CN112904566A - 照明光学***及光学显示设备 - Google Patents

照明光学***及光学显示设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112904566A
CN112904566A CN202110303253.6A CN202110303253A CN112904566A CN 112904566 A CN112904566 A CN 112904566A CN 202110303253 A CN202110303253 A CN 202110303253A CN 112904566 A CN112904566 A CN 112904566A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
light beam
beams
optical system
illumination optical
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CN202110303253.6A
Other languages
English (en)
Inventor
宋强
唐笑运
黄浩
马国斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Long Optoelectronics Co Ltd
Original Assignee
Long Optoelectronics Co Ltd
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 Long Optoelectronics Co Ltd filed Critical Long Optoelectronics Co Ltd
Priority to CN202110303253.6A priority Critical patent/CN112904566A/zh
Publication of CN112904566A publication Critical patent/CN112904566A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0101—Head-up displays 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
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • 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
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • 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
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/206—Control of light source other than position or intensity
    • 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
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

本发明涉及一种照明光学***，其包括光源、扩束波导组件以及匀光组件，其中：光源，用于向扩束波导组件发出光源光束；扩束波导组件，用于接收光源光束，对光源光束进行光束扩展处理以形成第一光束，并将第一光束出射至匀光组件；匀光组件，用于接收第一光束，对第一光束进行匀光处理以形成第二光束，并出射第二光束，其中，第二光束用于充当投射至光学显示设备的投影入射光，或用于产生投射至光学显示设备的投影入射光。本发明的照明光学***体积小、且有利于小型化设计。

Description

照明光学***及光学显示设备
技术领域
本发明涉及光学显示技术领域，特别是涉及一种照明光学***及光学显示设备。
背景技术
随着显示技术的发展，出现了增强现实技术，增强现实技术是将虚拟信息和真实世界相融合的技术，其中近眼显示设备是增强现实技术中的关键环节。近眼显示设备可以让用户看到真实世界的同时看到计算机构建的虚拟图像。
