显示装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201610048298.2 | 申请日 | 2016-01-25 | 公开(公告)号 | CN106257319A | 公开(公告)日 | 2016-12-28 |
| 申请人 | 中强光电股份有限公司; | 发明人 | 王祥骅; 谢启堂; 魏仲廷; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种显示装置，其适于配置于使用者的至少一只眼睛前方，包括镜架、投影光学系统、至少一个光 波导 元件以及至少一个镜片。投影光学系统用以提供影像光束，且配置于镜架上。光波导元件与镜片位于影像光束的传递路径上。光波导元件具有一侧面，且侧面具有第一 曲率 。光波导元件配置于镜片的一表面上。表面具有第二曲率，且侧面的第一曲率与镜片的表面的第二曲率相同，以使侧面与表面相互贴合。影像光束经由光波导元件传递至镜片后，再经由镜片传递至使用者的眼睛，以显示一虚像。本发明的显示装置通过光波导元件的侧面与镜片的表面相互贴合，以加强结构强度，而避免遭受撞击时可能导致投影光学系统碎裂的 风 险。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种显示装置，适于配置在一使用者的至少一只眼睛前方，其特征在于，所述显示装置包括一镜架、一投影光学系统、至少一个光波导元件以及至少一个镜片，所述投影光学系统用以提供一影像光束，配置于所述镜架上， |
||||||
| 说明书全文 | 显示装置技术领域背景技术[0002] 随着显示技术的进步及人们对于高科技的渴望，虚拟实境(virtual reality)与扩充实境(augmented reality)的技术已渐趋成熟，其中头戴式显示器(head mounted display,HMD)则是用以实现此技术的显示器。头戴式显示器的发展历史可以追溯到1970年代的美国军方，其利用一个光学投影系统，将显示器元件上的影像或文字信息投影到使用者的眼中。近年来，随着微型显示器中的解析度越来越高，尺寸功耗越来越小，头戴式显示器亦发展成为一种携带式(portable)显示装置。除了在军事领域外，其他诸如工业生产、模拟训练、立体显示、医疗、运动、导航和电子游戏等相关领域，头戴式显示器的显示技术亦皆有所成长而占据了重要的地位。 [0003] 一般而言，由于头戴式显示器需穿戴在使用者的头上，因此如何减少头戴式显示器的重量即是进行设计上的必要考量。另一方面，由于头戴式显示器的光学系统设置于眼睛的附近，如果遇到强烈撞击时，其光学架构将可能会碎裂而造成使用者安全上的问题。为了解决这些问题，部分头戴式显示器的光学系统会被设置在原本眼镜放置镜片的位置之处，但此结构设计会造成近视人士使用上的不方便。因此，如何兼顾头戴式显示器的安全性与便利性，已成为相关领域技术发展的重要课题之一。 [0004] “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所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。 发明内容[0005] 本发明提供一种显示装置，其能兼顾安全性与便利性的需求。 [0006] 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。 [0007] 为达上述之一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显示装置。显示装置适于配置于一使用者的至少一只眼睛前方，包括一镜架、一投影光学系统、至少一个光波导元件以及至少一个镜片。投影光学系统用以提供一影像光束，配置于镜架上。光波导元件位于影像光束的传递路径上，其中光波导元件具有一侧面，且侧面具有一第一曲率。镜片位于影像光束的传递路径上，其中光波导元件配置于至少一个镜片的一表面上。表面具有一第二曲率，侧面的第一曲率与至少一个镜片的表面的第二曲率相同，以使侧面与表面相互贴合。影像光束经由至少一个光波导元件传递至镜片后，再经由镜片传递至使用者的眼睛，以显示一虚像。 [0008] 在本发明的一实施例中，上述的至少一个光波导元件嵌入至少一个镜片中。 [0009] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件的材质为玻璃或塑胶中的至少一个。 [0010] 在本发明的一实施例中，上述的至少一个光波导元件的数量为两个以上。 [0011] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件为散射式波导元件(diffractive waveguide)、全像式波导元件(holographic waveguide)、偏光式波导元件(polarized waveguide)或是反射式波导元件(reflective waveguide)中的至少一个。 [0012] 在本发明的一实施例中，上述的至少一个光波导元件的数量与至少一个镜片的数量相对应。 [0013] 在本发明的一实施例中，上述的至少一个镜片为处方镜片。 [0014] 在本发明的一实施例中，上述的镜片的材质为玻璃或塑胶中的至少一个。 [0015] 在本发明的一实施例中，上述的显示装置还包括一透明胶体。透明胶体设置在至少一个光波导元件与至少一个镜片之间，其中透明光学胶体邻近至少一个镜片的边缘。 [0016] 在本发明的一实施例中，上述的显示装置还包括一透明支撑件。透明支撑件设置在至少一个镜片上并邻接至少一个光波导元件，其中透明支撑件邻近至少一个镜片的边缘。 [0017] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件还包括一第一反射元件、一第二反射元件以及一偏振光分光器(Polarizing beam splitter，PBS)。影像光束进入光波导元件后，先经由第一反射元件反射影像光束并穿过偏振光分光器而传递至第二反射元件，再经由第二反射元件反射影像光束至偏振光分光器，并经由偏振光分光器传递影像光束至镜片。 [0018] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件还包括一第一全像片、一第二全像片以及一主体。影像光束进入光波导元件后，先经由第一全像片反射影像光束并穿过主体而传递至第二全像片，再经由第二全像片传递影像光束至镜片。 [0019] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件还包括一入光耦合区域、一出光耦合区域以及一中间区域。影像光束进入光波导元件后，先经由入光耦合区域传递影像光束至中间区域，并在中间区域行进而传递至出光耦合区域，再经由出光耦合区域传递影像光束至镜片。 [0020] 在本发明的一实施例中，上述的光波导元件还包括一反射元件、一第一偏振光分光器以及一第二偏振光分光器。影像光束进入光波导元件后，先经由反射元件反射影像光束而传递至第一偏振光分光器以及第二偏振光分光器，再通过第一偏振光分光器以及第二偏振光分光器分别将影像光束传递至使用者的双眼。 [0021] 基于上述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其中之一。本发明的实施例的显示装置通过光波导元件的侧面与镜片的表面相互贴合，以加强结构强度，而避免遭受撞击时可能导致投影光学系统碎裂的风险。此外，显示装置亦可通过透明胶体以及透明支撑件的设置以加强结构强度，且由于透明胶体或透明支撑件设置在靠近镜片边缘处，因此可避免影响使用者的观看视野。 附图说明[0023] 图1是本发明一实施例的一种显示装置的架构示意图。 [0024] 图2A至图2C是图1应用不同的光波导元件的光路示意图。 [0025] 图3是本发明另一实施例的一种显示装置的架构示意图。 具体实施方式[0026] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的一较佳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。 [0027] 图1是本发明一实施例的一种显示装置的架构示意图。请参照图1，在本实施例中，显示装置100适于配置于使用者的至少一只眼睛EY前方。显示装置100包括镜架110、投影光学系统120、至少一个光波导元件130(图1中示出为1个)以及至少一个镜片140(图1中示出为2个)。投影光学系统120用以提供影像光束IB，配置于镜架110上。举例而言，在本实施例中，投影光学系统120可包括微型液晶显示面板(Liquid Crystal Display panel,LCD panel)、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)微型显示器或其他种类的微型显示器，但本发明不限于此。另一方面，在本实施例中，光波导元件130与镜片140的材质例如为玻璃或塑胶中的至少一个，但本发明不限于此，光波导元件130与镜片140的材质也可以是其他适当的透明物质。此外，在本实施例中，镜片140可为处方镜片，亦即镜片140可为有度数的镜片，而可便于使有近视或远视的使用者能够清楚地观察眼睛前方视野的同时亦可清楚地观看显示装置100所显示的画面。 [0028] 具体而言，如图1所示，在本实施例中，光波导元件130位于影像光束IB的传递路径上，其中光波导元件130具有一侧面S130，且侧面S130具有第一曲率。