光学系统及其近眼显示装置的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。
4.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 micro mirror 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。
5.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：
6.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；
7.光进入波导的入射角需要大于临界角。
8.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。
9.光波导可以分为几何光波导(geometric waveguide)和衍射光波导(diffractive waveguide)两种，几何光波导就是所谓的数组光波导，其通过数组反射镜堆栈实现图像的输出和眼动范围(eyebox)的扩大。衍射光波导主要有利用光刻技术制造的表面浮雕光栅波导(surface relief grating，简称：srg)和基于全像干涉技术制造的体积全像光栅波导(volumetric holographic grating，简称：vhg)。但是几何光波导的良率低、环境光穿透度
低、form factor较大、容易有鬼影(ghost image)等问题。而体积全像光栅波导的波导型态自由度较高、较为轻薄，而且制作较为简单，但是有光效率低的问题，原因在于光栅的型态与波长有关，使得不同波长光线在波导内传播行为不一致(不同绕射角)，进而导致色散(color breakup，亦称为彩虹效应(rainbow effect)，其原因在于光栅的周期固定，当光线射入光栅时，不同的波常会有相对应的绕射脚，相同入射角度下，波长越长，绕射角度也会增加，故三原色光的绕射角度关系为θ
r
(红色光绕射角度)＞θ
g
(绿色光绕射角度)＞θ
b
(蓝色光绕射角度)，由于绕射角度的不同，光每完成一次全反射，所经历的路程长度也会不同，红色光全反射的次数少于绿色，而蓝色光全反射次数最多。因为这个差异，传统的单层光波导10中传递的光在最终遇到出射光栅时，蓝色会被耦合出3次(如图1的实线箭头)，绿色2次(如图1的虚线箭头)，红色1次(如图1的中心线箭头)，这会导致眼睛移动到眼动范围的不同位置，看到的rgb色彩比例是不均匀的，这造成在视场范围内分布不均，即在影像中看见类似彩虹的红、绿、蓝3原色光影现象，而造成彩虹效应。
10.传统解决此问题的方式，请参阅图2所示，系将红绿蓝三色的光，分别耦合到三层光波导12、14、16里面，每一层的衍射光栅，都只针对某一个颜色而优化，例如第一层光波导12为耦合蓝色光、第二层光波导14及第三层光波导16，从而可以改善最终在出瞳位置的颜色均匀性，减小彩虹效应。但是由于微型显示器输出的每个颜色也不是单一的波长，仍然会有轻微的彩虹效应存在。
11.这是衍射光栅的物理特性导致的色彩均匀性问题，换言之，光栅设计对于所覆盖颜色波段和视场范围(field of view fov)很难兼顾，因此，如何设计出衍射光栅作用于红绿蓝三色的不同波长，并且能有更大的视场乃是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

12.有鉴于先前技术的问题，本发明之目的为了解决近眼显示装置中衍射光波导的色散(或称为彩虹效应)的问题，并且可以让近眼显示装置具有较大的可视角。
13.根据本发明的目的在于提供一种光学系统，包括光波导及光线角度调整器，其中光波导的入耦合位置设有耦合光栅，光波导的出耦合位置设有解耦合器，且解耦合器包括红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅，红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅分别具有不同的解耦合角度。而光线角度调整器将输出影像中三原色的各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，皆以各自的绕射角度在光波导内前进到各颜色的光在各自的解耦合光栅解耦合。
