本實(shí)用新型具體涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)，具體指一種CF-LCOS照明光學(xué)系統(tǒng)，屬于透鏡線束領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

CF-LCOS光學(xué)照明系統(tǒng)是高清投影顯示的核心部分，其結(jié)構(gòu)小巧，重量輕，制造成本低，可用于AR智能眼鏡，其品質(zhì)的優(yōu)劣決定了眼鏡的顯示效果，因此，提高CF-LCOS光學(xué)照明系統(tǒng)的成像品質(zhì)對(duì)提升智能眼鏡的顯示效果具有重要意義。

目前用于眼鏡的CF-LCOS光學(xué)系統(tǒng)，要求緊湊小巧，光學(xué)效率高，故采用二次反射式照明。LED光源出來的光經(jīng)照明透鏡組匯聚準(zhǔn)直，由于聚光透鏡會(huì)把LED芯片結(jié)構(gòu)顯示出來，如果該會(huì)聚光不經(jīng)處理直接進(jìn)入到LCOS面，會(huì)在圖像上產(chǎn)生不良影響。因此，往往在聚光透鏡后加入散射膜，對(duì)光束進(jìn)行模糊化處理，消除LED芯片結(jié)構(gòu)。然而，散射膜會(huì)增大光束的擴(kuò)散角度，進(jìn)入LCOS中的光會(huì)減少，光學(xué)效率將降低。傳統(tǒng)LCOS照明系統(tǒng)使用平面反射鏡，不能改善光束的強(qiáng)度分布，光束中心亮度高，邊緣亮度低，影響了成像質(zhì)量，降低了用戶體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提出了一種高效率的均勻照明光學(xué)系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種LCOS照明光學(xué)系統(tǒng)，沿光線傳播方向依次設(shè)有光源、準(zhǔn)直透鏡、散射膜、偏振片、PBS棱鏡、1/4波片，反射鏡、CF-LCOS投影成像透鏡。

所述光學(xué)系統(tǒng)中的準(zhǔn)直透鏡為雙準(zhǔn)直透鏡組，透鏡為非球面透鏡。

所述照明光學(xué)系統(tǒng)中的反射鏡采用輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡，并在反射面上采用微結(jié)構(gòu)對(duì)光束進(jìn)行勻光處理。

采用上述技術(shù)方案的有益效果是：照明光學(xué)系統(tǒng)中的反射鏡采用帶微結(jié)構(gòu)的輪胎面反射鏡，該反射鏡將因散射膜而產(chǎn)生的大角度光線匯聚到LCOS面上，并將圓形光斑塑形成為長(zhǎng)橢圓形光斑，恰好包裹住長(zhǎng)方形的LCOS面，反射鏡上的微結(jié)構(gòu)則可以對(duì)匯聚到LCOS面上的光束進(jìn)行勻光處理，使長(zhǎng)橢圓形的光斑光強(qiáng)分布均勻，這樣可以在不增加光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，大大提高光學(xué)效率，并實(shí)現(xiàn)LCOS照明面亮度的均勻化。

附圖說明

圖1為平面反射鏡；

圖2為輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡；

圖3為本實(shí)用新型LCOS照明光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)原理示意；

附圖標(biāo)記說明：

1、光源；2、照明透鏡；3、照明透鏡；4、散射膜；5、偏振片；6、PBS棱鏡；7、1/4波片；8、輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡；9、LCOS芯片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

圖1是常見的平面反射鏡，在傳統(tǒng)LCOS系統(tǒng)中起到反射光線的作用，對(duì)入射到LCOS面的光強(qiáng)分布并無改善效果。照射到LCOS面的光斑尺寸較大、亮度分布不均勻，中心亮度高，邊緣亮度低，這種情況下LCOS對(duì)入射光束的利用率較低、出射圖像亮度中心強(qiáng)四周弱，經(jīng)成像透鏡投影后，在人眼前成像的亮度非常不均勻，降低佩戴者的體驗(yàn)。

圖2是本專利特殊設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)反射鏡，在輪胎面結(jié)構(gòu)反射鏡的基礎(chǔ)上，加入微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兼具聚光、塑形以及勻光的作用。這種結(jié)構(gòu)能將光束匯聚，在LCOS面上形成比LCOS面大20%左右的方形光斑，相較平面反射鏡，輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡能夠極大提高光束的利用效率，同時(shí)改善光斑的亮度分布，使其均勻化。如此一來，經(jīng)過輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡與LCOS元件后出射的圖像亮度更均勻，光能利用率更高，經(jīng)成像透鏡投影后，可以在人眼內(nèi)前呈現(xiàn)效果更好的圖像，解決普通平面反射鏡圖像亮度不均勻的問題。

圖3所示是本專利的LCOS照明光學(xué)系統(tǒng)，由高光效白光LED光源1出射的光束，經(jīng)照明透鏡組2、3準(zhǔn)直后，光束的半角寬度變?yōu)?0°，通過散射膜4后，光束中的LED芯片像會(huì)被消減，同時(shí)，準(zhǔn)直光束被散射膜勻光擴(kuò)束，光束角度變大。

擴(kuò)束后的光線經(jīng)偏振片5，變?yōu)榫€偏振光，偏振方向?yàn)镾方向，S偏振光進(jìn)入到PBS棱鏡6中在PBS膜表面反射，光線到達(dá)1/4波片7處，經(jīng)輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡8后，光束被匯聚、整形、均勻化。反射回來的光線由1/4波片的作用，偏振方向由S方向轉(zhuǎn)為P方向，進(jìn)入PBS棱鏡后，透過PBS膜，到達(dá)LCOS表面9。由于輪胎面微結(jié)構(gòu)反射鏡的聚光和勻光，光束在LCOS面上形成一個(gè)長(zhǎng)橢圓形的均勻光斑。相較與平面反射鏡形成光斑，該光斑面積更小，亮度更高，光斑更加均勻，經(jīng)成像透鏡投影后，可以在人眼內(nèi)前呈現(xiàn)效果更好的圖像，提高光學(xué)系統(tǒng)的光效，實(shí)現(xiàn)LCOS系統(tǒng)的均勻成像效果。

上述實(shí)施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。