1.本发明是有关于一种光学元件以及显示装置，且特别是有关于一种波导以及头戴式显示装置。
背景技术：
：：2.随着显示技术的进步及人们对于高科技的渴望，虚拟实境(virtualreality)与扩充实境(augmentedreality)的技术已渐趋成熟，其中头戴式显示器(headmounteddisplay,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讯息投影到使用者的眼中。近年来，随着微型显示器中的分辨率越来越高，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。3.现有一种利用波导(waveguide)元件作为光学合光元件(combiner)的头戴式显示装置。此波导元件主要由耦入棱镜、波导平板与耦出微结构组成。具体而言，在此波导元件中，影像光的传递路径为经由耦入棱镜进入波导平板后可全反射传播直到进入耦出区，耦出区内存在耦出微结构而可将影像光耦出光波导。然而，由于耦入棱镜、波导平板与耦出微结构这些不同构件之间具有折射率差异，而会产生色散，进而会导致最终人眼所见影像光产生色分离，而造成影像品质下降。4.为了减轻色散所造成的影像的色分离，现有几种波导元件的制作方法如下所述。其中一种方式是使用同质材料来制作耦入棱镜、波导平板与耦出微结构的元件结构，但由于耦入棱镜与耦出微结构之尺寸存在明显差异，而使得控制结构成形的制程难度提高，而不易加工。5.另一种方式是使用不同材料来分别制作耦入棱镜、波导平板与耦出微结构后再做贴合。在此方式中，耦入棱镜与波导平板因其尺寸较大而其表面的光学面需求，因此常采用光学玻璃切削研磨来制作。然而，若耦入棱镜与波导平板采用具有高折射率的光学玻璃的材料时，具有高折射率的光学玻璃对不同色光之间的折射率差异也会较大，而更容易在波导平板与耦出微结构之间的折射过程中造成色散现象，因此，在此方式中，耦入棱镜与波导平板需采用一般光学玻璃制作，以减轻色散现象，但是，若采用一般光学玻璃制作耦入棱镜与波导平板，影像光束于波导平板内传播时其间距较大，因此打至耦出微结构之间距也较大，最终得到间距较大的多个影像光束离开波导，此时若人眼瞳孔位于两影像光束之间且瞳孔尺寸过小无法接受任何影像光或较少影像光，人眼将无法看见此特定角度的影像光，而会造成影像缺块或暗区，也会影响影像品质。[0006]“
背景技术：
：”段落只是用来帮助了解本技术实现要素：，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：
：中的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所属
技术领域：
：中的技术人员所知晓或认知。
发明内容[0007]本发明提供一种波导，能减轻影像光束在传递时的色散现象与提高影像的亮度均匀度。[0008]本发明提供一种头戴式显示装置，能提供良好品质的影像画面。[0009]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。[0010]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波导。波导用以传递影像光束，包括板体、至少一耦入棱镜以及微结构。板体具有第一表面与第二表面，影像光束经由第一表面进入板体。至少一耦入棱镜位于第二表面上，其中耦入棱镜具有第一斜面，且影像光束经由第一斜面反射后在板体中传递。多个微结构位于第二表面上，其中各微结构具有第二斜面，影像光束经由第二斜面反射后自板体的第一表面出光，且耦入棱镜的折射率与微结构的折射率差值小于0.05。[0011]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头戴式显示装置。头戴式显示装置用于配置在使用者的至少一眼睛前方，包括显示单元以及前述的波导。显示单元用于提供影像光束，波导用以传递影像光束至使用者的至少一眼睛。[0012]基于上述，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，头戴式显示装置与波导通过将耦入棱镜的折射率与微结构的折射率设为大致相等或是耦入棱镜的折射率与微结构的折射率之间具有差异，且将耦入棱镜的第一夹角与微结构的第二夹角设为大致相等或是具有差异，而可使影像光束在板体与耦入棱镜之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体与微结构之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束的三原色光光束之间自板体的第一表面出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束形成色分离的现象或使色分离的现象不易被人眼观察到。另一方面，由于头戴式显示装置的波导的板体具有高折射率，因此，可使多个影像光束以较密集的方式离开波导，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0013]使用不同材料来分别制作耦入棱镜、波导平板与耦出结构。要求耦入棱镜与耦出结构之间的折射率相等或其差值小于0.05。可减轻色散所造成的影像的色分离。