传统技术中，近眼显示设备通常包括照明光学***、偏振片、PBS棱镜、微显示屏、准直透镜组和扩瞳波导片等器件，照明光学***产生的投影入射光依次经过偏振片、PBS棱镜及微显示屏，从微显示屏反射回来的投影入射光再依次经过PBS棱镜、准直透镜组和扩瞳波导片后，入射至人眼；其中，照明光学***的优化设计是影响近眼显示设备成像的重要环节，照明光学***所出射的光线的亮度及亮度均匀性是影响显示效果的重要因素，为了保证照明光学***的亮度均匀性，需要在照明光学***上设置多个菲涅尔透镜作为匀光结构。
然而，在实际使用中，由于多个菲涅尔透镜占用的体积较大，使得照明光学***的体积较大，不利于小型化设计。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种体积小、且有利于小型化设计的照明光学***及光学显示设备。
本发明提供一种照明光学***，包括光源、扩束波导组件以及匀光组件，其中：
所述光源，用于向所述扩束波导组件发出光源光束；
所述扩束波导组件，用于接收所述光源光束，对所述光源光束进行光束扩展处理以形成第一光束，并将所述第一光束出射至所述匀光组件；
所述匀光组件，用于接收所述第一光束，对所述第一光束进行匀光处理以形成第二光束，并出射所述第二光束；其中，所述第二光束用于充当投射至光学显示设备的投影入射光，或用于产生投射至光学显示设备的投影入射光。
在一个实施例中，所述扩束波导组件包括转折分光膜阵列以及连接于所述转折分光膜阵列的耦出分光膜阵列，其中：
所述转折分光膜阵列，用于接收所述光源光束，对所述光源光束进行分光处理以形成至少两束转折光束，并分别将每一所述转折光束反射至所述耦出分光膜阵列；
所述耦出分光膜阵列，用于分别接收每一所述转折光束，对每一所述转折光束进行分光处理以形成至少两束耦出光束，并将所有所述耦出光束反射至所述匀光组件；其中，多束所述耦出光束共同形成所述第一光束。
在一个实施例中，所述转折分光膜阵列包括至少两个分别沿第一方向排列设置的第一分光膜，每一所述第一分光膜以第一预设倾斜角度与所述第一方向倾斜设置；所述耦出分光膜阵列包括至少两个分别沿第二方向排列设置的第二分光膜，每一所述第二分光膜以第二预设倾斜角度与所述第二方向倾斜设置；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
在一个实施例中，多个所述第一分光膜相互平行设置，且所述第一预设倾斜角度为45°；多个所述第二分光膜相互平行设置，且所述第二预设倾斜角度为45°。
在一个实施例中，多个所述第一分光膜的反射率沿所述第一方向依次递增，多个所述第二分光膜的反射率沿所述第二方向依次递增。
在一个实施例中，所述扩束波导组件包括波导片、耦入光栅以及耦出光栅，所述波导片包括分别位于相邻两个侧面上的入光面和出光面，所述耦入光栅设置于所述入光面，所述耦出光栅设置于所述出光面，其中：
所述光源，用于将所述光源光束以预设入射角度投射至所述耦入光栅；其中，所述预设入射角度为所述光源光束与所述耦入光栅所形成的平面之间的夹角角度；
所述耦入光栅，用于接收所述光源光束，并对所述光源光束进行衍射处理以形成第一衍射光束，并将所述第一衍射光束经由所述波导片投射至所述耦出光栅；
所述耦出光栅，用于接收所述第一衍射光束，并对所述第一衍射光束进行衍射处理以获得第二衍射光束，并将所述第二衍射光束投射至所述匀光组件；其中，所述第二衍射光束用于充当所述第一光束。
在一个实施例中，所述匀光组件，包括：
光束发散器，用于接收所述第一光束，并对所述第一光束进行发散处理以形成发散光束；其中，所述发散光束用于充当所述第二光束，或用于产生所述第二光束。
在一个实施例中，所述匀光组件，还包括：
扩散片，用于接收所述发散光束，并对所述发散光束进行扩散处理以形成扩散光束；其中，所述扩散光束用于充当所述第二光束。
在一个实施例中，所述照明光学***，还包括：
偏振片，用于接收所述第二光束，对所述第二光束进行偏振处理以形成第三光束，并出射所述第三光束；其中，所述第三光束用于充当所述投影入射光。
一种光学显示设备，包括上述的照明光学***，所述照明光学***用于产生投影入射光；其中，所述投影入射光用于投射至投影对象以产生图像画面。
上述照明光学***及光学显示设备中，通过扩束波导组件对光源的光源光束进行光束扩展处理后可获得宽度较大的第一光束，再通过匀光组件对第一光束进行匀光处理可获得宽度较大、且亮度均匀性高的第二光束，而后直接或间接地将第二光束作为投影入射光，为形成宽度较大、亮度均匀性高的投影入射光提供了条件的同时，由于扩束波导组件体积较小，有效地减小照明光学***的体积，有利于照明光学***的体积的小型化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施方式的照明光学***的结构示意图；
