CN111290208A - 一种照明光学系统 - Google Patents

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宋强
马国斌
汪涛
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Abstract

本发明实施例涉及光学技术领域，公开了一种照明光学系统，包括：光源，以及，依次设置在所述光源出光方向上的积分棒、第一扩散片和准直透镜组，其中，准直透镜组由至少一片菲涅尔透镜组成，本发明实施例提供的照明光学系统仅需至少一片菲涅尔透镜，该照明光学系统体积较小且照明效果较佳。

Description

一种照明光学系统
技术领域
本发明实施例涉及光学技术领域，特别涉及一种照明光学系统。
背景技术
随着AR(增强现实显示)智能眼镜的崛起，高清且小型化的投影显示系统越来越被重视，其中，照明光学系统所出射的光线的亮度是决定最终显示效果的重要因素。一些可以自主发光的微显示器如LCD、OLED等由于本身的亮度不高无法大规模应用，而另外一些不能自主发光的器件如LCOS、DMD等则可以通过外部光源来照明其显示芯片的方式来获得所需的亮度以及不同的灰阶和颜色画面。
在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：目前，一方面，亮度和均匀性较好的的照明光学系统体积一般都比较庞大，另一方面，小型化较好的照明光学系统的照明效果又不佳。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的目的是提供一种照明效果好且体积小的照明光学系统及投影显示系统。
本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
为解决上述技术问题，本发明实施例中提供了一种照明光学系统，包括：光源，以及，依次设置在所述光源出光方向上的积分棒、第一扩散片和准直透镜组，其中，
所述准直透镜组由至少一片菲涅尔透镜组成。
在一些实施例中，所述准直透镜组包括依次设置的第一菲涅尔透镜、第二菲涅尔透镜和第三菲涅尔透镜，其中，
所述第一菲涅尔透镜的光面朝向所述积分棒，所述第二菲涅尔透镜的光面朝向所述第一菲涅尔透镜的锯齿面，所述第三菲涅尔透镜的光面朝向所述第二菲涅尔透镜的锯齿面。
在一些实施例中，所述第一扩散片的入光面与所述积分棒的出光面之间设置有一定的空气间隙。
在一些实施例中，所述积分棒为锥形方棒，所述积分棒的入光面的面积小于所述积分棒的出光面的面积。
在一些实施例中，所述积分棒为耐高温实心矩形方棒。
在一些实施例中，所述积分棒为异形方棒。
在一些实施例中，所述照明光学系统还包括：分光棱镜，其设置在所述准直透镜组的出光方向上。
在一些实施例中，所述照明光学系统还包括：第二扩散片，所述第二扩散片设置在所述准直透镜组的出射方向上。
在一些实施例中，所述第一扩散片和/或所述第二扩散片为衍射光学元件。
在一些实施例中，所述第一扩散片和/或所述第二扩散片为微透镜阵列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种照明光学系统，包括：光源，以及，依次设置在所述光源出光方向上的积分棒、第一扩散片和准直透镜组，其中，准直透镜组由至少一片菲涅尔透镜组成，本发明实施例提供的照明光学系统仅需至少一片菲涅尔透镜，该照明光学系统体积较小且照明效果较佳。
附图说明
一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种照明光学系统的光学结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种积分棒的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种照明光学系统的光学结构示意图；
图4是本发明实施例提供的照明光学系统的照明效果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
为了便于连接结构限定，本发明以光路行进/光轴的出射方向为参考进行部件的位置限定。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
请参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种照明光学系统的光学结构，所述照明光学系统可应用于投影显示系统，所述照明光学系统包括：光源100，以及，依次设置在所述光源100出光方向上的积分棒 101、第一扩散片102和准直透镜组103，其中，所述准直透镜组103由至少一片菲涅尔透镜组成。
在本发明实施例中，所述光源100可以是LED或LD光源。优选地，所述光源100采用了欧司朗型号为N7WM的LED光源，其具有高功率、高光能转化率的特点。在如图1所示实施例中，所述光源100出射的光线通过所述积分棒101和做主第一扩散片102后，可等效为均匀发光的面光源，经所述准直透镜组103(以及棱镜104)照明到微显示器上，可形成科勒照明。本发明实施例提供的照明光学系统可使微显示器获得均匀且充分明亮的照明，且不会产生耀眼的眩光。
