一种光学成像系统

1.本发明实施例涉及光学技术领域，具体涉及一种光学成像系统。


背景技术：

2.实像是指能够在光屏上呈现的像，实际实施场景中，实像既可以在光屏上显示，也可以在空中悬浮显示。实像的成像原理在于，反射或折射待成像物体射出的光线，使得待成像物体射出的光线重新汇聚，光线汇聚所形成的像即为待成像物体的实像。
3.如图1所示，一种常规的实像成像设备包括显示源11、反射偏振元件12、逆反射元件13和波片14，其中，反射偏振元件12接收显示源11射出的光线，进而，将部分光线透射到反射偏振元件12的另一侧，将另一部分光线反射到波片14，波片14将接收的光线处理后向逆反射元件13射出，逆反射元件13对接收的光线进行逆反射，使得逆反射回的光线经波片14和反射偏振元件12透射，进而，在反射偏振元件12的另一侧汇聚，形成显示源11所显示物体的实像。
4.可见，为了确保显示源11射出的光线能够汇聚成像，反射偏振元件12应当与显示源11和逆反射元件13均保持一定的夹角，即相对于其他元件反射偏振元件12应当倾斜放置。然而，反射偏振元件12倾斜放置需要占据较大空间，这样会造成实像成像设备的体积相对较大。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种光学成像系统，能够解决现有成像设备的体积相对较大的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种光学成像系统，所述系统包括：按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列的第一光学相位调制元件、第一分光元件、第二光学相位调制元件和第二分光元件；所述第一光学相位调制元件的入射光线是偏振光，所述第二分光元件透射第一偏振方向的偏振光，反射第二偏振方向的偏振光，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向正交；所述第一光学相位调制元件与所述第二光学相位调制元件均是四分之一波片；所述第一分光元件透射来自所述第一光学相位调制元件的光线，反射由所述第二分光元件反射来的光线。
7.在一些可能的实施方式中，当所述第一光学相位调制元件的入射光线是所述第一偏振方向的偏振光时，所述第一光学相位调制元件的光轴与所述第二光学相位调制元件的光轴的夹角为0
°
或180
°
；当所述第一光学相位调制元件的入射光线是所述第二偏振方向的偏振光时，所述第一光学相位调制元件的光轴与所述第二光学相位调制元件的光轴夹角为
±
90
°
。
8.在一些可能的实施方式中，所述第一分光元件和所述第二分光元件中的至少一个对光线有汇聚作用，以使所述第二分光元件的出射光汇聚；或者，所述第二分光元件的出射光发散。
9.在一些可能的实施方式中，所述第一分光元件包括平面元件和曲面元件，当所述第一分光元件为所述曲面元件时，所述第一分光元件的凸面朝向所述第一光学相位调制元件，或者，所述第一分光元件的凸面朝向所述第二光学相位调制元件的元件。
10.在一些可能的实施方式中，若所述第一分光元件和所述第二分光元件中的至少一个对光线有汇聚作用，当所述第一分光元件的凸面朝向所述第一光学相位调制元件时，所述第二分光元件为平面元件、凸面朝向所述第二光学相位调制元件的元件，或者凹面朝向所述第二光学相位调制元件的元件，当所述第二分光元件为凸面朝向所述第二光学相位调制元件的元件时，所述第一分光元件的曲率大于所述第二分光元的曲率；当所述第一分光元件为所述平面元件，或者所述第一分光元件的凸面朝向所述第二光学相位调制元件的元件时，所述第二分光元件为凹面朝向所述第二光学相位调制元件的元件，且所述第二分光元件的曲率大于所述第一分光元件的曲率。
11.在一些可能的实施方式中，所述第一分光元件对光的反射率满足：10％至90％，或者，所述第一分光元件对光的透射率满足：10％至90％。
