CN111694149A - 近眼显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种近眼显示装置，包括光机、第一光波导及第二光波导。光机用以提供影像。第一光波导用以还原第一方向的视角范围的影像。第一光波导包括沿第一方向设置的多个第一分光片。第二光波导配置于第一光波导的一侧的入光区。第二光波导用以还原第二方向的视角范围的影像。第二光波导包括沿第二方向设置的多个第二分光片。第二光波导具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。第一表面面向第一光波导。各第二分光片与第二表面之间具有夹角。夹角介于0到90度之间且不等于45度。本发明的近眼显示装置可用以消除镜射影像。

Description

近眼显示装置
技术领域
本发明是有关于一种显示装置，且特别是有关于一种近眼显示装置。
背景技术
在增强实境(Augmented Reality，AR)的近眼显示领域中，影像资讯如何导入人眼的机制主要有两种：自由曲面棱镜(freeform prism)及波导板(Waveguide)。利用自由曲面棱镜主要的问题是厚度及重量较大且引入严重的畸变(distortion)。相较之下，利用波导板的架构明显较为轻薄，且具有较大人眼移动范围(eye box)。然而，波导板的架构虽未引入畸变却引入了很多影像显示上的瑕疵，诸如叠影、镜射影像、均匀度下降、色差等。波导板现今亦有主要三种架构，主要分为全像式(Holographic type)、绕射结构式(Surfacerelief grating type)及几何分光式(Geometrical beam splitter type)。前两者在色差上的限制及对环境光的影响皆较几何分光式的波导板有着更大的挑战。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成本领域技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种近眼显示装置，可消除镜射影像的瑕疵。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述的一个或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种近眼显示装置。近眼显示装置包括光机、第一光波导及第二光波导。光机用以提供影像。第一光波导用以还原第一方向的视角范围的影像。第一光波导包括沿第一方向设置的多个第一分光片。第二光波导配置于第一光波导的一侧的入光区。第二光波导用以还原第二方向的视角范围的影像。第二光波导包括沿第二方向设置的多个第二分光片。第二光波导具有第一表面及相对于第一表面的第二表面。第一表面面向第一光波导。各第二分光片与第二表面之间具有夹角。夹角介于0到90度之间且不等于45度。
基于上述，本发明实施例的近眼显示装置具有二维几何式波导板架构，可用以消除镜射影像。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一实施例的近眼显示装置的概要示意图。
图2绘示图1实施例的近眼显示装置的上视示意图。
图3绘示图1实施例的近眼显示装置的侧视示意图。
图4绘示图1实施例的光机及第二光波导的侧视示意图。
图5绘示图1实施例的第二光波导的侧视示意图。
图6绘示本发明一实施例的输入影像的概要示意图。
图7绘示本发明一实施例的输出影像的概要示意图。
图8绘示本发明一相关例的输出影像的概要示意图。
附图标记说明
100：近眼显示装置
110：第一光波导
111：入光区
112、114、116、BS1：第一分光片
120：第二光波导
130：光机
200：投影目标
400、600、800：影像
500：入光口
BS2：第二分光片
d、D：宽度
S1：第一表面
S2：第二表面
X：第二方向
Y：第一方向
Z：第三方向
θ：夹角。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1绘示本发明一实施例的近眼显示装置的概要示意图。图2绘示图1实施例的近眼显示装置的上视示意图。图3绘示图1实施例的近眼显示装置的侧视示意图。图4绘示图1实施例的光机及第二光波导的侧视示意图。
图5绘示图1实施例的第二光波导的侧视示意图。请参考图1至图5，本实施例的近眼显示装置100包括光机130、第一光波导110及第二光波导120。图1所绘示的是用以消除镜射影像的二维波导板架构。在本实施例中，近眼显示装置100将消除镜射影像后的影像600投射至投影目标200，例如眼睛瞳孔(eye pupil)。
在本实施例中，光机130用以提供影像400。第一光波导110用以还原第一方向Y的视角范围的影像。第一光波导110包括沿第一方向Y设置的多个第一分光片BS1，所述多个第一分光片BS1彼此间隔配置于第一光波导110的两相对表面之间。第二光波导120配置于第一光波导110的一侧的入光区111。第二光波导120用以还原第二方向X的视角范围的影像。第二光波导120包括沿第二方向X设置的多个第二分光片BS2。第二光波导120具有第一表面S1及第二表面S2。第二表面S2在第三方向Z上相对于第一表面S1。第一表面S1面向第一光波导110。所述多个第二分光片BS2彼此平行且间隔配置于第二光波导120的第一表面S1及第二表面S2之间。第二分光片BS2与第二表面S2之间具有夹角θ。夹角θ介于0到90度之间且不等于45度，如图3所绘示，例如，夹角θ是介于15到44度或46到60度之间的夹角。在图4中，夹角θ例如是30度，出射光的角度无论位于何处其角度皆与入射光相同。
第一光波导110的入光区111在第一方向Y上的宽度d以及第二光波导120在第一方向Y上的总宽度D满足：0.5D<d<2D；而在本实施例中，第一光波导110的入光区111在第一方向Y上的宽度d可以等于第二光波导120在第一方向Y上的总宽度D(如图2所绘示)，而第一光波导110的入光区111在第一方向Y上的宽度d也可以相似于第二光波导120在第一方向Y上的总宽度D。在图4及图5中，影像400进入第二光波导120后，其第一方向Y维度(水平维度)在第二光波导120中传递时不会被其左右两侧的表面全反射，因此可消除第一方向Y维度因全反射产生的镜射影像。
在本实施例中，随着光机130所提供的影像400传递至第二光波导120的入光口500变大，第一光波导110的入光区可利用一片以上的分光片架构来覆盖从第二光波导120输出光的总出光面积。例如在图1及图2中，第一光波导110的入光区111覆盖至少两片的第一分光片。此处以入光区111覆盖四片第一分光片为例，但其数量不用以限定本发明。在本实施例中，入光区111覆盖四片彼此相互平行且间隔配置的第一分光片，且上述被入光区111所覆盖的第一分光片与其他第一分光片BS1的倾斜方向相反，即被入光区111所覆盖的第一分光片的倾斜方向是配置用以将来自第二光波导120的影像导引向其他第一分光片BS1，而其他第一分光片BS1的倾斜方向是配置用以将接收到的影像导引至投影目标200。其中被入光区111所覆盖的第一分光片112例如是反射率为100％的分光片，第一分光片114例如是反射率为50％且穿透率为50％的分光片，第一分光片116例如是反射率为33％且穿透率为67％的分光片。于其他实施例中，反射率为100％的第一分光片112可替换成一反射镜，只要能将来自第二光波导120的光全部反射至第一分光片114的光学元件皆可使用，本发明不以此为限。此外，也因为在第一光波导110的入光区111处设置有多片分光片，因此，也可降低因入光口500增大而必须增加第一光波导尺寸的比例。
图6绘示本发明一实施例的输入影像的概要示意图。图7绘示本发明一实施例的输出影像的概要示意图。图8绘示本发明一相关例的输出影像的概要示意图。请参考图6至图8，图6绘示的输入影像400例如是如图4所示的从光机130输入至第二光波导120的影像400。图7绘示的输出影像600例如是如图2所示的从第一光波导110输出至投影目标200(例如是眼睛瞳孔)的影像600。
在图8的相关例中，若第二光波导的各第二分光片与其表面的夹角θ等于45度，则光机130所提供的第二方向X维度(垂直维度)的视角的影像在第二光波导120中传递时为对称分布，因此第二光波导的输出影像800包括因在传递时的全反射所造成垂直维度的镜像影像。在图6及图7的实施例中，若第二光波导的各第二分光片与其表面的夹角θ等于30度，则光机所提供的垂直维度的视角的影像在第二光波导120中传递时为非对称分布(如图5所示)，直到传递至多个第二分光片BS2时，被转换为对称分布(如图4所示)反射至第一光波导110，因此在第二方向X上的镜射影像可被消除。因此，在本发明的实施例的架构中，可得到一个无镜射影像的虚像结果，如图7所示。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，近眼显示装置具有包括两个光波导的二维波导板架构，第一光波导的入光区内至少具有两个分光片，用以接收来自第二光波导的影像，第二光波导与其表面的夹角不等于45度。此外，第二光波导的宽度变宽使得影像在第二光波导中传递时不会与其两侧表面发生全反射。因此，在本发明的实施例的架构中，镜射影像可被消除。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利覆盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和发明名称仅是用来辅助专利文件检索的用途，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