14.其中，输出影像中三原色的红色光、绿色光及蓝色光的入射角度与红色光、绿色光及蓝色光的绕射角度、红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅的位置相关，以令红色光、绿色光及蓝色光分别到达红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅的位置解耦合。
15.其中，红光解耦合光栅的解耦合角度对应红色光的波长，绿光解耦合光栅解耦合角度系分别对应绿色光的波长，蓝光解耦合光栅的解耦合角度对应蓝色光的波长。
16.其中，光线角度调整器包括液晶盒及光偏振片，其中于液晶盒面对显示器的一面设有光偏振片，藉由液晶盒中的液晶依据电场型态转向，让各颜色的光被调制成不同的入射角度进入到耦合光栅内。
17.其中，光偏振片面对液晶盒的一面设有上电极层及下电极层，上电极层设在下电极层之上，且上电极层在下电极层设有复数个电极控制区，各电极控制区彼此之间具有间距，下电极层为接地，藉由输入不同大小的电压到各电极控制区，令上电极层及下电极层之间产生的不同的电场，使得液晶盒中的液晶随电场变化而转向。
18.其中，光偏振片配合显示器的刷新速度及输出影像中三原色以时间分工法对应控制各电极控制区，令各电极控制区针对不同的颜色的光分别接收不同的电压，产生相应的电场，让各颜色的光经过被光线角度调整器调整成各自的入射角度进入到光波导内，并且分别以各自的绕射角度在光波导中传导，进而到达各颜色的解耦合光栅的位置解耦合。
19.其中，光线角度调整器包括液晶盒及二光偏振片，其中于此二光偏振片之其中一个系设在液晶盒面对显示器的位置，此二光偏振片之另外一个设在液晶盒面对光波导的一面，液晶盒包括二基板，此二基板之间设置液晶，并在其中一个基板上设有复数个第一电极单元，藉由输入不同大小的电压到各电极单元，令液晶盒中的液晶依据各电极单元的不同电压而对应旋转，让各颜色的光被调制成不同的入射角度进入到耦合光栅内。
20.其中，各电极单元配合显示器的刷新速度及输出影像中三原色以时间分工法对应输入不同大小的电压，令各电极单元针对不同的颜色的光分别接收不同的电压，产生相应的电压差，让各颜色的光被光线角度调整器调整成各自的入射角度进入到光波导内，并分别以各自的绕射角度在光波导中传导，进而到达各颜色的解耦合光栅的位置解耦合。
21.据上所述，各颜色的光在各自的解耦合光栅解耦合，使得光效率使用集中不分散，又各颜色的光在分别进入不同的解耦合光栅反射，因此，被不同的解耦合光栅反射出来之光分布范围与角度会比单一种解耦合光栅要大很多，因此，视场范围(fov)可增大，并且能在空间中组合出较大的眼动范围(eyebox)。
附图说明
22.图1为三原色在传统单层体积全像光栅波导中的光路示意图。
23.图2为三原色在传统多层体积全像光栅波导中的光路示意图。
24.图3为红色光在本发明的光学系统中的光路示意图。
25.图4为绿色光在本发明的光学系统中的光路示意图。
26.图5为蓝色光在本发明的光学系统中的光路示意图。
27.图6为红色光、绿色光及蓝色光在本发明的光学系统中的光路示意图。
28.图7为本发明的第一实施例的各电极控制区未输入电压的电场型态示意图。
29.图8为图7显示器的输出影像的光经过光线角度调整器的出光示意图。
30.图9为本发明的第一实施例的各电极控制区输入电压的电场型态示意图。
31.图10为图9显示器的输出影像的光经过光线角度调整器的出光示意图。
32.图11为本发明的第二实施例的光线角度调整器示意图。
33.图12为本发明近眼显示装置的示意图。
34.附图标记
35.2：光波导
36.20：耦合光栅
37.22：解耦合器
38.220：红光解耦合光栅
39.222：绿光解耦合光栅
40.224：蓝光解耦合光栅
41.3：光线角度调整器
42.30：液晶盒
43.300：液晶
44.302：基板
45.304：电极单元
46.3040：第一电极
47.3042：第二电极
48.α
r
：红色光的入射角度
49.α
g
：绿色光的入射角度
50.α
b
：蓝色光的入射角度
51.4：显示器
52.40：输出影像
53.5：光偏振片
54.50：上电极层
55.52：下电极层
56.500：电极控制区
57.6：镜架
58.60：镜框
59.62：镜脚
60.7：光学系统
具体实施方式
61.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
