CN214795441U - 微型投影光引擎和穿戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备。该微型投影光引擎包括用于提供具有同一偏振态的偏振照明光的照明组件、用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光的显示芯片、用于投射该偏振图像光的成像组件以及偏振分光组件。该偏振分光组件具有与该照明组件对应的入射面，与该显示芯片对应的显示面以及与该成像组件对应的出射面，并且该偏振分光组件的该出射面相邻于该偏振分光组件的该入射面，使得该照明组件和该成像组件位于该偏振分光组件的相邻侧，其中该偏振分光组件用于将经由该照明组件提供的该偏振照明光传输至该显示芯片，并将经由该显示芯片调制成的该偏振图像光传输至该成像组件以投射成像。

Description

微型投影光引擎和穿戴式显示设备

技术领域

本实用新型涉及微投影技术领域，特别是涉及一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备。

背景技术

近年来，随着微型投影技术日趋成熟，微型投影早已走出了概念阶段，逐渐步入商品实用化的阶段，越来越多的小型便携式投影媒体播放器、投影手机、穿戴式显示设备(如AR眼镜等)开始面市，使得微投影技术的应用模式更加多样化，发展前景备受期待。

微型投影技术通常是基于微投显示芯片而开发的，目前主流的微投显示芯片有TFT-LCD、LCoS以及DMD芯片。但在这三种显示芯片中：首先，基于TFT-LCD芯片的光引擎的对比度较低、光能利用率低、亮度较低以及分辨率较低；其次，基于DMD芯片的光引擎虽然具有较高的对比度和光能利用率，但目前小尺寸领域内的物理分辨率比LCoS低，同时由于是独家技术，价格非常贵；最后，基于LCoS芯片的光引擎具有良好的物理分辨率和光能利用率，同时鉴于LCoS成熟的技术和良好的质量，即使相比于DMD芯片，LCoS芯片的价格也是具有明显的优势。因此，综合来看，在上述三种芯片中，LCoS芯片还是具有较高的性价比的。此外，对于AR应用领域的投影光机而言，由于大多数波导都是需要偏振光耦入的，而LCoS芯片本身就是偏振光调制器件，因此，从这一层面上来讲，LCoS芯片也具有先天性优势。

然而，目前微型投影光引擎所面临的挑战主要还是在于光引擎的体积和重量，特别是，大多数LCoS投影光引擎通常采用PBS分光棱镜，不仅需要将体积和尺寸较大的照明系统和投影镜头相对地设置于该PBS分光棱镜的左右两侧，而且还需要将体积和尺寸较小的LCoS芯片和偏振折返镜分别对应地设置于该PBS分光棱镜的其他对称侧，这使得现有的微型投影光引擎通常具有直线型结构，进而造成该现有的投影光引擎在长度方向上的尺寸较大，且重量也较大，难以满足市场对小尺寸、轻重量的光引擎需求。

实用新型内容

本实用新型的一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其能够满足市场对小尺寸、轻重量的微型投影光引擎的需求。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎的偏振分光组件的入射面不平行于出射面，使得照明组件和成像组件分别位于所述偏振分光组件的相邻侧，有助于减小所述微型投影光引擎在长度方向上的尺寸。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎的体积足够小、重量足够轻，便于携带，适于在增强现实、虚拟现实以及近眼显示等可穿戴领域得到应用和普及。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎适于将携带图像信息的偏振光投射至穿戴式显示设备的波导中，以通过波导将该携带图像信息的偏振光投射至人眼中成像。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎能够采用光路转折的照明方式，使得所述微型投影光引擎的整体长度在一定程度上得以压缩，使得整个光引擎的结构更加紧凑，有助于减小光引擎的体积和重量。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎中的准直合色组件能够在四个维度方向上进行位置的调整，有利于调整所述微型投影光引擎的形态以便在整机中装配。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎的所述准直合色组件能够进行单路合色，有助于进一步缩减所述微型投影光引擎的长度和重量。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎能够利用平面反射镜来实现照明光路的转折，以便压缩所述微型投影光引擎的长度和重量。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎能够利用直角棱镜来实现照明光路的转折，以便简化所述微型投影光引擎的装配难度，提高装配精度。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎具有L形结构，能够方便适配眼镜等整机架构。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，在本实用新型的一实施例中，所述微型投影光引擎中的照明组件能够在四个维度方向上进行位置的调整，有利于调整所述微型投影光引擎的形态以便在整机中装配。

本实用新型的另一优势在于提供一种微型投影光引擎和穿戴式显示设备，其中，为了达到上述目的，在本实用新型中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本实用新型成功和有效地提供一解决方案，不只提供一简单的微型投影光引擎和穿戴式显示设备，同时还增加了所述微型投影光引擎和穿戴式显示设备的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一优势或其他优势和目的，本实用新型提供了一种微型投影光引擎，包括：

照明组件，用于提供具有同一偏振态的偏振照明光；

显示芯片，用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光；

成像组件，用于投射该偏振图像光；以及

偏振分光组件，其中所述偏振分光组件具有与所述照明组件对应的入射面，与所述显示芯片对应的显示面以及与所述成像组件对应的出射面，并且所述偏振分光组件的所述出射面相邻于所述偏振分光组件的所述入射面，使得所述照明组件和所述成像组件位于所述偏振分光组件的相邻侧，其中所述偏振分光组件用于将经由所述照明组件提供的该偏振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该偏振图像光传输至所述成像组件以投射成像。

