CN116540476A - 投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备；其中，光源模组包括准直组件，偏振分光器及匀光器件；准直组件包括光源及准直器件，准直器件位于光源的光路传输路径上；偏振分光器包括分光棱镜、反射棱镜及第一相位延迟器；反射棱镜包括第一直角面和第二直角面，第一直角面与分光棱镜为相邻设置；第一相位延迟器设于第一直角面与分光棱镜之间或者设于第二直角面；匀光器件位于偏振分光器的出光侧；偏振分光器件能将光源发出的投影光线中的S偏振光反射至匀光器件，且能将投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至匀光器件。本申请实施例提供的投影照明光学模组，能够在小体积的情况下提高光的利用率，从而提升亮度。

Description

投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备
技术领域
本申请属于光学投影技术领域，具体地，本申请涉及一种投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备。
背景技术
在光学投影技术中，以LCOS(Liquid Crystal on Silicon，液晶附硅或硅基液晶)显示装置为例，其为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)显示装置等相比，LCOS显示装置具有光路可折叠、体积小、开口率高及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。基于LCOS显示装置具有上述的优点，使得LCOS技术在例如AR(Augmented Reality)设备等具有投影显示功能的投影显示类产品中广泛应用。
在现有技术中，LCOS显示装置只利用了一种偏振光，这使得至少一半的光损失浪费，导致光的利用率较低，亮度较低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备的新技术方案，可以提高光的利用率，从而提升亮度。
根据本申请的第一方面，提供了一种投影照明光学模组，所述投影照明光学模组包括：
准直组件，所述准直组件包括光源及准直器件，所述准直器件位于所述光源的光路传输路径上；
偏振分光器，所述偏振分光器包括分光棱镜、反射棱镜及第一相位延迟器；其中，所述反射棱镜包括第一直角面和第二直角面，且所述第一直角面与所述分光棱镜为相邻设置；所述第一相位延迟器设于所述第一直角面与所述分光棱镜之间，或者设于所述第二直角面；以及
匀光器件，所述匀光器件位于所述偏振分光器的出光侧；
所述偏振分光器件能将所述光源发出的投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件，且能将所述投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至所述匀光器件。
可选地，所述第一相位延迟器包括二分之一波片，能够用于将所述投影光线中的P偏振光转化为S偏振光。
可选地，所述分光棱镜包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜；
所述分光棱镜能够透射P偏振光，同时能够反射S偏振光。
可选地，所述匀光器件包括沿同一光轴依次设置的复眼前透镜、复眼透镜及中继透镜，经所述匀光器件出射的光线为S偏振光。
可选地，所述复眼前透镜包括柱面镜或者球面镜，用以将光线整形并控制光线角度。
可选地，所述光源能够发出不同波段的光线；
所述准直器件包括准直镜组或者反光杯；其中，所述准直镜组包括沿同一光轴且间隔设置的至少两个准直镜片。
可选地，在所述第一相位延迟器设于所述第一直角面与所述分光棱镜之间的情况下，由所述光源发出的投影光线经所述准直器件准直后投射至所述偏振分光器，经所述分光棱镜将所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件中，同时所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜，并在经过所述第一相位延迟器后变成S偏振光，所述S偏振光经所述反射棱镜反射至所述匀光器件中，所述匀光器件对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
可选地，在所述第一相位延迟器设于所述第二直角面的情况下，由所述光源发出的投影光线经所述准直器件准直后投射至所述偏振分光器，所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件中，所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜，经所述反射棱镜反射，经过所述第一相位延迟器后变成S偏振光，所述S偏振光投射至所述匀光器件，所述匀光器件对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
