本发明专利技术公开了一种直线型波导显示光学系统及AR眼镜，系统包括：多个光源装置、合光装置、复眼匀光装置、中继装置、偏振分束装置、反射成像装置以及投影装置；主光束经过偏振分束装置反射后偏振态转变为P光，到达反射成像装置后对光束进行反射得到带有图像信息的反射光束并将光束偏振态转换为S光，此时主光束为S光可透过偏振分束装置入射到四分之一波片，经反射镜反射，再次通过四分之一波片，此时主光束由S光转变为P光，在经偏振分束装置反射后传输给镜头实现成像，最终经衍射波导扩瞳后实现近眼显示效果。本发明专利技术采用了一种创新的偏振分束棱镜结构，具备更高的消光比，整体光学模组呈直线型，完美适配AR眼镜整体结构。完美适配AR眼镜整体结构。完美适配AR眼镜整体结构。
【技术实现步骤摘要】
一种直线型波导显示光学系统及AR眼镜
[0001]本申请涉及近眼显示
，具体而言，涉及一种直线型波导显示光学系统及AR眼镜。
技术介绍
[0002]光波导技术是AR近眼显示领域的主流方案，它的优势在于轻薄、透过率高，FOV大等，不仅有助于实现轻量化，光波导模组在视场角、分辨率、亮度、光线透过率、Eyebox等方面同样具备优势。目前，这一方案真正有助于打造符合日常佩戴体验的轻量化的AR眼镜。
[0003]LCoS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅或硅基液晶)显示装置是一种新型的反射式投影显示装置，其是采用半导体硅晶技术控制液晶进而“投射”彩色画面的液晶显示装置。与穿透式LCD(Liquid Crystal Display)和DLP(Digital Light Procession)显示装置相比，LCoS显示装置具有光利用效率高、体积小、开口率高、制造技术成熟等优点，可以很容易实现高分辨率和充分的色彩表现。
[0004]传统的基于LCOS投影照明系统引入了偏振光，但由于偏振不纯导致对光能的利用率不高，黑白对比度不佳，导致最后的成像效果不佳。
[0005]目前基于LCoS的光波导显示光学系统，光机结构尺寸偏大，整体结构呈“L”型，镜片前侧或镜腿侧面有冗余结构，导致光波导的光机在一定程度上会遮挡视线，并导致整个AR眼镜体积庞大笨重。
技术实现思路
[0006]本申请实施例的目的在于提供一种直线型波导显示光学系统及AR眼镜，以改善传统的LCoS光波导显示光学系统对比度不高、视线遮挡以及体积笨重的问题。
[0007]第一方面，本申请实施例提供了一种直线型波导显示光学系统，包括：多个光源装置、合光装置、复眼匀光装置、中继装置、偏振分束装置、反射成像装置、投影装置以及光波导装置；所述合光装置用于将所述多个光源装置发出的光束合光得到主光束；所述复眼匀光装置用于将光源发出的椭圆形光斑整形成为符合显示芯片尺寸比例的矩形光斑并具有极好的匀光效果；所述中继装置用于调节整个光束的照射面积；所述偏振分束装置用于将所述光束传输给所述反射成像装置并压缩整体光路体积；所述反射成像装置对所述光束进行反射得到带有图像信息的反射光束；所述偏振分束装置还用于将所述反射光束传输给所述投影装置对应投影；所述投影装置将图像信息放大后传输给所述光波导装置实现出瞳扩展。
[0008]本申请实施例通过在直线型波导显示光学系统中设置多个光源装置和合光装置，可以将多个光束合光得到主光束，通过设置复眼匀光装置可以实现光束的匀光以及整形，通过设置中继装置可以调节整个光束的照射面积，通过设置偏振分束装置将偏振光束传输给反射成像装置并压缩整体光路体积，通过设置反射成像装置对偏振光束进行反射得到带有图像信息的反射光束，偏振分束装置还用于将反射光束传输给投影装置对应投影，通过
设置投影装置将图像信息放大后传输给光波导装置实现出瞳扩展，由此可以使得直线型波导显示光学系统的对比度得到提升，并且创新的直线型光路设计能够解决视线遮挡以及体积笨重的问题。
[0009]进一步地，所述光源装置包括：光源和准直平顶部件；所述准直平顶部件用于对所述光源发出的光进行准直平顶后传输给所述合光装置。
[0010]本申请实施例通过设置准直平顶部件来对光源发出的光进行准直平顶，由此来提高主光束的均匀性，提高后续投影质量品质。
[0011]进一步地，所述准直平顶部件包括沿着所述光源的出射方向依次设置的第一透镜和第二透镜；所述第一透镜和第二透镜用于对所述光源发出的光进行准直和平顶。
[0012]本申请实施例通过设置第一透镜和第二透镜，实现准直和平顶的功能，保证光源发出的光束的在空间中，高斯光能量分布尽可能均匀分布。
[0013]进一步地，所述多个光源装置包括：用于发出第一光束的绿光光源装置、用于发出第二和第三光束的红蓝光光源装置；所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束通过所述合光装置合光到所述主光束中。
[0014]本申请实施例通过设置合光装置，可以将红蓝绿三种光源装置发出的光束合光到主光束中，并将主光束传输到复眼匀光装置进行整形匀光，由此，使得主光束由红蓝绿三原色混合而成，方便后续可以根据需求调配主光束的色彩。
