光学系统、图像显示方法及光学显示设备与流程

本申请实施例涉及光学显示，更具体地，本申请实施例涉及一种光学系统、图像显示方法及光学显示设备。

背景技术：

1、随着虚拟现实(vr)技术的快速发展，消费者对vr设备的佩戴舒适性和便携性提出了更高要求。光学系统的厚度成为制约vr设备轻薄化的关键因素之一。当前，主流的vr设备普遍采用折叠光路的光学系统，此时光学系统的光学厚度通常维持在15-20mm之间，这已成为进一步降低光学设备厚度和重量的关键瓶颈。因此，如何突破这一限制，实现光学系统光学厚度的显著压缩，成为vr技术发展中亟待解决的技术难题。

2、全息显示技术作为一种创新的光学解决方案，因其独特的成像机制和潜在的轻薄化优势，被视为传统透镜的有力替代者。全息显示技术通过记录并再现物体光波的振幅和相位信息，能够在无透镜或少量透镜的条件下实现图像的清晰呈现，从而有望实现光学系统厚度的进一步降低。然而，全息显示技术在应用过程中也面临严峻的挑战，如对光线入射波长和波长带宽的严苛要求。当前行业内尚未有成熟的解决方案能够完美满足这些条件，这在一定程度上限制了全息显示技术在如vr设备中的广泛应用。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种光学系统、图像显示方法及光学显示设备的新技术方案。

2、第一方面，本申请提供了一种光学系统。所述光学系统包括：

3、包括图像显示组件，所述图像显示组件包括：

4、光源，用于发射激光光束；

5、准直组件，设置在所述光源的出光路径上，用于对入射的激光光束进行扩束及准直，变成准直光束；

6、导光元件，设置在所述准直组件的出光路径上，用于接收所述准直光束并进行内部全反射传播后耦出，形成面光源；

7、液晶元件，设置在所述导光元件的出光路径上，用于对入射的光束进行选择性的透射；及

8、滤光元件，设置在所述液晶元件的出光路径上，用于过滤所述液晶元件出射的光束，实现像素分子发光形成显示图像。

9、可选地，所述液晶元件包括液晶分子、封装液晶分子的基板及控制模块；

10、其中，所述控制模块用于向所述液晶分子施加电压，从而使得所述液晶元件能够根据所述液晶分子的排列状态调控光束的透过与阻挡。

11、可选地，所述滤光元件为彩色滤光膜，用于过滤所述液晶元件出射的光束，实现不同颜色像素分子发光。

12、可选地，所述导光元件为衍射光波导片。

13、可选地，所述导光元件包括基底及设置在所述基底上的耦入区及耦出区，其中，所述耦入区及所述耦出区设置有衍射元件；

14、所述准直光束垂直入射至所述耦入区，经所述基底全反射传播至所述耦出区后垂直出射至所述液晶元件。

15、可选地，所述图像显示组件还包括扩散膜，所述扩散膜设置在所述滤光元件背离所述液晶元件的一侧，所述扩散膜用于扩大入射光束的发散角。

16、可选地，所述光学系统包括全息元件，所述全息元件设置在所述滤光元件的出光路径上。

17、可选地，所述全息元件呈水平设置，所述导光元件与所述全息元件为平行设置。

18、可选地，所述全息元件呈水平设置，所述导光元件相对于所述全息元件为倾斜设置，且所述导光元件(3)与所述全息元件(6)之间的夹角为θ，θ满足：

19、θ＝acrsin(nλ/2d)；

20、其中，n是全息元件6的折射率，λ是入射光的波长，d是全息元件6的周期，θ是导光元件3和全息元件6之间的夹角。

21、可选地，所述准直组件包括扩束元件及准直元件；

22、所述扩束元件位于靠近所述光源的一侧；

23、所述准直元件位于所述扩束元件的出光路径上，并在所述导光元件的厚度方向上与所述耦入区相对，经过所述准直元件出射的准直光束垂直入射至所述耦入区，通过所述耦入区的衍射元件后进入所述导光元件内部进行全反射传播。

