CN116009252A - 近眼显示用照明装置及其光机和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其能够在保证光机系统的光效率的前提下，减小光机尺寸。该近眼显示用照明装置包括多合一光源、异形合色器件以及准直元件。该多合一光源包括呈非直线排布的多个发光元件，用于发射具有不同颜色的多路单色光。该异形合色器件被对应地设置于该多合一光源的发光侧，并具有用于一一对应地反射该多路单色光的多个光学功能面，其中该多个光学功能面均相对倾斜于该多合一光源的发光面，并且该多个光学功能面所在的平面两两之间的交线相交。该准直元件被设置于该多合一光源和该异形合色器件之间的光路中，使得该多路单色光先被该准直元件准直，再被该异形合色器件合成一路照明光。

Description

近眼显示用照明装置及其光机和设备

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，特别是涉及一种近眼显示用照明装置及其光机和设备。

背景技术

近年来，随着新型显示技术的日趋成熟及发展，越来越多的小型便携式投影媒体播放器、投影手机或穿戴式显示设备(如AR眼镜等)等设备相继面市，使得其应用模式更加多样化，发展前景备受期待。

在近眼显示领域中，主流的技术方案有LCoS显示方案、LCD显示方案以及DLP显示方案，其中DLP显示方案因其具备高光效和高对比度而受到大家的推崇及争相研究。然而，现有的DLP光机通常采用直线式排布的RGB三合一光源来提供照明光，并且利用传统的准直透镜进行准直，但由于该RGB三合一光源在其长度方向上的尺寸比较大，因此根据光能传输过程中的光学扩展量守恒原理，该准直透镜的扩展尺寸需要很大，才能够达到所需的能量收集率，这就造成该现有的DLP显示方案因准直透镜的体积和重量较大而难以满足近眼显示设备对小尺寸、轻重量的需求。

发明内容

本发明的一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其能够在保证光机系统的光效率的前提下，减小光机尺寸，以便满足近眼显示设备对小尺寸、轻重量的需求。

本发明的另一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示用照明装置能够通过呈非直线式排布的多合一光源搭配异形合色器件来实现DMD芯片的照明，有助于仅采用较小的准直镜就能够实现较高的光效率，压缩光机系统的体积。

本发明的另一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示用照明装置能够利用TIR准直镜有效地压缩光机在高度方向上的尺寸，有助于进一步减小光机尺寸。

本发明的另一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示用照明装置能够通过新的异形合色器件来将经由所述多合一光源所发出的多路单色光合成一路多色光，以便满足近眼显示设备显示彩色图像的需求。

本发明的另一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其中，在本发明的一实施例中，所述近眼显示用光机能够通过更换中继组件中的平板棱镜来实现光机对不同规格DMD芯片的兼容，有助于提高光机系统的兼容性。

本发明的另一优势在于提供一种近眼显示用照明装置及其光机和设备，其中为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供一种简单的近眼显示用照明装置及其光机和设备，同时还增加了所述近眼显示用照明装置及其光机和设备的实用性和可靠性。

为了实现本发明的上述至少一优势或其他优点和目的，本发明提供了一种近眼显示用照明装置，包括：

多合一光源，其中所述多合一光源包括呈非直线排布的多个发光元件，并且所述多个发光元件用于发射具有不同颜色的多路单色光；

异形合色器件，其中所述异形合色器件被对应地设置于所述多合一光源的发光侧，并且所述异形合色器件具有用于一一对应地反射该多路单色光的多个光学功能面，其中所述多个光学功能面均相对倾斜于所述多合一光源的发光面，并且所述多个光学功能面所在的平面两两之间的交线相交；以及

准直元件，其中所述准直元件被设置于所述多合一光源和所述异形合色器件之间的光路中，使得经由所述多合一光源发出的该多路单色光先被所述准直元件准直，再被所述异形合色器件的所述多个功能面一一对应地反射以合成一路照明光。

根据本申请的一个实施例，所述异形合色器件包括靠近所述准直元件的第一楔角棱镜和远离所述准直元件的第二楔角棱镜，其中所述第一楔角棱镜和所述第二楔角棱镜被叠置于所述多合一光源的发光路径中，并且所述第一楔角棱镜的斜面与所述第二楔角棱镜的斜面分别镀设有对应的反透膜系以作为所述异形合色器件的所述多个光学功能面。

