一种折衍式微型投影镜头制造技术

本实用新型专利技术属于虚拟实现技术领域，具体为一种用于AR影镜头。为解决现有投影镜头体积大、重量高问题公开了一种折衍式微型投影镜头，沿着光轴从出瞳侧至像源侧依顺序为第一透镜、第二透镜、第三透镜，其中第一透镜、第二透镜、第三透镜设置均为凹面均朝向出瞳侧的弯月透镜，第三透镜的像源侧的面形为衍射面与偶次非球面的叠加。本实用新型专利技术的有益效果：在第三片透镜的像源侧表面叠加上衍射面，通过优化衍射面的参数，矫正镜头的色差，衍射面的使用代替了传统的双胶合透镜，与传统投影镜头相比，在保证投影镜头成像质量的同时减少了镜片数量，减轻了投影镜头的重量，将其应用在增强现实眼镜上能够提升佩戴者的舒适度，有广阔的应用前景。用前景。用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种折衍式微型投影镜头


[0001]本技术属于虚拟实现
，具体为一种用于AR的投影镜头。

技术介绍

[0002]微型投影光学系统主要由LED光源、光源整形照明系统、像源(LCOS或者DMD)、投影系统、散热系统等机构组成，随着近年来以增强现实眼镜AR与虚拟现实眼镜为代表的头戴式光学系统的出现，对于微型投影光学系统的体积、重量、亮度等指标有了更高的要求。
[0003]目前市场上的用于增强现实眼镜等的投影镜头基本采用多片式特别是四片以上非球面结构，这样的投影镜头虽然成效效果较好，但是容易带来体积大、总体重量高、加工装调难度高等问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种折衍式微型投影镜头，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种折衍式微型投影镜头，包括：硅基液晶像源、偏振分束立方体、投影镜头组，硅基液晶像源发出的光经过偏振分束立方体后穿过投影镜头组，以不同角度的平行光从出瞳出射进入人眼；其特征在于：以佩戴时靠近人眼一侧为出瞳侧，硅基液晶像源一侧为像源侧，沿着光轴从出瞳侧至像源侧方向上所述投影镜头组依顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜；其中第一透镜、第二透镜、第三透镜设置均为凹面均朝向出瞳侧的弯月透镜；第一透镜的光焦度为正，用于偏折大视场光线；第三透镜的像源侧设置为衍射面与偶次非球面的叠加；第二透镜与第三透镜共同用来平衡投影镜头组的场曲、畸变、色差、像差。
[0006]所述的硅基液晶像源包括：手机彩色屏幕。彩色屏幕类型包括：TFT、TFD、UFB、STN、OLED、AMOLED、SLCD。
[0007]优选的：所述第一透镜和第三透镜的材料为光学塑料，第二透镜材料为光学玻璃。
[0008]优选的：所述投影镜组第一透镜的焦距F1与第二透镜的焦距F2之间满足关系：F1/F2≤4。
[0009]优选的：所述投影镜组第一透镜的焦距F1与第三透镜的焦距F3之间满足关系：-2≤F1/F3≤-1。
[0010]优选的：所述投影镜组后截距Fb与投影镜头组总长TTL之间满足关系：0.4≤Fb/TTL。
[0011]优选的：所述偏振分束立方体为线栅型偏振分束立方体，折射率为1.52，阿贝常数为64.2。
[0012]优选的：所述第一透镜的折射率为1.49，阿贝常数为57.4；第二透镜的折射率为1.57，阿贝常数为63.0；第三透镜的折射率为1.49，阿贝常数为57.4。
[0013]优选的：所述衍射面的相位表达式为：
[0014][0015]其中，A2和A4为相位参数，r为第三透镜上一点到镜片中心的距离，r
’
为第三透镜的通光口径。
[0016]优选的：所述A2和A4的相位参数分别为-1071.89和160.26。
[0017]本技术方案在使用时，硅基液晶像源放置在像源侧，通过偏振分束立方体后穿过投影镜头组，以不同角度的平行光从出瞳出射，在出瞳孔后接入衍射导光板等，将出瞳处的图像放大后被进入人眼，使人眼在接收到LCOS像源上的图像，由于投影镜头组中使用的三块透镜均为凹面朝向出瞳侧的弯月透镜大大缩短了光学系统长度，且第三透镜像源侧的凸面设置为衍射面与偶次非球面的叠加，因此通过衍射面矫正镜头的色差，减少了镜片数量，减轻了投影镜头的重量。将本技术的投影镜头应用在AR眼镜系统，搭配相应的硬件电路与软件，能够应用在课堂教学、家庭娱乐等日常生活中。
[0018]有益效果
