CN114326106A - 投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法。该投影系统包括：光源；光学组件，包括匀光元件、棱镜载体和偏振分光膜，其中，所述匀光元件位于所述光源的投射路径上并设有沿着所述投射路径的光轴，所述匀光元件具有对应于所述光源的第一端面、第二端面和延长部；所述棱镜载体具有对应于所述匀光元件的入光面，所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间，所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起以具有一体式结构；对应于所述光学组件的显示芯片；以及，位于所述光学组件的出光路径上的投影透镜组。所述投影系统中所述光学组件具有一体式结构，以减小其系统设计的复杂度。

Description

投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法

技术领域

本申请涉及近眼显示光学技术领域，尤其涉及用于近眼显示设备的投影系统、近眼显示设备和投影系统中光学组件的制备方法。

背景技术

近年来，虚拟现实(Virtual Reality：VR)和增强显示(Augmented Reality：AR)等近眼显示设备为人类创造了独特的感官体验。近眼显示设备属于微型投影设备，其中，投影系统是近眼显示设备中非常重要的光学系统，其功能在于投射图像或视频于人眼。

然而，现有的投影系统由于其光学设计较为复杂，导致其系统结构变得复杂，不利于其小型化，因此，难以满足微型投影设备的需求(尤其是，可穿戴近眼显示设备的应用需求)。

因此，需要一种优化的用于近眼显示设备的微型投影系统方案。

发明内容

本申请的一优势在于提供一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法，其中，所述投影系统将匀光元件、棱镜载体和偏振分光膜被组装在一起，并省去了现有的中继成像系统，以使得所述投影系统利于结构小型化。

本申请的另一优势在于提供一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法，其中，通过将所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起，使得所述匀光元件的出射端面更邻近于显示芯片，从而从所述匀光元件的出射端面投射出的均匀照明在投射到所述显示芯片时仍能够保持相对较高的均匀度。

本申请的另一优势在于提供一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法，其中，所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起以形成光学组件，这样的方式，有利于确保所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜之间的相对位置关系且提高了制备的效率。

本申请的另一优势在于提供一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法，其中，通过将所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜组装在一起以具有一体式结构，能够提高所述投影系统的光轴的一致性。

本申请的另一优势在于提供一种投影系统、近眼显示设备和光学组件的制备方法，其中，所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起以形成光学组件，使得在组装所述投影系统时，所述光学组件能够作为单独的模块与其他部件进行配合，以利于提高组装精度和提高组装效率。

通过下面的描述，本申请的其它优势和特征将会变得显而易见，并可以通过权利要求书中特别指出的手段和组合得到实现。

为实现上述至少一优势，本申请提供一种投影系统，其包括：

光源；

光学组件，包括匀光元件、棱镜载体和偏振分光膜，其中，所述匀光元件位于所述光源的投射路径上并设有沿着所述投射路径的光轴，所述匀光元件具有对应于所述光源的第一端面、与所述第一端面相对的第二端面和延伸于所述第一端面与所述第二端面之间的延长部；所述棱镜载体具有对应于所述匀光元件的入光面，所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间，所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起；

对应于所述光学组件的显示芯片；以及

位于所述光学组件的出光路径上的投影透镜组。

在根据本申请的投影系统中，所述匀光元件的第二端面与所述棱镜载体的入光面平行。

在根据本申请的投影系统中，所述匀光元件的所述第二端面与所述光轴所成的第一夹角为45°且所述棱镜载体的所述入光面与所述光轴所成的第二夹角为135°。

在根据本申请的投影系统中，所述偏振分光膜被镀膜于所述棱镜载体的所述入光面并通过黏着剂胶合于所述匀光元件的所述第二端面，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间。

在根据本申请的投影系统中，所述偏振分光膜被镀膜于所述匀光元件的所述第二端面并通过黏着剂胶合于所述棱镜载体的所述入光面，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间。

