CN113075794A - 光学模组及近眼显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明系一种光学模组及近眼显示装置，包括光波导及光线角度调整器，其中原始影像输入光线角度调整器，原始影像经过光线角度调整器调整，而对光波导的不同位置输入第一影像与第二影像，光波导设有耦合光栅与解耦合器，第一影像与第二影像进入到耦合光栅后，分别以各自的绕射角度在光波导内前进到解耦合器，第一影像在解耦合器解耦合，并输出第一输出影像到相对其中一个眼睛的位置，第二影像在解耦合器解耦合，并输出第二输出影像到相对另一个眼睛的位置。使得原始影像的光效率被有效利用，且第一影像与第二影像在光波导的传输过程中被放大成第一输出影像及第二输出影像，令光学模组具有较大的视野。

Description

光学模组及近眼显示装置
技术领域
本发明系有关于光学模组及显示装置，尤指一种有关于衍射光波导的光学模组与近眼显示装置。
背景技术
虚拟现实(virtual reality，简称：VR)以及扩增实境(augmented reality，简称：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所述承载部内的微型显示器及光学模组所构成。
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***(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模组中，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，就需要让光在光学模组中的光波导内以全反射的方式前进到眼睛中，而光要在光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，光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。这个过程中光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。因为有了光波导这个传输光的组件，可以将微型显示器和光学模组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，如此解决了光学模组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。
光波导可以分为几何光波导(Geometric Waveguide)和衍射光波导(DiffractiveWaveguide)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，但是有光效率被分散，光效率分布不平均的问题，而且可视角(Filed OverView)较小，原因在于光栅的型态与整体光学模组的设计还有许多不足之处。
举例而言，请参阅图1所示，传统衍射光波导为了扩大眼动范围，系在光波导1的入偶位置设置耦合光栅10，让显示器2输出的原始影像20进入到耦合光栅10后以特定的绕射角度在光波导1中前进到光波导1的解耦合位置，而在光波导1的解耦合位置设有解耦合器12，此解耦合器12中有复数个解耦合光栅120，每一个解耦合光栅120都会输出一个虚拟图像30、31、32，所有虚拟图像30、31、32的范围就成为了整个眼动范围(eyebox)EB1，但是从第一个输出的虚拟图像30到最后一个输出的虚拟图像32的光效率逐渐递减，例如：解耦合器12中有三个解耦合光栅120，第一个解耦合光栅120系解耦合原始影像20输出的第一个虚拟图像30，因此光效率为100％、第二个解耦合光栅120系解耦合第一个解耦合光栅120传递的第一个虚拟图像30，因此光效率将有所衰减，其光效率大约为66～75％，第三个解耦合光栅120系解耦合第二个解耦合光栅120传递的第二个虚拟图像31，因此光效率再衰减，其光效率大约为25～33％，而且每个虚拟图像的可视角θ较小。
据上所述，传统衍射光波导的光效率不平均，而且可视角θ的大小与眼动范围EB1相互牵制，乃是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于先前技术的问题，本发明之目的为了解决传统衍射光波导的光效率不平均，而且可视角的大小与眼动范围相互牵制之问题，达到提高光效率，较大的可视角及较大范围的眼动范围之效果。
