[发明专利]光学系统及其近眼显示装置

说明书

本发明系一种光学系统及其近眼显示装置，包括光波导及光线角度调整器，光波导设有耦合光栅及解耦合器，解耦合器设有红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅，光线角度调整器配合显示器的输出影像、刷新速度，以时间分工法将输出影像中三原色的每一个颜色的光分别调整成以不同的入射角度进入到耦合光栅，而各颜色的光经过耦合光栅后，即以各自的绕射角度在光波导内前进到解耦合器，且各颜色的光在各自相应颜色的解耦合光栅解耦合，如此，各颜色的光在空间中组合出较大的可视角，并且可以解决色散的问题。

技术领域

本发明关于光学系统，尤指一种应用衍射光波导的光学系统及其近眼显示装置。

背景技术

虚拟现实(virtual reality,VR)以及扩增实境(augmented reality,AR)的相关光学技术，近年来不只备受全球关注，更是以相当快的速度发展；此外，在现实生活中亦展现多元的应用潜力，举凡娱乐、医学、家居乃至于军事等领域皆能看到藉由虚拟现实以及扩增实境技术所达成的产品或服务。

虚拟现实以及扩增实境的应用实例包括各类型的显示装置，例如：近眼显示装置(Near-Eye Display，简称：NED)或是头戴式显示装置(Head-Mounted Display，简称：HMD)。所谓近眼显示装置外形类似眼镜，亦可称为眼镜式显示器、影像眼镜或是头戴式显示装置，其主要可由一承载部以及安装于该承载部内的微型显示器及光学系统所构成。

其中微型显示器，用来为近眼显示装置提供影像。微型显示器可以是自发光的主动组件(Active Device)，例如迷你发光二极管(mine LED)、微发光二极管(micro-LED)…等，或者是需要外部光源照明的液晶显示装置，例如：透射式液晶显示器和反射式硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon(LCOS))投影机，还有基于微机电系统(Microelectromechanical Systems，简称：MEMS)技术的数字微镜数组(Digital micromirror Device，简称：DMD)，数字微镜数组为数字光源处理(Digital Light Processing，简称DLP的核心)和雷射束扫描仪(Laser Beam Scanner，简称LBS)…等。

再者，在近眼显示装置的光学系统中，想要让微型显示器输出的光在传输的过程中无损失无泄漏地传送到眼睛中接收，就需要让光在光学系统中的波导内以全反射的方式前进到眼睛中，而光要在波导中以全反射行进，则需要满足下列两个条件：

传输介质即波导的材料的折射率n₁需要具备比周围介质高的折射率n₂；

光进入波导的入射角需要大于临界角。

当微型显示器将影像以光型态输出后，波导将光耦合进自己的基板(例如：玻璃)中，透过全反射方式将光传输到眼睛前方。这个过程中波导只负责传输影像，一般情况下不对影像做任何调整，例如放大或缩小等，仅是缩短影像的传输距离。光波导的这种特性，对于近眼显示装置的设计和美化外观有很大优势。因为有了波导这个传输光的组件，可以将微型显示器和光学系统远离近眼显示装置的正前方，而被移到近眼显示装置的额头顶部或者侧面等位置，如此解决了光学系统阻挡对外界视线的问题，并且使得重量分布更符合人体工程学，从而改善了近眼显示装置的佩戴体验。