CN116107142A - 投影模组及其照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一投影模组及其照明系统，其中所述照明系统包括一光源、一聚光透镜组以及一匀光棒，其中所述光源发出的光线被所述聚光透镜组汇聚，形成一聚光光路，其中所述光线沿所述聚光光路进入所述匀光棒，并被所述匀光棒反射形成至少一反射光路，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第二透镜为具有沿V方向光焦度的柱面镜，以使得光线沿H方向大于沿V方向的光线发散角，提高光线沿H方向的反射次数。

Description

投影模组及其照明系统

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一投影模组及其照明系统。

背景技术

基于微显示芯片的投影显示技术的出现，使得投影设备朝向小型化和高分辨率的方向发展，投影模组是结合了光学和成熟的半导体技术，是一种性价比高的实现大尺寸高分辨显示的途径。

图1和图2揭示了现有技术的一投影模组，其中所述投影模组包括一光源、一匀光棒、一中继透镜、一PBS棱镜、一LCOS芯片以及一投影镜头。所述光源通常包括聚光透镜，对光线角度进行控制，光线经过匀光棒均匀化后在匀光棒出射端形成均匀照明，中继透镜将该均匀照明成像到LCOS芯片，再经LCOS调制成图像后通过投影镜头投射出去。

所述光源发出光线在匀光棒内多次反射，每次反射都会形成虚拟光源像，多次反射形成二维的虚拟光源矩阵，从而使得光更加的均匀。但是这仅限于在匀光棒出射端附近具有均匀照明，一旦远离匀光棒出射端面就会重新不均匀，一般来说在远离匀光棒出射端端面0.5mm光线就会变得明显不均匀，而采用反射式显示芯片如LCOS则需要在显示芯片前段设置PBS棱镜，这导致了匀光棒出射端面到显示芯片的距离大大增加，所以现有方案中一般设置有一中继透镜，用于将匀光棒出射端面的均匀照明成像到LCOS芯片处。中继透镜的加入不仅增加了系统的复杂度和体积，还使更多零部件的投影系统组装困难，组装误差的几率更高，而零部件光轴一致性对投影系统性能的重要性不言而喻。

图3是公开号为CN101614946A的中国发明专利申请，其揭露了一种投影系统，包括光源(1)、匀光棒(2)、中继成像系统(3)、显示芯片(5)、PBS棱镜(4)、投影镜头(6)。其中光源发出光线经过匀光棒均匀化后，再通过中继成像系统整形光束后入射到显示芯片中，经过显示芯片调制成图像后再通过投影镜头投射出去。图中示意为反射式显示芯片LCOS，故需要有PBS棱镜。在该方案中，中继成像系统放大倍数为3-10倍，具有光束整形能力。

在该申请的技术方案中，通过一个光学装置对光源发出的光束整形，以获得平行或近似平行的光，并通过一个匀光棒进行匀光，由于入射匀光棒的光角度较小，要达到均匀的出射端面，光棒的长度较长，所以其结构尺寸较大。光源发出的角度很大的光束直接进入光棒，由于入射光束角度大，光束在较短的光棒内就可以发生多次反射混光，并在光棒出射端面形成均匀分布的照明；由于该中继成像系统的放大倍率为3-10，所以光学整形的步骤在中继成像系统中完成，光棒出射端面的均匀照明经中继成像系统放大成像在微显示芯片上，同时也可以满足微显示芯片上光线入射角的要求。

即使将光源直接贴附在匀光棒入射端面，使得较大角度入射光在匀光棒内多次反射，从而缩短了匀光棒的结构尺寸，但中继成像系统的存在，需要将匀光棒出射端面的均匀照明成像到显示芯片，该中继成像系统的存在使投影系统结构变得复杂，不利于其小型化，特别是在用于可穿戴设备中的微型投影系统来说，尺寸严重影响可穿戴设备的体验。

并且由于中继成像系统需要将匀光棒出射端面的均匀照明放大到足以覆盖显示芯片，如该专利中所说中继成像系统具有3-10倍的放大能力，而具有一定的放大能力则需要透镜具有较短的焦距，一般来说透镜镜片表面曲率越大就具有较短的焦距，一般来说该透镜也就具有较大的厚度，或者如该专利中使用多个透镜来实现，这都导致中继成像系统体积偏大，不利于照明系统在微型投影仪中的应用。