并且，光波导元件130配置于镜片140的一表面S140上。镜片140的表面S140具有第二曲率，侧面S130的第一曲率与镜片140的表面S140的第二曲率实质相同，以使光波导元件130的侧面S130与镜片140的表面S140相互贴合。如此即可加强显示装置100的结构强度，而减少遭受撞击时可能导致投影光学系统120碎裂的风险。 [0029] 详细而言，在本实施例中，光波导元件130具有入光面IS以及出光面OS，其中入光面IS位于投影光学系统120旁，出光面OS位于镜片140旁，投影光学系统120提供影像光束IB经由入光面IS进入光波导元件130，并经由出光面OS传递至镜片140。换言之，如图1所示，在本实施例中，出光面OS为侧面S130的一部分，且出光面OS的曲率亦为第一曲率，而可使影像光束IB经由出光面OS传递至镜片140时，可清楚显示一虚像。 [0030] 更详细而言，如图1所示，本实施例的光波导元件130还包括第一反射元件131、第二反射元件132以及偏振光分光器133。影像光束IB经由光波导元件130的入光面IS进入光波导元件130后，先经由第一反射元件131反射影像光束IB并穿过偏振光分光器133而传递至第二反射元件132，再经由第二反射元件132反射影像光束IB至偏振光分光器133，最终由偏振光分光器133经出光面OS而传递影像光束IB至镜片140。也就是说，本实施例中的光波导元件130为反射式波导元件，但本发明不限于此，在其他的实施例中，光波导元件130亦可为散射式波导元件、全像式波导元件或是偏光式波导元件中的至少一个。 [0031] 另一方面，如图1所示，在本实施例中，镜片140位于影像光束IB的传递路径上，当影像光束IB经由光波导元件130传递至镜片140后，再经由镜片140传递至使用者的眼睛EY，以显示一虚像。 [0032] 光波导元件130的第一反射元件131例如是黏合于投影光学系统120的入光面IS，以使来自投影光学系统120的影像光束IB可直接经由第一反射元件131进入光波导元件130。此外，如图1所示，本实施例中显示装置100更可选择性地设置透明胶体150或是透明支撑件160。透明胶体150的材质可采用光学胶，而透明支撑件160的材质可采用透光率高的塑胶或树脂，较佳的是采用折射率与镜片140相同或相近的透明材质，本发明不限于此。 [0033] 具体而言，透明胶体150设置在光波导元件130与镜片140之间。透明胶体150邻近镜片140的边缘以黏合光波导元件130与镜片140，而透明支撑件160设置在镜片140的表面S140上并邻接光波导元件130，其中透明支撑件160邻近镜片140的边缘。显示装置100可通过透明胶体150以及透明支撑件160的设置来加强结构强度，以减少遭受撞击时可能导致投影光学系统120碎裂的风险。此外，由于透明胶体150或透明支撑件160设置在靠近镜片140边缘处(即镜片140上远离眼睛EY的位置)，因此可避免影响使用者的观看视野。 [0034] 本实施例的光波导元件130虽以反射式波导元件为例示，但本发明并不限于此。在其他的实施例中，光波导元件130亦可为其他不同形式的波导元件。以下将搭配图2A至图2C，针对图1的光波导元件130的可能变化进行进一步解说。 [0035] 图2A至图2C是图1应用不同的光波导元件的光路示意图。请参照图2A至图2C，在这些实施例中，光波导元件230、330、430分别为全像式波导元件、散射式波导元件与偏光式波导元件。 [0036] 具体而言，如图2A所示，光波导元件230为全像式波导元件，包括第一全像片231、第二全像片232以及一主体233，其中侧面S230的曲率与镜片140(未示于图2A)的侧面S140的曲率相同，以使侧面S230可贴合于侧面S140。第一全像片231与第二全像片232例如是反射式全像片(reflection hologram)，其中第一全像片231可为入光耦合全像片(in-coupling hologram)，第二全像片232可为出光耦合全像片(out-coupling hologram)。影像光束IB经由光波导元件230的入光面IS进入光波导元件230后，第一全像片231适于反射影像光束IB并在主体233中以全反射方式行进而传递至第二全像片232，第二全像片232则适于将影像光束IB传递至光波导元件230的出光面OS。之后，影像光束IB再经由镜片140传递至使用者的眼睛EY，以显示一虚像。有关全像式波导元件的相关技术与原理应为本领域相关技术人员所熟知，本发明在此不加以赘述。 [0037] 如图2B所示，光波导元件330为散射式波导元件，包括一入光耦合区域331、一出光耦合区域332以及一中间区域333，其中侧面S330的曲率与镜片140(未示于图2B)的表面S140的曲率相同，以使侧面S330可贴合于表面S140。