CN221101157U - 一种LCoS波导显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LCoS波导显示系统，包括波导元件；光源组件、偏振体光栅、偏振光调制器和LCoS芯片；耦出元件；波导元件的耦入端设于光源组件和偏振光调制器之间；光源组件输出的光线经过偏振体光栅、波导元件的耦入端及偏振光调制器透射后，经接通电压状态下的LCoS芯片将光线中的第一线偏振光调制为第二线偏振光并反射入射至偏振光调制器，被调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅；偏振体光栅将第一圆偏振光衍射耦入至波导元件内全反射传输；第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向相互正交。在本申请中并不需要采用PBS即可实现LCoS投影显示功能，保证整个显示系统显示效果的基础上，有利于显示系统结构的小型化。

Description

一种LCoS波导显示系统

技术领域

本实用新型涉及波导显示技术领域，特别是涉及一种LCoS波导显示系统。

背景技术

目前市场上使用到的显示器件类型有LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)、Micro LED(Micro Light Emitting Diode，微发光二极管)等、LBS(Laser BeamScanning，激光光束扫描)，其中LCoS以其光效高，亮度高，可量产的优点而备受关注。LCoS投影系统出瞳直径小于人眼瞳孔直径，可实现视网膜投影显示，使得人眼在一个很大的范围内都能聚焦虚像画面，3D显示时可以避免辐辏冲突。LCoS芯片及CMOS电路覆盖液晶分子，体积小，像素细腻，是很理想的AR设备显示器件。

LCoS投影系统中一般需要利用PBS对偏振得到调制的反射光进行偏振选择，PBS是具有一定的体积的立方体结构，这使得LCoS投影设备的体积无法做得很小，也就限制了采用LCoS投影系统的AR设备显示器件的小型化发展。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种LCoS波导显示系统，在保证显示系统的投影显示效果的基础上，简化系统光学结构，减小系统整体体积。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种LCoS波导显示系统，包括波导元件；分别设置在所述波导元件的耦入端相对的两侧的光源组件和LCoS芯片；在所述光源组件和所述LCoS芯片之间依次设置有偏振体光栅和偏振光调制器；设置在所述波导元件上的耦出元件；

其中，所述光源组件用于输出光线且所述光源组件输出的光线经过所述偏振体光栅、所述波导元件的耦入端以及所述偏振光调制器透射后，入射至所述LCoS芯片；

所述LCoS芯片用于将入射的光线反射入射至所述偏振光调制器；

所述偏振光调制器用于将经所述LCoS芯片中反射输出的光线中具有特定偏振态的特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至所述偏振体光栅；

所述偏振体光栅用于将所述第一圆偏振光衍射耦入至所述波导元件内全反射传输后，经所述耦出元件耦出输出。

在本申请的一种可选地实施例中，还包括设置在所述光源组件和所述偏振体光栅之间的圆偏振器；

其中，所述圆偏振器用于将所述光源组件输出的光线透射并将所述光线调制为第二圆偏振光输出；且所述第二圆偏振光依次经过所述偏振体光栅、所述波导元件的耦入端以及所述偏振光调制器透射，并经过所述偏振光调制器调制为所述特定线偏振光，入射至所述LCoS芯片；

且所述第一圆偏振光和所述第二圆偏振光正交。

在本申请的一种可选地实施例中，所述偏振光调制器为四分之一波片。

在本申请的一种可选地实施例中，所述LCoS芯片连接有供电电路，且所述供电电路为所述LCoS芯片接通的电压大小可调；且所述LCoS芯片的每个所述像素点上施加的电压大小可调节。

在本申请的一种可选地实施例中，所述光源组件包括分别用于输出三种不同波长的光线的第一光源、第二光源、第三光源以及合光元件；

所述合光元件用于将所述第一光源、所述第二光源以及所述第三光源分别输出的光线合光后输出。

在本申请的一种可选地实施例中，所述合光元件包括对所述第一光源输出的光线反射对所述第三光源输出的光线透射的第一滤波器，以及对第二光源输出的光线反射对所述第三光源输出的光线透射的第二滤波器；