图2为图1的照明光学***的立体结构示意图；
图3为图1的扩束波导组件的正视图；
图4为另一实施例的扩束波导组件的结构示意图。
具体实施例
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
请同时参阅图1-3所示，本发明提供一种照明光学***100，其包括光源10、扩束波导片20以及匀光组件30，其中：
光源10，用于向扩束波导组件20发出光源光束L0。
其中，光源10可以为LED(Light Emitting Diode，即发光二极管)光源或为LD光源，比如，在其中一个实施方式中，光源10为LED发光芯片，该LED发光芯片发出的长度、宽度分别为1mm的光源光束L0，当然，光源光束L0的长度、宽度由LED发光芯片的发光区域的尺寸决定，因此，在实际使用中，可通过选择发光区域的尺寸不同的LED发光芯片，以选择尺寸不同的光源光束。
扩束波导组件20，用于接收光源光束L0，对光源光束L0进行光束扩展处理以形成第一光束L1，并将第一光束L1出射至匀光组件30。
其中，第一光束L1是由多束子光束阵列排布而成的，而光束扩展处理的方式是不限的，可以利用几何光学分光膜阵列进行光束扩展处理，即，通过多片透射率、反射率不同的分光膜片的排列设置以形成分光膜阵列，在光源光束L0在分光膜阵列内发生多次的透射现象和反射现象后，扩展出了多束子光束，多束子光束共同形成光束阵列，从而实现对光源光束L0的光束扩展处理；也可以利用衍射光学微结构进行光束扩展处理，即，通过耦入光栅和耦出光栅的配合设置，光源光束入射至耦入光栅发生第一次衍射以形成多束第一衍射光束，各第一衍射光束投射至耦出光栅发生第二次衍射以形成多束第二衍射光束，从而实现对光源光束的光束扩展处理。
匀光组件30，用于接收第一光束L1，对第一光束L1进行匀光处理以形成第二光束L2，并出射第二光束L2；其中，第二光束L2用于充当投射至光学显示设备的投影入射光，即第二光束L2从照明光学***100出射后可直接作为投影入射光；第二光束L2也可用于产生投射至光学显示设备的投影入射光，即将第二光束L2进行投影入射预处理后形成投影入射光，第二光束L2间接作为投影入射光。上述照明光学***100中，通过扩束波导组件20对光源光束L0进行光束扩展处理后可获得宽度较大的第一光束L1，再通过匀光组件30对第一光束L1进行匀光处理可获得宽度较大、且亮度均匀性高的第二光束L2，而后直接或间接将第二光束L2作为投影入射光，为形成宽度较大、亮度均匀性高的投影入射光提供了条件的同时，由于扩束波导组件20体积较小，有效地减小照明光学***100的体积，有利于照明光学***100的体积的小型化设计。
需要说明的是，在其中一实施例中，利用几何光学分光膜阵列进行光束扩展处理时，即，通过分光膜阵列对光源光束进行光束扩展处理时，扩束波导组件至少包括一个分光膜阵列，分光膜阵列具体的数量根据实际设计的需求进行具体的选择，扩束波导组件具体的实施例包括但不限于以下三个实施例的形式，具体的：
可以理解的是，在一个实施例中，请参阅图1-3所示，扩束波导组件20包括转折分光膜阵列21以及连接于转折分光膜阵列21的耦出分光膜阵列22，其中：
转折分光膜阵列21，用于接收光源光束L0，对光源光束L0进行分光处理以形成至少两束转折光束Lx，并分别将每一转折光束Lx反射至耦出分光膜阵列22；耦出分光膜阵列22，用于分别接收每一转折光束Lx，对每一转折光束Lx进行分光处理以形成至少两束耦出光束Ly，并将所有耦出光束Ly反射至匀光组件30；其中，多束耦出光束Ly共同形成第一光束L1。
在一个实施例中，转折分光膜阵列21包括至少两个分别沿第一方向X排列设置的第一分光膜211，每一第一分光膜211以第一预设倾斜角度α与第一方向X倾斜设置；具体的，转折分光膜阵列21还包括了至少两个分别沿第一方向X排列设置的第一波导片210，每一第一分光膜211夹设于相邻两个第一波导片210之间。
可以理解的是，在转折分光膜阵列21中，多个第一分光膜211的反射率沿第一方向X依次递增，光源光束L0从反射率最低的第一分光膜211开始入射，并沿第一方向X依次透过各第一分光膜211，在透过反射率不为100％的任一第一分光膜211时，光源光束L0被分为两束子光束，其中一束子光束作为转折光束Lx被反射至耦出分光膜阵列22，另一束子光束透过当前的第一分光膜211以投射至下一个第一分光膜211以发生下一次反射和透射，以此类推，直至光源光束L0最后透射至反射率为100％的第一分光膜211时被完全反射至耦出分光膜阵列22，无其他光束透过该反射率为100％的第一分光膜211；通过上述设置，使得光源光束L0在转折分光膜阵列21中发生了多次的反射现象和多次透射现象，以形成多束转折光束Lx，从而实现对光源光束L0的分光处理。