根据本申请的一个实施例，所述第一楔角棱镜的下斜面被贴合于所述第二楔角棱镜的上斜面，并且所述第一楔角棱镜的楔角端与所述第二楔角棱镜的楔角端相互错位。

根据本申请的一个实施例，所述第一楔角棱镜的上斜面和下斜面分别镀设有反红光膜系和反绿光膜系，以分别作为所述异形合色器件的反红光功能面和反绿光功能面，并且所述第二楔角棱镜的下斜面镀设有反蓝光膜系，以作为所述异形合色器件的反蓝光功能面。

根据本申请的一个实施例，所述近眼显示用照明装置进一步包括匀光元件，其中所述匀光元件被对应地设置于所述异形合色器件的反光侧，用于对经由所述异形合色器件合色成的该路照明光进行匀光处理。

根据本申请的一个实施例，所述多合一光源选自呈L形排布的RGB三合一光源、呈品字形排布的RGB三合一光源、RGBW四合一光源以及RGBG四合一光源中的一种。

根据本申请的一个实施例，所述准直元件为TIR准直镜。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种近眼显示用光机，包括：

上述任一项所述的近眼显示用照明装置；

显示芯片；

成像镜头；以及

中继组件，其中所述中继组件被对应地设置于所述近眼显示用照明装置、所述显示芯片以及所述成像镜头之间，用于将经由所述近眼显示用照明装置发出的照明光传输至所述显示芯片，并将经由所述显示芯片调制成的图像光传输至所述成像镜头以投射成像。

根据本申请的一个实施例，所述显示芯片为DMD芯片，并且所述中继组件包括靠近所述近眼显示用照明装置的第一棱镜、靠近所述成像镜头的第二棱镜以及被对应地设置于所述第一棱镜的一个侧面的反射镜，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜以斜面对斜面的方式被间隔地布置，以在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间形成全反射间隙，并且所述反射镜和所述DMD芯片被对应地设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜的相对两侧。

根据本申请的一个实施例，所述中继组件进一步包括平板棱镜，并且所述平板棱镜被对应地设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的所述全反射间隙内。

根据本申请的一个实施例，所述平板棱镜的两个侧面相互平行，并且所述平板棱镜被可更换地组装于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间。

根据本申请的一个实施例，所述中继组件进一步包括中继透镜，其中所述中继透镜被对应地设置于所述第一棱镜的另一侧面，用于对经由所述近眼显示用照明装置发出的该照明光进行整形。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了一种近眼显示设备，包括：

光波导；和

上述任一项所述的近眼显示用光机，其中所述近眼显示用光机被对应地设置于所述光波导的耦入侧，用于投射图像光至所述光波导的耦入口。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的近眼显示用照明装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示用照明装置中多合一光源的结构示意图；

