一种数字光处理系统及装置的制作方法

1.本技术属于数字光处理(digital light processing，dlp)技术领域，尤其涉及一种数字光处理系统及装置。


背景技术：

2.dlp技术是一种使用在投影仪和背投电视中的显示技术，被广泛应用于增强现实(augmented reality，ar)和虚拟现实(virtual reality，vr)等显示技术领域，例如，近眼显示(near-to-eye display)装置、微型投影装置等。目前，基于dlp技术实现的显示装置，普遍存在结构复杂、体积大、重量重的问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种数字光处理系统及装置，以解决现有的基于dlp技术实现的显示装置，普遍存在结构复杂、体积大、重量高的问题。
4.本技术实施例的第一方面提供一种数字光处理系统，包括光源装置、补偿棱镜、透射反射镜、数字光处理光调制器件及成像光学系统；
5.所述光源装置被配置为发射照明光线；
6.所述照明光线经所述补偿棱镜进行光程补偿和减小像差后，透过所述透射反射镜入射至所述数字光处理光调制器件；
7.所述数字光处理光调制器件被配置为根据所述照明光线生成图像；
8.所述图像的光线经所述透射反射镜反射至所述成像光学系统，再经所述成像光学系统成像于所述数字光处理系统的出瞳位置。
9.在一个实施例中，所述光源装置包括光源和导光器件；
10.所述光源被配置为发射照明光线；
11.所述照明光线经所述导光器件匀光后，入射至所述补偿棱镜。
12.在一个实施例中，所述光源为具有朗伯体发光特性的单色led光源、红外 led光源或三基色led光源。
13.在一个实施例中，所述补偿棱镜的入射面朝向所述光源装置的出射面，所述补偿棱镜的出射面朝向所述透射反射镜的透射面，所述补偿棱镜的入射面和出射面之间的夹角的取值范围为20
°
～25
°
。
14.在一个实施例中，所述透射反射镜为平面型、三棱形或立方体型透射反射镜。
15.在一个实施例中，所述成像光学系统为短焦距目镜系统。
16.在一个实施例中，所述短焦距目镜系统的视场角的取值范围为30
°
～50
°
。
17.在一个实施例中，所述数字光处理光调制器件包括数字微镜器件；
18.所述数字微镜器件被配置为：
19.根据所述照明光线生成图像；
20.根据启动信号倾斜+17
°
，将所述图像的光线反射至所述透射反射镜；
21.根据关闭信号倾斜-17
°
，改变所述图像的光线的反射角度，不将所述图像的光线反射至所述透射反射镜。
22.在一个实施例中，所述数字微镜器件的尺寸的取值范围为0.2英寸～0.5英寸。
23.本技术实施例的第二方面提供一种数字光处理装置，包括第一方面提供的数字光处理系统，所述数字光处理装置为近眼显示装置或微型投影装置。
24.本技术实施例的第一方面提供的数字光处理系统，仅由光源装置、补偿棱镜、透射反射镜、数字光处理光调制器件及成像光学系统构成；光源装置发射的照明光线经补偿棱镜进行光程补偿和减小像差后，透过透射反射镜入射至数字光处理光调制器件，数字光处理光调制器件根据照明光线生成的图像的光线经透射反射镜反射至成像光学系统，再经成像光学系统成像于数字光处理系统的出瞳位置，结构简单，体积小，重量轻，尤其适用于近眼显示装置和微型投影装置，利于携带。
25.可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本技术实施例提供的数字光处理系统的第一种结构示意图；
28.图2是本技术实施例提供的数字光处理系统的第二种结构示意图。
29.附图标记说明：
30.100-光源装置，101-光源，102-导光器件；
31.200-补偿棱镜；
32.300-透射反射镜；
33.400-dlp光调制器件；
34.500-成像光学系统；
35.600-出瞳位置。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
37.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
38.本技术实施例提供的dlp系统，可以应用于近眼显示装置、微型投影装置等基于dlp技术实现的显示装置。
39.在应用中，近眼显示装置和微型投影装置都可以根据实际需要设置为可穿戴式装置或便携式装置，例如，近眼显示装置可以设置为ar或vr眼镜、ar 或vr头盔等头戴式近眼显示装置，微型投影装置可以设置为掌上投影机等便携式微型投影装置。