耦出分光膜阵列22包括至少两个分别沿第二方向Y排列设置的第二分光膜221，每一第二分光膜221以第二预设倾斜角度β与第二方向Y倾斜设置。其中，第一方向X与第二方向Y垂直设置；具体的，耦出分光膜阵列22还包括了至少两个分别沿第二方向Y排列设置的第二波导片220，每一第二分光膜221夹设于相邻两个第二波导片220之间。
可以理解的是，在耦出分光膜阵列22中，多个第二分光膜221的反射率沿第二方向Y依次递增，每一转折光束Lx从反射率最低的第二分光膜221开始入射，并沿第二方向Y依次透过各第二分光膜221，而耦出分光膜阵列22的分光处理与转折分光膜阵列21的分光处理的原理相同，在此不再展开赘述；通过上述设置，使得每一转折光束Lx在耦出分光膜阵列22中发生了多次的反射现象和多次透射现象，以形成多束耦出光束Ly，从而实现对每一转折光束Lx的分光处理。
值得一提的是，各分光膜(分光膜为第一分光膜或第二分光膜)相互之间的空间关系、倾斜角度(倾斜角度为第一预设倾斜角度或第二预设倾斜角度)的大小、及相邻两个分光膜(分光膜为第一分光膜或第二分光膜)之间距离可以根据实际设计的需求进行具体设置。
比如，在一个实施例中，为了保证转折光束阵列中多束转折光束Lx的平行度和均匀性，可以使多个第一分光膜211相互平行设置，第一预设倾斜角度α为45°，同理，为了保证耦出光束阵列中多束耦出光束Ly的平行度和均匀性，可以使多个第二分光膜221相互平行设置，第二预设倾斜角度β为45°。
更优的，为了进一步提高转折光束阵列中多束转折光束Lx排布的均匀性，可使多个第一分光膜211沿第一方向X等间距排列，同理，为了进一步提高耦出光束阵列中多束耦出光束Ly排布的均匀性，多个第二分光膜221沿第一方向Y等间距排列。
为了方便理解上述方案，下面举出其中一个例子对上述方案展开说明，但本案要求的保护范围不限于所举出的例子，具体的，以光源10发出一束光源光束L0为例展开说明上述的光束扩展处理过程，其中：
首先，光源10发出一束长度、宽度分别为1mm的光源光束L0，该光源光束L0投射至转折分光膜阵列21，在转折分光膜阵列21中进行了第一次的光束扩展处理，即，将利用转折分光膜阵列21对一束光源光束L0进行分光处理后形成了一个由n束转折光束Lx共同构成的转折光束阵列，其中，n≥2。
而后，将转折光束阵列投射至耦出分光膜阵列22进行第二次的光束扩展处理，即，利用耦出分光膜阵列22对每一转折光束Lx进行分光处理后形成了一个由m束耦出光束Ly共同构成的耦出光束阵列，其中，m≥2。
由于转折光束Lx的数量为n束，对应的，形成耦出光束阵列为n个，n个耦出光束阵列共同形成第一光束L1(即由n×m束子光束共同构成的光束阵列)，将第一光束L1投射至匀光组件30，可见本实施例中，可将一束光源光束L0扩束为n×m束子光束，有效地提高了第一光束L1的长度、宽度，保证投射至匀光组件30能够获取到宽度较大的第一光束L1。
在实际应用中，第一分光膜211的具体数量决定了上述的数量n，第二分光膜221的具体数量决定了上述的数量m，在一些实施例中，为了更好地提高第一光束L1的子光束排布的均匀性，可以使第一分光模211及第二分光模221的数量相同，即使得n＝m，使得第一光束L1中各子光束的排布更加均匀；比如，在本实施例中，第一分光膜211包括十个且分别沿第一方向X依次排列，十个第一分光膜211的反射率沿第一方向X依次为10％、11.1％、12.5％、14.3％、16.7％、20％、25％、33.3％、50％和100％，光源光束L0从反射率最低的第一分光膜211(即反射率为10％)处入射；第二分光膜221包括十个且分别沿第二方向Y依次排列，十个第二分光膜221的反射率沿第二方向Y依次为10％、11.1％、12.5％、14.3％、16.7％、20％、25％、33.3％、50％和100％，其中，每一转折光束Lx从反射率最低的第二分光膜221(即反射率为10％)处入射。
上述设置中，一束光源光束L0经过转折分光膜阵列21的分光处理后获得十束转折光束Lx，即数量n为10，每一束转折光束Lx经过耦出分光膜阵列22的分光处理后获得十束耦出光束Ly，即数量m为10，一束光源光束L0经过扩束波导组件20的光束扩展处理后可获得由10×10束子光束构成的第一光束L1。