在根据本申请的投影系统中，所述匀光元件的折射率与所述棱镜载体的折射率相一致。

在根据本申请的投影系统中，所述匀光元件的所述第二端面与所述棱镜载体的所述入光面具有相一致的尺寸和形状。

在根据本申请的投影系统中，所述显示芯片被设置位于所述匀光元件的底侧且与所述光轴平行，所述投影透镜组被设置位于所述匀光元件的与所述底侧相对的顶侧。

在根据本申请的投影系统中，所述显示芯片被设置位于所述棱镜载体的第一侧且与所述光轴垂直，所述投影透镜组被设置位于所述棱镜载体的与所述第一侧相邻的第二侧。

在根据本申请的投影系统中，所述光学组件，进一步包括设置于所述第一侧的表面的第一增透膜。

在根据本申请的投影系统中，所述光学组件，进一步包括设置于所述第二侧的表面的第二增透膜。

在根据本申请的投影系统中，所述光学组件，进一步包括设置于所述匀光元件的底侧的表面的第一增透膜。

在根据本申请的投影系统中，所述光学组件，进一步包括设置于所述棱镜载体的朝向所述投影透镜组的表面上的第二增透膜。

在根据本申请的投影系统中，所述显示芯片与所述匀光元件之间的距离小于等于0.5mm。

在根据本申请的投影系统中，所述显示芯片与所述棱镜载体之间的距离小于等于0.5mm。

在根据本申请的投影系统中，所述显示芯片为LCOS显示芯片。

在根据本申请的投影系统中，所述光源叠置于匀光元件的第一端面。

在根据本申请的投影系统中，所述投影系统进一步包括设置于所述光源和所述匀光元件之间的聚光元件。

在根据本申请的投影系统中，所述聚光元件一体结合于所述光源。

在根据本申请的投影系统中，所述匀光元件的宽度尺寸沿着其所设定的长度方向相一致。

在根据本申请的投影系统中，所述延长部包括自所述第一端面沿着其设定的长度方向渐扩的头部，以及，自所述头部延伸至所述第二端面的主体部。

在根据本申请的投影系统中，所述头部的侧表面与所述光轴所成的夹角具有使得自所述匀光元件的所述第二端面发出的光线的发散角小于等于40°的预设角度。

在根据本申请的投影系统中，所述预设角度的范围为7至15度，所述头部的长度范围为10mm至15mm。

在根据本申请的投影系统中，所述棱镜载体的高度尺寸与所述匀光元件的宽度尺寸相一致。

在根据本申请的投影系统中，所述棱镜载体的高度尺寸与所述主体部的宽度尺寸相一致。

根据本申请的另一方面，还提供了一种近眼显示设备，其包括如上所述的投影系统。

根据本申请的又一方面，还提供了一种光学组件的制备方法，其包括：

提供一匀光元件和棱镜载体；

通过镀膜工艺在所述棱镜载体的入光面形成一偏振分光膜；以及

通过黏着剂将所述偏振分光膜胶合于所述匀光元件的第二端面，以使得所述匀光元件、所述偏振分光膜和所述棱镜载体被组装在一起。

根据本申请的又一方面，还提供了一种光学组件的制备方法，其包括：

提供一匀光元件和棱镜载体；

通过镀膜工艺在所述匀光元件的第二端面形成一偏振分光膜；以及

通过所述黏着剂将所述偏振分光膜胶合于所述棱镜载体的入光面，以使得所述匀光元件、所述偏振分光膜和所述棱镜载体被组装在一起。

通过对随后的描述和附图的理解，本申请进一步的目的和优势将得以充分体现。

本申请的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了现有的用于近眼显示设备的投影系统的结构示意图。

图2图示了现有的投影系统的投影效果的示意图。

图3图示了现有的投影系统中显示芯片的结构示意图。

图4A图示了现有的投影系统中偏振分光棱镜的结构示意图。

图4B图示了现有的投影系统中偏振分光棱镜的工作示意图之一。

图4C图示了现有的投影系统中偏振分光棱镜的工作示意图之二。

图5图示了根据本申请实施例的用于近眼显示设备的投影系统的示意图。

图6图示了根据本申请实施例的所述投影系统的一变形实施的示意图。

图7图示了根据本申请实施例的所述投影系统的另一变形实施的示意图。

图8图示了根据本申请实施例的所述投影系统的又一变形实施的示意图。

图9A和图9B图示了根据本申请实施例的所述投影系统的照度测试结果与现有的照度测试结果的对比示意图。

图10A和图10B图示了根据本申请实施例的所述投影系统的照度分布效果与现有的投影系统的照度分布结果的对比示意图。

图11图示了根据本申请实施例的近眼显示设备的示意图

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

如前所述，投影系统是近眼显示设备中非常重要的光学系统，其功能在于投射图像或视频于人眼。然而，现有的投影系统由于其光学设计较为复杂，导致其系统结构变得复杂，不利于其小型化，因此，难以满足近眼显示设备的应用需求。

