[go: up one dir, main page]

TWI847281B - 光學系統 - Google Patents

光學系統 Download PDF

Info

Publication number
TWI847281B
TWI847281B TW111136227A TW111136227A TWI847281B TW I847281 B TWI847281 B TW I847281B TW 111136227 A TW111136227 A TW 111136227A TW 111136227 A TW111136227 A TW 111136227A TW I847281 B TWI847281 B TW I847281B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
grating
deflector
strip
light
unit
Prior art date
Application number
TW111136227A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202343085A (zh
Inventor
謝馨儀
傅柏翰
毛新惟
王唯科
謝錦全
Original Assignee
采鈺科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 采鈺科技股份有限公司 filed Critical 采鈺科技股份有限公司
Publication of TW202343085A publication Critical patent/TW202343085A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI847281B publication Critical patent/TWI847281B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4205—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant
    • G02B27/4227—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive optical element [DOE] contributing to image formation, e.g. whereby modulation transfer function MTF or optical aberrations are relevant in image scanning systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G02B5/1819—Plural gratings positioned on the same surface, e.g. array of gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B27/0172—Head mounted characterised by optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1086—Beam splitting or combining systems operating by diffraction only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/44—Grating systems; Zone plate systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1814—Diffraction gratings structurally combined with one or more further optical elements, e.g. lenses, mirrors, prisms or other diffraction gratings
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1842—Gratings for image generation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
    • G02B6/0026—Wavelength selective element, sheet or layer, e.g. filter or grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens
    • G03B21/625—Lenticular translucent screens
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/017—Head mounted
    • G02B2027/0178—Eyeglass type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

光學系統包含投影器、偏轉器、偏光器、第一光柵耦合器結構以及第二光柵耦合器結構。投影器發射出具有不同波長的三個光束。偏轉器設置於投影器下方，偏轉器配置以改變三個光束的入射角並聚焦三個光束於第一光柵耦合器結構的一相同區域。第一光柵耦合器結構位於偏轉器下方，且配置以將三個光束耦合至導光鏡片中，使得三個光束在導光鏡片內行進一相同的光程。導光鏡片連接第一光柵耦合器結構，且配置以傳輸三個光束。偏光器設置於投影器和偏轉器之間，且配置以濾除三個光束的橫向電場模態或橫向磁場模態。