根据本申请的一实施例，所述偏振分光组件包括第一棱镜、第二棱镜以及偏振分光元件，其中所述第一棱镜的第一斜面和所述第二棱镜的第二斜面被相对地布置，并且所述至少一偏振分光元件被设置于所述第一棱镜的所述第一斜面和所述第二棱镜的所述第二斜面之间，其中所述第一棱镜的两个第一侧面分别作为所述偏振分光组件的所述入射面和所述显示面，并且所述第二棱镜上与所述入射面相邻的第二侧面作为所述偏振分光组件的所述出射面，其中所述偏振分光元件用于反射具有第一偏振态的偏振光，并透射具有第二偏振态的偏振光，其中该第一偏振态的偏振方向垂直于该第二偏振态的偏振方向。

根据本申请的一实施例，所述偏振分光组件包括第一棱镜、第二棱镜以及偏振分光元件，其中所述第一棱镜的第一斜面和所述第二棱镜的第二斜面被相对地布置，并且所述至少一偏振分光元件被设置于所述第一棱镜的所述第一斜面和所述第二棱镜的所述第二斜面之间，其中所述第二棱镜的两个第二侧面分别作为所述偏振分光组件的所述出射面和所述显示面，并且所述第一棱镜上与所述出射面相邻的第一侧面作为所述偏振分光组件的所述入射面，其中所述偏振分光元件用于反射具有第二偏振态的偏振光，并透射具有第一偏振态的偏振光，其中该第一偏振态的偏振方向垂直于该第二偏振态的偏振方向。

根据本申请的一实施例，所述照明组件包括用于发射多路单色照明光的照明光源、准直合色组件以及起偏器件，其中所述准直合色组件被设置于所述照明光源和所述起偏器件之间的光路中，用于将经由所述照明光源发射的该多路单色照明光准直合成一路合色照明光，其中所述起偏器件被对应地设置于所述偏振分光组件的所述入射面，用于将该合色照明光起偏成该偏振图像光。

根据本申请的一实施例，所述起偏器件为第一偏振片，其中所述第一偏振片被贴附于所述偏振分光组件的所述入射面，并且所述第一偏振片用于允许具有该第一偏振态的偏振光通过，并阻止具有该第二偏振态的偏振光通过。

根据本申请的一实施例，所述照明组件包括反射元件，其中所述反射元件被设置于所述准直合色组件和所述起偏器件之间的光路中，并且所述反射元件用于反射该合色照明光以改变该合色照明光的传播方向。

根据本申请的一实施例，所述反射元件为平面反射镜，其中所述平面反射镜的反射面朝向所述偏振分光组件的所述显示面或所述出射面，使得所述成像组件和所述照明组件的所述准直合色组件分别错位地位于所述偏振分光组件的相对两侧或同一侧。

根据本申请的一实施例，所述反射元件为全反射棱镜，其中所述全反射棱镜的第一垂直侧面和第二垂直侧面分别面相所述准直合色组件和所述偏振分光组件的所述入射面，以通过全反射的方式将来自所述准直合色组件的该合色照明光反射至所述偏振分光组件的所述入射面。

根据本申请的一实施例，所述照明组件进一步包括中继透镜组，其中所述中继透镜组包括第一中继透镜和第二中继透镜，并且所述第一中继透镜和所述第二中继透镜分别被对应地贴附于所述全反射棱镜的所述第一垂直侧面和所述第二垂直侧面。

根据本申请的一实施例，所述照明光源为RGB三合一光源或由RB二合一光源和G光源组成的光源。

根据本申请的一实施例，所述微型投影光引擎进一步包括偏振过滤组件，其中所述偏振过滤组件为第二偏振片，并且所述第二偏振片被贴附于所述偏振分光组件的所述出射面，用于允许具有第二偏振态的偏振光通过，并阻止具有第一偏振态的偏振光通过。

根据本申请的一实施例，所述微型投影光引擎进一步包括1/4波片，其中所述1/4波片被设置于所述显示芯片和所述偏振分光组件的所述显示面之间的光路中，用于抑制所述显示芯片的暗态漏光。

根据本申请的一实施例，所述显示芯片为LCoS芯片。

根据本申请的另一方面，本申请进一步提供了穿戴式显示设备，包括：

波导；和

微型投影光引擎，其中所述微型投影光引擎被对应地设置于所述波导，并且所述微型投影光引擎包括：

照明组件，用于提供具有同一偏振态的偏振照明光；

显示芯片，用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光；

成像组件，用于投射该偏振图像光；以及

偏振分光组件，其中所述偏振分光组件具有与所述照明组件对应的入射面，与所述显示芯片对应的显示面以及与所述成像组件对应的出射面，并且所述偏振分光组件的所述出射面相邻于所述偏振分光组件的所述入射面，使得所述照明组件和所述成像组件位于所述偏振分光组件的相邻侧，其中所述偏振分光组件用于将经由所述照明组件提供的该偏振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该偏振图像光传输至所述成像组件以投射至所述波导，进而通过所述波导将该偏振图像光显示成像。

根据本申请的一实施例，所述成像组件包括成像透镜组和转折棱镜，其中所述成像透镜组被设置于所述转折棱镜和所述偏振分光组件的所述出射面之间的光路中，使得从所述出射面射出的该偏振图像光线经由所述成像透镜组成像，再经由所述转折棱镜的全反射以投射至所述波导。