更具体地，中国专利CN101614946A揭露了一种用于近眼显示设备的投影系统。图1图示了现有的用于近眼显示设备的投影系统的结构示意图。如图1所示，现有的用于近眼显示设备的投影系统，包括：光源1P、匀光棒2P、中继成像系统3P、显示芯片4P、PBS棱镜5P(Polarization beam splitter，偏振分光)和投影镜头6P，其工作过程为：光源1P发出光线经匀光棒2P均匀化后，再通过中继成像系统3P放大后经PBS棱镜5P的作用后入射到显示芯片4P，进而经过显示芯片4P调制成图像后经过PBS棱镜5P再通过投影镜头6P将图像投射出去。

在该现有的投影系统中，该显示芯片4P为反射式显示芯片4P(LCOS显示芯片4P)，该PBS棱镜5P与LCOS显示芯片4P相适配。图3图示了现有的投影系统中显示芯片4P的结构示意图，如图3所示，该反射式显示芯片4P包括玻璃底层41P、液晶层42P、铝反射镜电极43P和CMOS有源驱动电路44P。图4A图示了现有的投影系统中偏振分光棱镜的结构示意图，如图4A所示，该PBS棱镜5P由两个棱镜(分别为上棱镜51P和下棱镜52P)胶合而成并且在一个棱镜表面上镀有PBS膜53P，其中，当自然光入射到该PBS膜53P时，P偏振光被透过、S偏振光被反射。图4B和图4C图示了现有的投影系统中偏振分光棱镜的工作示意图，如图4B和图4C所示，入射的S偏振光经过PBS膜53P反射后照射到该显示芯片4P上，其中，当液晶层42P中对应像素的外加电压为0时，输入的S偏振光在穿过对应像素时偏振方向不发生偏转，其到达底部后被反射回来并输出S偏振光，经过PBS棱镜5P，该被反射出来的S偏振光无法进入投射光路，光输出为零，此时像素呈现“暗态”。相反地，当对应像素外部施加电压时，输入的S偏振光在经过液晶层42P时，其偏振方向发生偏转，到达底部反射回来输出P偏振光，直接穿过PBS棱镜5P，进入投射光路，此时，对应像素呈现“亮态”。

在该现有的成像系统中，光源1P投射的光线要求被均匀地投射至该显示芯片4P，该技术要求由设置于光源1P与显示芯片4P之间的匀光棒2P和中继成像系统3P实现。其中，该匀光棒2P的作用在将光源1P所投射的照明均匀化以形成均匀照明，如图2所示。图2图示了现有的投影系统的投影效果的示意图，如图2所示，光源1P发出的光线在匀光棒2P内多次反射，每次反射都会形成虚拟光源1P像，多次反射形成的二维虚拟光源1P矩阵，使得光线均匀化。但是，如图2所示，这仅局限于匀光棒2P的出射端面附近具有均匀照明，一旦远离匀光棒2P的出射端面光线又会重新变得不均匀，更明确地，一般来说，远离匀光棒2P的出射端面0.5mm光线就会变得明显不均匀。而采用反射式显示芯片4P则需要在显示芯片4P的前端设置PBS棱镜5P，这导致匀光棒2P的出射端面到显示芯片4P的距离远超0.5mm，所以，在该现有的成像系统中，引入了中继成像系统3P，用于将匀光棒2P出射端面的均匀照明中继到该显示芯片4P处。

但是，由于该中继成像系统3P的存在，现有的投影系统的结构变得复杂，不利于其小型化，特别是对于可穿戴的近眼显示设备来说，尺寸严重地影响了可穿戴设备的体验。也就是说，中继成像系统3P的存在对于现有的投影系统来说是一个矛盾的部件，其存在有其必然性，因为没有它现有的投影系统无法将均匀的照明投射到显示芯片4P，但正是有其存在，导致现有的投影系统的光学设计和结构设计变得复杂，不满足于近眼显示设备小型化的发展需求。

基于此，本申请发明人的基本构思为：构想出一个光学设计方案，其满足在不需要中继成像系统3P的情况下，实现将均匀的照明投射到显示芯片4P。

经研究，本申请发明人发现光源1P所投射的投影光线经匀光棒2P的作用在其出射端面是均匀的，并且，当远离匀光棒2P的出射端面的距离超过0.5mm光线就会变得明显不均匀。也就是，如果能够将匀光棒2P的出射端面尽可能地邻近显示芯片4P设置，可以满足在不需要中继成像系统3P的前提下，从匀光棒2P的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到显示芯片4P上。