图3A示出了根据本发明的上述实施例的所述多合一光源的第一变形示例；

图3B示出了根据本发明的上述实施例的所述多合一光源的第二变形示例；

图3C示出了根据本发明的上述实施例的所述多合一光源的第三变形示例；

图4示出了准直透镜的能量收集效率的原理示意图。

图5示出了传统的呈直线式排布的RGB三合一光源的结构示意图。

图6示出了根据本发明的上述实施例的所述近眼显示用照明装置中异形合色器件的立体示意图；

图7示出了根据本发明的上述实施例的所述异形合色器件的爆炸示意图；

图8A示出了根据本发明的上述实施例的所述异形合色器件中反红光功能面在YZ平面内的角度分量示意图；

图8B示出了根据本发明的上述实施例的所述异形合色器件中反红光功能面在XY平面内的角度分量示意图；

图9A、图9B以及图9C分别示出了根据本申请的上述实施例的所述多合一光源所发出的R光、G光以及B光在被准直后的角度分布示意图；

图10A、图10B以及图10C分别示出了根据本申请的上述实施例的准直后的R光、G光以及B光在被合色后的角度分布示意图；

图11为根据本发明的一个实施例的近眼显示用光机的结构示意图；

图12为根据本发明的一个实施例的近眼显示设备的结构示意图。

主要元件符号说明：1、近眼显示用光机；10、近眼显示用照明装置；11、多合一光源；110、发光面；1101、发光元件；111、呈L形排布的RGB三合一光源；112、呈品字形排布的RGB三合一光源；113、RGBW四合一光源；114、RGBG四合一光源；12、准直元件；121、TIR准直镜；13、异形合色器件；130、光学功能面；1301、反红光功能面；1302、反绿光功能面；1303、反蓝光功能面；131、第一楔角棱镜；132、第二楔角棱镜；14、匀光元件；141、复眼透镜；20、显示芯片；21、DMD芯片；30、成像镜头；40、中继组件；400、全反射间隙；41、第一棱镜；42、第二棱镜；43、反射镜；44、平板棱镜；45、中继透镜；2、光波导。

以上主要元件符号说明结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文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。本文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例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

目前，现有的DLP光机通常采用呈直线式排布的RGB三合一光源搭载传统类型准直透镜来提供照明光，但在使用呈直线式排布的该RGB三合一光源时，因其在直线方向(即长度方向)上的尺寸比较大，导致准直透镜的开口端尺寸和整体外径尺寸都需要配置的很大才能够实现有效地准直。此时，如果强制压缩该准直透镜的尺寸和体积，不仅会影响准直效果，而且还会牺牲光机的光效率。此外，由于现有的合色器件只能将经由呈直线式排布的RGB三合一光源发出的三路单色光合成一路多色光，却无法将经由呈非直线式排布的多合一光源发出的多路单色光合成一路多色光，因此该呈非直线式排布的多合一光源无法被直接应用到近眼显示设备中，故现有的近眼显示技术方案均没有使用这种呈非直线式排布的多合一光源。

为了解决上述问题，本申请打破技术常规，使用呈非直线式排布的多合一光源来替换现有的呈直线式排布的RGB三合一光源，并利用新设计的异形合色器件来将经由呈非直线式排布的多合一光源发出的多路单色光合成一路多色照明光，以便在满足近眼显示需求的同时，实现在一定程度上压缩光源的横向尺寸，从而在不牺牲光机光效率的前提下，减少准直镜的体积和尺寸。

参考附图1至图10C所示，本发明的一个实施例提供了一种近眼显示用照明装置10，其适于作为近眼显示设备的照明光源而提供所需的照明光。具体地，如图1和图2所示，所述近眼显示用照明装置10可以包括多合一光源11、准直元件12以及异形合色器件13。所述多合一光源11包括呈非直线式排布的多个发光元件1101，并且所述多个发光元件1101用于一一对应地发射具有不同颜色的多路单色光。所述异形合色器件13被对应地设置于所述多合一光源11的发光侧，并且所述异形合色器件13具有用于一一对应地反射该多路单色光的多个光学功能面130，其中所述多个光学功能面130均相对倾斜于所述多合一光源11的发光面110，并且所述多个光学功能面130所在的平面两两之间的交线相交。所述准直元件12被对应地设置于所述多合一光源11和所述异形合色器件13之间的光路中，使得经由所述多合一光源11发出的该多路单色光先被所述准直元件12准直，再被所述异形合色器件的所述多个光学功能面130一一对应地反射以合色成一路照明光。

值得注意的是，由于本申请的所述异形合色器件13的所述多个光学功能面130所在的平面两两之间的交线相交，也就是说，所述异形合色器件13的所述多个光学功能面130之间存在空间夹角，因此即便所述多合一光源11的所述多个发光元件1101呈非直线式排布，但所述异形合色器件13的所述多个光学功能面130仍能够一一对应地反射经由所述多个发光元件1101发射的多路单色光以被合成一路照明光，从而实现所需的合色照明要求。可以理解的是，所述异形合色器件13的所述光学功能面130只会反射对应颜色的单色光，而透射其他颜色的光线。

在本申请的上述实施例中，如图2所示，所述多合一光源11可以但不限于被实施为L型三合一光源，如呈L形排布的RGB三合一光源111。值得注意的是，在本申请的第一变形示例中，如图3A所示，所述多合一光源11也可以被实施为品字型三合一光源，如呈品字形排布的RGB三合一光源112；或者，在本申请的第二变形示例中，如图3B所示，所述多合一光源11也可以被实施为RGBW四合一光源113；又或者，在本申请的第三变形示例中，如图3C所示，所述多合一光源11还可以被实施为RGBG四合一光源114。可以理解的是，当所述多合一光源11中的所述发光元件1101超过三个，如所述RGBW四合一光源113或所述RGBG四合一光源114时，只需控制其中的三个RGB发光元件被点亮，且其余的发光元件不被点亮即可，仍能够通过所述异形合色器件13进行合色，本申请对此不再赘述。