62.请参阅图3所示，本发明系一种光学系统，包括光波导2及光线角度调整器3，其中光波导2的入耦合位置设有耦合光栅20，光波导2的出耦合位置设有解耦合器22，且解耦合器22包括红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224，红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224分别具有不同的解耦合角度，红光解耦合光栅220的解耦合角度对应红色光的波长(如图3所示)，绿光解耦合光栅222解耦合角度系分别对应绿色光的波长(如图4所示)，蓝光解耦合光栅224的解耦合角度对应蓝色光的波长(如图5所示)，且红色光的入射角度α
r
、绿色光的入射角度α
g
及蓝色光的入射角度α
b
与红色光、绿色光及蓝色光在光波导2内的绕射角度、红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224的位置相关，以令红色光、绿色光及蓝色光分别到达红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224的位置解耦合(如图6所示)。
63.在此需要特别说明的是，在本发明中图3～6中的红光解耦合光栅220、绿光解耦合
光栅222及蓝光解耦合光栅224在解耦合器22的位置，仅为示意，并非限定红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224排列顺序必须与图3～6所绘制的位置一致。又红色光的入射角度α
r
、绿色光的入射角度α
g
及蓝色光的入射角度α
b
之大小或方向，也不限定必须与图3～6所绘制的角度大小或方向一致，再者，红色光、绿色光及蓝色光在光波导2内的绕射角度，也不限定必须与图3～6所绘制的角度大小或方向一致，图3～6仅是为了表示红色光的入射角度α
r
、绿色光的入射角度α
g
及蓝色光的入射角度α
b
之大小或方向不一致，以及红色光、绿色光及蓝色光在光波导2内的绕射角度之大小或方向不一致，并且分别到达各自颜色所对应的红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224的位置。
64.在本发明中，光线角度调整器3接收来自显示器4所输出的输出影像40，并将输出影像40中三原色的红色光、绿色光及蓝色光分别调整成以不同的入射角度进入到耦合光栅20，而红色光、绿色光及蓝色光经过耦合光栅20后，皆以各自的绕射角度在光波导2内分别前进(例如以全反射的方式)到红光解耦合光栅220、绿光解耦合光栅222及蓝光解耦合光栅224的位置解耦合，使得光效率使用集中不分散，此外，各颜色的光分别被不同的解耦合光栅解耦合后反射出来之光分布范围与角度大于所有颜色仅以单一个解耦合光栅解耦合后反射出来之光分布范围与角度，因此，相对于传统的光学系统而言，本发明的视场范围(fov)较大，并且能在空间中组合出较大的眼动范围(eyebox)。
65.为了能够光线角度调整器3内的液晶能够转向不同的角度，进而让经过光线角度调整器3的红色光、绿色光及蓝色光，能够以不同的入射角度进入到耦合光栅20，在本发明之一实施例中，请参阅图7所示，光线角度调整器3系包括液晶盒30及光偏振片5，其中光偏振片5系设在液晶盒30于面对显示器4的一面，藉由控制液晶盒30中的液晶300依据电场型态转向，让红色光、绿色光及蓝色光被调制成不同的入射角度进入到耦合光栅20内。更进一步而言，光偏振片5面对液晶盒30的一面设有上电极层50及下电极层52，其中下电极层52为接地，上电极层50包括复数个电极控制区500，各电极控制区500系设在下电极层52之上，并且各电极控制区500彼此之间相隔一间距，使得各电极控制区500之间不相连通。
66.请参阅图8所示，当各电极控制区500未接收到电压，并未有任何电场改变，所以光线角度调整器3中的液晶300不会有任何的转向，红色光、绿色光及蓝色光将以同光轴的入射角度进入到光波导2内。请参阅图9及图10所示，当各电极控制区500分别接收到各自的输入电压，令上电极层50及下电极层52之间依据输入电压产生相应的电场型态，进而使得液晶300依据电场型态转向，如此，只要依据液晶300所需的旋转角度可以让红色光、绿色光及蓝色光被调制成不同的入射角度进入到耦合光栅2，而分别控制各电极控制区500的输入电压的大小，即可达到红色光、绿色光及蓝色光被光线角度调整器3调制成不同的入射角度进入到耦合光栅20内的目的。
67.在本发明中，各电极控制区500配合显示器4的刷新速度及输出影像40中三原色以时间分工法而被对应输入所需之电压，令各电极控制区500接收不同的电压，分别产生红色光、绿色光及蓝色光相应的电场型态，让红色光、绿色光及蓝色光以轴向经过光线角度调整器3，并以红色光、绿色光及蓝色光的入射角度进入到光波导2内。
