WO2020143371A1

WO2020143371A1 - 准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎

Info

Publication number: WO2020143371A1
Application number: PCT/CN2019/123464
Authority: WO
Inventors: 张倩; 陈杭; 郝希应; 胡增新
Original assignee: 舜宇光学（浙江）研究院有限公司
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2020-07-16

Abstract

一种准直合色系统（10）、照明系统（1）以及微型投影光引擎。准直合色系统（10）包括基色发光单元（11）、准直单元（13）以及合色单元（12）。合色单元（12）包括第一膜层（121）、第二膜层（122）、第三膜层（123）以及基体组件（124）。基体组件（124）被设于基色发光单元（11）的发光路径（110），并沿着发光路径（110）依次设有与发光路径（110）之间的夹角依次变小的第一、第二以及第三功能面（12401，12402，12403）。第一膜层（121）被设于第一功能面（12401），用于透射来自基色发光单元（11）的第二和第三基色光（1102，1103），并反射来自基色发光单元（11）的第一基色光（1101）。第二膜层（122）被设于第二功能面（12402），用于透射第三基色光（1103），并反射第二基色光（1102）。第三膜层（123）被设于第三功能面（12403），用于反射第三基色光（1103），使得被反射的第一、第二以及第三基色光（1101，1102，1103）合成沿着预定光路传播的合色光（1104）。

Description

准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎

技术领域

本发明涉及光源照明技术领域，特别是涉及一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎。

背景技术

近年来，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。随着投影显示技术的不断发展以及市场需求，大视场、高成像质量、小体积、可穿戴的微型投影光引擎越来越受到重视，尤其是在现如今发展火热的增强现实(Augmented reality,简称AR)、近眼显示(Near-eye display,简称NED)以及可穿戴等领域。

然而，为了实现微型投影光引擎的彩色显示，就需要通过照明系统或光源系统为其提供合色光。现有的照明系统或光源系统通常采用诸如X棱镜之类的合色棱镜将来自三条光路的三基色光合并到同一条光路中，例如，专利申请号为99104851.2、名称为“光选择棱镜，用该棱镜的投影显示仪及制造该棱镜的方法”的中国发明专利。具体地，该X棱镜通常由4块直角棱镜沿直角面胶合而成，并将直角棱镜的斜面作为光的输入面和输出面；红、绿、蓝三基色偏振光源分别对应于三个直角棱镜的斜面，其余的一个直角棱镜的斜面作为三基色光合成白光后的输出面。因此，现有的照明系统或光源系统虽然能够将三路基色偏振光合成一路白光，但是该照明系统或光源系统受限于自身结构(如三基色偏振光源分开布置、四个直角棱镜重量较大)的影响，导致该照明系统或光源系统的体积和重量均比较大，从而造成微型投影光引擎的尺寸和重量较大，很难满足市场对小体积、轻重量的需求。

另外，现有的照明系统或光源系统还存在采用三个平行设置的合色镜将来自三条光路的三基色光合并到同一条光路中，例如，专利申请号为201610613057.8、名称为“一种彩色投影显示的光学引擎”的中国发明专利。具体地，通过反射式平板显示器将平行光源发出的三基色光调制成三基色图像光，并将三基色图像光分别反射至三个平行设置的合色镜，以通过三个合色镜将三基色图像光在空间中混色以形成彩色图像。然而，为了避免某个合色镜遮挡其他合色镜，以确保三基色图像光分别被反射至相应的合色镜，该照明系统或光源系统中的三个合色镜之间需要预留足够的空间，这就导致该照明系统或光源系统的体积将被进一步放大，进而导致相应的微型投影光引擎的尺寸随之变大，更难满足市场对小体积的微型投影光引擎的需求。此外，由于该反射式平板显示器的不同区域用于调制和反射不同基色的光，且该合色镜直接对三基色图像光进行混色，因此该微型投影光引擎不得不特制反射式平板显示器，并且对该合色镜的质量和精度要求也就极其严苛，导致该微型投影光引擎的制造成本急剧变大，不利于在增强现实、近眼显示以及可穿戴等领域得到广泛应用和普及。

此外，随着近年来微型投影机技术日趋成熟，微型投影机正式走出了概念阶段，逐渐步入商品实用化的阶段，越来越多的掌上型投影机、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，越来越多新的微投应用模式也开始显现，让我们看到了随时随地投影的曙光。

微型投影显示方式通常都是基于投影显示芯片而开发的，目前技术比较成熟的主要显示芯片有TFI-LCD芯片、LCoS芯片以及DMD芯片(即数字微镜器件)三种。但在这三种显示芯片中，基于TFI-LCD芯片的光引擎的对比度较低、光能利用率低、亮度较低、分辨率较低；基于LCoS芯片的光引擎的对比度较高、光能利用率高、亮度较高、分辨率较低；基于DMD芯片的光引擎的对比度最高、光能利用率高、亮度较高、分辨率高。此外，数字微镜器件还具有自然光照明，不需要特定偏振态的光，信号无需数模转换等优点，这使得基于数字微镜器件的数字化光处理(Digital Light Procession，简称DLP)技术得到快速发展和广泛地应用。

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，特别是现有的基于DLP技术的光引擎的体积大、重量重，无法满足诸如AR眼镜、VR眼镜等等穿戴式显示设备对光引擎的小体积和轻重量的要求，更无法满足电子设备的小型化的发展潮流。

发明内容

本发明的一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其能够减小照明系统的尺寸和重量，有利于满足市场对小体积、轻重量的微型投影光引擎的需求。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述准直合色系统的结构紧凑，有助于减小所述照明系统的尺寸，进而减小微型投影光引擎的体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述准直合色系统能够在较小的空间内将三路基色光合成一路合色光，有助于减小所述照明系统所需的空间。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述照明系统的三基色发光单元采用三合一封装技术，有助于进一步减小所述照明系统的体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述准直合色系统重量较轻，有助于减轻所照明系统的重量。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述照明系统体积较小，便于在传统的投射领域得到广泛应用。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的合色系统重量较轻，有助于减轻所述微型投影光引擎的重量。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的中继系统采用折反方式设计，以在确保提供足够长的中继光路的情况下，进一步减小所述微型投影光引擎的尺寸或体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的成像系统采用折反方式设计，以在确保提供足够长的成像光路的情况下，减小所述微型投影光引擎的尺寸或体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的成像系统采用目镜成像，有助于进一步减小所述微型投影光引擎的尺寸。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的整体体积足够小，适于在增强现实、近眼显示以及可穿戴领域得到应用和普及。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎体积较小、便于携带，有助于在传统的投射领域得到广泛应用。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，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近眼显示设备的波导中，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。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎能够满足电子设备的小型化、轻重量的发展潮流，尤其适合应用于诸如AR眼镜、VR眼镜等等穿戴式显示设备中。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎采用了创新的光路设计，有利于达到体积小、质量轻、亮度高、均匀性高以及分辨率高的需求。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的照明光路和成像光路在中继系统均发生全反射，有助于在满足照明光路和成像光路的特定光程的基础上缩小所述微型投影光引擎的体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的照明系统中光源采用RGB三合一封装、一路准直合色光的设计，有助于大幅减小光引擎的体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎的照明系统采用复眼(又称微透镜阵列)结构，提升了系统的亮度均匀性。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎除了在可穿戴领域具有创新性，同样也能应用于传统投影领域，具有可便携性。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，在本发明的一实施例中，所述微型投影光引擎具有直线型结构，有助于缩小所述微型投影光引擎的体积。

本发明的另一目的在于提供一准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，其中，为了达到上述目的，在本发明中不需要采用昂贵的材料或复杂的结构。因此，本发明成功和有效地提供一解决方案，不只提供简单的准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎，同时还增加了所述准直合色系统、照明系统以及微型投影光引擎的实用性和可靠性。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一种准直合色系统，包括：

一基色发光单元，其中所述基色发光单元具有一发光路径，用于沿着该发光路径发出一第一基色光、一第二基色光以及一第三基色光；

一准直单元，其中所述准直单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于准直来自所述基色发光单元的该第一、第二以及第三基色光；以及

一合色单元，其中所述合色单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，并且所述合色单元包括：

一基体组件，其中所述基体组件被设于所述基色发光单元的该发光路径，并沿着该发光路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与该发光路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；

一第一膜层，其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光，以使该第一基色光沿着一预定光路传播；

一第二膜层，其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光，以使该第二基色光在透过所述第一膜层之后沿着该预定光路传播；以及

一第三膜层，其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，以使该第三基色光在透过所述第二和第一膜层之后沿着该预定光路传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成一沿着该预定光路传播的合色光。

在本发明的一实施例中，所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第一功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第二功能面，其中所述基板位于所述楔形棱镜的底侧，并且所述基板的邻近所述楔形棱镜的侧面为所述第三功能面。

在本发明的一实施例中，所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述基板位于所述楔形棱镜的顶侧，并且所述基板的远离所述楔形棱镜的侧面为所述第一功能面，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第二功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第三功能面，其中所述基板由透明材料制成。

在本发明的一实施例中，通过所述基色发光单元发出的该第一、第二以及第三基色光依次为红光、绿光以及蓝光。

在本发明的一实施例中，所述第一膜层为红光反射膜，用于反射红光，并透射绿光和蓝光。

在本发明的一实施例中，所述第二膜层为绿光反射膜，用于反射绿光，并透射红光和蓝光。

在本发明的一实施例中，所述第二膜层为蓝光透射膜，用于透射蓝光，并反射红光和绿光。

在本发明的一实施例中，所述第三膜层为蓝光反射膜，用于反射蓝光，并透射红光和绿光。

在本发明的一实施例中，所述第三膜层为全反射膜，用于全反射红光、绿光以及蓝光。

在本发明的一实施例中，所述第一预定夹角的范围为47°～57°；其中所述第二预定夹角的范围为43°～53°；其中所述第三预定夹角的范围为36°～46°。

在本发明的一实施例中，所述基色发光单元包括至少一红光发光模块、至少一绿光发光模块以及至少一蓝光发光模块，其中所述红光发光模块、所述绿光发光模块以及所述蓝光发光模块通过三合一封装方式被封装成所述基色发光单元，用于朝向所述合色单元的所述第一膜层分别发出红光、绿光以及蓝光。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种照明系统，用于为一显示单元提供照明，包括：

上述任一所述的准直合色系统，用于提供沿所述准直合色系统的预定光路传播的合色光；和

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述准直合色系统的该预定光路，用于将来自所述准直合色系统的该合色光传输至该显示单元，以通过该显示单元将该合色光调制成携带图像信息的光。

在本发明的一实施例中，所述的照明系统，还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设于所述准直合色系统和所述中继系统之间，并位于所述准直合色系统的该预定光路，用于均匀化处理来自所述准直合色系统的该合色光。

在本发明的一实施例中，所述的照明系统，还包括一偏光复用系统，其中所述偏光复用系统被设于所述匀光系统和所述中继系统之间，用于将通过所述匀光系统均匀化处理后的该合色光转换成具有同一偏振态的偏振光，其中所述中继系统还用于将该偏振光传输至该显示单元，以通过该显示单元将该偏振光调制成携带图像信息的偏振光。

为了实现上述至少一发明目的或其他目的和优点，本发明提供了一微型投影光引擎，包括：

一光源系统，用于发射具有同一偏振态的偏振光；

一显示单元，用于将偏振光调制成携带图像信息的偏振光；

一成像系统，用于投射该携带图像信息的偏振光；以及

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述光源系统、所述显示单元以及所述成像系统之间，用于将来自所述光源系统的该偏振光传输至所述显示单元，并将来自所述显示单元的该携带图像信息的偏振光传输至所述成像系统；

其中所述光源系统包括：

一基色发光单元，用于发出第一、第二以及第三基色光；

一合色系统，其中所述合色系统包括：

一基体组件，其中所述基体组件被设于所述光源系统的发射路径，并沿着所述发射路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与所述光源系统的所述发射路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；

一第一膜层，其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光，以使该第一基色光沿着所述光源系统的所述发射路径传播；

一第二膜层，其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光，以使该第二基色光在透过所述第一膜层之后沿着所述光源系统的所述发射路径传播；以及

一第三膜层，其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，以使该第三基色光在透过所述第二和第一膜层之后沿着所述光源系统的所述发射路径传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成一沿着所述光源系统的所述发射路径传播的合色光；以及

一偏光复用系统，其中所述偏光复用系统被设置于所述光源系统的所述发射路径，用于将通过所述合色系统合成的该合色光转换成该具有同一偏振态的偏振光。

在本发明的一实施例中，所述光源系统的所述合色系统的所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第三功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第二功能面，其中所述基板位于所述楔形棱镜的底侧，并且所述基板的邻近所述楔形棱镜的侧面为所述第一功能面。

在本发明的一实施例中，所述第一膜层为红光反射膜，用于反射红光，并透射绿光和蓝光；其中所述第二膜层为蓝光透射膜，用于透射蓝光，并反射红光和绿光；其中所述第三膜层为全反射膜，用于全反射红光、绿光以及蓝光。

在本发明的一实施例中，所述第三预定夹角的范围为33°～43°；其中所述第二预定夹角的范围为37°～47°；其中所述第一预定夹角的范围为44°～54°。

在本发明的一实施例中，所述基色发光单元包括至少一红光发光模块、至少一绿光发光模块以及至少一蓝光发光模块，其中所述红光发光模块、所述绿光发光模块以及所述蓝光发光模块通过三合一封装方式被封装成所述基色发光单元，用于朝向所述合色系统的所述第一膜层依次发出红光、绿光以及蓝光。

