与透明导电薄膜，而PBS薄膜被部署于其间。在一实施例中，PBS晶圆2224包括一偏振滤光镜与透明导电薄膜，而PBS薄膜部署于其间。
方法2200接收在步骤2201中的有源矩阵晶圆2222、PBS晶圆2224以及可选择地可选择的隧道晶圆2226、可选择的PBS晶圆2228以及可选择的目标晶圆2229。在一实施例中，可选择的隧道晶圆2226包括数个透镜304(图3及6)以供光学系统600(图6)的至少一部分的制造用，或供包括透镜304(图3)的光学系统301(图3)的一实施例的制造用。在一实施例中，可选择的隧道晶圆2226或可选择的PBS晶圆2228包括一偏振滤光镜，以供包括偏振滤光镜302(图3)的一LCOS零件的制造用。有源矩阵晶圆2222上的虚线网格表示水坝结构(dam structures)2223。有源矩阵2242(例如有源矩阵2242(1))被设置在水坝结构2223之间。有源矩阵晶圆2222可包括如现有技术已知的下述的任何一个：一第二对准层、一反射层以及一电极。
在步骤2202中，方法2200使以破折号(-)表示的液晶部分2221沈积于有源矩阵晶圆2222上的位置。有源矩阵晶圆2222上的沈积位置对应至有源矩阵晶圆2222的个别的有源矩阵2242。在步骤2202的一例子中，液晶沈积可以是一液晶滴入(One-drop fill,ODF)制程，于此部分液晶被沈积在有源矩阵晶圆2222上位于对应于有源矩阵2242的位置。在不背离其的范围之下，可改变可在方法2200中被采用的其它液晶沈积方法。水坝结构2223包括每个液晶部分2221，到达它在有源矩阵晶圆2222上的各个位置。
在步骤2203中，方法2200将PBS晶圆2224部署在有源矩阵晶圆2222之上。在一可选择的步骤2204中，方法4400将可选择的隧道晶圆2226、可选择的PBS晶圆2228及可选择的目标晶圆2229部署在PBS晶圆2224之上。
在步骤2206中，方法2200使PBS晶圆424与可选择地隧道晶圆2226、PBS晶圆2228以及目标晶圆相对于有源矩阵晶圆2222对准。PBS晶圆2224被对准，以使PBS膜带2260被置于有源矩阵晶圆2222内的有源矩阵2242的各个列上面的中央。在包括PBS晶圆2228的方法2200的实施例中，PBS膜带2262被置于有源矩阵晶圆2222内的有源矩阵2242的各个列上面的中央。目标晶圆2229(如果包括的话)被对准，以使在现有技术可达成的对准公差之内，对目标晶圆2229的数个成像物镜而言，每个成像物镜中心与晶圆2222上的一有源矩阵的中心同轴。PBS晶圆2224及可选择地PBS晶圆2228被对准，以使在现有技术可达成的对准公差之内，PBS膜带2260及2262分别与目标晶圆2229的数列的成像物镜以及有源矩阵晶圆2222中的数列的有源矩阵2242对准。步骤2206可采用晶圆级光学制造的任何现有技术已知的对准方法。
在步骤2207中，方法2200堆叠如现有技术已知的晶圆。在步骤2208中，方法2200接合晶圆2222、2224以及可选择地晶圆2226、2228与2229以形成一晶圆堆叠2230。在步骤2210中，方法2200沿着切割线2235切成单一个晶圆堆叠2230，其产生数个晶圆级LCOS零件2250。
虽然未显示于图22中，但在不背离其的范围之下，包括数个透镜的一透镜晶圆，例如透镜312(图3及7)可被部署在PBS晶圆2224与有源矩阵晶圆2222之间。因此，方法2200可用于制造光学系统700(图7)的至少一部分，与光学系统301(图3)的一实施例的一部分，其中此实施例包括透镜312(图3)。
图23显示一个例示方法2300，其除了液晶在切单(切成单一个)步骤2210之后而非之前被沈积以外，类似于方法2200。方法2300的步骤2301、2303、2304、2306、2307、2308及2310分别与方法2200的步骤2201、2203、2204、2206、2207、2208及2210相同。步骤2304是可选择的。方法2300可用于制造光学系统201(图2)、301(图3)、400(图4)、500(图5)及600(图6)的每一个的至少一部分。如关于方法2200所讨论的，方法2300可延伸至制造光学系统700(图7)的至少一部分与光学系统301(图3)的一实施例的一部分，其中此实施例包括透镜312(图3)。