其中，所述第一滤波器设置在所述第一光源和所述第三光源的输出光路交叉位置，用于对所述第一光源输出的光线进行反射偏转至和所述第三光源输出的光线的光路重合的方向；

所述第二滤波器设置在所述第二光源和所述第三光源的输出光路交叉位置，用于对所述第二光源输出的光线进行反射偏转至和所述第三光源输出的光线的光路重合的方向。

在本申请的一种可选地实施例中，所述波导元件至少依次堆叠设置有三个；且每个所述波导元件的耦入端均设置有对应的所述光源组件、所述偏振体光栅、所述偏振光调制器和所述LCoS芯片；每个所述波导元件的耦出端均设置有对应的耦出元件；

其中，每个所述光源组件分别输出不同波长的光线；且每个所述波导元件的耦出元件耦出光线的方向平行且耦出的投影画面重合。

在本申请的一种可选地实施例中，所述偏振体光栅为具有设定光焦度的光栅，用于扩大经过所述偏振体光栅衍射的光线的发散角。

在本申请的一种可选地实施例中，所述耦出元件包括设置在所述波导元件表面的耦出光栅阵列；

其中，在所述波导元件内全反射传输的光线入射到所述耦出光栅阵列中一个耦出光栅产生部分反射和部分衍射，衍射部分的光线从所述波导内耦出入射至人眼，反射部分的光线在所述波导元件的光学界面再次发生全反射后入射至下一个耦出光栅；且最后一个光栅对入射的光线进行完全衍射耦出；

或者，所述耦出元件为嵌入所述波导元件的内部，且相对于所述波导元件上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

在本申请的一种可选地实施例中，当所述偏振光调制器和所述偏振体光栅分别贴合设置在所述波导元件的耦出端的两侧时，所述偏振光调制器的宽度l满足l≤d·tanθ；其中，d为所述波导元件的厚度，θ为光线在所述波导元件内全反射的反射角。

本实用新型所提供的一种LCoS波导显示系统，包括波导元件；分别设置在波导元件的耦入端相对的两侧的光源组件和LCoS芯片；在光源组件和LCoS芯片之间依次设置有偏振体光栅和偏振光调制器；设置在波导元件上的耦出元件；其中，光源组件用于输出光线且光源组件输出的光线经过偏振体光栅、波导元件的耦入端以及偏振光调制器透射后，入射至LCoS芯片；LCoS芯片用于将入射的光线反射入射至偏振光调制器；偏振光调制器用于将经LCoS芯片中反射输出的光线中具有特定偏振态的特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅；偏振体光栅用于将第一圆偏振光衍射耦入至波导元件内全反射传输后，经耦出元件耦出输出。

本申请所提供的LCoS波导显示系统中，在利用LCoS实现投影显示的基础上，将光源组件和LCoS芯片分别设置在波导元件的耦入端的两侧，并在光源组件和LCoS芯片之间依次设置有偏振体光栅和偏振光调制器，使得光源组件输出的光线可以依次经过光源组件和LCoS芯片之间的各个光学元件透射后入射至LCoS芯片，并经过LCoS芯片反射输出携带有投影信息的投影光线，该投影光线中具有特定偏振态的特定线偏振光经过偏振光调制器调制作用，即可形成可被偏振体光栅衍射的且携带有投影信息的圆偏振光，该圆偏振光经过偏振体光栅衍射耦入到波导元件内，携带有LCoS芯片的投影信息的光线可以在波导元件内全反射传输后耦出入射至人眼，进而实现投影光线的投影显示。由此可见，本申请中并不需要采用PBS实现LCoS投影显示的功能，仅仅只需要在波导元件的耦入端设置偏振体光栅、偏振光调制器等本身体积较小的光学元件，在保证整个LCoS波导显示系统的显示效果的基础上，有利于整个显示系统整体结构的小型化。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为常规LCoS显示系统的光学结构示意图；

图2为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的第一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的第二种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的第三种结构示意图；

图5为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的第四种结构示意图；

图6为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的第五种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，在常规的LCoS显示系统中，一般是将光源100和LCoS图像源102分别设置在PBS元件101相对的两侧，且LCoS图像源102和PBS元件101之间还设置有四分之一波片103，该PBS元件101内设置有偏振元件104，使得光源输出的光线经过该偏振元件透射后形成偏振光，该偏振光经过四分之一波片103入射至LCoS图像源102反射形成携带有图案信息的投影光线，并在此经过四分之一波片103透射，因为光线两次经过四分之一波片103，使得光线的偏振方向产生90度变化，进而再次入射至PBS元件101内时被PBS元件101内的偏振元件104反射输出。PBS元件101为两个直角三棱镜拼接形成的正方体结构，占据空间体积较大，也就使得LCoS显示系统整体结构的体积较大。

