光学系统以及头戴式显示装置制造方法及图纸

一种光学系统，用于接收影像光束。光学系统的第一光波导元件包括第一入光面、第一出光面以及至少一第一分光片。光学系统的第二光波导元件包括第一表面、相对于第一表面的第二表面以及至少一第二分光片。影像光束由第一入光面进入第一光波导元件，且经由第一出光面离开第一光波导元件。第一表面的一部分为第二入光面，且第一表面的另一部分为第二出光面。影像光束经由第二入光面进入第二光波导元件并由第二出光面离开第二光波导元件。第二表面上具有多个光学微结构，且各光学微结构包括反射面。所述光学系统传递影像光束并使影像光束在两个方向上扩张，不会产生鬼影，且具有体积轻薄的情况下具有良好的影像显示品质。

【技术实现步骤摘要】
光学系统以及头戴式显示装置
本专利技术是有关于一种光学系统以及显示装置，且特别是有关于一种光学系统以及头戴式显示装置。
技术介绍
近眼显示器(NearEyeDisplay,NED)以及头戴式显示器(Head-mountedDisplay,HMD)是目前极具发产潜力的下一代杀手级产品。在近眼显示技术的相关应用上，目前可分为扩增实境(AugmentedReality,AR)技术以及虚拟实境(VirtualReality,VR)技术。对扩增实境的技术而言，相关开发人员目前致力于如何在头戴式显示器体积轻薄的前提下，同时可提供最佳的影像品质。在头戴式显示器实现扩增实境的基本光学架构中，用于显示的影像光束由投影装置发出后，经由具半反射半穿透的光学元件反射而进入使用者的眼睛。显示影像的光束以及外界的环境光束都可进入使用者的眼睛，而达到扩增实境的显示效果。目前而言，为了实现广视角的显示效果，一种分光片阵列波导(BeamSplitterArrayWaveguide)架构是各种扩增实境的近眼显示器的光学架构中，可以兼顾广视角、全彩影像以及体积轻薄的最佳选择。此种架构的光波导元件具有多个分光片，而可以将投影装置的影像光束导入使用者的眼睛。一般而言，此种架构的头戴式显示器的分光片具有镀膜，而可以使以较小入射角入射的光线反射，并使以较大入射角入射的光线穿透。上述反射的光线通常会以一预期方向些微倾斜地导入使用者的眼睛，进而使得使用者观看到预期的影像画面。另外，上述穿透分光片的光线则可以行进至下一片分光片。然而，在实际使用上，镀膜仅能使得在特定入射角范围的入射光线穿透。当光线在光波导元件行进的过程中以过大的入射角入射分光片时，一部分的光线反而会在分光片上发生反射。此非预期的反射光线(杂散光线)会继续于光波导元件中行进，而在后续以较小角度入射分光片的情况下，以与前述预期方向相反的方向倾斜地导入使用者的眼睛。此时，使用者除了会观看到原本预期的影像画面外，同时还会观看到镜像的非预期的影像画面。因此，使用者容易在使用头戴式显示器的过程中感觉显示画面有鬼影的存在，而感受到头戴式显示器的显示品质不佳。“
技术介绍
”段落只是用来帮助了解本
技术实现思路
，因此在“
技术介绍
”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“
技术介绍
”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本专利技术一个或多个实施例所要解决的问题，在本专利技术申请前已被本领域技术人员所知晓或认知。
技术实现思路
本专利技术提供一种光学系统，其可以传递影像光束并使影像光束在两个方向上扩张，当其应用于头戴式显示装置时，头戴式显示装置不会产生鬼影，且在兼具体积轻薄的情况下具有影像良好的显示品质。本专利技术提供一种头戴式显示装置，其包括上述光学系统。头戴式显示装置不会产生鬼影，且具有良好的显示品质。本专利技术提供一种头戴式显示装置，其包括上述光波导元件，且在兼具体积轻薄的情况下具有良好的显示品质。本专利技术的其它目的和优点可以从本专利技术所揭露的技术特征中得到进一步的了解。为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本专利技术的一实施例提出一种光学系统，用于接收影像光束。光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件。第一光波导元件包括第一入光面、第一出光面以及至少一第一分光片。影像光束由第一入光面进入第一光波导元件。第一出光面连接第一入光面，且影像光束经由第一出光面离开第一光波导元件。至少一第一分光片配置于第一光波导元件中。第二光波导元件配置于第一光波导元件旁，且第二光波导元件包括第一表面、第二表面以及至少一第二分光片。第一表面的一部分为面对第一出光面的第二入光面，且第一表面的另一部分为第二出光面。影像光束经由第二入光面进入第二光波导元件并由第二出光面离开第二光波导元件。第二表面相对于第一表面。第二表面上具有多个光学微结构，且各光学微结构包括反射面。另外，至少一第二分光片配置于第二光波导元件中。为达上述之一或部份或全部目的或是其它目的，本专利技术的一实施例提出一种头戴式显示装置，包括投影装置以及光学系统。投影装置用以提供影像光束。