一种空间光调制器、成像光调制方法及投影系统

技术领域

本申请涉及投影技术领域，特别是涉及一种空间光调制器、成像光调制方法及投影系统。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)是一种实时采集现实世界信息，并将虚拟信息、图像等与现实世界相结合的显示技术，有望成为继个人电脑、智能手机后的新一代信息交互终端，具有广阔的市场规模和想象空间。

AR硬件显示系统通常包含微型光机(optical engine)和光学组合器(opticalcombiner)两部分。其中，AR设备中采用的微型光机是用于生成图像光线的器件，主要技术路线包括LCoS(硅基液晶，Liquid Crustal On Silicon)、Laser Beam Scanning(激光束扫描)、Micro LED(微米发光二极管，Micro Light Emitting Diode)、Micro OLED(微型有机发光二极管，Micro Organic Light-Emitting Diode)等。光学组合器的作用是将实际环境光线和图像光线进行组合，使得人眼同时能够观察到环境和光机产生的图像信息。

具体地，AR设备中的光机系统用于生成投影显示图像，基于LCoS和DMD(数字微镜元件，Digital Micromirror Device)的投影系统是非主动发光芯片投影方案中的主流。

第一，LCOS是一种新型的结合半导体与LCD技术的新型微显示技术，具有高分辨率、高亮度的特性，加上其产品结构简单，亦具有低成本的优点。但是LCOS光学引擎系统复杂，且系统能量利用率较低，不利于AR设备的小型化和轻型化，影响AR设备的佩戴舒适感。

第二，DMD是由许多小型铝制反射镜面构成的，镜片的多少由显示分辨率决定，一个小镜片对应一个像素。将物体成像DMD器件上，通过DMD器件的像素级可控特性及其高速的翻转频率，再将每个像点依次扫描到探测器上，实现白天对可见光条件下物体的高速被动式点扫描成像，加入适当光源还可实现主动式扫描成像。

其中，以DMD器件为核心的投影显示又称为DLP投影显示技术(Digital LightProcessing)。DLP投影系统主要可以分为远心和非远心两种结构，远心结构系统亮度均匀性好，但是采用的偏心设计会引起投影物镜口径增大，导致整个系统体积的增加；非远心结构比较简单，光学元件少，但是投影物镜的前组镜片口径较大，而且偏心量固定，无法调节。

发明内容

本申请至少提供一种空间光调制器、成像光调制方法及投影系统。

本申请第一方面提供了一种空间光调制器，该空间光调制器用于基于接收的照明光产生成像光，包括：

基底；

微反射镜阵列，设置于基底，用于基于接收的照明光产生成像光，微反射镜阵列包括多个微反射镜，微反射镜用于反射不同波长的多个照明光；

控制器，控制器与微反射镜电连接，用于判断将入射至微反射镜的照明光的波长，并控制微反射镜根据照明光对应的波长，控制微反射镜旋转至对应的预设旋转角度，多个照明光在对应的预设旋转角度下分别产生主级衍射形成成像光并沿同一方向出射。

可选地，预设旋转角度包括第一旋转角度、第二旋转角度以及第三旋转角度，多个照明光包括第一波长的第一照明光、第二波长的第二照明光以及第三波长第三照明光；其中，第一波长大于第二波长，且小于第三波长；

其中，照明光为第一照明光，控制器控制微反射镜旋转至第一旋转角度；照明光为第二照明光，控制器控制微反射镜旋转至第二旋转角度；照明光为第三照明光，控制器控制微反射镜旋转至第三旋转角度。

可选地，第一波长的范围为515nm-535nm，第二波长的范围为415nm-440nm，第三波长的范围为620nm-655nm。

可选地，第一旋转角度的范围为15°-15.5°，第二旋转角度的范围为16°-17°，第三旋转角度的范围为18°-19°。

可选地，预设旋转角度包括第一旋转角度和第二旋转角度，多个照明光包括第一波长的第一照明光、第二波长的第二照明光以及第三波长第三照明光；其中，第一波长大于第二波长，且小于第三波长；

其中，照明光为第一照明光，控制器控制微反射镜旋转至第一旋转角度；照明光为第二照明光，控制器控制微反射镜旋转至第二旋转角度；照明光为第三照明光，控制器控制微反射镜旋转至第二旋转角度。

可选地，第一波长的范围为520nm-550nm，第二波长的范围为415nm-440nm，第三波长的范围为620nm-655nm。

可选地，第一旋转角度的范围为10°-10.5°，第二旋转角度的范围为12°-12.7°。

可选地，控制器包括处理芯片，处理芯片通过控制至少一个微反射镜阵列的工作电压，以控制微反射镜旋转至不同的预设旋转角度。

本申请第二方面提供了一种成像光调制方法，该成像光调制方法包括：

判断将入射至微反射镜的照明光的波长；

根据照明光对应的波长，控制微反射镜旋转至对应的预设旋转角度；

循环上述步骤，以使多个照明光在对应的预设旋转角度下分别产生主级衍射形成成像光并沿同一方向出射。

本申请第三方面提供了一种投影系统，该投影系统包括：

光源，用于出射多个不同波长的照明光；

空间光调制器，设置于照明光的传输路径上，用于基于多个不同波长的照明光产生成像光，空间光调制器包括：

基底；

微反射镜阵列，设置于基底，用于基于多个不同波长的照明光产生成像光，微反射镜阵列包括多个微反射镜，微反射镜用于反射不同波长的多个照明光；

控制器，控制器与微反射镜电连接，用于判断将入射至微反射镜的照明光的波长，并控制微反射镜根据照明光对应的波长，控制微反射镜旋转至对应的预设旋转角度，多个照明光在对应的预设旋转角度下分别产生主级衍射形成成像光并沿同一方向出射；