Description

光學系統
本揭示內容是關於一種光學系統，且特別是關於一種包含偏轉器的變化結構的光學系統。
光柵耦合器可用於藉由將外部光傳輸進出光學裝置上的導光鏡片來傳遞圖像。然而，對於彩色圖像而言，外部光包括具有不同顏色的若干波長，例如RGB光。當不同波長的彩色圖像耦合到同一個導光鏡片中時，會因為它們的第一繞射角不同而導致RGB光的光路不同，從而導致在光柵耦合輸出區域成像的問題。因此，需要解決上述問題。
本揭示內容之一態樣為提供一種光學系統。光學系統包含投影器、偏轉器、偏光器、第一光柵耦合器結構以及第二光柵耦合器結構。投影器發射出具有不同波長的三個光束。偏轉器設置於投影器下方，偏轉器配置以改變三個光束的入射角並聚焦三個光束於第一光柵耦合器結構的一相同區域。第一光柵耦合器結構位於偏轉器下方，且配 置以將三個光束耦合至導光鏡片中，使得三個光束在導光鏡片內行進一相同的光程。導光鏡片連接第一光柵耦合器結構，且配置以傳輸三個光束。偏光器設置於投影器和偏轉器之間，且配置以濾除三個光束的橫向電場模態(transverse electric(TE)mode)或橫向磁場模態(transverse magnetic(TM)mode)。第二光柵耦合器結構設置於導光鏡片上，且配置以使三個光束在行進相同的光程之後從導光鏡片離開。
在一些實施方式中，偏轉器包含基板、第一光柵偏轉器結構和第二光柵偏轉器結構。基板具有藍色區域、綠色區域和紅色區域，其中綠色區域將藍色區域和紅色區域分離開。第一光柵偏轉器結構設置於基板的藍色區域上。第二光柵偏轉器結構設置於基板的紅色區域上。
在一些實施方式中，藍色區域與綠色區域(或是綠色區域與紅色區域)之間的間距在100nm至2mm之間的範圍內。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構和第二光柵偏轉器結構中的每一者包含閃耀光柵結構、階梯光柵結構、傾斜光柵結構或其組合，其中第一光柵偏轉器結構和第二光柵偏轉器結構中的每一者的折射率在1.7至3.5之間的範圍內。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構包含第一超穎光柵結構。第一超穎光柵結構包含具有第一寬度W1的第一長條單元、具有第二寬度W2的第二長條單元、具 有第三寬度W3的第三長條單元，且W1
Figure 111136227-A0305-02-0006-19
W2
Figure 111136227-A0305-02-0006-20
W3。第一長條單元、第二長條單元和第三長條單元沿著基板的藍色區域的外表面至基板的藍色區域的內表面依序設置。
在一些實施方式中，第一超穎光柵結構更包含具有第四寬度W4的第四長條單元、具有第五寬度W5的第五長條單元，且W3
Figure 111136227-A0305-02-0006-21
W4
Figure 111136227-A0305-02-0006-22
W5。第四長條單元緊鄰著第三長條單元，且第五長條單元緊鄰著第四長條單元。
在一些實施方式中，第二光柵偏轉器結構包含第二超穎光柵結構。第二超穎光柵結構包含具有第四寬度W4的第四長條單元、具有第五寬度W5的第五長條單元、具有第六寬度W6的第六長條單元，且W4
Figure 111136227-A0305-02-0006-23
W5
Figure 111136227-A0305-02-0006-24
W6。第四長條單元、第五長條單元和第六長條單元沿著基板的紅色區域的外表面至基板的紅色區域的內表面依序設置。
在一些實施方式中，第二超穎光柵結構更包含具有第七寬度W7的第七長條單元、具有第八寬度W8的第八長條單元，且W6
Figure 111136227-A0305-02-0006-25
W7
Figure 111136227-A0305-02-0006-26
W8。第七長條單元緊鄰著第六長條單元，且第八長條單元緊鄰著第七長條單元。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構包含第一超穎光柵結構，第一超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元。第二光柵偏轉器結構包含第二超穎光柵結構，第二超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元。第一超穎光柵結構的多個長條單元的數量相同於第二超穎光柵結構的多個長條單元的數量。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構包含第一 超穎光柵結構，第一超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元。第二光柵偏轉器結構包含第二超穎光柵結構，第二超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元。第一超穎光柵結構的多個長條單元的數量不同於第二超穎光柵結構的多個長條單元的數量。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構和第二光柵偏轉器結構中的每一者包含具有第一直徑D1的第一圓柱單元、具有第二直徑D2的第二圓柱單元、具有第三直徑D3的第三圓柱單元，且D1
Figure 111136227-A0305-02-0007-27
D2
Figure 111136227-A0305-02-0007-28
D3。第一圓柱單元、第二圓柱單元和第三圓柱單元沿著基板的藍色區域或紅色區域的外表面至基板的藍色區域或紅色區域的內表面依序設置。
在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構和第二光柵偏轉器結構中的每一者更包含具有第四直徑D4的第四圓柱單元、具有第五直徑D5的第五圓柱單元，且D3
Figure 111136227-A0305-02-0007-29
D4
Figure 111136227-A0305-02-0007-30
D5。第四圓柱單元緊鄰著第三圓柱單元，且第五圓柱單元緊鄰著第四圓柱單元。
在一些實施方式中，偏轉器包含具有第一斜面和第一底面的第一石英、具有第二斜面和第二底面的第二石英、具有第三斜面和第三底面的第三石英。第一底面、第二底面和第三底面相互平行。在第一石英的第一斜面和第一底面之間具有第一角度θ1，在第二石英的第二斜面和第二底面之間具有第二角度θ2，在第三石英的第三斜面和第三底面之間具有第三角度θ3，且θ1<θ2<θ3。第一分色濾 波器設置於第一斜面上、第二分色濾波器設置於第二斜面上，且第三分色濾波器設置於第三斜面上。
在一些實施方式中，第二角度θ2為45度。
100,100A:智慧型眼鏡
110:鏡臂
120,120a:光學元件
121,121A,121B,121C,121D,121E:偏轉器
1212:光柵結構
1212a:第一光柵偏轉器結構
1212a1:3階光柵結構
1212a2:閃耀光柵結構
1212a3:傾斜光柵結構
1212am:第一超穎光柵結構
1212b:第二光柵偏轉器結構
1212bm:第二超穎光柵結構
1214:基板
122:投影器
123:偏光器
124:準直器
125:濾波器
130:光柵耦合器結構
130a:第一光柵耦合器結構
130b:第二光柵耦合器結構
140:導光鏡片
150:光吸收器
172:水平表面
173:垂直側壁
174:水平表面
175:垂直側壁
176:斜側壁
177:斜側壁
178:斜側壁
179:頂表面
300:光學系統
500:重疊彩色圖像
1600:光學系統
1900:光學系統
1910:光吸收器
1922:藍色分色濾波器
1924:綠色分色濾波器
1926:紅色分色濾波器
1932,1933,1934,1935,1936,1937:石英
L1-L1’:線
L2-L2’:線
S:間距
PB,PR,PGC:週期
HB,HR,HGC:高度
WBR,WGR,WRR:寬度
W1B,W2B,W3B,Wt-1B,WtB:寬度
W1R,W2R,W3R,Wm-1R,WmR:寬度
U1B,U2B,U3B,Ut-1B,UtB:長條單元/圓柱單元
U1R,U2R,U3R,Um-1R,UmR:長條單元
PBL,PBR,PUL,PUR:點
BL:藍光
GL:綠光
RL:紅光
BR:藍色區域
GR:綠色區域
RR:紅色區域
θ1,θ2,θ3:角度