根据本发明之目的，系提供一种光学模组，包括光波导及光线角度调整器，其中光线角度调整器接收来自显示器所输出的原始影像，原始影像经过光线角度调整器输出第一影像与第二影像，令第一影像与第二影像的光轴分别以不同位置进入到光波导。光波导设有耦合光栅与解耦合器，耦合光栅系设在光波导的耦合位置，解耦合器系设在光波导的解耦合位置，解耦合器包括第一解耦合光栅区及第二解耦合光栅区，令第一影像与第二影像进入到耦合光栅，并以各自的绕射角度在光波导内前进到第一解耦合光栅区及第二解耦合光栅区，令第一影像在第一解耦合光栅区中解耦合，且输出第一输出影像到面对用户的其中一个眼睛的位置，第二影像在第二解耦合光栅区中解耦合，并输出第二输出影像到面对用户另一个眼睛的位置，第一影像及第二影像在光波导中传递及解耦合器解耦合的过程中被放大，故第一输出影像及第二输出影像的可视角大于第一影像及第二影像。
其中，第一影像与原始影像的同光轴，第二影像的光轴系沿原始影像之光轴的水平方向移动，且第一影像与第二影像的光轴平行。
光线角度调整器包括液晶盒及光偏振片，其中液晶盒面对显示器的一面系设有光偏振片，藉由液晶盒中的液晶依据电场型态转向，让第一影像与第二影像的光轴被调制成以不同位置进入到耦合光栅内。
其中，液晶盒的一面或者光偏振片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，进而让第一影像与第二影像的光轴被调制成不同位置进入到耦合光栅内。。
其中，显示器的光圈大小为6毫米(6mm)，液晶盒的液晶盒厚度为1150微米(1150μm)，液晶盒水平移动原始影像的光轴范围在-5～+5度之间，其中折射率差(Δn)为0.23。
其中，显示器的光圈大小到4毫米(4mm)，此时液晶盒的液晶盒厚度为500微米(500μm)，液晶盒水平移动原始影像的光轴范围在-5～+5度之间，其中折射率差(Δn)为0.36。
其中，光线角度调整器包括至少两个的液晶盒及光偏振片，此些液晶盒系以层叠设置，光偏振片设在面对显示器的液晶盒之一面，原始影像经过光偏振片偏振处理进入到其中一个液晶盒，每个液晶盒的其中一面分别对应设置上电极层及下电极层，上电极层设在下电极层之上，且上电极层包括复数个电极控制区，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，使得各液晶盒中的液晶随电场变化而转向，进而让第一影像与第二影像的光轴被调制成不同位置的入射角度进入到耦合光栅内。
其中，光线角度调整器包括液晶盒及二光偏振片，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第一电极单元，令液晶盒中的液晶依据各第一电极单元的不同电压而对应旋转，让第一影像与第二影像的光轴被调制成不同位置的入射角度进入到耦合光栅内。
其中，光线角度调整器包括二液晶盒及二光偏振片，此二液晶盒系以层叠设置，此二液晶盒包括三个层叠设置基板，上层的所述基板与中间层的基板，以及中间层的基板与下层的基板之间设有液晶，并在下层的基板上设有复数个第一电极单元，中间层的基板与下层的基板之间设有第二电极单元，又其中一个光偏振片系设在下层的基板面对显示器的一面，另外一个光偏振片系设在上层的基板面对光波导的一面，藉由输入不同大小的电压到各第一电极单元，令下层的液晶盒中的液晶依据各第一电极单元的不同电压而对应旋转，而上层的液晶盒的液晶依据第二电极单元的不同电压而对应旋转，让第一影像与第二影像的光轴被调制成不同位置进入到耦合光栅内。
其中，各电极控制区、各第一电极单元或第二电极单元配合显示器的刷新速度对应输入不同大小的电压，令各电极控制区、各第一电极单元或各第二电极单元配合刷新速度分别接收不同的电压，产生相应的电压差，让原始影像被光线角度调整器调整成第一影像与第二影像进入到光波导内，并分别以各自的绕射角度在光波导中传导，进而到达第一影像与第二影像的解耦合光栅区的位置解耦合。
其中，各液晶盒改变的水平角度大小由面对显示器的一面到面对光波导的一面逐渐变小。
其中，第一输出影像与第二输出影像部分重叠，此部分重叠系模拟人类左眼及右眼视野重叠。
根据本发明之目的，系提供一种近眼显示装置，包括镜架及前述的光学模组，其中镜架包括镜框及一组镜脚，所述组镜脚系设在镜框的两侧，而前述的光学模组系设在镜框内。