方法2300的接合步骤2308导致晶圆堆叠2330，其与晶圆堆叠2230(图22)相同，除了底层、有源矩阵晶圆2222(图22)并不包括液晶部分2221(图22)以外。于此情况下，水坝结构2223(图22)支持一在有源矩阵晶圆2222与PBS晶圆2224(图22)之间的气隙，一液晶容积(liquid crystal volume)可在切割之后被沈积进入气隙中。
而在方法2200中，步骤2210产生晶圆级LCOS零件2250，方法2300中的步骤2310产生数个LCOS管芯2340。LCOS管芯2340与LCOS零件2250(图22)相同，除了前者缺少液晶部分2221(图22)以外。
在步骤2312中，方法2300将液晶部分2221(图22)注入在LCOS管芯2340的基板层2223与PBS层2224之间的气隙中，用于形成晶圆级LCOS零件2250(图22)。在方法2300的数个实施例中，液晶注入步骤2312可采用一种现有技术已知的方法，例如一真空虹吸法或一侧注入方法。
图24显示图22的晶圆堆叠2230的一实施例的一个例示剖面2430，以及由沿着分离线2435切成单一个所形成的个别的晶圆级LCOS零件2450。剖面2430包括一LCOS层2460、一PBS层2424以及可选择的复合光学系统2410。LCOS层2460及PBS层2424分别对应至图22的有源矩阵晶圆2222及PBS晶圆2224。每一个可选择的复合系统2410对应至复合晶圆2226、2228及2229(图22)的一部分。
LCOS层2460包括有源矩阵晶圆2222(图22)、一底部对准层2443以及由水坝结构2223(图22)所容纳的液晶部分2221。如结合图22所讨论的，底部对准层2443可被沈积在有源矩阵晶圆2222(图22)上。有源矩阵2242(图22)被包括在有源矩阵晶圆2222中。
PBS层2424包括PBS层2424(3)、一可选择的层2424(4)(可以是一AR涂层或一偏振滤光镜)、透明导电层2424(2)以及顶端对准层2424(1)。PBS层2424(3)包括一在每对的分离线2435之间的PBS膜带2260(图22)。液晶部分2421在顶端对准层2424(1)与底部对准层2443之间。在一实施例中，PBS膜带2260以实质上45度被配向至LCOS层2460的平面。
依据方法2200(图22)的步骤2210，数个晶圆级LCOS零件2450可通过沿着切割线2435切割剖面2430所显示的晶圆堆叠2230(图22)的实施例而形成。
在不背离其的范围之下，可从剖面2430省略液晶部分2421，以使剖面2430表示图23的晶圆堆叠2330的一实施例的剖面。液晶部分2421可依据方法2300(图23)的步骤2312而在沿着分离线2435切成单一个之后被增加，用于形成包括液晶部分2421的个别的晶圆级组件2450。因此，晶圆级LCOS零件2450可通过使用方法2200(图22)或方法2300(图23)而被制造，且剖面2430显示晶圆堆叠2230(图22)及2330(图23)的一实施例。
图25显示一个例示的晶圆级LCOS系统2500，其为光学系统201(图2)、301(图3)、400(图4)、500(图5)、600(图6)及700(图7)的每一个的至少一部分的一实施例。LCOS系统2500包括晶圆级LCOS零件2450(图24)。晶圆级LCOS零件2450包括一LCOS区段2560、一PBS区段2524以及可选择的复合光学系统2410(图24)。LCOS区段2560为设置在一对邻近的切割线2435(图24)之间的LCOS层2460(图24)的部分。PBS区段2524为设置在一对邻近的切割线2435(图24)之间的PBS层2424(图24)的部分。