θB,θR:偏轉角度
OSB,OSG,OSR:斜面
BSB,BSG,BSR:底面
X,Y,Z:方向
當結合附圖閱讀時，根據以下詳細描述可以最好地理解本揭示內容的各個態樣。應了解的是，根據行業中的標準實踐，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚起見，可以任意增加或減小各種特徵的尺寸。
第1圖為根據本揭示內容之一些實施方式的智慧型眼鏡之示意圖。
第2圖為第1圖中的智慧型眼鏡之局部上視圖。
第3圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統之示意圖。
第4圖為第3圖中的投影器出射的三個光束通過濾波器後的波段之示意圖。
第5A圖、第5B圖和第5C分別為三個分開的光束的原始圖像之示意圖。
第5D圖為重疊彩色圖像的光學圖像之示意圖。
第6圖為第3圖中的偏轉器之放大圖。
第7圖和第8圖為根據本揭示內容之一些實施方式第6圖中的偏轉器之上視圖。
第9A圖和第9B圖分別為第6圖中的第一超穎光柵結構和第二超穎光柵結構之放大圖。
第10A圖和第10B圖分別為第9A圖和第9B圖中的第一超穎光柵結構和第二超穎光柵結構的變化結構之放大圖。
第11圖為第8圖中的偏轉器的第一超穎光柵結構的變化結構之上視圖。
第12圖、第13圖和第14圖為根據本揭示內容之一些變化實施方式的偏轉器之剖面示意圖。
第15圖為第3圖中具有光柵耦合器結構的導光鏡片之剖面示意圖。
第16圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統之示意圖。
第17A圖為第16圖中的第一光柵偏轉器結構之放大圖。
第17B圖和第17C圖為第16圖中的第一光柵偏轉器結構的變化結構之放大圖。
第18圖為第1圖中的智慧型眼鏡之局部上視圖。
第19圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統之示意圖。
第20圖為第19圖中的偏轉器之局部視圖。
以下揭示提供許多不同實施方式或實施例，用於實現本揭示內容的不同特徵。以下敘述部件與佈置的特定實施方式，以簡化本揭示內容。這些當然僅為實施例，並且 不是意欲作為限制。舉例而言，在隨後的敘述中，第一特徵在第二特徵上方或在第二特徵上的形成，可包括第一特徵及第二特徵形成為直接接觸的實施方式，亦可包括有另一特徵可形成在第一特徵及第二特徵之間，以使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸的實施方式。此外，本揭示內容可能會在不同的實例中重複標號或文字。重複的目的是為了簡化及明確敘述，而非界定所討論之不同實施方式及配置間的關係。
將理解的是，儘管這裡可以使用「第一」、「第二」等術語來描述各種元件，但是這些元件不應受到這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件與另一個元件區分開來。例如，在不脫離實施方式的範疇的情況下，第一元件可以被稱為第二元件，並且類似地，第二元件可以被稱為第一元件。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
除此之外，空間相對用語如「下面」、「下方」、「低於」、「上面」、「上方」及其他類似的用語，在此是為了方便描述圖中的一個元件或特徵和另一個元件或特徵的關係。空間相對用語除了涵蓋圖中所描繪的方位外，該用語更涵蓋裝置在使用或操作時的其他方位。該裝置可以以其他方位定向(旋轉90度或在其他方位)，並且本文使用的空間相對描述同樣可以相應地解釋。
另外，當數字或數字範圍描述為「大約」、「近似」及其他類似的用語，在此是為了涵蓋描述的數字為一合理 範圍區間內的數字，如所屬技術領域中的技術人員應理解在+/-10%之內所述的數字或其他數值。例如，用語「大約5nm」涵蓋從4.5nm至5.5nm的尺寸範圍。
以下將以圖式揭露本揭示之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本揭示內容。也就是說，在本揭示內容的部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
當光束通過各種光學元件進入導光鏡片或玻璃時，RGB光會有不同的光程。因此，傳輸到觀看者眼睛的RGB光會發生偏移。為了解決具有不同光程的RGB光所導致的傳輸成像問題，可採用多個光柵耦合器和/或多個光學元件來實現相同的光路成像。舉例來說，可採用三個分開的高折射率玻璃來分別多工處理外部光的三個波長(例如光的RGB波長)，並且每一個玻璃具有至少有一個光柵耦合器，使得RGB波長沿著相同的光程傳遞。然而，三個分開的高折射率玻璃會增加光學裝置的厚度，也增加了製造光學元件的成本。
本揭示內容的光學系統調整從不同位置發出的三個分開的RGB圖像的入射角，然後將RGB圖像與一個偏轉器(deflector)、一個光柵耦合器以及一個導光鏡片耦合。此外，本揭示內容還提供包含偏轉器的變化結構之光 學系統。偏轉器可包含具有多個長條單元(longitudinal unit；縱向單元)的超穎光柵(meta-grating)結構、具有多個圓柱單元(cylinder unit)的超穎光柵結構、階梯光柵結構(step grating structure)、閃耀光柵結構(blazed grating structure)或傾斜光柵結構(slanted grating structure)。偏轉器也可包含分別具有藍色分色濾波器、綠色分色濾波器以及紅色分色濾波器的三個石英方塊。本揭示內容的光學系統可減少光學元件的厚度並提供高效率的RGB光(圖像)。本揭示內容可以應用於例如擴增實境(augmented reality；AR)和虛擬實境(virtual reality；VR)的智慧型眼鏡中。
第1圖為根據本揭示內容之一些實施方式的智慧型眼鏡100之示意圖。智慧型眼鏡100包含鏡臂110、光學元件120、光柵耦合器結構130以及導光鏡片140。鏡臂110和光學元件120沿著方向Y延伸，且光學元件120設置於鏡臂110中。光柵耦合器結構130設置於鏡臂110的末端周圍。導光鏡片140沿著方向X延伸。
第2圖為第1圖中的智慧型眼鏡100之局部上視圖。光學元件120包含許多部件。為了清楚起見，第2圖僅示出包含光柵結構1212和基板1214的偏轉器121。光學元件120的詳細圖式將於第3圖中描述。光柵耦合器結構130設置於鏡臂110的末端與導光鏡片140的末端的交叉處。詳細來說，光柵耦合器結構130設置於導光鏡片140的表面上。
第3圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統300之示意圖。光學系統300包含投影器(projector)122、偏光器123、準直器124、濾波器125、偏轉器121、光柵耦合器結構130、導光鏡片140以及光吸收器150。投影器122可發射出具有不同波長的三個光束。詳細來說，三個光束沿著方向Y延伸。投影器122發出的光束不限於三個光束，也可以是多色光(polychromatic light)。三個光束可為藍光BL、綠光GL和紅光RL。應理解的是，本文的「三個光束」為藍光BL、綠光GL和紅光RL。投影器122配置以將重疊彩色圖像500(請參考第5D圖)解耦成三個分開的RGB圖像(請參考第5A圖至第5C圖)。在一些實施方式中，投影器122可以是有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)投影器，使得藍光BL、綠光GL和紅光RL可以是寬帶的光。偏光器123設置於投影器122下方。詳細來說，偏光器123設置於投影器122和偏轉器121之間。偏光器123配置以濾除投影器122發出的三個光束的橫向電場模態(transverse electric(TE)mode)或橫向磁場模態(transverse magnetic(TM)mode)。準直器124設置於偏光器123下方，並配置以限制投影器122發出的三個光束的三個入射角。濾波器125設置於準直器124下方，並配置以限縮投影器122發出的三個光束的波段。在一些實施方式中，濾波器125包含用於藍光BL的藍色窄帶濾光片、用於綠光GL的綠色窄帶濾光片以及用於紅光RL 的紅色窄帶濾光片。在一些實施方式中，可以互換偏光器123、準直器124和濾波器125的排列順序。
