CN219916087U - 一种照明系统及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种照明系统，其特征在于，包括：至少两个光源；匀光件，所述匀光件包括耦入面、耦出面和匀光反射面，所述匀光反射面与所述耦出面相对设置，所述耦入面包括入光区域和匀光反射区域；所述匀光件设置有至少两个所述耦入面，至少两个所述耦入面上的所述入光区域错开设置，所述光源与所述入光区域一一对应设置，所述光源出射的光通过所述入光区域进入所述匀光件，经所述匀光反射区域和/或所述匀光反射面反射后，从所述耦出面射出，以实现匀光。本实用新型的照明系统提高了光线利用率，并且可以提高匀光件边缘面积的利用率，提升照明系统的匀光效果及亮度。

Description

一种照明系统及近眼显示设备

技术领域

本实用新型涉及照明装置领域，尤其是涉及一种照明系统及近眼显示设备。

背景技术

增强现实技术(Augmented Reality,AR)通过在真实环境中叠加虚拟的图形、图像、视频等视觉信息，来增加使用者认识周边物体和环境的维度。AR技术的核心在于近眼显示，一种在靠近人眼处通过光学系统投射虚像的显示方式。近眼显示的光学模块中包括成像系统和匀光照明系统，而现有的匀光照明系统存在光线利用率低、匀光元件边缘面积利用率低等问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种照明系统通过将多个耦入面的耦入区域错开设置，从而提高光线体用率，提高匀光件边缘面积的利用率。

本实用新型还提出一种具有上述照明系统的近眼显示设备。

根据本实用新型第一方面的照明系统，包括：至少两个光源；匀光件，所述匀光件包括耦入面、耦出面和匀光反射面，所述匀光反射面与所述耦出面相对设置，所述耦入面包括入光区域和匀光反射区域；所述匀光件设置有至少两个所述耦入面，至少两个所述耦入面上的所述入光区域错开设置，所述光源与所述入光区域一一对应设置，所述光源出射的光通过所述入光区域进入所述匀光件，经所述匀光反射区域和/或所述匀光反射面反射后，从所述耦出面射出，以实现匀光。

在一些实施例中，所述匀光件为六面体。

在一些可选的实施例中，所述耦入面设置有两个，两个所述耦入面相对设置。

在一些可选的实施例中，所述匀光件还包括两个反射面，两个所述反射面与两个所述耦入面首尾连接形成环状，所述耦入面与所述反射面的两端均分别连接于所述耦出面和所述匀光反射面。

在一些可选的实施例中，所述耦入面设置有两个，两个所述耦入面相邻设置。

在一些可选的实施例中，所述耦入面设置有四个，四个所述耦入面首尾连接形成环状，所述耦入面的两端分别连接于所述耦出面和所述匀光反射面。

在一些实施例中，所述入光区域沿第一方向偏离所述耦入面的面心设置，和/或，所述入光区域沿第二方向偏离所述耦入面的面心设置，所述第一方向与所述第二方向垂直。

在一些实施例中，所述匀光反射面为磨砂结构，所述磨砂结构上设置有反射膜。

在一些实施例中，所述耦出面的出光侧依次层叠设置有增亮膜和起偏器。

根据本实用新型的照明系统，通过在照明系统中设置至少两个光源，并且将与光源对应设置的入光区域错开设置，从而使得光源射出的光束，进入匀光件后，不会从其他的入光区域直接射出，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源及入光区域，光源入射至匀光件的不同位置，从而可以提高匀光件边缘面积的利用率，提升照明系统的匀光效果及亮度。

根据本实用新型第二方面的近眼显示设备，包括根据本实用新型第一方面的照明装置。

根据本实用新型的近眼显示设备，通过设置上述第一方面的照明系统，可以提高光线利用率，并且可以提高匀光件边缘面积的利用率，提升照明系统的匀光效果及亮度，从而提高了近眼显示设备的整体性能。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施例的照明系统的立体示意图；