Claims (6)

1.一种近眼显示装置，其特征在于，所述近眼显示装置包括：光机、第一光波导以及第二光波导；其中，
所述光机用以提供影像；
所述第一光波导用以还原第一方向的视角范围的所述影像，并且包括沿所述第一方向设置的多个第一分光片；以及
所述第二光波导配置于所述第一光波导的一侧的入光区，用以还原第二方向的视角范围的所述影像，并且包括沿所述第二方向设置的多个第二分光片，
其中所述第二光波导具有第一表面及相对于所述第一表面的第二表面，所述第一表面面向所述第一光波导，以及各所述多个第二分光片与所述第二表面之间具有夹角，所述夹角介于0到90度之间且不等于45度。
2.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述夹角是介于15到44度或46到60度之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一光波导的所述入光区覆盖至少两片的所述多个第一分光片。
4.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述第一光波导的所述入光区在所述第一方向上的宽度为d以及所述第二光波导在所述第一方向上的总宽度为D，其满足：0.5D<d<2D。
5.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述夹角等于30度。
6.根据权利要求1所述的近眼显示装置，其特征在于，所述光机所提供的所述影像进入所述第二光波导并经由所述多个第二分光片导引至所述第一光波导的所述入光区，所述影像从所述入光区进入所述第一光波导并经由所述多个第一分光片导引至投影目标。
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Application publication date: 20200922

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