此外，如图2和图5所示，由于所述多合一光源11中的所述多个发光元件1101呈非直线式排布，使得所述多合一光源11的横向尺寸能够在一定程度上被压缩，以小于传统的直线式排布的RGB三合一光源的横向尺寸，因此根据光能传输过程中的光学扩展量守恒远离，所述准直元件12的能量收集率会有一定的提升，使得所述准直元件12的体积和尺寸在缩小后并不会牺牲光机的光效率。

示例性地，如图4所示，以所述准直元件12为准直透镜为例阐述所述准直元件12的能量收集效率，其中U表示准直透镜所能收集的从光源发出的最大光束半角；U'表示经由准直透镜准直后出射的最大准直光束角度；y表示该光源的最大发光点位置离光轴的距离；y'表示从准直透镜射出的圆形光斑半径。由于U'为能够进入中继系统传输的最大光束角度，y'为能够进入中继系统传输的最大光斑尺寸，因此所述准直元件12的输出光学扩展量由中继系统决定，并且针对同一中继系统而言是固定的，故经由所述准直元件12准直后的出射光斑所对应的光学扩展量E_output被实施为：E_output＝π²*y'²*sin²U'。

具体地，如图5所示，针对传统的呈直线式排布的RGB三合一光源而言，该传统的呈直线式排布的RGB三合一光源中的最大发光点位置离光轴的距离y₁被实施为下式(1)：

其中a为光源中每个发光元件的边长。

此时，该传统的呈直线式排布的RGB三合一光源的输入光学扩展量E_output1被实施为：E_output1＝π²*y₁ ²*sin²U₁，其中U₁为所述准直元件12收集的从该传统的呈直线式排布的RGB三合一光源发出的最大光束半角。

同理地，如图2所示，针对本申请的所述呈L形排布的RGB三合一光源111而言，所述呈L形排布的RGB三合一光源111中的最大发光点位置离光轴的距离y₂被实施为下式(2)：

其中a为光源中每个所述发光元件1101的边长。

此时，所述呈L形排布的RGB三合一光源111的输入光学扩展量E_output2被实施为：E_output2＝π²*y₂ ²*sin²U₂，其中U₂为所述准直元件12收集的从所述呈L形排布的RGB三合一光源111发出的最大光束半角。

综上，由于系统光能在传输过程中遵循光学扩展量守恒原理，因此存在以下关系式：

E_output＝E_output1＝E_output2

即：y₁ ²*sin²U₁＝y₂ ²*sin²U₂。

显然，当y₁＞y₂时，则U₁＜U₂，也就是说，所述准直元件12收集的经由该传统的呈直线式排布的RGB三合一光源发出的最大光束半角明显小于所述所述准直元件12收集的经由所述呈L形排布的RGB三合一光源111发出的最大光束半角，故所述呈L形排布的RGB三合一光源111更有利于能量收集效率的提升。

优选地，如图1所示，所述准直元件12被实施为TIR准直镜121，以便更好地压缩准直合色部分在高度方向上的尺寸，有助于很好地满足所述近眼显示设备的小型化需求。可以理解的是，由于该传统的呈直线式排布的RGB三合一光源在直线方向(即长度方向)上的尺寸较大，因此所述TIR准直镜121的开口端尺寸将增大，对应地，所述TIR准直镜121所需的外径尺寸也会相应增大，这对于准直元件的体积和尺寸的压缩是不利的；而本申请采用所述呈L形排布的RGB三合一光源111则有助于减小所述TIR准直镜121的开口端尺寸，进而减小所述TIR准直镜121的外径尺寸，有助于压缩所述准直元件12在高度方向上的尺寸。此外，所述TIR准直镜121可以但不限于依靠自身材质对应的临界全反射条件来实现对大角度光线的反射收集，还可以通过在外壁面镀设高反膜系的方式来实现，本申请对此不再赘述。