第4圖為第3圖中的投影器122出射的三個光束通過濾波器125後的波段之示意圖。詳細來說，在藍光BL、綠光GL和紅光RL傳輸通過濾波器125之後，藍光BL、綠光GL和紅光RL的波段會變窄。在一些實施方式中，在藍光BL傳輸通過濾波器125之後，藍光BL的波長可介於430nm至491nm之間的範圍，例如約440、446、457、465、473或488nm。在一些實施方式中，在綠光GL傳輸通過濾波器125之後，綠光GL的波長可介於510nm至581nm之間的範圍，例如約515、520、532、543或560nm。在一些實施方式中，在紅光RL傳輸通過濾波器125之後，紅光RL的波長可介於590nm至671nm之間的範圍，例如約630、633、637或658nm。可以理解的是，第3圖中所示的藍光BL、綠光GL和紅光RL也可包含其他顏色的光。在一些實施方式中，藍光BL、綠光GL和紅光RL包含三個分開的RGB圖像。
請再次參考第3圖。偏轉器121設置於濾波器125下方。偏轉器121包含光柵結構1212和基板1214。光柵結構1212設置於基板1214上。基板1214包含藍色區域BR、綠色區域GR和紅色區域RR。藍色區域BR和紅色區域RR被綠色區域GR分離開來，如第3圖中所示。光柵結構1212包含第一光柵偏轉器結構1212a和第二光柵偏轉器結構1212b，第一光柵偏轉器結構1212a設置 於基板1214的藍色區域BR上，第二光柵偏轉器結構1212b設置於基板1214的紅色區域RR上。換句話說，基板1214的綠色區域GR上沒有任何的光柵結構。應理解的是，為了清楚起見，第2圖和第3圖僅示出光柵結構1212。光柵結構1212的詳細排列將於第6圖至第14圖中討論，光柵結構1212的變化結構將於第17A圖至第17C圖中討論。在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構1212a和第二光柵偏轉器結構1212b的折射率各自在1.7至3.5之間的範圍內，例如1.8、2.2、2.6、3.0或3.4。在一些實施方式中，第一光柵偏轉器結構1212a和第二光柵偏轉器結構1212b可由Al2O3、TiO2、Nb2O5、Si3N4或Ta2O5製成。在一些實施方式中，基板1214可為透明基板，且可由玻璃、熔融石英、藍寶石、陶瓷、聚合物樹脂或塑膠製成。在一些實施方式中，基板1214的折射率可以在1.3至2.0之間的範圍內，例如1.4、1.5、1.7或1.9。
在第3圖中，光柵耦合器結構130和導光鏡片140設置於偏轉器121下方。光柵耦合器結構130包含第一光柵耦合器結構130a和第二光柵耦合器結構130b。第一光柵耦合器結構130a和第二光柵耦合器結構130b連接導光鏡片140。第一光柵耦合器結構130a位於偏轉器121下方，並配置以耦合三個光束(例如藍光BL、綠光GL和紅光RL)至導光鏡片140中，使得三個光束於導光鏡片140內行進相同的光程。導光鏡片140配置以傳輸三個光 束。偏轉器121配置以改變三個光束的三個入射角，並聚焦三個光束於光柵耦合器結構130的第一光柵耦合器結構130a的一相同區域。詳細來說，在藍光BL通過偏轉器121之後，形成藍光BL對第一光柵耦合器結構130a的藍光偏轉角度θB。類似地，在紅光RL通過偏轉器121之後，形成紅光RL對第一光柵耦合器結構130a的紅光偏轉角度θR。光柵耦合器結構130的第二光柵耦合器結構130b設置於導光鏡片140上，並配置以使三個光束行進相同的光程之後從導光鏡片140離開。在一些實施方式中，第一光柵耦合器結構130a與第二光柵耦合器結構130b的材料和結構相同。在一些實施方式中，光吸收器150設置於光柵耦合器結構130下方。在一些實施方式中，光吸收器150是可選的。光吸收器150配置以吸收非理想的光，例如藍光BL、綠光GL和紅光RL的0階繞射光或是更高階的繞射光(1階繞射光為理想的光)。
第5A圖、第5B圖和第5C圖分別為三個分開的光束(藍光BL、綠光GL和紅光RL)的原始圖像之示意圖。第5D圖為重疊彩色圖像500的光學圖像之示意圖。詳細來說，請參考第3圖，在三個光束傳輸通過偏轉器121之後，三個光束會改變其行進方向，然後聚焦三個光束於光柵耦合器結構130第一光柵耦合器結構130a的一相同區域。因此，將三個光束耦合至導光鏡片140中。接著，三個光束在導光鏡片140內沿著方向X行進相同的光程。最後，三個光束會通過光柵耦合器結構130的第二光柵耦合 器結構130b耦合出去，使得原本三個分開的光束形成如第5D圖所示的重疊彩色圖像500。
第6圖為第3圖中的偏轉器121之放大圖。第6圖中的光柵結構1212的第一光柵偏轉器結構1212am和第二光柵偏轉器結構1212bm皆為超穎光柵結構。換句話說，可將第3圖中的第一光柵偏轉器結構1212a理解為第6圖中的第一超穎光柵結構1212am，將第3圖中的第二光柵偏轉器結構1212b理解為第6圖中的第二超穎光柵結構1212bm。應理解的是，本文的「超穎光柵結構」表示光柵結構中的單元(unit)不同，且單元的寬度有規律地增加或減小。如第6圖所示，複數個第一超穎光柵結構1212am設置於基板1214的藍色區域BR上。在一些實施方式中，第一超穎光柵結構1212am的數量在125至8000之間的範圍內，舉例來說，約200至4000之間。在一些實施方式中，第一超穎光柵結構1212am的週期PB在1000至8000nm之間的範圍內，舉例來說，約2000至5000nm之間。在一些實施方式中，第一超穎光柵結構1212am的高度HB在20至2000nm之間的範圍內，舉例來說，約100至1000nm之間。相似地，複數個第二超穎光柵結構1212bm設置於基板1214的紅色區域RR上。在一些實施方式中，第二超穎光柵結構1212bm的數量在125至8000之間的範圍內，舉例來說，約200至4000之間。在一些實施方式中，第二超穎光柵結構1212bm的週期PR在1000至8000nm之間的範圍內， 舉例來說，約2000至5000nm之間。在一些實施方式中，第二超穎光柵結構1212bm的高度HR在20至2000nm之間的範圍內，舉例來說，約100至1000nm之間。在一些實施方式中，基板1214的藍色區域BR的寬度WBR、綠色區域GR的寬度WGR以及紅色區域RR的寬度WRR中的每一者都在1至8mm之間的範圍內。在一些實施方式中，藍色區域BR與綠色區域GR之間的間距S、綠色區域GR與紅色區域RR之間的間距S都在100nm至2mm之間的範圍內，舉例來說，約10至200μm之間。
第7圖和第8圖為根據本揭示內容之一些實施方式第6圖中的偏轉器121、121A之上視圖。詳細來說，第7圖中的偏轉器121的線L1-L1’的剖面視圖為第6圖，第8圖中的偏轉器121A的線L2-L2’的剖面視圖也為第6圖。請參考第7圖，光柵結構1212的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm之形狀為長條形。請參考第8圖，光柵結構1212的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm之形狀為圓柱形。無論第7圖中的偏轉器121或是第8圖中的偏轉器121A，其剖面示意圖都是相同的，如第6圖所示。
第9A圖和第9B圖分別為第6圖中的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm之放大圖。請參考第9A圖，第一超穎光柵結構1212am包含具有第一寬度W1B的第一長條單元U1B、具有第二寬度W2B的第二長條單元U2B、具有第三寬度W3B的第三長條單元 U3B、具有第t-1寬度Wt-1B的第t-1長條單元Ut-1B、具有第t寬度WtB的第t長條單元UtB，且W1B
Figure 111136227-A0305-02-0019-31
W2B
Figure 111136227-A0305-02-0019-32
W3B
Figure 111136227-A0305-02-0019-33
Wt-1B
Figure 111136227-A0305-02-0019-34
WtB。換句話說，第一超穎光柵結構1212am的多個長條單元在寬度上是漸變的。第一超穎光柵結構1212am可包含t個長條單元，且t
Figure 111136227-A0305-02-0019-35
4，例如5、6、8或10。詳細來說，第一超穎光柵結構1212am的週期PB以及數量t定義出節距(pitch)
