CN219957985U - 光源装置及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种光源装置，其特征在于，包括光传导件和出射装置，光传导件包括光纤，出射装置包括偏振转换层和偏振反射件，偏振转换层设置于光纤的端面，偏振转换层具有与光纤的纤芯对应的出光孔，偏振反射件设置于反射层的远离光纤的一侧，偏振反射件用于透过第一偏振光，并朝向偏振转换层反射第二偏振光，偏振转换层还用于将第二偏振光转换为第一偏振光。在利用偏振转换层和偏振反射件进行特定偏振方向的偏振光的筛选和转换的同时，可以使部分光线在偏振转换层和偏振反射件之间不断反射并逐渐远离光纤纤芯的轴向延伸线，提升光源装置出射光的光扩展量大小。本申请实施例还提供可穿戴设备。

Description

光源装置及可穿戴设备

技术领域

本申请涉及发光领域，具体涉及一种光源装置及可穿戴设备。

背景技术

随着人们对沉浸式体验的需求越来越高，近年来近眼显示技术得到蓬勃发展，并以此逐渐满足人们对视觉体验的追求。在近眼显示技术中，可采用LCOS等作为显示芯片，以完成对光线的调制。由于小体积近眼显示装置更符合人体近眼佩戴，所以如今的近眼显示技术更加追求小体积和便捷化等设置。但与此同时小体积近眼显示装置中的光线传播路径受到一定的限制，在相关技术中，通过采用光纤传导方式使光线能够在近眼显示装置顺利传导，但光纤的出射光的光扩展量小，进而导致显示芯片的出射画面更为紧凑。

实用新型内容

本申请实施例提供一种光源装置及可穿戴设备，以至少部分改善上述技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种光源装置，包括光传导件和出射装置，光传导件包括光纤，出射装置包括偏振转换层和偏振反射件，偏振转换层设置于光纤的端面，偏振转换层具有与光纤的纤芯对应的出光孔，偏振反射件设置于偏振转换层的远离光纤的一侧，偏振反射件用于透过第一偏振光，并朝向偏振转换层反射第二偏振光，偏振转换层还用于将第二偏振光转换为第一偏振光。

在一种实施方式中，偏振转换层包括反射层和四分之一波片，反射层设置于光纤的端面，四分之一波片设置于反射层的远离光纤的一侧，出光孔贯穿反射层以及四分之一波片。

在一种实施方式中，四分之一波片贴设于反射层。

在一种实施方式中，四分之一波片与反射层间隔设置。

在一种实施方式中，偏振反射件为反射偏光片。

在一种实施方式中，偏振反射件为金属线栅偏振片。

在一种实施方式中，偏振转换层包括超材料偏振转换器，偏振反射件为超材料偏振选择器。

第二方面，本申请实施例提供一种可穿戴设备，包括如上述第一方面的光源装置、空间光调制器以及显示器件，空间光调制器用于接收并调制从光源装置出射的照明光，形成图像光，显示器件用于接收图像光并显示。

在一种实施方式中，显示器件包括波导片，空间光调制器靠近波导片的一端端部设置。

在一种实施方式中，显示器件还包括偏振片，偏振片设置于图像光的光路上，以使图像光滤过偏振片后入射至波导片上。

本申请实施例提供光源装置及可穿戴设备，在利用偏振转换层和偏振反射件进行特定偏振方向的偏振光的筛选和转换的同时，可以使部分光线在偏振转换层和偏振反射件之间不断反射并逐渐远离光纤纤芯的轴向延伸线，提升光源装置出射光的光扩展量大小，光扩展量大的出射光经过调整和传递后，可以增加可穿戴设备呈现的图像光范围大小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提出的一种可穿戴设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提出的另一种可穿戴设备的结构示意图；

图3为本申请实施例提出的一种光源装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提出的另一种光源装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提出的再一种光源装置的结构示意图；

图6为本申请实施例提出的又再一种光源装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提出的一种显示器件的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域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方式，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“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，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触，或者通过中间媒介的表面接触连接。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申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。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方式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申请中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