此方式的优点为可采用高折射率波导平板而不需使用高折射率的耦入棱镜与耦出结构，高折射率波导平板可使得影像光束于波导平板内传播时其间距较小，因此打至耦出微结构之间也较小，最终得到间距较小的多个影像光束离开波导，可避免当人眼瞳孔位于两光束之间且瞳孔尺寸过小而无法接受任何影像光或较少影像光，人眼将无法看见此特定角度的影像光，而会造成影像缺块或暗区。[0014]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[0015]图1是本发明一实施例的一种头戴式显示装置的架构示意图。[0016]图2是影像光束通过图1的波导的光路示意图。[0017]图3是影像光束通过本发明另一实施例的波导的光路示意图。[0018]图4是影像光束通过一对照例的波导的光路示意图。[0019]图5是本发明另一实施例的头戴式显示装置的光路示意图。[0020]图6是本发明又一实施例的波导的分解示意图。[0021]图7是本发明又一实施例的波导的分解示意图。具体实施方式[0022]有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之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。[0023]图1是本发明一实施例的一种头戴式显示装置的架构示意图。图2是影像光束通过图1的波导的光路示意图。请参照图1与图2，在本实施例中，头戴式显示装置100用于配置在使用者的至少一眼睛ey前方。头戴式显示装置100包括显示单元110以及波导120。显示单元110用于提供影像光束ib，波导120用以传递影像光束ib至使用者的至少一眼睛ey。举例而言，在本实施例中，显示单元110可为显示器或者光场显示器，且可为投影式的光场显示器，显示单元110可包括准直光源、透镜、透镜阵列、显示元件(光阀)等光学元件(未绘示)，其中准直光源所发出的光束会依序通过透镜、阵列透镜并入射至显示元件，显示元件用以将光束转换成具有影像资讯的影像光束ib或者深度资讯的影像光束ib，但本发明不局限于此。如此，显示单元110所提供的影像光束ib具有当下的光场资讯，能够达成事后对焦的效果，并能借此提供有深度的影像资讯。此外，如图2所示，在本实施例中，头戴式显示装置100是通过波导120的配置来达到单向光瞳拓展的功能为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，头戴式显示装置100亦可增设另一波导120，并透过波导120的配置方向以及光路的串联来达到双向光瞳拓展的功能。[0024]具体而言，如图1与图2所示，在本实施例中，波导120包括板体121、至少一耦入棱镜122以及微结构123。至少一耦入棱镜122与多个微结构123皆位于第二表面s2上。其中板体121具有第二表面s2。举例而言，在本实施例中，板体121的厚度小于2毫米(mm)，耦入棱镜122的宽度介于3毫米至7毫米之间，微结构123的底部宽度介于0.4毫米至1.2毫米之间。耦入棱镜122的宽度与微结构123的底部宽度的方向垂直于板体121厚度的方向。此外，在本实施例中，耦入棱镜122的数量以一个为例示，但本发明不局限于此，在其他的实施例中，耦入棱镜的数量亦可为多个。另一方面，在本实施例中，微结构123的材料例如包含高分子材料，而可采用紫外光(uv)压印方式或热转写的方式制作于板体121上。在其他实施例中，板体121与耦入棱镜122例如可分别以具有不同折射率的光学玻璃制作研磨而成后贴合。更具体而言，在本实施例中，板体121的折射率大于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率，且耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率大致相等。在本实施例中，对具有特定主发光波长的光束，所述耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率差值小于0.05。[0025]进一步而言，如图1与图2所示，板体121具有第一表面s1与第二表面s2，耦入棱镜122具有第一斜面is1，各微结构123具有第二斜面is2。更具体而言，如图2所示，在本实施例中，耦入棱镜122与各微结构123分别皆具有反射层，耦入棱镜122的反射层位于耦入棱镜122的第一斜面is1上，而各微结构123的反射层位于各微结构123的第二斜面is2上，且反射层为镜面反射层。换言之，在本实施例中，多个微结构123可形成为微镜阵列。并且，如图1所示，板体121的第一表面s1与第二表面s2例如与使用者的视线方向垂直。更进一步而言，在本实施例中，耦入棱镜122的第一斜面is1相对于第二表面s2倾斜而形成第一夹角θ1，微结构123的第二斜面is2相对于第二表面s2倾斜而形成第二夹角θ2，而第一夹角θ1与第二夹角θ2也大致相等。[0026]如此，如图2所示，影像光束ib经由第一表面s1进入板体121并穿过第二表面s2时，影像光束ib可经由耦入棱镜122的第一斜面is1反射后在板体121中传递。并且，影像光束ib在板体121中可经由全反射的方式传递至板体121的第二表面s2中设有微结构123的区域。当影像光束ib传递至微结构123的第二斜面is2时，可经由微结构123的第二斜面is2反射并自板体121的第一表面s1出光。如此一来，波导120可用以传递影像光束ib至使用者的至少一眼睛ey，而于使用者的眼中显示影像。