根据本申请的第二方面，还提供了一种投影显示系统。所述投影显示系统包括：
如第一方面所述的投影照明光学模组；以及
投影模组，所述投影模组位于所述匀光器件的出光路径上，经所述匀光器件出射的S偏振光直接进入所述投影模组中进行投影成像。
可选地，所述投影模组包括：
分光器件，所述分光器件包括入光面、出射面，第一透光面以及第二透光面；以及
投影镜组，所述分光器件位于所述投影镜组的投影光路中，且分光器件至少具有两个面与所述投影镜组为相邻设置。
可选地，所述分光器件包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜；
所述入光面与所述匀光器件为相邻且间隔设置；
所述投影镜组包括位于所述出射面一侧的透镜组、位于所述第一透光面一侧的反射镜及位于所述第二透光面一侧的第四透镜；所述第一透光面与所述反射镜之间设有第二相位延迟器，所述第四透镜背离所述第二透光面的一侧设置有投影芯片。
可选地，所述第二相位延迟器为四分之一波片；
所述反射镜为凹面反射镜；
所述透镜组包括胶合镜组及第三透镜；其中，所述胶合镜组位于所述出射面与所述第三透镜之间。
可选地，所述入光面与所述出射面为相对设置；
经所述匀光器件出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光经所述分光器件反射至所述第四透镜，所述S偏振光透过所述第四透镜后入射至所述投影芯片，所述投影芯片为LCOS芯片，所述S偏振光经所述LCOS芯片反射转变为P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件，经所述第二相位延迟器投射至所述反射镜，经过所述反射镜的凹面反射，所述P偏振光再次经过所述第二相位延迟器变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件反射至所述透镜组，再经所述透镜组出射后投影成像。
可选地，所述入光面与所述出射面为相邻设置，且在所述入光面上设有第三相位延迟器，所述第三相位延迟器为二分之一波片；
经所述匀光器件出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光先经所述第三相位延迟器变成P偏振光，再透过所述分光器件进入所述投影芯片，所述投影芯片为LCOS芯片，所述P偏振光经所述LCOS芯片反射后转变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件反射，再经所述第二相位延迟器变成P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件，经所述透镜组出射后投影成像。
根据本申请的第三方面，还提供了一种可穿戴设备。所述可穿戴设备包括：
壳体；以及
如第二方面所述的投影显示系统
本申请的有益效果在于：
本申请实施例提供的投影照明光学模组，在准直器件与匀光器件之间引入了偏振分光器，该偏振分光器可以将投影光线中的S偏振光反射至匀光器件，且能将投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至匀光器件，当将该照明光学模组应用于投影成像光路后，能够在保证投影成像光路小体积的前提下，通过引入的偏振分光器将原本损失掉的偏振光例如P偏振光利用起来，能够提升光的利用率，也能提升整个影照明光学模组的亮度，最终可以提升投影成像的质量。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的投影照明光学模组的结构示意图之一；
图2为本申请实施例提供的投影照明光学模组的结构示意图之二；
图3为本申请实施例提供的投影显示系统的结构示意图之一；
图4为本申请实施例提供的投影显示系统的结构示意图之二。
附图标记说明：
1、光源；2、准直器件；201、准直镜组；2011、第一准直镜片；2012、第二准直镜片；202、反光杯；3、分光棱镜；4、反射棱镜；401、第一直角面；402、第二直角面；5、第一相位延迟器；6、匀光器件；7、复眼前透镜；8、复眼透镜；9、中继透镜；10、投影芯片；11、第四透镜；12、分光器件；1201、入光面；1202、出射面；1203、第一透光面；1204、第二透光面；13、第二相位延迟器；14、反射镜；15、胶合镜组；1501、第一透镜；1502、第二透镜；16、第三透镜；17、第三相位延迟器。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
下面结合附图，对本申请实施例提供的投影照明光学模组、投影显示系统以及可穿戴设备进行详细地描述。