12.在一些可能的实施方式中，所述光学成像系统还包括：偏光片，所述偏光片设置于所述第二分光元件的透射出射方向；所述偏光片透射所述第一偏振方向的偏振光。
13.第二方面，本发明实施例提供了一种成像设备，包括显示元件和光学成像系统，所述显示元件用于出射待成像对象的光线，所述光学成像系统如第一方面或者第一方面任一可能的实施方式所述。
14.在一些可能的实施方式中，所述显示元件实现为以下任一：被线偏振光照射的所述待成像对象的实体、出射线偏振光的所述待成像对象的实体、显示所述待成像对象图像的显示器，所述显示器出射线偏振光，或者所述显示器与线偏振光处理器件组合出射线偏振光。
15.在一些可能的实施方式中，当所述成像设备成实像时，所述显示元件的出光面到所述实像成像平面的距离大于或者等于所述出光面到所述第二分光元件的距离。
16.为解决现有成像设备的体积相对较大的问题，本技术实施例提供的光学成像系统包括按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列的第一光学相位调制元件、第一分光元件、第二光学相位调制元件和第二分光元件。其中，第一光学相位调制元件的入射光线是偏振光，第一光学相位调制元件与第二光学相位调制元件均是四分之一波片，而第二分光元件透射第一偏振方向的偏振光，反射第二偏振方向的偏振光。另外，第一分光元件透射来自第一光学相位调制元件的光线，反射由第二分光元件反射来的光线。这样，入射到第一光学相位调制元件的偏振光，经第一光学相位调制元件、第一分光元件和第二光学相位调制元件的处理，相位调制，进而，相位调制后的光线经第二分光元件反射，以及最终入射到第一分光元件，之后，第一分光元件再次将光线反射。光线经由第二分光元件和第一分光元件两次反射的过程中，两次经过第二光学相位调制元件，由于第二光学相位调制元件是四分之一波片，所以，光线在第二分光元件和第一分光元件两次反射之后，再次出射到第二分光元件时，产生了π的相位延迟，即光线的偏振方向产生90
°
的旋转，此时第二分光元件可以透射该调制了π相位的偏振光。进而，使得透射出的光线能够成像。可见，本技术实施例提供的光学成像系统，利用光的偏振性，设置支持透射和反射的第一分光元件，对待成像对象出射的偏振光进行相位调制，使得光线在第一分光元件和第二分光元件之间反射，进而再次使
用第二光学相位调制元件在光反射传输过程中，两次调制光的相位，以使第二分光元件能够透射第二光学相位调制元件第二次出射的光进而成像。这样的设置，按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列设置各个光学元件依然能够实现光的反射和透射，无需倾斜放置任一光学元件，使得各个光学元件占用的空间较小，从而能够缩小成像设备的体积。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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。
18.图1是本技术实施例提供的示例性常规实像成像设备的结构示意图；
19.图2是本技术实施例提供的示例性光学相位调制的光线变换示意图；
20.图3a是本技术实施例提供的光学成像系统30的示例性结构示意图；
21.图3b是本技术实施例提供的光学成像系统300的示例性结构示意图；
22.图4a是本技术实施例提供的一种光学成像系统41的示例性结构示意图；
23.图4b是本技术实施例提供的一种光学成像系统42的示例性结构示意图；
24.图4c是本技术实施例提供的一种光学成像系统43的示例性结构示意图；
25.图4d是本技术实施例提供的一种光学成像系统44的示例性结构示意图；
26.图4e是本技术实施例提供的光学成像系统成虚像的示例性场景示意图；
27.图5是本技术实施例提供的一种成像设备50的结构示意图。
具体实施方式