并且，如图1与图2所示，在本实施例中，在各微结构123之间还可存在平坦穿透区，而使环境光线可穿过波导120并被传递至使用者的至少一眼睛ey，以使头戴式显示装置100能够达到扩增实境的功能。此外，在本实施例中，这些微结构123之间的间距可控制为等距，但也可控制为不等距以调整所视影像之亮度均匀性。在本实施例中，微结构123之间的间距(pitch)可以小于2(mm)，且这些微结构123的分布的密度随着远离耦入棱镜122的方向渐增。[0027]如图1与图2所示，在本实施例中，由于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率大致相等，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也大致相等，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束ib的三原色光光束(红色光光束、绿色光光束、蓝色光光束)之间自板体121的第一表面s1出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束ib形成色分离的现象。[0028]更进一步而言，在本实施例中，由于板体121的折射率对于影像光束ib的色分离现象的影响可经由上述的配置而减轻，因此，板体121的折射率就不需受到太大的限制，而可大于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率，并可采用具有高折射率的光学玻璃来制作。如此一来，在本实施例中，由于板体121具有高折射率，影像光束ib于板体121中发生全反射处的间距可缩小，而可较密集地于板体121内进行全反射传播，进而可较密集地打至微结构123。如此一来，即可得到较密集之多个影像光束ib离开波导120，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0029]此外，在本实施例中，耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率虽是以大致相等为例示，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也是以大致相等为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率亦可存在差异，而耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也基于此而存在差异，而使头戴式显示装置100与波导120亦能达到类似的效果。以下将搭配图3与图4来进行进一步地解说。[0030]图3是影像光束ib通过本发明另一实施例的波导120的光路示意图。图4是影像光束ib通过一对照例的波导120的光路示意图。请参照图3与图4，图3的波导320、图4的波导420与图1的波导120类似，而差异如下所述。在图3的实施例中，对具有一特定主发光波长的光束，耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率差值小于0.05。举例而言，影像光束ib由三原色光光束(红色光光束r、绿色光光束g、蓝色光光束b)所构成，对同样的色光光束而言，当耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率差值小于0.05，并且，在图3的实施例中，第一夹角θ1与第二夹角θ2的差值小于3度。另一方面，在图4的对照例中，对具有一特定主发光波长的光束，耦入棱镜422的折射率与微结构423的折射率差值同样也小于0.05，但第一夹角θ1与第二夹角θ2大致相等。[0031]如此，如图3与图4所示，在图4的对照例中，由于对具有一特定主发光波长的光束而言，耦入棱镜422的折射率与微结构423的折射率存在差异，因此离开板体121的影像光束ib中的三原色光光束(红色光光束r、绿色光光束g、蓝色光光束b)的行进方向会出现偏离；另一方面，在图3的实施例中，由于第一夹角θ1与第二夹角θ2之间也存在差异，因此离开板体121的影像光束ib中主要提供影像亮度的绿色光光束g的行进方向可得到补偿性的修正，而未发生偏离。如此一来，通过耦入棱镜322的第一夹角θ1与微结构323的第二夹角θ2的差异来补偿耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率之间的差异所生的光路偏离，而调整影像光束ib的行进方向，以维持人眼所见影像的位置。[0032]由于波导320的耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率之间具有差异，且耦入棱镜322的第一夹角θ1与微结构323的第二夹角θ2也具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜322之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构323之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使影像光束ib产生色分离的现象不明显而不易被人眼ey观察到，进而使波导320亦能达到与前述的波导120类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导320应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0033]图5是本发明另一实施例的头戴式显示装置100的光路示意图。