根据本申请实施例提供的投影照明光学模组，其可应用于投影显示系统例如AR设备的光机中，其为一种照明光路设计。所述投影照明光学模组能够发射出用于投影成像的投影光线。
根据本申请的一个实施例，提供了一种投影照明光学模组，参见图1及图2，所述投影照明光学模组包括准直组件，偏振分光器以及匀光器件6。所述准直组件包括光源1及准直器件2，所述准直器件2位于所述光源1的光路传输路径上。所述偏振分光器包括分光棱镜3、反射棱镜4及第一相位延迟器5；其中，所述反射棱镜4包括第一直角面401和第二直角面402，且所述第一直角面401与所述分光棱镜3为相邻设置；所述第一相位延迟器5设于所述第一直角面401与所述分光棱镜3之间，或者设于所述第二直角面402。所述匀光器件6位于所述偏振分光器的出光侧。所述偏振分光器件能够将所述光源1发出的投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件6，且能够将所述投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至所述匀光器件6。
根据本申请上述实施例提供的投影照明光学模组，其可以将所述光源1发出的投影光线中的P偏振光转变为S偏振光，使得进入所述匀光器件6的光线全部为S偏振光。在此基础上，当将所述投影照明光学模组应用于整个投影显示系统(例如AR设备内的光机)的照明部分后，所述光源1所发出的投影光线就可以全部进入成像部分进行投影成像。
也就是说，在本申请上述实施例中，通过使用偏振分光器可以将损失掉的偏振光例如上述的P偏振光利用起来，将其转变为S偏振光后加以利用，提高了光的利用率，从而提升了整个投影照明光学模组的亮度，这利于提升投影成像的质量。
其中，所述光源1可以发出投影光线。所述光源1应当发出可见光。
所述投影光线可以包括多种不同波段的光线。例如，所述投影光线包括红光(R)、绿光(G)及蓝光(B)等。当然，所述投影光线包括但并不限于上述三种颜色的光，还可包括其他颜色的光，本申请对此不做限制。
根据本申请上述实施例提供投影照明光学模组，所述偏振分光器具有两种不同的结构。
在一个例子中，参见图1，所述偏振分光器包括分光棱镜3、反射棱镜4及第一相位延迟器5；所述反射棱镜4包括第一直角面401和第二直角面402，且所述第一直角面401与所述分光棱镜3为相邻设置，所述第一相位延迟器5夹设在所述第一直角面401与所述分光棱镜3之间。
也就是说，在图1示出的结构中，所述第一相位延迟器5是介于所述分光棱镜3与所述反射棱镜4之间的，此时，所述投影光线依次经过所述分光棱镜3、所述第一相位延迟器5及所述反射棱镜4。
在另一个例子中，参见图2，所述偏振分光器包括分光棱镜3、反射棱镜4及第一相位延迟器5；所述反射棱镜4包括第一直角面401和第二直角面402，且所述第一直角面401与所述分光棱镜3为相邻设置，所述第一相位延迟器5设于所述第二直角面402。
也就是说，所述第一相位延迟器5设于所述反射棱镜4背离所述分光棱镜3的一侧，在该情况下，所述投影光线依次经过所述分光棱镜3、所述反射棱镜4及所述第一相位延迟器5。
根据上述两个例子提供的偏振分光器，均能够将S偏振光反射至后方的所述匀光器件6，同时将P偏振光转变为S偏振光之后再反射至所述匀光器件6中。这样，进入所述匀光器件6中的光线均为S偏振光。
其中，所述分光棱镜3例如为PBS棱镜，其为可以透射P光同时可以反射S光的器件，其反射面为斜面。所述第一相位延迟器5是可以使偏振光产生180度相位差的器件，在本申请上述的实施例中，可以将P偏振光转化为S偏振光。所述反射棱镜4为三角棱镜，其除了具有两个直角面之外，还有一斜面，该斜面为所述反射棱镜4的反射面。
需要说明的是，根据上述两个例子提供的偏振分光器，二者光学结构不同，但产生的效果相同，两个例子均可以按照不同的需求，将所述分光棱镜3和反射棱镜4的斜面变换角度，或者将反射面变成球面或者自由曲面。
本申请实施例提供的投影照明光学模组，在所述准直器件与所述匀光器件6之间引入了偏振分光器，该偏振分光器可以将投影光线中的S偏振光反射至匀光器件6，且能将投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至匀光器件6，当将该照明光学模组应用于投影成像光路后，能够在保证投影成像光路小体积的前提下，通过引入的偏振分光器将原本损失掉的偏振光例如P偏振光利用起来，如此能够提升光的利用率，也能提升整个影照明光学模组的亮度，最终可以提升投影成像的质量。
在本申请的一些示例中，所述第一相位延迟器5包括二分之一波片，能够用于将所述投影光线中的P偏振光转化为S偏振光。
根据本申请上述示例，所述偏振分光器中的第一相位延迟器5可以为二分之一波片或称为半波片，其为可以使偏振光产生180度相位的器件。
上述示例中的二分之一波片具有两种不同的设置位置。
二分之一波片的一种设置位置可参见图1，其位于所述分光棱镜3与所述反射棱镜4之间。具体地，所述分光棱镜3与所述反射棱镜4相互胶合，在二者胶合的面上设置有二分之一波片。