68.为了进一步了解本发明如何以时间分工法对应控制各电极控制区500，以下乃以显示器4的输出影像40的刷新速度为60hz为例进行说明，但本发明在实际实施时，显示器4的输出影像40的刷新速度并不以60hz为限，系可以为120hz、144hz或者更高的刷新速度。显
示器4的输出影像40在1/60秒输出红色光、2/60秒输出绿色光、3/60秒输出蓝色光、4/60秒输出红色光、5/60秒输出绿色光、6/60秒输出蓝色光
…
58/60秒输出红色光、59/60秒输出绿色光、60/60秒输出蓝色光。而各电极控制区500就在1/60秒、4/60秒
…
、58/60秒形成红色光所需的电场，让红色光可以所需的入射角度进入到光波导2之中。各电极控制区500就在2/60秒、5/60秒
…
、59/60秒形成绿色光所需的电场，让绿色光可以所需的入射角度进入到光波导2之中。再者各电极控制区500就在3/60秒、6/60秒
…
、60/60秒形成蓝色光所需的电场，让蓝色光可以所需的入射角度进入到光波导2之中。如此，在前述的循环当中，由于人眼视觉暂留的作用，让人眼仍可以看到全彩的输出影像40，此外，输出影像40的红色光、绿色光及蓝色光在输出的过程中，在空间中组合出较大的可视角(fov)。换言之，时间分工法系依据刷新速度将输出影像40的红色光、绿色光及蓝色光以循环且平均次数输出。
69.在本发明之第二实施例中，请参阅图11所示，光线角度调整器3包括液晶盒30及二光偏振片5，其中于此二光偏振片5之其中一个系设在液晶盒30面对显示器4的位置，此二光偏振片5之另外一个设在液晶盒30面对光波导2的一面，液晶盒30包括二基板302，此二基板302之间设置液晶300，并在其中一个基板302上设有复数个电极单元304，藉由输入不同大小的电压到各电极单元304，令液晶盒30中的液晶300依据各电极单元304的电压差而旋转，让各颜色的光被调制成不同的入射角度进入到耦合光栅20内。
70.在本发明的第二实施例中，各电极单元340配合显示器4的刷新速度及输出影像中三原色以时间分工法对应输入不同大小的电压，令各电极单元304针对不同的颜色的光分别接收不同的电压，产生相应的电压差，让各颜色的光被光线角度调整器3调整成各自的入射角度进入到光波导2内，并分别以各自的绕射角度在光波导2中传导，进而到达各颜色的解耦合光栅的位置解耦合。
71.在本发明的第二实施例中，各电极单元304系分别设有第一电极3040及第二电极3042，其中第一电极3400系设在其中一个基板302面对另一个基板302的位置，第二电极3040系设在其中一个基板302面对另一个基板302的位置，且第一电极3042与第二电极3402之间具有间隔，又液晶300系为正型液晶，液晶300的光轴平行于基板302，第一电极3040及第二电极3042未施加电压前，液晶300的不会以其光轴旋转，各颜色的光无法穿过在液晶盒30面对光波导2的一面的光偏振片5，而当第一电极3040及第二电极3042施加电压后，液晶300可以以其光轴旋转，而且对第一电极3040及第二电极3042施加不同的电压，改变液晶300的电场，进而达到控制光线角度调整器3角度大小，并且打开视角，让光穿过光线角度调整器3到达光波导2。
72.请参阅图12所示，本发明系一种近眼显示装置，包括镜架6及前述的光学系统7，其中镜架6包括镜框60及一组镜脚62，该组镜脚62系设在镜框60的两侧，而前述的光学系统7系设在该镜框60内，如此近眼显示装置既可作为扩增实境显示装置，一方面可以看到真实世界的实像，又可以由光学系统将虚拟图像投射到人眼之中。
73.又在其他实施例，显示器以包括用于两只眼睛的单个扩增实境(augmented reality，简称：ar)或虚拟现实(virtual reality，简称：vr)显示组件，可以将未示出的光学开关装置耦合到各显示组件，以按时间顺序将一帧图像输出到其中一个显示组件，使得用户的左眼及右眼分别按照顺序以左眼一帧、右眼一帧循环显示。由于图像的显示速度足够快，换言之，具有足够快的帧速率，以使用户的眼睛都看不到闪烁，稳定图像。
74.综上所述，光线角度调整器3配合显示器4的刷新速度及输出影像40中三原色以时间分工法对应控制各电极控制区500或者各电极单元340，令各电极控制区500或者各电极单元340针对不同的颜色的光分别接收不同的电压，产生相应的电场，让各颜色的光经过光线角度调整器3后，分别以对应颜色的入射角度进入到光波导2内，进而可以解决传统体积全像光栅波导的色散或者称为彩虹效应，又可以在空间中组合出较大的可视角。