请参照图5，图5的头戴式显示装置500与图1的头戴式显示装置100类似，而差异如下所述。如图5所示，在本实施例中，波导520的板体521并非垂直于使用者的视线方向而设置。进一步而言，在本实施例中，头戴式显示装置500可透过调整微结构523的第二夹角θ2的大小而使头戴式显示装置500提供的影像光束ib于使用者的视野中心显示影像。[0034]并且，在本实施例中，由于波导520的耦入棱镜522的折射率与微结构523的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜522的折射率与微结构523的折射率之间具有差异，且耦入棱镜522的第一夹角θ1与微结构523的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体521与耦入棱镜522之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体521与微结构523之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使头戴式显示装置500与波导520亦能达到与前述的头戴式显示装置100与波导120、或波导320类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0035]图6是本发明又一实施例的波导的分解示意图。请参照图6，图6的波导620与图1的波导120类似，而差异如下所述。如图6所示，在本实施例中，波导620还包括补偿层624。补偿层624覆盖多个微结构123的第二斜面is2，其中补偿层624于远离多个微结构123的第二斜面is2的一侧形成第一平面fs1，第一平面fs1平行于第一表面s1与第二表面s2。并且，在本实施例中，补偿层624的材质与板体121相同，各微结构123的反射层为镜面反射层或部分反射层。并且，如图6所示，在本实施例中，当微结构123的高度高于板体121的十分之一时，补偿层624覆盖板体121的第二表面s2的全部区域，且在板体121的第二表面s2设有耦入棱镜122的区域中，补偿层624位于耦入棱镜122与板体121之间。此外，补偿层624的制作方式与板体121的制作方式相同。补偿层624与板体121之间可设置光学胶，以填补空隙。光学胶的折射率接近或等于板体121的折射率。[0036]如此，在本实施例中，由于波导620的耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率之间具有差异，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使波导620亦能达到与前述的波导120类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导620应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0037]图7是本发明又一实施例的波导的分解示意图。请参照图7，图7的波导720与图6的波导620类似，而差异如下所述。如图7所示，在本实施例中，在本实施例中，当微结构123的高度低于板体121的十分之一时，波导720的补偿层724可以仅覆盖板体121的第二表面s2上设有耦入微结构123的区域。并且，在本实施例中，由于波导120的耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率之间具有差异，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使波导720亦能达到与前述的波导620类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导720应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0038]综上，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，头戴式显示装置与波导通过将耦入棱镜的折射率与微结构的折射率设为大致相等或是耦入棱镜的折射率与微结构的折射率之间具有差异，且将耦入棱镜的第一夹角与微结构的第二夹角设为大致相等或是具有差异，而可使影像光束在板体与耦入棱镜之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体与微结构之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束的三原色光光束之间自板体的第一表面出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束形成色分离的现象或使色分离的现象不易被人眼观察到。另一方面，由于头戴式显示装置的波导的板体具有高折射率，因此，可使多个影像光束以较密集的方式离开波导，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0039]惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及