图2是根据本实用新型第一实施例的照明系统耦入面的示意图；

图3是根据本实用新型第一实施例的照明系统的俯视图；

图4是根据本实用新型第一实施例的照明系统的主视图；

图5是根据本实用新型第二实施例的照明系统的俯视图；

图6是根据本实用新型第三实施例的照明系统的俯视图；

图7是根据本实用新型第四实施例的照明系统的俯视图；

图8是根据本实用新型第五实施例的照明系统的主视图；

图9是根据本实用新型实施例的近眼显示设备的示意图。

附图标记：

照明系统100；光源10；匀光件20；耦入面21；入光区域211；匀光反射区域212；匀光反射面22；耦出面23；反射面24；

近眼显示设备1000；光传输系统200。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。

下面参考图1-图9描述根据本实用新型实施例的照明系统100和近眼显示设备1000，当然可以理解的是，下述描述旨在用于解释本实用新型，而不能作为对本实用新型的一种限制。

如图1-图4所示，根据本实用新型实施例的照明系统100，包括光源10和匀光件20，其中，光源10设置有至少两个，光源10用于发射光束，可以理解的是，光源10可以是LED(Light Emitting Diode，发光二极管)，LED体积相对较小，这样，在对照明系统100进行设计时，光源10仅占据较小的空间，有利于照明系统100的小型化设计，当然，光源10还可以为其他可发光器件，本实用新型对此不进行限制。

请参照图1-图4，匀光件20包括耦入面21、耦出面23和匀光反射面22，匀光反射面22与耦出面21相对设置，可以理解的是，相对设置的匀光反射面22与耦出面21，从耦出面出射的光线几乎都经过了匀光反射面的反射，从而提升出射光线的均匀性。

可以理解的是，耦入面21和耦出面23可以是相邻设置，也即，耦入面21与耦出面23非正对设置，从而可以避免光源10发射的光束未经匀光反射面22，而直接从耦出面23射出，因此提高从照明系统100出射的光线的均匀性，当然，本实用新型对此不进行限制。

具体地，匀光件20可以采用树脂或玻璃材质。

请继续参照图2，耦入面21包括耦入区域和匀光反射区域212；需要说明的是，耦入区域可以是耦入面21上的一个可透光区域，从而光源10发射的光束可以从耦入区域进入匀光件20中，匀光反射区域212用于将匀光件20内的光线进行匀光反射，最终形成均匀光，并从耦出面23出射。

请继续参照图3，匀光件20设置有至少两个耦入面21，至少两个耦入面21上的入光区域211错开设置，并且，光源10与入光区域211一一对应设置，光源10出射的光通过入光区域211进入匀光件20，并射向匀光反射区域212或匀光反射面22，经匀光反射区域212和/或匀光反射面22反射后，从耦出面23射出，以实现匀光。

具体地，例如，从入光区域211入射的光线，先射向匀光反射区域212后，直接射向耦出面23；或者，从入光区域211入射的光线，先射向匀光反射面22后，直接射向耦出面23；或者，还可以是从入光区域211入射的光线，先射向匀光反射区域212后，经过匀光反射区域212和匀光反射面22的多次来回反射，最终射向耦出面23；可以理解地，从入光区域211入射的光线，还可以先射向匀光反射面22，其他过程与上述基本相同，再次不进行赘述。

需要说明的是，至少两个耦入面21上的入光区域211错开设置指的是，从其中一个耦入面21的入光区域211入射的光束，不会直接从另一个耦入面21的入光区域211射出，从而保证入射至匀光件20的光线在匀光件20中，经匀光反射形成均匀光后射出。

可以理解地，光源10可以设置有两个、三个、四个、五个、六个等，本实用新型对此不进行限制，并且，耦入面21也可以设置有多个，耦入面21上的入光区域211与光源10一一对应设置。

发明人在研究中发现，照明系统中只设置一个光源时，此时匀光件边缘面积利用率低，而当照明系统中设置两个光源时，相对设置的光源的中心光线会从直接从相对的入光区域射出，从而降低光线利用率。

有鉴于此，根据本实用新型实施例的照明系统100，通过在照明系统100中设置至少两个光源10，并且将与光源10对应设置的入光区域211错开设置，从而使得光源10射出的光束，进入匀光件20后，不会从其他的入光区域211直接射出，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源10及入光区域211，光源10入射至匀光件20的不同位置，从而可以提高匀光件20边缘面积的利用率，提升照明系统100的匀光效果及亮度。

进一步地，请参照图1-图4所示，匀光件20为六面体，具体地，在本实施例中，以匀光件20为长方体为示例，当然，匀光件20可以还为正方体或其他形状的六面体，或者，匀光件20还可以为四面体、五面体、七面体、八面体等，本实用新型对此不进行限制。可以理解地，将匀光件20设置成六面体，六面体结构简单、规则，从而可以简化匀光件20的生产工艺，降低生产成本，并且规则的结构更有利于照明系统100中光源10的布置，从而简化照明系统100的结构，减小照明系统100的体积。