进一步地，在现有的成像系统中，影响匀光棒2P的出射端面与显示芯片4P之间的布设距离的关键在于现有的PBS棱镜5P的结构设计(包括上棱镜51P、下棱镜52P和架设在上棱镜51P和下棱镜52P之间的PBS膜53P)，更明确地，由于下棱镜52P的存在导致匀光棒2P的出射端面与显示芯片4P之间的布设距离难以缩减。

基于此，本申请发明人构想：能否通过匀光棒2P的一部分来取代该下棱镜52P的作用，这样便能够缩减匀光棒2P的出射端面与显示芯片4P之间的布设距离，以满足在不需要中继成像系统3P的前提下，从匀光棒2P的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到显示芯片4P上的技术要求。

缘此，本申请意识到：下棱镜52P能够发挥其作用的关键在于：第一，其具有与上棱镜51P相一致的折射率；第二，其与上棱镜51P相配合以加设PBS膜53P于两者之间。也就是，如果所述匀光棒2P能够与上棱镜51P具有相一致的折射率，并且，其提供用于与上棱镜51P的表面相配合以夹设PBS的表面，这样，匀光棒2P的一部分便能够取代该下棱镜52P的作用，从而便能够缩减匀光棒2P的出射端面与显示芯片4P之间的布设距离，以满足在不需要中继成像系统3P的前提下，从匀光棒2P的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到显示芯片4P上的技术要求。

基于此，本申请提供了一种投影系统，其包括：光源；光学组件，包括匀光元件、棱镜载体和偏振分光膜，其中，所述匀光元件位于所述光源的投射路径上并设有沿着所述投射路径的光轴，所述匀光元件具有对应于所述光源的第一端面、与所述第一端面相对的第二端面和延伸于所述第一端面与所述第二端面之间的延长部；所述棱镜载体具有对应于所述匀光元件的入光面，所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间，以使得所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜具有一体式结构；对应于所述偏振分光组件的显示芯片；以及，位于所述偏振分光组件的出光路径上的投影透镜组。

在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示例性投影系统

图5图示了根据本申请实施例的用于近眼显示设备的投影系统的示意图。如图5所示，根据本申请实施例的所述投影系统100，包括：光源10、对应于所述光源10且位于所述光源10的投射路径上的光学组件20、对应于所述光学组件20的显示芯片30和位于所述光学组件20的出光路径上的投影透镜组40，其中，所述光学组件20包括匀光元件21、棱镜载体22和偏振分光膜23。

如图5所示，在本申请实施例中，所述匀光元件21位于所述光源10的投射路径上并设有沿着所述投射路径的光轴X，所述匀光元件21具有对应于所述光源10的第一端面211、与所述第一端面211相对的第二端面212和延伸于所述第一端面211与所述第二端面212之间的延长部213。所述棱镜载体22具有对应于所述匀光元件21的入光面221，所述偏振分光膜23被贴合地夹设于所述匀光元件21的第二端面212和所述棱镜载体22的入光面221之间，通过这样的方式，所述匀光元件21、所述棱镜载体22和所述偏振分光膜23被组装在一起以具有一体式结构。

更明确地，如图5所示，在本申请实施例中，所述光源10叠置于匀光元件21的第一端面211，以使得由所述光源10投射的光线能够藉由所述第一端面211入射至所述匀光元件21内。在工作过程中，所述光源10投射光线至所述匀光元件21，所述匀光元件21将投射光线均匀化以在其出射端面上(即，所述第二端面212上)形成均匀照明；进一步地，在所述偏振分光膜23膜和所述棱镜载体22的作用下，该均匀照明能够相对均匀地投射至所述显示芯片30，以被所述显示芯片30调制成具有特定图案的图像并经过所述投影透镜组40投射至外界。