在本发明实施例中，所述积分棒101可以是实心的，也可以是空心的，可以是矩形方棒或锥形方棒，也可以是异形方棒，所述积分棒101 用于充分利用光源100的大角度光线，提高照明光学系统的光能利用率。例如，可以是如图2所示的锥形方棒，其为锥形方棒时，所述积分棒101 的入光面的面积小于所述积分棒101的出光面的面积。或者，所述积分棒101可以是耐高温实心矩形方棒，其为实心矩形方棒时，优选地，其尺寸为5*3.6*2mm。或者，所述积分棒101还可以是如图3所示的异形方棒105，采用所述异形方棒105，可使得整个照明光学系统中的光路更加紧凑，以节省空间，缩小体积。
在本发明实施例中，所述第一扩散片102的入光面与所述积分棒101 的出光面之间设置有一定的空气间隙，所述第一扩散片102用于对光束进行均匀化处理，以消除光源芯片像。在一些实施例中，所述第一扩散片102的入光面与所述积分棒101的出光面之间还可以设置有一定的空气间隙。所述第一扩散片102可以是折射的扩散片，例如匀光板；或者，所述第一扩散片102还可以是衍射的扩散片，例如工程扩散片，或者是衍射光学元件(DOE器件)，或者是微透镜阵列。
在本发明实施例中，所述准直透镜组103包括依次设置的第一菲涅尔透镜、第二菲涅尔透镜和第三菲涅尔透镜，其中，所述第一菲涅尔透镜的光面朝向所述积分棒，所述第二菲涅尔透镜的光面朝向所述第一菲涅尔透镜的锯齿面，所述第三菲涅尔透镜的光面朝向所述第二菲涅尔透镜的锯齿面。本发明实施例采用由至少一片菲涅尔透镜组成的准直透镜组103，能够有效缩短光路的长度、体积和厚度，以实现紧凑的光学结构。
在一些实施例中，请继续参见图1，所述所述照明光学系统还包括：分光棱镜104，其设置在所述准直透镜组103的出光方向上。所述分光棱镜104为光学设计中常用的偏振分光棱镜，其偏振态可根据实际需要进行设置。
在一些实施例中，请继续参见图1，所述照明光学系统还包括：第二扩散片106，所述第二扩散片106设置在所述准直透镜组的出射方向上，所述第二扩散片106用于增加微显示器的照明角度，以满足对照明角度需求较大的应用场景。所述第二扩散片106可以是与上述第一扩散片102相同的扩散片，也可以是不同的扩散片，具体可根据实际需要进行选择。具体地，所述第二扩散片106可以是折射的扩散片，例如匀光板；或者，所述第二扩散片106还可以是衍射的扩散片，例如工程扩散片，或者是衍射光学元件，或者是微透镜阵列。
上述的微显示器指的是LCOS或DMD等显示芯片，如图1或图3所述照明光学系统出射的光入射到所述微显示器后出射成像。具体地，经如图1及其实施例所示的照明光学系统，出射的面光源照射到微显示器后，微显示器的照明效果如图4所示，由图4可知，所述照明光学系统在微显示器上实现的非相干照明度为一条较为平滑的直线，也即是说，本发明实施例所提供的照明光学系统能够提供均匀且充分明亮的照明。
本发明实施例中提供了一种照明光学系统，包括：光源，以及，依次设置在所述光源出光方向上的积分棒、第一扩散片和准直透镜组，其中，准直透镜组由至少一片菲涅尔透镜组成，本发明实施例提供的照明光学系统仅需至少一片菲涅尔透镜，该照明光学系统体积较小且照明效果较佳。
需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种照明光学系统，其特征在于，包括：光源，以及，依次设置在所述光源出光方向上的积分棒、第一扩散片和准直透镜组，其中，
所述准直透镜组由至少一片菲涅尔透镜组成。
2.根据权利要求1所述的照明光学系统，其特征在于，
所述准直透镜组包括依次设置的第一菲涅尔透镜、第二菲涅尔透镜和第三菲涅尔透镜，其中，
所述第一菲涅尔透镜的光面朝向所述积分棒，所述第二菲涅尔透镜的光面朝向所述第一菲涅尔透镜的锯齿面，所述第三菲涅尔透镜的光面朝向所述第二菲涅尔透镜的锯齿面。
3.根据权利要求2所述的照明光学系统，其特征在于，
所述第一扩散片的入光面与所述积分棒的出光面之间设置有一定的空气间隙。
4.根据权利要求3所述的照明光学系统，其特征在于，
所述积分棒为锥形方棒，所述积分棒的入光面的面积小于所述积分棒的出光面的面积。
5.根据权利要求3所述的照明光学系统，其特征在于，
所述积分棒为耐高温实心矩形方棒。
6.根据权利要求3所述的照明光学系统，其特征在于，
所述积分棒为异形方棒。
7.根据权利要求1-6任一项所述的照明光学系统，其特征在于，
所述照明光学系统还包括：分光棱镜，其设置在所述准直透镜组的出光方向上。
8.根据权利要求1-6任一项所述的照明光学系统，其特征在于，
所述照明光学系统还包括：第二扩散片，所述第二扩散片设置在所述准直透镜组的出射方向上。
9.根据权利要求8所述的照明光学系统，其特征在于，
所述第一扩散片和/或所述第二扩散片为衍射光学元件。
10.根据权利要求8所述的照明光学系统，其特征在于，
所述第一扩散片和/或所述第二扩散片为微透镜阵列。
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CN115128893A (zh) * 2022-06-28 2022-09-30 深圳珑璟光电科技有限公司 一种光机系统及近眼显示设备

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