另外，在公开号为CN101943845A的中国发明专利中，揭露了另一种匀光器件，光学积分器，通常包括前准直镜、两个微透镜阵列、后准直镜。光学积分器也是一种均匀化光辐射分布的光学器件，光学积分器通过将照射到入瞳上的光辐射分布通过阵列透镜分割后叠加到后准直镜的同一位置上，各个阵列元素透镜上的光辐射分布均匀度肯定好于整个入瞳的光辐射分布，因此放大后的像相互叠加可得到均匀的辐射分布。然则使用光学积分器的入射光线必须经过准直的，也就是说光源后需设置前准直镜，包括后准直镜的存在使得整个照明系统体积偏大，通常彩色投影模组中还需要用到RGB三个光源，并且需要另外配置合光元件，进一步增大了照明系统的体积。

现有方案中不管是使用匀光棒还是阵列透镜积分器，都需要使用准直或者中继成像系统，使得系统较为复杂，在投影模组中将所有器件组装到一起工序繁多，组装复杂，难以实现较高的光轴一致性。

因此，现有技术的投影模组，特别是应用于微型投影系统的投影模组还存在如下至少一缺陷：首先，投影模组的整体尺寸和体积较大，影响了整体产品的尺寸无法满足需求；其次，投影模组的照明系统中各组件之间的组装关系需要精确控制，随着组件数量的增多，组装难度增大，误差增大，并且较难实现前后光轴的一致性；第三，对于投影面的尺寸不同，现有技术的投影模组在水平方向和竖直方向的光线发散角均较小导致某个方向匀光效果不佳、照明区域不正或左右照度不均的情况；第四，现有技术的投影模组的照明系统的聚光能力较弱，造成光能浪费以及光效较低的情况。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述投影模组的所述照明系统整体尺寸较小，有利于所述投影模组的小型化。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述投影模组进一步包括显示芯片和分光部件，所述照明系统包括一光源、一聚光透镜组以及一匀光棒，其中所述分光部件和所述匀光棒的部分部件组成了一PBS棱镜，使得匀光棒出射端距离显示芯片距离较小，从而省去了中继成像系统，减小了投影模组的体积。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述照明系统省去了透镜部件，减小系统复杂度，提高组装的便利性，从而减小了投影模组的整体组装误差，并且提高了光轴一致性。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述聚光透镜组由一片球面镜与一片柱面镜组合而成，解决了传统方案中两片球面镜带来的V方向与H方向光线发散角均较小导致H方向匀光效果不佳的问题。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述照明系统的所述匀光棒和所述分光部件的中心光线垂直入射显示芯片的芯片中心，有利于提高所述照明系统照明的均匀性。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，其中所述第一透镜为柱面透镜，有利于提高所述匀光棒在H方向的光线发散角，以提高H方向光线的反射次数，每一次反射都会形成虚拟光源像以得到二维虚拟光源矩阵，虚拟光源数量越多使得最终出射的光线越均匀。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中聚光透镜组具有更好的聚光效果大大减少了光能浪费，将光效提升3倍以上。

本发明的另一个优势在于提供一投影模组及其照明系统，其中所述投影模组的体积小，有利于设备的小型化。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一照明系统，包括：

一光源；

一聚光透镜组，其中所述光源发出的光线被所述聚光透镜组汇聚，形成一聚光光路；以及

一匀光棒，其中所述光线沿所述聚光光路进入所述匀光棒，并被所述匀光棒反射形成至少一反射光路，其中所述匀光棒包括一入射端、一出射端以及位于所述入射端和所述出射端之间的一匀光主体，光线沿所述匀光棒的一匀光光轴方向自所述入射端、匀光主体以及所述出射端经多次反射形成所述反射光路，其中所述入射端具有一入射端面，所述入射端的所述入射端面为形成在所述入射端端部的一斜切面。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒为H方向宽，V方向窄的长方体玻璃棒。

根据本发明的一实施例，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第二透镜为具有沿V方向光焦度的柱面镜，以使得光线沿H方向大于沿V方向的光线发散角，提高光线沿H方向的反射次数。

根据本发明的一实施例，所述第一透镜为球面镜。

根据本发明的一实施例，所述入射端的所述入射端面与所述下端面之间呈45°夹角。

根据本发明的一实施例，所述光源具有一发光面，所述光源的发光面与所述入射端的所述入射端面相平行，其中所述聚光透镜组具有一聚光光轴，所述聚光透镜组的所述聚光光轴垂直于所述匀光棒的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面平行于所述入射端的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面垂直于所述入射端的所述入射端面。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一投影模组，包括：