二分之一波片的另一种设置位置可参见图2，其设置在所述反射棱镜4的第二直角面402上。
可选的是，所述二分之一波片可以通过贴附或者镀膜的方式形成。
在本申请的一些示例中，参见图1及图2，所述分光棱镜3包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜(PBS膜)。所述分光棱镜3能够透射P偏振光，同时能够反射S偏振光。
具体地，所述分光棱镜3例如为PBS棱镜，其为可以透射P光、同时可以反射S光的器件，其反射面为斜面。
在本申请的一些示例中，参见图1及图2，所述匀光器件6包括沿同一光轴依次设置的复眼前透镜7、复眼透镜8及中继透镜9，经所述匀光器件6出射的光线为S偏振光。
所述匀光器件6用于对经所述偏振分光器出射的S偏振光进行匀光。
经所述偏振分光器出射的光线为S偏振光，所述S偏振光可以直接投射至所述匀光器件6中。在所述匀光器件6中，所述S偏振光先经过所述复眼前透镜7对其进行整形，再经过所述复眼透镜8匀光，最后经过所述中继透镜9将所述S偏振光出射并投射至成像部分。
需要强调的是，经所述匀光器件6出射的光线依然为S偏振光。
可选的是，所述复眼前透镜7包括柱面镜或者球面镜，用以将光线整形并控制光线角度。
参见图1及图2，所述复眼前透镜7位于所述偏振分光器与所述复眼透镜8之间，其例如可以为柱面镜或者球面镜。由于所述偏振分光器的特性，其出射光斑的形状一边较长。所述复眼前透镜7的作用是将光线整形并控制光线角度。
位于所述复眼前透镜7后方的是复眼透镜8，所述复眼透镜8的作用为匀光。位于所述复眼透镜8后方的是所述中继透镜9(也称复眼后透镜)。当将所述投影照明光学模组用于例如投影光机中，所述中继透镜9可以与投影光机中的成像部分中的透镜配合，控制例如LCOS芯片上光斑的大小和角度。
可选的是，所述复眼前透镜7及所述中继透镜9可以均为单片透镜。当然，所述复眼前透镜7及所述中继透镜9也可以为两片以上透镜组成的透镜组。
在本申请的一些示例中，所述光源1能够发出不同波段的光线。所述准直器件2包括准直镜组201或者反光杯202；其中，所述准直镜组201包括沿同一光轴且间隔设置的至少两个准直镜片。
在一个例子中，参见图1，所述准直器件2为准直镜组201，所述准直镜组201例如包括沿同一光轴且间隔设置的第一准直镜片2011及第二准直镜片2012，所述第一准直镜片2011及所述第二准直镜片2012用于将经所述光源1发射出的投影光线准直为平行光后出射。
根据上述例子中，所述准直组件的一种光学构架为包括光源1，以及上述的第一准直镜片2011和第二准直镜片2012；其中，所述光源1例如为RGB三色LED灯，可为整个投影照明光学模组提供RGB投影光线。所述第一准直镜片2011及所述第二准直镜片2012配合可实现对RGB三色LED灯的出射光线的准直效果。
根据上述例子中，针对所述光源1设置了一个准直镜组201，而所述准直镜组201设计包括两个准直镜片。这是因为：两个准直镜片形成一个准直镜组的设计，可以使每个准直镜片的曲率较小，这样准直镜片的厚度就会较小。相比单个准直镜片而言，两个准直镜片组合的设计比单个准直镜片设计的厚度会更小一些，这利于缩减整个投影照明光学模组的尺寸，同时也能降低镜片的制作难度。
在另一个示例中，参见图2，所述准直器件2为反光杯202。
在所述准直器件2为反光杯202的情况下，所述准直组件包括所述光源1与所述反光杯202；其中，所述光源1例如为RGB三色LED灯，所述反光杯202可以对所述光源1的光线进行准直处理。
此外，还可以采用RGB三色LED灯配合三个反光杯202的组合。
其中，所述光源1例如为多合一光源，其能够发射出多种不同波段的光线。具体而言，对于所述光源1，其包括有多个发光芯片，所述多个发光芯片可以发射不同波段的光线，所述多个发光芯片经设定排列组成了目标阵列，这就使所述光源1形成了一个多色光源(也即上述的多合一光源)。
在本申请的一些示例中，参见图1，在所述第一相位延迟器5设于所述第一直角面401与所述分光棱镜3之间的情况下，由所述光源1发出的投影光线经所述准直器件2准直后投射至所述偏振分光器，经所述分光棱镜3将所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件6中，同时，所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜3，并在经过所述第一相位延迟器5后变成S偏振光，S偏振光经所述反射棱镜4反射至所述匀光器件6中，所述匀光器件6对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