为此，本申请中提供了一种能够减小利用LCoS芯片实现投影的波导显示系统整体结构的技术方案。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，图2为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的一种结构示意图。

在本申请的一种具体实施例中，该LCoS波导显示系统可以包括：

波导元件1；分别设置在波导元件1的耦入端相对的两侧的光源组件2和LCoS芯片3；在光源组件2和LCoS芯片3之间依次设置有偏振体光栅4和偏振光调制器5；设置在波导元件1上的耦出元件6；

其中，光源组件2用于输出光线且光源组件2输出的光线经过偏振体光栅4、波导元件1的耦入端以及偏振光调制器5透射后，入射至LCoS芯片3；

LCoS芯片3用于将入射的光线反射入射至偏振光调制器5；

偏振光调制器5用于将经LCoS芯片3中反射输出的光线中具有特定偏振态的特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅4；

偏振体光栅4用于将第一圆偏振光衍射耦入至波导元件1内全反射传输后，经耦出元件6耦出输出。

如图2所示，在图2所示的实施例中，波导元件1的耦入端设置在偏振体光栅4和偏振光调制器5之间，并且偏振体光栅4和偏振光调制器5均和波导元件1的耦入端贴合设置。本实施例中的偏振光调制器5，可以是四分之一波片或者是其他具有类似功能的相位延迟器等光学元件。光源组件2输出的光线即可依次经过偏振体光栅4和波导元件1的耦入端透射后，经过偏振光调制器5透射入射至LCoS芯片3，并从LCoS芯片3表面反射输出携带有投影信息的投影光线，该投影光线中具有特定偏振态的特定线偏振光在经过偏振光调制器5透射后形成第一圆偏振光，该第一圆偏振光经过波导元件1的耦入端透射入射至偏振体光栅4，该偏振体光栅4对入射的第一圆偏振光进行反射式衍射，使得第一圆偏振光耦入到波导元件1内进行全反射传输，最终通过耦出元件6耦出。

可以理解的是，对于偏振体光栅4而言，其仅仅只能对具有特定偏振态的圆偏振光进行衍射；在本实施例中，第一圆偏振光的偏振态也即可被偏振体光栅4进行反射式衍射的光线所对应的偏振态。但对于光源组件2所输出的光线为自然光线，没有特定的偏振方向；当该自然光线可以依次经过偏振体光栅4和波导元件1的耦入端以及偏振光调制器5透射，并入射至LCoS芯片3；显然，经过偏振体光栅4、波导元件1的耦入端以及偏振光调制器5依次透射后的光线依然为自然光，但自然光也可以视为多个不同偏振方向的线偏振光叠加后的光线。在本实施例中可以将入射至LCoS芯片3的光线视为具有特定偏振态的特定线偏振光和其他偏振光相互叠加后的光线，而特定线偏振光入射至LCoS芯片3后，该LCoS芯片3可以反射输出携带有投影信息的特定线偏振光，该特定线偏振光经过偏振光调制器5的调制作用可透射输出第一圆偏振光，该第一圆偏振光经过波导元件1的耦入端透射后，即可入射至偏振体光栅4，而该偏振体光栅4为可对第一圆偏振光这一特定偏振态的光线进行衍射的光栅，由此该第一圆偏振光即可通过偏振体光栅4衍射耦入到波导元件1内，并经过全反射传导至波导元件1的耦出端通过耦出元件6耦出。

可以理解的是，对于入射至LCoS芯片3上除了特定线偏振光之外的其他偏振光线尽管经过LCoS芯片3反射后入射至偏振光调制器5，并且经过偏振光调制器5的调制作用后偏振状态也相应变化后入射至偏振体光栅4，但因为偏振体光栅4只能对第一圆偏振光这一特定偏振态的光线产生衍射，因此并不能对第一圆偏振光之外光线进行衍射，该部分光线也就不会衍射耦入到波导元件1内，从而不会对最终输出的投影光线产生影响。

并且，如上所述，对于偏振光调制器5具体可以是四分之一波片等元件，由此本实施例中具有特定偏振态的特定线偏振光也即是经过偏振光调制器5之后能够形成第一圆偏振光的线偏振光。