一照明系统，其中所述照明系统包括一光源、一聚光透镜组以及一匀光棒，所述聚光透镜组被设置于所述光源和所述匀光棒之间；

一显示芯片；以及

一分光部件，其中所述匀光棒进一步包括一入射端、一出射端以及位于所述入射端和所述出射端之间的一匀光主体，所述显示芯片和所述分光部件被设置于所述匀光棒的所述出射端的光出射方向，其中所述匀光棒具有一匀光光轴，所述分光部件被胶合于所述出射端，并且由所述显示芯片反射出的带有图像信息的光线经所述分光部件形成一投射光路，其中投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜延伸，以减小所述投影模组沿所述匀光棒的所述匀光光轴方向的长度。

根据本发明的一实施例，所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一上端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向上延伸。

根据本发明的一实施例，所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一下端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向下延伸。

根据本发明的一实施例，进一步包括一投影镜头，其中所述投影镜头沿所述投射光路被设置于所述分光部件的光出射端。

根据本发明的一实施例，所述分光部件包括一棱镜和一分光膜，其中所述棱镜具有一棱镜入射端面和一棱镜出射端面，所述分光膜被一体地形成于所述棱镜的所述棱镜入射端面，成像光线经所述棱镜的所述棱镜入射端面入射到所述棱镜，并自所述棱镜的所述棱镜出射端面出射至所述投影镜头。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒的所述入射端具有一入射端面，其中所述入射端面是形成于所述入射端的所述斜切面，所述光源和所述聚光透镜组位于所述匀光棒的斜上方，以减小所述投影模组沿所述匀光棒的所述匀光光轴方向的长度。

根据本发明的一实施例，所述入射端的所述入射端面与下端面呈45°夹角，并且所述聚光透镜组具有一聚光光轴，所述聚光光轴垂直于所述匀光棒的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，其中所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第一透镜和所述第二透镜为球面镜。

根据本发明的一实施例，所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，其中所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第一透镜为球面镜，所述第二透镜为柱面镜，并且所述第二透镜具有V方向光焦度。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒为H方向宽，V方向窄的长方体玻璃棒。

根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一投影模组，包括：

一照明系统，其中所述照明系统包括：

如上任一所述的照明系统；

一分光部件以及一显示芯片，其中所述分光部件被设置于所述匀光棒的所述出射端，所述分光部件选择性地透过或反射部分光线至所述显示芯片，由所述显示芯片反射出带有图像信息的光线。

根据本发明的一实施例，所述第一透镜为球面镜。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒为H方向宽，V方向窄的长方体玻璃棒。

根据本发明的一实施例，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第二透镜为具有沿V方向光焦度的柱面镜，以使得光线沿H方向大于沿V方向的光线发散角，提高光线沿H方向的反射次数。

根据本发明的一实施例，所述入射端的所述入射端面与所述下端面之间呈45°夹角。

根据本发明的一实施例，所述光源具有一发光面，所述光源的发光面与所述入射端的所述入射端面相平行，其中所述聚光透镜组具有一聚光光轴，所述聚光透镜组的所述聚光光轴垂直于所述匀光棒的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面平行于所述入射端的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面垂直于所述入射端的所述入射端面。

根据本发明的一实施例，所述分光部件被胶合于所述出射端，并且由所述显示芯片反射出的带有图像信息的光线经所述分光部件形成一投射光路，其中投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜延伸，以减小所述投影模组沿所述匀光棒的所述匀光光轴方向的长度。

根据本发明的一实施例，所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一上端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向上延伸。

根据本发明的一实施例，所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一下端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向下延伸。

根据本发明的一实施例，进一步包括一投影镜头，其中所述投影镜头沿所述投射光路被设置于所述分光部件的光出射端。

根据本发明的一实施例，所述分光部件包括一棱镜和一分光膜，其中所述棱镜具有一棱镜入射端面和一棱镜出射端面，所述分光膜被一体地形成于所述棱镜的所述棱镜入射端面，成像光线经所述棱镜的所述棱镜入射端面入射到所述棱镜，并自所述棱镜的所述棱镜出射端面出射至所述投影镜头。