Figure 111136227-A0305-02-0019-64
，如第9A圖所示。請參考第6圖和第9A圖，第一長條單元U1B、第二長條單元U2B和第三長條單元U3B沿著基板1214的藍色區域BR的外表面至基板1214的藍色區域BR的內表面依序設置(以第6圖來看，由左至右設置)。
請參考第9B圖，第二超穎光柵結構1212bm包含具有第一寬度W1R的第一長條單元U1R、具有第二寬度W2R的第二長條單元U2R、具有第三寬度W3R的第三長條單元U3R、具有第m-1寬度Wm-1R的第m-1長條單元Um-1R、具有第m寬度WmR的第m長條單元UmR，且W1R
Figure 111136227-A0305-02-0019-36
W2R
Figure 111136227-A0305-02-0019-37
W3R
Figure 111136227-A0305-02-0019-38
Wm-1R
Figure 111136227-A0305-02-0019-39
WmR。換句話說，第二超穎光柵結構1212bm的多個長條單元在寬度上是漸變的。第二超穎光柵結構1212bm可包含m個長條單元，且m
Figure 111136227-A0305-02-0019-40
4，例如5、6、8或10。詳細來說，第二超穎光柵結構1212bm的週期PR以及數量m定義出節距
Figure 111136227-A0305-02-0019-15
，如第9B圖所示。請參考第6圖和第9B圖，第一長條單元U1R、第二長條單元U2R和第三長條單元U3R沿著基板1214的紅色區域RR的外表面至基板1214的紅色區域 RR的內表面依序設置(以第6圖來看，由右至左設置)。
第10A圖和第10B圖分別為第9A圖和第9B圖中的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm的變化結構之放大圖。相同的特徵標示為相同的元件符號，並在下圖中不再重複敘述。第9A圖和第10A圖的差異在於，第10A圖中的第一超穎光柵結構1212am還包含具有第t+1寬度Wt+1B的第t+1長條單元Ut+1B以及具有第t+2寬度Wt+2B的第t+2長條單元Ut+2B，其中WtB
Figure 111136227-A0305-02-0020-41
Wt+1B
Figure 111136227-A0305-02-0020-42
Wt+2B。第t+1長條單元Ut+1B緊鄰著第t長條單元UtB，且第t+2長條單元Ut+2B緊鄰著第t+1長條單元Ut+1B。
第9B圖和第10B圖的差異在於，第10B圖中的第二超穎光柵結構1212bm還包含具有第m+1寬度Wm+1R的第m+1長條單元Um+1R以及具有m+2寬度Wm+2R的第m+2長條單元Um+2R，其中WmR
Figure 111136227-A0305-02-0020-43
Wm+1R
Figure 111136227-A0305-02-0020-44
Wm+2R。第m+1長條單元Um+1R緊鄰著第m長條單元UmR，且第m+2長條單元Um+2R緊鄰著第m+1長條單元Um+1R。
第11圖為第8圖中的偏轉器121A的第一超穎光柵結構1212am的變化結構之上視圖。詳細來說，第11圖中的第一超穎光柵結構1212am之剖面示意圖(沿方向X)可參考第10A圖。第11圖中的第一超穎光柵結構1212am為圓柱形，當從X-Z截面觀察時具有多個圓形。如第11圖所示，第一超穎光柵結構1212am包含具有第 一直徑D1B的第一圓柱單元U1B、具有第二直徑D2B的第二圓柱單元U2B、具有第三直徑D3B的第三圓柱單元U3B、具有第t-1直徑Dt-1B的第t-1圓柱單元Ut-1B、具有第t直徑DtB的第t圓柱單元UtB，且D1B
Figure 111136227-A0305-02-0021-45
D2B
Figure 111136227-A0305-02-0021-46
D3B
Figure 111136227-A0305-02-0021-47
Dt-1B
Figure 111136227-A0305-02-0021-48
DtB。第11圖中的第一超穎光柵結構1212am還包含具有第t+1直徑Dt+1B的第t+1圓柱單元Ut+1B以及具有第t+2直徑Dt+2B的第t+2圓柱單元Ut+2B，其中DtB
Figure 111136227-A0305-02-0021-49
Dt+1B
Figure 111136227-A0305-02-0021-50
Dt+2B。第t+1圓柱單元Ut+1B緊鄰著第t圓柱單元UtB，且第t+2圓柱單元Ut+2B緊鄰著第t+1圓柱單元Ut+1B。可以理解的是，第11圖中的第一超穎光柵結構1212am之排列和位置可類似於第8圖中的第一超穎光柵結構1212am之排列和位置，其細節不再贅述。此外，第二超穎光柵結構1212bm的變化結構可以是第11圖中的第一超穎光柵結構1212am橫向對稱的鏡面結構。
請再參考第6圖、第9A圖和第9B圖。所有的長條/圓柱單元U1B、U2B、U3B、Ut-1B、UtB具有相同的高度HB。所有的長條/圓柱單元U1R、U2R、U3R、Um-1R、UmR具有相同的高度HR。在一些實施方式中，如第6圖所示，第一超穎光柵結構1212am的高度HB相同於第二超穎光柵結構1212bm的高度HR。在一些實施方式中，第一超穎光柵結構1212am的週期PB相同於第二超穎光柵結構1212bm的週期PR，如第6圖所示。
第12圖、第13圖和第14圖為根據本揭示內容 之一些變化實施方式的偏轉器121B、121C、121D之剖面示意圖。在一些實施方式中，如第12圖中的偏轉器121B，第一超穎光柵結構1212am的高度HB不同於第二超穎光柵結構1212bm的高度HR。在一些實施方式中，如第13圖中的偏轉器121C以及第14圖中的偏轉器121D，第一超穎光柵結構1212am的週期PB不同於第二超穎光柵結構1212bm的週期PR。詳細來說，在第13圖中，第一超穎光柵結構1212am的長條單元的數量大於第二超穎光柵結構1212bm的長條單元的數量。在第14圖中，第一超穎光柵結構1212am的長條單元之間的節距
Figure 111136227-A0305-02-0022-16
小於第二超穎光柵結構1212bm的長條單元之間的節距
Figure 111136227-A0305-02-0022-18
。
第15圖為第3圖中具有光柵耦合器結構130的導光鏡片140之剖面示意圖。光柵耦合器結構130包含第一光柵耦合器結構130a和第二光柵耦合器結構130b。第15圖中所示的光柵耦合器結構130為傾斜光柵耦合器結構。詳細來說，光柵耦合器結構130由左下點PBL、右下點PBR、左上點PUL以及右上點PUR的位置而定義出。在一些實施方式中，光柵耦合器結構130的週期PGC在300nm至500nm之間的範圍內。在一些實施方式中，光柵耦合器結構130的高度HGC在100nm至600nm之間的範圍內。在一些實施方式中，光柵耦合器結構130的折射率在1.7至3.5之間的範圍內，例如1.8、2.5、2.9或3.4。在一些實施方式中，導光鏡片140的折射率相同或相似於光柵耦合器結構130的折射率。
請參考下方的表1至表3、第3圖、第7圖和第15圖，其為實驗例1在光柵結構1212的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm為長條形的結構，且濾波器125為TM模態的條件下之各種參數。
Figure 111136227-A0305-02-0023-1
Figure 111136227-A0305-02-0023-3
Figure 111136227-A0305-02-0023-4
Figure 111136227-A0305-02-0024-5
在實驗例1中，由表3可知，藍光BL的總效率為62.02%，綠光GL的總效率為95.59%，紅光RL的總效率為62.02%。此實施例具有良好的RGB光效率。
請參考下方的表4至表6、第3圖、第7圖和第15圖，其為實驗例2在光柵結構1212的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm為長條形的結構，且濾波器125為TE模態的條件下之各種參數。
Figure 111136227-A0305-02-0024-6
Figure 111136227-A0305-02-0025-7