综上所述，原始影像被放大成第一输出影像及第二输出影像，使得可视角变大，且第一输出影像及第二输出影像分别输出到两个眼睛的位置，也使得可视范围区域扩大，解决了传统衍射光波导的光效率不平均，而且可视角的大小与眼动范围相互牵制的问题。而近眼显示装置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，又可以由光学模组将第一输出影像及第二输出影像投射到人眼之中。
附图说明
图1为传统衍射光波导的示意图。
图2为本发明的光学模组的示意图。
图3为本发明的光线角度调整器输出第一影像的示意图。
图4为本发明的光线角度调整器输出第二影像的示意图。
图5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。
图6为本发明的第一实施例的各电极控制区输入电压一电场型态示意图。
图7为本发明的第二实施例的光线角度调整器示意图。
图8为本发明的第三实施例的光线角度调整器示意图。
图9为本发明的第四实施例的光线角度调整器示意图。
图10为本发明的近眼显示装置的示意图。
1：光波导
10：耦合光栅
12：解耦合器
120：解耦合光栅
2：显示器
20：原始影像
30、31、32：虚拟图像
EB、EB’：眼动范围
4：光学模组
5：光波导
50：耦合光栅
52：解耦合器
520：第一解耦合光栅区
522：第二解耦合光栅区
54：第一输出影像
56：第二输出影像
6：光线角度调整器
60：第一影像
62：第二影像
64：液晶盒
640：液晶
642：基板
644：第一电极单元
6440：第一电极
6442：第二电极
646：第二电极单元
6460：第三电极
6462：第四电极
66：光偏振片
660：上电极层
6600：电极控制区
662：下电极层
7：显示器
70：原始影像
80、82：眼睛
9：镜架
90：镜框
92：镜脚
具体实施方式
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。
请参阅图2所示，本发明系一种光学模组，光学模组4包括光波导5及光线角度调整器6，其中光波导5的入耦合位置设有耦合光栅50，光波导5的出耦合位置设有解耦合器52，且解耦合器52包括第一解耦合光栅区520及第二解耦合光栅区522。
而光线角度调整器6接收来自显示器7所输出的原始影像70，原始影像70经过光线角度调整器6，分别以第一影像60或第二影像62进入耦合光栅50，第一影像60的光轴与原始影像70之光轴位置相同，光线角度调整器6将原始影像70的光轴移动形成第二影像62，使得第一影像60与第二影像62以不同的位置进入到耦合光栅50，并以各自的绕射角度在光波导5内前进到解耦合器52。再者，第一影像60在第一解耦合光栅520中解耦合输出第一输出影像54到面对其中一个眼睛80的位置，第二影像62在第二解耦合光栅区522中解耦合输出第二输出影像56到面对另一个眼睛82的位置，第一影像60及第二影像62在光波导5及解耦合器52解耦合的过程中被放大形成第一输出影像54及第二输出影像56。
换言之，耦合光栅50系配合第一影像60及第二影像62设置光栅的周期，令第一影像60及第二影像62以各自的绕射角度在光波导5中前进到第一解耦合光栅520及第二解耦合光栅区522的位置，而第一解耦合光栅520及第二解耦合光栅区522的光栅周期，系配合第一影像60与第二影像62的绕射角度设置，以达到将第一输出影像54输出到其中一个眼睛80的位置，及第二输出影像56输出到另一个眼睛82的位置之目的。
综上所述，由于原始影像70被放大成第一输出影像54及第二输出影像56，使得可视角变大，另外，第一输出影像54及第二输出影像56分别输出到两个眼睛80、82的位置，也使得可视范围区域扩大，而且本发明系以第一影像60或第二影像62进入耦合光栅50，并不会有光效率减少的问题。换言之，本发明解决了传统衍射光波导的光效率不平均的问题，也解决可视角的大小与眼动范围相互牵制的问题。
在本发明之一实施例中，光线角度调整器6将原始影像70的光轴方向不变直接输出形成第一影像60，光线角度调整器6将原始影像70的光轴沿水平方向移动形成第二影像62，进一步而言，请参阅图3及4所示，光线角度调整器6包括液晶盒64及光偏振片66，液晶盒64系设在光波导5与显示器7之间，光偏振片66设在液晶盒64面对显示器7的一面，藉由原始影像70经过光偏振片66产生所需的光偏振型态，而液晶盒64中的液晶640依据电场型态转向，让第一影像60与第二影像62的光轴被调制成在相同水平的不同位置，使得第一影像60与第二影像62以不同位置进入到耦合光栅50内。