在此基础上，如图2所示的实施例中，偏振体光栅4为反射式光栅，且和偏振光调制器5分别贴合设置在波导元件1的耦入端的不同两侧；由此可见，当偏振体光栅4对第一圆偏振光进行衍射后，第一圆偏振光先入射到波导元件1的耦入端上偏振光调制器5所在一侧的表面，为了避免该第一圆偏振光入射至偏振光调制器5贴合波导元件1表面所在的区域，在本实施例中可以进一步地包括：

当偏振光调制器5和偏振体光栅4分别贴合设置在波导元件1的耦出端的两侧时，偏振光调制器5的宽度l满足l≤d·tanθ；其中，d为波导元件1的厚度，θ为光线在波导元件1内全反射的反射角。

参照图2，当偏振光调制器5的宽度满足l≤d·tanθ，即可保证投影光线第一次入射到波导元件1的光学界面时，不会入射至偏振光调制器5所在区域。

在实际应用中，如图3所示，该偏振体光栅4也可以为透射式光栅，此时偏振体光栅4可以和偏振光调制器5贴合设置，而波导元件1的耦入端设置在光源组件2和偏振体光栅4之间，且该偏振体光栅4贴合波导元件1的耦入端表面设置。

进一步地，对于本实施例中的偏振体光栅4还可以进一步地采用具有设定光角度的光栅，用于扩大经过该偏振体光栅4衍射的光线的发散角，从而在一定程度上增大投影光线的视场角。例如，该偏振体光栅4可以采用透镜体光栅，利用偏振体光栅4中的透镜结构增大投影光线的发散角；当然，该偏振体光栅4也可以采用平板结构的光栅，通过设定特定的光栅结构使得该偏振体光栅4具有设定光焦度，也能够实现扩大投影光线的视场角。

如上所述，当投影光线耦入到波导元件1内进行全反射传输后，会通过设置在波导元件1耦出端的耦出元件6耦出，对于该波导元件1上的耦出元件6可以存在多种不同的实现方式。

可选地，如图2所示，该耦出元件6可以包括：

设置在波导元件1表面的耦出光栅阵列；

其中，在波导元件1内全反射传输的光线入射到耦出光栅阵列中一个耦出光栅产生部分反射和部分衍射，衍射部分的光线从波导内耦出入射至人眼，反射部分的光线在波导元件1的光学界面再次发生全反射后入射至下一个耦出光栅；且最后一个光栅对入射的光线进行完全衍射耦出。

本实施例中的耦出元件6为耦出光栅阵列，通过多个耦出光栅依次对投影光线进行衍射输出，可以进一步地实现LCoS波导显示系统的扩瞳，从而在一定程度上增大该显示系统的眼盒。

当然，本申请中的耦出元件6并不仅限于上述图2所示的实现方式，如图4所示，图4为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的另一结构示意图，在图4所示的实施例中，该耦出元件6可以为嵌入波导元件1内部，且相对于波导元件1上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

另外，如上所述，偏振体光栅4可以是具有一定光焦度的光栅，对衍射的投影光线也具有一定的发散作用，由此，在投影光线的视场角满足投影显示的需求的基础上，该耦出元件也可以仅仅是面积相对较大的单个耦出光栅，由此经过偏振体光栅4耦入到波导元件1内的投影光线可以仅仅只进行一次或者两次全反射之后，即全部由耦出光栅衍射输出。

此外，在图2和图4所示的实施例中，耦出元件6主要都是采用反射式光栅，可以理解的是，在实际应用中耦出元件6也可以采用透射式衍射光栅

综上所述，本申请中在波导元件的耦入端依次设置光源组件、偏振体光栅、偏振光调制器和LCoS芯片，且波导元件的耦入端设于光源组件和偏振光调制器之间；偏振体光栅可以对特定偏振态的圆偏振光进行衍射，为此使得光源组件输出的光线可以依次经过光源组件和LCoS芯片之间的各个光学元件透射，而在经过LCoS芯片反射形成携带有投影图案的投影光线之后，经过偏振光调制器调制作用，形成可被偏振体光栅衍射的圆偏振光，进而被偏振体光栅衍射耦入到波导元件内，携带有LCoS芯片的图案信息的投影光线可以在波导元件内全反射传输后耦出入射至人眼，进而实现投影光线的投影显示。显然，在本申请中并不需要采用PBS实现投影显示的功能，而是利用偏振体光栅仅仅只能对特定偏振态的圆偏振光进行衍射这一特性实现对从LCoS芯片表面衍射耦入波导元件，整个显示系统中，仅仅只需要在波导元件的耦入端设置偏振体光栅、偏振光调制器等本身体积较小的光学元件，保证整个LCoS波导显示系统的显示效果的基础上，有利于整个显示系统整体结构的小型化。

