本揭示內容是關于一種光波導板、光學系統及復合式光學系統,且特別是一種應用在近眼顯示裝置上的光波導板、光學系統及復合式光學系統。
背景技術:
1、由于科技的進步,各式元件走向微小化,致使過去僅出現在科幻小說的裝置逐漸被實現,其中近眼顯示裝置為熱門的開發產品之一。現今的近眼顯示裝置有多種配置方式,例如虛擬實境(virtual?reality,vr)常用的餅干結構(pancake)、擴增實境(augmentedreality,ar)常用的水盆結構(birdbath)及光波導結構(waveguide)。相較直接投影于視網膜的近眼顯示裝置,餅干結構、水盆結構及光波導結構皆具有小體積的特性,其中由于餅干結構與水盆結構使用偏振元件及部分反射元件以致光線使用效率低(即光效低),且偏振元件及部分反射元件占用空間以致餅干結構的體積與水盆結構的體積較光波導結構更大,而光波導結構僅需設置光波導板即可產生光線的全內反射,具有比前述二者更小的體積與更高的光效。
2、由于光波導結構的特性利于攜帶而成為現今熱門發展的光學結構,但光波導結構仍有缺點無法被克服,其中狹窄的可視角及色差產生的彩虹效應最為明顯,故需積極克服上述缺點。因此,發展一種可擴增可視角與提升成像品質的光波導板遂成為產業上重要且急欲解決的問題。
技術實現思路
1、本揭示內容提供一種光波導板、光學系統、復合式光學系統及近眼顯示裝置。通過光波導板可減少光學元件體積,其中通過光波導板的全內反射可減少成像光外漏,有助于提高光效,并通過厚度遞增的光波導板可擴大全內反射角并增加耦出區的面積,有助于擴增光波導板的可視角,且通過具有曲面的光波導板,有助于提升成像品質。
2、依據本揭示內容一實施方式提供一種光波導板,其中光波導板具有一前側表面與一后側表面,且包含一耦入元件與一耦出元件。耦入元件與耦出元件設置于前側表面與后側表面中至少一者。設置耦入元件的前側表面與后側表面中至少一者的一區域為一耦入區,且設置耦出元件的前側表面與后側表面中至少一者的一區域為一耦出區。光波導板的厚度由耦入區至耦出區遞增。
3、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的前側表面與后側表面中至少一者可為一曲面。
4、依據前段所述實施方式的光波導板,其中曲面可為一非球面。
5、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的前側表面具有一耦入區標準點或一耦入區對應點,且光波導板的前側表面的耦入區標準點的曲率或耦入區對應點的曲率可為負。
6、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的后側表面具有一耦入區標準點或一耦入區對應點,且光波導板的后側表面的耦入區標準點的曲率或耦入區對應點的曲率可為正。
7、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的前側表面可由耦入區至耦出區的曲率絕對值遞減。
8、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的后側表面可由耦入區至耦出區的曲率絕對值遞減。
9、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的折射率為n,其可滿足下列條件:1.8≤n。
10、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦出區具有一耦出區標準點,耦出區的長度為w,光波導板于耦出區標準點的厚度為t,其可滿足下列條件:0.57≤w/2t≤1.00×1018。
11、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入元件與耦出元件中至少一者可為一全息光柵。
12、依據本揭示內容一實施方式提供一種光學系統,包含如前述實施方式的光波導板與一影像提供裝置,其中影像提供裝置設置于光波導板的一前側或一后側。
13、依據前段所述實施方式的光學系統,其中光波導板可還包含一塑膠透鏡,塑膠透鏡設置于前側表面的一前側,且塑膠透鏡與光波導板的前側表面之間具有一空氣間距。
14、依據本揭示內容一實施方式提供一種復合式光學系統,包含至少二如前述實施方式的光學系統。
15、依據本揭示內容一實施方式提供一種近眼顯示裝置,包含如前述實施方式的光學系統與一外殼載體,其中光學系統設置于外殼載體內。
16、依據本揭示內容一實施方式提供一種光波導板,其中光波導板具有一前側表面與一后側表面,且包含一耦入元件與一耦出元件。耦入元件與耦出元件設置于前側表面與后側表面中至少一者。設置耦入元件的前側表面與后側表面中至少一者的一區域為一耦入區,且設置耦出元件的前側表面與后側表面中至少一者的一區域為一耦出區。光波導板的前側表面與后側表面中至少一者為一曲面,且曲面為一非球面。耦入區具有一耦入區標準點,且耦出區具有一耦出區標準點。當耦入區標準點由設置耦入元件的前側表面與后側表面中至少一者沿一法線延伸至設置耦入元件的前側表面與后側表面中的另一者的一交會點為一耦入區對應點。當耦出區標準點由設置耦出元件的前側表面與后側表面中至少一者沿法線延伸至設置耦出元件的前側表面與后側表面中的另一者的一交會點為一耦出區對應點。
17、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率為cis,耦入區對應點的曲率為cic,其可滿足下列條件:cis≤cic。
18、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率為cis,耦出區標準點的曲率為cos,其可滿足下列條件:cis≤cos。
19、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率為cis,耦出區對應點的曲率為coc,其可滿足下列條件:cis≤coc。
20、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率為cis,耦入區對應點的曲率為cic,其可滿足下列條件:cic≤cis。
21、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區對應點的曲率為cic,耦出區標準點的曲率為cos,其可滿足下列條件:cic≤cos。
22、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區對應點的曲率為cic,耦出區對應點的曲率為coc,其可滿足下列條件:cic≤coc。
23、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率為cis,耦出區標準點的曲率為cos,其可滿足下列條件:|cos|≤|cis|。
24、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區對應點的曲率為cic,耦出區對應點的曲率為coc,其可滿足下列條件:|coc|≤|cic|。
25、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦入區標準點的曲率半徑為ris,耦出區標準點的曲率半徑為ros,其可滿足下列條件:|ris|≤|ros|。
26、依據前段所述實施方式的光波導板,其中光波導板的折射率為n,其可滿足下列條件:1.8≤n。
27、依據前段所述實施方式的光波導板,其中耦出區的長度為w,光波導板于耦出區標準點的厚度為t,其可滿足下列條件:0.57≤w/2t≤1.00×1018。
28、依據本揭示內容一實施方式提供一種光學系統,包含如前述實施方式的光波導板與一影像提供裝置,其中影像提供裝置設置于光波導板的一前側或一后側。
29、依據本揭示內容一實施方式提供一種近眼顯示裝置,包含如前述實施方式的光學系統與一外殼載體,其中光學系統設置于外殼載體內。
30、依據前段所述實施方式的近眼顯示裝置,其中近眼顯示裝置可具有至少一超表面。
31、依據前段所述實施方式的近眼顯示裝置,其中超表面可為一復合式消色差超表面。