进一步地，耦入面21设置有两个，两个耦入面21相对设置。如图3-图4所示，匀光件20为长方体，匀光件20设置有两个耦入面21、三个匀光反射面22和一个耦出面23，其中，两个耦入面21相对设置，并且，两个相对设置的耦入面21上的入光区域211错开设置，从而可以使光源10发射的光束，经入光区域211入射至匀光件20后，经匀光反射区域212和匀光反射面22反射，最终从耦出面23射出。

可以理解地，通过在相对设置耦入面21上，错开设置入光区域211，从而使得光源10射出的光束，进入匀光件20后，不会从其他的相对的入光区域211直接射出，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源10及入光区域211，光源10入射至匀光件20的不同位置，从而可以提高匀光件20边缘面积的利用率，提升照明系统100的匀光效果及亮度。并且通过设置多个匀光反射区域212和多个匀光反射面22进行匀光，进一步提升了照明系统100的匀光效果。

进一步地，匀光件20还包括两个反射面24，如图5所示，匀光件20为长方体，匀光件20可以设置有两个耦入面21、一个匀光反射面22、两个反射面24和一个耦出面23，其中，两个耦入面21相对设置，两个相对设置的耦入面21上的入光区域211错开设置，两个反射面24相对设置，两个反射面24与两个耦入面21首尾连接形成环状，耦入面21与反射面24的两端均分别连接于耦出面23和匀光反射面22。可以理解的，通过设置反射面24，可以进一步简化透明的匀光件20的生产工艺，降低生产成本，并且规则的结构更有利于照明系统100中光源10的布置，从而简化照明系统100的结构。

具体的，反射面24可以为形成在匀光件20上的反射膜，或者为与匀光件20粘贴的反射镜等，本实用新型实施例对此不进行限制。

在其他可选的实施方式中，耦入面21设置有两个，两个耦入面21相邻设置，如图6所示，匀光件20为长方体，匀光件20可以设置有两个耦入面21、三个匀光反射面22和一个耦出面23，其中，两个耦入面21相邻设置，两个相邻设置的耦入面21上的入光区域211错开设置，也即，光源10从其中一个入光区域211入射的光束，不会直接从另一个入光区域211直接射出。两个耦入面21与两个匀光反射面22首尾连接形成环状，耦入面21与匀光反射面22的两端均分别连接于耦出面23和匀光反射面22。可以理解的，通过相邻设置耦入面21，可以进一步避免入射至匀光件20的光束，直接从入光区域211射出，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源10及入光区域211，光源10入射至匀光件20的不同位置，从而可以提高匀光件20边缘面积的利用率，提升照明系统100的匀光效果及亮度。

可以理解的是，当匀光件20耦入面21设置为两个，且两个耦入面21相邻设置时，此时耦入面21的匀光反射区域212还可以仅为反射区域，从而可以简化透明的匀光件20的生产工艺，降低生产成本，并且规则的结构更有利于照明系统100中光源10的布置，从而简化照明系统100的结构。

在一些可选的实施例中，耦入面21设置有四个，四个耦入面21首尾连接形成环状，耦入面21的两端分别连接于耦出面23和匀光反射面22。请一并参照图7，匀光件20为长方体，匀光件20可以设置有四个耦入面21、一个匀光反射面22和一个耦出面23，其中，四个耦入面21首尾连接形成环状，并且，任意两个耦入面21上的入光区域211均错开设置，也即，任意一个光源10从其中一个入光区域211入射的光束，不会直接从其他的入光区域211直接射出。

可以理解的，通过设置多个光源10，可以进一步提高照明系统100的亮度，并且相互错开设置的入光区域211，使得入射至匀光件20光束，不会直接其他的入光区域211直接射出，而是射向耦入面21上的匀光反射区域212，经过匀光反射区域212及匀光反射面22的匀光后，从耦出面23出射，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源10及入光区域211，光源10入射至匀光件20的不同位置，从而可以提高匀光件20边缘面积的利用率，提升照明系统100的匀光效果及亮度。