在本发明的一实施例中，所述光源系统还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设于所述合色系统和所述偏光复用系统之间，用于均匀化处理通过所述合色系统合成的该合色光。

在本发明的一实施例中，所述光源系统还包括一准直系统，其中所述准直系统被设置于所述基色发光单元和所述合色系统之间，用于准直通过所述基色发光单元发出的该第一、第二以及第三基色光。

在本发明的一实施例中，所述中继系统包括一中继偏振分束系统和一中继折反系统，其中所述中继偏振分束系统被设置于所述光源系统和所述成像系统之间，并且所述显示单元和所述中继折反系统分别位于所述中继偏振分束系统的相对两侧，其中所述显示单元还用于将该携带图像信息的偏振光反射回所述中继偏振分束系统，并且所述中继折反系统用于将自所述中继偏振分束系统射出的偏振光折反回所述中继偏振分束系统，以在所述光源系统和所述显示单元之间定义形成所述中继系统的一折反式中继光路，使得该偏振光能够沿着所述折反式中继光路传播至所述显示单元。

在本发明的一实施例中，所述中继折反系统包括一中继光转换元件和一中继光反射元件，其中所述中继光转换元件位于所述中继偏振分束系统和所述中继光反射元件之间，其中所述中继光反射元件用于将自所述中继偏振分束系统射出的偏振光反射回所述中继偏振分束系统，以使该偏振光二次穿过所述中继光转换元件，其中所述中继光转换元件用于将二次穿过的偏振光转换成具有另一偏振态的偏振光。

在本发明的一实施例中，所述中继光转换元件为一1/4波片，所述中继光反射元件为一凹面反射镜。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一中继透镜组件，其中所述中继透镜组件被设置于所述中继偏振分束系统和所述光源系统之间，用于调整来自所述光源系统的偏振光的会聚程度。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一中继偏振过滤单元，其中所述中继偏振过滤单元被设置于所述中继透镜组件和所述中继偏振分束系统之间，用于过滤该偏振光中的杂光。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一1/4波片，其中所述1/4波片被设置于所述显示单元和所述中继偏振分束系统之间。

在本发明的一实施例中，所述成像系统包括一透镜组，其中所述透镜组包括至少一非球面透镜，用于对来自所述中继系统的该携带图像信息的偏振光进行整形。

一照明系统，用于提供照明光；

一数字微镜器件，用于将该照明光调制成图像光；

一成像系统，用于投射该图像光以成像；以及

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述照明系统、所述数字微镜器件以及所述成像系统之间，以通过所述中继系统在所述照明系统和所述数字微镜器件之间形成一全反射照明光路，并通过所述中继系统在所述数字微镜器件和所述成像系统之间形成一全反射成像光路，其中所述中继系统用于将来自所述照明系统的该照明光沿着所述全反射照明光路转向地传播至所述数字微镜器件，并且所述中继系统还用于将经由所述数字微镜器件调制成的该图像光沿着所述全反射成像光路转向地传输至所述成像系统。

在本发明的一实施例中，所述照明系统为一准直合色系统，其中所述准直合色系统包括一基色发光单元、一准直单元以及一合色单元，其中所述基色发光单元具有一发光路径，用于沿着该发光路径发出一第一基色光、一第二基色光以及一第三基色光；其中所述准直单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于准直来自所述基色发光单元的该第一、第二以及第三基色光；其中所述合色单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于将被准直后的该第一、第二以及第三基色光合成沿着所述全反射照明光路传播的该照明光。

在本发明的一实施例中，所述合色单元包括一基体组件、一第一膜层、一第二膜层以及一第三膜层，其中所述基体组件被设于所述基色发光单元的该发光路径，并沿着该发光路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与该发光路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光；其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光；其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成沿着所述全反射照明光路传播的该照明光。

在本发明的一实施例中，所述照明系统还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设置于所述合色单元和所述中继系统的所述入射面之间，用于均匀化处理经由所述合色单元合成的该照明光。

在本发明的一实施例中，所述基体组件包括一第一楔形棱镜和一第二楔形棱镜，其中所述第一楔形棱镜位于所述基色发光单元和所述第二楔形棱镜之间，并且所述第二膜层被设置于所述第一楔形棱镜的底面和所述第二楔形棱镜的顶面之间，其中所述第一楔形棱镜的顶面为所述第一功能面，并且所述第二楔形棱镜的底面为所述第三功能面。

在本发明的一实施例中，所述中继系统具有一与所述照明系统对应的入射面、一第一全反射面、一反射面、一第二全反射面、一与所述数字微镜器件对应的显示面以及一与所述成像系统对应的出射面，其中所述第一全反射面与所述第二全反射面间隔地布置，以在所述第一和第二全反射面之间形成一间隙，其中所述反射面与所述显示面相对地布置，并且所述入射面与所述出射面相对地布置，其中所述全反射照明光路在所述第一全反射面发生全反射，并且所述全反射成像光路在所述第二全反射面发生全反射。

在本发明的一实施例中，所述中继系统包括一第一棱镜和一第二棱镜，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜以斜面对斜面的方式布置，并在所述第一和第二棱镜的两斜面之间形成矩形间隙或楔形间隙，其中所述第二棱镜的两侧面分别为所述中继系统的所述显示面和所述出射面，并且所述第二棱镜的斜面为所述中继系统的所述第二全反射面。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一反射膜，其中所述反射膜被设置于所述中继系统的所述反射面。

在本发明的一实施例中，所述第一棱镜为一曲面棱镜，并且所述曲面棱镜具有一平直侧面、一平直斜面以及一弯曲侧面，其中所述曲面棱镜的所述弯曲侧面为所述中继系统的所述反射面，所述曲面棱镜的所述平直侧面为所述中继系统的所述入射面，所述曲面棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。

在本发明的一实施例中，所述第一棱镜为一曲面棱镜，并且所述曲面棱镜具有一第一弯曲侧面、一平直斜面以及一第二弯曲侧面，其中所述曲面棱镜的所述第二弯曲侧面为所述中继系统的所述反射面，所述曲面棱镜的所述第一弯曲侧面为所述中继系统的所述入射面，所述曲面棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一凹面反射镜，其中所述第一棱镜为三棱镜，并且所述三棱镜具有一第一平直侧面、一平直斜面以及一第二平直侧面，其中所述凹面反射镜被对应地设置于所述三菱镜的所述第二平直侧面，以通过所述凹面反射镜提供所述中继系统的所述反射面，其中所述三棱镜的所述第一平直侧面为所述中继系统的所述入射面，所述三棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。

在本发明的一实施例中，所述中继系统还包括一透镜，其中所述透镜被对应地设置于所述三棱镜的所述第一平直侧面，以通过所述透镜提供所述中继系统的所述入射面。

在本发明的一实施例中，所述成像系统包括一透镜组，其中所述透镜组包括至少一非球面透镜，用于对来自所述中继系统的该图像光进行整形。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、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是根据本发明的一实施例的一种准直合色系统的结构示意图。

图2是根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的光路示意图。

图3示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的合色单元的第一膜层的反射光谱示意图。

图4示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的所述合色单元的第二膜层的反射光谱示意图。

图5示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的第一变形实施方式。

图6示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的第二变形实施方式。

图7示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的第三变形实施方式。

图8示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统的第四变形实施方式。

图9是根据本发明的一实施例的一种照明系统的系统示意图。

图10示出了根据本发明的上述实施例的所述照明系统的一个结构示意图。

图11示出了根据本发明的上述实施例的所述照明系统的另一个结构示意图。

图12是根据本发明的一第一实施例的微型投影光引擎的系统示意图。

图13是根据本发明的上述第一实施例的所述微型投影光引擎的结构示意图。

图14是根据本发明的上述第一实施例的所述微型投影光引擎的光路示意图。

图15是根据本发明的上述第一实施例的所述微型投影光引擎的一光源系统的放大示意图。

图16示出了根据本发明的上述第一实施例的所述微型投影光引擎的一个变形实施方式。

图17是根据本发明的一第二实施例的一微型投影光引擎的系统示意图。

图18示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎的结构示意图。

图19示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎的光路示意图。

图20示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第一变形实施方式。

图21示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第二变形实施方式。

图22示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第三变形实施方式。

图23示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第四变形实施方式。

图24示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第五变形实施方式。

图25示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光光引擎的第六变形实施方式。

图26A是根据本发明的一实施例的一近眼显示设备的示意图。

图26B是根据本发明的一实施例的另一近眼显示设备的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。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发明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发明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，在本发明的揭露中，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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，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。除非在本发明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。

在本发明的描述中，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。本发明的描述中，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发明中的具体含义。

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发明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，为了实现彩色显示，微型投影光引擎的照明系统不得不将三路基色光合成一路合色光，以照射至相应的显示单元。但现有的照明系统的准直合色系统的体积较大且重量较重，这就导致微型投影光引擎因自身体积和重量的限制而无法满足目前的增强现实、近眼显示以及可穿戴产品对体积和重量的严苛要求。因此，目前急需一种足够小体积、轻重量的准直合色系统，以获得体积小且重量轻的照明系统才能满足市场需求。

参考附图之图1至图4所示，根据本发明的一实施例的一种准直合色系统被阐明。如图1和图2所示，所述准直合色系统10包括一基色发光单元11、一合色单元12以及一准直单元13。所述基色发光单元11具有一发光路径110，用于沿所述发光路径110发出一第一基色光1101、一第二基色光1102以及一第三基色光1103。所述准直单元13被设置于所述基色发光单元11的所述发光路径110，用于准直经由所述基色发光单元11发出的所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103。所述合色单元12被设置于所述基色发光单元11的所述发光路径110，并且所述准直单元13位于所述基色发光单元11和所述合色单元12之间，其中所述合色单元12用于将通过所述准直单元13准直后的所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103合成一合色光1104，从而保证配备有所述准直合色系统10的照明系统能够发射合色光，使得相应的投影光引擎能够投射出彩色图像。

具体地，如图1所示，所述合色单元12包括一第一膜层121、一第二膜层122、一第三膜层123以及一基体组件124。所述基体组件124被设于所述基色发光单元11的所述发光路径110，并且沿着所述基色发光单元11的所述发光路径110依次设有一第一功能面12401、一第二功能面12402以及一第三功能面12403，其中所述基体组件124的所述第一、第二以及第三功能面12401、12402、12403分别与所述基色发光单元11的所述发光路径 110之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角θ ₁、θ ₂、θ ₃，并且所述第一、第二以及第三预定夹角θ ₁、θ ₂、θ ₃依次变小。

相应地，所述第一膜层121被设于所述基体组件124的所述第一功能面12401，用于透射通过所述基色发光单元11发出的所述第二和第三基色光1102、1103，并反射通过所述基色发光单元11发出的所述第一基色光1101，以使所述第一基色光1101沿着一预定光路100传播。所述第二膜层122被设于所述基体组件124的所述第二功能面12402，用于透射经由所述第一膜层121透射的所述第三基色光1103，并反射经由所述第一膜层121透射的所述第二基色光1102，以使所述第二基色光1102在透过所述第一膜层121之后沿着所述预定光路100传播。所述第三膜层123被设于所述基体组件124的所述第三功能面12403，用于反射经由所述第二膜层122透射的所述第三基色光1103，以使所述第三基色光1103在透过所述第二和第一膜层122、121之后沿着所述预定光路100传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层121、122、123分别反射的所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103合成沿着所述预定光路100传播的所述合色光1104。可以理解的是，所述预定光路100根据所述准直合色系统10的结构进行设计，并且所述预定光路100不平行于所述的基色发光单元11的所述发光路径110，本发明对此不再赘述。

示例性地，如图2所示，所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103可以但不限于依次被实施为红光、绿光以及蓝光；相应地，所述第一膜层121被实施为红光反射膜1211，其中所述红光反射膜1211用于反射红光，并透射绿光和蓝光，例如所述红光反射膜1211的反射光谱可以如图3所示的粗实线部分；所述第二膜层122被实施为蓝光透射膜1221，其中所述蓝光透射膜1221用于透射蓝光，并反射红光和绿光，例如所述蓝光透射膜1221的反射光谱可以如图4所示的粗实线部分；所述第三膜层123被实施为全反射膜1231，用于全反射红光、绿光以及蓝光。

特别地，所述第一和第二膜层121、122还可以具有消偏振作用，以减小P光和S光的分离程度，有助于提高整个系统的光能利用率。换句话说，在本发明的这个实施例中，所述红光反射膜1221除了具有反射红光，并透射绿光和蓝光的作用之外，还具有消偏振的作用，例如所述红光反射膜1221对P光和S光的反射光谱如图3所示的虚线部分和点划线部分；所述蓝光透射膜1221除了具有透射蓝光，并反射红光和绿光的作用之外，还具有消偏振的作用，例如所述蓝光透射膜1221对P光和S光的反射光谱如图4所示的虚线部分和点划线部分。

值得注意的是，在本发明的其他示例中，所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103也可以依次被实施为蓝光、绿光以及红光；或者还可以依次被实施为红光、蓝光以及绿光等等。换句话说，所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103分别选自红光、蓝光以及绿光中的一种，并且所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103互不相同。可以理解的是，当与所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103相对应的红光、蓝光以及绿光的次序发生改变时，所述第一、第二以及第三膜层121、122、123的相应反光特性也将随之发生变化，只要满足本发明的目的即可，本发明对此不再赘述。