在本申请的一些示例中，参见图2，在所述第一相位延迟器5设于所述第二直角面402的情况下，由所述光源1发出的投影光线经所述准直器件2准直后投射至所述偏振分光器，所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件6中，所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜3，经所述反射棱镜4反射，经过所述第一相位延迟器5后变成S偏振光，所述S偏振光投射至所述匀光器件6，所述匀光器件6对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
本申请实施例提供的投影照明光学模组，适合应用于投影显示系统中例如AR设备的投影光机，所述投影照明光学模组可以作为照明部分使用，而投影显示系统中还具有成像部分。本申请实施例提供的投影照明光学模组在保证成像部分的光路可折叠、体积小的前提下，采用偏振分光器将损失掉的例如P偏振光转变为S偏振光加以利用，提升了光的利用率，从而提升亮度。
根据本申请的另一个实施例，提供了一种投影显示系统。
本申请实施例提供的投影显示系统，参见图3及图4，所述投影显示系统包括如上所述的投影照明光学模组，以及投影模组；其中，所述投影模组位于所述匀光器件6的出光路径上，且经所述匀光器件6出射的S偏振光直接进入所述投影模组中进行投影成像。
所述投影显示系统的一种形式例如为AR设备的投影光机。当然，所述投影显示系统包括但并不限于上述的投影光机形式。
在本申请的一些示例中，参见图3及图4，所述投影模组包括分光器件12以及投影镜组；所述分光器件12包括入光面1201、出射面1202，第一透光面1203以及第二透光面1204；所述分光器件12位于所述投影镜组的投影光路中，且分光器件12至少具有两个面与所述投影镜组为相邻设置。
其中，所述分光器件12位于所述投影镜组的投影光路之间。例如，参见图3及图4，所述投影镜组中的各个透镜围设在所述分光器件12的第一透光面1203、第二透光面1204及出射面1202外侧，排列方式较为紧凑。整个投影显示系统在体积微型化设计的同时，还能够兼顾高分辨率的投影图像质量。
可选的是，参见图3及图4，所述分光器件12包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜(PBS膜)。所述入光面1201与所述匀光器件6为相邻且间隔设置；所述投影镜组包括位于所述出射面1202一侧的透镜组、位于所述第一透光面1203一侧的反射镜14，及位于所述第二透光面1204一侧的第四透镜11；所述第一透光面1203与所述反射镜14之间设有第二相位延迟器13，所述第四透镜11背离所述第二透光面1204的一侧设置有投影芯片10。
其中，所述投影镜组中包含的各个透镜例如可以采用玻璃材质，这可以使整个投影光学模组的耐温性能较好。
其中，所述第四透镜11与所述分光器件12的第二透光面1204为相邻设置。具体地，所述第四透镜11可放置在所述分光器件12与所述投影芯片10(例如LCOS像面)之间，所述第四透镜11能够起到矫正畸变和球差的作用。这利于提升最终的投影画面质量。
其中，所述第二相位延迟器13为四分之一波片。所述反射镜14为凹面反射镜。所述透镜组包括胶合镜组15及第三透镜16；其中，所述胶合镜组15位于所述出射面1202与所述第三透镜16之间。
参见图3及图4，所述分光器件12例如包括相互连接第一棱镜和第二棱镜，且所述第一棱镜与所述第二棱镜之间设置有分光膜(PBS膜)。也就是说，所述分光器件12可以由两个棱镜组合形成一整个光学器件。该两个棱镜连接处形成一斜面，参见图3及图4，在该斜面之间例如贴装有分光膜(PBS膜)。所述分光膜可以透射一部分的投影光线，同时可以反射一部分的投影光线。所述分光膜的透光率可根据需要进行调整。
具体而言，所述投影显示系统中因设置有分光膜、相位延迟器并配合所述偏振分光器等可以形成折叠光程。其中，所述分光膜(PBS膜)介于第一棱镜与第二棱镜之间，所述第二相位延迟器13例如为四分之一波片(QWP膜)，四分之一波片贴装于所述分光器件12的第一透光面1203上。
根据本申请实施例中提供的投影模组，在所述分光器件12的出射面1202的一侧设置有一透镜组，该透镜组例如沿同一光轴依次包括胶合镜组15和单独设置的第三透镜16。其中，所述胶合镜组例如包括第一透镜1501及第二透镜1502。此时，所述透镜组包括三个透镜。该三个透镜相互搭配可以提高投影质量。
其中，所述胶合镜组位于所述分光器件12与所述第三透镜16之间。所述胶合镜组可以减小整个投影光学模组的垂直色差。
在本申请的一些示例中，参见图3，所述分光器件12的入光面1201与其出射面1202为相对设置。此时，经所述匀光器件6出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光经所述分光器件12反射至所述第四透镜11，所述S偏振光透过所述第四透镜11后入射至所述投影芯片10，所述投影芯片10为LCOS芯片，所述S偏振光经所述LCOS芯片反射转变为P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件12，经所述第二相位延迟器13投射至所述反射镜14，经过所述反射镜14的凹面反射，所述P偏振光再次经过所述第二相位延迟器13变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件12反射至所述透镜组，再经所述透镜组出射后投影成像。