值得注意的是，当所述多合一光源11中所述多个发光元件1101的排布形式不同或所述多合一光源11相对于所述准直元件12的放置位置不同时，所述准直元件12的能量收集率也会不同，但相比于传统的呈直线式排布的RGB三合一光源，本申请的技术方案所能实现的能量收集效率均能得到提升。此外，当所述多合一光源11中所述多个发光元件1101的排布形式不同或所述多合一光源11相对于所述准直元件12的放置位置不同时，所述异形合色器件13的具体结构也会受到影响，但只需在空间角度上进行调整，并不影响其合色原理。

示例性地，接下来以所述多合一光源11被实施为所述呈L形排布的RGB三合一光源111为例，详细阐述所述异形合色器件13的具体构成和功能实现的特征。如图2所示，以所述多合一光源11的所述发光面110为XZ平面构建空间坐标系X-Y-Z，其中经由所述呈L形排布的RGB三合一光源111发出的RGB三路单色光在经过所述准直元件12准直后的角度分布如图9A、9B以及9C所示，易知：由于与RGB对应的三个发光元件之间的位置存在差异，因此经过所述准直元件12准直后的RGB三路单色光的出射角度各自在XY平面以及YZ平面内均具有对应的角度分量。如图6和图7所示，所述异形合色器件13的所述多个光学功能面130可以但不限于被实施为依次沿光路方向(即沿Y轴的反方向)设置的反红光功能面1301、反绿光功能面1302以及反蓝光功能面1303。可以理解的是，在本申请的这一示例中，所述反红光功能面1301、所述反绿光功能面1302以及所述反蓝光功能面1303可以但不限于分别被实施为镀有反红光膜系、反绿光膜系以及反蓝光膜系的表面；但在本申请的其他示例中，所述反蓝光功能面1303也可以被实施为镀银或镀有全反射膜系的表面。此外，所述多个光学功能面130也可以被实施为用于反射其他颜色的光学功能面，本申请对此不再赘述。

如图8A和图8B所示，以红光(即R光)为例，准直后的红光在XY平面内的角度分量为R_x，在YZ平面内的角度分量为R_y，则所述反红光功能面1301相对于所述发光面110的空间角度被实施为由在YZ平面内的角度分量θ_y和在XY平面内的角度分量θ_x组成的复合角度，其中θ_y＝45°+R_y/2；并且中θ_x＝R_x/2。可以理解的是，其余的所述光学功能面130(如所述反绿光功能面1302和所述反蓝光功能面1303)的空间角度也可以通过对应的复合角度进行计算，或将所述反绿光功能面1302和所述反蓝光功能面1303的空间角度设置为变量，通过优化设计来确定其具体数值，对应的优化目标是使得所述多合一光源11发出的多路单色光经合色后达到近眼显示的照明需求。例如，经由所述呈L形排布的RGB三合一光源111发出的RGB三路单色光在经过所述异形合色器件13合色后的角度分布如图10A、10B以及10C所示，易知：所述异形合色器件13有效地实现了对各色光的角度调整，满足近眼显示的照明使用需求。

值得注意的是，虽然在根据本申请的上述实施例和附图所示的所述异形合色器件13仅包括三个所述光学功能面130，但其仅为举例。而在本申请的其他示例中，所述异形合色器件13也可以包括四个或四个以上的所述光学功能面130，用于将四种或四种以上的单色光合成一路照明光，只需要对应地设置各个所述光学功能面130的空间角度和反光特性即可，本申请对此不再赘述。

根据本申请的上述实施例，如图1和图6所示，所述异形合色器件13优选地包括靠近所述准直元件12的第一楔角棱镜131和远离所述准直元件12的第二楔角棱镜132，其中所述第一楔角棱镜131和所述第二楔角棱镜132被叠置于所述多合一光源11的发光路径中，并且所述第一楔角棱镜131的斜面和所述第二楔角棱镜132的斜面分别镀设有对应的反透膜系以作为所述异形合色器件13的所述多个光学功能面130。