优选地，如图1所示，在本发明这个实施例中，所述基体组件124的所述第一功能面12401与所述基色发光单元11的所述发光路径110之间的所述第一预定夹角θ ₁满足47°≤θ ₁≤57°；所述第二功能面12402与所述准直合色系统10的所述预定光路100之间的所述第二预定夹角夹角θ ₂满足43°≤θ ₂≤53°；所述第三功能面12403与所述准直合色系统10的所述预定光路100之间的所述第三预定夹角θ ₃满足36°≤θ ₃≤46°。换句话说，所述第一膜层121与所述准直合色系统10的所述预定光路100之间的夹角范围可以但不限于被实施为47°～57°；所述第二膜层122与所述准直合色系统10的所述预定光路100之间的夹角范围可以但不限于被实施为43°～53°；所述第三膜层123与所述准直合色系统10的所述预定光路100的夹角范围可以但不限于被实施为36°～46°。

更优选地，在本发明的这个实施例中，所述第一、第二以及第三膜层121、122、123依次被镀于所述基体组件124的所述第一、第二以及第三功能面12401、12402、12403。当然，在本发明的其他示例中，所述第一、第二以及第三膜层121、122、123也可以采用诸如胶合、贴附等等安装方式依次被安装于所述基体组件124的所述第一、第二以及第三功能面12401、12402、12403，本发明在此不在赘述。

进一步地，在本发明的这个实施例中，如图1和图2所示，所述合色单元12的所述基体组件124可以包括一楔形棱镜1241和一基板1242，其中所述楔形棱镜1241位于所述基板1242和所述基色发光单元11之间，也就是说，所述基板1242位于所述楔形棱镜1241的远离所述基色发光单元11的一侧，即所述基板1242位于所述楔形棱镜1241的底侧。所述楔形棱镜1241的顶面被实施为所述第一功能面12401，并且所述楔形棱镜1242的底面被实施为所述第二功能面12402；所述基板1242的邻近所述楔形棱镜1241的侧面被实施为所述第三功能面12403。此外，由于所述第二和第三基色光1102、1103需要透过所述楔形棱镜1241，而不需要透过所述基板1242，因此所述楔形棱镜1241可以通过透明材料制成，而所述基板1242则可以通过透明、半透明或不透明的材料制成。另外，所述基板1242也不限于被实施为板状材料，还可以被实施为能够提供所述一功能面12401的其他任何形状的材料，本发明对此不再赘述。

值得注意的是，正是由于所述合色单元12的所述基体组件124所包括的所述楔形棱镜1241和所述基板1242相比于现有的X棱镜和合色镜来讲，重量较轻、体积较小，使得所述准直合色系统10的重量和体积均得以减小，因此本发明的所述准直合色系统10能够有效地减小相应的照明系统的重量和体积，便于满足增强现实、近眼显示以及可穿戴产品对体积和重量的严苛要求。

在本发明的这个实施例中，如图1所示，所述准直合色系统10的所述基色发光单元11包括至少一红光发光模块111、至少一绿光发光模块112以及至少一蓝光发光模块113，其中所述红光、绿光以及蓝光发光模块111、112、113位于所述合色单元12的同一侧，用于沿着所述基色发光单元11的所述发光路径110发出红光、绿光以及蓝光，使得所发出的红光、绿光以及蓝光先通过所述准直单元13的准直之后，再通过所述合色单元12将被准直后的红光、绿光以及蓝光合成沿着所述预定光路100传播的所述合色光1104。

值得注意的是，在本发明的这个实施例中，所述红光、绿光以及蓝光发光模块111、112、113可以但不限于被实施为相应颜色的LED光源。当然，在本发明的其他示例中，所述发光模块还可以被实施为其他类型的光源。

优选地，所述基色发光单元11可以通过将所述红光、绿光以及蓝光发光模块111、112、113进行三合一封装而制成，以减小所述基色反光单元11的体积，进而减小所述准直合色系统10的体积。

示例性地，如图2所示，所述基色发光单元11中的三种发光模块沿着所述预定光路100的方向依次为所述红光、绿光以及蓝光发光模块111、112、113，通过所述红光、绿光以及蓝光发光模块111、112、113发出的红光、绿光以及蓝光在通过所述准直单元13准直之后，在到达所述合色单元12的所述第一膜层121之前相互交叉，使得照射至所述第一膜层121上的三种基色光沿着所述预定光路100的方向依次为蓝光、绿光以及红光。可以理解的是，在本发明的这个实施例中，所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103依次被实施为红光、绿光以及蓝光。

值得注意的是，正是由于所述准直单元13的存在，虽然通过所述基色发光单元11发出的所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103相互平行，但所述第一和第三基色光1101、1103在通过所述准直单元13的准直之后将偏向通过所述第二基色光1102，以在到达所述第一膜层121之前相互交叉，有助于缩小所述第一、第二以及第三基色光1101、1102、1103这三路基色光之间的间隙，进而减小所述准直合色系统10的所需体积，从而进一步减小照明系统的体积。本领域技术人员可以理解的是，所述准直单元13可以但不限于被实施为准直透镜。

附图5示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统10的第一变形实施方式，其中所述准直合色系统10的所述合色单元12的所述基体组件124的所述基板1242位于所述楔形棱镜1241和所述基色发光单元11之间，也就是说，所述基板1242位于所述楔形棱镜1241的邻近所述基色反光单元11的一侧，即所述基板1242位于所述楔形棱镜1241的顶侧。

具体地，如图5所示，所述基体组件124的所述基板1242的远离所述楔形棱镜1241的侧面被实施为所述第一功能面12401；而所述基体组件124的所述楔形棱镜1241的顶面被实施为所述第二功能面12402，并且所述楔形棱镜1242的底面被实施为所述第三功能面12403。这样当所述第一、第二以及第三膜层121、122、123依次被设置于所述基体组件124的所述第一、第二以及第三功能面12401、12402、12403时，所述合色单元12同样能够实现所需的合色效果。

值得注意的是，在本发明的所述第一变形实施方式中，由于所述第二和第三基色光1102、1103需要透过所述基板1242，且所述第三基色光1103需要透过所述楔形棱镜1241，因此所述楔形棱镜1241和所述基板1242均需要通过透明材料制成。

当然，在本发明的另一示例中，所述合色单元12的所述基体组件124也可以将所述基板1242的邻近所述楔形棱镜1241的侧面实施为所述第一功能面12401，并且所述第一膜层121被设于所述第一功能面12401，以使所述第一基色光1101在透过所述基板1242之后再被所述第一膜层121反射。可以理解的是，所述基体组件124也可以被实施为其他类型的组件，只要能够提供满足需要的所述第一、第二以及第三功能面12401、12402、12403即可，本发明对此不再赘述。

附图6示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统10的第二变形实施方式，其中所述准直合色系统10的所述合色单元12的所述第一膜层121被实施为红光反射膜1211，其中所述红光反射膜1211用于反射红光，并透射绿光和蓝光；所述第二膜层122被实施为绿光反射膜1222，其中所述绿光反射膜1222用于反射绿光，并透射红光和蓝光；所述第三膜层123被实施为全反射膜1231，用于全反射红光、绿光以及蓝光，使得所述合色单元12同样能够实现所需的合色效果。

附图7示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统10的第三变形实施方式，其中所述准直合色系统10的所述合色单元12的所述第一膜层121被实施为红光反射膜1211，其中所述红光反射膜1211用于反射红光，并透射绿光和蓝光；所述第二膜层122被实施为蓝光透射膜1221，其中所述蓝光透射膜1221用于透射蓝光，并反射红光和绿光；所述第三膜层123被实施为蓝光反射膜1232，用于反射蓝光，并透射红光和绿光，使得所述合色单元12同样能够实现所需的合色效果。

附图8示出了根据本发明的上述实施例的所述准直合色系统10的第四变形实施方式，其中所述准直合色系统10的所述合色单元12的所述第一膜层121被实施为红光反射膜1211，用于反射红光，并透射绿光和蓝光；所述第二膜层122被实施为所述绿光反射膜1222，用于反射绿光，并透射红光和蓝光；所述第三膜层123被实施为所述蓝光反射膜1232，用于反射蓝光，并透射红光和绿光，使得所述合色单元12同样能够实现所需的合色效果。

根据本发明的另一方面，如图9所示，本发明的一实施例进一步提供了一种配置有上述准直合色系统10的照明系统1，用于为显示单元2提供照明光，以通过所述显示单元2 将照明光调制成相应的图像光。具体地，如图9所示，所述照明系统1包括上述准直合色系统10和一中继系统20。所述准直合色系统10用于提供沿所述准直合色系统10的预定光路传播的合色光。所述中继系统20被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，用于将来自所述准直合色系统10的所述合色光传输至显示单元2，以通过所述显示单元2将所述合色光调制成携带图像信息的光。可以理解的是，所述中继系统20可以被实施为任意类型的中继系统，只要能够确保所述中继系统20能够将来自所述照明系统1的合色光传输至所述显示单元2而被所述显示单元2调制成携带图像信息的光即可，本发明对此不作进一步限制。

进一步地，如图9所示，所述照明系统1还可以包括一匀光系统30，其中所述匀光系统30被设置于所述准直合色系统10和所述中继系统20之间，用于均匀化处理来自所述准直合色系统10的所述合色光。本领域技术人员可以理解的是，所述匀光系统30可以但不限于被实施为复眼或微透镜阵列组(Micro-lens array，简称MLA)。

值得注意的是，所述显示单元2可以但不限于被实施为诸如LCOS芯片、DMD芯片等等之类的显示芯片。然而，由于不同的显示芯片对照明光的偏振状态要求不同，例如LCOS芯片只能调制具有同一偏振态的偏振光，DMD芯片则能直接调制非偏振光，因此对于不同的显示芯片，就需要相应的照明系统来提供相应的照明光。

如图10所示，示出了根据本发明的上述准直合色系统10被应用于所述照明系统1′的一个示例，其中所述照明系统1′能够为LCOS芯片2′提供具有同一偏振态的偏振光(例如S偏振光)。具体地，如图10所示，所述照明系统1′包括一准直合色系统10、一中继系统20′、一匀光系统30以及一偏光复用系统40。所述准直合色系统10用于提供沿着一预定光路传播的合色光1104。所述匀光系统30被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，并且所述匀光系统30位于所述准直合色系统10和所述中继系统20′之间，用于均匀化处理来自所述准直合色系统10的所述合色光1104。所述偏光复用系统40被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，所述偏光复用系统40位于所述匀光系统30和所述中继系统20′之间，用于将经由所述匀光系统30均匀化处理后的所述合色光1104转换成S偏振光。所述中继系统20被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，用于将来自所述偏光复用系统40的所述S偏振光传输至所述LCOS芯片2′，以通过所述LCOS芯片2′将所述S偏振光调制成携带图像信息的P偏振光。可以理解的是，为了便于清晰地表达出在所述照明系统1′的光路中光的各种偏振态的变化，在本发明的附图10中：用S表示S偏振光；用表示该携带图像信息的P偏振光；以及用S+P表示非偏振光(该非偏振光可以是基色光或合色光等等)。

当然，在本发明的其他示例中，所述偏光复用系统40也可以将被均匀化处理后的所述合色光1104转换成P偏振光，相应地，所述LCOS芯片2′能够将所述P偏振光调制成携带图像信息的S偏振光，本发明对此不再赘述。

如图11所示，示出了根据本发明的上述准直合色系统10被应用于所述照明系统1″的另一个示例，其中所述照明系统1″能够为DMD芯片2″提供非偏振光。具体地，如图11所示，所述照明系统1″包括一准直合色系统10、一中继系统20″以及一匀光系统30。所述准直合色系统10用于提供沿着一预定光路传播的合色光1104。所述匀光系统30被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，并且所述匀光系统30位于所述准直合色系统10和所述中继系统20″之间，用于均匀化处理来自所述准直合色系统10的所述合色光1104。所述中继系统20″被设置于所述准直合色系统10的所述预定光路，用于将来自所述匀光系统30的所述合色光1104传输至所述DMD芯片2″，以通过所述DMD芯片2″将所述合色光1104调制成携带图像信息的非偏振光。

值得注意的是，尽管附图10和图11以及相应的描述以所述照明系统1′、1″的具体结构为例，阐明本发明的所述准直合色系统10的特征和优势，但本领域技术人员可以理解的是，附图10和图11以及相应的描述揭露了所述照明系统1′、1″仅为举例，其并不构成对本发明的内容和范围的限制，例如，在本发明的其他示例中，除了所述准直合色系统10之外，所述照明系统的其他部分的结构也可以被实施为其他任意现有的结构，只要满足相应的照明目的即可，本发明在此不再赘述。

根据本发明的另一方面，参考说明书附图之图12至图15所示，本发明的一第一实施例进一步提供了一种微型投影光引擎。具体地，如图12和图13所示，所述微型投影光引擎1A包括一光源系统10A、一中继系统20A、一成像系统30A以及一显示单元40A。所述光源系统10A用于发射具有同一偏振态的偏振光。所述显示单元40A用于将偏振光调制成携带图像信息的偏振光。所述成像系统30A用于投射携带图像信息的偏振光。所述中继系统20A被设置于所述光源系统10A、所述成像系统30A以及所述显示单元40A之间，用于将来自所述光源系统10A的偏振光传输至所述显示单元40A，以通过所述显示单元40A将该偏振光调制成一携带图像信息的偏振光；所述中继系统20A还用于将来自所述显示单元40A的该携带图像信息的偏振光传输至所述成像系统30A，以通过所述成像系统30A投射该携带图像信息的偏振光。