28.本技术以下实施例中所使用的术语是为了描述可选实施方式的目的，而并非旨在作为对本技术的限制。如在本技术的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括复数表达形式。还应当理解，尽管在以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述某一类对象，但所述对象不限于这些术语。这些术语用来将该类对象的具体对象进行区分。例如，以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述分光元件，但分光元件不应限于这些术语。以下实施例中可能采用术语第一、第二等来描述的其他类对象同理，此处不再赘述。
29.下面对本技术实施例中涉及的技术进行解释。
30.偏振光，也称偏光，由于光是一种电磁波，所以光波在传输过程中，以一定的振动方向传输，光波传输过程中构成的平面称为振动面。通常，光波的振动面在一个方向，例如垂直于地面方向(以下称为竖直方向)或者平行于地面方向(以下称为水平方向)，所以，这类光波被称为平面偏振光或线偏振光。
31.下文将竖直方向和水平方向分别称为第一偏振方向和第二偏振方向，在实际实施过程中，若竖直方向为第一偏振方向，那么水平方向则为第二偏振方向，若水平方向为第一偏振方向，那么竖直方向则为第二偏振方向，本技术实施例对此不限制。
32.光学相位调制，是指通过改变光波的光程来改变光波相位的调制方式。光学相位调制元件通常被称为波片，波片包含光轴，该光轴与波片的端面平行。当线偏振光入射波片之后，波片可以将入射的线偏振光分解成垂直于光轴的第一光和平行于光轴的第二光，第
一光和第二光的传输速度方向相同，但传输速度不同。基于此，经过波片的调制后第一光和第二光之间会产生一定量的相位差，从而实现对偏振光的相位调制。波片通常包括二分之一波片和四分之一波片，二分之一波片可以使得上述第一光和第二光之间产生π的相位差，使得调制后的偏振光的偏振方向相对于调制前的偏振光的偏振方向相位旋转了90
°
。四分之一波片可以使得上述第一光和第二光之间产生π/2的相位差，使得调制后的偏振光的偏振方向相对于调制前的偏振光的偏振方向相位旋转了45
°
。
33.其中，四分之一波片的光轴与入射偏振光偏振方向的夹角可以是+45
°
、-45
°
、+135
°
或者-135
°
。如图2所示，第一偏振方向或第二偏振方向的偏振光经四分之一波片调制后，可以出射圆偏振光。
34.分光，是指将将入射的一路光分为至少两路。分光的方式可以包括将入射光的一部分出射，将入射光的另一部分进行其他处理，其他处理例如包括反射或者吸收等；或者，分光器件仅透射一种类型的光，而反射或者吸收其他类型的光。
35.本技术实施例提供了一种光学成像系统，该光学成像系统，按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列设置各个光学元件。通过利用光的偏光特性，本技术实施例中顺次排列的光学元件依然能够实现光的反射和透射，进而使得光学成像系统出射的光线形成待成像对象的实像或者虚像，无需倾斜放置任一光学元件，使得各个光学元件占用的空间较小，从而能够缩小相应成像设备的体积。
36.下面结合示例对本技术实施例的技术方案进行介绍。
37.参见图3a，图3a示出了本技术实施例的一种光学成像系统30(以下简称系统30)，系统30用于成像，包括：按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列的第一光学相位调制元件31a、第一分光元件32a、第二光学相位调制元件31b和第二分光元件32b。第一光学相位调制元件的入射光线s1是偏振光。第一分光元件32a和第二分光元件32b中的至少一个对光线有汇聚作用。
38.可以理解的是，图3a示意的结构并不构成对光学成像系统30的具体限定。在本技术另一些实施方式中，光学成像系统30可以包括比图示更多或更少的光学元件，或者各种光学元件的不同组合或者不同部署。