发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。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之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。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。[0040]附图标记说明：[0041]100、500：头戴式显示装置[0042]110：显示单元[0043]120、320、420、520、620、720：波导[0044]121、521：板体[0045]122、322、422、522：耦入棱镜[0046]123、323、423、523：微结构[0047]624：补偿层[0048]ey：眼睛[0049]fs1：第一平面[0050]ib：影像光束[0051]is1：第一斜面[0052]is2：第二斜面[0053]s1：第一表面[0054]s2：第二表面[0055]θ1：第一夹角[0056]θ2：第二夹角。当前第1页12当前第1页12
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发明内容[0007]本发明提供一种波导，能减轻影像光束在传递时的色散现象与提高影像的亮度均匀度。[0008]本发明提供一种头戴式显示装置，能提供良好品质的影像画面。[0009]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。[0010]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波导。波导用以传递影像光束，包括板体、至少一耦入棱镜以及微结构。板体具有第一表面与第二表面，影像光束经由第一表面进入板体。至少一耦入棱镜位于第二表面上，其中耦入棱镜具有第一斜面，且影像光束经由第一斜面反射后在板体中传递。多个微结构位于第二表面上，其中各微结构具有第二斜面，影像光束经由第二斜面反射后自板体的第一表面出光，且耦入棱镜的折射率与微结构的折射率差值小于0.05。[0011]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头戴式显示装置。头戴式显示装置用于配置在使用者的至少一眼睛前方，包括显示单元以及前述的波导。显示单元用于提供影像光束，波导用以传递影像光束至使用者的至少一眼睛。[0012]基于上述，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，头戴式显示装置与波导通过将耦入棱镜的折射率与微结构的折射率设为大致相等或是耦入棱镜的折射率与微结构的折射率之间具有差异，且将耦入棱镜的第一夹角与微结构的第二夹角设为大致相等或是具有差异，而可使影像光束在板体与耦入棱镜之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体与微结构之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束的三原色光光束之间自板体的第一表面出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束形成色分离的现象或使色分离的现象不易被人眼观察到。另一方面，由于头戴式显示装置的波导的板体具有高折射率，因此，可使多个影像光束以较密集的方式离开波导，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0013]使用不同材料来分别制作耦入棱镜、波导平板与耦出结构。要求耦入棱镜与耦出结构之间的折射率相等或其差值小于0.05。可减轻色散所造成的影像的色分离。此方式的优点为可采用高折射率波导平板而不需使用高折射率的耦入棱镜与耦出结构，高折射率波导平板可使得影像光束于波导平板内传播时其间距较小，因此打至耦出微结构之间也较小，最终得到间距较小的多个影像光束离开波导，可避免当人眼瞳孔位于两光束之间且瞳孔尺寸过小而无法接受任何影像光或较少影像光，人眼将无法看见此特定角度的影像光，而会造成影像缺块或暗区。[0014]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[0015]图1是本发明一实施例的一种头戴式显示装置的架构示意图。[0016]图2是影像光束通过图1的波导的光路示意图。[0017]图3是影像光束通过本发明另一实施例的波导的光路示意图。[0018]图4是影像光束通过一对照例的波导的光路示意图。[0019]图5是本发明另一实施例的头戴式显示装置的光路示意图。[0020]图6是本发明又一实施例的波导的分解示意图。[0021]图7是本发明又一实施例的波导的分解示意图。具体实施方式[0022]有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之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。[0023]图1是本发明一实施例的一种头戴式显示装置的架构示意图。图2是影像光束通过图1的波导的光路示意图。