根据本申请的一实施例，所述波导和所述照明组件位于所述成像组件的同一侧。

通过对随后的描述和附图的理解，本实用新型进一步的目的和优势将得以充分体现。

本实用新型的这些和其它目的、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

图1是根据本实用新型的一实施例的微型投影光引擎的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的光路示意图。

图3示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第一变形实施方式。

图4示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第二变形实施方式。

图5示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第三变形实施方式。

图6示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第四变形实施方式。

图7示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第五变形实施方式。

图8示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎的第六变形实施方式。

图9是根据本实用新型的一实施例的穿戴式显示设备的系统示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，权利要求和说明书中术语“一”应理解为“一个或多个”，即在一个实施例，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个。除非在本实用新型的揭露中明确示意该元件的数量只有一个，否则术语“一”并不能理解为唯一或单一，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，属于“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过媒介间接连结。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

近年来，随着微型显示芯片技术的出现，使得小型化和高分辨率的投影显示成为可能。然而，现有的微型投影光引擎通常将体积和尺寸较大的照明系统和投影镜头相对地设置于该PBS分光棱镜的左右两侧，使得该现有的微型投影光引擎具有直线型结构，进而造成该现有的投影光引擎在长度方向上的尺寸较大，且重量也较大，无法满足目前的增强现实、虚拟现实以及近眼显示等可穿戴产品对小尺寸和轻重量的严苛要求。因此，目前急需一种足够小尺寸、轻重量的微型投影光引擎，才能满足市场需求。

参考附图之图1和图2所示，根据本实用新型的一实施例的一微型投影光引擎被阐明。具体地，如图1和图2所示，所述微型投影光引擎1包括一照明组件10、一显示芯片20、一成像组件30以及一偏振分光组件40。所述照明组件10用于提供具有同一偏振态的偏振照明光。所述显示芯片20用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光。所述成像组件30用于投射该偏振图像光。所述偏振分光组件40具有与所述照明组件10对应的一入射面401、与所述显示芯片20对应的一显示面402以及与所述成像组件30对应的一出射面403，并且所述偏振分光组件40的所述出射面403相邻于所述偏振分光组件40的所述入射面401，用于将来自所述照明组件10的该偏振照明光传输至所述显示芯片20，并将来自所述显示芯片20的该偏振图像光传输至所述成像组件30。

换言之，所述偏振分光组件40被设置于所述照明组件10、所述显示芯片20以及所述成像组件30之间，并且所述照明组件10和所述成像组件30分别位于所述偏振分光组件40的相邻侧，使得经由所述照明组件10提供的该偏振照明光自所述入射面401射入以被所述偏振分光组件40传输至所述显示面402而从所述显示面402射出；接着，从所述显示面402射出的该偏振照明光被所述显示芯片20调制成该偏振图像光以从所述显示面402射入；之后，从所述显示面402射入的该偏振图像光被所述偏振分光组件40传输至所述出射面403以从所述出射面403射出；最后，从所述出射面403射出的该偏振图像光被所述成像组件30投射以成像。

值得注意的是，由于本实用新型的所述微型投影光引擎1的所述偏振分光组件40的所述入射面401相邻于所述偏振分光组件40的所述出射面403，使得尺寸较大的所述照明组件10和所述成像组件30分别位于所述偏振分光组件40的相邻侧(如图1和图2所示的左侧和上侧)，因此相比于现有的具有直线型结构的光引擎，本申请的所述微型投影光引擎1不仅在长度方向上的尺寸得以缩小，而且也无需为所述偏振分光组件40配置偏振折返镜，以减小光引擎的整体重量，有助于满足目前的增强现实、虚拟现实以及近眼显示等可穿戴产品对小尺寸和轻重量的严苛要求。

更具体地，如图1和图2所示，所述微型投影光引擎1的所述偏振分光组件40可以但不限于包括一第一棱镜41、一第二棱镜42以及至少一偏振分光元件43，其中所述第一棱镜41的第一斜面411和所述第二棱镜42的第二斜面421被相对应地布置，并且所述偏振分光元件43被设置于所述第一棱镜41的所述第一斜面411和所述第二棱镜42的所述第二斜面421之间，其中所述第一棱镜41的两第一侧面412分别作为所述入射面401和所述显示面402，并且所述第二棱镜42上与所述入射面401相邻的第二侧面422作为所述出射面403，其中所述偏振分光元件43用于反射具有第一偏振态的偏振光，并透射具有第二偏振态的偏振光，其中所述第一偏振态的偏振方向垂直于所述第二偏振态的偏振方向。可以理解的是，本申请中所述具有第一偏振态的偏振光可以但不限于被实施为P偏振光(简称P光)或S偏振光(简称S光)，对应地所述具有第二偏振态的偏振光被实施为该S偏振光或该P偏振光。

优选地，所述偏振分光元件43可以但不限于被实施为一PBS薄膜，用于反射该S偏振光，并透射该P偏振光。可以理解的是，为了区分偏振照明光和偏振图像光，在本实用新型的附图中，S和S*分别表示具有S偏振态的偏振照明光和偏振图像光；P和P*分别表示具有P偏振态的偏振照明光和偏振图像光；以及用S+P表示非偏振光(该非偏振光可以是基色光、合色光或自然光等等)。