LCOS区段2560包括有源矩阵2242(图22)，且可选择地一反射薄膜。有源矩阵2242支持在一顶端对准层2524(1)与一底部对准层2543之间的液晶部分2221(图22)。顶端对准层2524(1)与底部对准层2543分别为通过沿着分离线2435(图24)切成单一个而形成的图24的顶端对准层2424(1)及2443的部分。水坝结构2223(图22及24)包括液晶部分2221。
PBS区段2524为设置在一对邻近的切割线2435(图24)之间的PBS层2424(图24)的部分，并包括一顶端对准层2524(1)、一透明导电薄膜2524(2)、具有PBS膜带2560的PBS组件2524(3)，以及可选择的AR涂层或偏振滤光镜2524(4)。透明导电薄膜2524(2)、PBS组件2524(3)以及AR涂层或偏振滤光镜2524(4)分别为图24的透明导电层2424(2)、PBS层2424(3)以及可选择的层2424(4)的部分，于此这些部分通过沿着分离线2435(图24)切成单一个而形成。PBS膜带2560由PBS膜带2260(图22)所形成且为PBS界面215(图2)的一实施例。
可选择的复合光学系统2410包括一可选择的光隧道2511、一具有一PBS界面2524的可选择的PBS组件2512、一可选择的四分之一波片2552以及一可选择的弯曲反射器2551。可选择的光隧道2511由可选择的隧道晶圆2226(图22)所形成且为光隧道460(图4至7)的一实施例。可选择的四分之一波片2552及可选择的弯曲反射器2551由可选择的目标晶圆2229(图22)所形成。在一起，可选择的四分之一波片2552及可选择的弯曲反射器2551形成成像物镜250(图2)的一实施例。可选择的四分之一波片2552为四分之一波片452(图4至7)的一实施例。可选择的弯曲反射器2551为弯曲反射器451(图4至7)的一实施例。
在图25中，晶圆级LCOS零件2450被照明模块230(图2)所照明。在一实施例中，照明模块230放射s-偏振输入照明2590，其入射在PBS组件2524(3)上。在图25中，s-偏振及p-偏振分别表示正交于图平面及平行于图平面的电场分量。
PBS组件2524(2)的PBS膜带2560使输入照明2590反射通过液晶部分2221，其空间调变照明2590。有源矩阵基板2242使输入照明2590的至少一部分反射回来通过液晶部分2221。有源矩阵基板2522的个别像素可被设定，以改变传播通过液晶部分2221的相关子部分的光的偏振状态。在一像素的一点亮状态中，双重通过液晶部分2221旋转照明2590的偏振状态，用于形成至少包括一p-偏振状态的发射光。发射光的p-偏振分量被传输通过PBS组件2524(3)以作为照明2591，其可选择地更进一步被复合光学系统2410所操控。
晶圆级LCOS零件2450在至少两个实施样态：对准特性及尺寸方面，可优于LCOS零件2000(图20)。因为晶圆级LCOS零件2450中的光学组件是以晶圆级对准，所以它们比LCOS零件2000(图20)中的那些组件更易于横向不对准，于其中光学组件是手动被对准。晶圆级LCOS零件2450亦比LCOS零件2000(图20)更节省空间，其乃因为只有后者在偏振光束分光器组件2006(图20)与有源矩阵基板2022(图20)之间需要一覆盖玻璃2004(图20)。
图26说明一晶圆级方法2600及相关的视觉图2620，用于制造包括一偏振光束分光器的数个光学系统。在步骤2601中，方法2600形成一PBS晶圆2624，其包括一个具有数个PBS频带2660的PBS层。在一实施例中，PBS晶圆2624包括一基板且PBS层被部署于其上。基板可作为供一LCOS零件用的一对准层的功能，如结合图20、21、22、24及25所讨论的。在步骤2602中，方法2600将PBS晶圆2624接合至一晶圆2622以形成一堆叠晶圆2630。在一实施例中，晶圆2622为一LCOS晶圆，例如图22的有源矩阵晶圆2222。在另一实施例中，晶圆2622为一光学系统，例如可选择的光隧道晶圆2226(图22)。在可选择的步骤2604中，方法2600切成单一个堆叠晶圆2630以形成数个光学系统，其包括一偏振光束分离器，例如LCOS零件2450(图24)。