值得注意的是，在本发明中，所述光源系统10A可以发射具有S偏振态的偏振光(简称为S偏振光)，也可以发射具有P偏振态的偏振光(简称为P偏振光)。例如，如图3所示，所述光源系统10A所发射的该具有同一偏振态的偏振光被实施为S偏振光，而该携带图像信息的偏振光相应地被实施为携带图像信息的S偏振光。当然，在本发明的其他示例中，所述光源系统10A所发射的该具有同一偏振态的偏振光也可以被实施为P偏振光，而该携带图像信息的偏振光相应地被实施为携带图像信息的P偏振光。

此外，为了便于清晰地表达出在所述微型投影光引擎1A的光路中光的各种偏振态的变化，在本发明的附图中：用S表示该S偏振光；用S ^*表示该携带图像信息的S偏振光；用P表示该P偏振光；用P ^*表示该携带图像信息的P偏振光；以及用S+P表示非偏振光(该非偏振光可以是基色光或合色光等等)。

而为了确保所述微型投影光引擎1A能够投射出彩色图像，则所述微型投影光引擎1A的所述光源系统10A所发射的偏振光必须为具有同一偏振态的合色光(简称合色偏振光)。具体地，如图14和图15所示，所述光源系统10A包括一基色发光单元11A、一合色系统12A以及一偏光复用系统13A。所述基色发光单元11A用于发出一第一基色光1101A、一第二基色光1102A以及一第三基色光1103A。所述偏光复用系统13A用于将非偏振光转换成具有同一偏振态的偏振光。所述合色系统12A被设于所述基色发光单元11A和所述偏光复用系统13A之间，用于将通过所述基色发光单元11A发出的所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A合成一传播至所述偏光复用系统13A的合色光1104A，以通过所述偏光复用系统13A将来自所述合色系统12A的所述合色光1104A转换成该具有同一偏振态的偏振光，从而使得所述微型投影光引擎1A的所述光源系统10A发射该合色偏振光，以便保证所述微型投影光引擎1A能够投射出彩色图像。

更具体地，如图13和图14所示，所述光源系统10A的所述合色系统12A包括一第一膜层121A、一第二膜层122A、一第三膜层123A以及一基体组件124A。所述基体组件124A被设于所述光源系统10A的所述发射路径100A，并且沿着所述光源系统10A的发射路径100A依次设有一第一功能面12401A、一第二功能面12402A以及一第三功能面12403A，其中所述基体组件124A的所述第一、第二以及第三功能面12401A、12402A、12403A分别与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角θ _a、θ _b、θ _c，并且所述第一、第二以及第三预定夹角θ _a、θ _b、θ _c依次变小。

所述第一膜层121A被设于所述基体组件124A的所述第三功能面12403A，用于透射通过所述基色发光单元11A发出的所述第二和第三基色光1102A、1103A，并反射通过所述基色发光单元11A发出的所述第一基色光1101A，以使所述第一基色光1101A沿着所述光源系统10A的所述发射路径100A传播。所述第二膜层122A被设于所述基体组件124A的所述第二功能面12402A，用于透射经由所述第一膜层121A透射的所述第三基色光1103A，并反射经由所述第一膜层121A透射的所述第二基色光1102A，以使所述第二基色光1102A在透过所述第一膜层121A之后沿着所述光源系统10A的所述发射路径100A传播。所述第三膜层123A被设于所述基体组件124A的所述第一功能面12401A，用于反射经由所述第二膜层122A透射的所述第三基色光1103A，以使所述第三基色光1103A在透过所述第二和第一膜层122A、121A之后沿着所述光源系统10A的所述发射路径100A传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A分别反射的所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A合成沿着所述光源系统10A的所述发射路径100A传播的所述合色光1104A。

示例性地，如图15所示，所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A可以但不限于依次被实施为红光、绿光以及蓝光；相应地，所述第一膜层121A被实施为红光反射膜1211A，其中所述红光反射膜1211A用于反射红光，并透射绿光和蓝光，例如所述红光反射膜1211A的反射光谱可以如图3所示的粗实线部分；所述第二膜层122A被实施为蓝光透射膜1221A，其中所述蓝光透射膜1221A用于透射蓝光，并反射红光和绿光，例如所述蓝光透射膜1221A的反射光谱可以如图4所示的粗实线部分；所述第三膜层123A被实施为全反射膜1231A，用于全反射红光、绿光以及蓝光。可以理解的是，在本发明的其他示例中，所述第二膜层122A也可以被实施为诸如绿光反射膜等等之类的能够反射绿光的膜层，而所述第三膜层123A也可以被实施为蓝光反射膜、红光透射膜、绿光透射膜等等之类的能够反射蓝光的膜层，只要能够实现本发明的合色效果即可，本发明对此不再赘述。

优选地，所述第一和第二膜层121A、122A还可以具有消偏振作用，以减小P光和S光的分离程度，有助于提高整个系统的光能利用率。换句话说，在本发明的这个实施例中，所述红光反射膜1221A除了具有反射红光，并透射绿光和蓝光的作用之外，还具有消偏振的作用，例如所述红光反射膜1221A对P光和S光的反射光谱如图3所示的虚线部分和点划线部分；所述蓝光透射膜1221A除了具有透射蓝光，并反射红光和绿光的作用之外，还具有消偏振的作用，例如所述蓝光透射膜1221A对P光和S光的反射光谱如图4所示的虚线部分和点划线部分。

值得注意的是，在本发明的其他示例中，所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A也可以依次被实施为蓝光、绿光以及红光；或者还可以依次被实施为红光、蓝光以及绿光等等。换句话说，所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A分别选自红光、蓝光以及绿光中的一种，并且所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A互不相同。可以理解的是，当与所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A相对应的红光、蓝光以及绿光的次序发生改变时，所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A的相应反光特性也将随之发生变化，只要满足本发明的目的即可，本发明对此不再赘述。

此外，由于所述第一膜层121A被设于所述基体组件124A的所述第三功能面12403A，所述第二膜层122A被设于所述基体组件124A的所述第二功能面12402A，所述第三膜层123A被设于所述基体组件124A的所述第一功能面12401A，使得所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A分别与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的夹角依次变大。

示例性地，在本发明中，如图13所示，所述第三功能面12403A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的所述第三预定夹角θ _c满足33°≤θ _c≤43°；所述第二功能面 12402A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的所述第二预定夹角夹角θ _b满足37°≤θ _b≤47°；所述第一功能面12401A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的所述第一预定夹角θ _a满足44°≤θ _a≤54°。换句话说，所述第一膜层121A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的夹角范围可以但不限于被实施为33°～43°；所述第二膜层122A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的夹角范围可以但不限于被实施为37°～47°；所述第三膜层123A与所述光源系统10A的所述发射路径100A之间的夹角范围可以但不限于被实施为44°～54°。

优选地，在本发明的这个实施例中，如图15所示，所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A依次被镀于所述基体组件124A的所述第三、第二以及第一功能面12403A、12402A、12401A。当然，在本发明的其他示例中，所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A也可以采用诸如胶合、贴附等等安装方式依次被安装于所述基体组件124A的所述第三、第二以及第一功能面12403A、12402A、12401A，本发明在此不在赘述。

示例性地，在本发明的这个实施例中，如图13和图15所示，所述合色系统12A的所述基体组件124A可以包括一楔形棱镜1241A和一基板1242A，其中所述楔形棱镜1241A位于所述基板1242A和所述基色发光单元11A之间，也就是说，所述基板1242A位于所述楔形棱镜1241A的远离所述基色发光单元11A的一侧，即所述基板1242A位于所述楔形棱镜1241A的底侧。所述楔形棱镜1241A的顶面被实施为所述第三功能面12403A，并且所述楔形棱镜1242A的底面被实施为所述第二功能面12402A；所述基板1242A的邻近所述楔形棱镜1241A的侧面被实施为所述第一功能面12401A。

这样由于所述合色系统12A的所述基体组件124A所包括的所述楔形棱镜1241A和所述基板1242A相比于现有的X棱镜和合色镜来讲，重量较轻、体积较小，能够有效地减小所述微型投影光引擎1的重量和体积，便于满足增强现实、近眼显示以及可穿戴产品对体积和重量的严苛要求。

值得注意的是，由于所述第二和第三基色光1102A、1103A需要透过所述楔形棱镜1241A，而不需要透过所述基板1242A，因此所述楔形棱镜1241A可以通过透明材料制成，而所述基板1242A则可以通过透明、半透明或不透明的材料制成。

当然，在本发明的一示例中，所述基板1242A也可以被设置于所述楔形棱镜1241A与所述基色发光单元11A之间，并且所述基板1242A由透明材料制成，以通过所述基板1242A提供所述第三功能面12403A。另外，所述基板1242A也可以被实施为能够提供所述第一功能面12401A的其他任何形状的材料，例如楔形棱镜1241A等等，本发明对此不再赘述。

值得一提的是，在本发明的上述实施例中，如图14所示，所述微型投影光引擎1A的所述光源系统10A的所述偏光复用系统13A用于将来自所述合色系统12A的所述合色光1104A转换成S偏振光。可以理解的是，所述第一、第二和第三基色光1101A、1102A、1103A以及所述合色光1104A均可以被实施为非偏振光，而非偏振光通常由P偏振光和S偏振光组成。

进一步地，如图14所示，所述光源系统10A还可以包括一准直系统14A。所述准直系统14A被设置于所述基色发光单元11A和所述合色系统12A之间，用于准直通过所述基色发光单元11A发出的所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A。本领域技术人员可以理解的是，所述准直系统14A可以但不限于被实施为准直透镜。此外，在本发明的这个实施例中，如图15所示，通过所述基色发光单元11A发出的所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A相互平行，而所述第一和第三基色光1101A、1103A在通过所述准直系统14A的准直之后将偏向通过所述基色发光单元11A发出的所述第二基色光1102A，以缩小所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A这三路基色光之间的间隙，有助于减小所述合色系统12A的所需体积，从而进一步减小所述光源系统10A的体积。

值得一提的是，在本发明的这个实施例中，如图15所示，所述光源系统10A的所述基色发光单元11A包括至少一红光发光模块111A、至少一绿光发光模块112A以及至少一蓝光发光模块113A，其中所述红光、绿光以及蓝光发光模块111A、112A、113A位于所述合色系统12A的同一侧，用于分别朝向所述合色系统12A发出红光、绿光以及蓝光(即所述第一、第二以及第三基色光1101A、1102A、1103A)，以通过所述合色系统12A将所述红光、绿光以及蓝光合成沿着所述光源系统10A的所述发射路径100A传播的所述合色光1104A。

特别地，在本发明的这个示例中，如图15所示，通过所述基色发光单元11A发出的红光、绿光以及蓝光在传播至所述合色系统12A的所述第一膜层121A之前相互交叉，以使通过所述基色发光单元11A发出三种基色光在所述合色系统10A的所述第一膜层121A上的位置沿着所述光源系统10A的发射方向排序依次为蓝光、绿光以及红光，从而确保所述红光、绿光以及蓝光能够被合成所述合色光1104A。

优选地，所述红光、绿光以及蓝光发光模块111A、112A、113A通过三合一封装方式被封装成所述基色发光单元11A，以减小所述基色反光单元11A的体积，进而减小所述光源系统10A以及所述微型投影光引擎1A的体积。

可以理解的是，当所述基色发光单元11A中的所述红光、绿光以及蓝光发光模块111A、112A、113A在所述光源系统10的发射方向上的次序发生变化时，所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A的反光特性相应地也将发生变化；或者所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A的设置次序随之发生变化，也就是说，所述第一、第二以及第三膜层121A、122A、123A的设置与所述基色发光单元11中的所述红光、绿光以及蓝光发光模块111A、112A、113A的排布次序之间具有对应关系。

根据本发明的上述第一实施例，如图14和图15所示，所述光源系统10A还可以包括一匀光系统15A，其中所述匀光系统15A被设置于所述合色系统12A和所述偏光复用系统13A之间，用于均匀化处理通过所述合色系统12A合成的所述合色光1104A。本领域技术人员可以理解的是，所述匀光系统15A可以但不限于被实施为复眼或微透镜阵列组(Micro-lens array，简称MLA)。

值得一提的是，如图13和图14所示，本发明的所述微型投影光引擎1A的所述中继系统20A包括一中继偏振分束系统21A和一中继折反系统22A，其中所述显示单元40A和所述中继折反系统22A分别被设置于所述中继偏振分束系统22A的相对侧。所述显示单元40A用于将该偏振光调制成携带图像信息的偏振光，并将该携带图像信息的偏振光反射回所述中继偏振分束系统22A。所述中继折反系统22A用于将自所述中继偏振分束系统22A射出的该偏振光折反回所述中继偏振分束系统22A，以在所述光源系统10A和所述显示单元40A之间定义形成一折反式中继光路200A，使得来自所述光源系统10A的该偏振光沿着所述折反式中继光路200A传播至所述显示单元40A。这样，所述折反式中继光路200A能够使所述中继系统20A在较小的体积内提供足够长的中继光路，以便在确保所述微型投影光引擎1A具有较高成像质量的情况下，进一步减小所述微型投影光引擎1A的体积或尺寸，有助于满足市场对小体积的微型投影光引擎的需求。