39.一些实施方式中，第一分光元件32a透射来自第一光学相位调制元件31a的光线，反射由第二分光元件32b反射并经由第二光学相位调制元件31b调制后的光线s4。当然，第一分光元件32a还反射部分来自第一光学相位调制元件31a的光线。
40.示例性的，第一分光元件32a可以通过表面设置的光学镀膜的方式实现对光线部分透射和部分反射的功能。该光学镀膜可以镀在第一分光元件32a的至少一个端面。
41.需要指出的是，第一分光元件32a反射的光的比例与反射的光的比例之和应为100％，基于此，第一分光元件32a对光的反射率满足：10％至90％，或者，第一分光元件32a对光的透射率满足：10％至90％。应理解，当第一分光元件32a对光的反射率为10％时，第一分光元件32a对光的透射率为90％。可选的，通常可以将第一分光元件32a对光的透反射率设置为40％至60％，或者将第一分光元件32a对光的透射率设置为40％至60％。
42.一些实施方式中，第二分光元件32b透射第一偏振方向的偏振光，反射第二偏振方向的偏振光。这里第一偏振方向与第二偏振方向的设定详见上述描述。第一光学相位调制元件31a与第二光学相位调制元件31b均是四分之一波片。
43.实际实施场景中，经由第一分光元件32a透射进而入射到第二光学相位调制元件31b的光s2，s2经过31b的调制后转换为光线s3，s3被第二分光元件32b反射。反射后的光线s3经过31b后转换为光线s4，s4入射到第一分光元件32a后，被第一分光元件32a反射，且经由第二光学相位调制元件31b转换为光s5，s5被第二分光元件32b透射。
44.可见，采用本实现方式，s3被第二分光元件32b反射后，经由第二光学相位调制元件31b，从而被第二光学相位调制元件31b第一次调制转换为s4。s4到达第一分光元件32a，并被第一分光元件32a反射，再次经由第二光学相位调制元件31b，从而被第二光学相位调制元件31b第二次调制转换为s5，进而，s5出射到第二分光元件32b。由于第二光学相位调制元件31b是四分之一波片，所以该两次反射过程中，s3被第二光学相位调制元件31b两次调制，得到的s5相对于s3改变了π相位，即s5相对于s3的偏振方向转换了90
°
，那么，该s5则能够被第二分光元件透射，进而，基于第二分光元件透射的光能够成像。可见，本技术实施例提供的光学成像系统，利用光的偏振性，设置支持部分反射和部分透射的光学元件，从而在确保光学成像系统成像的性能基础上，能够顺次排列光学元件，进而，减小光学成像系统的体积，提高用户的使用感受。
45.可选的，第一光学相位调制元件31a的入射光线s1可以是第一偏振方向的偏振光，也可以是第二偏振方向的偏振光。基于此，为了确保经由第一分光元件32a透射进而入射到第二光学相位调制元件31b后再出射的光s3，是被第二分光元件32b反射的第二偏振方向的偏振光，第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b的设置，随s1偏振方向的不同而不同。
46.一些实施方式中，当第一光学相位调制元件31a的入射光线s1是第一偏振方向的偏振光时，该s1经由第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b调制后的出射光s3，应当是第二偏振方向的偏振光。即，s1经第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b调制后的光s3，其偏振方向相对于s1应当旋转90
°
。基于此，本实施方式中，第一光学相位调制元件的光轴与第二光学相位调制元件的光轴的夹角为0
°
或180
°
。
47.另一些实施方式中，当第一光学相位调制元件31a的入射光线s1是第二偏振方向的偏振光时，该s1经由第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b调制后的出射光s3，应当是保持第二偏振方向。即，s1经第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b调制后的光s3，相对于s1偏振方向不变。基于此，本实施方式中，第一光学相位调制元件的光轴与第二光学相位调制元件的光轴的夹角为