如图1-图8所示，在一些实施例中，入光区域211沿第一方向(参照图1中Y方向)偏离耦入面21的面心设置，和/或，入光区域211沿第二方向(参照图1中Z方向)偏离耦入面21的面心设置，第一方向与第二方向垂直。需要说明的时，耦入面21的面心指的是耦入面21对角线的交点。具体地，入光区域211可以仅沿第一方向偏离耦入面21的面心设置，入光区域211也可以仅沿第二方向偏离耦入面21的面心设置，入光区域211还可以既沿第一方向偏离耦入面21的面心设置，又沿第二方向偏离耦入面21的面心设置，本实用新型对此不进行限制。

可以理解的是，通过设置不同方向偏离耦入面21面心的入光区域211，从而可以使光源10及入光区域211分布的更加合理、均匀，进一步提高匀光件20边缘面积的利用率。

在一些实施例中，匀光反射面22为磨砂结构，可以理解的是，匀光反射面22为磨砂结构指的是匀光反射面22为不光滑的表面，从而使得光束入射至匀光反射面22时发生漫反射，从而达到匀光的目的。匀光反射面22还可以为其他匀光结构，本实用新型对此不进行限制。

进一步地，磨砂结构上设置有反射膜，可以理解地，可以通过蒸镀、磁控溅射镀膜等方式，在磨砂结构上镀反射膜，从而使匀光反射面22呈现匀光且反射光的效果，当然，还可以使用其他方式形成反射膜，例如，通过胶水在磨砂结构上粘贴反射膜等，本实用新型对此不进行限制，反射膜还可以是层叠设置于磨砂结构上的反射镜等。

可以理解的是，耦入面21的匀光反射区域212也可以设置为磨砂结构，并且，磨砂结构上设置有反射膜。通过将匀光反射面22设置为磨砂结构，并在磨砂结构上设置反射膜，可以简化匀光件20的生产工艺，降低生产成本。

在一些实施例中，耦出面23的出光侧依次层叠设置有增亮膜和起偏器，可以理解的是，经增亮膜后，可以进一步提高从耦出面23出射的光束亮度。

现有技术中，AR装置中的照明系统100需要提供偏振光。为了实现将本实施例中的照明系统100应用于AR装置中，优选地，照明系统100还包括起偏器。用于对光线进行偏振，使得照明系统100能够应用在AR装置内，提高了实用性。具体地，起偏器可采用线栅偏振片等结构，在此不作限定。

如图9所示，本实用新型实施例还提供了一种近眼显示设备1000，包括光传输系统200和上述的照明系统100。本实用新型实施例的近眼显示设备1000，通过在照明系统100中设置至少两个光源10，并且将与光源10对应设置的入光区域211错开设置，从而使得光源10射出的光束，进入匀光件20后，不会从其他的入光区域211直接射出，从而提高光线利用率，并且错开设置的光源10及入光区域211，光源10入射至匀光件20的不同位置，从而可以提高匀光件20边缘面积的利用率，提升照明系统100的匀光效果及亮度。

根据本实用新型实施例的照明系统100和近眼显示设备1000的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种照明系统，其特征在于，包括：

至少两个光源；

匀光件，所述匀光件包括耦入面、耦出面和匀光反射面，所述匀光反射面与所述耦出面相对设置，所述耦入面包括入光区域和匀光反射区域；

所述匀光件设置有至少两个所述耦入面，至少两个所述耦入面上的所述入光区域错开设置，所述光源与所述入光区域一一对应设置，所述光源出射的光通过所述入光区域进入所述匀光件，经所述匀光反射区域和/或所述匀光反射面反射后，从所述耦出面射出，以实现匀光。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光件为六面体。

3.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述耦入面设置有两个，两个所述耦入面相对设置。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述匀光件还包括两个反射面，两个所述反射面与两个所述耦入面首尾连接形成环状，所述耦入面与所述反射面的两端均分别连接于所述耦出面和所述匀光反射面。

5.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述耦入面设置有两个，两个所述耦入面相邻设置。

6.根据权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述耦入面设置有四个，四个所述耦入面首尾连接形成环状，所述耦入面的两端分别连接于所述耦出面和所述匀光反射面。

7.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述入光区域沿第一方向偏离所述耦入面的面心设置，和/或，所述入光区域沿第二方向偏离所述耦入面的面心设置，所述第一方向与所述第二方向垂直。

8.根据权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述匀光反射面为磨砂结构，所述磨砂结构上设置有反射膜。

9.根据权利要求1-8任一项所述的照明系统，其特征在于，所述耦出面的出光侧依次层叠设置有增亮膜和起偏器。

10.一种近眼显示设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的照明系统。