投影镜头，设置于成像光的传输路径上，用于接收成像光以成像。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请设置与微反射镜电连接的控制器，通过控制器控制多个微反射镜与平行于基底的平面之间的预设旋转角度，以使不同波长的照明光均能转化为衍射效率最高的成像光出射，能够提高应用该空间光调制器的投影系统的显示照明效率；另一方面，在缩小空间光调制器像素，即缩小至少一个微反射镜阵列中镜片尺寸大小的情况下，本申请通过控制器控制微反射镜与平行于基底的平面之间的预设旋转角度，仍能够输出衍射效率最高的成像光，同时实现缩小空间光调制器的尺寸，使得应用该空间光调制器的投影系统小型化。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

图1是本申请空间光调制器一实施例的结构示意图；

图2是本申请空间光调制器的工作原理示意图；

图3是图1中空间光调制器的第一工作示意图；

图4是图1中空间光调制器的第二工作示意图；

图5是本申请成像光调制方法一实施例的流程示意图；

图6是本申请投影系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请所提供的空间光调制器、成像光调制方法及投影系统做进一步详细描述。可以理解的是，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、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他步骤或单元。

本申请提供一种空间光调制器，请参阅图1，图1是本申请空间光调制器一实施例的结构示意图。如图1所示，空间光调制器10包括基底11、微反射镜阵列12以及控制器13，空间光调制器10用于基于接收的照明光产生成像光。

具体地，微反射镜阵列12设置于基底11，用于基于接收的照明光产生成像光。可选地，在本实施例中，基底11包括coms基底。

其中，微反射镜阵列12包括多个微反射镜121，微反射镜121用于反射微反射镜阵列12所接收到的不同波长的多个照明光。微反射镜121与平行于基底11的平面之间设置有至少一个预设旋转角度。控制器13与多个微反射镜121电连接，用于判断将入射至微反射镜121的照明光的波长，并控制微反射镜121根据照明光对应的波长，控制微反射镜121旋转至对应的预设旋转角度，多个照明光在对应的预设旋转角度下分别产生主级衍射形成成像光并沿同一方向出射。

可选地，为了使后续光学器件更完整地接收出射的多个成像光，控制器13可控制微反射镜121的预设旋转角度，以使多个成像光沿垂直于基底11的方向出射。

可选地，在本实施例中，控制器13包括处理芯片，处理芯片设置于基底11上，处理芯片通过控制多个微反射镜121的工作电压，以控制多个微反射镜121的旋转角度，进而控制微反射镜121根据入射的不同波长的多个照明光分别一一对应地旋转至不同的旋转角度。

可选地，在其它实施例中，控制器13还可为外接电脑或其它电压控制组件。

空间光调制器10包括微反射镜阵列12，微反射镜阵列12中的一个小镜片对应一个像素，每个像素阵列本质上为闪耀光栅。闪耀定义为将一段光谱的衍射转移到其他衍射阶次而非零阶。通过特殊设计，闪耀光栅能够实现在特定波长的较高衍射效率。

当单个像素与空间光调制器10的光栅平面存在γ的角度时，入射光设计为2γ角度，可以从几何反射上保证反射光垂直于光栅面出射，此时，单个像素所形成的单缝衍射包络的中心会位于垂直空间光调制器10的光栅平面的角度上，但周期像素导致的干涉级次则不会从垂直的0度角开始分布。当考虑周期化的像素时，单个像素所具有的具体形貌可以忽略，仅关心像素的周期排列位置，考虑到像素沿着空间光调制器10的光栅平面进行周期化的分布，因此当光束以2γ入射时，对应的干涉的0级级次一定位于另外一侧的2γ角度处，再以此为中心，分布其他高级级次。这就使得干涉的中心级次与单个像素衍射包络的中心分布错开了，使得干涉获得的级次并不一定存在中心主极大，典型的情况是在中间处存在两个能量都较强的干涉级次。若想避免这种情况的发生，则需要当光束以斜入射时，垂直出射的角度也是干涉级次的角度，这样干涉级次与衍射包络中心能够重新汇合。

然而由于角度够大并不满足小角近似，因此以2γ角度为中心的不同入射角，所对应的衍射分裂情况也略有差异，最终会使得当光束以一定锥角入射向空间光调制器10时，衍射收集效率的极大值会与上述干涉级次存在一定差异。当减小空间光调制器10的像素大小时，这个差异将会放大。