实施例

本申请实施例中提供一种可穿戴设备1，请参阅图1，可穿戴设备1可以具有一个或多个扬声器和集成的显示器。另选地，可穿戴设备1可以被配置为接受外部显示器(例如，智能电话)。可穿戴设备1可以结合用于捕获物理环境的图像或视频的一个或多个成像传感器、和/或用于捕获物理环境的音频的一个或多个麦克风。可穿戴设备1可以具有透明、半透明显示器或不透明显示器。透明或半透明显示器可以具有媒介，代表图像的光通过所述媒介被引导到人的眼睛。所述媒介可以是光学波导、全息图媒介、光学组合器、光学反射器、或它们的任意组合。基于投影的系统可以采用将图形图像投影到人的视网膜上的视网膜投影技术。投影系统也可以被配置为将虚拟对象投影到物理环境中，例如作为全息图或在物理表面上。可穿戴设备1可采用增强现实技术(Augmented Rea l i ty，AR)、虚拟现实技术(Virtua l Rea l ity，VR)、混合现实技术(M i xed Rea l ity，MR)以及扩展现实(Extended-range，XR)等，以能为用户带来更为真实的体验和强烈的感官刺激，或为用户在智能制造、教育培训以及工艺设计等各个方面提供便利。

请参阅图2，可穿戴设备1包括光源装置10、空间光调制器20以及显示器件30，在一种实施方式中，光源装置10出射光束，空间光调制器20和显示器件30设置于出射光束的光路上，并且显示器件30设置于空间光调制器20远离光源装置10的一侧，以方便空间光调制器20对出射光束调制后呈现到显示器件30，减少光束的损耗。在另一种实施方式中，可选地，在光源装置10与空间光调制器20之间或空间光调制器20与显示器件30之间设置有反射装置，反射装置可以将光束的光路进行偏折，以减小光源装置10和显示器件30中之间的距离，改变光束的固定传播路径以更好适应小体积或对光路有所限制的可穿戴设备1，避免可穿戴设备1中沿光束出射方向的尺寸偏大。增加可穿戴设备1的便携性，方便多场景应用。

光源装置10可以朝向某一特定方向出射光束。在本实施例中，请参阅图3，光源装置10包括光传导件11和出射装置12，光传导件11可以将进入光传导件11一端的光束传导至另一端。进入光传导件11的光束可以为多种偏振方向的线偏振光或包括线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光在内的完全偏振光等，本实施例不进行限定。但为便于后续叙述，以线偏振光为例。

在一种实施方式中，光束在光传导件11中可能会产生损耗，尤其是在光传导件11发生弯曲和扭转等情况时。光传导件11包括光纤111，光纤111是一种由玻璃或塑料制成的纤维。常见的光纤111由内至外具有高反射率芯、低折射率包层以及树脂涂层等，可实现光束在纤芯中发生全反射并向前传递。降低光束在纤芯中折射率或使光束不发生折射，减少光束在光传导件11上的损耗。

具体而言，请继续参阅图3，空间光调制器20可能为硅基液晶面板，硅基液晶面板所需光源偏振态为指定方向的线偏振光。例如，指定方向的线偏振光可以为P偏振方向的偏振光。常见的硅基液晶面板会利用偏振片等偏振元件筛选光路的偏振态，偏振片会通过所需的偏振态的偏振光，并将遮挡其他偏振态的偏振光，造成部分光线的损失。在本实施例中，出射装置12包括偏振转换层121和偏振反射件122，偏振转换层121设置于光纤111的端面，偏振转换层121具有与光纤111的纤芯1111对应的出光孔1211，光线111的光束可以通过出光孔1211进入出射装置12内。偏振反射件122设置于偏振转换层121的远离光纤111的一侧，偏振反射件122用于透过第一偏振光(如图3中的L3所示)并朝向偏振转换层121反射第二偏振光(如图3中的L4所示)，偏振转换层121还用于将第二偏振光转换为第一偏振光，可以将第二偏振光转换为第一偏振光，从而透过偏振反射件122被空间光调制器20利用，增加光线的利用率。