示例性地，如图14所示，所述中继系统20A的所述中继折反系统22A包括一中继光转换元件221A和一中继光反射元件222A，其中所述中继光转换元件221A被设置于所述中继光反射元件222A和所述中继偏振分束系统22A之间。所述中继光反射元件222A用于将自所述中继光转换元件221A射出的P或S偏振光反射回所述中继光转换元件221A，以使该P或S偏振光二次穿过所述中继光转换元件221A。所述中继光转换元件221A用于将二次穿过的该P或S偏振光转换成S或P偏振光。

值得注意的是，在本发明的所述实施例中，所述中继光转换元件221A可以但不限于被实施为一1/4波片；所述中继光反射元件222A可以但不限于被实施为一凹面反射镜。当然，在本发明的其他示例中，所述中继光转换元件221A还可以被实施为其他类型的波片或光转换件，只要能够将二次穿过的该P或S偏振光转换成该S或P偏振光即可；所述中继光反射元件222A也可以被实施为其他类型的反射镜或光反射件，只要能够将自所述中继偏振分束系统21A射出的该P或S偏振光反射回所述中继偏振分束系统21A，以使该P或S偏振光二次穿过所述中继光转换元件221A即可，本发明对此不作进一步限制。

此外，由于所述显示单元40A用于将P或S偏振光调制成携带图像信息的S或P偏振光，并以反射的方式将该携带图像信息的S或P偏振光折反回所述中继偏振分束系统21A。而所述中继偏振分束系统21A用于反射S偏振光以改变该S偏振光的传播方向，并允许P偏振光透过而不改变该P偏振光传播方向。因此，这样就可以根据所述显示单元40A、所述中继偏振分束系统21A以及所述中继折反系统22A的上述特性来设计出合理的所述折反式中继光路200A，以实现在较小体积内获得足够长的中继光路，从而在确保所述微型投影光引擎1A具有较高成像质量的情况下，减小所述微型投影光引擎1A的体积或尺寸。

根据本发明的所述实施例，如图14所示，所述中继系统20A还包括一中继透镜组件23A，其中所述中继透镜组件23A被设置于所述中继偏振分束系统21A和所述光源系统10A之间，用于调整来自所述光源系统10A的该S偏振光的会聚程度，以使该S偏振光满足所述显示单元40A所需的照射面积。

此外，在根据本发明的所述实施例中，如图14所示，所述中继系统20A还包括一中继偏振过滤单元24A，其中所述中继偏振过滤单元24A被设置于所述中继透镜组件23A和所述中继偏振分束系统21A之间，用于过滤在来自该光源系统10A的该S偏振光中的杂光(即非S偏振光)，以确保射入所述中继偏振分束系统21A的该S偏振光具有较高的纯度，有助于提高所述微型投影光引擎1A的成像质量。

示例性地，所述中继偏振过滤单元24A可以但不限于被实施为一S偏振片，用于仅允许S偏振光通过，并阻挡P偏振光或/和其他杂光通过，以过滤在来自该光源系统10A的该S偏振光中的P偏振光或/和其他杂光。

进一步地，如图14所示，所述中继系统20A还可以包括一1/4波片25A，其中所述1/4波片25A在所述显示单元40A和所述中继系统20A的所述中继偏振分束系统21A之间，用于改善整个系统的对比度，有助于进一步提高所述微型投影光引擎1A的成像质量。

值得注意的是，在本发明的其他示例中，所述微型投影光引擎1A的所述中继系统20A可以被实施为其他任意类型的中继系统，只要能够确保所述中继系统20A能够将来自所述光源系统10A发射的偏振光传输至所述显示单元40A而被所述显示单元40A调制成携带图像信息的偏振光，并将来自所述显示单元40A的该携带图像信息的偏振光传输至所述成像系统30A即可，本发明对此不作进一步限制。

此外，本发明的所述微型投影光引擎1A的所述显示单元40A可以但不限于被实施为一反射型Lcos面板，用于将该偏振光调制成携带图像信息的偏振光，并反射该携带图像信息的偏振光。当然，在本发明的其他示例中，所述显示单元40A也可以被实施为其他类型的显示芯片，只要能够调制并反射该偏振光即可，本发明对此不作进一步限制。

值得一提的是，如图14所示，本发明的所述微型投影光引擎1A的所述成像系统30A包括一透镜组，用于对来自所述中继系统20A的该携带图像信息的偏振光进行整形，以投射出具有较高成像质量的图像。特别地，所述光源系统10A和所述成像系统30A分别位于所述中继系统20A的相对两侧，也就是说，自所述中继系统20A射出的该携带图像信息的偏振光的传播方向与自所述中继系统20A射入的该偏振光的传播方向保持一致，使得所述光源系统10A、所述中继系统20A以及所述成像系统30A处于同一直线上，从而使得所述微型投影光引擎1A具有直线型结构，以便减小所述微型投影光引擎1A的体积或尺寸，有助于满足市场对小体积的微型投影光引擎的需求。

优选地，所述成像系统30A的所述透镜组包括至少一非球面透镜301A，有助于在保证成像质量的前提下，缩短所述成像系统30A的尺寸，进而缩小所述微型投影光引擎1A的体积。

当然，在本发明的其他示例中，所述微型投影光引擎1A的所述成像系统30A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系统30能够将来自所述中继系统20A的该携带图像信息的偏振光投射出去即可，本发明对此不作进一步限制。

附图16示出了根据本发明的上述第一实施例的所述微型投影光引擎的一个变形实施方式，其中所述成像系统30A包括一成像偏振分束系统31A和一成像折反系统32A，其中所述成像折反系统32A用于将自所述成像偏振分束系统31A射出的该携带图像信息的偏振光折反回所述成像偏振分束系统31A，以在所述成像系统30A内定义形成所述折反式成像光路300A的另一部分，使得所述微型投影光引擎1A能够沿着所述折反式成像光路300A投射该携带图像信息的偏振光。这样，所述折反式成像光路300A能够使所述成像系统30A能够在较小的体积内提供足够长的成像光路，以便在确保所述微型投影光引擎1A具有较高成像质量的情况下，减小所述微型投影光引擎1A的体积或尺寸，有助于满足市场对小体积的微型投影光引擎的需求。

具体地，如图16所示，所述成像系统30A的所述成像折反系统32A包括一成像光转换元件321A和一成像光反射元件322A，其中所述成像光转换元件321A被设置于所述成像光反射元件322A和所述成像偏振分束系统31A之间。所述成像光反射元件322A用于将自所述成像偏振分束系统31A射出的该携带图像信息的P或S偏振光反射回所述成像偏振分束系统31A，以使该携带图像信息的P或S偏振光二次穿过所述成像光转换元件321A。所述成像光转换元件321A用于将二次穿过的该携带图像信息的P或S偏振光转换成该携带图像信息的S或P偏振光。

值得注意的是，在本发明的这个变形实施方式中，所述成像光转换元件321A可以但不限于被实施为一1/4波片；所述成像光反射元件322A可以但不限于被实施为一凹面反射镜。当然，在本发明的其他示例中，所述成像光转换元件321A还可以被实施为其他类型的波片或光转换件，只要能够将二次穿过的该携带图像信息的P或S偏振光转换成该携带图像信息的S或P偏振光即可；所述成像光反射元件322A也可以被实施为其他类型的反射镜或光反射件，只要能够将自所述成像偏振分束系统31A射出的该携带图像信息的P或S偏振光反射回所述成像偏振分束系统31A，以使该携带图像信息的P或S偏振光二次穿过所述成像光转换元件321A即可，本发明对此不作进一步限制。

此外，所述成像系统30A的所述成像偏振分束系统31A用于反射该携带图像信息的S偏振光以改变该携带图像信息的S偏振光的传播方向，并允许该携带图像信息的P偏振光透过而不改变该携带图像信息的P偏振光传播方向。这样就可以根据所述成像偏振分束系统31A和所述成像折反系统32A的上述特性来设计出合理的所述折反式成像光路300A的所述另一部分，以实现在较小体积内获得足够长的成像光路，从而在确保所述微型投影光引擎1具有较高成像质量的情况下，进一步减小所述微型投影光引擎1A的体积或尺寸。

进一步地，在本发明的这个变形实施方式例中，如图16所示，所述成像系统30A还包括一成像转换单元33A，其中所述成像转换单元33A被设置于所述成像偏振分束系统31A和所述中继系统20A之间，用于将来自所述中继系统20A的携带图像信息的S偏振光转换成该携带图像信息的P偏振光，以使该携带图像信息的P偏振光射入所述成像偏振分束系统31A并沿着所述折反式成像光路300A的所述另一部分传播。

示例定地，所述成像转换单元33A可以但不限于被实施为一1/2波片，用于将该携带图像信息的S偏振光转换成该携带图像信息的P偏振光。当然，在本发明的其他示例中，所述成像转换单元33A还可以被实施为一对被重叠放置的1/4波片，以通过两个所述1/4波片将该携带图像信息的S偏振光转换成该携带图像信息的P偏振光。值得注意的是，在本发明的这个变形实施方式中，所述成像系统3A0的详细描述可以参考本申请人已申请的专利申请号为201811322526.6、名称为“用于近眼显示设备的微型投影光引擎”的中国发明专利，本发明对此不再赘述。

值得注意的是，数字化光处理(Digital Light Procession，简称DLP)技术通常指的是先把图像信号经过数字处理，然后再把经过相应调制后的光投影出来，形成原始图像。DLP技术系统中的核心是光学引擎心脏采用数字微镜器件(Digital Micromirror Device，简称DMD)，也就是说，它是利用数字微镜器件(简称DMD芯片)来实现显示数字图像信息的最终环节。目前，由于现有的基于DLP技术的光引擎系统采用自然光照明，不需要特定偏振态的光，因此与基于LCoS芯片的光引擎系统相比，现有的基于DLP技术的光引擎系统具有光能利用率高、所呈图像具有高亮度、高对比度等优点。然而，现有的基于DLP技术的光引擎系统的尺寸大、重量重，无法满足小尺寸、轻重量的应用需求。

为了解决上述问题，参考附图17至图19所示，根据本发明的第二实施例的一种基于DLP技术的微型投影光引擎被阐明。具体地，如图17至图19所示，所述微型投影光引擎1B包括一照明系统10B、一数字微镜器件20B、一成像系统30B以及一中继系统40B，其中所述照明系统10B用于提供照明光，所述数字微镜器件20B用于将照明光调制成图像光，所述成像系统30B用于投射图像光。所述中继系统40B被设置于所述照明系统10B、所述数字微镜器件20B以及所述成像系统30B之间，以通过所述中继系统40B在所述照明系统10B和所述数字微镜器件20B之间形成一全反射照明光路100B，并通过所述中继系统40B在所述数字微镜器件20B和所述成像系统30B之间形成一全反射成像光路300B，其中所述中继系统40B用于将来自所述照明系统10B的该照明光沿着所述全反射照明光路100B转向地传输至所述数字微镜器件20B，以通过所述数字微镜器件20B将该照明光调制成图像光，其中所述中继系统40B还用于将经由所述数字微镜器件20B调制成的图像光沿着所述全反射成像光路300B转向地传输至所述成像系统30B，以通过所述成像系统30B投射该图像光以成像。

值得注意的是，当来自所述照明系统10B的照明光沿着所述全反射照明光路100B传播时，所述照明光将在所述中继系统40B内发生全反射以改变自身的传播方向，有助于延长所述照明光的光程；相应地，当来自所述数字微镜器件20B的图像光沿着所述全反射成像光路300B传播时，所述照明光将在所述中继系统40B内发生全反射以改变自身的传播方向，有助于延长所述图像光的光程。这样所述微型投影光引擎1B就可以在有限的空间内提供足够长的照明光路和成像光路，以便减小所述微型投影光引擎1B的体积和重量。

可以理解的是，由于在所述微型投影光引擎1B中，全反射同时发生在所述微型投影光引擎1B的所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B，使得所述微型投影光引擎1B的所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B均得以延长，因此光束在所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B中的光程均得到延长，使得所述微型投影光引擎1B能够在较小的空间内就能够提供足够长的所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B，这有助于在确保所述微型投影光引擎1B的所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B满足需求的前提下，缩小所述微型投影光引擎1B的体积和重量。换言之，所述微型投影光引擎1B采用了创新的光路设计，使得全反射同时发生在所述微型投影光引擎1B的所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B中，有利于达到体积小、质量轻、亮度高、均匀性高以及分辨率高的需求。

值得一提的是，为了进一步减小所述微型投影光引擎1B的体积和重量，如图18和图19所示，根据本发明的所述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的所述照明系统10B被实施为一准直合色系统，其中所述准直合色系统包括一基色发光单元11B、一合色单元12B以及一准直单元13B。所述基色发光单元11B具有一发光路径110B，用于沿所述发光路径110B发出一第一基色光1101B、一第二基色光1102B以及一第三基色光1103B。所述准直单元13B被设置于所述基色发光单元11B的所述发光路径110B，用于准直经由所述基色发光单元11B发出的所述第一、第二以及第三基色光1101B、1102B、1103B。所述合色单元12B被设置于所述基色发光单元11B的所述发光路径110B，并且所述准直单元13B位于所述基色发光单元11B和所述合色单元12B之间，其中所述合色单元12B用于将通过所述准直单元13B准直后的所述第一、第二以及第三基色光1101B、1102B、1103B合成沿着所述全反射照明光路传播的照明光，从而保证所述准直合色系统能够发射照明光，使得相应的投影光引擎能够投射出彩色图像。