于此所揭露的近眼显示器系统、装置及方法可与揭露于共同申请美国专利申请名称为"眼镜框架的安装系统(Mounting System For Glasses Frames)"，代理人案件编号556375中的系统及方法相关联被使用。
特征的组合
在不背离其的范围之下，可利用各种方法结合上述特征与以下主张的那些特征。举例而言，吾人将明白于此所说明的一个近眼显示器系统、装置或方法的实施样态可合并或交换于此所说明的另一个近眼显示器系统、装置或方法的特征。下述例子显示上述实施例的可能的非限制组合。吾人应所述清楚在不背离本发明的精神与范围之下，可针对方法及装置于此做出多数其它改变及修改。
(A1)一种近眼显示装置，包括(a)一显示单元，具有一硅基液晶(LCOS)显示器及一第一偏振光束分光器界面，用于：(i)使照明光从一照明模块反射向所述硅基液晶显示器并且(ii)基于所述照明光传送来自所述硅基液晶显示器的显示光；及(b)一观看单元，具有：一成像物镜，其基于所述显示光为一瞳孔形成所述硅基液晶显示器的一影像，及一第二偏振光束分光器界面，用于：(i)使反射的显示光从所述成像物镜反射向所述瞳孔并且(ii)将环境光从一周围场景传送向所述瞳孔，所述第二偏振光束分光器界面与所述第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
(A2)如(A1)所述的近眼显示装置，还包括一个设置在所述显示单元与所述观看单元之间的偏振滤光镜，用于选择从所述显示单元传播至所述观看单元的光的一线性偏振分量。
(A3)如(A1)及(A2)所述的近眼显示装置，其中所述显示单元还包括一聚焦模块，用于将所述照明光聚焦至所述硅基液晶显示器之上。
(A4)如(A3)所述的近眼显示装置，其中所述照明模块及聚焦模块设置在所述第一偏振光束分光器界面的反侧上。
(A5)如(A3)及(A4)所述的近眼显示装置，其中所述聚焦模块包括一反射镜，用于使所述照明光反射向所述第一偏振光束分光器界面。
(A6)如(A3)至(A5)所述的近眼显示装置，其中所述聚焦模块还包括一个四分之一波片，部署于所述第一偏振光束分光器界面与所述反射镜之间，用于将由所述照明模块所接收的所述照明光的偏振旋转了90度。
(A7)如(A1)至(A6)所述的近眼显示装置，还包括一透镜，设置在所述显示单元与所述观看单元之间，用于改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
(A8)如(A1)至(A7)所述的近眼显示装置，其中所述显示单元还包括一透镜，设置在所述第一偏振光束分光器与所述硅基液晶显示器之间，用于改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
(A9)如(A1)至(A8)所述的近眼显示装置，其中所述照明模块包括一光源及一偏振滤光镜，用于形成所述照明光以作为来自所述光源的线性偏振光。
(A10)如(A1)至(A2)所述的近眼显示装置，其中所述照明模块还包括一收集器，用于将发射光从所述光源导引朝向所述偏振滤光镜。
(A11)如(A1)至(A11)所述的近眼显示装置，还包括一中性密度滤光镜，用于降低所述周围场景的所述环境光的亮度。
(A12)如(A11)所述的近眼显示装置，其中所述中性密度滤光镜为一可变的中性密度滤光镜。
(A13)如(A11)至(A12)所述的近眼显示装置，其中所述可变的中性密度滤光镜包括液晶分子。
(A14)如(A13)所述的近眼显示装置，还包括一控制器，用于基于所述可变的中性密度滤光镜的扭转向列效应改变所述环境光的所述亮度。
(B1)一种透视近眼显示装置，用于安装在一使用者的一瞳孔的视野中，包括：(a)一观看单元，用于将一通过所述显示装置而形成的显示影像叠加在一周围场景上；及(b)一中性密度滤光镜，用于调整来自所述周围场景的被所述观看单元所接收的环境光的亮度，以调整所述显示影像相对于所述周围场景的对比。
(B2)如(B1)所述的透视近眼显示装置，还包括一控制器，用于基于所述中性密度滤光镜的一透光系数电子调整所述环境光的所述亮度。
(B3)如(B1)及(B2)所述的透视近眼显示装置，其中所述中性密度滤光镜具有一可调节的透光系数，用于调整所述环境光的所述亮度。
