一种光机模组及近眼显示设备制造技术

本发明专利技术实施例涉及近眼显示技术领域，公开了一种光机模组及近眼显示设备，光机模组包括图像源和设置于图像源的出光方向上的成像系统，成像系统包括第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜，第一自由曲面棱镜与第二自由曲面棱镜之间设置有介质间隙，第一自由曲面棱镜至少包括第一入光面、第一反光面和第一出光面，第一反光面为自由曲面，第二自由曲面棱镜至少包括第二入光面、第二反光面和第二出光面，第二反光面为自由曲面，图像源出射的图像光线通过第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜进行至少四次全反射后从所述第二出光面出射。本发明专利技术实施例提供的光机模组通过设置两个自由曲面棱镜对光束进行转折，设备结构紧凑、尺寸较小、重量也较轻。重量也较轻。重量也较轻。

【技术实现步骤摘要】
一种光机模组及近眼显示设备


[0001]本专利技术实施例涉及近眼显示
，特别涉及一种光机模组及近眼显示设备。

技术介绍

[0002]近年来，随着近眼显示技术的日趋成熟及发展，多种类型的小型穿戴式显示设备开始进入消费者的视野，近眼显示系统在多种场景下获得了更多的应用，其发展前景备受期待。在近眼显示领域中，光波导显示技术以其最接近眼镜形态的轻薄体积而备受关注。使用自发光芯片如有机发光二极管（OrganicLight
‑
Emitting Diode，OLED）的投影光引擎结构简单，得到了广泛使用。
[0003]在实现本专利技术实施例过程中，专利技术人发现以上相关技术中至少存在如下问题：请参见图1，现有的光机/光引擎中通常需要设置由多片（例如，通常需要3片以上）透镜组成的透镜组，透镜数量较多，不仅会增加加工成本，而且多个光学件和结构件在装配时的难度也较大，增加生产的工时，也会降低产品质量的成品率，而且透镜组的体积普遍较大，不利于增强现实（Augmented Reality，AR）眼镜等近眼显示产品的结构设计。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种近眼显示设备。
[0005]本专利技术实施例的目的是通过如下技术方案实现的：为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术实施例中提供了一种光机模组，包括图像源和设置于所述图像源的出光方向上的成像系统，所述成像系统包括第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜，所述第一自由曲面棱镜与所述第二自由曲面棱镜之间设置有介质间隙，所述第一自由曲面棱镜至少包括第一入光面、第一反光面和第一出光面，所述第一反光面为自由曲面，所述第二自由曲面棱镜至少包括第二入光面、第二反光面和第二出光面，所述第二反光面为自由曲面，所述图像源出射的图像光线自所述第一入光面进入所述第一自由曲面棱镜，依次经所述第一反光面反射和所述第一入光面全反射后从所述第一出光面出射，从所述第一出光面出射的图像光线经所述介质间隙自所述第二入光面进入所述第二自由曲面棱镜，依次经所述第二反光面反射和所述第二入光面全反射后从所述第二出光面出射。
[0006]在一些实施例中，所述第一入光面和所述第一出光面为平面；所述第二入光面为平面或自由曲面；所述第二出光面为平面、球面、非球面或自由曲面。
[0007]在一些实施例中，所述自由曲面的面型为XY多项式自由曲面面型、Zernike多项式自由曲面面型和变形非球面面型中的一种或多种的组合。
[0008]在一些实施例中，所述自由曲面的面型为XY多项式自由曲面面型时，所述自由曲面的面型的表达式为：
其中，z表示所述自由曲面的矢高值，c表示曲率半径的倒数，r表示表面上一点的径向距离，k表示二次曲面常数，Cj表示多项式系数，m和n分别表示所述自由曲面的面坐标x和y的阶数。
[0009]在一些实施例中，所述第一入光面、所述第一出光面、所述第二入光面和/或所述第二出光面镀设有增透膜，所述第一反光面和所述第二反光面镀设有高反射膜。
[0010]在一些实施例中，所述介质间隙为空气间隙，所述介质间隙的厚度为微米级或毫米级。
[0011]在一些实施例中，所述图像源为自发光显示芯片。
[0012]在一些实施例中，所述图像源的出光面设置于所述第一自由棱镜的一侧，使所述图像源的出光面平行于第一方向、或者所述图像源的出光面与所述第一方向的夹角不大于所述第一入光面与所述第一方向的夹角，所述第一方向为所述光机模组的长度方向。
[0013]为解决上述技术问题，第二方面，本专利技术实施例中提供了一种近眼显示设备，包括如第一方面所述的光机模组和设置于所述光机模组的出光方向上的波导片，从所述第二出光面出射的图像光线通过所述波导片出射至人眼成像。