基于上述任意实施例，如图4所示，本申请的另一可选地实施例中LCoS波导显示系统可以包括：

波导元件1；分别设置在波导元件1的耦入端相对的两侧的光源组件2和LCoS芯片3；在光源组件2和LCoS芯片3之间依次设置有圆偏振器7、偏振体光栅4、波导元件1的耦入端、偏振光调制器5；设置在波导元件1上的耦出元件6；

光源组件2用于输出光线；

圆偏振器7用于对将光源组件2输出的光线透射并将光线调制为第二圆偏振光输出；第二圆偏振光依次经过偏振体光栅4、波导元件1的耦入端以及偏振光调制器5透射，并经过偏振光调制器5调制为特定线偏振光，入射至LCoS芯片3；

LCoS芯片3用于将入射的特定线偏振光反射入射至偏振光调制器5；

偏振光调制器5用于将特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅4；

且第一圆偏振光和第二圆偏振光正交。

如图4所示，在本实施例中波导元件1的耦入端，光源组件2、圆偏振器7、偏振体光栅4、波导元件1耦入端、偏振光调制器5以及LCoS芯片3依次堆叠设置，由此使得光源组件2输出的光线先经过圆偏振器7调制形成第二圆偏振光，并入射至偏振体光栅4透射。可以理解的是，本实施例中的偏振体光栅4为只能够对具有特定偏振态的圆偏振光进行衍射，而其他偏振态的光线或者非偏振态的光线进行透射；而第一圆偏振光的偏振态即为偏振体光栅4可进行衍射的光线的特定偏振态。

由此经过圆偏振器7调制形成的第二圆偏振光入射至偏振体光栅4后即可直接透射，并进一步地通过波导元件1的耦入端透射入射至偏振光调制器5，该偏振光调制器5具体可以采用四分之一波片，或者是其他具有类似功能的相位延迟器等；第二圆偏振光经过偏振光调制器5的调制作用即可形成特定线偏振光，该特定线偏振光入射至LCoS芯片3后，反射输出携带由投影信息的特定线偏振光，该特定线偏振光再次入射至偏振光调制器5，即可形成携带有投影信息的第一圆偏振光，而该第一圆偏振光经过波导元件1的耦入端，即可入射至偏振体光栅4，而该偏振体光栅4可以对第一圆偏振光进行衍射耦入至波导元件1内，并在波导元件1全反射传输；显然在波导元件1内全反射传输的光线也即为携带有投影信息的投影光线，该投影光线最终可以通过波导元件1上的耦出元件6耦出。

在图4所示的实施例中，偏振体光栅4为反射式衍射光栅，在实际应用中，该偏振体光栅4也可以为透射式衍射光栅，此时，波导元件1的耦入端应当设置在圆偏振器7和偏振体光栅4之间，偏振体光栅4和偏振光调制器5相互贴合设置，也能够实现本申请的技术方案。

本实施例中在偏振体光栅4和光源组件2之间设置圆偏振器7，进而使得光源组件2输出的光线经过圆偏振器7透射后只有第二圆偏振光依次经过偏振体光栅4、波导元件1耦入端等光学元件，能够在一定程度上减少后续光路中的杂散光，在一定程度上提升最终输出的投影画面的显示效果。

基于LCoS芯片3工作的基本特性而言，对于入射到LCoS芯片3各个像素点的线偏振光，对于每个像素点而言，当LCOS芯片3所连接的供电电路对像素点所施加的电压为aV电压，则使得入射到该像素点的线偏振光的偏振态产生90度偏转；而当供电电压对某一像素点所施加的电压为0V，则入射到该像素点的线偏振光的偏振态不发生变化；而当LCOS芯片3的某一像素点所施加的电压为0～aV之间的电压大小时，则可以使得入射到该像素点的线偏振光的偏振态产生0～90度范围内的偏转。