更具体地，如图18所示，所述合色单元12B包括一第一膜层121B、一第二膜层122B、一第三膜层123B以及一基体组件124B。所述基体组件124B被设于所述基色发光单元11B的所述发光路径110B，并且沿着所述基色发光单元11B的所述发光路径110B依次设有一第一功能面12401B、一第二功能面12402B以及一第三功能面12403B，其中所述基体组件124B的所述第一、第二以及第三功能面12401B、12402B、12403B分别与所述基色发光单元11B的所述发光路径110B之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角θ ₁、θ ₂、θ ₃，并且所述第一、第二以及第三预定夹角θ ₁、θ ₂、θ ₃依次变小。

相应地，如图18和图19所示，所述第一膜层121B被设于所述基体组件124B的所述第一功能面12401B，用于透射通过所述基色发光单元11B发出的所述第二和第三基色光1102B、1103B，并反射通过所述基色发光单元11B发出的所述第一基色光1101B，以使所述第一基色光1101B沿着所述全反射照明光路100B传播。所述第二膜层122B被设于所述基体组件124B的所述第二功能面12402B，用于透射经由所述第一膜层121B透射的所述第三基色光1103B，并反射经由所述第一膜层121B透射的所述第二基色光1102B，以使所述第二基色光1102B在透过所述第一膜层121B之后沿着所述全反射照明光路100B传播。所述第三膜层123B被设于所述基体组件124B的所述第三功能面12403B，用于反射经由所述第二膜层122B透射的所述第三基色光1103B，以使所述第三基色光1103B在透过所述第二和第一膜层122B、121B之后沿着所述全反射照明光路100B传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层121B、122B、123B分别反射的所述第一、第二以及第三基色光1101B、1102B、1103B合成沿着所述全反射照明光路100B传播的该照明光。可以理解的是，所述全反射照明光路100B根据所述准直合色系统的结构进行设计，并且所述全反射照明光路100B不平行于所述的基色发光单元11B的所述发光路径110B，本发明对此不再赘述。

进一步地，在本发明的所述第二实施例中，如图18和图19所示，所述合色单元12B的所述基体组件124B可以包括一楔形棱镜1241B和一基板1242B，其中所述楔形棱镜1241B位于所述基板1242B和所述基色发光单元11B之间，也就是说，所述基板1242B位于所述楔形棱镜1241B的远离所述基色发光单元11B的一侧，即所述基板1242B位于所述楔形棱镜1241B的底侧。所述楔形棱镜1241B的顶面被实施为所述第一功能面12401B，并且所述楔形棱镜1242B的底面被实施为所述第二功能面12402B；所述基板1242B的邻近所述楔形棱镜1241B的侧面被实施为所述第三功能面12403B。此外，由于所述第二和第三基色光1102B、1103B需要透过所述楔形棱镜1241B，而不需要透过所述基板1242B，因此所述楔形棱镜1241B可以通过透明材料制成，而所述基板1242B则可以通过透明、半透明或不透明的材料制成。另外，所述基板1242B也不限于被实施为板状材料，还可以被实施为能够提供所述一功能面12401B的其他任何形状的材料，本发明对此不再赘述。

值得注意的是，正是由于所述合色单元12B的所述基体组件124B所包括的所述楔形棱镜1241B和所述基板1242B相比于现有的X棱镜和合色镜来讲，重量较轻、体积较小，使得所述准直合色系统的重量和体积均得以减小，因此本发明的所述准直合色系统能够有效地减小所述微型投影光引擎1B的重量和体积，便于满足增强现实、近眼显示以及可穿戴产品对体积和重量的严苛要求。

在本发明的这个实施例中，如图19所示，所述准直合色系统的所述基色发光单元11B包括至少一红光发光模块111B、至少一绿光发光模块112B以及至少一蓝光发光模块113B，其中所述红光、绿光以及蓝光发光模块111B、112B、113B通过三合一封装而制成，以减小所述基色反光单元11B的体积，进而减小所述准直合色系统的体积。这样所述红光、绿光以及蓝光发光模块111B、112B、113B用于沿着所述基色发光单元11B的所述发光路径110B发出红光、绿光以及蓝光，使得所发出的红光、绿光以及蓝光先通过所述准直单元13B的准直之后，再通过所述合色单元12B将被准直后的红光、绿光以及蓝光合成沿着所述全反射照明光路100B传播的照明光。可以理解的是，在本发明的这个实施例中，所述红光、绿光以及蓝光发光模块111B、112B、113B可以但不限于被实施为RGB的LED光源。当然，在本发明的其他示例中，所述发光模块还可以被实施为诸如RGBW光源等等其他类型的光源。

值得注意的是，在本发明的这个实施例中，所述准直合色系统(即所述照明系统10B)的详细描述可以参考本申请人已申请的专利申请号为201910025868X、名称为“一种准直合色系统和照明系统”的中国发明专利，本发明对此不再赘述。

此外，在本发明的所述第二实施例中，如图17和图19所示，所述微型投影光引擎1B的所述照明系统10B还可以包括一匀光系统14B，其中所述匀光系统14B被设置于所述合色单元12B和所述中继系统40B的所述入射面401B之间，用于均匀化处理经由所述合色单元12B合成的照明光。本领域技术人员可以理解的是，所述匀光系统14B可以但不限于被实施为复眼或微透镜阵列组(Micro-lens array，简称MLA)。

值得一提的是，根据本发明的上述第二实施例，如图18所示，所述微型投影光引擎1B的所述中继系统40B具有一入射面401B、一第一全反射面402B、一反射面403B、一第二全反射面404B、一显示面405B以及一出射面406B，其中所述第一全反射面402B与所述第二全反射面404B间隔地布置，以在所述第一全反射面402B和所述第二全反射面404B之间形成一间隙400B，其中所述入射面401B与所述出射面406B相对地布置，并且所述反射面403B与所述显示面405B相对地布置。所述中继系统40B的所述入射面401B对应于所述照明系统10B，所述中继系统40B的所述显示面405B对应于所述数字微镜器件20B，所述中继系统40B的所述出射面406B对应于所述成像系统30B，以使所述照明系统10B和所述成像系统30B分别位于所述中继系统40B的相对两侧，使得所述微型投影光引擎1B具有直线型结构，便于缩小所述微型投影光引擎1B的体积，以便满足诸如近眼显示设备等电子设备的小型化、轻重量的发展潮流，尤其适合诸如AR眼镜、VR眼镜等等穿戴式显示设备的应用场景中。

这样，如图19所示，所述微型投影光引擎1B的所述全反射照明光路100B先从所述照明系统10B开始延伸，并在穿过所述中继系统40B的所述入射面401B之后，延伸至所述中继系统40B的所述第一全反射面402B；接着，在经由所述第一全反射面402B全反射之后，所述全反射照明光路100B从所述第一全反射面402B延伸至所述反射面403B；之后，在经由所述反射面403B反射之后，所述全反射照明光路100B从所述反射面403B开始延伸，并在依次穿过所述第一全反射面402B、所述间隙400B、所述第二全反射面404B以及所述显示面405B之后，延伸至所述数字微镜器件20B。相应地，所述微型投影光引擎1B的所述全反射成像光路300B先从所述数字微镜器件20B开始延伸，并在穿过所述显示面405B之后，延伸至所述第二全反射面404B；最后，在经由所述第二全反射面404B全反射之后，所述全反射成像光路300B从所述第二全反射面404B开始延伸，并在穿过所述出射面406B之后，延伸至所述成像系统30B。

换句话说，当所述微型投影光引擎1B工作时，来自所述照明系统10B的照明光先透过所述中继系统40B的所述入射面401B，再传播至所述中继系统40B的所述第一全反射面402B，以在所述第一全反射面402B处发生全反射；接着，经由所述第一全反射面402B全反射的该照明光将传播至所述反射面403B，以在所述反射面403B处发生反射；之后，经由所述反射面403B反射的该照明光将先透过所述第一全反射面402B、所述间隙400B以及所述第二全反射面404B，再透过所述显示面405B以传播至所述数字微镜器件20B，以通过所述数字微镜器件将该照明光调制成图像光；然后，经由所述数字微镜器件20B调制成的该图像光先透过所述显示面405B，再传播至所述第二全反射面404B，以在所述第二全反射面404B处发生全反射；最后，经由所述第二全反射面404B全反射的该图像光将先透过所述出射面406B，再传播至所述成像系统30B，以通过所述成像系统30B将该图像光投射出去以成像。

进一步地，所述中继系统40B的所述反射面403B可以但不限于被实施为一曲面反射面，用于在反射来自所述第二全反射面402B的该照明光同时，还对该照明光进行整形，以使被整形后的该照明光满足所述数字微镜器件20B的要求，有助于提高所述微型投影光引擎1B的成像质量。

示例性地，如图18和图19所示，根据本发明的上述第二实施例，所述微型投影光引擎1B的所述中继系统40B可以包括一第一棱镜41B和一第二棱镜42B，其中所述第一棱镜41B和所述第二棱镜42B以斜面对斜面的方式布置，以在所述第一和第二棱镜411B、412B的两斜面之间形成所述间隙400B。所述第一棱镜41B的两侧面分别被实施为所述中继系统40B的所述入射面401B和所述反射面403B，并且所述第一棱镜41B的一斜面被实施为所述中继系统40B的所述第一全反射面402B。所述第二棱镜42B的两侧面分别被实施为所述中继系统40B的所述显示面405B和所述出射面406B，并且所述第二棱镜42B的一斜面被实施为所述中继系统40B的所述第二全反射面404B。

优选地，在本发明的上述第二实施例中，所述第一棱镜41B和所述第二棱镜42B被等间距地布置，以使所述第一和第二棱镜41B、42B的两斜面之间相互平行，以在所述第一和第二棱镜41B、42B之间形成矩形间隙4001B，即具有矩形结构的所述间隙400B，有助于将所述第一和第二棱镜41B、42B进行点胶固定，便于所述微型投影光引擎1B的组装。换句话说，所述中继系统40B的所述第一和第二全反射面402B、404B相互平行，以使所述间隙400B的厚度保持均匀，即在所述第一和第二全反射面402B、404B之间形成所述矩形间隙4001B。

可以理解的是，在本发明的这个第二实施例中，所述中继系统40B中的所述间隙400B可以但不限于被实施为空气间隙，以使光束能够在所述第一和第二全反射面404B处分别发生全反射。当然，在本发明的其他示例中，在所述第一和第二棱镜411B、412B的两斜面之间设置诸如胶水等等折射率较低的其他透明介质，以使所述中继系统40B中的所述间隙400B被实施为非空气间隙，只要确保光束仍能够在所述第一和第二全反射面402B、404B处分别发生全反射即可，本发明对此不再赘述。

示例性地，如图18和图19所示，所述中继系统40B的所述第一棱镜41B被实施为一曲面棱镜411B，其中所述曲面棱镜411B具有一平直侧面4111B、一平直斜面4112B以及一弯曲侧面4113B，并且所述曲面棱镜411B的所述弯曲侧面4113B作为所述中继系统40B的所述反射面403B，所述曲面棱镜411B的所述平直斜面4112B作为所述中继系统40B的所述第一全反射面402B，所述曲面棱镜411B的所述平直侧面4111B作为所述中继系统40B的所述入射面401B。所述中继系统40B的所述第二棱镜42B被实施为一直角棱镜421B，其中所述直角棱镜421B的斜面作为所述中继系统40B的所述第二全反射面403B，所述直角棱镜421B的一个直角平面作为所述中继系统40B的所述显示面405B，所述直角棱镜421B的另一个直角平面作为所述中继系统40B的所述出射面406B。与此同时，所述曲面棱镜411B和所述直角棱镜421B以斜面对斜面的方式布置，以使所述曲面棱镜411B的平直斜面4112B对应于所述直角棱镜421B的斜面，以在所述曲面棱镜411B和所述直角棱镜421B之间形成所述间隙400B。可以理解的是，本发明的所述第一棱镜41B也可以但不限于被实施为具有一个弯曲侧面的其他类型的棱镜，只要能够实现所述中继系统40B的。可以理解的是，所述直角棱镜421B可以但不限于被实施为一全反射棱镜，即所述直角棱镜421B的横截面是等腰直角三角形。

优选地，所述曲面棱镜411B的无效区域可以被切除，例如所述曲面棱镜411B的所述平直侧面4111B和所述平直斜面4112B之间相交的棱边被切除掉，有助于减小所述曲面棱镜411B的体积和重量，进而减小所述微型投影光引擎1B的整体体积和重量。当然，在本发明的其他示例中，在确保所述全反射照明光路100B和所述全反射成像光路300B不受影响的情况下，所述中继系统40B的所述第一棱镜411B上处于无效区域的棱边均可以被切除掉，以便大幅减小所述微型投影光引擎1B的整体体积和重量，本发明在此不再赘述。

进一步地，如图18和图19所示，所述中继系统40B还可以包括一反射膜43B，其中所述反射膜43B被设置于所述中继系统40B的所述反射面403B，用于在所述中继系统40B的所述反射面403B处反射该照明光，以便增强所述中继系统40B在所述反射面403B处对该照明光的反射效率。值得注意的是，所述中继系统40B的所述反射膜43B可以点不限于被实施为银膜或全反射膜，以减小该照明光在所述中继系统40B的所述反射面403B处的光能损失，有助于提高所述微型投影光引擎1B的光能利用率。