Figure 111136227-A0305-02-0025-8
在實驗例2中，由表6可知，藍光BL的總效率為47.10%，綠光GL的總效率為86.42%，紅光RL的總效率為44.88%。此實施例具有良好的RGB光效率。
請參考下方的表7至表9、第3圖、第8圖和第15圖。其為實驗例3在光柵結構1212的第一超穎光柵結構1212am和第二超穎光柵結構1212bm為圓柱形的結構，且濾波器125為TE模態的條件下之各種參數。
Figure 111136227-A0305-02-0025-9
Figure 111136227-A0305-02-0026-10
Figure 111136227-A0305-02-0026-11
Figure 111136227-A0305-02-0026-12
Figure 111136227-A0305-02-0027-13
在實驗例3中，由表9可知，藍光BL的總效率為67.44%，綠光GL的總效率為88.80%，紅光RL的總效率為67.44%。此實施例具有良好的RGB光效率。
第16圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統1600之示意圖。第17A圖為第16圖中的第一光柵偏轉器結構1212a之放大圖。第17B圖和第17C圖為第16圖中的第一光柵偏轉器結構1212a的變化結構之放大圖。第16圖中的光柵結構1212的第一光柵偏轉器結構1212a可為3階光柵結構1212a1(如第17A圖所示)、閃耀光柵結構1212a2(如第17B圖所示)、傾斜光柵結構1212a3(如第17C圖所示)或其組合。
第16圖的光學系統1600與第3圖的光學系統300之間的差異在於光柵結構1212。詳細來說，第3圖中的光柵結構1212的第一光柵偏轉器結構1212a和第二光柵偏轉器結構1212b為超穎光柵結構。在一些實施方式中，第16圖中的光柵結構1212的第一光柵偏轉器結構1212a和第二光柵偏轉器結構1212b為3階光柵結構1212a1(請參考第17A圖)。可以理解的是，第16圖中的3階光柵結構之階梯數僅用於說明，並不用於限制本揭示內容。
請參考第17A圖，3階光柵結構1212a1包含多個垂直側壁173、175以及多個水平表面172、174。水平表面174連接(adjoin)垂直側壁173、175。第17A 圖中的光柵結構為3階光柵結構1212a1，但是，其也可以是n階光柵結構，n
Figure 111136227-A0305-02-0028-51
3。請參考第17B圖，閃耀光柵結構1212a2包含斜側壁176。斜側壁176從閃耀光柵結構1212a2的頂部延伸至閃耀光柵結構1212a2的底部，閃耀光柵結構1212a2的寬度從閃耀光柵結構1212a2的頂部至閃耀光柵結構1212a2的底部逐漸增加。請參考第17C圖，傾斜光柵結構1212a3包含斜側壁177、178以及頂表面179。頂表面179連接斜側壁177、178。傾斜光柵結構1212a3的每個斜側壁177、178具有第一斜度和第二斜度。在一些實施方式中，第一斜度等於第二斜度。在一些實施方式中，第一斜度小於第二斜度。此外，第二光柵偏轉器結構1212b的變化結構可以是第17A圖至第17C圖中的第一光柵偏轉器結構1212a橫向對稱的鏡面結構。
第18圖為第1圖中的智慧型眼鏡100之局部上視圖。第2圖中的智慧型眼鏡100與第18圖中的智慧型眼鏡100A之間的差異在於光學元件120、120a。光學元件120a的詳細圖式將於第19圖中討論。相同的特徵標示為相同的元件符號，並在下圖中不再重複敘述。
第19圖為根據本揭示內容之一些實施方式的光學系統1900之示意圖。光學系統1900包含投影器122、偏光器123、準直器124、濾波器125、偏轉器121E、光吸收器1910、光柵耦合器結構130、導光鏡片140以及光吸收器150。偏轉器121E包含用於藍光BL的藍色 分色濾波器1922、用於綠光GL的綠色分色濾波器1924、用於紅光RL的紅色分色濾波器1926。藍色分色濾波器1922、綠色分色濾波器1924和紅色分色濾波器1926可以理解為用於反射光的濾波器塗層。
第20圖為第19圖中的偏轉器121E之局部視圖。偏轉器121E包含具有第一斜面OSB和第一底面BSB的石英1932、具有第二斜面OSG和第二底面BSG的石英1934、具有第三斜面OSR和第三底面BSR的石英1936。石英1932的第一底面BSB、石英1934的第二底面BSG以及石英1936的第三底面BSR相互平行。石英1932的第一斜面OSB與第一底面BSB之間具有第一角度θ1。石英1934的第二斜面OSG與第二底面BSG之間具有第二角度θ2。石英1936的第三斜面OSR與第三底面BSR之間具有第三角度θ3。在一些實施方式中，第二角度θ2為45度，且θ1<θ2<θ3，如第20圖中所示。
仍參考第20圖。藍色分色濾波器1922設置於第一斜面OSB上，綠色分色濾波器1924設置於第二斜面OSG上，紅色分色濾波器1926設置於第三斜面OSR上。可以理解的是，藍色分色濾波器1922對齊在石英1932與石英1933之間，並組合為藍色偏轉器方塊。綠色分色濾波器1924對齊在石英1934與石英1935之間，並組合為綠色偏轉器方塊。紅色分色濾波器1926對齊在石英1936與石英1937之間，並組合為紅色偏轉器方塊。在一些實施方式中，藍色偏轉器方塊、綠色偏轉器方塊以及紅 色偏轉器方塊中的每一者的厚度在1至10mm之間的範圍內。在一些實施方式中，藍色偏轉器方塊對於波長小於400nm的光穿透率大於90%，而對於波長大於400nm的光反射率大於90%。在一些實施方式中，綠色偏轉器方塊對於波長小於500nm的光穿透率大於90%，而對於波長大於500nm的光反射率大於90%。在一些實施方式中，紅色偏轉器方塊對於波長小於585nm的光穿透率大於90%，而對於波長大於585nm的光反射率大於90%。藍色偏轉器方塊、綠色偏轉器方塊以及紅色偏轉器方塊配置以調整三個光束(三個分開的RGB圖像，請參考第5A圖至第5C圖)的三個入射角，並將合併的彩色圖像(參考第5D圖)暴露在第一光柵耦合器結構130a(參考第19圖)的相同區域上。
請再參考第19圖。光吸收器1910設置於偏轉器121E的旁邊(右側)。光吸收器1910配置以吸收沒有被光學元件120a(參考第18圖)的藍色分色濾波器1922、綠色分色濾波器1924以及紅色分色濾波器1926所反射的光束。光柵耦合器結構130、導光鏡片140和光吸收器150設置於偏轉器121E下方(第19圖的底部)。從投影器122發射出的三個光束(藍光BL、綠光GL和紅光RL)會被藍色分色濾波器1922、綠色分色濾波器1924以及紅色分色濾波器1926反射，然後改變三個光束的入射角並聚焦於光柵耦合器結構130的第一光柵耦合器結構130a的同一區域。
本揭示內容的光學系統調整從不同位置發出的三個分開的RGB圖像的入射角，然後將RGB圖像與一個偏轉器、一個光柵耦合器以及一個導光鏡片耦合。此外，本揭示內容提供包含偏轉器的變化結構之光學系統。偏轉器可包含具有多個長條單元的超穎光柵結構、具有多個圓柱單元的超穎光柵結構、n階的階梯光柵結構、閃耀光柵結構或傾斜光柵結構。偏轉器也可包含分別具有藍色分色濾波器、綠色分色濾波器以及紅色分色濾波器的三個石英方塊。本揭示內容的光學系統可減少光學元件的厚度並提供高效率的RGB光(圖像)。
上文概述多個實施方式的特徵，使得熟習此項技術者可更好地理解本揭示內容的態樣。熟習此項技術者應瞭解，可輕易使用本揭示內容作為設計或修改其他製程及結構的基礎，以便執行本文所介紹的實施方式的相同目的及/或實現相同優點。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效構造並未脫離本揭示內容的精神及範疇，且可在不脫離本揭示內容的精神及範疇的情況下產生本文的各種變化、取代及更改。
120:光學元件
121,121A:偏轉器
1212:光柵結構
1212a:第一光柵偏轉器結構
1212b:第二光柵偏轉器結構
1214:基板
122:投影器
123:偏光器
124:準直器
125:濾波器
130:光柵耦合器結構
130a:第一光柵耦合器結構
130b:第二光柵耦合器結構
140:導光鏡片
150:光吸收器
300:光學系統
500:重疊彩色圖像
BL:藍光
GL:綠光
RL:紅光
BR:藍色區域
GR:綠色區域
RR:紅色區域
θB,θR:偏轉角度
X,Y:方向