更优选地，如图1所示，所述偏振分光元件43可以被镀于所述第一棱镜41的所述第一斜面411或所述第二棱镜42的所述第二斜面421，对应地，所述第一棱镜41的所述第一斜面411与所述第二棱镜42的所述第二斜面421相互胶合，以使所述偏振分光元件43位于所述第一棱镜41的所述第一斜面411与所述第二棱镜42的所述第二斜面421之间。当然，在本实用新型的其他示例中，所述偏振分光元件43也可以直接被胶合于所述第一棱镜41的所述第一斜面411与所述第二棱镜42的所述第二斜面421之间。

更优选地，所述偏振分光组件40的所述入射面401垂直于所述偏振分光组件40的所述出射面402，以便降低所述偏振分光组件40的光路设计难度，降低所述微型投影光引擎1的组装难度。

示例性地，所述偏振分光组件40的所述第一棱镜41和所述第二棱镜42均可以被实施为直角棱镜，也就是说，所述偏振分光组件40的所述入射面401和所述出射面403之间的夹角为直角，并且所述偏振分光组件40的所述入射面401和所述显示面402之间的夹角也为直角。

值得注意的是，所述第一棱镜41和所述第二棱镜42的尺寸和形状优选地保持相同，以通过所述第一棱镜41和所述第二棱镜42组装成具有矩形结构的偏振分光组件40。换言之，在本实用新型的上述示例中，所述偏振分光组件40的所述显示面402平行于所述偏振分光组件40的所述出射面403，使得所述第二棱镜42上与所述入射面401远离(如平行)的第二侧面422未被利用，即所述第二棱镜42的两个所述第二侧面422只有与所述入射面401相邻的那个侧面有光线经过，有助于降低所述微型投影光引擎1的所述偏振分光组件40的光路设计难度。

根据本实用新型的上述实施例，如图1和图2所示，所述微型投影光引擎1的所述显示芯片20优选地被实施为LCoS芯片21，其中所述LCoS芯片21用于将具有第一偏振态的偏振照明光(如S光或P光)调制成具有第二偏振态的偏振图像光(如P*光或S*光)。

这样，如图2所示，当所述照明组件10提供S光时，S光将先从所述入射面401射入所述第一棱镜41，再被所述偏振分光元件43反射以从所述显示面402射出所述第一棱镜41；接着，从所述显示面402射出的该S光被所述LCoS芯片21调制成P*光以从所述显示面402再次射入所述第一棱镜41；之后，从所述显示面402射入的该P*光在透过所述偏振分光元件43以射入所述第二棱镜42后从所述出射面403射出所述第二棱镜42；最后，从所述出射面403射出的该P*光经由所述成像组件30投射以成像。

值得注意的是，在本实用新型的上述示例中，如图2所示，所述照明组件10所提供的该具有同一偏振态的偏振照明光被实施为S光，而该携带图像信息的偏振图像光相应地被实施为S*光。当然，在本实用新型的其他示例中，所述照明组件10所提供的该具有同一偏振态的偏振照明光也可以被实施为P光，而该携带图像信息的偏振图像光相应地被实施为P*光。

此外，由于现有的LED照明光源通常为单色光源，用于发射出单色照明光，因此为了确保所述微型投影光引擎1能够投射出彩色图像，则所述微型投影光引擎1的所述照明组件10所发射的偏振光必须为具有同一偏振态的合色照明光(简称合色偏振光)。具体地，如图1和图2所示，所述照明组件10包括照明光源11、准直合色组件12以及起偏器件13，其中所述照明光源11用于发射多路单色照明光(如S+P光)，其中所述准直合色组件12被设置于所述照明光源11和所述起偏器件13之间，用于将经由所述照明光源11发射的该多路单色照明光准直合成一路合色照明光，其中所述起偏器件13被对应地设置于所述偏振分光组件40的所述入射面401，用于将该合色照明光起偏成具有第一偏振态的该偏振照明光。

优选地，所述照明组件10的所述起偏器件13可以但不限于被实施为第一偏振片131，并且所述第一偏振片131被设置于邻近所述偏振分光组件40的所述入射面401的位置，其中所述第一偏振片131用于仅允许具有该第一偏振态的偏振照明光通过，并阻挡具有第二偏振态的偏振光通过。

示例性地，所述第一偏振片131被实施为一S偏振片，并且所述S偏振片被贴装于所述偏振分光组件40的所述入射面401，使得经由所述S偏振片的起偏而获得的合色偏振光能够直接从所述入射面401射入所述偏振分光组件40。可以理解的是，在本申请的其他示例中，所述起偏器件13也可以被实施为偏振复用器件，用于允许该合色照明光中的S光通过，并将该合色照明光中的P光转换成S光。

更优选地，所述S偏振片131被贴附于所述偏振分光组件40的所述入射面401，以便确保从所述入射面401射入的照明光均为该S偏振照明光，防止P偏振光或其他偏振态的杂散光从所述入射面401射入所述偏振分光组件40。