在本发明之一实施例中，请参阅图5及6所示，光线角度调整器6系在光偏振片66面对液晶盒64的一面设有上电极层660及下电极层662，下电极层662为接地，上电极层660设在下电极层662之上，且上电极层660包括复数个电极控制区6600，各电极控制区6600系设在下电极层662之上，并且各电极控制区6600彼此之间相隔一间距，使得各电极控制区6600之间不相连通。
复请参阅图5所示，当各电极控制区6600未接收到电压，并未有任何电场型态的改变，所以液晶盒64中的液晶640不会有任何的转向(如图3所示)，光线角度调整器6将第一影像60以原始影像70的同光轴位置输出，让第一影像60以与原始影像70的同光轴的位置进入到光波导5内。
请参阅图6所示，当各电极控制区6600接收到输入电压，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，进而使得液晶盒64的液晶640依据电场型态转向，使得原始影像70调制成第二影像62，如此，第二影像62即以不同第一影像60的光轴位置进入到耦合光栅50，进而达到第一影像60与第二影像62以各自的绕射角度在光波导5内移动的目的。
在本发明实际实施时，第一影像60与原始影像70未必一定以同光轴的位置进入到光波导5内，第一影像60与原始影像70可以不同光轴的位置进入到光波导5内，而第二影像62与原始影像70以同光轴的位置进入到光波导5内。换言之，原始影像70经过光线角度调整器6输出不同光轴位置的两个影像，即属于本案所称之第一影像60与第二影像62。
在本发明中，显示器7的光圈大小为6毫米(6mm)，液晶盒64厚度为1150微米(1150μm)，光线角度调整器6水平移动原始影像70的光轴范围在-5～+5度之间，其中液晶盒64折射率差(Δn)为0.23，为了减少液晶盒64的厚度大小，则需要缩小显示器7的光圈大小到4毫米(4mm)，此时液晶盒64厚度为500微米(500μm)，光线角度调整器6移动原始影像70的光轴范围在-5～+5度之间，其中液晶盒64折射率差(Δn)为0.36。
为了能够让光线角度调整器6更精准地调制第一影像60或第二影像62的输出位置，在本发明之第二实施例中，请参阅图7所示，光线角度调整器6中系包括至少两层的液晶盒64及光偏振片66，此二液晶盒64系为层叠设置，并设在光波导5与显示器7之间，且此二液晶盒64内设有液晶640，而且各液晶盒64改变的水平角度大小由面对显示器7的一面到面对光波导5的一面逐渐变小，光偏振片66系设在其中一个面对显示器7的液晶盒64的一面，原始影像70经过光偏振片66产生所需的光偏振型态，使得光线角度调整器6可以利用不同液晶盒64将原始影像70以不同位置输出第一影像60与第二影像60，令第一影像60可以被光波导5引导到第一解耦合光栅区520，并且准确地朝向其中一个眼睛80输出，也令第二影像62可以被光波导5引导到第二解耦合光栅区522，并且准确地朝向另一个眼睛82输出。
又在本发明的第二实施例中，光线角度调整器6在各液晶盒64的其中一面分别对应设置上电极层660及下电极层662，所述上电极层660设在下电极层662的设置方式与第一实施例的上电极层660及下电极层662相同。
在本发明之第三实施例中，请参阅图8所示，光线角度调整器6包括液晶盒64及二光偏振片66，液晶盒64设在光波导5与显示器7之间，此二光偏振片66之其中一个系设在液晶盒64面对显示器7的位置，此二光偏振片66之另外一个设在液晶盒64面对光波导5的一面，并且此二光偏振片66的偏振方向正交。液晶盒64包括二基板642，此二基板642之间设置液晶640，并在其中一个基板642上设有复数个第一电极单元644，藉由输入不同大小的电压到各第一电极单元644，令液晶盒64中的液晶640依据各第一电极单元644的不同电压而对应旋转，让第一影像60与第二影像62被调制成不同位置进入到耦合光栅内。