进一步的，十个第一分光膜211沿第一方向X以1mm的间隔距离依次等间距排列，十个第二分光膜221沿第二方向Y以1mm的间隔距离依次等间距排列，使得一束长度、宽度分别为1mm的光源光束L0经过扩束波导组件20的光束扩展处理后可获得为长度、宽度为10mm的第一光束L1。
可以理解的是，在一个实施例中，请参阅图4所示，扩束波导组件20c包括波导片21c、耦入光栅22c以及耦出光栅23c，波导片21c包括分别位于相邻两个侧面上的入光面211c和出光面212c，耦入光栅22c设置于入光面211c，耦出光栅23c设置于出光面212c，其中：
光源10c，用于将光源光束L0以预设入射角度θ投射至耦入光栅22c；其中，预设入射角度θ为光源光束L0与耦入光栅22c所形成的平面之间的夹角角度；
耦入光栅22c，用于接收光源光束L0，并对光源光束L0进行衍射处理以形成第一衍射光束Lc1，并将第一衍射光束Lc1经由波导片21c投射至耦出光栅23c。
耦出光栅23c，用于接收第一衍射光束Lc1，并对第一衍射光束Lc1进行衍射处理以获得第二衍射光束Lc2，并将第二衍射光束Lc2投射至匀光组件；其中，第二衍射光束Lc2用于充当第一光束L1。
上述结构中，光源光束L0作为耦入光线以大角度(即预设入射角度θ)倾斜入射到耦入光栅22c上发生第一次衍射现象以形成第一衍射光束Lc1，并改变出射方向将第一衍射光束Lc1出射，第一衍射光束Lc1以大倾角投射到耦出光栅23c上发生第二次衍射现象以形成第二衍射光束Lc2，并改变出射方向将第二衍射光束Lc2出射；在本实施例中，光源光束L0的长度、宽度均为1mm，在光源光束L0依次通过耦入光栅22c和耦出光栅23c的过程中，光源光束L0经过了两次大倾角入射、转向，最后扩束为长度、宽度均为10mm的第一光束L1。
值得一提的是，耦入光栅22c和耦出光栅23c包括但不限于全息光栅、浮雕光栅、二维光栅、全息透镜和超表面等微结构，在一个实施例中，耦入光栅22c和耦出光栅23c均为全息光栅。
可以理解的是，在一个实施例中，请参阅图1所示，匀光组件30包括：
光束发散器31，用于接收第一光束L1，并对第一光束L1进行发散处理以形成发散光束，发散光束为发散角度大、且亮度均匀性高的发散光源，其可直接用于充当第二光束L2。
当然，在其他实施例中，发散光束也可用于产生第二光束L2，具体的，在一个实施例中，为了更进一步地提高第二光束L2的亮度均匀性，匀光组件30还包括：
扩散片32，用于接收发散光束，并对发散光束进行扩散处理以形成扩散光束；即，利用发散光束打到扩散片32中以获得亮度均匀性更高的扩散光束，将扩散光束充当第二光束L2，有利于进一步提高第二光束L2的亮度均匀性。
需要说明的是，由照明光学***投射至光学显示设备的投影入射光，可以根据光学显示设备的具体结构而决定在投影入射光入射前是否需要进行入射预处理，当光学显示设备为近眼显示装置，则由匀光组件出射的第二光束在入射光学显示设备的PBS棱镜前，需经过光偏振结构的偏振处理，而光偏振结构的位置设置是不限的，光偏振结构可以设置于照明光学***外，使光偏振结构与照明光学***相互独立，光偏振结构也可以设置于照明光学***内，即在照明光学***内设置光偏振结构，使得光偏振结构与照明光学***形成一体结构。
可以理解的是，在一个实施例中，光偏振结构设置于照明光学***内，具体的，请参阅图1-2所示，照明光学***100还包括偏振片4，其中：
偏振片4作为光偏振结构，用于接收第二光束L2，对第二光束L2进行偏振处理以形成第三光束L3，并出射第三光束L3；其中，第三光束L3作为投影入射光，而第二光束L2用于产生第三光束L3。
值得一提的是，根据光偏振结构的位置设置的原理，同理的，PBS棱镜、微显示屏以及准直透镜等结构分别与照明光学***相互独立设置、或分别与照明光学***形成一体结构，可以理解的是，在一个实施例中，PBS棱镜、微显示屏以及准直透镜设置于照明光学***内，具体的，请参阅图1-2所示，照明光学***100还包括PBS棱镜5、准直透镜6以及微显示屏7，其中：PBS棱镜5，用于接收第三光束L3，将第三光束L3投射至微显示屏6；
微显示屏6，用于接收第三光束L3，改变第三光束L3的偏振态以获得第四光束L4，并将第四光束L4反射至PBS棱镜，第四光束L4在PBS棱镜中发生透射并投射至准直透镜7；
准直透镜7，用于接收第四光束L4，对第四光束L4进行准直处理，以获得投影入射光。