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和附图得以充分体现。

附图说明

图1是现有技术的一投影模组的结构示意图。

图2是现有技术的所述投影模组的光路示意图。

图3是现有技术的一基于微显示芯片的紧凑型光学引擎系统的示意图。

图4是根据本发明的第一较佳实施例的一投影模组的立体结构示意图。

图5是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组的平面结构示意图。

图6是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组的结构示意图。

图7是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组沿V方向的一光路结构示意图。

图8A是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组沿H方向的一光路结构示意图。

图8B是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组沿H方向的另一光路结构示意图。

图9是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组的另一可选实施方式的结构示意图。

图10是根据本发明上述第一较佳实施例的所述投影模组的另一可选实施方式的结构示意图。

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。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，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，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参照本发明说明书附图之图4至图8B所示，依照本发明第一较佳实施例的一投影模组在接下来的描述中被阐明。所述投影模组包括一照明系统10、被设置于所述照明系统光出射方向的一显示芯片20以及一分光部件30，经所述照明系统10发出的照明光线经所述分光部件30选择性地反射部分光线至所述显示芯片20，再由所述显示芯片20调制后形成带有图像的光线经所述分光部件向外投射出图像。所述照明系统10包括一光源11、一聚光透镜组12以及一匀光棒13，其中所述光源11发出的光线被投射至所述聚光透镜组12，被所述聚光透镜组12汇聚后形成一聚光光路120；光线沿所述聚光光路120进入到所述匀光棒13，光线被所述匀光棒13反射并在所述匀光棒13内形成至少一反射光路130；其中光线沿所述反射光路130出射至所述显示芯片20或所述分光部件30，并在所述显示芯片20的表面形成照明光斑。

如图4所示，所述投影模组进一步包括至少一投影镜头40，其中所述投影镜头40被设置于所述分光部件30的出光侧，所述显示芯片20发出的图像光线经所述分光部件30和所述投影镜头40向外投射形成投射图案。

详细地讲，所述光源11用于照明，所述光源11发出照明光线。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述光源11被实施为LED，其中所述光源发出光线的角度在120°左右。可以理解的是，所述光源的类型和光线角度在此仅仅作为示例性质的，而非限制。

所述照明系统10的所述聚光透镜组12具有一聚光光轴O₁，并且由所述聚光透镜组12沿所述聚光光轴O₁汇聚由所述光源11发出的光线，并形成所述聚光光路120。所述聚光透镜组12包括一第一透镜121和一第二透镜122，其中所述第一透镜121位于所述第二透镜122的光入射方向的前端，即光源11发出的光线经所述第一透镜121被汇聚至所述第二透镜122，再由所述第二透镜122汇聚形成所述聚光光路120。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述聚光透镜组12的中心光线沿所述聚光光轴O₁方向自所述聚光透镜组12出射至所述匀光棒13。

如图8A和图8B示出了本发明的两种不同的聚光透镜组12的不同实施方式。如图8A所述，所述聚光透镜组12的第一透镜121a和第二透镜122a为球面镜，使得所述聚光透镜组12具有V方向(水平方向)和H方向(竖直方向)的光焦度，即所述聚光透镜组12在V方向和H方向具有相同的聚散效果。如图8B所示，所述聚光透镜组12的第一透镜121b为球面镜，所述聚光透镜组12的第二透镜122b为柱面镜，由于柱面镜在V方向有光焦度，在H方向没有光焦度，使得H方向的光线发散角较V方向大，以提高H方向光线的反射次数。可以理解的是，每一次反射都会形成虚拟光源像以得到二维虚拟光源矩阵，虚拟光源数量越多使得最终出射的光线越均匀。

相应地，若采用两片球面镜作为聚光透镜组，则V和H方向的光线发散角一致，由于V方向光线发散角越小越好，而H方向发散角越小会导致光线在匀光棒两个侧壁上反射次数少，H方向匀光效果差。

所述投影模组的所述显示芯片20具有一芯片反射面201，其中所述芯片反射面201朝向所述照明系统10的所述匀光棒13，由所述芯片反射面201反射图像光线至所述分光部件30。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述显示芯片20的所述芯片反射面201为矩形面。优选地，所述显示芯片20的所述芯片反射面201为16：9的矩形面。本领域技术人员可以理解的是，所述显示芯片20的所述芯片反射面201的具体形状和比例在此仅仅作为示例性质的，而非限制，在本发明的其他可选实施方式中，所述显示芯片20的形状和大小可根据需求进行调整。

优选地，所述匀光棒13为H方向宽，V方向窄的方棒，以使得经所述匀光棒13调制后的均匀照明光斑接近显示芯片的形状，减少光能浪费。相应地，在本发明的该优选实施例中，所述聚光透镜组12的所述第一透镜121为球面镜，所述第二透镜122为柱面镜，由于柱面镜在V方向有光焦度，在H方向没有光焦度，使得H方向的光线发散角较V方向大，以提高H方向光线的反射次数，每一次反射都会形成虚拟光源像以得到二维虚拟光源矩阵，虚拟光源数量越多使得最终出射的光线越均匀。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述显示芯片20的收光能力一般为60°左右，本申请的聚光透镜组12相比现有技术具有更好的聚光效果，所述聚光透镜组12可将光线收至50°～70°，大大减少了光能浪费，将光效提升3倍以上。

