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WO2020062847A1 - 一种照明装置 - Google Patents

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WO2020062847A1
WO2020062847A1 PCT/CN2019/083924 CN2019083924W WO2020062847A1 WO 2020062847 A1 WO2020062847 A1 WO 2020062847A1 CN 2019083924 W CN2019083924 W CN 2019083924W WO 2020062847 A1 WO2020062847 A1 WO 2020062847A1
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WO
WIPO (PCT)
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fresnel lens
diffractive
illumination
beam splitter
light source
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/CN2019/083924
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宋强
翟婷婷
苏鹏华
马国斌
汪涛
彭雅珮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Lochn Optics Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Lochn Optics Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Shenzhen Lochn Optics Technology Co Ltd filed Critical Shenzhen Lochn Optics Technology Co Ltd
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/0944—Diffractive optical elements, e.g. gratings, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
    • G02B27/0938—Using specific optical elements
    • G02B27/095—Refractive optical elements
    • G02B27/0955—Lenses
    • G02B27/0961—Lens arrays

Definitions

  • the present invention relates to the field of lighting, and in particular, to a lighting device.
  • Augmented reality technology is a new technology that seamlessly integrates real-world information and virtual-world information. It is physical information that is difficult to experience in a certain time and space in the real world. Such as science and technology, the simulation is then superimposed, and the virtual information is applied to the real world, which is perceived by human senses, so as to achieve a sensory experience beyond reality.
  • Real environment and virtual objects are superimposed on the same picture or space in real time. Not only does it show real-world information, but it also displays virtual information at the same time, and the two kinds of information complement and superimpose each other.
  • users can use the head-mounted display to synthesize the real world and computer graphics multiple times, and then they can see the real world around it.
  • Near-eye display is a key component of augmented reality technology.
  • near-eye displays use refractive optical elements to complete the design of the lighting part, but most of the refractive optical element structures are relatively heavy. Summary of invention
  • An object of the present invention is to provide a lighting device capable of reducing the weight of the lighting device.
  • An illumination device the device includes: an illuminating light source, a diffractive Fresnel lens, a uniform light diffractive optical element, an illuminating beam splitter, and a micro display; the illuminating light source emits light and passes through the diffractive Fresnel in order.
  • the diffractive Fresnel lens includes a first diffractive Fresnel lens and a second diffractive Fresnel lens
  • the illumination light source passes through the first diffractive Fresnel lens, the second diffractive Fresnel lens, and the uniform light diffractive optical element in this order.
  • a surface of the uniform light diffractive optical element is a relief structure, and the relief structure is obtained by using a multi-wavelength iterative Fourier method.
  • the illumination light source is an integrated RGB three-color LED light source.
  • the illumination beam splitter uses a polarization beam splitter or a non-polarization beam splitter.
  • the present invention discloses the following technical effects:
  • the present invention provides an illuminating device that achieves collimation and homogenization by using a plurality of diffractive optical elements, wherein a Fresnel lens is used
  • the uniform light diffractive optical element then uniformizes the collimated light, so that the illumination on the microdisplay is uniform.
  • the present invention makes the lighting system structure more compact, lighter, and more uniform.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a first diffractive Fresnel lens according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a second diffractive Fresnel lens according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a uniform light diffractive optical element according to an embodiment of the present invention.
  • An object of the present invention is to provide a lighting device capable of reducing the weight of the lighting device.
  • an illumination device includes: an illumination light source 1, a diffractive Fresnel lens 2, a uniform light diffractive optical element 3, an illumination beam splitter 4, and a microdisplay 5; the illumination light source 1 emits light Passing through the diffractive Fresnel lens 2, the uniform light diffractive optical element 3, the illumination beam splitter 4 and the microdisplay 5 in this order.
  • the diffractive Fresnel lens 2 includes a first diffractive Fresnel lens 21 and a second diffractive Fresnel lens 22, and the illumination light source 1 passes through the first diffractive Fresnel lens 21 and the second diffraction in order.
  • the first Fresnel lens 21 and the Fresnel lens 22 can be modeled and designed in commercial optical design software such as ZEMA X CODEV FRED LIGHTTOOLs, and then the vector height can be converted into corresponding The pure phase, the design and operation methods are well known to those skilled in the art.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a first diffractive Fresnel lens according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a schematic diagram of a second diffractive Fresnel lens according to an embodiment of the present invention;
  • the surface of the uniform light diffractive optical element 3 is a relief structure, and the relief structure adopts a multi-wavelength iterative Fourier method (IFTA) and an algorithm based on the IFTA to modify it, a genetic algorithm, and a neural network algorithm.
  • IFTA multi-wavelength iterative Fourier method
  • the obtained method is also well known to those skilled in the art.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a uniform light diffractive optical element according to an embodiment of the present invention.
  • the illumination light source 1 uses an integrated RGB three-color LED light source.
  • the illumination beam splitter 4 uses a polarization beam splitter or a non-polarization beam splitter.
  • the micro display 5 uses LCOS or DMD.
  • DMD is a micro-display exclusively for Texas Instruments.
  • LCOS is a silicon-based liquid crystal display.
  • the illumination device of the present invention achieves collimation and homogenization by using a plurality of diffractive optical elements, wherein a Fresnel lens is used to collimate a divergent light source, and the uniform light diffractive optical element then collimates the collimated light.
  • the light is homogenized to make the illumination on the microdisplay uniform.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)