请参照图1与图2，在本实施例中，头戴式显示装置100用于配置在使用者的至少一眼睛ey前方。头戴式显示装置100包括显示单元110以及波导120。显示单元110用于提供影像光束ib，波导120用以传递影像光束ib至使用者的至少一眼睛ey。举例而言，在本实施例中，显示单元110可为显示器或者光场显示器，且可为投影式的光场显示器，显示单元110可包括准直光源、透镜、透镜阵列、显示元件(光阀)等光学元件(未绘示)，其中准直光源所发出的光束会依序通过透镜、阵列透镜并入射至显示元件，显示元件用以将光束转换成具有影像资讯的影像光束ib或者深度资讯的影像光束ib，但本发明不局限于此。如此，显示单元110所提供的影像光束ib具有当下的光场资讯，能够达成事后对焦的效果，并能借此提供有深度的影像资讯。此外，如图2所示，在本实施例中，头戴式显示装置100是通过波导120的配置来达到单向光瞳拓展的功能为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，头戴式显示装置100亦可增设另一波导120，并透过波导120的配置方向以及光路的串联来达到双向光瞳拓展的功能。[0024]具体而言，如图1与图2所示，在本实施例中，波导120包括板体121、至少一耦入棱镜122以及微结构123。至少一耦入棱镜122与多个微结构123皆位于第二表面s2上。其中板体121具有第二表面s2。举例而言，在本实施例中，板体121的厚度小于2毫米(mm)，耦入棱镜122的宽度介于3毫米至7毫米之间，微结构123的底部宽度介于0.4毫米至1.2毫米之间。耦入棱镜122的宽度与微结构123的底部宽度的方向垂直于板体121厚度的方向。此外，在本实施例中，耦入棱镜122的数量以一个为例示，但本发明不局限于此，在其他的实施例中，耦入棱镜的数量亦可为多个。另一方面，在本实施例中，微结构123的材料例如包含高分子材料，而可采用紫外光(uv)压印方式或热转写的方式制作于板体121上。在其他实施例中，板体121与耦入棱镜122例如可分别以具有不同折射率的光学玻璃制作研磨而成后贴合。更具体而言，在本实施例中，板体121的折射率大于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率，且耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率大致相等。在本实施例中，对具有特定主发光波长的光束，所述耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率差值小于0.05。[0025]进一步而言，如图1与图2所示，板体121具有第一表面s1与第二表面s2，耦入棱镜122具有第一斜面is1，各微结构123具有第二斜面is2。更具体而言，如图2所示，在本实施例中，耦入棱镜122与各微结构123分别皆具有反射层，耦入棱镜122的反射层位于耦入棱镜122的第一斜面is1上，而各微结构123的反射层位于各微结构123的第二斜面is2上，且反射层为镜面反射层。换言之，在本实施例中，多个微结构123可形成为微镜阵列。并且，如图1所示，板体121的第一表面s1与第二表面s2例如与使用者的视线方向垂直。更进一步而言，在本实施例中，耦入棱镜122的第一斜面is1相对于第二表面s2倾斜而形成第一夹角θ1，微结构123的第二斜面is2相对于第二表面s2倾斜而形成第二夹角θ2，而第一夹角θ1与第二夹角θ2也大致相等。[0026]如此，如图2所示，影像光束ib经由第一表面s1进入板体121并穿过第二表面s2时，影像光束ib可经由耦入棱镜122的第一斜面is1反射后在板体121中传递。并且，影像光束ib在板体121中可经由全反射的方式传递至板体121的第二表面s2中设有微结构123的区域。当影像光束ib传递至微结构123的第二斜面is2时，可经由微结构123的第二斜面is2反射并自板体121的第一表面s1出光。如此一来，波导120可用以传递影像光束ib至使用者的至少一眼睛ey，而于使用者的眼中显示影像。并且，如图1与图2所示，在本实施例中，在各微结构123之间还可存在平坦穿透区，而使环境光线可穿过波导120并被传递至使用者的至少一眼睛ey，以使头戴式显示装置100能够达到扩增实境的功能。此外，在本实施例中，这些微结构123之间的间距可控制为等距，但也可控制为不等距以调整所视影像之亮度均匀性。在本实施例中，微结构123之间的间距(pitch)可以小于2(mm)，且这些微结构123的分布的密度随着远离耦入棱镜122的方向渐增。[0027]如图1与图2所示，在本实施例中，由于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率大致相等，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也大致相等，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束ib的三原色光光束(红色光光束、绿色光光束、蓝色光光束)之间自板体121的第一表面s1出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束ib形成色分离的现象。