在本发明的第三实施例中，各第一电极单元644系分别设有第一电极6440及第二电极6442，其中第一电极6440系设在其中一个基板642面对另一个基板642的位置，第二电极6442系设在其中一个基板642面对另一个基板642的位置，且第一电极6440与第二电极6442之间具有间隔，又液晶640系为正型液晶，液晶640的光轴平行于基板642，第一电极6440及第二电极6442未施加电压前，液晶640的不会以其光轴旋转，任何光无法穿过在液晶盒64面对光波导5的一面的光偏振片5，而当第一电极6440及第二电极6442施加电压后，液晶640以其光轴旋转，而且对第一电极6440及第二电极6442施加不同的电压，形成不同的电场型态，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5。
在本发明的第四实施例中，请参阅图8所示，光线角度调整器6包括二液晶盒64及二光偏振片66，此二液晶盒64系以层叠设置，并设在光波导5与显示器7之间，其中上层的液晶盒系面对所述光波导，而下层的液晶盒系面对显示器，又其中一个光偏振片66系设在下层的液晶盒于面对显示器7的一面，另外一个光偏振片66系设在上层的液晶盒于面对光波导5的一面，并且此二光偏振片66的偏振方向正交。又所述二液晶盒包括三个层叠设置基板642，其中上层的基板642靠近光波导5，而下层的基板系靠近显示器，在中间层的基板，液晶设置在上基板、中间基板之间及下基板、中间基板之间，所述二液晶盒64的液晶640分别配合不同的电场型态旋转。
又，下层的基板上设有复数个第一电极单元644，藉由输入不同大小的电压到各第一电极单元644，令下层的液晶盒64中的液晶640依据各第一电极单元644的不同电压而对应旋转，而中间基板与上基板上设有一第二电极单元646，令上层的液晶盒64中的液晶640依据第二电极单元646的不同电压，而对应旋转，让第一影像60与第二影像62被调制成不同位置进入到耦合光栅内。
又在本发明的第四实施例中，第一电极单元644与第三实施例雷同，其差异在于第一电极单元644系设在下层的基板642，而第二电极单元646包括第三电极6460与第四电极6462，其中第三电极6460设在中间层的基板642于面对光波导5的一面，第四电极6462系设在上层的基板于面对显示器7的一面，且第四电极6462的投影到第三电极6460上的面积大于第三电极6460，又，上层的液晶盒64内于第三电极6460的投影到第四电极6462的区域以外的液晶640为与上层与中间层的基板62之间具有倾斜角度，与上层的液晶盒内于第三电极6460的投影到第四电极6462的区域内的液晶640与基板642之间平行，而下层的液晶盒64内的液晶640亦与基板642之间平行。
如此，在本发明的第四实施例中，当第一电极单元644与第二电极单元646施加电压，将使得液晶640旋转调整原始影像70的行进方向，并从上层的基板642之上的光偏振片66输出第一影像60或第二影像62，此外，上层的液晶盒内于第三电极6460的投影到第四电极6462的区域以外的液晶640为与基板642之间具有倾斜角度，系可以让上层的液晶盒64在此位置形成透镜而打开视角。
在本发明的各实施例中，各电极控制区6600、各第一电极单元644或第二电极单元646配合显示器7的刷新速度对应输入不同大小的电压，令各电极控制区6600、各第一电极单元644或第二电极单元646配合刷新速度分别接收不同的电压，产生相应的电场型态，让原始影像70被光线角度调整器3调整成第一影像60与第二影像62进入到光波导5内，并分别以各自的绕射角度在光波导5中传导，进而到达第一影像60与第二影像62的解耦合光栅区的位置解耦合。意即，原始影像70经过光线角度调整器6及光波导5，使得用户的左眼及右眼分别按照顺序以左眼一帧第一输出影像54、右眼一帧第二输出影像56循环显示，由于第一输出影像54与第二输出影像56的显示速度足够快，且利用人眼的视觉暂留现象，使用户的眼睛都看不到闪烁图像，而是看到稳定输出的第一输出影像54与第二输出影像56。
在本发明的各实施例中，第一输出影像54与第二输出影像56部分重叠，此部分重叠系模拟人类左眼及右眼视野重叠，进而使本发明的光学模组4可以让双眼看到拟真影像。
请参阅图10所示，本发明系一种近眼显示装置，包括镜架9及前述的光学模组4，其中镜架9包括镜框90及一组镜脚92，所述组镜脚92系设在镜框90的两侧，而前述的光学模组4系设在镜框90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，又可以由光学模组4将第一输出影像54及第二输出影像56投射到人眼之中。