值得注意的是，在本申请的一示例中，如图2所示，所述照明光源11也可以被实施为由RB二合一光源111和G光源112组成的光源，其中所述RB二合一光源111用于发射红色照明光和蓝色照明光，并且所述G光源112用于发射绿色照明光。对应地，如图2所示，所述准直合色组件12可以包括一对准直透镜组121和一个合色组件122，并且所述一对准直透镜组121分别被设置于所述照明光源11的所述RB二合一光源111和所述G光源112与所述合色组件122之间，其中所述一对准直透镜组121用于准直经由所述照明光源11发射的三路单色照明光(如R光、G光以及B光)，并且所述合色组件122用于将准直后的三路单色照明光合成一路合色照明光。

优选地，在本申请的这一示例中，所述合色组件122可以但不限于被实施为由一楔形棱镜1221、用于反射红光，并透射绿光和蓝光的第一选择性反射膜系1222以及用于反射蓝光并透射绿光的第二选择性反射膜系1223组成的合色器件。所述第一选择性反射膜系1222被对应地设置于所述楔形棱镜1221的第一侧面以对应于所述RB二合一光源111，并且所述第二选择性反射膜系1223被对应地设置于所述楔形棱镜1221的第二侧面以对应于所述G光源112，其中所述楔形棱镜1221的所述第一侧面不平行于所述楔形棱镜1221的所述第二侧面，使得经由所述RB二合一光源111发射的红色照明光和蓝色照明光与经由所述G光源112发射的绿色照明光被合成一路合色照明光。

根据本申请的上述实施例，如图2所示，所述微型投影光引擎1的所述照明组件10可以进一步包括一反射元件14，其中所述反射元件14被设置于所述准直合色组件12与所述偏振分光组件40的所述入射面401之间的光路中，用于反射该合色照明光以改变该合色照明光的传播方向，使得该合色照明光朝着所述偏振分光组件40的所述入射面401传播。

优选地，所述反射元件14被对应地设置于所述准直合色组件12和所述起偏器件13之间的光路中，使得经由所述准直合色组件12合成的该合色照明光先被所述反射元件14反射，再被所述起偏器件13起偏以形成从所述入射面401射入的该偏振照明光。当然，在本申请的其他示例中，所述反射元件14也可以被设置于所述起偏器件13和所述偏振分光组件40的所述入射面401之间的光路中，使得经由所述准直合色组件12合成的该合色照明光先被所述起偏器件13起偏以形成该偏振照明光，再被所述反射元件14反射以从所述入射面401射入所述偏振分光组件40。

示例性地，如图2所示，所述反射元件14可以但不限于被实施为一平面反射镜141，并且所述平面反射镜141相对于所述入射面401被倾斜地布置，以通过平面反射的方式将所述合色照明光反射至所述偏振分光组件40的所述入射面401。当然，在本申请的其他示例中，所述反射元件14还可以被实施为曲面反射镜，如自由曲面反射镜。

具体地，在本申请的这一示例中，所述平面反射镜141的反射面1410与所述偏振分光组件40的所述入射面401之间的夹角为45度，以便经由所述平面反射镜141反射后的所述合色照明光能够从所述入射面401垂直地射入所述偏振分光组件40。

优选地，所述平面反射镜141的所述反射面1410朝向所述偏振分光组件40的所述显示面402，使得所述准直合色组件12和所述成像组件30分别被错位地位于所述偏振分光组件40的相对两侧，以减小所述微型投影光引擎1的整体长度。

更具体地，所述楔形棱镜1221被对应地布置，使得所述楔形棱镜1221的所述第一侧面和所述第二侧面分别面向左下方和右上方，进而所述RB二合一光源111和所述G光源112分别位于所述楔形棱镜1221的左下侧和右上侧。

根据本申请的上述实施例，如图1和图2所示，所述照明组件10可以进一步包括一匀光器件15，其中所述匀光器件15被设置于所述准直合色组件12和所述起偏器件13之间的光路中，用于对来自所述准直合色组件12的该合色照明光进行匀光处理，使得来自所述准直合色组件12的该合色照明光先被所述匀光器件15进行匀光处理，再被所述起偏器件13进行起偏处理。

优选地，所述匀光器件15可以但不限于被实施为一复眼透镜，以通过所述复眼透镜对经由所述准直合色组件12合成的该合色照明光进行匀光处理，有助于提高该合色照明光的均匀性。示例性地，所述匀光器件15可以但不限于被设置于所述准直合色组件12和所述反射元件14之间的光路中，使得来自所述准直合色组件12的该合色照明光先被所述匀光器件15进行匀光处理，再被所述反射元件14反射，最后被所述起偏器件13进行起偏处理。

进一步地，如图1和图2所示，所述照明组件10还可以包括一中继透镜组16，其中所述中继透镜组16被设置于所述匀光器件15和所述起偏器件13之间，用于调整经由所述匀光器件15匀光后的该合色照明光会聚程度，以使后续的该合色偏振光满足所述显示芯片20所需的照射面积。

示例性地，所述中继透镜组16可以包括第一中继透镜161和第二中继透镜162，其中所述第一中继透镜组161被设置于所述匀光器件15和所述反射元件14之间的光路中，并且所述第二中继透镜组162被设置于所述反射元件14和所述起偏器件13之间的光路中。

值得一提的是，根据本申请的上述实施例，如图1和图2所示，所述微型投影光引擎1可以进一步包括一偏振过滤组件50，其中所述偏振过滤组件50被设置于所述偏振分光组件40的所述出射面403和所述成像组件30之间的光路中，用于仅允许具有该第二偏振态的偏振图像光穿过，以滤除其他偏振态的偏振光，便于减少光引擎的杂散光，提高图像对比度。