如图4至图8B所示，所述照明系统10的所述匀光棒13为长方体玻璃棒。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述匀光棒13材料折射率范围为1.5～1.7。所述匀光棒13包括一入射端131、一出射端132以及位于所述入射端131和所述出射端132之间的一匀光主体133，其中光线沿所述聚光光路120入射到所述匀光棒13的所述入射端131，光线沿所述匀光棒13的一匀光光轴O₂方向依次经所述入射端131、匀光主体133以及所述出射端132多次反射形成所述反射光路130，再经所述出射端132出射至所述显示芯片20。

值得一提的是，光线每一次反射都会形成虚拟光源像，并基于所述显示芯片20的所述芯片反射面201得到二维虚拟光源矩阵，虚拟光源数量越多使得最终出射的光线越均匀。光线每经过所述匀光棒13的一次反射形成一所述的反射光路130。因此，所述光线在所述匀光棒13内反射的次数直接决定所述照明系统10的照度。

所述匀光棒13进一步具有一上端面134和与所述上端面134正向相对的一下端面135，其中所述匀光棒13的所述上端面134和所述下端面135为面对面的反射光面，部分光线在所述匀光棒13的所述上端面134和所述下端面135之间相互反射形成沿V方向的多个V向反射光路130a。所述匀光棒13进一步具有一左端面136和与所述左端面136正向相对的一右端面137，其中所述匀光棒13的所述左端面136和所述右端面137为面对面的反射光面，部分光线在所述匀光棒13的所述左端面136和所述右端面137之间相互反射形成沿H方向的多个H向反射光路130b。可以理解的是所述V向反射光路130a和所述H向反射光路130b是组成所述反射光路130的至少部分光路。

所述匀光棒13的所述入射端131进一步设有一入射端面1310，由所述聚光透镜组12汇聚的光线经所述入射端131的所述入射端面1310入射到所述匀光棒13。所述入射端131的所述入射端面1310为形成在所述入射端131端部的一斜切面，其中所述聚光透镜组12汇聚的光线经所述入射端131的所述入射端面1310入射后经折射至所述匀光棒13的各端面(上端面134、下端面135、左端面136或者右端面137)，并在各所述端面之间反射形成所述反射光路130。

值得一提的是，所述聚光透镜组12的所述聚光光轴O₁与所述匀光棒13的所述匀光光轴O₂相互交叉或交错。换言之，在本发明的该优选实施例中，所述聚光透镜组12汇聚的光线沿所述聚光光路120倾斜向下地入射到所述匀光棒13的所述入射端面1310，即所述光源11和所述聚光透镜组12位于所述匀光棒13的斜上方，有利于降低所述投影模组沿所述匀光光轴O₂方向的长度，进而有利于所述投影模组的小型化。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述入射端131的所述入射端面1310与所述下端面135之间呈45°夹角。更优选地，所述聚光透镜组12的所述聚光光轴O₁垂直于所述匀光棒13的所述入射端面1310，即由所述聚光透镜组12汇聚的中心光线垂直入射到所述匀光棒13的所述入射端面1310，以便于增加光线在所述匀光棒13内的反射次数，即增加所述反射光路130的数量，有利于所述匀光棒13的匀光效果。所述照明系统10的所述光源11具有一发光面110，其中光源11自所述发光面110向外发出照明光线，所述光源11的所述发光面110与所述匀光棒13的所述入射端131的所述入射端面1310相平行，并且所述聚光透镜组12的所述聚光光轴O₁垂直于所述匀光棒13的所述入射端面1310，以使得中心光线可以垂直于入射端面入射，最大限度增加光线在匀光棒内V方向的反射次数，提高了所述照明系统10在V方向的匀光效果。

如图4至图6所示，所述匀光棒13的所述出射端132具有一出射端面1320，其中所述出射端132的所述出射端面1320为形成于所述出射端132的端部，所述显示芯片20的所述芯片反射面201正对于所述匀光棒13的所述出射端面132。反射光线经所述匀光棒13的所述出射端132的所述出射端面1320出射至所述显示芯片20。优选地，所述显示芯片20的所述芯片反射面201与所述匀光棒13的所述出射端面132平行。优选地，所述匀光棒13的所述出射端面1320为形成于所述出射端132的斜切面，且所述出射端面1320平行于所述入射端131的所述入射端面1310。