[0019]本技术所提供的折衍式投影镜头，在第三透镜的像源侧表面叠加上衍射面，通过优化衍射面的参数，矫正镜头的色差，衍射面的使用代替了传统的双胶合透镜，与传统投影镜头相比，在保证投影镜头成像质量的同时减少了镜片数量，减轻了投影镜头的重量，将其应用在增强现实眼镜上能够提升佩戴者的舒适度，有广阔的应用前景。
附图说明
[0020]图1为本技术的光学结构图；
[0021]图2为本技术的光线走向图；
[0022]图3为本技术的0
°
视场MTF曲线示意图；
[0023]图4为本技术的10
°
视场MTF曲线示意图；
[0024]图5为本技术的20
°
视场MTF曲线示意图；
[0025]图6为本技术的畸变曲线示意图；
[0026]图7为本技术的相对照度示意图；
[0027]图8为本技术中实施例2的示意图。
[0028]附图标记
[0029]ST-出瞳侧，IMA-像源侧，G1-第一透镜，G2-第二透镜，G3-第三透镜，G4-偏振分束立方体，S1-第一透镜出瞳侧表面，S2-第一透镜像源侧表面，S3-第二透镜出瞳侧表面，S4-第二透镜像源侧表面，S5-第三透镜出瞳侧表面，S6-第三透镜像源侧表面。
具体实施方式
[0030]以下是本技术的具体实施例，对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，在本实施例中，一种折衍式微型投影镜头，如图1所示，硅基液晶像源、偏振分束立方体G4、投影镜头组，硅基液晶像源发出的光经过偏振分束立方体后穿过投影镜头组，以不同角度的平行光从出瞳出射进入人眼；以佩戴时靠近人眼一侧为出瞳侧，硅基
液晶像源一侧为像源侧；从沿着光轴从出瞳侧ST至像源侧IMA依顺序为第一透镜为弯月透镜G1，出瞳侧表面S1为凹面，第二透镜为弯月透镜G2，出瞳侧表面S3为凹面，第三透镜为弯月透镜G3，出瞳侧表面S5为凹面，第三透镜的像源侧S6为衍射面与偶次非球面的叠加；第一透镜的光焦度为正，用于偏折大视场光线；第二透镜与第三透镜共同用来平衡投影镜头组的场曲、畸变、色差、像差。
[0033]镜头的应用光路如图2所示，来自照明系统的光线经过偏振分束立方体G4反射到像源面，即LCOS的液晶表面，经过LCOS反射后入射光线的相位翻转，先后穿过偏振分束立方体G4、第三透镜G3、第二透镜G2，第一透镜G1后以不同角度的平行光从出瞳侧ST出射，进入人眼。
[0034]第一透镜G1与第二透镜G2都具有正光焦度，用来将不同视场的光汇聚后投射入第三透镜G3。
[0035]第三透镜G3的光焦度与第一透镜G1、第二透镜G2相反，用来平衡像差。
[0036]第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3后截距与第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3总长之间满足关系：0.4≤后截距/总长，通过这样的设置，可以压缩透镜镜头的整体长度，也能为投影镜头中加入偏振分束立方体留出足够的距离。
[0037]第一透镜G1与第三透镜G2的材料都为光学塑料PMMA，其折射率与阿贝常数分别为1.49和57.4，第二透镜G2的材料为H-ZF1，其折射率与阿贝数分别为1.57和63.0，偏振分束立方体G4材料为H-K9L，其折射率和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种折衍式微型投影镜头，包括：硅基液晶像源、偏振分束立方体、投影镜头组，硅基液晶像源发出的光经过偏振分束立方体后穿过投影镜头组，以不同角度的平行光从出瞳出射进入人眼；其特征在于：以佩戴时靠近人眼一侧为出瞳侧，硅基液晶像源一侧为像源侧，沿着光轴从出瞳侧至像源侧方向上所述投影镜头组依顺序包括第一透镜、第二透镜、第三透镜；其中第一透镜、第二透镜、第三透镜设置均为凹面均朝向出瞳侧的弯月透镜；第一透镜的光焦度为正，用于偏折大视场光线；第三透镜的像源侧设置为衍射面与偶次非球面的叠加；第二透镜与第三透镜共同用来平衡投影镜头组的场曲、畸变、色差、像差。2.如权利要求1所述的一种折衍式微型投影镜头，其特征在于，所述第一透镜和第三透镜的材料为光学塑料，第二透镜材料为光学玻璃。3.如权利要求1所述的一种折衍式微型投影镜头，其特征在于，所述投影镜组第一透镜的焦距F1与第二透镜的焦距F2之间满足关系：F1/...

【专利技术属性】
技术研发人员：许峰，陈昱杰，乔文，徐越，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：