Abstract

一种照明装置，包括：照明光源(1)、衍射菲涅尔透镜(2)、匀光衍射光学元件(3)、照明分光器(4)和微显示器(5)；照明光源(1)发出光，依次经过衍射菲涅尔透镜(2)、匀光衍射光学元件(3)、照明分光器(4)和微显示器(5)。照明装置能够使得照明系统结构更加紧凑、轻便，照射均匀性高。

Description

说明书 发明名称:一种照明装置
技术领域
[0001] 本发明涉及照明领域， 特别是涉及一种照明装置。
背景技术
[0002] 增强现实技术， 它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术 ， 是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息， 通过电 脑等科学技术， 模拟仿真后再叠加， 将虚拟的信息应用到真实世界， 被人类感 官所感知， 从而达到超越现实的感官体验。 真实的环境和虚拟的物体实时地叠 加到了同一个画面或空间同时存在。 不仅展现了真实世界的信息，而且将虚拟的 信息同时显示出来， 两种信息相互补充、 叠加。 在视觉化的增强现实中， 用户 利用头盔显示器， 把真实世界与电脑图形多重合成在一起， 便可以看到真实的 世界围绕着它。
[0003] 近眼显示是增强现实技术中关键的组成部分， 目前近眼显示均采用折射光学元 件来完成照明部分的设计， 但是大部分折射光学元件结构的重量都是较大的。 发明概述
技术问题
[0004] 本发明的目的是提供一种照明装置， 能够减轻照明装置的重量。
问题的解决方案
技术解决方案
[0005] 一种照明装置， 所述装置包括： 照明光源、 衍射菲涅尔透镜、 匀光衍射光学元 件、 照明分光器和微显示器； 所述照明光源发出光， 依次经过所述衍射菲涅尔 透镜、 所述匀光衍射光学元件、 所述照明分光器和微显示器。
[0006] 可选的， 所述衍射菲涅尔透镜包括第一衍射菲涅尔透镜和第二衍射菲涅尔透镜
[0007] 所述照明光源依次经过所述第一衍射菲涅尔透镜、 所述第二衍射菲涅尔透镜和 所述勻光衍射光学元件。 [0008] 可选的， 所述匀光衍射光学元件的表面为浮雕结构， 所述浮雕结构通过采用多 波长的迭代傅里叶方法获取。
[0009] 可选的， 所述照明光源采用集成 RGB三色 LED光源。
[0010] 可选的， 所述照明分光器采用偏振分光器或者非偏振分光器。
[0011] 根据本发明提供的具体实施例， 本发明公开了以下技术效果： 本发明提供一种 照明装置， 通过利用多个衍射光学元件的方式实现准直和均匀化， 其中菲涅尔 透镜用于对发散的光源进行准直， 匀光衍射光学元件再将该准直光均匀化， 以 使得微显示器上的照明均匀。 本发明通过运用多个衍射光学元件， 使得照明系 统结构更加紧凑、 轻便， 照射均匀性高。
发明的有益效果
对附图的简要说明
附图说明
[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例中 所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发 明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前 提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013] 图 1为本发明实施例照明装置结构图；
[0014] 图 2为本发明实施例第一衍射菲涅尔透镜示意图；
[0015] 图 3为本发明实施例第二衍射菲涅尔透镜示意图；
[0016] 图 4为本发明实施例匀光衍射光学元件示意图。
发明实施例
本发明的实施方式
[0017] 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部 的实施例。 基于本发明中的实施例， 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， 都属于本发明保护的范围。