24、可选地，所述光源为彩色激光光源。

25、第二方面，本申请提供了一种图像显示方法，所述图像显示方法包括：

26、由光源发射激光光束；

27、使所述激光光束经过准直组件进行扩束及准直处理，变为准直光束；

28、将所述准直光束衍射进入导光元件内部，经全反射传播后衍射耦出，形成面光源；

29、将衍射耦出的激光光束垂直入射到液晶元件，通过控制模块控制液晶分子的偏转，实现光线透过液晶分子或被液晶分子阻挡，以控制光线亮度；

30、使透过的液晶分子光线透过滤光元件，实现不同颜色像素分子的发光，从而形成显示图像。

31、第三方面，本申请提供了一种光学显示设备，所述光学显示设备包括：

32、壳体；及

33、如第一方面所述光学系统，所述光学系统设置于所述壳体。

34、可选地，所述光学显示设备为vr智能眼镜；

35、所述vr智能眼镜包括镜框以及设置在镜框上的第一光学系统和第二光学系统；

36、所述镜框包括框架以及与所述框架连接的左镜腿和右镜腿；

37、所述第一光学系统中的导光元件设置于所述框架的左侧，所述第二光学系统中的导光元件设置于所述框架的右侧，分别对应用户的左眼和右眼；

38、任一所述导光元件上叠设有所述液晶元件及所述滤光元件，所述液晶元件和所述滤光元件与所述导光元件的耦出区相对并位于背离所述耦出区33的一侧表面上；

39、所述第一光学系统中的光源及准直组件设置于所述框架上靠近左镜腿的一侧，并与该第一光学系统中的导光元件上的耦入区相对应；

40、所述第二光学系统中的光源及准直元件位于所述框架上靠近右镜腿的一侧，并与该第二光学系统中的导光元件上的耦入区相对应。

41、本申请的有益效果为：

42、本申请实施例提供了一种光学系统，旨在提供一种创新的图像显示解决方案，其核心在于将原本的点光源——激光光源，通过特殊的光学设计扩展并转换为面光源，这一转换不仅显著增强了背光的亮度均匀性，使得图像显示更为清晰均匀，而且，由于光源具备窄波长带宽的特性，可以契合全息元件对光线波长和带宽的严苛要求。通过将这种新型光学系统(背光系统)与全息显示技术相融合，克服了全息显示技术在光线条件上的限制，共同促成了光学系统厚度的显著缩减。本申请的提出不仅有助于推动vr技术的进一步发展，还将为消费者带来更加轻薄、舒适的vr佩戴体验。

43、通过以下参照附图对本说明书的示例性实施例的详细描述，本说明书的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种光学系统，其特征在于，包括图像显示组件；

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述液晶元件(4)包括液晶分子、封装液晶分子的基板及控制模块；

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述滤光元件(5)为彩色滤光膜，用于过滤所述液晶元件(4)出射的光束。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述导光元件(3)为衍射光波导片。

5.根据权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述导光元件(3)包括基底(31)及设置在所述基底(31)上的耦入区(32)及耦出区(33)，其中，所述耦入区(32)及所述耦出区(33)设置有衍射元件；

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述图像显示组件还包括扩散膜，所述扩散膜设置在所述滤光元件(5)背离所述液晶元件(4)的一侧，所述扩散膜用于扩大入射光束的发散角。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统包括全息元件(6)，所述全息元件(6)设置在所述滤光元件(5)的出光路径上。

8.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述全息元件(6)呈水平设置，所述导光元件(3)与所述全息元件(6)为平行设置。

9.根据权利要求7所述的光学系统，其特征在于，所述全息元件(6)呈水平设置，所述导光元件(3)相对于所述全息元件(6)为倾斜设置，且所述导光元件(3)与所述全息元件(6)之间的夹角为θ，θ满足：

10.根据权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述准直组件(2)包括扩束元件(21)及准直元件(22)；

11.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源(1)为彩色激光光源。

12.一种图像显示方法，其特征在于，包括：

13.一种光学显示设备，其特征在于，包括：

14.根据权利要求13所述的光学显示设备，其特征在于，所述光学显示设备为vr智能眼镜；

技术总结本申请实施例提供了一种光学系统、图像显示方法及光学显示设备；其中，所述光学系统包括图像显示组件，所述图像显示组件包括：光源，准直组件，导光元件，液晶元件及滤光元件；所述光源用于发射激光光束；所述准直组件设置在所述光源的出光路径上，用于对入射的激光光束进行扩束及准直，变成准直光束；所述导光元件设置在所述准直组件的出光路径上，用于接收所述准直光束并进行内部全反射传播后耦出，形成面光源；所述液晶元件设置在所述导光元件的出光路径上，用于对入射的光束进行选择性的透射；所述滤光元件设置在所述液晶元件的出光路径上，用于过滤所述液晶元件出射的光束，实现像素分子发光形成显示图像。技术研发人员：丁腾,周彦廷,张绍谦受保护的技术使用者：潍坊歌尔电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14