75.上列详细说明系针对本发明的可行实施例之具体说明，惟前述的实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本案之专利范围中。

技术特征：
1.一种光学系统，其特征在于，包括：光波导，包括：耦合光栅，设在光波导的入耦合位置；以及解耦合器，设在光波导的出耦合位置，所述解耦合器包括红光解耦合光栅、绿光解耦合光栅及蓝光解耦合光栅，所述红光解耦合光栅、所述绿光解耦合光栅及所述蓝光解耦合光栅分别具有不同的解耦合角度；以及光线角度调整器，所述光线角度调整器的一面设在相对入耦位置，所述光线角度调整器的另一面接收显示器的输出影像，所述输出影像中的红色光、绿色光及蓝色光分别被调整成以不同的入射角度进入所述光波导；其中，所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过所述耦合光栅后，皆以各自的绕射角度在所述光波导内分别移动到所述红光解耦合光栅、所述绿光解耦合光栅及所述蓝光解耦合光栅，令被所述红光解耦合光栅对所述红色光解耦合，令被所述绿光解耦合光栅对所述绿色光解耦合，及令令被所述蓝光解耦合光栅对所述蓝色光解耦合。2.如权利要求1所述的光学系统，其中所述红色光的入射角度、所述绿色光的入射角度及所述蓝色光的入射角度与所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光的所述绕射角度及所述红光解耦合光栅、所述绿光解耦合光栅及所述蓝光解耦合光栅的位置相关。3.如权利要求1所述的光学系统，其中所述红光解耦合光栅的所述解耦合角度对应所述红色光的波长，所述绿光解耦合光栅的所述解耦合角度对应所述绿色光的波长，所述蓝光解耦合光栅的所述解耦合角度对应所述蓝色光的波长。4.如权利要求1所述的光学系统，其中所述光线角度调整器包括：液晶盒，设在所述光波导与所述显示器之间，所述液晶盒内设有液晶；光偏振片，设在液晶盒于面对所述显示器的一面；其中，所述液晶依据不同的电场旋转，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过所述光线角度调整器被调制成所需的入射角度进入到所述耦合光栅内。5.如权利要求4所述的光学系统，其中所述光线角度调整器尚包括：下电极层，设在所述光偏振片的一面，且所述下电极层为接地；以及上电极层，所述上电极层设在所述下电极层的一面上，且所述上电极层包括复数个电极控制区，相邻的各所述电极控制区之间分别间距，各所述电极控制区被输入不同大小的电压，即产生的不同的所述电场。6.如权利要求5所述的光学系统，其中各所述电极控制区配合所述显示器的刷新速度及输出影像中三原色以分别对应输入不同电压，令各所述电极控制区针对所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光分别接收不同的电压，产生相应的电场，所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光以轴向经过光线角度调整器，而不同的入射角度进入到所述光波导内。7.如权利要求6所述的光学系统，其中所述时间分工法系依据所述刷新速度将输出影像以红色光、绿色光及蓝色光循环且平均次数输出。8.如权利要求6所述的光学系统，其中所述光线角度调整器包括：液晶盒，设在所述光波导与所述显示器之间，所述液晶盒包括二基板，所述二基板之间设置液晶，并在其中一个所述基板上设有复数个电极单元；以及二光偏振片，所述二光偏振片之其中一个设在所述液晶盒面对所述显示器的位置，所
述二光偏振片的另外一个设在所述液晶盒面对所述光波导的一面；其中，所述液晶盒中的所述液晶依据各所述电极单元的不同的电压差而旋转不同的角度，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过所述光线角度调整器被调制成所需的入射角度进入到所述耦合光栅内。9.如权利要求8所述的光学系统，其中各所述电极单元系包括：第一电极，所述第一电极设在其中一个所述基板面对另一个所述基板的位置；以及第二电极，所述第二电极设在其中一个所述基板面对另一个所述基板的位置；且所述第一电极与所述第二电极之间具有间隔；而所述液晶的光轴平行于所述二基板；其中所述第一电极及第二电极未施加电压前，所述液晶不会旋转，所述第一电极及所述第二电极施加电压后，液晶将进行相应的旋转。10.如权利要求11所述的光学系统，其中所述第一电极及所述第二电极配合所述显示器的刷新速度及输出影像中三原色以时间分工法对应控制输入不同的电压，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过光线角度调整器后，分别以不同的入射角度进入到所述光波导内。