此外，本发明的所述中继系统40B还可以包括两个增透膜(图中未示出)，其中所述增透膜分别被设置于所述中继系统40B的所述第一和第二全反射面402B、404B，这有利于增强光束在所述中继系统40B的所述第一和第二全反射面402B、404B处的透射能力，以提高整个系统的光能利用率。

值得一提的是，如图18和图19所示，本发明的所述微型投影光引擎1B的所述成像系统30B包括一透镜组31B，用于对来自所述中继系统40B的该图像光进行整形，以投射出具有较高成像质量的图像。值得注意的是，由于所述照明系统10B和所述成像系统30B分别位于所述中继系统40B的相对两侧，也就是说，自所述中继系统40B射出的该图像光的传播方向与自所述中继系统40B射入的该照明光的传播方向保持一致，因此所述微型投影光引擎1B具有直线型结构，以便减小所述微型投影光引擎1B的体积或尺寸，有助于满足市场对小体积的微型投影光引擎的需求。

值得注意的是，本发明的所述微型投影光引擎1B的所述成像系统30B的所述透镜组31B包括至少一个非球面透镜(图中未示出)，有助于在保证成像质量的前提下，缩短所述成像系统30B的尺寸，进而缩小所述微型投影光引擎1B的体积，从而相比于现有的微型投影光引擎，本发明提供了一种体积和重量均最小的微型投影光引擎。

当然，在本发明的其他示例中，所述微型投影光引擎1B的所述成像系统30B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系统30B能够将来自所述中继系统40B的该图像光投射出去即可，本发明对此不作进一步限制。

附图20示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第一变形实施方式。与根据本发明的上述第二实施例相比，根据本发明的所述第一变形实施方式的所述微型投影光引擎1B不同之处在于：所述照明系统10B的所述合色单元12B的所述基体组件124B可以包括一第一楔形棱镜1241B′和一第二楔形棱镜1242B′，其中所述第一楔形棱镜1241B′位于所述第二楔形棱镜1242B′和所述基色发光单元11B之间，并且所述第一楔形棱镜1241B′的顶面被实施为所述第一功能面12401B，所述第二楔形棱镜1242B′的底面被实施为所述第三功能面12403B，所述第一楔形棱镜1241B′的底面或所述第二楔形棱镜1242B′的顶面被实施为所述第二功能面12402B，以使所述第二膜层122B被设置于所述第一楔形棱镜1241B′的底面和所述第二楔形棱镜1242B′的顶面之间。

换句话说，所述第一膜层121B被设置于所述第一楔形棱镜1241B′的顶面，所述第二膜层122B被设置于所述第一和第二楔形棱镜1241B′、1242B′之间，所述第三膜层123被设置于所述第二楔形棱镜1242B′的底面。这样本发明的这个变形实施方式的所述微型投影光引擎1的所述照明系统10的所述合色单元12仅需通过将所述第一和第二楔形棱镜1241B′、1242B′的两侧面夹紧就能够确保所述第一、第二以及第三膜层121B、122B、123B之间保持所需的夹角，而不需要像所述第二实施例那样在所述楔形棱镜1241B和所述基板1242B之间精确地预留所需的夹角，有助于降低所述合色单元12B的制造难度，进而降低所述微型投影光引擎1B的制造成本。

附图21示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第二变形实施方式。与根据本发明的上述第二实施例相比，根据本发明的所述第二变形实施方式的所述微型投影光引擎1B不同之处在于：所述中继系统40B的所述第一棱镜41B可以被实施为三棱镜412B，其中所述三棱镜412B具有一第一平直侧面4121B、一平直斜面4122B以及一第二平直侧面4123B；另外，所述中继系统40B还包括一凹面反射镜44B，并且所述凹面反射镜44B被对应地设置于所述三棱镜412B的所述第二平直侧面4123B，以通过所述凹面反射镜44B提供所述中继系统40B的所述反射面403B。相应地，所述三棱镜412B的第一平直侧面4121B作为所述中继系统40B的所述入射面401B，并且所述三棱镜412B的所述平直斜面4122B作为所述中继系统40B的所述第一全反射面402B。这样，在本发明的所述第二变形实施方式中，所述微型投影光引擎1B的所述中继系统40B的所述第一棱镜41B易于制造，有助于降低所述微型投影光引擎1B的制造成本。

示例性地，如图21所示，在本发明的所述第二变形实施方式的所述微型投影光引擎1B中，当所述照明系统10B提供照明光时，来自所述照明系统10B的照明光先透过所述中继系统40B的所述第一棱镜41B的所述三棱镜412B的所述第一平直侧面4121B，再传播至所述三棱镜412B的所述平直斜面4122B以发生全反射；接着，被全反射的该照明光将先透过所述三棱镜412B的所述第二平直侧面4123B，再传播至所述凹面反射镜44B，以通过所述凹面反射镜44B将该照明光反射回所述三棱镜412B；之后，经由所述凹面反射镜44B反射的该照明光将先透过所述三棱镜412B的所述第二平直侧面4123B和所述斜面4122B、所述间隙400B以及所述直角棱镜421B的斜面和直角平面，再传播至所述数字微镜器件20B，以通过所述数字微镜器件将该照明光调制成图像光；然后，经由所述数字微镜器件20B调制成的该图像光先透过所述直角棱镜421B的所述直角平面，再传播至所述直角棱镜421B的斜面以发生全反射；最后，被全反射的该图像光将先透过所述直角棱镜421B的另一直角平面，再传播至所述成像系统30B，以通过所述成像系统30B将该图像光投射出去以成像。

附图22示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第三变形实施方式。与根据本发明的上述第二变形实施方式相比，根据本发明的所述第三变形实施方式的所述微型投影光引擎1B的不同之处在于：所述中继系统40B还可以包括一透镜45B，其中所述透镜45B被对应地设置于所述三棱镜412B的所述第一平直侧面4121B，以通过所述透镜45B提供所述中继系统40B的所述入射面403B，使得所述中继系统40B的所述入射面403B被实施为一曲面。这样，当来自所述照明系统10B的照明光经由所述入射面401B射入所述中继系统40B时，所述中继系统40B的所述入射面401B将能够对射入所述中继系统40B的照明光进行整形，以便减小所述微型投影光引擎1B的体积和重量。可以理解的是，所述透镜45B可以被实施为诸如凹面透镜、凸面透镜、平面透镜等等各种类型的透镜，本发明对此不再赘述。

附图23示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第四变形实施方式。与根据本发明的上述第二实施例相比，根据本发明的所述第四变形实施方式的所述微型投影光引擎1B不同之处在于：所述中继系统40B的所述第一棱镜41B被实施为一曲面棱镜411B″，其中所述曲面棱镜411B″具有一第一弯曲侧面4111B″、一平直斜面4112B″以及一第二弯曲侧面4113B″，并且所述曲面棱镜411B″的所述第二弯曲侧面4113B″作为所述中继系统40B的所述反射面403B，所述曲面棱镜411B″的所述平直斜面4112B″作为所述中继系统40B的所述第一全反射面402B，所述曲面棱镜411B″的所述第一弯曲侧面4111B″作为所述中继系统40B的所述入射面401B。换句话说，本发明的所述第三变形实施方式的所述微型投影光引擎1B的所述中继系统40B的所述入射面401B也被实施为一曲面，以使所述入射面401B能够对射入所述中继系统40B的照明光进行整形，以便减小所述微型投影光引擎1B的体积和重量。

附图24示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第五变形实施方式。与根据本发明的上述第二实施例相比，根据本发明的所述第五变形实施方式的所述微型投影光引擎1B不同之处在于：所述中继系统40B的所述第一棱镜41B的所述曲面棱镜411B和所述第二棱镜42B的所述直角棱镜421B以斜面对斜面且倾斜地布置，以在所述第一棱镜41B和所述第二棱镜42B之间形成楔形间隙4002B，即具有楔形结构的所述间隙400B。换句话说，所述中继系统40B的所述第一和第二全反射面402B、404B之间呈非平行关系，即所述第一全反射面402B相对倾斜于所述第二全反射面404B，使得在所述中继系统40B的所述第一和第二全反射面402B、404B之间形成的所述楔形间隙4002B。

示例性地，如图24所示，所述曲面棱镜411B的弯曲侧面相交于所述直角棱镜421B的斜面，且所述曲面棱镜411B的平直侧面远离所述直角棱镜421B的斜面，也就是说，所述中继系统40B的所述反射面403B与所述中继系统40B的所述第二全反射面404B相交，并且所述中继系统40B的所述入射面401B远离所述中继系统40B的所述第二全反射面404B，使得所述间隙400B的厚度自所述反射面403B向所述入射面401B逐渐变大，以使所述间隙400B被实施为楔形间隙4002B。

附图25示出了根据本发明的上述第二实施例的所述微型投影光引擎1B的第六变形实施方式。与根据本发明的上述第五变形实施方式相比，根据本发明的所述第六变形实施方式的所述微型投影光引擎1B的不同之处在于：所述中继系统40B的所述第一棱镜41B被实施为一曲面棱镜411B″，其中所述曲面棱镜411B″具有一第一弯曲侧面4111B″、一平直斜面4112B″以及一第二弯曲侧面4113B″，并且所述曲面棱镜411B″的所述第二弯曲侧面4113B″作为所述中继系统40B的所述反射面403B，所述曲面棱镜411B″的所述平直斜面4112B″作为所述中继系统40B的所述第一全反射面402B，所述曲面棱镜411B″的所述第一弯曲侧面4111B″作为所述中继系统40B的所述入射面401B。换句话说，本发明的所述第三变形实施方式的所述微型投影光引擎1B的所述中继系统40B的所述入射面401B也被实施为一曲面，以使所述入射面401B能够对射入所述中继系统40B的照明光进行整形，以便减小所述微型投影光引擎1B的体积和重量。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供了一种配置有所述微型投影光引擎1A(1B)的近眼显示设备。具体地，如图26A所示，所述近眼显示设备包括一波导500和上述任一微型投射光引擎1A(1B)，其中所述微型投射光引擎1A(1B)用于向所述波导500投射图像光，以通过所述波导500将所述图像光投影至人眼中。

值得注意的是，在附图26A中，所述微型投影光引擎1A(1B)和人眼位于所述波导500的同一侧。当然，如图26B所示，在本发明的另一示例中，所述微型投影光引擎1A(1B)和人眼也可以分别位于所述波导500的相对侧(即所述波导500的不同侧)，同样能够实现将图像光投影至人眼中，本发明对此不做限制，只需确保通过所述波导500将来自所述微型投影光引擎1A(1B)的该图像光投影至人眼中即可。此外，本领域技术人员可以理解的是，所述近眼显示设备的类型不受限制，例如所述近眼显示设备可以是AR眼镜等等之类的头戴式显示设备。

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

Claims

一准直合色系统，其特征在于，包括：

一基色发光单元，其中所述基色发光单元具有一发光路径，用于沿着该发光路径发出一第一基色光、一第二基色光以及一第三基色光；

一准直单元，其中所述准直单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于准直来自所述基色发光单元的该第一、第二以及第三基色光；以及

一合色单元，其中所述合色单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，并且所述合色单元包括：

一基体组件，其中所述基体组件被设于所述基色发光单元的该发光路径，并沿着该发光路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与该发光路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；

一第一膜层，其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光，以使该第一基色光沿着一预定光路传播；

一第二膜层，其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光，以使该第二基色光在透过所述第一膜层之后沿着该预定光路传播；以及

一第三膜层，其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，以使该第三基色光在透过所述第二和第一膜层之后沿着该预定光路传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成一沿着该预定光路传播的合色光。
如权利要求1所述的准直合色系统，其中，所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第一功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第二功能面，其中所述基板位于所述楔形棱镜的底侧，并且所述基板的邻近所述楔形棱镜的侧面为所述第三功能面。
如权利要求1所述的准直合色系统，其中，所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述基板位于所述楔形棱镜的顶侧，并且所述基板的远离所述楔形棱镜的侧面为所述第一功能面，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第二功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第三功能面，其中所述基板由透明材料制成。
如权利要求1至3中任一所述的准直合色系统，其中，通过所述基色发光单元发出的该第一、第二以及第三基色光依次为红光、绿光以及蓝光。
如权利要求4所述的准直合色系统，其中，所述第一膜层为红光反射膜，用于反射红光，并透射绿光和蓝光。
如权利要求5所述的准直合色系统，其中，所述第二膜层为绿光反射膜，用于反射绿光，并透射红光和蓝光。
如权利要求5所述的准直合色系统，其中，所述第二膜层为蓝光透射膜，用于透射蓝光，并反射红光和绿光。
如权利要求6所述的准直合色系统，其中，所述第三膜层为蓝光反射膜，用于反射蓝光，并透射红光和绿光。
如权利要求7所述的准直合色系统，其中，所述第三膜层为蓝光反射膜，用于反射蓝光，并透射红光和绿光。
如权利要求6所述的准直合色系统，其中，所述第三膜层为全反射膜，用于全反射红光、绿光以及蓝光。
如权利要求7所述的准直合色系统，其中，所述第三膜层为全反射膜，用于全反射红光、绿光以及蓝光。
如权利要求1至3中任一所述的准直合色系统，其中，所述第一预定夹角的范围为47°～57°；其中所述第二预定夹角的范围为43°～53°；其中所述第三预定夹角的范围为36°～46°。
如权利要求1至3中任一所述的准直合色系统，其中，所述基色发光单元包括至少一红光发光模块、至少一绿光发光模块以及至少一蓝光发光模块，其中所述红光发光模块、所述绿光发光模块以及所述蓝光发光模块通过三合一封装方式被封装成所述基色发光单元，用于朝向所述合色单元的所述第一膜层分别发出红光、绿光以及蓝光。
一照明系统，用于为一显示单元提供照明，其特征在于，包括：