[0028]更进一步而言，在本实施例中，由于板体121的折射率对于影像光束ib的色分离现象的影响可经由上述的配置而减轻，因此，板体121的折射率就不需受到太大的限制，而可大于耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率，并可采用具有高折射率的光学玻璃来制作。如此一来，在本实施例中，由于板体121具有高折射率，影像光束ib于板体121中发生全反射处的间距可缩小，而可较密集地于板体121内进行全反射传播，进而可较密集地打至微结构123。如此一来，即可得到较密集之多个影像光束ib离开波导120，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0029]此外，在本实施例中，耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率虽是以大致相等为例示，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也是以大致相等为例示，但本发明不局限于此。在其他的实施例中，耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率亦可存在差异，而耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也基于此而存在差异，而使头戴式显示装置100与波导120亦能达到类似的效果。以下将搭配图3与图4来进行进一步地解说。[0030]图3是影像光束ib通过本发明另一实施例的波导120的光路示意图。图4是影像光束ib通过一对照例的波导120的光路示意图。请参照图3与图4，图3的波导320、图4的波导420与图1的波导120类似，而差异如下所述。在图3的实施例中，对具有一特定主发光波长的光束，耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率差值小于0.05。举例而言，影像光束ib由三原色光光束(红色光光束r、绿色光光束g、蓝色光光束b)所构成，对同样的色光光束而言，当耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率差值小于0.05，并且，在图3的实施例中，第一夹角θ1与第二夹角θ2的差值小于3度。另一方面，在图4的对照例中，对具有一特定主发光波长的光束，耦入棱镜422的折射率与微结构423的折射率差值同样也小于0.05，但第一夹角θ1与第二夹角θ2大致相等。[0031]如此，如图3与图4所示，在图4的对照例中，由于对具有一特定主发光波长的光束而言，耦入棱镜422的折射率与微结构423的折射率存在差异，因此离开板体121的影像光束ib中的三原色光光束(红色光光束r、绿色光光束g、蓝色光光束b)的行进方向会出现偏离；另一方面，在图3的实施例中，由于第一夹角θ1与第二夹角θ2之间也存在差异，因此离开板体121的影像光束ib中主要提供影像亮度的绿色光光束g的行进方向可得到补偿性的修正，而未发生偏离。如此一来，通过耦入棱镜322的第一夹角θ1与微结构323的第二夹角θ2的差异来补偿耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率之间的差异所生的光路偏离，而调整影像光束ib的行进方向，以维持人眼所见影像的位置。[0032]由于波导320的耦入棱镜322的折射率与微结构323的折射率之间具有差异，且耦入棱镜322的第一夹角θ1与微结构323的第二夹角θ2也具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜322之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构323之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使影像光束ib产生色分离的现象不明显而不易被人眼ey观察到，进而使波导320亦能达到与前述的波导120类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导320应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0033]图5是本发明另一实施例的头戴式显示装置100的光路示意图。请参照图5，图5的头戴式显示装置500与图1的头戴式显示装置100类似，而差异如下所述。如图5所示，在本实施例中，波导520的板体521并非垂直于使用者的视线方向而设置。进一步而言，在本实施例中，头戴式显示装置500可透过调整微结构523的第二夹角θ2的大小而使头戴式显示装置500提供的影像光束ib于使用者的视野中心显示影像。[0034]并且，在本实施例中，由于波导520的耦入棱镜522的折射率与微结构523的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜522的折射率与微结构523的折射率之间具有差异，且耦入棱镜522的第一夹角θ1与微结构523的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体521与耦入棱镜522之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体521与微结构523之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使头戴式显示装置500与波导520亦能达到与前述的头戴式显示装置100与波导120、或波导320类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0035]图6是本发明又一实施例的波导的分解示意图。