(C1)一种将显示影像叠加在使用者的瞳孔所观看到的周围场景的方法，包括：(a)通过使用一第一偏振光束分光器界面而使照明光从一光源反射至一硅基液晶(LCOS)显示器来照明所述显示器；以及(b)通过使用一第二偏振光束分光器界面，将来自所述周围场景的环境光与来自被所述第一偏振光束分光器界面所传输的所述显示器的显示光合并，用于将所述硅基液晶显示器的一影像叠加在所述周围场景上，所述第二偏振光束分光器界面与所述第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
(C2)如(C1)所述的方法，还包括：通过使用除了所述第一与第二偏振光束分光器界面以外的至少一偏振选择组件来过滤光的偏振，用于改善所述硅基液晶显示器的所述影像的质量。
(C3)如(C2)所述的方法，其中所述至少一偏振选择组件包括一个设置在所述第一与第二偏振光束分光器界面之间的偏振选择组件，用于过滤所述显示光的偏振。
(C4)如(C1)至(C2)所述的方法，其中所述至少一偏振选择组件包括一个设置在所述光源与所述第一偏振光束分光器界面之间的偏振选择组件，用于过滤所述照明光的偏振。
(C5)如(C1)至(C4)所述的方法，还包括：通过使用一中性密度滤光镜调整所述周围场景的所述环境光的亮度。
(C6)如(C5)所述的方法，其中调整亮度的所述步骤包括所述中性密度滤光镜的电子改变传输。
(C7)如(C5)至(C6)所述的方法，其中所述中性密度滤光镜包括数个液晶分子。
(C8)如(C7)所述的方法，其中所述中性密度滤光镜的电子改变传输的步骤包括通过扭转向列效应改变所述中性密度滤光镜的所述传输。
(C9)如(C1)至(C8)所述的方法，还包括聚焦所述照明光以增加来自所述硅基液晶显示器的所述显示光的亮度。
(C10)如(C1)至(C9)所述的方法，还包括：通过使用一透镜聚焦所述显示光以改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
(D1)一种用以制造近眼显示装置的晶圆级方法，包括：(a)形成一偏振光束分光器晶圆，包括一个具有数个偏振光束分光器膜带的偏振光束分光器晶圆；(b)将所述偏振光束分光器晶圆接合至一有源矩阵晶圆以形成一堆叠晶圆，所述有源矩阵晶圆包括数个有源矩阵，每个有源矩阵具有用于形成一硅基液晶(LCOS)显示器的功能。
(D2)如(D1)所述的晶圆级方法，还包括切割所述堆叠晶圆以将数个光学组件切成单一个，各所述光学组件包括一有源矩阵及一偏振光束分光器膜带，用于使光反射向所述有源矩阵并传送从所述有源矩阵的方向所接收的光。
(D3)如(D1)所述的晶圆级方法，还包括使液晶沈积在所述有源矩阵基板以形成数个硅基液晶显示器。
(D4)如(D1)所述的晶圆级方法，还包括使液晶沈积在所述有源矩阵基板以形成数个硅基液晶显示器。
(D5)如(D2)所述的晶圆级方法，还包括使液晶为各所述光学组件沈积在所述有源矩阵上以形成至少一硅基液晶显示器。
(D6)如(D2)、(D4)及(D5)所述的晶圆级方法，还包括：将所述数个光学组件的每一个接合至其它光学组件以形成所述近眼显示器，所述其它光学组件包括一偏振光束分光器界面，用于将来自所述硅基液晶显示器的显示光与来自一周围场景的环境光合并。
(D7)如(D1)至(D6)所述的晶圆级方法，可用于制造如(A1)至(A14)及(B1)至(B3)所述的近眼显示器的每一个的至少一部分。
(E1)一种近眼显示系统，包括一近眼显示装置，具有一显示器且能够将叠加在一周围场景的一影像从所述显示器提供至一使用者的一瞳孔；及(b)一夹具，用以将所述近眼显示装置耦接至一安装于使用者上的支架，夹具包括数个自由度，用于对应对准显示装置至瞳孔。
(E2)如(E1)所述的近眼显示系统，其中所述显示器还包括一硅基液晶(LCOS)显示器。
(E3)如(E1)及(E2)所述的近眼显示系统，其中所述数个自由度包括至少一平移自由度。
(E4)如(E1)至(E3)所述的近眼显示系统，其中所述至少一平移自由度包括近眼显示装置朝一不平行于从所述瞳孔至所述显示器的所述影像的视轴的方向的平移，以便将所述显示器的所述影像的位置移动至所述瞳孔的一视野中的一期望位置。