一准直合色系统，用于提供沿所述准直合色系统的预定光路传播的合色光；和

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述准直合色系统的该预定光路，用于将来自所述准直合色系统的该合色光传输至该显示单元，以通过该显示单元将该合色光调制成携带图像信息的光；其中所述准直合色系统包括：

一基色发光单元，其中所述基色发光单元具有一发光路径，用于沿着该发光路径发出一第一基色光、一第二基色光以及一第三基色光；

一准直单元，其中所述准直单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于准直来自所述基色发光单元的该第一、第二以及第三基色光；以及

一合色单元，其中所述合色单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，并且所述合色单元包括：

一基体组件，其中所述基体组件被设于所述基色发光单元的该发光路径，并沿着该发光路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与该发光路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；

一第一膜层，其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光，以使该第一基色光沿着一预定光路传播；

一第二膜层，其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光，以使该第二基色光在透过所述第一膜层之后沿着该预定光路传播；以及

一第三膜层，其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，以使该第三基色光在透过所述第二和第一膜层之后沿着该预定光路传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成一沿着该预定光路传播的合色光。
如权利要求14所述的照明系统，还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设于所述准直合色系统和所述中继系统之间，并位于所述准直合色系统的该预定光路，用于均匀化处理来自所述准直合色系统的该合色光。
如权利要求15所述的照明系统，还包括一偏光复用系统，其中所述偏光复用系统被设于所述匀光系统和所述中继系统之间，用于将通过所述匀光系统均匀化处理后的该合色光转换成具有同一偏振态的偏振光，其中所述中继系统还用于将该偏振光传输至该显示单元，以通过该显示单元将该偏振光调制成携带图像信息的偏振光。
一微型投影光引擎，其特征在于，包括：

一光源系统，用于发射具有同一偏振态的偏振光；

一显示单元，用于将偏振光调制成携带图像信息的偏振光；

一成像系统，用于投射该携带图像信息的偏振光；以及

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述光源系统、所述显示单元以及所述成像系统之间，用于将来自所述光源系统的该偏振光传输至所述显示单元，并将来自所述显示单元的该携带图像信息的偏振光传输至所述成像系统；

其中所述光源系统包括：

一基色发光单元，用于发出第一、第二以及第三基色光；

一合色系统，其中所述合色系统包括：

一基体组件，其中所述基体组件被设于所述光源系统的发射路径，并沿着所述发射路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与所述光源系统的所述发射路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；

一第一膜层，其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光，以使该第一基色光沿着所述光源系统的所述发射路径传播；

一第二膜层，其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光，以使该第二基色光在透过所述第一膜层之后沿着所述光源系统的所述发射路径传播；以及一第三膜层，其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，以使该第三基色光在透过所述第二和第一膜层之后沿着所述光源系统的所述发射路径传播，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成一沿着所述光源系统的所述发射路径传播的合色光；以及

一偏光复用系统，其中所述偏光复用系统被设置于所述光源系统的所述发射路径，用于将通过所述合色系统合成的该合色光转换成该具有同一偏振态的偏振光。
如权利要求17所述的微型投影光引擎，其中，所述光源系统的所述合色系统的所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第三功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第二功能面，其中所述基板位于所述楔形棱镜的底侧，并且所述基板的邻近所述楔形棱镜的侧面为所述第一功能面。
如权利要求18所述的微型投影光引擎，其中，通过所述基色发光单元发出的该第一、第二以及第三基色光依次为红光、绿光以及蓝光。
如权利要求19所述的微型投影光引擎，其中，所述第一膜层为红光反射膜，用于反射红光，并透射绿光和蓝光；其中所述第二膜层为蓝光透射膜，用于透射蓝光，并反射红光和绿光；其中所述第三膜层为全反射膜，用于全反射红光、绿光以及蓝光。
如权利要求17所述的微型投影光引擎，其中，所述第三预定夹角的范围为33°～43°；其中所述第二预定夹角的范围为37°～47°；其中所述第一预定夹角的范围为44°～54°。
如权利要求17至21中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述基色发光单元包括至少一红光发光模块、至少一绿光发光模块以及至少一蓝光发光模块，其中所述红光发光模块、所述绿光发光模块以及所述蓝光发光模块通过三合一封装方式被封装成所述基色发光单元，用于朝向所述合色系统的所述第一膜层依次发出红光、绿光以及蓝光。
如权利要求22所述的微型投影光引擎，其中，所述光源系统还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设于所述合色系统和所述偏光复用系统之间，用于均匀化处理通过所述合色系统合成的该合色光。
如权利要求23所述的微型投影光引擎，其中，所述光源系统还包括一准直系统，其中所述准直系统被设置于所述基色发光单元和所述合色系统之间，用于准直通过所述基色发光单元发出的该第一、第二以及第三基色光。
如权利要求17至21中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统包括一中继偏振分束系统和一中继折反系统，其中所述中继偏振分束系统被设置于所述光源系统和所述成像系统之间，并且所述显示单元和所述中继折反系统分别位于所述中继偏振分束系统的相对两侧，其中所述显示单元还用于将该携带图像信息的偏振光反射回所述中继偏振分束系统，并且所述中继折反系统用于将自所述中继偏振分束系统射出的偏振光折反回所述中继偏振分束系统，以在所述光源系统和所述显示单元之间定义形成所述中继系统的一折反式中继光路，使得该偏振光能够沿着所述折反式中继光路传播至所述显示单元。
如权利要求25所述的微型投影光引擎，其中，所述中继折反系统包括一中继光转换元件和一中继光反射元件，其中所述中继光转换元件位于所述中继偏振分束系统和所述中继光反射元件之间，其中所述中继光反射元件用于将自所述中继偏振分束系统射出的偏振光反射回所述中继偏振分束系统，以使该偏振光二次穿过所述中继光转换元件，其中所述中继光转换元件用于将二次穿过的偏振光转换成具有另一偏振态的偏振光。
如权利要求26所述的微型投影光引擎，其中，所述中继光转换元件为一1/4波片，所述中继光反射元件为一凹面反射镜。
如权利要求25所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一中继透镜组件，其中所述中继透镜组件被设置于所述中继偏振分束系统和所述光源系统之间，用于调整来自所述光源系统的偏振光的会聚程度。
如权利要求28所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一中继偏振过滤单元，其中所述中继偏振过滤单元被设置于所述中继透镜组件和所述中继偏振分束系统之间，用于过滤该偏振光中的杂光。
如权利要求29所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一1/4波片，其中所述1/4波片被设置于所述显示单元和所述中继偏振分束系统之间。
如权利要求17至21中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述成像系统包括一透镜组，其中所述透镜组包括至少一非球面透镜，用于对来自所述中继系统的该携带图像信息的偏振光进行整形。
如权利要求30所述的微型投影光引擎，其中，所述成像系统包括一透镜组，其中所述透镜组包括至少一非球面透镜，用于对来自所述中继系统的该携带图像信息的偏振光进行整形。
一微型投影光引擎，其特征在于，包括：

一照明系统，用于提供照明光；

一数字微镜器件，用于将该照明光调制成图像光；

一成像系统，用于投射该图像光以成像；以及

一中继系统，其中所述中继系统被设置于所述照明系统、所述数字微镜器件以及所述成像系统之间，以通过所述中继系统在所述照明系统和所述数字微镜器件之间形成一全反射照明光路，并通过所述中继系统在所述数字微镜器件和所述成像系统之间形成一全反射成像光路，其中所述中继系统用于将来自所述照明系统的该照明光沿着所述全反射照明光路转向地传播至所述数字微镜器件，并且所述中继系统还用于将经由所述数字微镜器件调制成的该图像光沿着所述全反射成像光路转向地传输至所述成像系统。
如权利要求33所述的微型投影光引擎，其中，所述照明系统为一准直合色系统，其中所述准直合色系统包括一基色发光单元、一准直单元以及一合色单元，其中所述基色发光单元具有一发光路径，用于沿着该发光路径发出一第一基色光、一第二基色光以及一第三基色光；其中所述准直单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于准直来自所述基色发光单元的该第一、第二以及第三基色光；其中所述合色单元被设置于所述基色发光单元的该发光路径，用于将被准直后的该第一、第二以及第三基色光合成沿着所述全反射照明光路传播的该照明光。
如权利要求34所述的微型投影光引擎，其中，所述合色单元包括一基体组件、一第一膜层、一第二膜层以及一第三膜层，其中所述基体组件被设于所述基色发光单元的该发光路径，并沿着该发光路径依次设有一第一功能面、一第二功能面以及一第三功能面，其中所述基体组件的所述第一、第二以及第三功能面与该发光路径之间分别具有一第一、第二以及第三预定夹角，并且所述第一、第二以及第三预定夹角依次变小；其中所述第一膜层被设于所述基体组件的所述第一功能面，用于透射通过所述基色发光单元发出的第二和第三基色光，并反射通过所述基色发光单元发出的第一基色光；其中所述第二膜层被设于所述基体组件的所述第二功能面，用于透射经由所述第一膜层透射的第三基色光，并反射经由所述第一膜层透射的第二基色光；其中所述第三膜层被设于所述基体组件的所述第三功能面，用于反射经由所述第二膜层透射的第三基色光，从而使得通过所述第一、第二以及第三膜层分别反射的该第一、第二以及第三基色光合成沿着所述全反射照明光路传播的该照明光。
如权利要求35所述的微型投影光引擎，其中，所述照明系统还包括一匀光系统，其中所述匀光系统被设置于所述合色单元和所述中继系统的所述入射面之间，用于均匀化处理经由所述合色单元合成的该照明光。
如权利要求36所述的微型投影光引擎，其中，所述基体组件包括一楔形棱镜和一基板，其中所述楔形棱镜的顶面为所述第一功能面，并且所述楔形棱镜的底面为所述第二功能面，其中所述基板位于所述楔形棱镜的底侧，并且所述基板的邻近所述楔形棱镜的侧面为所述第三功能面。
如权利要求36所述的微型投影光引擎，其中，所述基体组件包括一第一楔形棱镜和一第二楔形棱镜，其中所述第一楔形棱镜位于所述基色发光单元和所述第二楔形棱镜之间，并且所述第二膜层被设置于所述第一楔形棱镜的底面和所述第二楔形棱镜的顶面之间，其中所述第一楔形棱镜的顶面为所述第一功能面，并且所述第二楔形棱镜的底面为所述第三功能面。
如权利要求33至38中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统具有一与所述照明系统对应的入射面、一第一全反射面、一反射面、一第二全反射面、一与所述数字微镜器件对应的显示面以及一与所述成像系统对应的出射面，其中所述第一全反射面与所述第二全反射面间隔地布置，以在所述第一和第二全反射面之间形成一间隙，其中所述反射面与所述显示面相对地布置，并且所述入射面与所述出射面相对地布置，其中所述全反射照明光路在所述第一全反射面发生全反射，并且所述全反射成像光路在所述第二全反射面发生全反射。
如权利要求39所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统包括一第一棱镜和一第二棱镜，其中所述第一棱镜和所述第二棱镜以斜面对斜面的方式布置，并在所述第一和第二棱镜的两斜面之间形成矩形间隙或楔形间隙，其中所述第二棱镜的两侧面分别为所述中继系统的所述显示面和所述出射面，并且所述第二棱镜的斜面为所述中继系统的所述第二全反射面。
如权利要求40所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一反射膜，其中所述反射膜被设置于所述中继系统的所述反射面。
如权利要求41所述的微型投影光引擎，其中，所述第一棱镜为一曲面棱镜，并且所述曲面棱镜具有一平直侧面、一平直斜面以及一弯曲侧面，其中所述曲面棱镜的所述弯曲侧面为所述中继系统的所述反射面，所述曲面棱镜的所述平直侧面为所述中继系统的所述入射面，所述曲面棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。
如权利要求41所述的微型投影光引擎，其中，所述第一棱镜为一曲面棱镜，并且所述曲面棱镜具有一第一弯曲侧面、一平直斜面以及一第二弯曲侧面，其中所述曲面棱镜的所述第二弯曲侧面为所述中继系统的所述反射面，所述曲面棱镜的所述第一弯曲侧面为所述中继系统的所述入射面，所述曲面棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。
如权利要求40所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一凹面反射镜，其中所述第一棱镜为三棱镜，并且所述三棱镜具有一第一平直侧面、一平直斜面以及一第二平直侧面，其中所述凹面反射镜被对应地设置于所述三菱镜的所述第二平直侧面，以通过所述凹面反射镜提供所述中继系统的所述反射面，其中所述三棱镜的所述第一平直侧面为所述中继系统的所述入射面，所述三棱镜的所述平直斜面为所述中继系统的所述第一全反射面。
如权利要求44所述的微型投影光引擎，其中，所述中继系统还包括一透镜，其中所述透镜被对应地设置于所述三棱镜的所述第一平直侧面，以通过所述透镜提供所述中继系统的所述入射面。
如权利要求33至38中任一所述的微型投影光引擎，其中，所述成像系统包括一透镜组，其中所述透镜组包括至少一非球面透镜，用于对来自所述中继系统的该图像光进行整形。