在一种实施方式中，请继续参阅图3，第一偏振光可以为P方向的偏振光，第二偏振光可以为S方向的偏振光，并且P偏振光和S偏振光的偏振方向相互正交。空间光调制器20所需的是第一偏振光，即P方向的偏振光。光传导件11传导包括P方向的偏振光和S方向的偏振光在内的多种偏振方向的偏振光，偏振反射件122可以将P方向的偏振光透过，并将其余偏振光均反射至偏振转换层121。偏振转换层121包括反射层1211和四分之一波片1212，反射层1211设置于光纤111的端面。例如，反射层1211可以与光纤111中的包层、树脂涂层等粘接，可以增加光纤111和出射装置12的连接性。四分之一波片1212可以将入射光偏振面旋转，进而改变入射光的偏振态。四分之一波片1212设置于反射层1211的远离光纤111的一侧，出光孔1211贯穿反射层1211以及四分之一波片1212。经由偏振反射件122反射至偏振转换层121的光线先经过四分之一波片1212，到达反射层1211。反射层1211将光线再次反射至偏振反射件122上，并再次经过四分之一波片1212，光线在此期间经过两次四分之一波片1212。对比该过程中的偏振转换层121的入射光和反射光，反射光变为与入射光的偏振状态成正交的偏振光，可以为S方向的偏振光变成P方向的偏振光，以透过偏振反射件122。实现偏振光的偏振方向的转换，提高对光线的利用率。并可以重复该操作，以将剩余的光线进行利用。经过多次的反射中，在光线的径向方向下，部分光线朝向远离纤芯1111的轴线方向反射，实现光源装置10的出射光的截面面积增加，以此满足对空间光调制器20的照明面积需求。并且，为减少出射装置12的体积大小，可以将四分之一波片1212贴设于反射层1211。减少出射装置12之间的间隙，进而降低出射装置12的体积大小，使得可穿戴设备1更加便携化。

在另一种实施方式中，请参阅图4，为便于后续维修保养，将四分之一波片1212与反射层1211间隔设置，便于后续拆卸，减少维修保养所需时间。并且当四分之一波片1212与反射层1211中有某个发生破损等情况下，无需更换两者，仅更换破损的元件，减少维修成本。请参阅图5，并且反射层1211和偏振反射件122之间也可以间隔设置，以便于反射层1211和偏振反射件122之间后续拆卸维护。

在本实施例中，请继续参阅图3，偏振反射件122可以选择性透过特定的偏振态的光线，并反射其他偏振态的光线。在一种实施方式中，偏振反射件122为反射偏光片。反射偏光片一种选择性反射光以循环利用的元件，常见的反射偏光片有双亮度增强膜(Dua l Bri ghtness Enhancement F i lm，DBEF)等。从光纤发射出来的光可以被分解成偏振方向正交的第一偏振光和第二偏振光，两者照射在反射偏光片后，第一偏振光的偏振光透过，第二偏振光将会被反射偏光片反射，实现选择性反射对偏振光循环利用，增加光线能量的利用率。

在另一种实施方式中，偏振反射件122为金属线栅偏振片。金属线栅偏振片是基于线栅偏振器的塑料薄膜。通过使用纳米金属线，它在宽波长范围内具有高偏振分离性能。第一偏振光和第二偏振光照射在金属线栅偏振片后，第一偏振光的偏振光透过，第二偏振光将会被金属线栅偏振片反射。相比之下，采用金属线栅偏振片的偏振反射件122可以提升偏振分离性能，减少偏振分离次数，进而减少偏振分离损耗。

在本实施例中，请参阅图6，光线在转换过程中可能会产生损耗，普通材料的转换效率差，光线转换比较频繁，进而造成的损耗也就越多。偏振转换层121包括超材料偏振转换器，超材料偏振转换器可以偏振反射件122为超材料偏振选择器。超材料偏振转换器和超材料偏振选择器因为设置制备工艺的不同，从而具备高转换效率等有益效果，可以有效减少转换次数，进而减少转换造成的损耗。

空间光调制器20是一种对光波的光场分布进行调制的元件，广泛地应用于光信息处理、光束变换以及输出显示等诸多应用领域。空间光调制器20用于接收并调制从光源装置10出射的照明光，形成图像光。在一种实施方式中，请继续参阅图2，光源装置10朝向某个预设方向出射光束，并且该出射光束为照明光束(如图2中的L1)。空间光调制器20设置于出射光线的光路上，空间光调制器20含有许多独立单元(独立光学单元)，这些独立单元在空间上排列成一维或二维阵列。每个单元都可独立地接受光学信号或电学信号的控制，利用各种物理效应(泡克尔斯效应、克尔效应、声光效应、磁光效应、半导体的自电光效应或光折变效应等)改变自身的光学特性，从而对照明在数个独立单元的照明光束进行调制，并输出图像光束(如图2中的L2)。在本实施例中，空间光调制器20可以是数位微镜元件(D igita lMi cro-mi rror Dev ice,DMD)、硅基液晶面板(l i qu i d-crystal-on-s i l i conpane l,LCOS Pane l)或是穿透式液晶面板等。