综上所述，本发明利用光线角度调整器6将原始影像70以第一影像60及第二影像62进入光波导5中，并且在解耦合后第一影像60及第二影像62可以被放大成第一输出影像54及第二输出影像56，而且第一输出影像54及第二输出影像56对准双眼的位置输出，又第一输出影像54及第二输出影像56如同仿真人类左眼及右眼视野重叠方式呈现，使得本发明的可视角θ变大，而且光效率不会减少，并且有大范围的眼动范围EB’，解决了传统衍射光波导的光效率不平均，而且可视角的大小与眼动范围相互牵制的问题。
上列详细说明系配合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。

Claims (19)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：
光线角度调整器，所述光线角度调整器接收来自显示器所输出的原始影像，所述原始影像经过所述光线角度调整器由不同的位置输出第一影像及第二影像；以及
光波导，所述光波导的入耦合位置设有耦合光栅，所述光波导的出耦合位置设有解耦合器，所述第一影像与所述第二影像以不同位置进入到所述耦合光栅，并以各自的绕射角度在所述光波导内前进到所述解耦合器，而所述解耦合器包括：
第一解耦合光栅区，对所述第一影像进行解耦合，所述第一影像在所述第一解耦合光栅区中解耦合输出第一输出影像到其中一个眼睛的位置；及
第二解耦合光栅区，系对所述第二影像进行解耦合，所述第二影像在所述第二解耦合光栅区中解耦合输出第二输出影像到另一个眼睛的位置。
2.如权利要求1所述的光学模组，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；以及
光偏振片，设在所述液晶盒面对所述显示器的一面，所述原始影像经过所述光偏振片产生所需的光偏振型态；
其中所述液晶盒中的所述液晶依据不同的电场型态转向，令所述原始影像被调制成所述第一影像与所述第二影像。
3.如权利要求2所述的光学模组，其中所述光线角度调整器包括：
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，设在所述下电极层的一面上，且所述上电极层在所述下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，各所述电极控制区依据输入电压，产生对应的电场型态。
4.如权利要求3所述的光学模组，其中各所述电极控制区配合所述显示器的刷新速度对应输入不同大小的电压，令各所述电极控制区产生相应的电场型态。
5.如权利要求2所述的光学模组，其中所述显示器的光圈大小为6毫米，所述光线角度调整器的液晶盒的厚度为1150微米，液晶盒的折射率差为0.23。
6.如权利要求2所述的光学模组，其中所述显示器的光圈大小为4毫米，所述光线角度调整器的液晶盒厚度为500微米，折射率差为0.36。
7.如权利要求1所述的光学模组，其中所述光线角度调整器包括：
二液晶盒，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；以及
光偏振片，设在所述液晶盒面对所述显示器的一面，所述原始影像经过所述光偏振片产生所需的光偏振型态；
其中所述二液晶盒中的液晶依据不同的电场型态转向，且其中面对所述光波导的所述液晶盒的所述液晶旋转角度，小于到面对所述显示器的另一个所述液晶盒，令所述原始影像被调制成所述第一影像与所述第二影像。
8.如权利要求7所述的光学模组，其中所述光线角度调整器在任一所述液晶盒的一面设有：
下电极层，所述下电极层为接地；以及
上电极层，设在所述下电极层的一面上，且所述上电极层在所述下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，各所述电极控制区依据输入电压，产生对应的电场型态。
9.如权利要求1所述的光学模组，其中所述光线角度调整器系包括：
液晶盒，设在所述光波导与所述显示器之间，所述液晶盒包括层叠设置的二基板，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第一电极单元，藉由输入不同大小的电压到各所述第一电极单元，令所述液晶盒中的所述液晶依据各第一电极单元的不同电压而对应旋转；以及