可以理解的是，在一个实施例中，请参阅图1-3所示，照明光学***100还包括转折反射单元8；转折反射单元8连接于扩束波导组件20，用于接收光源光束L0，并将光源光束L0反射入扩束波导组件20，通过转折反射单元8的设置，可以释放光源10的位置设计，光源10不需与扩束波导组件20正对设置。
一种光学显示设备，包括上述的照明光学***，照明光学***作为光学显示设备的投影入射光来源，照明光学***产生的投影入射光投射至投影对象以产生图像画面。
值得一提的是，光学显示设备包括但不限于近眼显示装置和光学投影仪，比如，在一实施例中，光学显示设备为近眼显示装置，照明光学***用于产生的投影入射光，该投影入射光经过近眼显示装置的扩瞳波导片后，最后投射至投影对象以产生图像画面(即投射至使用者的眼睛中以使眼睛获取到图像画面)。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种照明光学***，其特征在于，包括光源、扩束波导组件以及匀光组件，其中：
所述光源，用于向所述扩束波导组件发出光源光束；
所述扩束波导组件，用于接收所述光源光束，对所述光源光束进行光束扩展处理以形成第一光束，并将所述第一光束出射至所述匀光组件；
所述匀光组件，用于接收所述第一光束，对所述第一光束进行匀光处理以形成第二光束，并出射所述第二光束；其中，所述第二光束用于充当投射至光学显示设备的投影入射光，或用于产生投射至光学显示设备的投影入射光。
2.根据权利要求1所述的照明光学***，其特征在于，所述扩束波导组件包括转折分光膜阵列以及连接于所述转折分光膜阵列的耦出分光膜阵列，其中：
所述转折分光膜阵列，用于接收所述光源光束，对所述光源光束进行分光处理以形成至少两束转折光束，并分别将每一所述转折光束反射至所述耦出分光膜阵列；
所述耦出分光膜阵列，用于分别接收每一所述转折光束，对每一所述转折光束进行分光处理以形成至少两束耦出光束，并将所有所述耦出光束反射至所述匀光组件；其中，多束所述耦出光束共同形成所述第一光束。
3.根据权利要求2所述的照明光学***，其特征在于，所述转折分光膜阵列包括至少两个分别沿第一方向排列设置的第一分光膜，每一所述第一分光膜以第一预设倾斜角度与所述第一方向倾斜设置；所述耦出分光膜阵列包括至少两个分别沿第二方向排列设置的第二分光膜，每一所述第二分光膜以第二预设倾斜角度与所述第二方向倾斜设置；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。
4.根据权利要求3所述的照明光学***，其特征在于，多个所述第一分光膜相互平行设置，且所述第一预设倾斜角度为45°；多个所述第二分光膜相互平行设置，且所述第二预设倾斜角度为45°。
5.根据权利要求3所述的照明光学***，其特征在于，多个所述第一分光膜的反射率沿所述第一方向依次递增，多个所述第二分光膜的反射率沿所述第二方向依次递增。
6.根据权利要求1所述的照明光学***，其特征在于，所述扩束波导组件包括波导片、耦入光栅以及耦出光栅，所述波导片包括分别位于相邻两个侧面上的入光面和出光面，所述耦入光栅设置于所述入光面，所述耦出光栅设置于所述出光面，其中：
所述光源，用于将所述光源光束以预设入射角度投射至所述耦入光栅；其中，所述预设入射角度为所述光源光束与所述耦入光栅所形成的平面之间的夹角角度；
所述耦入光栅，用于接收所述光源光束，并对所述光源光束进行衍射处理以形成第一衍射光束，并将所述第一衍射光束经由所述波导片投射至所述耦出光栅；
所述耦出光栅，用于接收所述第一衍射光束，并对所述第一衍射光束进行衍射处理以获得第二衍射光束，并将所述第二衍射光束投射至所述匀光组件；其中，所述第二衍射光束用于充当所述第一光束。
7.根据权利要求1所述的照明光学***，其特征在于，所述匀光组件，包括：
光束发散器，用于接收所述第一光束，并对所述第一光束进行发散处理以形成发散光束；其中，所述发散光束用于充当所述第二光束，或用于产生所述第二光束。
8.根据权利要求7所述的照明光学***，其特征在于，所述匀光组件，还包括：
扩散片，用于接收所述发散光束，并对所述发散光束进行扩散处理以形成扩散光束；其中，所述扩散光束用于充当所述第二光束。
9.根据权利要求1-8任一项所述的照明光学***，其特征在于，所述照明光学***，还包括：
偏振片，用于接收所述第二光束，对所述第二光束进行偏振处理以形成第三光束，并出射所述第三光束；其中，所述第三光束用于充当所述投影入射光。
10.一种光学显示设备，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的照明光学***，所述照明光学***用于产生投影入射光；其中，所述投影入射光用于投射至投影对象以产生图像画面。