应注意到，在本申请实施例中，所述匀光元件21的第二端面212相对其所设定的光轴X为倾斜面，也就是，所述匀光元件21的出射端面为斜切面。更明确地，在本申请实施例中，所述匀光元件21的所述第二端面212与所述光轴X所成的第一夹角与所述棱镜载体22的所述入光面221与所述光轴X所成的第二夹角互补，并且，所述匀光元件21的折射率与所述棱镜载体22的折射率相一致，这样，所述匀光元件21靠近所述第二端面212的端部便能够取代现有的下棱镜的作用，以实现缩减所述匀光元件21的出射端面与所述显示芯片30之间的布设距离的技术目的，从而满足在不需要中继成像系统的前提下，从所述匀光元件21的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到所述显示芯片30上的技术要求。也就是，在本申请实施例中，所述匀光元件21的所述第二端面212与所述棱镜载体的入光面221平行。

优选地，在本申请实施例中，所述第一夹角为45度，所述第二夹角为135度，这样，所述投影系统100的光学系统设计较为简洁。当然，在本申请其他示例中，所述第一夹角和所述第二夹角还可以被设置为其他数值，对此，并不为本申请所局限。

为了确保从所述匀光元件21的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到所述显示芯片30上的技术要求，在本申请实施例中，优选地，所述显示芯片30与所述光学组件20之间的距离小于或等于0.5mm。更明确地，如图5所示，在本申请实施例中，所述显示芯片30被设置位于所述匀光元件21的底侧(特别地，在如图5所示意的示例中，所述匀光元件21的较长侧边所在的一侧形成所述匀光元件21的底侧)且与所述光轴X平行，所述投影透镜组40被设置位于所述匀光元件21的与所述底侧相对的顶侧，也就是，所述显示芯片30和所述投影透镜组40分别位于匀光元件21的上下两侧，并且，所述显示芯片30与所述投影透镜组30相对于所述匀光元件21的上下侧关系不可调整，其中，所述棱镜载体22的上表面形成所述棱镜载体22的出光面222。也就是，优选地，在本申请实施例中，所述显示芯片30与所述匀光元件21之间的距离小于等于0.5mm，这样，从所述匀光元件21的出射端的均匀照明在投射到所述显示芯片30时，仍能够保持相对较高的均匀度。

进一步地，在本申请实施例中，所述显示芯片30同样为反射式显示芯片，例如，LCOS显示芯片，本领域普通技术人员应知晓，LCOS显示芯片30是利用与大规模集成电路兼容的设计和制造方法，在硅片上把显示矩阵和相关驱动电路集成在一起，做成的专用芯片。LCOS显示芯片是一种具有发展前景的新型平板显示技术，相对于其他显示技术，它所具有的无晶圆模式、产品来源广泛、开放式架构、低成本潜力等一系列优势，让它成为未来高端信息显示器领域的主流技术之一。

在本申请实施例中，所述显示芯片30的容许入射角度在30°以内，也就是，所述显示芯片30能够接收到的投射光线的最大偏移角不大于30°(其中，入射角度为投射光线与显示芯片30的光轴所成夹角的角度)。

应注意到，在本申请实施例中，所述偏振分光膜23被贴合地夹设于所述匀光元件21的第二端面212和所述棱镜载体22的入光面221之间，并且，所述匀光元件21、所述棱镜载体22和所述偏振分光膜23被组装在一起以具有一体式结构。也就是，在本申请实施例中，不仅所述匀光元件21取代了现有的下棱镜，并且，在结构设计上，所述匀光元件21、所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22还可以被配置为一体式结构，即，所述匀光元件21、所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22能够作为一个单独的模块参与到所述投影系统100的光学设计中，这样，不仅可提高所述投影系统100的组装效率和配合精度，而且可以提高所述投影系统100的光轴X一致性。

在本申请一具体示例中，所述偏振分光膜23被镀膜于所述棱镜载体22的所述入光面221并通过黏着剂胶合于所述匀光元件21的所述第二端面212，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜23被贴合地夹设于所述匀光元件21的第二端面212和所述棱镜载体22的入光面221之间。也就是，在该示例中，所述偏振分光膜23先通过镀膜工艺形成于所述棱镜载体22的所述入光面221，并进一步地，通过黏着剂粘合于所述匀光元件21的所述第二端面212。

值得一提的是，在该示例对应的制备过程中，所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22可作为独立的部件参与到所述投影系统100的组装中。

在本申请另一具体的示例中，所述偏振分光膜23被镀膜于所述匀光元件21的所述第二端面212并通过黏着剂胶合于所述棱镜载体22的所述入光面221，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜23被贴合地夹设于所述匀光元件21的第二端面212和所述棱镜载体22的入光面221之间。也就是，在该示例中，所述偏振分光膜23先通过镀膜工艺形成于所述匀光元件21的所述第二端面212，并进一步地，通过黏着剂粘合于所述棱镜载体22的所述入光面221。