(E5)如(E1)至(E4)所述的近眼显示系统，其中所述至少一平移自由度可包括两个平移自由度。
(E6)如(E5)所述的近眼显示系统，其中所述两个平移自由度可实质上互相垂直。
(E7)如(E3)至(E6)所述的近眼显示系统，其中所述夹具包括一可伸缩的区段，用以提供所述等平移自由度其中之一。
(E8)如(E1)至(E7)所述的近眼显示系统，其中所述数个自由度包括两个旋转自由度，用以改变所述显示器的所述影像的梯形失真。
(E9)如(E8)所述的近眼显示系统，其中所述夹具包括两个枢转接合点，用以提供两个旋转自由度。
(E10)如(E8)及(E9)所述的近眼显示系统，其中所述两个旋转自由度实质上互相垂直。
(E11)如(E1)至(E10)所述的近眼显示系统，其中所述数个自由度包括两个旋转自由度，用以从垂直于从所述瞳孔至所述显示器的所述影像的一视轴的方向定位所述显示器的所述影像。
(E12)如(E1)至(E11)所述的近眼显示系统，其中所述数个自由度包括两个平移自由度及两个旋转自由度。
(E13)如(E8)至(E11)所述的近眼显示系统，其中所述两个平移自由度可将所述显示器的所述影像的位置移动至所述瞳孔的一视野中的一期望位置。
(E14)如(E8)至(E11)所述的近眼显示系统，其中所述两个旋转自由度可改变所述显示器的所述影像的梯形失真。
(E15)如(E1)至(E14)所述的近眼显示系统，其中所述近眼显示装置可以是(A1)至(A14)及(B1)至(B3)所述的近眼显示装置的任一个。
(E16)如(E1)至(E14)所述的近眼显示系统，其中所述近眼显示装置的至少部分可以是利用(D1)至(D7)所述的晶圆级方法的任一个所制造。
(E17)如(E1)至(E14)所述的近眼显示系统，其中所述近眼显示装置具有依据(C1)至(C10)所述的方法的任一个的功能。
(F1)一种方法，用于对准叠加在一使用者的一瞳孔所观看到的周围场景上的一显示影像，操控一夹具的数个自由度以对应对准所述显示影像至瞳孔视野，其中夹具耦接一近眼显示装置至安装于使用者上的一支架。
(F2)如(F1)所述的方法，其中所述近眼显示装置可包括一显示器及光学组件，用以从所述显示器形成所述显示影像并叠加所述显示影像于周围场景。
(F3)如(F1)及(F2)所述的方法，其中所述操控步骤包括相对于所述支架平移所述近眼显示装置，以便将所述显示器的影像的位置移动至所述瞳孔的视野中的预期位置。
(F4)如(F3)所述的方法，其中所述平移步骤调整所述夹具的一可伸缩区段的长度。
(F5)如(F3)及(F4)所述的方法，其中所述平移步骤包括在两个不平行方向上相对于所述支架平移所述近眼显示装置。
(F6)如(F1)至(F5)所述的方法，其中所述操控步骤包括沿着实质上垂直的两个轴旋转所述近眼显示装置，以改变所述显示器的影像的梯形效应。
(F7)如(F1)至(F6)所述的方法，其中所述操控步骤包括沿着实质上垂直的两个轴旋转所述近眼显示装置，以从垂直于从所述瞳孔至所述显示器的所述影像的一视轴的方向定位所述显示器的所述影像。
(F8)如(F1)至(F7)所述的方法，其中所述操控步骤包括(a)相对于所述支架平移所述近眼显示装置，以便将所述显示器的所述影像的位置移动至所述瞳孔的视野的一预期位置；及(b)沿着两个实质垂直的轴旋转所述近眼显示装置，以改变所述显示器的所述影像的梯形效应。
(F9)如(F1)至(F2)所述的方法，其中所述近眼显示装置可以是(A1)至(A14)及(B1)至(B3)所述的近眼显示装置的任一个。
(F10)如(F1)至(F2)所述的方法，其中所述近眼显示装置具有依据(C1)至(C10)所述的方法的任一个的功能。
(G1)一种用以制造一显示系统的方法，所述显示系统用以对准一显示影像至一使用者的瞳孔，包括制造一夹具以耦接一近眼显示装置至一支架，以便将所述显示装置安装于使用者上，其中所述夹具包括数个自由度以相对于所述支架移动所述近眼显示装置。
(G2)如(G1)所述的方法，其中所述近眼显示装置包括一显示器且能够将所述显示器的一影像叠加于所述使用者所观看的一周围场景。