40.如图1和图2所示，本技术实施例提供的dlp系统，包括光源装置100、补偿棱镜200、透射反射镜300、dlp光调制器件400及成像光学系统500；
41.光源装置100被配置为发射照明光线；
42.照明光线经补偿棱镜200进行光程补偿和减小像差后，透过透射反射镜300 入射至dlp光调制器件400；
43.dlp光调制器件400被配置为根据照明光线生成图像；
44.图像的光线经透射反射镜300反射至成像光学系统500，再经成像光学系统500成像于dlp系统的出瞳位置600。
45.图1和图2中示例性的示出照明光线为实线箭头，图像的光线为虚线箭头。
46.在应用中，光源装置可以通过光源和导光器件等实现；其中，光源用于发射照明光线；导光器件用于对照明光线进行匀光，使得照明光线可以均匀的入射至补偿棱镜。
47.在应用中，光源可以采用单色光源、红外(infrared，ir)光源或三基色(红 (red，r)、绿(green，g)、蓝(blue，b))光源。
48.在应用中，采用单色光源，使得dlp光调制器件可以对应生成单色图像；采用红外光源，使得dlp光调制器件可以对应生成红外图像；采用三基色光源，使得dlp光调制器件可以对应生成彩色图像，色彩艳丽。
49.在应用中，光源具体可以采用激光光源或发光二极管(light-emitting diode， led)光源实现，例如，单色激光或单色led光源、红外激光或单色led光源、三基色激光或三基色led光源等；其中，各种类型的光源可以具有朗伯体发光特性，以使得光源发射的照明光束经过导光器件之后可以更加均匀的入射至补偿棱镜。
50.在应用中，导光器件可以通过导光板、扩散板等具有导光和匀光功能器件实现。照明光线经导光器件匀光，可以提高光能利用效率，提高dlp光调制器件生成的图像的对比度、清晰度和真实度。
51.如图2所示，在一个实施例中，光源装置100包括光源101和导光器件102；
52.光源101被配置为发射照明光线；
53.照明光线经导光器件102匀光后，入射至补偿棱镜200。
54.在一个实施例中，光源为具有朗伯体发光特性的单色led光源、红外led 光源或三基色led光源。
55.在应用中，补偿棱镜可以根据实际需要设置为任意形状，只要能够设置于光源装置的出射面和透射反射镜的透射反射面之间，实现对照明光线的光程补偿和减小像差即可，例如，补偿棱镜可以设置为三角形、梯形等。
56.在应用中，由于照明光线经过透射反射镜的部分光程差较大，因此，通过在光源装置的出射面和透射反射镜的透射反射面之间设置补偿棱镜，用于补偿照明光线的光程，减小像差，利于完善整个数字光处理系统的照明设计。
57.在一个实施例中，补偿棱镜的入射面朝向光源装置的出射面，补偿棱镜的出射面朝向透射反射镜的透射面，补偿棱镜的入射面和出射面之间的夹角的取值范围为20
°
～25
°
。
58.在应用中，为了使得补偿棱镜在实现光程补偿和减小像差功能的同时，能够最大限度的减小补偿棱镜的体积，进而减小整个系统的体积，补偿棱镜的入射面可以平行于照明装置的出射面，补偿棱镜的出射面可以平行于透射反射镜的透射反射面，还可以将补偿棱镜的入射面和出射面之间的夹角设置为20
°
～25
°
之间的角度，例如，20
°
、21
°
、22
°
、23
°
、24
°
、25
°
等。
59.如图2所示，示例性的示出了补偿棱镜200的入射面和出射面之间的夹角θ，补偿棱镜200的入射面平行于照明装置100的出射面，补偿棱镜200的出射面平行于透射反射镜300的反射面。
60.在一个实施例中，透射反射镜为平面型、三棱形或立方体型透射反射镜；
61.透射反射镜的透射面朝向补偿棱镜的出射面，透射反射镜的反射面朝向 dlp光调制器件的入射面和成像光学系统的入射面；
62.照明光线经补偿棱镜进行光程补偿后，透过透射反射镜的透射面入射至 dlp光调制器件的入射面；
63.图像的光线经透射反射镜的反射面反射至成像光学系统的入射面。
64.在应用中，透射反射镜设置在补偿棱镜、dlp光调制器件及成像光学系统之间，用于透过经由补偿棱镜进行光程补偿和减小像差之后的照明光线，使得照明光线可以入射至dlp光调制器件生成图像，还用于反射图像的光线，使得图像的光线可以入射至成像光学系统成像于出瞳位置。
65.在应用中，透射反射镜可以根据实际需要设置为平面型、三棱形或立方体型透射反射镜，只要能够实现透射照明光线和反射图像的光线的功能即可，例如，透射反射镜可以设置为三棱形的直角棱镜；其中，直角棱镜的斜面外侧朝向补偿棱镜的出射面作为其透射面、斜面内侧朝向dlp光调制器件的入射面和成像光学系统的入射面作为其反射面、第一直角面外侧朝向dlp光调制器件的入射面、第二直角面外侧朝向成像光学系统的入射面。