±
90
°
。
48.可见，采用本实现方式，能够利用光的偏振性，在成像所需的光程基础上减小各个光学器件之间的距离，从而实现在确保光学成像系统成像的性能基础上，能够顺次排列光学元件，进而，减小光学成像系统的体积。
49.一些实施方式中，本技术实施例所述的光学成像系统用于成实像，那么，本示例中，第一分光元件32a和第二分光元件32b中的至少一个对光线有汇聚作用，以使第二分光元件的出射光汇聚。另一些实施方式中，本技术实施例所述的光学成像系统用于成虚像，那么，本示例中，第二分光元件32b的出射光发散。
50.实际实施场景中，第一分光元件32a包括平面元件和曲面元件，当第一分光元件32a为曲面元件时，第一分光元件32a的凸面朝向第一光学相位调制元件31a，或者，第一分光元件32a的凸面朝向第二光学相位调制元件31b，如图4a至图4c所示的分光镜。
51.可选的，无论第一分光元件32a是平面元件还是曲面元件，第一分光元件32a两个端面的面型可以相同或者基本相同。
52.在光学成像系统成实像的场景下，为了确保在第一分光元件32a和第二分光元件32b的作用下，第二分光元件32b透射出的光线有汇聚作用，一些实施方式中，当第一分光元件32a的凸面朝向第一光学相位调制元件31a时，第二分光元件32b为平面元件、凸面朝向第二光学相位调制元件31b的元件，或者凹面朝向第二光学相位调制元件31b的元件。且当第二分光元件32b为凸面朝向第二光学相位调制元件31b的元件时，第一分光元件32a的曲率大于第二分光元件32b的曲率，如图4b所示。另一些实施方式中，当第一分光元件32a为平面元件，或者第一分光元件32a的凸面朝向第二光学相位调制元件31b的元件时，第二分光元件32b为凹面朝向第二光学相位调制元件31b的元件，且第二分光元件32b的曲率大于第一分光元件32a的曲率，如图4c所示。
53.可选的，无论第二分光元件32b是平面元件还是曲面元件，第二分光元件32b两个端面的面型可以相同或者基本相同。
54.可见，本技术实施例提供的光学成像系统，利用了光的偏振性，设置支持透射和反射的第一分光元件，对待成像对象出射的偏振光进行相位调制，使得光线在第一分光元件和第二分光元件之间反射，进而再次使用第二光学相位调制元件在光反射传输过程中，两次调制光的相位，以使第二分光元件能够透射第二光学相位调制元件第二次出射的光进而成像。这样的设置，按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列设置各个光学元件依然能够实现光的反射和透射，无需倾斜放置任一光学元件，使得各个光学元件占用的空间较小，从而能够缩小成像设备的体积。
55.需要指出的是，根据材料的不同，系统30中的第二分光元件32b可能会透射部分第二偏振方向的偏振光(第二分光元件32b应当将第二偏振方向的偏振光全部反射)，这样，会为第二分光元件32b汇聚的光带来干扰，从而使得实像的成像效果不好。基于此，在系统30的基础上，本技术实施例还提供了一种光学成像系统300。
56.参见图3b，图3b示意了一种光学成像系统300(以下简称系统300)，系统300包括：按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列的第一光学相位调制元件、第一分光元件、第二光学相位调制元件、第二分光元件和偏光片301。本实施例中，第一光学相位调制元件、第一分光元件、第二光学相位调制元件和第二分光元件，均如图3a示意的实施例所述，此处不再赘述。
57.偏光片301透射第一偏振方向的偏振光，而不透射第二偏振方向的偏振光。示例性的，偏光片301例如第二偏振方向可以吸收第二偏振方向的偏振光。
58.可见，系统300通过在第二分光元件的透射出射方向设置偏光片，能够过滤第二分光元件透射出的部分干扰光线，从而能够确保成像质量。