在本申请的一些示例中，参见图4，所述入光面1201与所述出射面1202为相邻设置，且在所述入光面1201上设有第三相位延迟器17，所述第三相位延迟器17为二分之一波片。经所述匀光器件6出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光先经所述第三相位延迟器17变成P偏振光，再透过所述分光器件12进入所述投影芯片10，所述投影芯片10为LCOS芯片，所述P偏振光经所述LCOS芯片反射后转变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件12反射，再经所述第二相位延迟器13变成P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件12，经所述透镜组出射后投影成像。
分别参见图3及图4，图4中的投影模组可以看做图3中示出的投影模组的一种光学架构变形。在具体应用中，可以根据所述分光器件12的入光面1201与出射面1202，以及第一透光面1203与出射面1202设置的位置和方向不同，所述透镜组中各的相对位置可以进行调整变换。这两种不同的投影模组光学架构可以适配不同外观设计要求的投影产品。
参见图3及4中示出的投影模组，虽然光学结构设计上有差异，但对投影光路来说光程几乎一样，两个光学架构的光学性能也几乎一样。变换光学架构的意义在于可根据后端的组装要求进行灵活变换。
以下通过实施例1和实施例2分别对图3及图4示出的两种投影显示系统进行详细说明。
实施例1
一种投影显示系统，其光学构架可参见图3，包括影照明光学模组以及投影模组。所述影照明光学模组包括准直组件、偏振分光器及匀光器件6。
其中，所述准直组件包括光源1及准直器件2。所述准直器件2位于所述光源1的光路传输路径上，所述准直器件2为准直镜组201，所述准直镜组201包括沿同一光轴且间隔设置的至少两个准直镜片，例如第一准直镜片2011及第二准直镜片2012。
其中，所述偏振分光器包括：分光棱镜3、反射棱镜4及第一相位延迟器5。所述分光棱镜3包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜；所述分光棱镜3能够透射P偏振光同时能够反射S偏振光。所述第一相位延迟器5为二分之一波片，用于将所述投影光线中的P偏振光转化为S偏振光。所述反射棱镜4包括第一直角面401和第二直角面402，且所述第一直角面401与所述分光棱镜3为相邻设置，所述第一相位延迟器5设于所述第一直角面401与所述分光棱镜3。
其中，所述匀光器件6包括沿同一光轴依次设置的复眼前透镜7、复眼透镜8及中继透镜9。所述匀光器件6位于所述偏振分光器的出光侧；所述偏振分光器件能将所述光源1发出的投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件6，且能将所述投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至所述匀光器件6。
所述投影模组位于所述匀光器件6的出光路径上，经所述匀光器件6出射的S偏振光直接进入所述投影模组中进行投影成像。
所述投影模组包括分光器件12及投影镜组；其中，所述分光器件12包括入光面1201、出射面1202，第一透光面1203以及第二透光面1204；所述分光器件12位于所述投影镜组的投影光路中。
所述分光器件12包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜。
所述入光面1201与所述匀光器件6为相邻且间隔设置；所述投影镜组包括位于所述出射面1202一侧的透镜组、位于所述第一透光面1203一侧的反射镜14及位于所述第二透光面1204一侧的第四透镜11，所述反射镜14为凹面反射镜；所述第一透光面1203与所述反射镜14之间设有第二相位延迟器13，所述第二相位延迟器13为四分之一波片所述第四透镜11背离所述第二透光面1204的一侧设置有投影芯片10。所述透镜组包括胶合镜组15及第三透镜16；其中，所述胶合镜组15位于所述出射面1202与所述第三透镜16之间。
其中，所述入光面1201与所述出射面1202为相对设置。
根据上述例子提供的投影显示系统，参见下表1。
表1中示出了投影显示系统的光学参数设计。
表1
投影光线由所述光源1发出，经过准直器件2(第一准直镜片2011及第二准直镜片2012)进行准直，再经偏振分光器的PBS棱镜(也即分光棱镜3)分光，S偏振光反射至匀光器件6中，P偏振光透过PBS棱镜，通过二分之一波片(也即第一相位延迟器5)后变成S偏振光，再经反射棱镜4反射到匀光器件6中。在匀光器件6中，先经过柱面透镜(复眼前透镜7)整形，再经复眼透镜8的匀光，最后经过中继透镜9进入投影模组，同时光线还是S偏振光。