值得一提的是，在该示例对应的制备过程中，所述偏振分光膜23和所述匀光元件21可作为独立的部件参与到所述投影系统100的组装中。

进一步地，如图5所示，在本申请实施例中，所述匀光元件21具有延长结构，其宽度尺寸沿着其所设定的长度方向相一致并且所述匀光元件21的宽度尺寸与所述棱镜载体22的高度尺寸相一致。并且，优选地，在本申请实施中，所述匀光元件21的所述第二端面212与所述棱镜载体22的所述入光面221具有相一致的尺寸和形状。通过这样的尺寸配置，在组装所述光学组件20的过程中，所述匀光元件21的所述第二端面212能够完美地与所述棱镜载体22的所述入光面221对齐并夹设所述偏振分光膜23于其间。特别地，如图5所示，在本申请实施例中，由所述匀光元件21、所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22形成的所述光学组件20，具有紧凑小巧的结构设计。

为了提高投影光线在表面的透过率，在本申请实施例中，可在所述匀光元件21朝向所述显示芯片30的表面和/或所述棱镜载体22朝向所述投影透镜组40的表面(即，所述出光面222)设置增透膜(图中未示意)。也就是，在本申请实施例中，所述光学组件20，进一步包括设置于所述匀光元件21的底侧的表面的第一增透膜(图中未示意)和/或设置于所述棱镜载体22的朝向所述投影透镜组40的表面上的第二增透膜(图中未示意)。

图6图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的一变形实施的示意图。相较于图5所示意的投影系统100，在该变形实施例中，所述显示芯片30的设置位置作出调整，具体地，在该变形实施例中，所述显示芯片30被设置位于所述棱镜载体22的第一侧且与所述光轴X垂直，所述投影透镜组40被设置位于所述棱镜载体22的与所述第一侧相邻的第二侧，通过这样的方式，所述显示芯片30所接收到的光线为透过所述偏振分光膜23的P偏振光。

特别地，在如图5所示意的所述投影系统100中，如果光线角度过大，会导致部分光线未经过所述偏振分光膜23就直接进入所述显示芯片30，导致所述显示芯片30所接收到的光线中既有P偏振光也有S偏振光，导致所述显示芯片30的图像调制能力变弱，即，投影图像质量变差。因此，在如图5所示意的所述投影系统100中，对于光线角度要求较高。而在该变形实施例中，将所述显示芯片30的设置位置调整至所述棱镜载体22的一侧，可以确保所有进入所述显示芯片30的光线都经所述偏振分光膜23过滤的P偏振光，从而保证所述显示芯片30的图像调制能力不受影响。

此外，由于不用考虑光线不经过所述偏振分光膜23就入射到所述显示芯片30的情形，因此，在该变形实施例中，所述显示芯片30的容许最大入射角度可适当地增加。

并且，为了确保所述匀光元件21的出射端的均匀照明在投射到所述显示芯片30时，仍能够保持相对较高的均匀度，优选地，在该变形实施例中，所述显示芯片30与所述棱镜载体22之间的距离小于等于0.5mm。

图7图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的另一变形实施的示意图。如图7所示，在该变形实施中，所述投影系统100进一步包括设置于所述光源10和所述匀光元件21之间的聚光元件50(例如，聚光镜)，所述聚光单元用于将所述光源10所投射的光线进行收拢。也就是，在所述匀光元件21前，所述投影系统100进一步设置用于缩减光线发散角的聚光单元，以防止光线在进入所述匀光元件21时具有过大的发散角。

在该变形实施的一个具体示例中，所述聚光元件50可以与所述光源10独立设置，即，所述聚光元件50与所述光源10为两个相互独立的部件。当然，在该变形实施的其他具体示例中，所述聚光元件50可一体结合于所述光源10，即，所述光源10与所述聚光元件50具有一体式结构。

图8图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的又一变形实施的示意图。如图8所示，在该变形实施例中，所述延长部213包括自所述第一端面211沿着其设定的长度方向渐扩的头部214，以及，自所述头部214延伸至所述第二端面212的主体部215。也就是，在该变形实施例中，所述匀光元件21在其入射端部设置一个锥角，以通过所述锥角来实现收拢光线的目的。