CN202110303253.6A 2021-03-22 2021-03-22 照明光学***及光学显示设备 Pending CN112904566A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110303253.6A CN112904566A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 照明光学***及光学显示设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110303253.6A CN112904566A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 照明光学***及光学显示设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112904566A true CN112904566A (zh) 2021-06-04

Family

ID=76105913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110303253.6A Pending CN112904566A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 照明光学***及光学显示设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112904566A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113759554A (zh) * 2021-09-13 2021-12-07 京东方科技集团股份有限公司 投影显示***、方法及存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103329029A (zh) * 2010-11-19 2013-09-25 瑞尔D股份有限公司 导向性平坦照射器
CN107305291A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示***
CN108983425A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 深圳珑璟光电技术有限公司 一种二维出瞳扩展波导近眼光学显示装置
CN109581664A (zh) * 2018-12-28 2019-04-05 北京灵犀微光科技有限公司 光学装置和增强现实显示装置
WO2019238875A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Continental Automotive Gmbh Gerät zum darstellen eines virtuellen bildes
CN111399328A (zh) * 2020-05-07 2020-07-10 杭州光粒科技有限公司 一种照明装置和投影显示***
CN111812841A (zh) * 2020-03-06 2020-10-23 谷东科技有限公司 一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法
CN112130252A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 谷东科技有限公司 一种几何光波导装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103329029A (zh) * 2010-11-19 2013-09-25 瑞尔D股份有限公司 导向性平坦照射器
CN107305291A (zh) * 2016-04-22 2017-10-31 成都理想境界科技有限公司 一种近眼显示***
WO2019238875A1 (de) * 2018-06-15 2019-12-19 Continental Automotive Gmbh Gerät zum darstellen eines virtuellen bildes
CN108983425A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 深圳珑璟光电技术有限公司 一种二维出瞳扩展波导近眼光学显示装置