本实施例通过控制器13控制微反射镜阵列12中的多个微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度，使不同波长的照明光均能转化为衍射效率最高的成像光出射，且沿同一方向出射，提高投影系统的显示照明效率。具体结合图1，进一步参阅图2，图2是本申请空间光调制器的工作原理示意图。

如图2所示，微反射镜121与平行于基底11的平面之间的夹角α即为微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度。照明光入射微反射镜阵列12时，即入射对应的微反射镜121时，照明光与平行于基底11的平面之间的夹角θ即为照明光的入射角。

具体地，控制器13通过控制微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度，在不改变照明光入射角的前提下，使光源输出的照明光传输至空间光调制器10时，根据空间光调制器10闪耀光栅的特性发生衍射，并沿垂直于空间光调制器10的出射面分别输出照明光的衍射主级次光线。

结合图1-2，进一步参阅图3，图3是图1中空间光调制器的第一工作示意图。如图3所示，光源出射第一波长λ

具体地，如图3(a)所示，光源出射的照明光为第一照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第一旋转角度α

如图3(b)所示，光源出射的照明光为第二照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第二旋转角度α

如图3(c)所示，光源出射的照明光为第三照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第三旋转角度α

其中，在本实施例中，第一波长λ

可选地，第一旋转角度α

具体地，在本实施例中，光源在一个周期内以一定时序输出第一照明光、第二照明光以及第三照明光，控制器13以一定时序控制微反射镜121旋转至为第一旋转角度α

本实施例通过控制器13控制微反射镜121的预设旋转角度，以使对应波长的照明光输入空间光调制器10时，微反射镜121的预设旋转角度为该照明光发生衍射，且照明光的衍射主级次光线能够沿垂直于空间光调制器10的出射面出射，能够提高应用空间光调制器10的投影系统的显示照明效率。

结合图1-2，进一步参阅图4，图4是图1中空间光调制器的第二工作示意图。如图4所示，区别于上述实施例。本实施例预设旋转角度包括第一旋转角度α

具体地，如图4(a)所示，光源出射的照明光为第一照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第一旋转角度α

如图4(b)所示，光源出射的照明光为第二照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第二旋转角度α

如图4(c)所示，光源出射的照明光为第三照明光时，控制器13控制微反射镜121旋转至第二旋转角度α

本实施例设置预设旋转角度包括第一旋转角度α

其中，在本实施例中，第一波长λ

可选地，第一旋转角度α

本申请设置与多个微反射镜121电连接的控制器13，通过控制器13控制多个微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度，以使不同波长的照明光均能转化为衍射效率最高的成像光出射，能够提高应用空间光调制器10的投影系统的显示照明效率；另一方面，在缩小空间光调制器10像素，即缩小微反射镜阵列12中镜片尺寸大小的情况下，本申请通过控制器13控制微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度，仍能够输出衍射效率最高的成像光，同时实现缩小空间光调制器10的尺寸，使得应用该空间光调制器10的投影系统小型化。

本申请还提供一种成像光调制方法，请参阅图5，图5是本申请成像光调制方法一实施例的流程示意图。该成像光调制方法应用于上述实施例所揭示的空间光调制器10，具体结构在此不再赘述。

具体而言，如图5所示，本实施例包括如下步骤：

S11：判断将入射至微反射镜的照明光的波长。

其中，空间光调制器10通过控制器13判断将入射至微反射镜121的照明光的波长。

S12：根据照明光对应的波长，控制微反射镜旋转至对应的预设旋转角度。

其中，空间光调制器10通过步骤S11获取入射至微反射镜121的照明光的波长，并通过控制器13控制与其电连接的微反射镜121旋转，以使微反射镜121的预设旋转角度对应该入射至微反射镜121的照明光。

其中，微反射镜121接收不同波长的多个照明光，空间光调制器10循环步骤S11与步骤S12，以使不同波长的多个照明光在对应的预设旋转角度下分别产生主级衍射形成成像光并沿同一方向出射。

本申请还提供一种投影系统，请参阅图6，图6是本申请投影系统一实施例的结构示意图。如图6所示，投影系统20包括光源21、空间光调制器22以及投影镜头23。其中，该空间光调制器22为上述实施例所揭示的空间光调制器10，在此不再赘述。

其中，光源21用于出射多个不同波长的照明光，空间光调制器22设置于照明光的传输路径上，基于照明光出射成像光，投影镜头23设置于成像光的传输路径上，用于接收成像光以成像。

具体地，光源21所出射的多个不同波长的照明光以相同的入射角度入射空间光调制器22，空间光调制器22通过控制微反射镜121与平行于基底11的平面之间的预设旋转角度，以使不同波长的照明光均能转化为衍射效率最高的成像光出射，并沿同一方向出射。可选地，成像光以垂直于空间光调制器22的出射面的方向输出至投影镜头23，投影镜头23接收相互平行且垂直于投影镜头的入射平面的成像光，以根据成像光成像。

可选地，在本实施例中，光源21可包括激光器或LED，光源21按一定时序出射不同波长的照明光。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。