优选地，所述偏振过滤组件50可以包括一第二偏振片51，其中所述第二偏振片51被贴附于所述偏振分光组件40的所述出射面403，用于透过具有该第二偏振态的偏振图像光，且阻止具有其他偏振态的偏振光透过，以便确保从所述出射面403射出以入射至所述成像组件30的光线均具有该第二偏振态。示例性地，所述第二偏振片51可以但不限于被实施为P偏振片，其中以便确保从所述出射面403射出以入射至所述成像组件30的光线均为P偏振光。

更优选地，所述偏振过滤组件50还可以进一步包括一保护基板52，其中所述保护基板52由透光材料制成，并且所述保护基板52被叠置于所述第二偏振片51的外侧，以避免所述第二偏振片51直接接触所述成像组件30，防止所述第二偏振片51被磨损或碰撞。

此外，如图1和图2所示，所述微型投影光引擎1还可以进一步包括一1/4波片60，其中所述1/4波片60被设置于所述显示芯片20和所述偏振分光组件40的所述显示面402之间的光路中，用于抑制所述显示芯片20的暗态漏光，以提升图像对比度。

优选地，所述1/4波片60的快轴方向与所述第一偏振态(如所述偏振图像光)的偏振方向之间的夹角为90°。

更优选地，所述1/4波片60可以被直接贴附于所述偏振分光组件40的所述显示面402，以便降低所述微型投影光引擎1的组装难度。

根据本申请的上述实施例，如图1和图2所示，本实用新型的所述微型投影光引擎1的所述成像组件30包括一成像透镜组31，用于对来自所述偏振分光组件40的该偏振图像光进行放大成像，以投射出具有较高成像质量的图像。

优选地，所述成像组件30的所述成像透镜组31包括至少一非球面透镜，有助于在保证成像质量的前提下，缩短所述成像组件30的尺寸，进而缩小所述微型投影光引擎1的体积。当然，在本实用新型的其他示例中，所述微型投影光引擎1的所述成像组件30也可以被实施为其他任意类型的成像系统，只要能够确保所述成像组件30能够将该偏振图像光投射出去即可，本实用新型对此不作进一步限制。

值得注意的是，当所述微型投影光引擎1作为穿戴式显示设备的图像源提供图像光时，所述微型投影光引擎1需要投射图像光至所述穿戴式显示设备的波导，而为了方便所述穿戴式显示设备的组装，如图1和图2所示，本申请的所述微型投影光引擎1的所述成像组件30可以进一步包括一转折棱镜32，其中转折棱镜32被对应地设置于所述成像透镜组31的外侧，使得从所述出射面403射出的该偏振图像光先经由所述成像透镜组31成像，再经由所述转折棱镜32的全反射以改变该偏振图像光的传播方向，以便将该偏振图像光投射至所述波导中。

附图3示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第一变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述实施例，根据本实用新型的所述第一变形实施方式的区别在于：所述照明组件10的所述照明光源11可以被实施为RGB三合一光源113，用于发射红色照明光、绿色照明光以及蓝色照明光。对应地，如图3所示，所述准直合色组件12可以包括一个所述准直透镜组121和一个所述合色组件122，并且所述准直透镜组121被设置于所述照明光源11和所述合色组件122之间，其中所述准直透镜组121用于准直经由所述照明光源11发射的三路单色照明光(如R光、G光以及B光)，其中所述合色组件122用于将准直后的三路单色照明光合成一路合色照明光。可以理解的是，所述合色组件122可以但不限于被实施为由一个楔形棱镜、一个基板以及三个选择性反射膜系组成的合色器件，本申请对此不再赘述。

附图4示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第二变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述实施例，根据本实用新型的所述第二变形实施方式的区别在于：所述楔形棱镜1221也可以被换方位地布置，如旋转180°，使得所述楔形棱镜1221的所述第二侧面和所述第一侧面分别面向左上方和右下方，进而所述RB二合一光源111和所述G光源112分别位于所述楔形棱镜1221的左上侧和右下侧。当然，在本申请的其他示例中，所述楔形棱镜1221也可以被旋转90°或其他角度，而所述RB二合一光源111和所述G光源112也被对应地调整方位。换言之，本申请的所述微型投影光引擎1中的所述准直合色组件12能够做四个维度方向，甚至更多维度方向上的布置，使得所述RB二合一光源111和所述G光源112能够被灵活地调整方位，便于满足整机装配的需求。

附图5示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第三变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述实施例，根据本实用新型的所述第三变形实施方式的区别在于：所述偏振分光组件40的所述第二棱镜42的两个所述第二侧面422分别被作为所述出射面403和所述显示面402；对应地，所述偏振分光组件40的所述第一棱镜41上与所述出射面403相邻的第一侧面412被作为所述入射面401。此时，所述偏振分光组件40的所述偏振分光元件43则用于透射具有该第一偏振态的偏振照明光，并反射具有第二偏振态的该偏振图像光。

值得注意的是，在本实用新型的这个变形实施方式中，所述偏振分光组件40的所述显示面402平行于所述偏振分光组件40的所述入射面401，使得所述第一棱镜41上与所述出射面403远离(如平行)的第一侧面412未被利用，即所述第一棱镜41的两个所述第一侧面412只有与所述出射面403相邻的那个侧面有光线经过，仍有助于降低所述微型投影光引擎1的所述偏振分光组件40的光路设计难度。