[0014]在一些实施例中，所述波导片包括耦入棱镜，所述耦入棱镜用于调整所述第二出光面出射的图像光线射至所述波导片的表面时的入射角，以使所述图像光线可在所述波导片内全反射传播，或者，所述波导片包括一与所述第二出光面呈预设角度的反射面，所述反射面用于调整所述第二出光面出射的图像光线射至所述波导片的表面时的入射角，以使所述图像光线可在所述波导片内全反射传播。
[0015]在一些实施例中，所述图像源的出光面与所述波导片的出光面相互垂直设置。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：区别于现有技术的情况，本专利技术实施例中提供了一种光机模组及近眼显示设备，光机模组包括图像源和设置于所述图像源的出光方向上的成像系统，成像系统包括第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜，所述第一自由曲面棱镜与所述第二自由曲面棱镜之间设置有介质间隙，所述第一自由曲面棱镜至少包括第一入光面、第一反光面和第一出光面，所述第一反光面为自由曲面，所述第二自由曲面棱镜至少包括第二入光面、第二反光面和第二出光面，所述第二反光面为自由曲面，所述图像源出射的图像光线自所述第一入光面进入所述第一自由曲面棱镜，依次经所述第一反光面反射和所述第一入光面全反射后从所述第一出光面出射，从所述第一出光面出射的图像光线经所述介质间隙自所述第二入光面进入所述第二自由曲面棱镜，依次经所述第二反光面反射和所述第二入光面全反射后从所述第二出光面出射。本专利技术实施例提供的光机模组通过在成像系统中设置两个自由曲面棱镜对图像光束进行转折，改善光机模组的各光学组件之
间的排布自由度的同时、减少了光学组件的使用数量，从而使得光机模组的结构紧凑、尺寸较小、重量也较轻。
附图说明
[0017]一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0018]图1是现有技术中的穿戴式近眼显示设备的结构的俯视图；图2是本专利技术实施例提供的一种光机模组及其搭载的一种波导片的结构示意图；图3是图2所示的光机模组在表1所示参数下的全视场MTF曲线图；图4是图2所示的光机模组在表1所示参数下的网格畸变图；图5是本专利技术实施例提供的一种穿戴式近眼显示设备的结构的俯视图；图6是本专利技术实施例提供的另一种光机模组及其搭载的另一种波导片的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的另一种穿戴式近眼显示设备的结构的俯视图。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0020]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0021]需要说明的是，如果不冲突，本专利技术实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光机模组，包括图像源和设置于所述图像源的出光方向上的成像系统，其特征在于，所述成像系统包括第一自由曲面棱镜和第二自由曲面棱镜，所述第一自由曲面棱镜与所述第二自由曲面棱镜之间设置有介质间隙，所述第一自由曲面棱镜至少包括第一入光面、第一反光面和第一出光面，所述第一反光面为自由曲面，所述第二自由曲面棱镜至少包括第二入光面、第二反光面和第二出光面，所述第二反光面为自由曲面，所述图像源出射的图像光线自所述第一入光面进入所述第一自由曲面棱镜，依次经所述第一反光面反射和所述第一入光面全反射后从所述第一出光面出射，从所述第一出光面出射的图像光线经所述介质间隙自所述第二入光面进入所述第二自由曲面棱镜，依次经所述第二反光面反射和所述第二入光面全反射后从所述第二出光面出射。2.根据权利要求1所述的光机模组，其特征在于，所述第一入光面和所述第一出光面为平面；所述第二入光面为平面或自由曲面；所述第二出光面为平面、球面、非球面或自由曲面。3.根据权利要求2所述的光机模组，其特征在于，所述自由曲面的面型为XY多项式自由曲面面型、Zernike多项式自由曲面面型和变形非球面面型中的一种或多种的组合。4.根据权利要求3所述的光机模组，其特征在于，所述自由曲面的面型为XY多项式自由曲面面型时，所述自由曲面的面型的表达式为：其中，z表示所述自由曲面的矢高值，c表示曲率半径的倒数，r表示表面上一点的径向距离，k表示二次曲面常数，Cj表示多项式系数，m和n分别表示所述自由曲面的面坐标x和y的阶数。5.根据权利要求2所述的光机模组，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄浩，陈军，宋强，王景，马国斌，
申请(专利权)人：深圳珑璟光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：