偏振折反式微投影系统技术方案

本发明专利技术主要提供一种偏振折反式微投影系统，所述偏振折反式微投影系统包括至少一偏振回收系统、一第一偏振片、一第一1/4波片、一部分透射部分反射元件、一第二1/4波片、一第二偏振片以及多个透镜，其中所述偏振回收系统、所述第一偏振片、所述第一1/4波片、所述部分透射部分反射元件、所述第二1/4波片以及所述第二偏振片被依次排列并分别被设置于不同的所述透镜的表面，从而提高对光线的使用率。本发明专利技术所述的偏振折反式微投影系统及微投影装置能够减少所使用的透镜数量，从而减少微投影系统或微投影装置的重量，以实现微投影装置及微投影系统的微型化。影系统的微型化。影系统的微型化。

【技术实现步骤摘要】
偏振折反式微投影系统


[0001]本专利技术属于光学元件领域，具体而言，本专利技术涉及一种用于增强现实显示设备的偏振折反式微投影系统及微投影装置。

技术介绍

[0002]增强现实(AR)显示系统常包括：微投影系统和光波导系统，光波导系统又分为：衍射光波导、几何阵列光波导，将微投影系统中投射出的信息通过光波导传递到人眼中。衍射光波导通常为包含微结构的透明玻璃片，其系统的体积通常小于几何阵列光波导系统的体积，使得其产品形态易于被消费者所接受，使得衍射光波导AR系统的使用范围远远大于阵列光波导；相应的，也应尽可能地减小微投影系统的体积，与衍射光波导系统相匹配，使增强现实系统整体实现小型化。
[0003]微投影机构常被用于将显示屏中的图像内容投射到衍射波导片的耦入区域。其光学系统的体积决定着其能否用于更多的产品形态，目前现有的投影机构体积较大，难以被集成到小体积的眼镜框架等产品中，解决佩戴舒适性与美观性的问题，使用偏振折反式投影机构即可迎刃而解。
[0004]微投影系统也有多种实现方案：
[0005]①
基于Micro
‑
OLED的AR显示方案(由于其发光亮度的局限，与其适配的近眼显示光学系统一般为光学效率高、光路简单的折反式光路，其中最为常见的是棱镜系统和Birdbath光学系统，且FOV小、易遮挡视线)。
[0006]②
基于LCOS/DMD的AR显示光路(由于显示芯片不能自主发光，故需照明光学系统进行照明，造成系统体积较大)。
[0007]③r/>基于Micro
‑
LED的AR显示方案(具有高亮度的巨大优势，故其可适用于更接近眼镜形态的阵列/衍射波导的入眼显示光路)。但Micro
‑
LED光源的发散角比较大，难以与投影系统的NA角进行匹配，造成光能的浪费，所以，当投影系统的NA角尽可能地增大，就可以接收到更多的Micro
‑
LED的光能。
[0008]Micro
‑
LED光源发散角与强度分布的关系如图4所示：
[0009]而图5为当发散角为
±5°‑‑±
30
°
时，与光强传输效率的关系，光源发散角对应微投影系统设计中的像方NA角，NA角越大，投影机构能接收到越多的光能量，传输效率越高。偏振折反式投影系统能够在系统总长更短的条件下得到较大的视场角，使系统在小体积的状态下得到大的NA角，提高传输效率。
[0010]其中投影机构的主要参数包括：焦距、视场角(FOV)、孔径、入瞳大小、屏幕/显示器尺寸、NA角等。以良好的成像质量、更小的口径和长度为优化目标。
[0011]目前常见的投影机构为透射式投影机构，其镜片数量较多、系统总长较长、口径较大，导致系统体积大，难以集成到较小型的产品中，实现实际产品应用。