CN109581664A (zh) * 2018-12-28 2019-04-05 北京灵犀微光科技有限公司 光学装置和增强现实显示装置
CN111812841A (zh) * 2020-03-06 2020-10-23 谷东科技有限公司 一种体全息光栅二维扩瞳波导片及其扩瞳方法
CN111399328A (zh) * 2020-05-07 2020-07-10 杭州光粒科技有限公司 一种照明装置和投影显示***
CN112130252A (zh) * 2020-09-16 2020-12-25 谷东科技有限公司 一种几何光波导装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113759554A (zh) * 2021-09-13 2021-12-07 京东方科技集团股份有限公司 投影显示***、方法及存储介质
CN113759554B (zh) * 2021-09-13 2023-10-10 京东方科技集团股份有限公司 投影显示***、方法及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11686944B2 (en) Method and system for high resolution digitized display
JP6867999B2 (ja) 反射型転換アレイを有する結像光ガイド
CN112969955B (zh) 具有二向色分束器颜色组合器的光学装置和***
US8331006B2 (en) Display device and a method for illuminating a light modulator array of a display device
US7413311B2 (en) Speckle reduction in laser illuminated projection displays having a one-dimensional spatial light modulator
JP2021508075A (ja) 回折導波路要素及び回折導波路ディスプレイ
US9448415B2 (en) Spatially interleaved polarization converter for LCOS display
CN113238315B (zh) 光源装置和抬头显示装置
JP2009512883A (ja) レーザ・スペックルを低減する方法および装置
US20220317467A1 (en) Optical Devices Having Dichroic Beam Combiners, Optical Devices for Use with Dichroic Beam Combiners, and Methods of Manufacture Therefor
JP2007065080A (ja) 空間光変調光学装置とこれを用いた虚像光学装置及び投射型画像表示装置
CN114730086B (zh) 采用散光光学器件和像差补偿的显示器
CN112904566A (zh) 照明光学***及光学显示设备
CN214252751U (zh) 一种近眼显示***
CN211857162U (zh) 一种照明装置和投影显示***
CN112965247A (zh) 一种投影光学***及近眼显示设备
TW202111391A (zh) 雷射光學投影模組及包含其之穿戴裝置
CN217360453U (zh) 一种近眼显示***及设备
CN114779479B (zh) 近眼显示装置及穿戴设备
JP2024507501A (ja) 多波長インカップリング回折光学素子を有する画像光ガイド
CN111399328A (zh) 一种照明装置和投影显示***
CN112882229A (zh) 一种增强现实显示***
CN218240562U (zh) 一种光学***及近眼显示设备
WO2024073100A1 (en) Dual projector system and image light guide
CN115903224A (zh) 光源装置、显示装置、抬头显示***及交通工具

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210604

RJ01 Rejection of invention patent application after publication