在投影模组中，S偏振光先经过分光器件12(例如，PBS棱镜)的反射后通过第四透镜11进入投影芯片10(也即LCOS芯片)，经投影芯片10反射后光线变成P偏振光，P偏振光穿过分光器件12通过四分之一波片(也即第二相位延迟器13)进入反射镜14(为凹面反射镜)。经过反射镜14反射，光线再次通过四分之一波片变成S偏振光，S偏振光经过分光器件12反射，通过透镜组后投影成像。
实施例2
参见图4，与实施例1的不同之处在于：
所述偏振分光器中的第一相位延迟器5设置在所述反射棱镜4的第二直角面402上。并且，所述投影模组中，所述分光器件12的入光面1201与出射面1202为相邻设置。
根据上述例子提供的投影显示系统，参见下表2。
表2中示出了投影显示系统的部分光学参数设计。
表2
编号 名称 示例
1 光源 RGB三色灯
2 准直器件 反光杯202
3 分光棱镜 棱镜
4 反射棱镜 棱镜
5 第一相位延迟器 二分之一波片(膜片)
17 第三相位延迟器 二分之一波片(膜片)
10 投影芯片 LCOS芯片
投影光线由所述光源1发出，经过准直器件2(反光杯202)进行准直，再经偏振分光器的PBS棱镜(也即分光棱镜3)分光，S偏振光反射至匀光器件6中，P偏振光透过PBS棱镜，经反射棱镜4反射，再通过二分之一波片(也即第一相位延迟器5)后变成S偏振光，再经反射棱镜4反射到匀光器件6中。在匀光器件6中，先经过柱面透镜(复眼前透镜7)整形，再经复眼透镜8的匀光，最后经过中继透镜9进入投影模组，同时光线还是S偏振光。
在投影模组中，S偏振光先经过二分之一波片(也即第三相位延迟器17)变成P偏振光，再透过分光器件12(例如，PBS棱镜)进入投影芯片10(也即LCOS芯片)，经投影芯片10反射后光线变成S偏振光，S偏振光经分光器件12反射再通过四分之一波片(也即第二相位延迟器13)进入反射镜14(为凹面反射镜)，经过反射镜14反射，光线再次通过四分之一波片变成P偏振光，P偏振光透过分光器件12，再通过透镜组后投影成像。
根据本申请的又一个实施例，提供了一种可穿戴设备。所述可穿戴设备包括壳体，以及如上所述的投影显示系统。
需要说明的是，所述可穿戴设备例如可以为AR头戴设备，当然也可以是其他形式的可穿戴设备，本申请实施例中对此不做限制。
本申请实施例的投影显示系统以及可穿戴设备的具体实施方式可以参照上述的光源模组的实施例，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (15)

1.一种投影照明光学模组，其特征在于，包括：
准直组件，所述准直组件包括光源(1)及准直器件(2)，所述准直器件(2)位于所述光源(1)的光路传输路径上；
偏振分光器，所述偏振分光器包括分光棱镜(3)、反射棱镜(4)及第一相位延迟器(5)；其中，所述反射棱镜(4)包括第一直角面(401)和第二直角面(402)，且所述第一直角面(401)与所述分光棱镜(3)为相邻设置；所述第一相位延迟器(5)设于所述第一直角面(401)与所述分光棱镜(3)之间，或者设于所述第二直角面(402)；以及
匀光器件(6)，所述匀光器件(6)位于所述偏振分光器的出光侧；
所述偏振分光器件能将所述光源(1)发出的投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件(6)，且能将所述投影光线中的P偏振光转变为S偏振光后反射至所述匀光器件(6)。
2.根据权利要求1所述的投影照明光学模组，其特征在于，所述第一相位延迟器(5)包括二分之一波片，能够用于将所述投影光线中的P偏振光转化为S偏振光。
3.根据权利要求1所述的投影照明光学模组，其特征在于，所述分光棱镜(3)包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜；
所述分光棱镜(3)能够透射P偏振光，同时能够反射S偏振光。
4.根据权利要求1所述的投影照明光学模组，其特征在于，所述匀光器件(6)包括沿同一光轴依次设置的复眼前透镜(7)、复眼透镜(8)及中继透镜(9)，经所述匀光器件(6)出射的光线为S偏振光。
5.根据权利要求4所述的投影照明光学模组，其特征在于，所述复眼前透镜(7)包括柱面镜或者球面镜，用以将光线整形并控制光线角度。
6.根据权利要求1所述的投影照明光学模组，其特征在于，所述光源(1)能够发出不同波段的光线；