技术实现思路

[0012]本专利技术的一个优势在于提供一种偏振折反式微投影系统及微投影装置，其中所述偏振折反式微投影系统及微投影装置相对于现有技术中的投影系统和投影设备而言，体积小、重量轻、像质优良，因此能够实现投影设备及增强现实系统的微型化，从而促进其消费品化，以适应市场需求。
[0013]本专利技术的一个优势在于提供一种偏振折反式微投影系统及微投影装置，其中所述偏振折反式微投影系统及微投影装置能够减少所使用的透镜数量，从而减少微投影系统或微投影装置的重量，以实现微投影装置及微投影系统的微型化。
[0014]本专利技术的一个优势在于提供一种偏振折反式微投影系统及微投影装置，其中所述偏振折反式微投影系统及微投影装置能够缩短光路，并且能在其总长更短、有效口径更小以及体积更小的情况下得到更大的视场角和更佳的成像质量，从而适用于短焦距、大视场的微投影系统和微投影装置。
[0015]本专利技术的一个优势在于提供一种偏振折反式微投影系统及微投影装置，其中所述偏振折反式微投影系统及微投影装置能够解决目前增强现实显示系统中对于光机系统小型化的使用需求，使增强现实显示系统更易于集成到各个设备上，且根据美观性，从而提高用户的使用体验感。
[0016]为达上述至少一专利技术优势，本专利技术提供一种偏振折反式微投影系统，所述偏振折反式微投影系统包括至少一偏振回收系统、一第一偏振片、一第一1/4波片、一部分透射部分反射元件、一第二1/4波片、一第二偏振片以及多个透镜，其中所述偏振回收系统、所述第一偏振片、所述第一1/4波片、所述部分透射部分反射元件、所述第二1/4波片以及所述第二偏振片被依次排列并分别被设置于不同的所述透镜的表面，从而提高对光线的使用率。
[0017]在其中一些实施例中，所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片被设置为膜层并分别被附着于所述第二透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，并依次被设置于所述部分透射部分反射元件的表面。
[0018]在其中一些实施例中，所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片分别被设置为膜层且分别被附着于所述第一透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，并被依次附着于所述部分透射部分反射元件的表面。
[0019]在其中一些实施例中，所述透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片被设置为膜层并分别被附着于所述第三透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，且被依次附着于所述部分透射部分反射元件的表面。
[0020]在其中一些实施例中，所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片分别
被设置为膜层且分别被附着于所述第二透镜的左右两侧表面，所述部分透射部分反射元件也被设置为膜层并被附着于所述第三透镜的左侧表面，所述第一1/4波片也被设置为膜层并被附着于所述第三透镜的右侧表面。
[0021]在其中一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面包括球面和非球面，其中非球面公式为：
[0022][0023]其中，c为表面曲率；k为圆锥系数；x和y为非球面表面上一点的坐标；α为多次项系数。
[0024]在其中一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面包括平面或曲面，所述第一偏振片和所述第二偏振片能够被附着于所述第一透镜、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一偏振折反式微投影系统，其特征在于，所述偏振折反式微投影系统包括至少一偏振回收系统、一第一偏振片、一第一1/4波片、一部分透射部分反射元件、一第二1/4波片、一第二偏振片以及多个透镜，其中所述偏振回收系统、所述第一偏振片、所述第一1/4波片、所述部分透射部分反射元件、所述第二1/4波片以及所述第二偏振片被依次排列并分别被设置于不同的所述透镜的表面，从而提高对光线的使用率。2.根据权利要求1所述的偏振折反式微投影系统，其中所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片被设置为膜层并分别被附着于所述第二透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，并依次被设置于所述部分透射部分反射元件的表面。3.根据权利要求1所述的偏振折反式微投影系统，其中所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片分别被设置为膜层且分别被附着于所述第一透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，并被依次附着于所述部分透射部分反射元件的表面。4.根据权利要求1所述的偏振折反式微投影系统，其中所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片被设置为膜层并分别被附着于所述第三透镜的两侧表面，所述第一1/4波片和所述第一偏振片也被设置为膜层，且被依次附着于所述部分透射部分反射元件的表面。5.根据权利要求1所述的偏振折反式微投影系统，其中所述多个透镜包括一第一透镜、一第二透镜和一第三透镜，所述第二透镜被设置于所述第一透镜和所述第三透镜之间，所述部分透射部分反射元件被设置于所述第三透镜和所述偏振回收系统之间，所述第二偏振片和所述第二1/4波片分别被设置为膜层且分别被附着于所述第二透镜的左右两侧表面，所述部分透射部分反射元件也被设置为膜层并被附着于所述第三透镜的左侧表面，所述第一1/4波片也被设置为膜层并被附着于所述第三透镜的右侧表面。6.根据权利要求2至5中任一项所述的偏振折反式微投影系统，其中所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面包括球面和非球面，其中非球面公式为：其中，c为表面曲率；k为圆锥系数；x和y为非球面表面上一点的坐标；α为多次项系数。7.根据权利要求2至5中任一项所述的偏振折反式微投影系统，其中所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面包括平面或曲面，所述第一偏振片和所述第二偏振片能够被附着于所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面。
8.根据权利要求7所述的偏振折反式微投影系统，其中所述偏振折反式微投影系统被设置于一光瞳和一投影光源之间，以使所述投影光源出射的光线经过所述偏振折反式微投影系统并被所述偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蕾，郑旭君，楼歆晔，缪阳岳，林涛，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：