11.如权利要求10所述的光学系统，其中所述时间分工法系依据所述刷新速度将输出影像以红色光、绿色光及蓝色光循环且平均次数输出。12.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：镜架，所述镜架包括镜框及一组镜脚，该组镜脚设在所述镜框的两侧；如权利要求1所述的光学系统，设在所述镜框内。13.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中所述红色光的入射角度、所述绿色光的入射角度及所述蓝色光的入射角度与所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光的所述绕射角度及所述红光解耦合光栅、所述绿光解耦合光栅及所述蓝光解耦合光栅的位置相关。14.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中所述红光解耦合光栅的所述解耦合角度对应所述红色光的波长，所述绿光解耦合光栅的所述解耦合角度系对应所述绿色光的波长，所述蓝光解耦合光栅的所述解耦合角度对应所述蓝色光的波长。15.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中所述光线角度调整器包括：液晶盒，设在所述光波导与所述显示器之间，所述液晶盒内设有液晶；光偏振片，设在液晶盒于面对所述显示器的一面；其中，所述液晶依据不同的电场旋转，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过所述光线角度调整器被调制成所需的入射角度进入到所述耦合光栅内。16.如权利要求15所述的近眼显示装置，其中所述光线角度调整器尚包括：下电极层，设在所述光偏振片的一面，且所述下电极层为接地；以及上电极层，所述上电极层设在所述下电极层的一面上，且所述上电极层包括复数个电极控制区，相邻的各所述电极控制区之间分别间距，各所述电极控制区被输入不同大小的电压，即产生的不同的所述电场。17.如权利要求16所述的近眼显示装置，其中所述光偏振片配合所述显示器的刷新速度及输出影像中三原色以时间分工法对应控制各所述电极控制区，令各所述电极控制区针对所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光分别接收不同的电压，产生相应的电场，所述红色
光、所述绿色光及所述蓝色光以轴向经过光线角度调整器，而不同的入射角度进入到所述光波导内。18.如权利要求12所述的近眼显示装置，其中所述光线角度调整器包括：液晶盒，系设在所述光波导与所述显示器之间，所述液晶盒包括二基板，所述二基板之间设置液晶，并在其中一个所述基板上设有复数个电极单元；及二光偏振片，所述二光偏振片之其中一个设在所述液晶盒面对所述显示器的位置，所述二光偏振片之另外一个设在所述液晶盒面对所述光波导的一面；其中，所述液晶盒中的所述液晶依据各所述电极单元的不同的电压差而旋转不同的角度，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过所述光线角度调整器被调制成所需的入射角度进入到所述耦合光栅内。19.如权利要求18所述的近眼显示装置，其中各所述电极单元系包括：第一电极，所述第一电极设在其中一个所述基板面对另一个所述基板的位置；第二电极，所述第二电极设在其中一个所述基板面对另一个所述基板的位置，且所述第一电极与所述第二电极之间具有间隔；而所述液晶的光轴平行于所述二基板；其中所述第一电极及第二电极未施加电压前，所述液晶不会旋转，所述第一电极及所述第二电极施加电压后，液晶将进行相应的旋转。20.如权利要求19所述的近眼显示装置，其中所述第一电极及所述第二电极配合所述显示器的刷新速度及输出影像中三原色以对应控制输入不同的电压，令所述红色光、所述绿色光及所述蓝色光经过光线角度调整器后，分别以不同的所述入射角度进入到所述光波导内。
技术总结
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。并且可以解决色散的问题。并且可以解决色散的问题。


技术研发人员：王世育 陈俊达 林烜辉 陈子凡 李婉琳 林怡欣 王毓仁 郑伟成 毛章年
受保护的技术使用者：业成光电（深圳）有限公司 业成光电（无锡）有限公司 英特盛科技股份有限公司
技术研发日：2021.04.06
技术公布日：2021/6/29