特别地，在该变形实施例中，所述头部214的侧表面与所述光轴X所成的夹角具有使得自所述匀光元件21的所述第二端面212发出的光线的发散角小于等于40°的预设角度。更明确地，在该变形实施例中，所述头部214的长度范围为10mm至15mm，所述预设角度的范围为7至15度。例如，在该变形实施例的一个具体示例中，所述头部214的长度为13.36mm，所述匀光元件21的折射率为1.75，所述预设角度为9.19°。

值得一提的是，优选地，在变形实施例中，所述棱镜载体22的高度尺寸与所述主体部215的宽度尺寸相一致。

综上，基于本申请实施例的投影系统100被阐明，其中，所述投影系统100能够在不需要中继成像系统的前提下，满足从所述匀光元件21的出射端面所投射的均匀照明能够均匀地投射到所述显示芯片30上的技术要求。并且，在所述投影系统100中，将匀光元件21、棱镜载体22和偏振分光膜23一体集成地设置，以利于所述使得所述投影系统100的小型化。

图9A和图9B图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的照度测试结果与现有的照度测试结果的对比示意图，其中，图9A表示根据本申请实施例的所述投影系统100的照度测试结果，图9B表示现有的投影系统100的照度测试结果的对比示意图，在图9A和图9B中，左图不同灰度方块表示该方块具有不同的照度，右图纵坐标表示照度大小，横坐标表示各灰度方块占总体的比例。对比图9A和图9B可知，图9A中照度大小更为集中。图10A和图10B图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的照度分布效果与现有的投影系统100的照度分布结果的对比示意图，其中，图10A图示了根据本申请实施例的所述投影系统100的照度分布效果，图10B图示了现有的投影系统100的照度分布效果。

如图9A和图9B，以及，图10A和图10B所示，根据本申请实施例及其变形实施所提供的所述投影系统100的匀光效果优于现有的投影系统100，并且，其合光色度坐标相对于现有方案也更加集中，显示效果更优。

示意性近眼显示设备

根据本申请的另一方面，还提供了一种近眼显示设备200，其包括如上所述的投影系统100。

图11图示了根据本申请实施例的近眼显示设备200的示意图。在如图11所示意的示例中，以所述近眼显示设备200被实施为可穿戴近眼显示设备200为示例。应可以理解，根据本申请实施例的所述投影系统100具有相对更小紧凑且小巧的光学设计和结构设计，因此，所述投影系统100匹配于所述近眼显示设备200的小型化的发展趋势。

示例性光学组件的制备方法

根据本申请另一方面，还提供了一种光学组件20的制备方法。

相应地，根据本申请实施例的光学组件20的制备方法，包括：首先，提供一匀光元件21和棱镜载体22；然后，通过镀膜工艺在所述棱镜载体22的入光面221形成一偏振分光膜23；接着，通过黏着剂将所述偏振分光膜23胶合于所述匀光元件21的第二端面212，以使得所述匀光元件21、所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22被组装在一起以具有一体式结构。

或者，根据本申请实施例的光学组件20的制备方法，包括：首先，提供一匀光元件21和棱镜载体22；记着，通过镀膜工艺在所述匀光元件21的第二端面212形成一偏振分光膜23；然后，通过所述黏着剂将所述偏振分光膜23胶合于所述棱镜载体22的入光面221，以使得所述匀光元件21、所述偏振分光膜23和所述棱镜载体22被组装在一起以具有一体式结构。

优选地，采用在所述棱镜载体22上镀膜的方案，因为这样可以使用现有的PBS棱镜的镀膜工艺及其设备，较为方便且节省成本。

应可以理解，所述匀光元件21、所述棱镜载体22和所述偏振分光膜23被组装在一起以形成光学组件20，使得在组装所述投影系统100时，所述光学组件20能够作为单独的模块与其他部件进行配合，以利于提高组装精度和提高组装效率。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (28)

1.一种投影系统，其特征在于，包括：

光源；

光学组件，包括匀光元件、棱镜载体和偏振分光膜，其中，所述匀光元件位于所述光源的投射路径上并设有沿着所述投射路径的光轴，所述匀光元件具有对应于所述光源的第一端面、与所述第一端面相对的第二端面和延伸于所述第一端面与所述第二端面之间的延长部；所述棱镜载体具有对应于所述匀光元件的入光面，所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间，所述匀光元件、所述棱镜载体和所述偏振分光膜被组装在一起；