所述分光部件30被设置于所述匀光棒13的所述出射端132，并且所述分光部件30对光线具有选择作用，其能够选择性地透过和/或反射部分光线。所述匀光棒13的所述出射端132进一步设有一透光区1321，其中反射光线可透过所述出射端132的所述透光区1321，所述分光部件30被设置于所述出射端132的所述透光区1321。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述分光部件30被胶黏于所述匀光棒13的所述出射端132的所述透光区1321，所述匀光棒13反射的光线经所述出射端132的所述透光区1321到达所述分光部件30，由所述分光部件30选择性地反射和/透过部分光线。更优选地，所述匀光棒13的所述出射端132的所述透光区1321位于所述匀光棒13的所述上端面134。

所述分光部件30包括一棱镜31和一分光膜32，其中分光膜32被设置于所述棱镜31，由所述分光膜32选择性地反射/或透射部分光线。优选地，在本发明的该优选实施例中，所述分光膜32为一PBS膜，其能够选择性地投射P光和反射S光。

更优选地，所述棱镜31为一直角棱镜，所述棱镜31具有一棱镜入射端面311和一棱镜出射端面312，其中所述分光膜32一体地形成于所述棱镜31的所述棱镜入射端面311。所述显示芯片20发出的成像光线经所述棱镜31的所述棱镜入射端面311入射到所述棱镜31，并自所述棱镜31的所述棱镜出射端面312出射至所述投影镜头40。值得一提的是，所述棱镜31的所述棱镜入射端面311为所述直角棱镜的斜面，即在所述棱镜31的所述斜面镀偏振分光膜(PBS膜)，形成所述分光部件30。

所述匀光棒13反射的光线自所述出射端132的所述透光区1321，经所述分光膜32的作用形成一分光光路320，其中P光透射，S光被所述分光膜32反射至位于所述匀光棒13末端的所述显示芯片20。所述显示芯片20调制后S光变成P光，被所述显示芯片20反射具有图像信息的成像光线至所述分光膜32，所述分光膜32透射带有图像信息的成像光线至所述投影镜头40，由所述投影镜头40向外投射所述成像光线，形成投影图像。

以中心光线为例，中心光线在所述匀光棒13的所述出射端132到达所述匀光棒13的所述上端面134时时与所述透光区1321呈为45°夹角，经所述分光膜32的作用，此时P光透射，S光反射后垂直入射至所述显示芯片20，经所述显示芯片20调制后S光成为P光，被所述显示芯片20中的微反射镜反射至所述分光膜32处，该P光透射进入投影镜头，形成最终的图像。

由所述显示芯片20调制后发出的带有成像信息的光线经所述匀光棒13的所述出射端132并透过所述分光部件30的所述棱镜31和所述分光膜32形成一投射光路321，带有成像信息的光线沿所述投射光路321至所述投影镜头40。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，由所述分光膜32透射形成的所述投射光路321朝反向于所述匀光光轴O₂的方向倾斜向上延伸，即所述投影镜头40沿所述投射光路321位于所述分光部件30的斜上方。因此，在本发明的该优选实施例中，通过特定的光路设计，即所述投射光路321的方向调整所述投影镜头40的位置，有利于减小所述投影模组沿所述匀光光轴O₂方向的长度，并有利于所述投影模组的小型化。

在现有技术中，入射的S偏振光经过PBS棱镜反射后照射在所述显示芯片20，当液晶层某像素的外加电压为0时，输入的S偏振光经过液晶层，偏振方向不发生偏转，到达底部反射回来输出S偏振光，经过PBS棱镜分光部件反射，S偏振光原路返回，无法进入透射光路，光输出为零，此像素呈现“暗态”。当此像素外部施加电压时，输入的S偏振光经过液晶层，偏振方向发生偏转，到达底部反射回来输出P偏振光，直接穿过PBS棱镜分光部件，进入透射光路，此像素呈现“亮态”，在屏幕上成像。PBS棱镜分光部件由两个棱镜胶合而成，其中一个棱镜表面镀有PBS膜，自然光线入射到PBS膜时，其中P光被透过，而S光被反射。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，所述分光部件30被胶合在所述匀光棒13的所述上端面134，并且所述分光部件30位于所述出射端132，所述分光部件30与所述匀光棒13至少部分的所述出射端132组成一PBS棱镜。换句话说，所述PBS棱镜的部分结构被一体地形成于所述匀光棒13的所述出射端132。通过这种方式减小了匀光棒出射端与显示芯片的距离，使得匀光棒出射端面的均匀照明投射到显示芯片时仍能够保持较大的均匀度。同时，这种方案省去了中继透镜，取消了匀光棒、中继透镜与PBS棱镜之间的组装过程，提高了制备效率，降低了组装误差，从而提高了投影系统的光轴一致性。