显示器件30用于接收图像光并显示，显示器件30可以将图像光呈现一个平面。在本实施例中，请一并参阅图2和图7，透明或半透明显示器件30可被配置为选择性地变得不透明。可穿戴设备1可能为包括近眼显示设备等在内的多种小体积设备，成像质量和轻薄性对于可穿戴设备1的发展至关重要。具体而言，显示器件30包括波导片31，空间光调制器20靠近波导片31的一端端部设置。图像光从空间光调制器20中出射至波导片31的一端，波导片31一般为片状，波导片31可以有光线耦入区311和光线耦出区312，光线耦入区311设置于波导片31的一端，并与空间光调制器20对应设置。光线耦出区312可以设置为波导片31的另一端，图像光从光线耦入区311射入，在波导片31中实现全反射，并由光线耦出区312射出。实现图像光的传递，减少图像光传递的损耗。并且在近眼显示技术中，利用波导片31改变图像光的传播方向，缩小可穿戴设备1的体积，增加可穿戴设备1的便携性。

在一种实施方式中，照明光在经过空间光调制器20后形成图像光，但在图像光中可能依旧存在未经调制的照明光。此时，未经调制的照明光可能会影响图像光的成像效果。例如，未经调制的照明光为白光，该照明光随已经调制的图像光一并出射，可能会使呈现出的图像光整体发白，图像光的呈现效果变差。请继续参阅图2，显示器件30还包括偏振片32，偏振片32设置于图像光的光路上，以使图像光滤过偏振片32后入射至波导片31上。根据偏振片32自身特性，可以遮蔽未经过调制的照明光，透过已经调制的图像光，保证图像光的成像效果。

在本实施例中，为保证光源装置10出射的照明光和空间光调制器20出射的图像光质量，可穿戴设备1中还设置有光学镜头40。光学镜头40可以具有多个透镜，并且多个透镜的组合方式可以根据光源参数等进行调整。光学镜头40可以调整光线的焦距、扩展量等参数，以分别满足后续的空间光调制器20和显示器件30的入射光参数。

本申请实施例中提供光源装置10及可穿戴设备1，在利用偏振转换层121和偏振反射件122进行特定偏振方向的偏振光的筛选和转换的同时，可以使部分光线在偏振转换层121和偏振反射件122之间不断反射并逐渐远离纤芯1111的轴向延伸线，提升光源装置10出射光的光扩展量大小，光扩展量大的出射光经过调整和传递后，可以增加可穿戴设备1呈现的图像光范围大小。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光源装置，其特征在于，包括：

光传导件，所述光传导件包括光纤；以及

出射装置，所述出射装置包括偏振转换层和偏振反射件，所述偏振转换层设置于所述光纤的端面，所述偏振转换层具有与所述光纤的纤芯对应的出光孔，所述偏振反射件设置于所述偏振转换层的远离所述光纤的一侧，所述偏振反射件用于透过第一偏振光，并朝向所述偏振转换层反射第二偏振光，所述偏振转换层还用于将所述第二偏振光转换为第一偏振光。

2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述偏振转换层包括反射层和四分之一波片，所述反射层设置于所述光纤的端面，所述四分之一波片设置于所述反射层的远离所述光纤的一侧，所述出光孔贯穿所述反射层以及所述四分之一波片。

3.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述四分之一波片贴设于所述反射层。

4.根据权利要求2所述的光源装置，其特征在于，所述四分之一波片与所述反射层间隔设置。

5.根据权利要求3或4所述的光源装置，其特征在于，所述偏振反射件为反射偏光片。

6.根据权利要求3或4所述的光源装置，其特征在于，所述偏振反射件为金属线栅偏振片。

7.根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述偏振转换层包括超材料偏振转换器，所述偏振反射件为超材料偏振选择器。

8.一种可穿戴设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-7任一项所述的光源装置；

空间光调制器，用于接收并调制从所述光源装置出射的照明光，形成图像光；以及

显示器件，所述显示器件用于接收所述图像光并显示。

9.根据权利要求8所述的可穿戴设备，其特征在于，所述显示器件包括波导片，所述空间光调制器靠近所述波导片的一端端部设置。

10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于，所述显示器件还包括偏振片，所述偏振片设置于所述图像光的光路上，以使所述图像光滤过所述偏振片后入射至所述波导片上。