示例性地，如图6和图7所示，所述第一楔角棱镜131的上斜面可以镀设反红光膜系，所述第一楔角棱镜131的下斜面镀设反绿光膜系，以及所述第二楔角棱镜132的下斜面镀设反蓝光膜系，以分别作为所述异形合色器件13的所述反红光功能面1301、所述反绿光功能面1302以及所述反蓝光功能面1303。当然，在本申请的其他示例中，所述反绿光膜系也可以被镀设于所述第二楔角棱镜132的上斜面，以作为所述异形合色器件13的所述反绿光功能面1302。此外，反射不同颜色的膜系的镀设位置可以根据所述多合一光源11中所述多个发光元件1101的位置进行调换，只要能够实现合色要求即可，本申请对此不再赘述。

优选地，所述第一楔角棱镜131的下斜面被贴合于所述第二楔角棱镜132的上斜面，并且所述第一楔角棱镜131的楔角端与所述第二楔角棱镜132的楔角端相互错位，以便在保证三个所述光学功能面130所在的平面两两之间的交线相交，即三个所述光学功能面130之间存在空间夹角的同时，简化所述异形合色器件13的制造和组装难度，有助于降低光机系统的成本。可以理解的是，本申请中所述第一楔角棱镜131和所述第二楔角棱镜132的所述楔角端指的是楔角棱镜的最薄端或劈尖，而所述第一楔角棱镜131的楔角端与所述第二楔角棱镜132的楔角端相互错位则能够确保两个楔角棱镜的最薄端或劈尖朝向不同的方向，以形成所需的空间夹角。

优选地，当所述多合一光源11被实施为L型三合一光源时，所述第一楔角棱镜131的楔角端的朝向与所述第二楔角棱镜132的楔角端的朝向相互垂直，如第一楔角棱镜131的楔角端朝右，而所述第二楔角棱镜132的楔角端朝前。

根据本申请的上述实施例，如图1所示，所述近眼显示用照明装置10可以进一步包括匀光元件14，其中所述匀光元件14被对应地设置于所述异形合色器件13的反光侧，用于对经由所述异形合色器件13合色成的该路照明光进行匀光处理。

优选地，所述匀光元件14可以但不限于被实施为复眼透镜141。可以理解的是，在本申请的其他示例中，所述匀光元件14还可以被实施为诸如微透镜阵列或匀光板等其他类型的匀光器件，本申请对此不再赘述。

值得一提的是，如图11所示，本申请的一实施例可以进一步提供一种近眼显示用光机1，其中所述近眼显示用光机1可以包括上述近眼显示用照明装置10、显示芯片20、成像镜头30以及中继组件40，其中所述中继组件40被对应地设置于所述近眼显示用照明装置10、所述显示芯片20以及所述成像镜头30之间，用于将经由所述近眼显示用照明装置10发出的一路照明光传输至所述显示芯片20，并将经由所述显示芯片20调制成的一路图像光传输至所述成像镜头30以被投射成像。

值得注意的是，如图11所示，所述显示芯片20可以但不限于被实施为DMD芯片21，以使所述近眼显示用光机1被实施为DLP光机。此外，所述中继组件40通常可以被实施为RTIR棱镜组或TIR棱镜组，以满足DLP光机中照明光和图像光的中继传输需求。但在本申请的上述实施例中，所述近眼显示用光机1的所述中继组件40还可以被实施为双全反射棱镜组，既能够将照明光全反射地传输至所述DMD芯片21，又能够将图像光全反射地传输至所述成像镜头30，以在较小的空间内延长照明光路和成像光路，有助于减小光机系统的整体尺寸。

示例性地，如图11所示，所述中继组件40可以包括靠近所述近眼显示用照明装置10的第一棱镜41、靠近所述成像镜头30的第二棱镜42以及被对应地设置于所述第一棱镜41的一个侧面的反射镜43，其中所述第一棱镜41和所述第二棱镜42以斜面对斜面的方式被间隔布置，以在所述第一棱镜41和所述第二棱镜42之间形成全反射间隙400，使得所述第一棱镜41的斜面和所述第二棱镜42的斜面被实施为所述中继组件40的两个全反射面，其中所述反射镜43和所述DMD芯片21被对应地设置于所述第一棱镜41和所述第二棱镜42的相对两侧。这样，经由所述近眼显示用照明装置10发出的照明光先被所述第一棱镜41的斜面全反射，再被所述反射镜43反射以弯折地传播至所述DMD芯片21而被所述DMD芯片21调制成图像光；并且经由所述DMD芯片21调制成的图像光被所述第二棱镜42的斜面全反射以弯折地传播至所述成像镜头30而被投射成像。