(G3)如(G1)及(G2)所述的方法，其中所述制造步骤包括制作所述夹具使其具有至少一平移自由度，用以将所述显示器的影像的位置移动至所述瞳孔的视野中的预期位置。
(G4)如(G1)至(G3)所述的方法，其中所述制作步骤包括形成所述夹具的一可伸缩区段。
(G5)如(G1)至(G4)所述的方法，其中所述制作步骤包括制作所述夹具使其具有两个平移自由度，用以将所述显示器的影像的位置移动至所述瞳孔的视野中的预期位置。
(G6)如(G1)至(G5)所述的方法，其中所述制造步骤包括制作所述夹具使其具有至少两个旋转自由度，用以改变所述显示器的所述影像的梯形失真。
(G7)如(G6)所述的方法，其中所述制作步骤包括在所述夹具中加入至少两个枢转接合点，用以分别提供至少两个旋转自由度。
(G8)如(G7)所述的方法，其中所述加入步骤包括在所述夹具中加入两个枢转接合点，其实质上垂直旋转。
(G9)如(G1)至(G8)所述的方法，还包括利用(D1)至(D7)所述的晶圆级方法的任一个制造所述近眼显示装置。
(G10)如(G1)至(G8)所述的方法，其中所述近眼显示装置可以是(A1)至(A14)及(B1)至(B3)所述的近眼显示装置的任一个。
在未脱离本发明的精神与范围下，可以对上述方法及系统进行修改或变更，需注意的是，在以上说明书及附图中所述仅为举例性，而非为限制性。权利要求可涵盖所述的一般及特定特征，而本发明的方法及系统的范围中的所有陈述，其仅为语言问题，皆应落在权利要求的范围。

Claims (29)

1.一种近眼显示装置，包括：
一显示单元，具有：
一硅基液晶显示器，及
一第一偏振光束分光器界面，用于：(i)使照明光从一照明模块反射向所述硅基液晶显示器并且(ii)基于所述照明光传送来自所述硅基液晶显示器的显示光；及
一观看单元，具有：
一成像物镜，其基于所述显示光为一瞳孔形成所述硅基液晶显示器的一影像，及
一第二偏振光束分光器界面，用于：(i)使反射的显示光从所述成像物镜反射向所述瞳孔并且(ii)将环境光从一周围场景传送向所述瞳孔，所述第二偏振光束分光器界面与所述第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
2.如权利要求1所述的近眼显示装置，还包括一个设置在所述显示单元与所述观看单元之间的偏振滤光镜，用于选择从所述显示单元传播至所述观看单元的光的一线性偏振分量。
3.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中所述显示单元还包括一聚焦模块，用于将所述照明光聚焦至所述硅基液晶显示器之上。
4.如权利要求3所述的近眼显示装置，其中所述照明模块及聚焦模块设置在所述第一偏振光束分光器界面的反侧上。
5.如权利要求4所述的近眼显示装置，其中所述聚焦模块包括一反射镜，用于使所述照明光反射向所述第一偏振光束分光器界面。
6.如权利要求5所述的近眼显示装置，其中所述聚焦模块还包括一个四分之一波片，部署于所述第一偏振光束分光器界面与所述反射镜之间，用于将由所述照明模块所接收的所述照明光的偏振旋转了90度。
7.如权利要求1所述的近眼显示装置，还包括一透镜，设置在所述显示单元与所述观看单元之间，用于改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
8.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中所述显示单元还包括一透镜，设置在所述第一偏振光束分光器与所述硅基液晶显示器之间，用于改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
9.如权利要求1所述的近眼显示装置，其中所述照明模块包括一光源及一偏振滤光镜，用于形成所述照明光以作为来自所述光源的线性偏振光。
10.如权利要求9所述的近眼显示装置，其中所述照明模块还包括一收集器，用于将发射光从所述光源导引朝向所述偏振滤光镜。
11.如权利要求1所述的近眼显示装置，还包括一中性密度滤光镜，用于降低所述周围场景的所述环境光的亮度。
12.如权利要求11所述的近眼显示装置，其中所述中性密度滤光镜为一可变的中性密度滤光镜。