由此，当光源组件2输出的光线经过圆偏振器7形成第二圆偏振光后，因为该第二圆偏振光和第一圆偏振光正交，由此，该第二圆偏振光经过类似于四分之一波片的偏振光调制器5之后，即可形成特定线偏振光，该特定线偏振光入射至LCOS芯片3上被供电电路施加有供电电压的像素点的部分光线的偏振态发生变化，而入射到未施加有供电电压的像素点的部分光线的偏振态不发生变化；由此，从LCOS芯片3反射输出的光线中，仅仅只有未施加电压的像素点反射输出特定线偏振光，而其他像素点则输出和特定线偏振光正交的第一线偏振光，或者是偏振态和特定线偏振光的偏振态存在一定夹角的第二线偏振光，显然对于第一线偏振光而言，其入射到偏振光调制器5之后并不能形成第一圆偏振光，而是形成第二圆偏振光，由此该部分光线也就无法通过偏振体光栅4耦入到波导元件1内，进行全反射传输；而对于第二线偏振光，显然可以视为第一线偏振光和特定线偏振光的叠加，第二线偏振光中的特定线偏振光部分最终可以经过偏振光调制器5形成第一圆偏振光，并在波导元件1内全反射传输，只是最终在投影画面上所形成的成像像素点，相对于LCOS芯片3上未施加供电电压所反射的特定线偏振光所形成的成像像素点的亮度要低。由此可见，本实施例中通过供电电路对LCOS芯片3上不同像素点分别施加不同的供电电压，进而使得仅仅只有部分像素点所反射的光线可以耦入到波导元件1内，最终形成一定成像图案的投影画面。

进一步地考虑到随着需要投影显示的内容的变化，投影画面也需要相应变化，由此对于LCOS芯片3的每个像素点而言，供电电路对各个像素点施加的电压大小可调，进而满足投影显示不同投影画面的需求。在此基础上，供电电路对LCOS芯片3施加的电压整体也可以统一进行调整，由此实现投影画面的明暗度的调节；甚至在无需投影显示投影画面时，可以直接将LCOS芯片3的所有像素点的电压全部调制为aV，从而达到熄屏的效果。

此外，本实施例中的偏振体光栅4也可以采用具有设定光焦度的光栅，可以在一定程度上扩大经过该偏振体光栅4衍射的光线的发散角。

并且，本实施例中的耦出元件6同样可以采用耦出光栅阵列，以实现投影光线的扩瞳输出，或者该耦出元件6可以采用嵌入波导元件1的内部且相对于波导元件1上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

此外，当偏振体光栅4为反射式衍射光栅，偏振光调制器5和偏振体光栅4分别贴合设置在波导元件1的耦出端的两侧时，偏振光调制器5的宽度l满足l≤d·tanθ；其中，d为波导元件1的厚度，θ为光线在波导元件1内全反射的反射角。

以上具体可参照上述未设置圆偏振器7的LCoS波导显示系统的实施例，对此本实施例中不再重复赘述。

基于上述任意实施例，本申请中还提供了LCoS波导显示系统另一可选地实施例，如图5所示，图5为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的又一结构示意图；该LCoS波导显示系统可以包括：

波导元件1；依次设置的光源组件2、偏振体光栅4、偏振光调制器5、LCoS芯片3；设置在波导元件1上的耦出元件6；且波导元件1的耦入端设于光源组件2和偏振光调制器5之间；

在此基础上，该光源组件2包括分别用于输出三种不同波长的光线的第一光源21、第二光源22、第三光源23以及合光元件；合光元件用于将第一光源21、第二光源22以及第三光源23分别输出的光线合光后输出。

在本实施例中，第一光源21、第二光源22以及第三光源23分别输出的三种不同波长的光线通过合光元件合光形成一束合光光线，该合光光线经过偏振体光栅4、波导元件1的耦入端以及偏振光调制器5透射后，入射至LCoS芯片3的表面，LCoS芯片3对入射的光线中的第一线偏振光调制为第二线偏振光反射输出至偏振光调制器5；偏振光调制器5将该第二线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅4；该偏振体光栅4将第一圆偏振光衍射耦入至波导元件1内全反射传输后，经耦出元件6耦出输出。