59.下面通过几个成实像的示例性光学成像系统，对本技术实施例的光学成像系统进行介绍。
60.如图4a所示，图4a示意了一种光学成像系统41(以下简称系统41)，本示例中，第一光学相位调制元件31a和第二光学相位调制元件31b例如实现为波片，第一分光元件32a例如实现为分光镜，第二分光元件32b例如实现为偏振分光片。相应的，系统41包括：沿着入射光o1的传输方向顺次排列的第一波片411、分光镜412、第二波片413和偏振分光片414。分光
镜412为凸面朝向第一波片411的方向的曲面镜。
61.示例性的，入射光o1为待成像对象的出射光线，入射光o1例如是竖直方向的偏振光。偏振分光片414例如反射水平方向的偏振光，透射竖直方向的偏振光。第一波片411的光轴与竖直方向的夹角例如是45
°
，第二波片413的光轴与竖直方向的夹角例如是135
°
。分光镜412对光的反射率和透射率例如均为50％。
62.实际实现中，第一波片411与分光镜412之间的距离可以为0，也可以根据分光镜412的曲率设置。分光镜412与偏振分光片414的距离可以根据分光镜412的曲面拱深设定，以满足高斯成像规则为准。第二波片413与偏振分光片414的距离可以为0。
63.再次参见图4a，第一波片411对入射的线偏振光o1进行相位调制，得到圆偏振光o2。圆偏振光o2经由分光镜412时，50％的光能透射到第二波片413。第二波片413对入射的部分圆偏振光o2进行相位调制，得到线偏振光o3。由于本示例中，第一波片411的光轴与第二波片413的光轴的夹角是0
°
或180
°
，且第一波片411与第二波片413均是四分之一波片，所以竖直方向的线偏振光o1经第一波片411和第二波片413调制后得到的光，偏振方向旋转了90
°
，即线偏振光o3是水平方向的线偏振光。进而，水平方向的线偏振光o3入射到偏振分光片414之后，偏振分光片414反射o3至第二波片413。第二波片413将线偏振光o3调制为圆偏振光o4，并出射至分光镜412。分光镜412再次将圆偏振光o4反射至第二波片413，第二波片413对圆偏振光o4进行相位调制，并出射线偏振光o5至偏振分光片414。即，线偏振光o3通过偏振分光片414和分光镜412的反射，两次经过第二波片413，基于此，线偏振光o5的偏振方向相较于线偏振光o3的偏振方向旋转了90
°
，线偏振光o5是竖直方向的偏振光。进而，线偏振光o5经偏振分光片414透射并汇聚成像。
64.可以理解的是，上述关于图4a光路的描述，是本技术实施例的一种可选实现方案，确保第一波片411的光轴与第二波片413的光轴的夹角为0
°
或者180
°
的组合即可。例如，第一波片411的光轴与竖直方向的夹角还可以是-45
°
，第二波片413的光轴与竖直方向的夹角例如是-135
°
；再如，第一波片411的光轴与竖直方向的夹角是135
°
，第二波片413的光轴与竖直方向的夹角例如是45
°
，此处不再一一举例。
65.另一些实施方式中，入射光o1可以是水平方向的偏振光。那么，此实施方式中，第一波片411的光轴和第二波片413的光轴与水平方向的夹角例如均是45
°
。结合图4a，入射光o1经第一波片411和第二波片413的调制后得到的线偏振光o3，偏振方向不变，依然是水平方向的偏振光。进而，线偏振光o3入射到偏振分光片414之后的传播过程，以及偏振状态转换过程与上述描述相同，此处不再赘述。应理解，本示例中，确保第一波片411的光轴和第二波片413的光轴的夹角为90
°
或者-90
°
即可，此处不再一一举例。
66.其他一些实施方式中，偏振分光片414还可以反射竖直方向的偏振光，透射水平方向的偏振光。基于此，若入射光o1是竖直方向的偏振光，那么，o3相对于o1则应当保持偏振方向不变，那么，相应光学成像系统中的第一波片411的光轴和第二波片413的光轴的夹角为90
°
或者-90
°
。若入射光o1是水平方向的偏振光，那么，o3的偏振方向相对于o1的偏振方向则应当旋转90