换言之，在本发明的该优选实施例中，所述匀光棒13和所述分光部件30的设计保证中心光线垂直入射显示芯片20中心，减少了照明区域不正或左右照度不均的情况。另外，在匀光棒13长度相同的情况下，所述聚光透镜组12位于所述匀光棒13的倾斜上方，所述分光部件30和所述投影镜头40位于所述匀光棒13的上方，从而在一定程度上减小了其纵向长度，使得本申请提供的投影模组体积更小，有利于设备小型化。

参照本发明说明书附图之图9所示，依照本发明上述第一较佳实施例的一投影模组在接下来的描述中被阐明。所述投影模组包括一照明系统10、被设置于所述照明系统光出射方向的一显示芯片20以及一分光部件30，经所述照明系统10发出的照明光线经所述分光部件30选择性地反射部分光线至所述显示芯片20，再由所述显示芯片20调制后形成带有图像的光线经所述分光部件向外投射出图像。在本发明的该优选实施例中，所述照明系统10、所述显示芯片20以及所述分光部件30的结构和功能与上述第一较佳实施例基本相同，不同点在于所述显示芯片20的位置，以更好地匹配近眼显示设备整体的结构设计。

详细地说，所述分光部件30的所述棱镜31位于所述匀光棒13的上端，并且所述棱镜31进一步具有一光透面313，其中所述显示芯片20正对于所述棱镜31的所述光透面313。所述棱镜31的所述光透面313邻接于所述棱镜出射端面312，经所述分光膜32选择性透过的部分光线可穿过所述棱镜31的所述光透面313，所述显示芯片20反射的带有显示信息的图像光线经所述棱镜31的所述光透面313进入到所述棱镜31，再由所述分光膜32反射所述图像光线至所述棱镜出射端面312。与上述第一较佳实施例不同的是，所述分光部件30的所述分光膜32选择性地反射和透过部分光线，并由透过的部分光线在所述棱镜31内形成一分光光路320。

优选地，在本发明的该优选实施例中，所述显示芯片20的所述芯片反射面201平行于所述棱镜31的所述光透面313。值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，由所述分光膜32反射形成的所述投射光路321朝反向于所述匀光光轴O₂的方向倾斜向上延伸，即所述投影镜头40沿所述投射光路321位于所述分光部件30的斜上方。因此，在本发明的该优选实施例中，通过特定的光路设计，即所述投射光路321的方向调整所述投影镜头40的位置，有利于减小所述投影模组沿所述匀光光轴O₂方向的长度，并有利于所述投影模组的小型化。

参照本发明说明书附图之图10所示，依照本发明上述第一较佳实施例的一投影模组在接下来的描述中被阐明。所述投影模组包括一照明系统10、被设置于所述照明系统光出射方向的一显示芯片20、一分光部件30以及至少一投影镜头40，经所述照明系统10发出的照明光线经所述分光部件30选择性地反射部分光线至所述显示芯片20，再由所述显示芯片20调制后形成带有图像的光线经所述分光部件向外投射出图像。在本发明的该优选实施例中，所述显示芯片20和所述分光部件30的结构和功能与上述第一较佳实施例基本相同，不同点在于所述照明系统10的所述匀光棒13的结构和所述分光部件30和所述投影镜头40的位置，以更好地匹配近眼显示设备整体的结构设计。

详细地说，所述匀光棒13的所述出射端132具有一透光区1321A，其中所述透光区1321A被形成于所述匀光棒13的所述下端面135，所述分光部件30被胶合于所述匀光棒13的所述出射端132的所述透光区1321A。所述投影镜头40位于所述分光部件30的光出射端，即成像光线经所述分光部件30的所述棱镜31被投射至所述投影镜头40。

所述匀光棒13的所述出射端132进一步具有一出射端面1320A，所述显示芯片20正对于所述出射端面1320A。与上述第一较佳实施例不同的是，所述出射端面1320A为一斜切面，所述出射端面1320A的斜切面所在平面与所述入射端131的所述入射端面1310所在平面互相垂直，即所述出射端面1320A为自上向下倾斜的斜切面，以便由所述显示芯片20向下引导所述成像光线至所述分光部件30。

值得一提的是，在本发明的该优选实施例中，由所述显示芯片20调制后发出的带有成像信息的光线经所述匀光棒13的所述出射端132并透过所述分光部件30的所述棱镜31和所述分光膜32形成一投射光路321A，带有成像信息的光线沿所述投射光路321A至所述投影镜头40。由所述分光膜32透射形成的所述投射光路321A朝反向于所述匀光光轴O₂的方向倾斜向下延伸，即所述投影镜头40沿所述投射光路321A位于所述分光部件30的斜下方。因此，在本发明的该优选实施例中，通过特定的光路设计，即所述投射光路321A的方向调整所述投影镜头40的位置，有利于减小所述投影模组沿所述匀光光轴O₂方向的长度，并有利于所述投影模组的小型化。