值得注意的是，所述反射镜43优选地被实施为曲面反射镜，用于在将从所述第一棱镜41出射的照明光反射回所述第一棱镜41的同时，还能够对所述照明光进行整形，以调整照明光斑的形状，使得所述照明光斑能够匹配所述DMD芯片21的调制面。可以理解的是，所述反射镜43可以与所述第一棱镜41是分体的，以作为一个独立的光学器件而被胶合于所述第一棱镜41的侧面；也可以与所述第一棱镜41是一体的，以在所述第一棱镜41的一个侧面镀设反射膜而制成，本申请对此不再赘述。

优选地，如图11所示，所述中继组件40进一步包括平板棱镜44，其中所述平板棱镜44被对应地设置于所述第一棱镜41和所述第二棱镜42之间的所述全反射间隙400内。可以理解的是，所述平板棱镜44的存在可以增大所述全反射间隙400的厚度，这不仅有助于减小所述中继组件40在高度方向上的尺寸，而且还能够降低所述中继组件40的组装难度，即在组装所述中继组件40时只需要将所述第一棱镜41和所述第二棱镜42对应地胶合于所述平板棱镜44的相对侧面即可，有助于提高整体结构的稳定性。

值得注意的是，所述平板棱镜44的两个侧面相互平行，使得光线在穿过所述平板棱镜44前后不改变传播方向和角度，但却能改变所述中继组件40的后焦，使得所述DMD芯片21上的照明光斑的大小能够被调整，以匹配不同规格的所述DMD芯片21。

更优选地，所述平板棱镜44被可更换地组装于所述第一棱镜41和所述第二棱镜42之间，以便更换所述平板棱镜44。可以理解的是，当更换具有不同折射率的所述平板棱镜44时，所述DMD芯片21上的照明光斑的大小能够在一定范围内得以调整，以便匹配相应的所述DMD芯片21的规格，便于实现同一款光机系统能够在一定范围内兼容具有不同规格型号的所述DMD芯片21，例如，实现0.24英寸的DMD芯片与0.21英寸的DMD芯片之间的兼容，或0.45英寸的DMD芯片与0.47英寸的DMD芯片之间的兼容等。

根据本申请的上述实施例，如图11所示，所述中继组件40还可以进一步包括中继透镜45，其中所述中继透镜45被对应地设置于所述第一棱镜41的另一侧面，用于对经由所述近眼显示用照明装置10发出的照明光进行进一步整形，以使照明光斑更好地匹配所述DMD芯片21的调制面。

优选地，所述中继透镜45被实施为平凸透镜，并且所述中继透镜45被面对面地胶合于所述第一棱镜41的另一侧面。可以理解的是，在本申请的其他示例中，所述中继透镜45也可以与所述第一棱镜41是一体的，即所述中继透镜45的另一侧面可以被实施为曲面，以实现整形所述照明光的效果。

可以理解的是，所述中继透镜45可以但不限于常规透镜，如球面透镜、非球面透镜或自由曲面透镜。在本申请的其他示例中，所述中继透镜45还可以被实施为菲涅尔透镜，以便更进一步压缩所述中继组件40的体积。

根据本申请的另一方面，如图12所示，本申请的一个实施例可以进一步提供一种近眼显示设备，其可以包括上述近眼显示用光机1和光波导2，其中所述近眼显示用光机1被对应地设置于所述光波导2的耦入侧，以通过所述光波导2将经由所述近眼显示用光机1投射出的图像光传输至人眼中，而实现近眼显示。

此外，所述近眼显示设备还可以进一步包括转向棱镜，其中所述转向棱镜被对应地设置于所述近眼显示用光机1的成像镜头30和所述光波导2的耦入口之间，用于全反射经由所述近眼显示用光机1投射出的图像光，以转向地传输至所述光波导2的所述耦入口。可以理解的是，在本申请的其他示例中，所述近眼显示设备中的所述光波导2也可以被实施为诸如鸟浴等其他类型的近眼显示器件，只要能够将经由所述近眼显示用光机1投射出的图像光传输至人眼中以实现近眼显示即可，本申请对此不再赘述。

以上所述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方式，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 (13)