示例性地，如图5所示，当所述照明组件10提供P光时，从所述入射面401射入所述第一棱镜41的该P光将先透过所述偏振分光元件43以从所述显示面402射出所述第二棱镜42；接着，从所述显示面402射出的该P光经由所述LCoS芯片21调制成S*光以从所述显示面402再次射入所述第二棱镜42；之后，从所述显示面402射入的该S*光在被所述偏振分光元件43反射以从所述出射面403射出所述第二棱镜42；最后，从所述出射面403射出的该S*光经由所述成像组件30投射以成像。

附图6示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第四变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述第三变形实施方式，根据本实用新型的所述第四变形实施方式的区别在于：所述平面反射镜141的所述反射面1410朝向所述偏振分光组件40的所述出射面403，使得所述准直合色组件12和所述成像组件30分别被错位地位于所述偏振分光组件40的同一侧，以最大限度地减小所述微型投影光引擎1的整体长度。

附图7示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第五变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述实施例，根据本实用新型的所述第五变形实施方式的区别在于：所述照明组件10的所述反射元件14被实施为一全反射棱镜142，其中所述全反射棱镜142的第一垂直侧面1421面向所述准直合色组件12，并且所述全反射棱镜142的第二垂直侧面1422面向所述偏振分光组件40的所述入射面401，以通过全反射的方式将所述合色照明光反射至所述偏振分光组件40的所述入射面401。

优选地，所述全反射棱镜142的所述第二垂直侧面1422平行于所述偏振分光组件40的所述入射面401。

值得注意的是，在本申请的这个变形实施方式中，如图7所示，所述照明组件10中的所述第一中继透镜161和所述第二中继透镜162均被实施为平凸透镜或平凹透镜。这样，所述第一中继透镜161可以被贴附于所述全反射棱镜142的所述第一垂直侧面1421，并且所述第二中继透镜162可以被贴附于所述全反射棱镜142的所述第二垂直侧面1422，以便降低所述微型投影光引擎1的装配难度。可以理解的是，所述第一中继透镜161和所述第二中继透镜162分别被胶合于所述全反射棱镜142的所述第一垂直侧面1421和所述第二垂直侧面1422。

附图8示出了根据本实用新型的上述实施例的所述微型投影光引擎1的第六变形实施方式。相比于根据本实用新型的上述实施例，根据本实用新型的所述第六变形实施方式的区别在于：所述照明组件10可以不包括所述反射元件14，使得经由所述准直合色组件12合成的该合色照明光不经过转向就能够直接被所述起偏器件13起偏为该偏振照明光，进而从所述入射面401射入所述偏振分光组件40。

值得注意的是，在本申请的这个变形实施方式中，由于所述照明组件10省去了所述反射元件14，使得所述照明组件10中的合色光路不发生折转，因此所述照明组件10的结构更加紧凑，使得所述微型投影光引擎1的重量减轻，长度得以缩减。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型进一步提供了一穿戴式显示设备。如图9所示，所述穿戴式显示设备包括一波导70和上述任一所述的微型投影光引擎1，其中所述微型投影光引擎1被对应地设置于所述波导70，其中所述微型投影光引擎1将携带图像信息的偏振图像光投射至所述波导70，以通过所述波导70将该偏振图像光投影至人眼中显示成像。

优选地，如图9所示，所述波导70和所述微型投影光引擎1的所述照明组件10位于所述成像组件30的同一侧，以便使所述穿戴式显示设备的结构紧凑，减小设备的整体体积。

当然，在本申请的其他示例中，所述波导70和所述微型投影光引擎1也可以根据所述微型投影光引擎1的具体结构和所述穿戴式显示设备的类型进行装配，本申请对此不再赘述。此外，本领域技术人员可以理解的是，所述穿戴式显示设备的类型不受限制，例如所述穿戴式显示设备可以是AR眼镜、VR眼镜等等之类的穿戴式显示设备。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的目的已经完整并有效地实现。本实用新型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，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (16)

1.微型投影光引擎，其特征在于，包括：

照明组件，用于提供具有同一偏振态的偏振照明光；

显示芯片，用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光；

成像组件，用于投射该偏振图像光；以及

偏振分光组件，其中所述偏振分光组件具有与所述照明组件对应的入射面，与所述显示芯片对应的显示面以及与所述成像组件对应的出射面，并且所述偏振分光组件的所述出射面相邻于所述偏振分光组件的所述入射面，使得所述照明组件和所述成像组件位于所述偏振分光组件的相邻侧，其中所述偏振分光组件用于将经由所述照明组件提供的该偏振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该偏振图像光传输至所述成像组件以投射成像。

2.如权利要求1所述的微型投影光引擎，其中，所述偏振分光组件包括第一棱镜、第二棱镜以及偏振分光元件，其中所述第一棱镜的第一斜面和所述第二棱镜的第二斜面被相对地布置，并且所述至少一偏振分光元件被设置于所述第一棱镜的所述第一斜面和所述第二棱镜的所述第二斜面之间，其中所述第一棱镜的两个第一侧面分别作为所述偏振分光组件的所述入射面和所述显示面，并且所述第二棱镜上与所述入射面相邻的第二侧面作为所述偏振分光组件的所述出射面，其中所述偏振分光元件用于反射具有第一偏振态的偏振光，并透射具有第二偏振态的偏振光，其中该第一偏振态的偏振方向垂直于该第二偏振态的偏振方向。