°
，那么，相应光学成像系统中的第一波片411的光轴和第二波片413的光轴的夹角为0
°
或者180
°
，此处不再赘述。
67.可以理解的是，上述图4a相关的描述为本技术光学成像系统的一种示例性实现方式，不构成对本技术光学成像系统的限制。另一些实施方式中，光学成像系统中的分光镜和
偏振分光片中的至少一个还可以是其他形状的光学元件，例如，若图4a中的分光镜412保持不变，偏振分光片还可以是其他任意曲面镜，如图4b所示。
68.图4b示意了一种光学成像系统42(以下简称系统42)，系统42包括：沿着入射光的传输方向顺次排列的第一波片、分光镜、第二波片和偏振分光片420。系统42中各个光学元件的功能以及光路，可以参考系统41相关的描述，此处不再赘述。系统42中的偏振分光片420凸面朝向第二波片。
69.需要指出的是，根据实像成像的原理，偏振分光片420透射出的光线应当汇聚。系统42中，分光镜反射出射方向的光呈汇聚效果，而偏振分光片420反射的光呈散射效果，基于此，为了确保光线汇聚，分光镜的曲率应当大于偏振分光片420的曲率。而分光镜的曲率与偏振分光片420的曲率的关系，可以根据实际成像的位置需求等来确定。
70.此外，可选的，在分光镜412如系统41所示的场景中时，其他光学成像系统中的偏振分光片还可以实现为凹面朝向第二波片的光学元件。
71.可选的，光学成像系统中的分光镜也可以实现为其他形状的光学元件。
72.如图4c所示，图4c示意了一种光学成像系统43(以下简称系统43)，系统43包括：沿着入射光的传输方向顺次排列的第一波片、分光镜431、第二波片和偏振分光片432。系统43中各个光学元件的功能以及光路，可以参考前述实施例的描述，此处不再赘述。系统43中，分光镜431的凹面朝向第一波片，偏振分光片420凹面朝向第二波片。
73.需要指出的是，系统43中分光镜431反射出射方向的光呈散射的效果，而偏振分光片432透射出射方向的光呈汇聚效果。基于此，为了确保偏振分光片432透射出射的光能够汇聚成实像，系统43中偏振分光片432的曲率应当大于分光镜431的曲率，而大于的量可以根据实际需求灵活设定，此处不限制。
74.可选的，系统43中的分光镜431还可以替换为平面光学元件，此处不再展开描述。
75.可以理解的是，上述图4a至图4c均为本技术光学成像系统的示例性实现方式，不构成对本技术光学成像系统的限制。另一些实施方式中，光学成像系统中还可以包含其他光学元件，如图4d所示。
76.图4d示意了一种光学成像系统44(以下简称系统44)，系统44包括：沿着入射光的传输方向顺次排列的第一波片、分光镜、第二波片、偏振分光片和偏光片440。系统44中的第一波片、分光镜、第二波片和偏振分光片的功能以及光路，可以参考系统41相关的描述，此处不再赘述。
77.可选的，系统44中，偏振分光片透射竖直方向的偏振光，那么，偏光片440同样透射竖直方向的偏振光，并可以吸收水平方向的偏振光。同理，偏振分光片透射水平方向的偏振光，那么，偏光片440同样透射水平方向的偏振光，并可以吸收竖直方向的偏振光。这样能够达到去除干扰光线的效果，从而使得汇聚得到的实像成像效果更佳。
78.可以理解的是，虽然图3a至图4d均是以成实像为例进行的介绍，但是实际实现中，本技术实施例的光学成像系统还可以用于成虚像，例如如图4e示意的场景所示。
79.图4e是本技术实施例提供的光学成像系统成虚像的示例性场景示意图，本示例中，光学成像系统所包含的光学元件，以及各光学元件的位置关系与图4a相似，光路的在各光学元件之间传播路径，也与图4a相似，此处不再赘述。图4e示意的场景中，偏振分光片450透射出的光线散射，而该散射光线的反向延长线的汇聚处，成待成像对象的虚像。