所述准直器件(2)包括准直镜组(201)或者反光杯(202)；其中，所述准直镜组(201)包括沿同一光轴且间隔设置的至少两个准直镜片。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的投影照明光学模组，其特征在于，在所述第一相位延迟器(5)设于所述第一直角面(401)与所述分光棱镜(3)之间的情况下，由所述光源(1)发出的投影光线经所述准直器件(2)准直后投射至所述偏振分光器，经所述分光棱镜(3)将所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件(6)中，同时所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜(3)，并在经过所述第一相位延迟器(5)后变成S偏振光，所述S偏振光经所述反射棱镜(4)反射至所述匀光器件(6)中，所述匀光器件(6)对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的投影照明光学模组，其特征在于，在所述第一相位延迟器(5)设于所述第二直角面(402)的情况下，由所述光源(1)发出的投影光线经所述准直器件(2)准直后投射至所述偏振分光器，所述投影光线中的S偏振光反射至所述匀光器件(6)中，所述投影光线中的P偏振光透过所述分光棱镜(3)，经所述反射棱镜(4)反射，经过所述第一相位延迟器(5)后变成S偏振光，所述S偏振光投射至所述匀光器件(6)，所述匀光器件(6)对所述S偏振光进行匀光后出射，出射的光线为S偏振光。
9.一种投影显示系统，其特征在于，包括：
如权利要求1-8中任一项所述的投影照明光学模组；以及
投影模组，所述投影模组位于所述匀光器件(6)的出光路径上，经所述匀光器件(6)出射的S偏振光直接进入所述投影模组中进行投影成像。
10.根据权利要求9所述的投影显示系统，其特征在于，所述投影模组包括：
分光器件(12)，所述分光器件(12)包括入光面(1201)、出射面(1202)，第一透光面(1203)以及第二透光面(1204)；以及
投影镜组，所述分光器件(12)位于所述投影镜组的投影光路中，且分光器件(12)至少具有两个面与所述投影镜组为相邻设置。
11.根据权利要求10所述的投影显示系统，其特征在于，所述分光器件(12)包括相互胶合的两个三角棱镜，所述两个三角棱镜相互胶合的面为斜面，且所述胶合面上设置有分光膜；
所述入光面(1201)与所述匀光器件(6)为相邻且间隔设置；
所述投影镜组包括位于所述出射面(1202)一侧的透镜组、位于所述第一透光面(1203)一侧的反射镜(14)及位于所述第二透光面(1204)一侧的第四透镜(11)；所述第一透光面(1203)与所述反射镜(14)之间设有第二相位延迟器(13)，所述第四透镜(11)背离所述第二透光面(1204)的一侧设置有投影芯片(10)。
12.根据权利要求11所述的投影显示系统，其特征在于，所述第二相位延迟器(13)为四分之一波片；
所述反射镜(14)为凹面反射镜；
所述透镜组包括胶合镜组(15)及第三透镜(16)；其中，所述胶合镜组(15)位于所述出射面(1202)与所述第三透镜(16)之间。
13.根据权利要求12所述的投影显示系统，其特征在于，所述入光面(1201)与所述出射面(1202)为相对设置；
经所述匀光器件(6)出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光经所述分光器件(12)反射至所述第四透镜(11)，所述S偏振光透过所述第四透镜(11)后入射至所述投影芯片(10)，所述投影芯片(10)为LCOS芯片，所述S偏振光经所述LCOS芯片反射转变为P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件(12)，经所述第二相位延迟器(13)投射至所述反射镜(14)，经过所述反射镜(14)的凹面反射，所述P偏振光再次经过所述第二相位延迟器(13)变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件(12)反射至所述透镜组，再经所述透镜组出射后投影成像。
14.根据权利要求12所述的投影显示系统，其特征在于，所述入光面(1201)与所述出射面(1202)为相邻设置，且在所述入光面(1201)上设有第三相位延迟器(17)，所述第三相位延迟器(17)为二分之一波片；
经所述匀光器件(6)出射的S偏振光投射至所述投影模组中，所述S偏振光先经所述第三相位延迟器(17)变成P偏振光，再透过所述分光器件(12)进入所述投影芯片(10)，所述投影芯片(10)为LCOS芯片，所述P偏振光经所述LCOS芯片反射后转变为S偏振光，所述S偏振光经所述分光器件(12)反射，再经所述第二相位延迟器(13)变成P偏振光，所述P偏振光透过所述分光器件(12)，经所述透镜组出射后投影成像。
15.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：
壳体；以及
如权利要求9-14中任一项所述的投影显示系统。
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