Claims (14)

  1. 一種光學系統，包含：一投影器，該投影器發射出具有不同波長的三個光束；一偏轉器，設置於該投影器下方，該偏轉器配置以改變該些三個光束的入射角並聚焦該些三個光束於一第一光柵耦合器結構的一相同區域，其中該第一光柵耦合器結構位於該偏轉器下方，且配置以將該些三個光束耦合至一導光鏡片中，使得該些三個光束在該導光鏡片內行進一相同的光程，其中該第一光柵耦合器結構為一傾斜光柵結構，其中該導光鏡片連接該第一光柵耦合器結構，且配置以傳輸該些三個光束；一偏光器，設置於該投影器和該偏轉器之間，且配置以濾除該些三個光束的橫向電場模態或橫向磁場模態；以及一第二光柵耦合器結構，設置於該導光鏡片上，且配置以使該些三個光束在行進該相同的光程之後從該導光鏡片離開。
  2. 如請求項1所述之光學系統，其中該偏轉器包含：一基板，具有一藍色區域、一綠色區域和一紅色區域，其中該綠色區域將該藍色區域和該紅色區域分離開；一第一光柵偏轉器結構，設置於該基板的該藍色區域上；以及 一第二光柵偏轉器結構，設置於該基板的該紅色區域上。
  3. 如請求項2所述之光學系統，其中該藍色區域與該綠色區域之間的一間距在100nm至2mm之間的一範圍內。
  4. 如請求項2所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構和該第二光柵偏轉器結構中的每一者包含一閃耀光柵結構、一階梯光柵結構、一傾斜光柵結構或其組合，其中該第一光柵偏轉器結構和該第二光柵偏轉器結構中的每一者的一折射率在1.7至3.5之間的一範圍內。
  5. 如請求項2所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構包含一第一超穎光柵結構，該第一超穎光柵結構包含具有一第一寬度W1的一第一長條單元、具有一第二寬度W2的一第二長條單元、具有一第三寬度W3的一第三長條單元，且W1
    Figure 111136227-A0305-02-0036-52
    W2
    Figure 111136227-A0305-02-0036-53
    W3，其中該第一長條單元、該第二長條單元和該第三長條單元沿著該基板的該藍色區域的一外表面至該基板的該藍色區域的一內表面依序設置。
  6. 如請求項5所述之光學系統，其中該第一超穎光柵結構更包含具有一第四寬度W4的一第四長條單元、 具有一第五寬度W5的一第五長條單元，且W3
    Figure 111136227-A0305-02-0037-54
    W4
    Figure 111136227-A0305-02-0037-55
    W5，其中該第四長條單元緊鄰著該第三長條單元，且該第五長條單元緊鄰著該第四長條單元。
  7. 如請求項5所述之光學系統，其中該第二光柵偏轉器結構包含一第二超穎光柵結構，該第二超穎光柵結構包含具有一第四寬度W4的一第四長條單元、具有一第五寬度W5的一第五長條單元、具有一第六寬度W6的一第六長條單元，且W4
    Figure 111136227-A0305-02-0037-56
    W5
    Figure 111136227-A0305-02-0037-57
    W6，其中該第四長條單元、該第五長條單元和該第六長條單元沿著該基板的該紅色區域的一外表面至該基板的該紅色區域的一內表面依序設置。
  8. 如請求項7所述之光學系統，其中該第二超穎光柵結構更包含具有一第七寬度W7的一第七長條單元、具有一第八寬度W8的一第八長條單元，且W6
    Figure 111136227-A0305-02-0037-58
    W7
    Figure 111136227-A0305-02-0037-59
    W8，其中該第七長條單元緊鄰著該第六長條單元，且該第八長條單元緊鄰著該第七長條單元。
  9. 如請求項2所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構包含一第一超穎光柵結構，該第一超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元， 該第二光柵偏轉器結構包含一第二超穎光柵結構，該第二超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元，以及該第一超穎光柵結構的該些長條單元的數量相同於該第二超穎光柵結構的該些長條單元的數量。
  10. 如請求項2所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構包含一第一超穎光柵結構，該第一超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元，該第二光柵偏轉器結構包含一第二超穎光柵結構，該第二超穎光柵結構包含複數個寬度漸變的長條單元，以及該第一超穎光柵結構的該些長條單元的數量不同於該第二超穎光柵結構的該些長條單元的數量。
  11. 如請求項2所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構和該第二光柵偏轉器結構中的每一者包含具有一第一直徑D1的一第一圓柱單元、具有一第二直徑D2的一第二圓柱單元、具有一第三直徑D3的一第三圓柱單元，且D1
    Figure 111136227-A0305-02-0038-60
    D2
    Figure 111136227-A0305-02-0038-61
    D3，其中該第一圓柱單元、該第二圓柱單元和該第三圓柱單元沿著該基板的該藍色區域或該紅色區域的一外表面至該基板的該藍色區域或該紅色區域的一內表面依序設置。
  12. 如請求項11所述之光學系統，其中該第一光柵偏轉器結構和該第二光柵偏轉器結構中的每一者更包 含具有一第四直徑D4的一第四圓柱單元、具有一第五直徑D5的一第五圓柱單元，且D3
    Figure 111136227-A0305-02-0039-62
    D4
    Figure 111136227-A0305-02-0039-63
    D5，其中該第四圓柱單元緊鄰著該第三圓柱單元，且該第五圓柱單元緊鄰著該第四圓柱單元。
  13. 如請求項1所述之光學系統，其中該偏轉器包含具有一第一斜面和一第一底面的一第一石英、具有一第二斜面和一第二底面的一第二石英、具有一第三斜面和一第三底面的一第三石英，且該第一底面、該第二底面和該第三底面相互平行，其中在該第一石英的該第一斜面與該第一底面之間具有一第一角度θ1，在該第二石英的該第二斜面和該第二底面之間具有一第二角度θ2，在該第三石英的該第三斜面與該第三底面之間具有一第三角度θ3，且θ1<θ2<θ3，其中一第一分色濾波器設置於該第一斜面上，一第二分色濾波器設置於該第二斜面上，且一第三分色濾波器設置於該第三斜面上。
  14. 如請求項13所述之光學系統，其中該第二角度θ2為45度。
TW111136227A 2022-04-28 2022-09-23 光學系統 TWI847281B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/732,329 US12253694B2 (en) 2022-04-28 2022-04-28 Optical system
US17/732,329 2022-04-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202343085A TW202343085A (zh) 2023-11-01
TWI847281B true TWI847281B (zh) 2024-07-01