80.综上，本技术实施例提供的光学成像系统包括按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列的第一光学相位调制元件、第一分光元件、第二光学相位调制元件和第二分光元件。其中，第一光学相位调制元件的入射光线是偏振光，第一光学相位调制元件与第二光学相位调制元件均是四分之一波片，而第二分光元件透射第一偏振方向的偏振光，反射第二偏振方向的偏振光。另外，第一分光元件透射来自第一光学相位调制元件的光线，反射由第二分光元件反射来的光线。这样，入射到第一光学相位调制元件的偏振光，经第一光学相位调制元件、第一分光元件和第二光学相位调制元件的处理，相位调制，进而，相位调制后的光线经第二分光元件反射，以及最终入射到第一分光元件，之后，第一分光元件再次将光线反射。光线经由第二分光元件和第一分光元件两次反射的过程中，两次经过第二光学相位调制元件，由于第二光学相位调制元件是四分之一波片，所以，光线在第二分光元件和第一分光元件两次反射之后，再次出射到第二分光元件时，产生了π的相位延迟，即光线的偏振方向产生90
°
的旋转，此时第二分光元件可以透射该调制了π相位的偏振光。进而，使得透射出的光线能够成像。可见，本技术实施例提供的光学成像系统，利用光的偏振性，设置支持透射和反射的第一分光元件，对待成像对象出射的偏振光进行相位调制，使得光线在第一分光元件和第二分光元件之间反射，进而再次使用第二光学相位调制元件在光反射传输过程中，两次调制光的相位，以使第二分光元件能够透射第二光学相位调制元件第二次出射的光进而成像。这样的设置，按照待成像对象出射光线的传输方向，顺次排列设置各个光学元件依然能够实现光的反射和透射，无需倾斜放置任一光学元件，使得各个光学元件占用的空间较小，从而能够缩小成像设备的体积。
81.示例性的，系统41至系统44中的第一波片和第二波片的材料可以是石英、方解石、云母等支持双折射的晶体，还可以是特殊微结构表面的光学材料等。
82.分光镜的材料可以是玻璃类透明材料或塑料类透明材料等。
83.当偏振分光片为平面元件时，偏振分光片的材料可以是微结构表面材料，例如，金属线栅偏振器件，也可以是反射式偏光器件(dbef)，偏振分光器件(pbs)等支持光学镀膜的方式制备的材料。当偏振分光片为曲面元件时，在制作过程中，可以将微结构表面贴附在曲面上，例如金属线栅偏振膜贴附在曲面上，也可以通过在曲面上通过光学镀膜的方式制作，例如在曲面上镀能够实现偏振分光效果的薄膜，或是将反射式偏光片(dbef)贴附在曲面上等。
84.参见图5，与上述相对应的，图5示意了一种成像设备50，该成像设备50包括显示元件51和光学成像系统52，该光学成像系统52如系统30至系统44中任一所示，显示元件51用于出射待成像对象的光线。
85.根据上述实施例的描述，光学成像系统52的入射光线是线偏振光，基于此，显示元件51可以实现为以下任一：被线偏振光照射的待成像对象的实体、出射线偏振光的待成像对象的实体、显示待成像对象图像的显示器等。
86.示例性的，若显示器出射的光为线偏振光，可以将显示器出射的光作为光学成像系统52的入射光。若显示器出射的光不是线偏振光，可以在显示器出射光的方向设置线偏振光处理器件，进而，将线偏振光处理器件出射的光作为光学成像系统52的入射光。
87.一些实施方式中，若该成像设备50用于成实像，显示元件51的出光面到实像成像平面的距离大于或者等于出光面到第二分光元件的距离，这样能够确保实像在成像设备50
之外成像。
88.根据前述对光学成像系统的描述，由于光学成像系统中的各光学元件顺次排列，无需倾斜放置任一光学元件，使得各个光学元件占用的空间较小，从而能够缩小成像设备的体积。
89.本说明书的各个部分均采用递进的方式进行描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点介绍的都是与其他实施例不同之处，相关之处参见方法实施例部分的说明即可。
90.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
91.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。