光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件。第一光波导元件包括第一入光面、第一出光面以及至少一第一分光片。影像光束由第一入光面进入第一光波导元件。第一出光面连接第一入光面，且影像光束经由第一出光面离开第一光波导元件。至少一第一分光片配置于第一光波导元件中。第二光波导元件配置于第一光波导元件旁，且第二光波导元件包括第一表面、第二表面以及至少一第二分光片。第一表面的一部分为面对第一出光面的第二入光面，且第一表面的另一部分为第二出光面。影像光束经由第二入光面进入第二光波导元件并由第二出光面离开第二光波导元件。第二表面相对于第一表面。第二表面上具有多个光学微结构，且各光学微结构包括反射面。另外，至少一第二分光片配置于第二光波导元件中。基于上述，本专利技术的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本专利技术的实施例的头戴式显示装置的光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件，且第二光波导元件配置于第一光波导元件旁。第一光波导元件包括至少一第一分光片，且第二光波导元件包括至少一第二分光片。第二光波导元件的第一表面的一部分为第二入光面，且第一表面的另一部分为第二出光面。影像光束离开第一光波导元件后经由第二入光面进入第二光波导元件，并经由第二出光面离开第二光波导元件。另外，第二光波导元件包括相对于第一表面的第二表面，第二表面上具有多个光学微结构，且各光学微结构包括反射面。因此，影像光束可以在行进于第一光波导元件之后，借由这些光学微结构的反射而行进于第二光波导元件，使得光学系统可以传递影像光束并使影像光束借由第一光波导元件以及第二光波导元件而在两个方向上扩张，且第一光波导元件以及第二光波导元件可以设计为叠置。另外，可以与第二光波导元件叠置的第一光波导元件可以设置适足的尺寸，以使影像光束在第一光波导元件中发生全反射之前即行进至第一分光片，避免影像光束在第一光波导元件中发生全反射而形成对于第一分光片过大而非预期的入射角。因此，影像光束可以预期的方式在第一分光片反射或穿透，使得头戴式显示装置不会产生鬼影。且在兼具体积轻薄的情况下具有良好的显示品质。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1A绘示本专利技术一实施例的头戴式显示装置的立体示意图。图1B绘示图1A实施例的光学系统的剖面示意图。图1C绘示图1B的光学系统的一部分的放大示意图。图1D至图1G绘示图1A实施例中，第一光波导元件传递影像光束的一部分的光路示意图。图1H至图1J绘示图1A实施例中，第二光波导元件传递影像光束的一部分的光路示意图。图2A绘示一比较实施例的光学系统的光波导元件传递影像光束的一部分的光路示意图。图2B绘示图2A比较实施例的观测区的光强度分布模拟图。图3绘示分光片对于影像光束的反射率对影像光束的入射角的作图。图4A至图4C绘示本专利技术一些相关实施例中位于第二光波导元件上的多个光学微结构的剖面示意图。图5绘示本专利技术另一实施例的头戴式显示装置的剖面示意图。图6绘示本专利技术又一实施例的头戴式显示装置传递影像光束的光路示意图。具体实施方式有关本专利技术的前述及其它
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考附图的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学系统，用于接收影像光束，其特征在于，所述光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件，所述第一光波导元件包括第一入光面、第一出光面以及至少一第一分光片，所述影像光束由所述第一入光面进入所述第一光波导元件；所述第一出光面连接所述第一入光面，所述影像光束经由所述第一出光面离开所述第一光波导元件；所述至少一第一分光片配置于所述第一光波导元件中；所述第二光波导元件配置于所述第一光波导元件旁，所述第二光波导元件包括第一表面、第二表面以及至少一第二分光片，所述第一表面的一部分为面对所述第一出光面的第二入光面，所述第一表面的另一部分为第二出光面，且所述影像光束经由所述第二入光面进入所述第二光波导元件并由所述第二出光面离开所述第二光波导元件；所述第二表面相对于所述第一表面，其中所述第二表面上具有多个光学微结构，且各所述光学微结构包括反射面；以及至少一第二分光片，配置于所述第二光波导元件中。