对应于所述光学组件的显示芯片；以及

位于所述光学组件的出光路径上的投影透镜组。

2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述匀光元件的第二端面与所述棱镜载体的入光面平行。

3.根据权利要求2所述的投影系统，其中，所述匀光元件的所述第二端面与所述光轴所成的第一夹角为45°且所述棱镜载体的所述入光面与所述光轴所成的第二夹角为135°。

4.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述偏振分光膜被镀膜于所述棱镜载体的所述入光面并通过黏着剂胶合于所述匀光元件的所述第二端面，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间。

5.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述偏振分光膜被镀膜于所述匀光元件的所述第二端面并通过黏着剂胶合于所述棱镜载体的所述入光面，通过这样的方式，使得所述偏振分光膜被贴合地夹设于所述匀光元件的第二端面和所述棱镜载体的入光面之间。

6.根据权利要求4或5所述的投影系统，其中，所述匀光元件的折射率与所述棱镜载体的折射率相一致。

7.根据权利要求4或5所述的投影系统，其中，所述匀光元件的所述第二端面与所述棱镜载体的所述入光面具有相一致的尺寸和形状。

8.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述显示芯片被设置位于所述匀光元件的底侧且与所述光轴平行，所述投影透镜组被设置位于所述匀光元件的与所述底侧相对的顶侧。

9.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述显示芯片被设置位于所述棱镜载体的第一侧且与所述光轴垂直，所述投影透镜组被设置位于所述棱镜载体的与所述第一侧相邻的第二侧。

10.根据权利要求9所述的投影系统，其中，所述光学组件，进一步包括设置于所述第一侧的表面的第一增透膜。

11.根据权利要求10所述的投影系统，其中，所述光学组件，进一步包括设置于所述第二侧的表面的第二增透膜。

12.根据权利要求8所述的投影系统，其中，所述光学组件，进一步包括设置于所述匀光元件的底侧的表面的第一增透膜。

13.根据权利要求12所述的投影系统，其中，所述光学组件，进一步包括设置于所述棱镜载体的朝向所述投影透镜组的表面上的第二增透膜。

14.根据权利要求8所述的投影系统，其中，所述显示芯片与所述匀光元件之间的距离小于等于0.5mm。

15.根据权利要求9所述的投影系统，其中，所述显示芯片与所述棱镜载体之间的距离小于等于0.5mm。

16.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述显示芯片为LCOS显示芯片。

17.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述光源叠置于匀光元件的第一端面。

18.根据权利要求1所述的投影系统，进一步包括设置于所述光源和所述匀光元件之间的聚光元件。

19.根据权利要求18所述的投影系统，其中，所述聚光元件一体结合于所述光源。

20.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述匀光元件的宽度尺寸沿着其所设定的长度方向相一致。

21.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述延长部包括自所述第一端面沿着其设定的长度方向渐扩的头部，以及，自所述头部延伸至所述第二端面的主体部。

22.根据权利要求21所述的投影系统，其中，所述头部的侧表面与所述光轴所成的夹角具有使得自所述匀光元件的所述第二端面发出的光线的发散角小于等于40°的预设角度。

23.根据权利要求22所述的投影系统，其中，所述预设角度的范围为7至15度，所述头部的长度范围为10mm至15mm。

24.根据权利要求20所述的投影系统，其中，所述棱镜载体的高度尺寸与所述匀光元件的宽度尺寸相一致。

25.根据权利要求21所述的投影系统，其中，所述棱镜载体的高度尺寸与所述主体部的宽度尺寸相一致。

26.一种近眼显示设备，其特征在于，包括如权利要求1至25任一所述的投影系统。

27.一种光学组件的制备方法，其特征在于，包括：

提供一匀光元件和棱镜载体；

通过镀膜工艺在所述棱镜载体的入光面形成一偏振分光膜；以及

通过黏着剂将所述偏振分光膜胶合于所述匀光元件的第二端面，以使得所述匀光元件、所述偏振分光膜和所述棱镜载体被组装在一起。

28.一种光学组件的制备方法，其特征在于，包括：

提供一匀光元件和棱镜载体；

通过镀膜工艺在所述匀光元件的第二端面形成一偏振分光膜；以及

通过所述黏着剂将所述偏振分光膜胶合于所述棱镜载体的入光面，以使得所述匀光元件、所述偏振分光膜和所述棱镜载体被组装在一起。

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