二光偏振片，所述二光偏振片的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，所述二光偏振片的偏振方向正交。
10.如权利要求9所述的光学模组，其中各所述第一电极单元分别包括：
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，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；
其中所述第一电极及所述第二电极未施加电压前，所述液晶的不会以其光轴旋转，光无法穿过在所述液晶盒面对所述光波导的一面的所述光偏振片，所述第一电极及所述第二电极施加电压后，所述液晶以其光轴旋转，而且对所述第一电极及所述第二电极施加不同的电压，形成不同的电场型态。
11.如权利要求10所述的光学模组，其中各所述第一电极单元配合显示器的刷新速度对应输入不同大小的电压，令各所述第一电极单元配合所述刷新速度分别接收不同的电压，产生相应的电场型态。
12.如权利要求1所述的光学模组，其中所述光线角度调整器包括：
二液晶盒，所述二液晶盒系以层叠设置，并设在所述光波导与所述显示器之间，其中上层的液晶盒系靠近所述光波导，而下层的所述液晶盒系靠近所述显示器，且所述二液晶盒包括三个层叠设置的基板，上层的所述基板与中间层的所述基板设有液晶，以及中间层的所述基板与下层的所述基板之间设有液晶；以及
二光偏振片，其中一个所述光偏振片设在下层的所述基板面对所述显示器的一面，另外一个所述光偏振片设在上层的所述基板面对所述光波导的一面，并且所述二光偏振片的偏振方向正交；
所述二液晶盒的液晶分别配合不同的电场型态旋转。
13.如权利要求12所述的光学模组，其中所述光线角度调整器尚包括：
复数个第一电极单元，设在下层的所述基板，藉由输入不同大小的电压到各所述第一电极单元，令下层的所述液晶盒中的液晶依据各所述第一电极单元的不同电压所形成的电场型态而对应旋转；以及
第二电极单元，设在中间层的所述基板与上层的所述基板上，令上层的所述液晶盒中的所述液晶依据第二电极单元的不同电压所形成的电场型态而对应旋转。
14.如权利要求13所述的光学模组，其中各所述第一电极单元分别包括：
第一电极，设在下层的所述基板面对中间层的所述基板的位置；以及
第二电极，设下层的所述基板面对中间层的所述基板的位置，且所述第一电极与所述第二电极之间具有间隔；
其中所述第一电极及所述第二电极未施加电压前，所述液晶的不会以其光轴旋转，光无法穿过在所述液晶盒面对所述光波导的一面的所述光偏振片，所述第一电极及所述第二电极施加电压后，所述液晶以其光轴旋转，而且对所述第一电极及所述第二电极施加不同的电压，形成不同的电场型态。
15.如权利要求13所述的光学模组，其中所述第二电极单元包括：
第三电极，所述第三电极设在中间层的所述基板于面对所述光波导的一面；以及
第四电极，所述第四电极系设在上层的所述基板于面对所述显示器的一面，且所述第四电极投影到所述第三电极上的面积大于第三电极；
其中上层的所述液晶盒内于所述第三电极的投影到所述第四电极的区域以外的所述液晶为与所述基板之间具有倾斜角度；
又，上层的所述液晶盒于所述第三电极的投影到所述第四电极的区域内的所述液晶与所述基板之间平行，而下层的所述液晶盒内的所述液晶亦与所述基板之间平行；
所述第一电极单元与所述第二电极单元施加电压，使得所述液晶旋转调整所述原始影像的行进方向，并从上层的所述基板之上的所述光偏振片输出第一影像或第二影像。
16.如权利要求15所述的光学模组，其中上层的所述液晶盒于所述第三电极的投影到所述第四电极的区域以外的所述液晶为与所述基板之间具有倾斜角度，令上层的所述液晶盒在所述第三电极的投影到所述第四电极的区域以外的位置形成透镜而打开视角。
17.如权利要求15所述的光学模组，其中所述第一电极单元与所述第二电极单元配合显示器的刷新速度对应输入不同大小的电压，令各第一电极单元及第二电极单元配合刷新速度分别接收不同的电压，产生相应的电场型态。
18.如权利要求1所述的光学模组，其中所述第一输出影像与所述第二输出影像部分重叠，所述部分重叠系模拟人类左眼及右眼视野重叠。
19.一种近眼显示装置，其特征在于，包括：
镜架，所述镜架包括一镜框及一组镜脚，所述组镜脚系设在所述镜框的两侧；
如权利要求1所述的光学模组，设在所述镜框内。
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