[实用新型]一种CF‑LCOS照明光学系统

说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种光学成像系统，具体指一种CF-LCOS照明光学系统，属于透镜线束领域。

背景技术

CF-LCOS光学照明系统是高清投影显示的核心部分，其结构小巧，重量轻，制造成本低，可用于AR智能眼镜，其品质的优劣决定了眼镜的显示效果，因此，提高CF-LCOS光学照明系统的成像品质对提升智能眼镜的显示效果具有重要意义。

目前用于眼镜的CF-LCOS光学系统，要求紧凑小巧，光学效率高，故采用二次反射式照明。LED光源出来的光经照明透镜组汇聚准直，由于聚光透镜会把LED芯片结构显示出来，如果该会聚光不经处理直接进入到LCOS面，会在图像上产生不良影响。因此，往往在聚光透镜后加入散射膜，对光束进行模糊化处理，消除LED芯片结构。然而，散射膜会增大光束的扩散角度，进入LCOS中的光会减少，光学效率将降低。传统LCOS照明系统使用平面反射镜，不能改善光束的强度分布，光束中心亮度高，边缘亮度低，影响了成像质量，降低了用户体验。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提出了一种高效率的均匀照明光学系统。

为实现这一目的，本发明所采用的技术方案是：

一种LCOS照明光学系统，沿光线传播方向依次设有光源、准直透镜、散射膜、偏振片、PBS棱镜、1/4波片，反射镜、CF-LCOS投影成像透镜。

所述光学系统中的准直透镜为双准直透镜组，透镜为非球面透镜。

所述照明光学系统中的反射镜采用轮胎面微结构反射镜，并在反射面上采用微结构对光束进行匀光处理。

采用上述技术方案的有益效果是：照明光学系统中的反射镜采用带微结构的轮胎面反射镜，该反射镜将因散射膜而产生的大角度光线汇聚到LCOS面上，并将圆形光斑塑形成为长椭圆形光斑，恰好包裹住长方形的LCOS面，反射镜上的微结构则可以对汇聚到LCOS面上的光束进行匀光处理，使长椭圆形的光斑光强分布均匀，这样可以在不增加光学系统结构复杂性和结构尺寸的情况下，大大提高光学效率，并实现LCOS照明面亮度的均匀化。

附图说明

图1为平面反射镜；

图2为轮胎面微结构反射镜；

图3为本实用新型LCOS照明光学系统的光学原理示意；

附图标记说明：

1、光源；2、照明透镜；3、照明透镜；4、散射膜；5、偏振片；6、PBS棱镜；7、1/4波片；8、轮胎面微结构反射镜；9、LCOS芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施作进一步详细的说明：

图1是常见的平面反射镜，在传统LCOS系统中起到反射光线的作用，对入射到LCOS面的光强分布并无改善效果。照射到LCOS面的光斑尺寸较大、亮度分布不均匀，中心亮度高，边缘亮度低，这种情况下LCOS对入射光束的利用率较低、出射图像亮度中心强四周弱，经成像透镜投影后，在人眼前成像的亮度非常不均匀，降低佩戴者的体验。

图2是本专利特殊设计的微结构反射镜，在轮胎面结构反射镜的基础上，加入微结构设计，兼具聚光、塑形以及匀光的作用。这种结构能将光束汇聚，在LCOS面上形成比LCOS面大20%左右的方形光斑，相较平面反射镜，轮胎面微结构反射镜能够极大提高光束的利用效率，同时改善光斑的亮度分布，使其均匀化。如此一来，经过轮胎面微结构反射镜与LCOS元件后出射的图像亮度更均匀，光能利用率更高，经成像透镜投影后，可以在人眼内前呈现效果更好的图像，解决普通平面反射镜图像亮度不均匀的问题。

图3所示是本专利的LCOS照明光学系统，由高光效白光LED光源1出射的光束，经照明透镜组2、3准直后，光束的半角宽度变为10°，通过散射膜4后，光束中的LED芯片像会被消减，同时，准直光束被散射膜匀光扩束，光束角度变大。

扩束后的光线经偏振片5，变为线偏振光，偏振方向为S方向，S偏振光进入到PBS棱镜6中在PBS膜表面反射，光线到达1/4波片7处，经轮胎面微结构反射镜8后，光束被汇聚、整形、均匀化。反射回来的光线由1/4波片的作用，偏振方向由S方向转为P方向，进入PBS棱镜后，透过PBS膜，到达LCOS表面9。由于轮胎面微结构反射镜的聚光和匀光，光束在LCOS面上形成一个长椭圆形的均匀光斑。相较与平面反射镜形成光斑，该光斑面积更小，亮度更高，光斑更加均匀，经成像透镜投影后，可以在人眼内前呈现效果更好的图像，提高光学系统的光效，实现LCOS系统的均匀成像效果。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。