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，用于接收影像光束，其特征在于，所述光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件，所述第一光波导元件包括第一入光面、第一出光面以及至少一第一分光片，所述影像光束由所述第一入光面进入所述第一光波导元件；所述第一出光面连接所述第一入光面，所述影像光束经由所述第一出光面离开所述第一光波导元件；所述至少一第一分光片配置于所述第一光波导元件中；所述第二光波导元件配置于所述第一光波导元件旁，所述第二光波导元件包括第一表面、第二表面以及至少一第二分光片，所述第一表面的一部分为面对所述第一出光面的第二入光面，所述第一表面的另一部分为第二出光面，且所述影像光束经由所述第二入光面进入所述第二光波导元件并由所述第二出光面离开所述第二光波导元件；所述第二表面相对于所述第一表面，其中所述第二表面上具有多个光学微结构，且各所述光学微结构包括反射面；以及至少一第二分光片，配置于所述第二光波导元件中。2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，进入所述第一光波导元件的所述影像光束的一部分适于在所述至少一第一分光片上发生反射，而由所述第一出光面离开所述第一光波导元件，离开所述第一光波导元件的所述影像光束适于由所述第二入光面进入所述第二光波导元件，所述反射面适于反射进入所述第二光波导元件的所述影像光束，且被所述反射面反射的所述影像光束的一部分适于在所述至少一第二分光片上发生反射，而由所述第二出光面离开所述第二光波导元件。3.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述第一光波导元件还包括第一侧面、第二侧面以及第三侧面，所述第一侧面连接所述第一入光面，所述第一侧面与所述第一出光面平行，所述至少一第一分光片配置于所述第一侧面与所述第一出光面之间，所述第二侧面连接所述第一侧面以及所述第一出光面，所述第三侧面连接所述第一侧面以及所述第一出光面，且所述第三侧面平行于所述第二侧面，其中所述影像光束适于行进于所述第一侧面与所述第一出光面之间以及所述第二侧面与所述第三侧面之间，且至少部分所述影像光束抵达所述第二侧面以及所述第三侧面之前即被所述至少一第一分光片反射而由所述第一出光面离开所述第一光波导元件。4.如权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述第二表面与所述第二出光面平行，所述至少一第二分光片配置于所述第二表面与所述第二出光面之间，其中至少部分所述影像光束适于以全反射行进于所述第二表面与所述第二出光面之间。5.如权利要求2所述的光学系统，其特征在于，离开所述第二光波导元件的所述影像光束适于进入光瞳，进入所述第一光波导元件前的所述影像光束在第一方向上具有第一入瞳张角且在第二方向上具有第二入瞳张角，离开所述第二光波导元件且进入所述光瞳的所述影像光束在第三方向上具有第一光收敛角且在第四方向上具有第二光收敛角，其中所述第一方向与所述第二方向垂直，所述第三方向与所述第四方向垂直，所述第一入瞳张角相等于所述第一光收敛角，且所述第二入瞳张角相等于所述第二光收敛角。6.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，各所述光学微结构还包括连接所述反射面的连接面，各所述反射面与参考平面之间所夹的锐角相等于所述至少一第二分光片与所述第二出光面之间的所夹的锐角，各所述连接面与所述参考平面之间具有夹角，所述夹角大于0度且所述夹角小于或等于90度，其中所述参考平面平行于所述第二出光面。7.如权利要求6所述的光学系统，其特征在于，各所述光学微结构还包括光反射层以及光吸收层，所述光反射层配置于所述反射面上，且所述光吸收层配置于所述连接面上。8.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括反射镜，配置于所述第一入光面旁，所述反射镜适于反射所述影像光束以使所述影像光束由所述第一入光面进入所述第一光波导元件。9.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述至少一第一分光片不平行于所述第一入光面，且所述至少一第二分光片不平行于所述第二入光面。10.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一入光面与所述第一出光面之间的夹角小于或等于90度。11.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述至少一第一分光片为多个第一分光片，且所述至少一第二分光片为多个第二分光片，所述多个第一分光片相互平行且呈间隔排列，且所述多个第二分光片相互平行且呈间隔排列。12.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第二入光面与所述第一出光面之间具有间隙，且所述第二入光面与所述第一出光面平行。13.一种头戴式显示装置，其特征在于，所述头戴式显示装置包括投影装置以及光学系统，所述投影装置用以提供影像光束；所述光学系统包括第一光波导元件以及第二光波导元件；所述第一光波导元件包括第一入光面、第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：施智维，魏仲廷，郑权得，
申请(专利权)人：中强光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71