[發明專利]光學模組及近眼顯示裝置

在審

• 申請號: 202110366689.X
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113075794A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王世育;陳俊達;林烜輝;陳子凡;李婉琳;林怡欣;王毓仁;鄭偉成;毛章年
• 申請（專利權）人: 業成科技（成都）有限公司;業成光電（深圳）有限公司;業成光電（無錫）有限公司;英特盛科技股份有限公司
• 主分類號: G02B27/01
• 分類號: G02B27/01;G02B27/42;G02F1/13;G02F1/1335;G02F1/1343;G02F1/1347
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 楊冬梅;張行知

本發明系一種光學模組及近眼顯示裝置，包括光波導及光線角度調整器，其中原始影像輸入光線角度調整器，原始影像經過光線角度調整器調整，而對光波導的不同位置輸入第一影像與第二影像，光波導設有耦合光柵與解耦合器，第一影像與第二影像進入到耦合光柵后，分別以各自的繞射角度在光波導內前進到解耦合器，第一影像在解耦合器解耦合，并輸出第一輸出影像到相對其中一個眼睛的位置，第二影像在解耦合器解耦合，并輸出第二輸出影像到相對另一個眼睛的位置。使得原始影像的光效率被有效利用，且第一影像與第二影像在光波導的傳輸過程中被放大成第一輸出影像及第二輸出影像，令光學模組具有較大的視野。

技術領域

本發明系有關于光學模組及顯示裝置，尤指一種有關于衍射光波導的光學模組與近眼顯示裝置。

背景技術

虛擬現實(virtual reality，簡稱：VR)以及擴增實境(augmented reality，簡稱：AR)的相關光學技術，近年來不只備受全球關注，更是以相當快的速度發展；此外，在現實生活中亦展現多元的應用潛力，舉凡娛樂、醫學、家居乃至于軍事等領域皆能看到藉由虛擬現實以及擴增實境技術所達成的產品或服務。

虛擬現實以及擴增實境的應用實例包括各類型的顯示裝置，例如：近眼顯示裝置(Near-Eye Display，簡稱：NED)或是頭戴式顯示裝置(Head-Mounted Display，簡稱：HMD)。所謂近眼顯示裝置外形類似眼鏡，亦可稱為眼鏡式顯示器、影像眼鏡或是頭戴式顯示裝置，其主要可由一承載部以及安裝于所述承載部內的微型顯示器及光學模組所構成。

其中微型顯示器，用來為近眼顯示裝置提供影像。微型顯示器可以是自發光的主動組件(Active Device)，例如迷你發光二極管(mine LED)、微發光二極管(micro-LED)…等，或者是需要外部光源照明的液晶顯示裝置，例如：透射式液晶顯示器和反射式硅基液晶(Liquid Crystal On Silicon(LCOS))投影機，還有基于微機電系統(Microelectromechanical Systems，簡稱：MEMS)技術的數字微鏡數組(Digital micromirror Device，簡稱：DMD)，數字微鏡數組為數字光源處理(Digital Light Processing，簡稱DLP的核心)和雷射束掃描儀(Laser Beam Scanner，簡稱LBS)…等。

再者，在近眼顯示裝置的光學模組中，想要讓微型顯示器輸出的光在傳輸的過程中無損失無泄漏地傳送到眼睛中接收，就需要讓光在光學模組中的光波導內以全反射的方式前進到眼睛中，而光要在光波導中以全反射行進，則需要滿足下列兩個條件：

傳輸介質即波導的材料的折射率n1需要具備比周圍介質高的折射率n2；

光進入波導的入射角需要大于臨界角。

當微型顯示器將影像以光型態輸出后，光波導將光耦合進自己的基板(例如：玻璃)中，透過全反射方式將光傳輸到眼睛前方。這個過程中光波導只負責傳輸影像，一般情況下不對影像做任何調整，例如放大或縮小等，僅是縮短影像的傳輸距離。光波導的這種特性，對于近眼顯示裝置的設計和美化外觀有很大優勢。因為有了光波導這個傳輸光的組件，可以將微型顯示器和光學模組遠離近眼顯示裝置的正前方，而被移到近眼顯示裝置的額頭頂部或者側面等位置，如此解決了光學模組阻擋對外界視線的問題，并且使得重量分布更符合人體工程學，從而改善了近眼顯示裝置的佩戴體驗。

光波導可以分為幾何光波導(Geometric Waveguide)和衍射光波導(DiffractiveWaveguide)兩種，幾何光波導就是所謂的數組光波導，其通過數組反射鏡堆棧實現圖像的輸出和眼動范圍(eyebox)的擴大。衍射光波導主要有利用光刻技術制造的表面浮雕光柵波導(Surface Relief Grating，簡稱：SRG)和基于全像干涉技術制造的體積全像光柵波導(Volumetric Holographic Grating，簡稱：VHG)。