66.在应用中，通过将透射反射镜设置为三棱形或立方体型，利于装配；通过将直角棱镜设置为平面型或三棱形，可以减小整个系统的体积。
67.如图1和图2所示，示例性的示出了透射反射镜300为直角棱镜，直角棱镜的斜面外侧、第一直角面外侧及第二直角面外侧分别朝向补偿棱镜200的出射面、dlp光调制器件400的入射面和成像光学系统500的入射面。
68.在一个实施例中，dlp光调制器件包括数字微镜器件；
69.数字微镜器件被配置为：
70.根据照明光线生成图像；
71.根据启动信号倾斜+17
°
，将图像的光线反射至透射反射镜；
72.根据关闭信号倾斜-17
°
，改变图像的光线的反射角度，不将图像的光线反射至透射反射镜。
73.在应用中，dlp光调制器件可以通过基于美国德州仪器(ti)公司开发的数字微镜器件(digital micromirror device，dmd)实现，用于根据照明光线基于可视数字信息显示
的技术生成图像。dmd接收到启动信号时，倾斜+17
°
， dmd处于投影状态，此时可以将图像的光线反射至透射反射镜，且该倾斜角度的设置，使得图像的光线可再经透射反射镜反射至成像光学系统并成像于出瞳位置；dmd接收到关闭信号时，倾斜-17
°
，改变图像的光线的反射角度， dmd处于非投影状态，此时无法将图像的光线反射至透射反射镜。
74.在一个实施例中，dmd的尺寸的取值范围为0.2英寸～0.5英寸。
75.在应用中，dlp光调制器件可选择体积尽量小的显示源，显示源主要为dmd显示芯片。显示源优先选用尺寸为0.2英寸至0.5英寸的dmd显示芯片，例如，0.2英寸、0.23英寸、0.31英寸、0.47英寸等。
76.在应用中，成像光学系统可以由球面透镜、非球面透镜、反射镜、棱镜等多种光学元件按一定次序组合而成，用于将透射反射镜反射的图像的光线成像于出瞳位置，最终完成成像显示功能，使得人眼可以直接在出瞳位置接收图像，或者，经过设置于出瞳位置的传输介质(例如，波导片、棱镜)传输后被人眼接收，在人眼的视网膜内形成虚像。成像光学系统还可以用于对图像的光线进行像差校正。
77.在一个实施例中，成像光学系统为短焦距目镜系统，短焦距目镜系统的视场角的取值范围为30
°
～50
°
。
78.在应用中，成像光学系统可以使用视场角在30
°
～50
°
范围内的任意短焦距目镜系统，短焦距目镜系统的视场角具体可以为30
°
、35
°
、40
°
、45
°
、 50
°
等。
79.如图1和图2所示，示例性的示出了成像光学系统500为由四个透镜组成的短焦距目镜系统。
80.在应用中，数字光处理系统和控制设备可包括但不仅限于上述部件。本领域技术人员可以理解，图1和图2所示仅仅是数字光处理系统的举例，并不构成对数字光处理系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如，目镜镜头、几何阵列光波导片、衍射光波导片等。
81.本技术实施例提供的数字光处理系统，仅由光源装置、补偿棱镜、透射反射镜、数字光处理光调制器件及成像光学系统构成；光源装置发射的照明光线经补偿棱镜进行光程补偿和减小像差后，透过透射反射镜入射至数字光处理光调制器件，数字光处理光调制器件根据照明光线生成的图像的光线经透射反射镜反射至成像光学系统，再经成像光学系统成像于数字光处理系统的出瞳位置，结构简单，体积小，重量轻，尤其适用于近眼显示装置和微型投影装置，利于携带；
82.采用单色光源，使得dlp光调制器件可以对应生成单色图像；采用红外光源，使得dlp光调制器件可以对应生成红外图像；采用三基色光源，使得dlp 光调制器件可以对应生成彩色图像，色彩艳丽；
83.照明光线经导光器件匀光，可以提高光能利用效率，提高dlp光调制器件生成的图像的对比度、清晰度和真实度；
84.通过在光源装置的出射面和透射反射镜的透射反射面之间设置补偿棱镜，用于补偿照明光线的光程，减小像差，利于完善整个数字光处理系统的照明设计；
85.通过将透射反射镜设置为三棱形或立方体型，利于装配；通过将直角棱镜设置为平面型或三棱形，可以减小整个系统的体积。
86.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记
载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
87.以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。