请参照图6，图6的波导620与图1的波导120类似，而差异如下所述。如图6所示，在本实施例中，波导620还包括补偿层624。补偿层624覆盖多个微结构123的第二斜面is2，其中补偿层624于远离多个微结构123的第二斜面is2的一侧形成第一平面fs1，第一平面fs1平行于第一表面s1与第二表面s2。并且，在本实施例中，补偿层624的材质与板体121相同，各微结构123的反射层为镜面反射层或部分反射层。并且，如图6所示，在本实施例中，当微结构123的高度高于板体121的十分之一时，补偿层624覆盖板体121的第二表面s2的全部区域，且在板体121的第二表面s2设有耦入棱镜122的区域中，补偿层624位于耦入棱镜122与板体121之间。此外，补偿层624的制作方式与板体121的制作方式相同。补偿层624与板体121之间可设置光学胶，以填补空隙。光学胶的折射率接近或等于板体121的折射率。[0036]如此，在本实施例中，由于波导620的耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率之间具有差异，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使波导620亦能达到与前述的波导120类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导620应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0037]图7是本发明又一实施例的波导的分解示意图。请参照图7，图7的波导720与图6的波导620类似，而差异如下所述。如图7所示，在本实施例中，在本实施例中，当微结构123的高度低于板体121的十分之一时，波导720的补偿层724可以仅覆盖板体121的第二表面s2上设有耦入微结构123的区域。并且，在本实施例中，由于波导120的耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率也可设为大致相等或是耦入棱镜122的折射率与微结构123的折射率之间具有差异，且耦入棱镜122的第一夹角θ1与微结构123的第二夹角θ2也可设为大致相等或是具有差异，因此，影像光束ib在板体121与耦入棱镜122之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体121与微结构123之间的折射过程中所出现的色散角度差异也可彼此补偿，而使波导720亦能达到与前述的波导620类似的效果与优点，在此就不再赘述。并且，当波导720应用至头戴式显示装置100时，亦能使头戴式显示装置100达到类似的效果与优点，在此就不再赘述。[0038]综上，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，头戴式显示装置与波导通过将耦入棱镜的折射率与微结构的折射率设为大致相等或是耦入棱镜的折射率与微结构的折射率之间具有差异，且将耦入棱镜的第一夹角与微结构的第二夹角设为大致相等或是具有差异，而可使影像光束在板体与耦入棱镜之间的折射过程中所出现的色散角度差异与在板体与微结构之间的折射过程中所出现的色散角度差异可彼此补偿，如此一来，影像光束的三原色光光束之间自板体的第一表面出光时的色散现象可得到减轻，而不致使影像光束形成色分离的现象或使色分离的现象不易被人眼观察到。另一方面，由于头戴式显示装置的波导的板体具有高折射率，因此，可使多个影像光束以较密集的方式离开波导，而可增加人眼所见影像均匀度，并减少影像缺块或暗区的产生。[0039]惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及
发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。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之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。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。[0040]附图标记说明：[0041]100、500：头戴式显示装置[0042]110：显示单元[0043]120、320、420、520、620、720：波导[0044]121、521：板体[0045]122、322、422、522：耦入棱镜[0046]123、323、423、523：微结构[0047]624：补偿层[0048]ey：眼睛[0049]fs1：第一平面[0050]ib：影像光束[0051]is1：第一斜面[0052]is2：第二斜面[0053]s1：第一表面[0054]s2：第二表面[0055]θ1：第一夹角[0056]θ2：第二夹角。当前第1页12当前第1页12
再多了解一些
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