Family

ID=81940636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111136227A TWI847281B (zh) 2022-04-28 2022-09-23 光學系統

Country Status (6)

Country Link
US (1) US12253694B2 (zh)
EP (1) EP4270088A1 (zh)
JP (1) JP7369828B1 (zh)
KR (1) KR102723150B1 (zh)
CN (1) CN117008330A (zh)
TW (1) TWI847281B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025181301A1 (fr) * 2024-02-29 2025-09-04 Valeo Vision Dispositif de lumière pour véhicule comprenant un guide de lumière
WO2025181288A1 (fr) * 2024-02-29 2025-09-04 Valeo Vision Dispositif de lumière pour véhicule comprenant un guide de lumière

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110352377A (zh) * 2017-03-03 2019-10-18 微软技术许可有限责任公司 用于显示波导的超表面光学耦合元件
TWI754010B (zh) * 2017-02-22 2022-02-01 以色列商魯姆斯有限公司 導光光學組件
CN114185174A (zh) * 2022-02-16 2022-03-15 北京亮亮视野科技有限公司 增强现实显示装置和头戴式设备

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5363226A (en) 1992-04-06 1994-11-08 Eastman Kodak Company Apparatus and method for dispersion compensation for a grating coupler using a surface relief reflection grating
JP2007219106A (ja) 2006-02-16 2007-08-30 Konica Minolta Holdings Inc 光束径拡大光学素子、映像表示装置およびヘッドマウントディスプレイ
JP5545076B2 (ja) * 2009-07-22 2014-07-09 ソニー株式会社 画像表示装置及び光学装置
JP6171740B2 (ja) 2013-09-02 2017-08-02 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス及び画像表示装置
JP2015194549A (ja) 2014-03-31 2015-11-05 セイコーエプソン株式会社 光学デバイス、画像投影装置及び電子機器
CN109863446B (zh) 2016-08-22 2021-06-25 奇跃公司 纳米方法和设备
KR102627846B1 (ko) 2017-03-21 2024-01-22 매직 립, 인코포레이티드 공간 광 변조기들을 조명하기 위한 방법들, 디바이스들, 및 시스템들
WO2020041620A1 (en) 2018-08-23 2020-02-27 The Regents Of The University Of California Cmos-compatible single-layer waveguide display for augmented and virtual reality
JP7293593B2 (ja) 2018-09-19 2023-06-20 大日本印刷株式会社 射出瞳拡張素子
WO2020102030A1 (en) 2018-11-12 2020-05-22 Magic Leap, Inc. Multi-depth exit pupil expander
JP7122244B2 (ja) 2018-12-21 2022-08-19 株式会社日立エルジーデータストレージ ヘッドマウントディスプレイ
US11067811B2 (en) 2019-01-11 2021-07-20 Facebook Technologies, Llc Volume bragg gratings for near-eye waveguide display
TWI756691B (zh) 2019-05-30 2022-03-01 美商蘋果公司 光學系統，頭戴式裝置，及顯示系統
US20210055551A1 (en) * 2019-08-23 2021-02-25 Facebook Technologies, Llc Dispersion compensation in volume bragg grating-based waveguide display
CN113625386B (zh) 2021-08-10 2023-07-21 Oppo广东移动通信有限公司 光学装置和电子设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI754010B (zh) * 2017-02-22 2022-02-01 以色列商魯姆斯有限公司 導光光學組件
CN110352377A (zh) * 2017-03-03 2019-10-18 微软技术许可有限责任公司 用于显示波导的超表面光学耦合元件
CN114185174A (zh) * 2022-02-16 2022-03-15 北京亮亮视野科技有限公司 增强现实显示装置和头戴式设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN117008330A (zh) 2023-11-07
US12253694B2 (en) 2025-03-18
KR20230153205A (ko) 2023-11-06
JP2023164233A (ja) 2023-11-10
TW202343085A (zh) 2023-11-01
EP4270088A1 (en) 2023-11-01
JP7369828B1 (ja) 2023-10-26
US20230350111A1 (en) 2023-11-02
KR102723150B1 (ko) 2024-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7724322B2 (ja) 走査反射器を用いた広い視野の表示のための方法およびシステム
KR102688252B1 (ko) 광학 시스템
CN101446685B (zh) 图像显示装置
TWI847281B (zh) 光學系統
US8421956B2 (en) Composite color separation system
CN110703441A (zh) 头戴式显示器
JP2009540594A (ja) 遠隔光源の光コリメート及び光混合
US11867912B2 (en) Metasurface waveguide couplers
US11490058B2 (en) Optoelectronic light source and data glasses
JP2010045010A (ja) 光色分割システム
JP2017003845A (ja) 導光装置及び虚像表示装置
CN116466434A (zh) 消色差光栅波导、近眼显示设备和近眼显示系统
US20050018299A1 (en) Diffractive optical element
CN113204115A (zh) 图像光生成模块以及图像显示装置
US20230155085A1 (en) Optoelectronic component and illumination device
CN116893452A (zh) 相位调制元件、投影仪以及头戴式显示器
WO2024024272A1 (ja) 発光装置
TWI872892B (zh) 顯示裝置
US20240332463A1 (en) Display panel and display device employing same
KR20230097948A (ko) 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이 장치
TW202430003A (zh) 顯示裝置