[0018] 本发明的目的是提供一种照明装置， 能够减轻照明装置的重量。 [0019] 为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图和具体 实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0020] 图 1为本发明实施例照明装置结构图。 如图 1所示， 一种照明装置， 所述装置包 括： 照明光源 1、 衍射菲涅尔透镜 2、 匀光衍射光学元件 3、 照明分光器 4和微显 示器 5 ; 所述照明光源 1发出光， 依次经过所述衍射菲涅尔透镜 2、 所述匀光衍射 光学元件 3、 所述照明分光器 4和微显示器 5。 所述衍射菲涅尔透镜 2包括第一衍 射菲涅尔透镜 21和第二衍射菲涅尔透镜 22, 所述照明光源 1依次经过所述第一衍 射菲涅尔透镜 21、 所述第二衍射菲涅尔透镜 22和所述匀光衍射光学元件 3。 所述 第一菲涅尔透镜 21和所述菲涅尔透镜 22, 可以先在商业光学设计软件诸如 ZEMA X CODEV FRED LIGHTTOOLs等软件中建模设计完成， 然后将其矢高用薄近似 理论转换为对应的纯相位， 该设计和操作方法已被该领域专业人员所熟知。 图 2 为本发明实施例第一衍射菲涅尔透镜示意图。 图 3为本发明实施例第二衍射菲涅 尔透镜示意图；
[0021] 所述匀光衍射光学元件 3的表面为浮雕结构， 所述浮雕结构通过采用多波长的 迭代傅里叶法 (IFTA)及其基于该 IFTA进行修正的算法、 遗传算法、 神经网络算 法所获得， 该方法也已被该领域的专业技术人员所熟知。 图 4为本发明实施例匀 光衍射光学元件示意图。
[0022] 所述照明光源 1采用集成 RGB三色 LED光源。
[0023] 所述照明分光器 4采用偏振分光器或者非偏振分光器。
[0024] 所述微显示器 5采用 LCOS或者 DMD。 DMD是德州仪器 (TI)专属的一种微显示 屏。 LCOS为硅基液晶显示屏。
[0025] 本发明的照明装置， 通过利用多个衍射光学元件的方式实现准直和均匀化， 其 中菲涅尔透镜用于对发散的光源进行准直， 匀光衍射光学元件再将该准直光均 匀化， 以使得微显示器上的照明均匀。 本发明通过运用多个衍射光学元件， 使 得照明系统结构更加紧凑、 轻便， 照射均匀性高。
[0026] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的都是与其 他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0027] 本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想； 同时， 对于本领域的一般 技术人员， 依据本发明的思想， 在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处 综上所述， 本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

权利要求书
[权利要求 1] 一种照明装置， 其特征在于， 所述装置包括： 照明光源、 衍射菲涅尔 透镜、 匀光衍射光学元件、 照明分光器和微显示器； 所述照明光源发 出光， 依次经过所述衍射菲涅尔透镜、 所述匀光衍射光学元件、 所述 照明分光器和微显示器。
[权利要求 2] 根据权利要求 i所述的照明装置， 其特征在于， 所述衍射菲涅尔透镜 包括第一衍射菲涅尔透镜和第二衍射菲涅尔透镜， 所述照明光源依次 经过所述第一衍射菲涅尔透镜、 所述第二衍射菲涅尔透镜和所述匀光 衍射光学元件。
[权利要求 3] .根据权利要求 i所述的照明装置， 其特征在于， 所述匀光衍射光学元 件的表面为浮雕结构， 所述浮雕结构通过采用多波长的迭代傅里叶方 法获取。
[权利要求 4] 根据权利要求 i所述的照明装置， 其特征在于， 所述照明光源采用集 成 RGB三色 LED光源。
[权利要求 5] 根据权利要求 1所述的照明装置， 其特征在于， 所述照明分光器采用 偏振分光器或者非偏振分光器。
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