[发明专利]光学系统及光学设备

说明书

本发明提供了一种光学系统及光学设备，包括：空间光调制器和光源；所述空间光调制器在未施加调制信号时，所述光源照射所述空间光调制器后输出的光在观测系统上形成具有预设宽度的光斑或光斑阵列；所述空间光调制器在施加调制信号后，所述光源照射所述空间光调制器后输出的被调制的光在观测系统上形成所需调制的像素点图像。本发明彻底避免了安全隐患，通过引入被动保护机制，在成像器件不工作或无法正常工作的情况下，经过光学系统的光束在观看者眼中或检测系统中将无法聚焦成单个亮点，而只有成像器件能够正常工作时，光束才能在人眼或检测系统中形成像素点，从而成像。

技术领域

本发明涉及光学领域，具体地，涉及一种光学系统及光学设备。

背景技术

激光器特别是半导体激光器作为新型光源具有亮度高，数值孔径小，颜色纯正等等优点。但由于数值孔径小，激光很容易聚成单个高亮度的小点。在显示类应用中，特别是穿戴式的AR/VR类应用中，单个超高亮度的点会带来安全隐患或者无法通过安全测试，限制了激光在这一领域的应用。

专利文献CN104898285A公开了一种获取光场均匀化激光的装置，激光光束照射全息散光片的第一面，穿透所述全息散光片之后进入所述MEMS变形镜，经由所述MEMS变形镜反射后再次从全息散光片的第二面进入所述全息散光片，有效的实现了激光光场的均匀化。

现有使用激光光源的显示类应用中，往往使用主动类安全措施，例如激光光源加MEMS振镜的显示系统，单束激光通过MEMS振镜快速扫描改变出射角度，在时间上将能量均分到整个图像上实现显示。若出现激光器仍在工作，但MEMS振镜损坏的情况，系统会触发保护机制，快速关闭激光器，避免出现单束强光长时间进入人眼同一位置造成视网膜损伤。但这一方式有赖于保护机制能够正常工作，若保护机制由于某些原因失效，将会带来很大的安全隐患。

在使用激光全息成像的方案中，由于空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)本身原因，在图像中间往往存在一个很亮的0级亮点(占总能量的5％～90％，视具体器件而定)。现有做法往往通过光阑遮蔽上述亮点(甚至遮蔽整个半边图像)来实现遮蔽杂光及安全保护。但这一方法在同样存在安全隐患，若上述遮蔽光阑失效(例如碰撞导致位移或遮蔽材料被强光击穿)，则仍然会带来安全问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种光学系统及光学设备。

根据本发明提供的一种光学系统，包括：空间光调制器和光源；

所述空间光调制器在未施加调制信号时，所述光源照射所述空间光调制器后输出的光在观测系统上形成一个具有预设宽度的光斑或光斑阵列；光斑或光斑阵列的预设大小可以使单位面积内的能量分布满足安全规范(例如0.5mw/mm²)

所述空间光调制器在施加调制信号后，所述光源照射所述空间光调制器后输出的被调制的光在观测系统上形成所需调制的图像。所述观测系统可以是人眼，也可以是相机、胶片或CCD、CMOS传感器等电子器件

优选地，所述空间光调制器使用相位调制。例如采用ECB或VA封装的硅基液晶器件(LCoS)或透射式的LCD，或者采用铁电液晶的LCoS，或者LC透镜。

优选地，所述光源包括激光。

优选地，所述光学系统还包括波导器件，所述光源照射所述空间光调制器后输出的光通过所述波导器件传输至所述观测系统。波导器件可以起合路器作用，将外部环境光与空间光调制器输出的图像光合路，实现see through的AR效果

优选地，所述光学系统还包括透镜、反射镜、棱镜、半透半反镜、二向色镜、偏振片、玻片、滤波片、光阑、Pancharatnam-Berry相位器件(PBOE,可在器件不同区域制作不同偏振调制特性，之后通过偏振性来对入射到不同区域的光做不同处理)，衍射器件(例如光栅、微结构器件等)的至少其中之一。