影像光束IB经由光波导元件330的入光面IS进入光波导元件330后，先经由入光耦合区域331使影像光束IB在中间区域333中以全反射方式行进而被传递至出光耦合区域332，再经由出光耦合区域332将影像光束IB传递至光波导元件330的出光面OS。之后，影像光束IB再经由镜片140传递至使用者的眼睛EY，以显示一虚像。有关散射式波导元件的相关技术与原理应为本领域相关技术人员所熟知，本发明在此亦不加以赘述。 [0038] 如图2C所示，光波导元件430为偏光式波导元件，包括一反射元件431、一第一偏振光分光器432以及一第二偏振光分光器433，其中侧面S430的曲率与镜片140(未示于图2C)的表面S140的曲率相同，以使侧面S430可贴合于表面S140。影像光束IB经由光波导元件430的入光面IS进入光波导元件430后，先经由反射元件431反射影像光束IB而传递至第一偏振光分光器432以及第二偏振光分光器433，再通过第一偏振光分光器432以及第二偏振光分光器433分别将影像光束IB经由出光面OS而传递至使用者的眼睛。有关偏光式波导元件的相关技术与原理应为本领域相关技术人员所熟知，本发明在此亦不加以赘述。 [0039] 在上述的实施例中，光波导元件130、230、330、430的数量虽以一个为例示，但本发明并不限于此。在其他的实施例中，光波导元件亦可为两个以上，且光波导元件的数量与镜片140的数量相对应。 [0040] 图3是本发明另一实施例的一种显示装置的架构示意图。请参照图3，本实施例的显示装置200与图1的显示装置100类似，相同的元件以相同的标号表示，本发明在此不再赘述。显示装置200与显示装置100的差异在于，显示装置200的至少一个光波导元件130a嵌入至少一个镜片140a中。举例而言，本实施例的光波导元件130a嵌入镜片140a的凹槽170，但本发明并不限于此，光波导元件130a可以是嵌入镜片140a的一通孔内，镜片140a亦可以是由多个子镜片叠合而成，本发明不限于此。此外，透明胶体150设置在光波导元件130a与镜片140a之间且邻近镜片140a的边缘以黏合光波导元件130a与镜片140a，透明支撑件160位于凹槽170的底部且邻近镜片140a的边缘以定位光波导元件130a，其中光波导元件130a的侧面S130贴合于凹槽170的表面S140。由于本实施例的光波导元件130a嵌入镜片140a中，因此除可适度地加强显示装置200的结构强度之外，还可减少显示装置200的所占空间。 [0041] 综上所述，本发明的实施例的显示装置通过光波导元件的侧面与镜片的表面相互贴合，能加强结构强度，而避免遭受撞击时可能导致投影光学系统碎裂的风险。此外，显示装置亦可通过透明胶体以及透明支撑件的设置以加强结构强度，且由于透明胶体或透明支撑件设置在靠近镜片边缘处，因此可避免影响使用者的观看视野。 [0042] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求及发明内容所作的简单等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。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，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或申请专利范围中提及的“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。 [0043] 【符号说明】 [0044] 100、200：显示装置 [0045] 110：镜架 [0046] 120：投影光学系统 [0047] 130、130a、230、330、430：光波导元件 [0048] 131：第一反射元件 [0049] 132：第二反射元件 [0050] 133：偏振光分光器 [0051] 231：第一全像片 [0052] 232：第二全像片 [0053] 233：主体 [0054] 331：入光耦合区域 [0055] 332：出光耦合区域 [0056] 333：中间区域 [0057] 431：反射元件 [0058] 432：第一偏振光分光器 [0059] 433：第二偏振光分光器 [0060] 140、140a：镜片 [0061] 150：透明胶体 [0062] 160：透明支撑件 [0063] 170：凹槽 [0064] EY：使用者的眼睛 [0065] IB：影像光束 [0066] IS：入光面 [0067] OS：出光面 [0068] S130、S230、S330、S430：侧面 [0069] S140：表面 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