可选地，本实施的光源组件2中，合光元件还可以进一步地包括：

第一光源21输出的光线反射对第三光源23输出的光线透射的第一滤波器24，以及对第二光源22输出的光线反射对第三光源23输出的光线透射的第二滤波器25；

其中，第一滤波器24设置在第一光源21和第三光源23的输出光路交叉位置，用于对第一光源21输出的光线进行反射偏转至和第三光源23输出的光线的光路重合的方向；

第二滤波器25设置在第二光源22和第三光源23的输出光路交叉位置，用于对第二光源22输出的光线进行反射偏转至和第三光源23输出的光线的光路重合的方向。

为了便于理解，设定第一光源21、第二光源22以及第三光源23输出波长为λ1、λ2、λ3的光线；在实际应用中，可以第一光源21、第二光源22以及第三光源23采用满足λ1>λ2>λ3的三种光源；在此基础上第一滤波器24和第二滤波器25可以为正交分布的短通滤波器和长通滤波器；短通滤波器可以通过波长小于λa的光线，反射波长大于λa的光线；λ1>λa>λ2；而长通滤波器可以通过波长大于λb的光线，反射波长小于λb的光线；且λ2>λb>λ3。第一光源21、第二光源22以及第三光源23分别输出的光线即可通过第一滤波器24和第二滤波器25后合成为共线的三色光，在后续传播中可以看作同一束光。

可以理解的是，本实施例中也可以进一步地在光源组件2和偏振体光栅4之间进一步地增加设置圆偏振器7；光源组件2中三个光源分别输出的光线合光后输出的光线经过圆偏振器7后形成第二圆偏振光，第二圆偏振光经过偏振体光栅4和波导元件1的耦入端透射后经过偏振体光栅4调制为特定线偏振光，特定线偏振光入射至LCoS芯片3；LCoS芯片3将特定线偏振光反射输出至偏振光调制器5；偏振光调制器5将该特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至偏振体光栅4；该偏振体光栅4将第一圆偏振光衍射耦入至波导元件1内全反射传输后，经耦出元件6耦出输出。

当然，本实施例中偏振体光栅4也同样可以采用透射式光栅。此外该偏振体光栅4也可以采用具有设定光角度的光栅，用于扩大经过偏振体光栅4衍射的光线的发散角。

进一步地，本实施例中的波导元件1的耦出元件6可以采用耦出光栅阵列或者嵌入波导元件1内部，且和波导元件1上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

并且，本实施例中的LCoS芯片3所连接的供电电路对LCOS芯片3的施加电压大小可调节；且LCoS芯片3的每个像素点上施加的电压大小可调节。

基于上述任意实施例，本申请中还提供了LCoS波导显示系统另一可选地实施例，如图6所示，图6为本申请实施例提供的LCoS波导显示系统的又一结构示意图；该LCoS波导显示系统可以包括：

至少三个依次堆叠设置的波导元件1；且每个波导元件1的耦入端均设置有对应的光源组件2、偏振体光栅4、偏振光调制器5和LCoS芯片3；每个波导元件1的耦出端均设置有对应的耦出元件6；

其中，每个光源组件2分别输出不同波长的光线；且每个波导元件1的耦出元件6耦出光线的方向平行且耦出的投影画面重合。

参照图6，在图6所示的实施例中，LCoS波导显示系统可以划分为三组光学结构基本相同的显示单元；其中，每个显示单元中均包含有波导元件1、设置在波导元件1的耦入端的光源组件2、偏振体光栅4、偏振光调制器5以及LCoS芯片3等光学元件，且各个光学元件之间设置结构以及所形成的光路结构和上述各个实施例中相同，对此本申请中不再重复赘述。

在此基础上，三组显示单元依次堆叠设置，相邻两个波导元件1的端部之间可以通过连接件8固定连接；对应的三个波导元件1依次相互平行设置，并且三组显示单元中的耦出元件6应当设置在同一直线上，且三个波导元件1上的耦出元件6之间也应当相互平行。可以理解的是，当三组显示单元中各个光学元件均完全相同时，从三个波导元件1内耦出的投影光线也即可相互平行输出；且三个波导元件1上的耦出元件6所在的直线和投影光线耦出的方向相互平行，即可使得三个波导元件1中分别耦出的投影光线在空间中重合，所形成的投影画面也相互重合。

对于本实施例的每组显示单元中的耦出元件6均可以采用耦出光栅阵列或者嵌入波导元件1内部，且和波导元件1上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

本实施例中显示单元的数量可以不仅限于三组，还可以包括更多组显示单元。本实施例中每组显示单元可以分别输出显示不同的投影信息，各组显示单元分别输出的投影信息相互叠加，形成叠加后的投影画面。例如，三组显示单元分别输出不同颜色的投影光线，三种颜色的投影光线相互叠加即可形成彩色的投影画面。