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 (16)

1.一照明系统，包括：

一光源；

一聚光透镜组，其中所述光源发出的光线被所述聚光透镜组汇聚，形成一聚光光路；以及

一匀光棒，其中所述光线沿所述聚光光路进入所述匀光棒，并被所述匀光棒反射形成至少一反射光路，其中所述匀光棒包括一入射端、一出射端以及位于所述入射端和所述出射端之间的一匀光主体，光线沿所述匀光棒的一匀光光轴方向自所述入射端、匀光主体以及所述出射端经多次反射形成所述反射光路，其中所述入射端具有一入射端面，所述入射端的所述入射端面为形成在所述入射端端部的一斜切面。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述匀光棒为H方向宽，V方向窄的长方体玻璃棒。

3.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第二透镜为具有沿V方向光焦度的柱面镜，以使得光线沿H方向大于沿V方向的光线发散角，提高光线沿H方向的反射次数。

4.根据权利要求3所述的照明系统，其中所述第一透镜为球面镜。

5.根据权利要求4所述的照明系统，其中所述入射端的所述入射端面与所述下端面之间呈45°夹角。

6.根据权利要求5所述的照明系统，其中所述光源具有一发光面，所述光源的发光面与所述入射端的所述入射端面相平行，其中所述聚光透镜组具有一聚光光轴，所述聚光透镜组的所述聚光光轴垂直于所述匀光棒的所述入射端面。

7.根据权利要求6所述的照明系统，其中所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面平行于所述入射端的所述入射端面。

8.根据权利要求6所述的照明系统，其中所述匀光棒的所述出射端进一步具有一出射端面，其中所述出射端的所述出射端面为形成于所述出射端端部的斜切面，且所述出射端的所述出射端面垂直于所述入射端的所述入射端面。

9.一投影模组，包括：

一照明系统，其中所述照明系统包括一光源、一聚光透镜组以及一匀光棒，所述聚光透镜组被设置于所述光源和所述匀光棒之间；

一显示芯片；以及

一分光部件，其中所述匀光棒进一步包括一入射端、一出射端以及位于所述入射端和所述出射端之间的一匀光主体，所述显示芯片和所述分光部件被设置于所述匀光棒的所述出射端的光出射方向，其中所述匀光棒具有一匀光光轴，所述分光部件被胶合于所述出射端，并且由所述显示芯片反射出的带有图像信息的光线经所述分光部件形成一投射光路，其中投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜延伸，以减小所述投影模组沿所述匀光棒的所述匀光光轴方向的长度。

10.根据权利要求9所述的投影模组，其中所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一上端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向上延伸。

11.根据权利要求9所述的投影模组，其中所述出射端进一步具有一透光区，所述分光部件被胶合于所述出射端的所述透光区，其中所述透光区位于所述匀光棒的一下端面，其中所述分光部件形成的所述投射光路朝反向于所述匀光棒的所述匀光光轴的方向倾斜向下延伸。

12.根据权利要求10或11所述的投影模组，进一步包括一投影镜头，其中所述投影镜头沿所述投射光路被设置于所述分光部件的光出射端。

13.根据权利要求12所述的投影模组，其中所述分光部件包括一棱镜和一分光膜，其中所述棱镜具有一棱镜入射端面和一棱镜出射端面，所述分光膜被一体地形成于所述棱镜的所述棱镜入射端面，成像光线经所述棱镜的所述棱镜入射端面入射到所述棱镜，并自所述棱镜的所述棱镜出射端面出射至所述投影镜头。

14.根据权利要求12所述的投影模组，其中所述匀光棒的所述入射端具有一入射端面，其中所述入射端面是形成于所述入射端的所述斜切面，所述光源和所述聚光透镜组位于所述匀光棒的斜上方，以减小所述投影模组沿所述匀光棒的所述匀光光轴方向的长度。

15.一投影模组，包括：

如权利要求1至8任一所述的照明系统；

一分光部件以及一显示芯片，其中所述分光部件被设置于所述匀光棒的所述出射端，所述分光部件选择性地透过或反射部分光线至所述显示芯片，由所述显示芯片反射出带有图像信息的光线。

16.根据权利要求15所述的投影模组，其中所述聚光透镜组包括一第一透镜和一第二透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜的光入射方向的前端，其中所述第二透镜为具有沿V方向光焦度的柱面镜，以使得光线沿H方向大于沿V方向的光线发散角，提高光线沿H方向的反射次数。

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