3.如权利要求1所述的微型投影光引擎，其中，所述偏振分光组件包括第一棱镜、第二棱镜以及偏振分光元件，其中所述第一棱镜的第一斜面和所述第二棱镜的第二斜面被相对地布置，并且所述至少一偏振分光元件被设置于所述第一棱镜的所述第一斜面和所述第二棱镜的所述第二斜面之间，其中所述第二棱镜的两个第二侧面分别作为所述偏振分光组件的所述出射面和所述显示面，并且所述第一棱镜上与所述出射面相邻的第一侧面作为所述偏振分光组件的所述入射面，其中所述偏振分光元件用于反射具有第二偏振态的偏振光，并透射具有第一偏振态的偏振光，其中该第一偏振态的偏振方向垂直于该第二偏振态的偏振方向。

4.如权利要求2或3所述的微型投影光引擎，其中，所述照明组件包括用于发射多路单色照明光的照明光源、准直合色组件以及起偏器件，其中所述准直合色组件被设置于所述照明光源和所述起偏器件之间的光路中，用于将经由所述照明光源发射的该多路单色照明光准直合成一路合色照明光，其中所述起偏器件被对应地设置于所述偏振分光组件的所述入射面，用于将该合色照明光起偏成该偏振图像光。

5.如权利要求4所述的微型投影光引擎，其中，所述起偏器件为第一偏振片，其中所述第一偏振片被贴附于所述偏振分光组件的所述入射面，并且所述第一偏振片用于允许具有该第一偏振态的偏振光通过，并阻止具有该第二偏振态的偏振光通过。

6.如权利要求5所述的微型投影光引擎，其中，所述照明组件包括反射元件，其中所述反射元件被设置于所述准直合色组件和所述起偏器件之间的光路中，并且所述反射元件用于反射该合色照明光以改变该合色照明光的传播方向。

7.如权利要求6所述的微型投影光引擎，其中，所述反射元件为平面反射镜，其中所述平面反射镜的反射面朝向所述偏振分光组件的所述显示面或所述出射面，使得所述成像组件和所述照明组件的所述准直合色组件分别错位地位于所述偏振分光组件的相对两侧或同一侧。

8.如权利要求6所述的微型投影光引擎，其中，所述反射元件为全反射棱镜，其中所述全反射棱镜的第一垂直侧面和第二垂直侧面分别面相所述准直合色组件和所述偏振分光组件的所述入射面，以通过全反射的方式将来自所述准直合色组件的该合色照明光反射至所述偏振分光组件的所述入射面。

9.如权利要求8所述的微型投影光引擎，其中，所述照明组件进一步包括中继透镜组，其中所述中继透镜组包括第一中继透镜和第二中继透镜，并且所述第一中继透镜和所述第二中继透镜分别被对应地贴附于所述全反射棱镜的所述第一垂直侧面和所述第二垂直侧面。

10.如权利要求4所述的微型投影光引擎，其中，所述照明光源为RGB三合一光源或由RB二合一光源和G光源组成的光源。

11.如权利要求1至3中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述微型投影光引擎进一步包括偏振过滤组件，其中所述偏振过滤组件为第二偏振片，并且所述第二偏振片被贴附于所述偏振分光组件的所述出射面，用于允许具有第二偏振态的偏振光通过，并阻止具有第一偏振态的偏振光通过。

12.如权利要求1至3中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述微型投影光引擎进一步包括1/4波片，其中所述1/4波片被设置于所述显示芯片和所述偏振分光组件的所述显示面之间的光路中，用于抑制所述显示芯片的暗态漏光。

13.如权利要求1至3中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述显示芯片为LCoS芯片。

14.穿戴式显示设备，其特征在于，包括：

波导；和

微型投影光引擎，其中所述微型投影光引擎被对应地设置于所述波导，并且所述微型投影光引擎包括：

照明组件，用于提供具有同一偏振态的偏振照明光；

显示芯片，用于将该偏振照明光调制成携带有图像信息的偏振图像光；

成像组件，用于投射该偏振图像光；以及

偏振分光组件，其中所述偏振分光组件具有与所述照明组件对应的入射面，与所述显示芯片对应的显示面以及与所述成像组件对应的出射面，并且所述偏振分光组件的所述出射面相邻于所述偏振分光组件的所述入射面，使得所述照明组件和所述成像组件位于所述偏振分光组件的相邻侧，其中所述偏振分光组件用于将经由所述照明组件提供的该偏振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该偏振图像光传输至所述成像组件以投射至所述波导，进而通过所述波导将该偏振图像光显示成像。

15.如权利要求14所述的穿戴式显示设备，其中，所述成像组件包括成像透镜组和转折棱镜，其中所述成像透镜组被设置于所述转折棱镜和所述偏振分光组件的所述出射面之间的光路中，使得从所述出射面射出的该偏振图像光线经由所述成像透镜组成像，再经由所述转折棱镜的全反射以投射至所述波导。

16.如权利要求15所述的穿戴式显示设备，其中，所述波导和所述照明组件位于所述成像组件的同一侧。

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