可以理解的是，本实施例中每个显示单元内的光源组件2也可以包含三个不同的光源和合光元件，该光源组件2输出的光线即为三个光源输出的光线合光后输出的光线。

其次，每个显示单元内的偏振体光栅4均可以为具有设定光焦度的光栅，用于扩大经过偏振体光栅4衍射的光线的发散角。

并且，本实施例中每个显示单元中也均可以在光源组件2的输出光路上设置圆偏振器7，以及供电电路对LCoS芯片3施加的电压大小可调节；且LCoS芯片3的每个像素点上施加的电压大小可调节。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LCoS波导显示系统，其特征在于，包括波导元件；分别设置在所述波导元件的耦入端相对的两侧的光源组件和LCoS芯片；在所述光源组件和所述LCoS芯片之间依次设置有偏振体光栅和偏振光调制器；设置在所述波导元件上的耦出元件；

其中，所述光源组件用于输出光线且所述光源组件输出的光线经过所述偏振体光栅、所述波导元件的耦入端以及所述偏振光调制器透射后，入射至所述LCoS芯片；

所述LCoS芯片用于将入射的光线反射入射至所述偏振光调制器；

所述偏振光调制器用于将经所述LCoS芯片中反射输出的光线中具有特定偏振态的特定线偏振光调制为第一圆偏振光并入射至所述偏振体光栅；

所述偏振体光栅用于将所述第一圆偏振光衍射耦入至所述波导元件内全反射传输后，经所述耦出元件耦出输出。

2.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，还包括设置在所述光源组件和所述偏振体光栅之间的圆偏振器；

其中，所述圆偏振器用于将所述光源组件输出的光线透射并将所述光线调制为第二圆偏振光输出；且所述第二圆偏振光依次经过所述偏振体光栅、所述波导元件的耦入端以及所述偏振光调制器透射，并经过所述偏振光调制器调制为所述特定线偏振光，入射至所述LCoS芯片；

且所述第一圆偏振光和所述第二圆偏振光正交。

3.如权利要求2所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述偏振光调制器为四分之一波片。

4.如权利要求2所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述LCoS芯片连接有供电电路，且所述供电电路为所述LCoS芯片接通的电压大小可调；且所述LCoS芯片的每个像素点上施加的电压大小可调节。

5.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述光源组件包括分别用于输出三种不同波长的光线的第一光源、第二光源、第三光源以及合光元件；

所述合光元件用于将所述第一光源、所述第二光源以及所述第三光源分别输出的光线合光后输出。

6.如权利要求5所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述合光元件包括对所述第一光源输出的光线反射对所述第三光源输出的光线透射的第一滤波器，以及对第二光源输出的光线反射对所述第三光源输出的光线透射的第二滤波器；

其中，所述第一滤波器设置在所述第一光源和所述第三光源的输出光路交叉位置，用于对所述第一光源输出的光线进行反射偏转至和所述第三光源输出的光线的光路重合的方向；

所述第二滤波器设置在所述第二光源和所述第三光源的输出光路交叉位置，用于对所述第二光源输出的光线进行反射偏转至和所述第三光源输出的光线的光路重合的方向。

7.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述波导元件至少依次堆叠设置有三个；且每个所述波导元件的耦入端均设置有对应的所述光源组件、所述偏振体光栅、所述偏振光调制器和所述LCoS芯片；每个所述波导元件的耦出端均设置有对应的耦出元件；

其中，每个所述光源组件分别输出不同波长的光线；且每个所述波导元件的耦出元件耦出光线的方向平行且耦出的投影画面重合。

8.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述偏振体光栅为具有设定光焦度的光栅，用于扩大经过所述偏振体光栅衍射的光线的发散角。

9.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，所述耦出元件包括设置在所述波导元件表面的耦出光栅阵列；

其中，在所述波导元件内全反射传输的光线入射到所述耦出光栅阵列中一个耦出光栅产生部分反射和部分衍射，衍射部分的光线从所述波导内耦出入射至人眼，反射部分的光线在所述波导元件的光学界面再次发生全反射后入射至下一个耦出光栅；且最后一个光栅对入射的光线进行完全衍射耦出；

或者，所述耦出元件为嵌入所述波导元件的内部，且相对于所述波导元件上发生全反射的光学界面倾斜设置的耦出光栅。

10.如权利要求1所述的LCoS波导显示系统，其特征在于，当所述偏振光调制器和所述偏振体光栅分别贴合设置在所述波导元件的耦出端的两侧时，所述偏振光调制器的宽度l满足l≤d·tanθ；其中，d为所述波导元件的厚度，θ为光线在所述波导元件内全反射的反射角。