1.近眼显示用照明装置，其特征在于，包括：

多合一光源，其中所述多合一光源包括呈非直线排布的多个发光元件，并且所述多个发光元件用于发射具有不同颜色的多路单色光；

异形合色器件，其中所述异形合色器件被对应地设置于所述多合一光源的发光侧，并且所述异形合色器件具有用于一一对应地反射该多路单色光的多个光学功能面，其中所述多个光学功能面均相对倾斜于所述多合一光源的发光面，并且所述多个光学功能面所在的平面两两之间的交线相交；以及

准直元件，其中所述准直元件被设置于所述多合一光源和所述异形合色器件之间的光路中，使得经由所述多合一光源发出的该多路单色光先被所述准直元件准直，再被所述异形合色器件的所述多个功能面一一对应地反射以合成一路照明光。

2.如权利要求1所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述异形合色器件包括靠近所述准直元件的第一楔角棱镜和远离所述准直元件的第二楔角棱镜，其中所述第一楔角棱镜和所述第二楔角棱镜被叠置于所述多合一光源的发光路径中，并且所述第一楔角棱镜的斜面与所述第二楔角棱镜的斜面分别镀设有对应的反透膜系以作为所述异形合色器件的所述多个光学功能面。

3.如权利要求2所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述第一楔角棱镜的下斜面被贴合于所述第二楔角棱镜的上斜面，并且所述第一楔角棱镜的楔角端与所述第二楔角棱镜的楔角端相互错位。

4.如权利要求2所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述第一楔角棱镜的上斜面和下斜面分别镀设有反红光膜系和反绿光膜系，以分别作为所述异形合色器件的反红光功能面和反绿光功能面，并且所述第二楔角棱镜的下斜面镀设有反蓝光膜系，以作为所述异形合色器件的反蓝光功能面。

5.如权利要求1至4中任一项所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述近眼显示用照明装置进一步包括匀光元件，其中所述匀光元件被对应地设置于所述异形合色器件的反光侧，用于对经由所述异形合色器件合色成的该路照明光进行匀光处理。

6.如权利要求1至4中任一项所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述多合一光源选自呈L形排布的RGB三合一光源、呈品字形排布的RGB三合一光源、RGBW四合一光源以及RGBG四合一光源中的一种。

7.如权利要求1至4中任一项所述的近眼显示用照明装置，其特征在于，所述准直元件为TIR准直镜。

8.近眼显示用光机，其特征在于，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的近眼显示用照明装置；

显示芯片；

成像镜头；以及

中继组件，其中所述中继组件被对应地设置于所述近眼显示用照明装置、所述显示芯片以及所述成像镜头之间，用于将经由所述近眼显示用照明装置发出的照明光传输至所述显示芯片，并将经由所述显示芯片调制成的图像光传输至所述成像镜头以投射成像。

9.如权利要求8所述的近眼显示用光机，其特征在于，所述显示芯片为DMD芯片，并且所述中继组件包括靠近所述近眼显示用照明装置的第一棱镜、靠近所述成像镜头的第二棱镜以及被对应地设置于所述第一棱镜的一个侧面的反射镜，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜以斜面对斜面的方式被间隔地布置，以在所述第一棱镜和所述第二棱镜之间形成全反射间隙，并且所述反射镜和所述DMD芯片被对应地设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜的相对两侧。

10.如权利要求9所述的近眼显示用光机，其特征在于，所述中继组件进一步包括平板棱镜，并且所述平板棱镜被对应地设置于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间的所述全反射间隙内。

11.如权利要求10所述的近眼显示用光机，其特征在于，所述平板棱镜的两个侧面相互平行，并且所述平板棱镜被可更换地组装于所述第一棱镜和所述第二棱镜之间。

12.如权利要求9至11中任一项所述的近眼显示用光机，其特征在于，所述中继组件进一步包括中继透镜，其中所述中继透镜被对应地设置于所述第一棱镜的另一侧面，用于对经由所述近眼显示用照明装置发出的该照明光进行整形。

13.近眼显示设备，其特征在于，包括：

光波导；和

如权利要求8至12中任一项所述的近眼显示用光机，其中所述近眼显示用光机被对应地设置于所述光波导的耦入侧，用于投射图像光至所述光波导的耦入口。

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