13.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中所述可变的中性密度滤光镜包括液晶分子，所述近眼显示装置还包括一控制器，用于基于所述可变的中性密度滤光镜的扭转向列效应改变所述环境光的所述亮度。
14.一种透视近眼显示装置，用于安装在一使用者的一瞳孔的视野中，包括：
一观看单元，用于将一通过所述显示装置而形成的显示影像叠加在一周围场景上；及
一中性密度滤光镜，用于调整来自所述周围场景的被所述观看单元所接收的环境光的亮度，以调整所述显示影像相对于所述周围场景的对比。
15.如权利要求14所述的透视近眼显示装置，还包括一控制器，用于基于所述中性密度滤光镜的一透光系数电子调整所述环境光的所述亮度。
16.如权利要求14所述的透视近眼显示装置，其中所述中性密度滤光镜具有一可调节的透光系数，用于调整所述环境光的所述亮度。
17.一种将显示影像叠加在使用者的瞳孔所观看到的周围场景的方法，包括：
通过使用一第一偏振光束分光器界面而使照明光从一光源反射至一硅基液晶显示器来照明所述显示器；以及
通过使用一第二偏振光束分光器界面，将来自所述周围场景的环境光与来自被所述第一偏振光束分光器界面所传输的所述显示器的显示光合并，用于将所述硅基液晶显示器的一影像叠加在所述周围场景上，所述第二偏振光束分光器界面与所述第一偏振光束分光器界面垂直于一共同平面。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：通过使用除了所述第一与第二偏振光束分光器界面以外的至少一偏振选择组件来过滤光的偏振，用于改善所述硅基液晶显示器的所述影像的质量。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一偏振选择组件包括一个设置在所述第一与第二偏振光束分光器界面之间的偏振选择组件，用于过滤所述显示光的偏振。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述至少一偏振选择组件包括一个设置在所述光源与所述第一偏振光束分光器界面之间的偏振选择组件，用于过滤所述照明光的偏振。
21.如权利要求17所述的方法，还包括：通过使用一中性密度滤光镜调整所述周围场景的所述环境光的亮度。
22.如权利要求21所述的方法，其中调整亮度的所述步骤包括所述中性密度滤光镜的电子改变传输。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述中性密度滤光镜包括数个液晶分子，所述中性密度滤光镜的电子改变传输的步骤包括通过扭转向列效应改变所述中性密度滤光镜的所述传输。
24.如权利要求17所述的方法，还包括聚焦所述照明光以增加来自所述硅基液晶显示器的所述显示光的亮度。
25.如权利要求17所述的方法，还包括：通过使用一透镜聚焦所述显示光以改变所述硅基液晶显示器的所述影像的放大倍率。
26.一种用以制造近眼显示装置的晶圆级方法，包括：
形成一偏振光束分光器晶圆，包括一个具有数个偏振光束分光器膜带的偏振光束分光器晶圆；
将所述偏振光束分光器晶圆接合至一有源矩阵晶圆以形成一堆叠晶圆，所述有源矩阵晶圆包括数个有源矩阵，每个有源矩阵具有用于形成一硅基液晶显示器的功能；以及
切割所述堆叠晶圆以将数个光学组件切成单一个，各所述光学组件包括一有源矩阵及一偏振光束分光器膜带，用于使光反射向所述有源矩阵并传送从所述有源矩阵的方向所接收的光。
27.如权利要求26所述的晶圆级方法，还包括：使液晶沈积在所述有源矩阵基板以形成数个硅基液晶显示器。
28.如权利要求26所述的晶圆级方法，还包括：使液晶为各所述光学组件沈积在所述有源矩阵上以形成至少一硅基液晶显示器。
29.如权利要求26所述的晶圆级方法，还包括：将所述数个光学组件的每一个接合至其它光学组件以形成所述近眼显示器，所述其它光学组件包括一偏振光束分光器界面，用于将来自所述硅基液晶显示器的显示光与来自一周围场景的环境光合并。
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