[0015]本申请实施例通过设置合光装置的特性，通过透射或反射来改变光源装置发出的光束的方向进行合光，同时，对光路进行折叠，增大了空间的利用率，减少了投影照明系统的占地空间。
[0016]进一步地，所述系统还包括：复眼匀光装置；所述合光装置合光得到的主光束通过所述复眼匀光装置匀光整形之后传输给所述中继装置。
[0017]本申请实施例通过设置复眼匀光装置，可以将主光束进行匀光整形后再传输给中继装置，由此使得后续得到光斑更加均匀，并且整形后匹配所需要照明的芯片尺寸比例，以此来提高整个照明系统的光能利用率。
[0018]进一步地，所述系统还包括：用于调节所述偏振光束的照射面积的中继装置；所述复眼匀光装置整形匀光后的主光束通过所述中继装置调节照射面积后传输给光束控制装置。
[0019]本申请实施例通过设置中继装置来调整偏振光束的照射面积，使得偏振光束在入射光束控制装置时，光束控制装置可以接收到所有的偏振光束，并保证偏振光束在到达像面时更加合理的匹配芯片的尺寸大小，由此可以提高投影照明系统对光能的利用率，减少不必要的光能浪费。
[0020]进一步地，所述偏振分束装置包含偏振片，用于将主光束由自然光转换为P偏振光，避免了其余偏振态光线直接透过偏振分束棱镜进入镜头形成杂散光。
[0021]进一步地，所述偏振分束装置包含偏振分束棱镜，所述偏振光束通过所述偏振分束棱镜反射后传输给所述反射成像装置；所述反射成像装置对所述偏振光束进行反射得到的反射光束，通过偏振分束棱镜透射后传输给所述投影装置对应投影。
[0022]本申请实施例通过设置偏振分束棱镜，使得偏振光束可以通过偏振分光棱镜反射后传输到反射成像装置，同时反射光线还可以通过偏振分光棱镜透射后传输到投影装置进
行投影。所述偏振分束棱镜分光面镀有偏振分光膜，不同于传统PBS膜系，所述偏振分光棱镜能够反射P光并透射S光，相比传统的PBS，所述偏振分光棱镜角度效应小并且具有更高的消光比；
[0023]进一步地，所述偏振分束装置还包括四分之一波片以及反射镜，所述四分之一波片与所述反射镜胶合形成反射波片，所述反射波片与偏振分束棱镜胶合。
[0024]本申请实施例通过设置四分之一波片以及反射镜，通过四分之一波片改变偏振光束的延迟量从而改变偏振光束偏振态，结合反射镜和偏振分光膜实现光束的偏转以及压缩，即可实现整体光路的直线型排布，减少整体结构的冗余。
[0025]所述偏振分束棱镜包括：两个截面为梯形的第一棱镜和第二棱镜、设置在所述第一棱镜和第二棱镜之间的反P透S的偏振膜、设置在所述第二棱镜上的四分之一波片以及设置在所述四分之一波片上的反射镜；
[0026]所述偏振片设置在所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直线型波导显示光学系统，其特征在于，包括：多个光源装置、合光装置、复眼匀光装置、中继装置、偏振分束装置、反射成像装置、投影装置以及光波导装置；所述合光装置用于将所述多个光源装置发出的光束合光得到主光束；所述复眼匀光装置用于将主光束发出的椭圆形光斑整形成为符合显示芯片尺寸比例的矩形光斑；所述中继装置用于调节矩形光斑的照射面积；所述偏振分束装置用于将所述中继装置输出的光束传输给所述反射成像装置并压缩整体光路体积；所述反射成像装置对光束进行反射得到带有图像信息的反射光束；所述偏振分束装置还用于将所述带有图像信息的反射光束传输给所述投影装置对应投影；所述投影装置将图像信息放大后传输给所述光波导装置实现出瞳扩展。2.根据权利要求1所述的直线型波导显示光学系统，其特征在于，所述多个光源装置包括：用于发出第一光束的绿光光源装置、用于发出第二和第三光束的红蓝光光源装置；所述第一光束、所述第二光束和所述第三光束通过所述合光装置合光到所述主光束中。3.根据权利要求1所述的直线型波导显示光学系统，其特征在于，所述偏振分束装置包括偏振分束棱镜和设置在所述偏振分束棱镜入射位置的偏振片，所述偏振片用于将所述中继装置输出的光束由自然光转换为P偏振光。4.根据权利要求3所述的直线型波导显示光学系统，其特征在于，所述偏振分束棱镜包括：两个截面为梯形的第一棱镜和第二棱镜、设置在所述第一棱镜和第二棱镜之间的反P透S的偏振膜、设置在所述第二棱镜上的四分之一波片以及设置在所述四分之一波片上的反射镜；所述偏振片设置在所述第一棱镜的入射面，所述第一棱镜的出射面与所述反射成像装置光路连接。5.根据权利要求4所述的直线型波导显示光学系统，其特征在于，所述偏振片将所述中继装置输出的光束转变为P偏振光，所述P偏振光通过所述反P透S的偏振膜反射后经所述第一棱镜的出射面传输给所述反射成像装置；所述反射成像装置对所述P偏振...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈旭辉，金波，朱宇杰，邵攀，
申请(专利权)人：杭州科汀光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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