一种微型投影系统及增强现实用近眼显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微型投影系统及近眼显示装置，包括：成像光路部分与照明光路部分，成像光路部分包括LCOS微显示器，后置透镜，PBS棱镜，正

【技术实现步骤摘要】
一种微型投影系统及增强现实用近眼显示装置


[0001]本专利技术涉及一种微型投影系统，同时涉及使用其的增强现实用近眼显示装置。

技术介绍

[0002]虚拟现实(virtual reality，VR)和增强现实(augmented reality，AR)的概念提出以来，基于VR或者AR模式的头戴式图像显示装置取得了长足的发展，近年来出现了消费级的产品，诸如Samsung gear VR，Sony PSVR，Epson BT300，Microsoft Hololens等等，由于这些头戴式显示装置在使用时需要佩戴于观察者头部，因此紧凑和轻量化一直是业内的不懈追求，以减轻观察者的负载，提高可使用性。
[0003]以色列的Lumus公司生产一种轻薄型的阵列光波导被推崇为轻薄型方案的典型，经过设计的多个反射面能够将入射的影像光通过阵列分散达到预定视场角，以得到厚度小于2mm的AR光学元件。另外还有一些公司如Waveoptics推出了衍射波导方案，波导元件的厚度同样可以做到很薄。
[0004]波导元件需要配合高亮度投影系统一起工作，投影系统的尺寸和性能直接影响波导近眼显示系统整体的尺寸和光学性能。因此微型、高亮度、高性能的投影系统对于波导显示系统是至关重要的。为了得到较高的亮度，LCOS、DLP等高亮度技术被应用于投影系统的开发，LCOS、DLP需要背光系统才能达到很高的亮度，但同时系统整体的体积也变大了很多。传统的投影系统系统如图1所示，系统仅有一个反射面提供光焦度，成像质量较差，且体积比较大。
专利技术内容
[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种微型投影系统。
[0006]本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供使用上述微型投影系统的增强现实用近眼显示装置。
[0007]一种微型投影系统，包括：成像光路部分与照明光路部分，所述成像光路部分包括LCOS微显示器，后置透镜，PBS棱镜，正
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负胶合透镜、曲面反射镜，前置透镜；其中，
[0008]后置透镜设置在LCOS微显示器和PBS棱镜之间，在PBS棱镜远离LCOS侧设置有正
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负胶合透镜和曲面反射镜，在PBS棱镜远离照明光路部分侧设置有前置透镜；
[0009]所述成像光路部分与所述照明光路部分共用所述PBS棱镜。
[0010]其中较优地，所述PBS棱镜靠近照明光路部分侧表面及靠近出瞳侧表面贴敷有s方向偏振膜，远离LCOS微显示器侧平面贴敷有1/4波片。
[0011]其中较优地，所述曲面反射镜为所述正
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负双胶合透镜远离PBS棱镜的表面且设置有反射膜。
[0012]其中较优地，所述正
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负双胶合透镜靠近PBS棱镜的面为平面，远离PBS棱镜的表面向外凸出。
[0013]其中较优地，所述后置镜片为单透镜或透镜组，所述后置镜片包括至少一个非球
面透镜。
[0014]其中较优地，所述后置镜片包括正透镜和负透镜。
[0015]其中较优地，所述照明光路部分包括LED、匀光器件、准直光路和所述PBS棱镜。
[0016]其中较优地，所述LCOS为时序LCOS，所述LED为R、G、B三色LED。
[0017]其中较优地，所述匀光器件为导光棒，所述导光棒端面设置扩散膜、微透镜阵列或毛玻璃面；
[0018]所述准直光路包括两个非球面菲涅尔镜片。
[0019]一种近眼显示装置，包括上述微型投影系统，还包括波导，所述波导是二维扩瞳波导，所述波导的耦入端设置在所述微型投影系统的出瞳位置。
[0020]本专利技术所提供的微型投影系统，由两部分光路组成：成像光路部分与照明光路部分，两部分光路共用同一个PBS棱镜。其中，在成像光路部分引入双胶合透镜组、前置透镜和后置透镜，用于控制系统体积，提高系统矫正像差能力，控制屏幕光线入射角度。该光路通过PBS棱镜，利用曲面反射镜和偏振态的控制将光路折叠，可以有效降低系统的体积和重量。
附图说明
[0021]图1为现有技术中LCOS投影系统光路原理图；
[0022]图2为根据本专利技术微型投影系统的光路图；
[0023]图3为根据本专利技术微型投影系统第一实施例照明光路部分光路图；
[0024]图4为根据本专利技术微型投影系统第一实施例成像光路部分光路图；
[0025]图5为根据本专利技术微型投影系统第一实施例成像光路点列图；
[0026]图6为根据本专利技术微型投影系统第一实施例成像光路MTF曲线图；
[0027]图7为根据本专利技术微型投影系统第一实施例成像光路畸变网格图；
[0028]图8为根据本专利技术微型投影系统第二实施例成像光路部分光路图；
[0029]图9为根据本专利技术微型投影系统与波导元件结合示意图；
[0030]图10为根据本专利技术微型投影系统与波导元件结合眼镜结构示意图。
具体实施方式
[0031]以下对本专利技术示例性实施例进行详细的描述以解释本专利技术，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。除非有明确的表示，本领域技术人员应当理解的，所谓前后左右仅作为相对性描述，不作为实际的绝对性限制，而第一、第二等词汇也应仅理解为区分不同的部件，而不包含顺序的限定性作用，并且，在不同的实施例中，同样被称为第一部分的部件结构也可以是不相同的。
[0032]本专利技术提出一种新型的LCOS(Liquid Crystal on Silicon)微型投影系统，是一种微型、高亮度、高成像质量的投影系统，投影系统与波导元件配合可实现眼镜形态的超轻薄AR显示设备。
[0033]微型投影系统由两部分光路组成，成像光路部分与照明光路部分，两部分光路共用同一个PBS棱镜，可以缩小微型投影系统的体积。如图2和图8所示，在成像光路部分，引入双胶合透镜组、前置透镜和后置透镜，用于控制系统体积，提高系统矫正像差能力，控制屏
幕光线入射角度。
[0034]第一实施例
[0035]如图2所示，根据本专利技术的一种微型投影系统，主要包括成像光路部分和照明光路部分。其中，照明光路部分106主要包括RGB
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LED101、导光棒102以及放置于导光棒末端的扩散膜103、菲涅尔准直镜片104、菲涅尔准直镜片105以及PBS分光棱镜111。成像光路部分主要包括微显示器LCOS115、后置透镜114、PBS棱镜111、正
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负双胶合透镜117、曲面反射镜118以及前置透镜120；成像光路部分和照明光路部分的PBS棱镜111共用。LED发出的光线首先经过导光棒匀光，然后经过菲涅尔镜片将光路准直，准直后的光线经过起偏器转变为s光进入PBS分光棱镜，s光在PBS分光面发生反射入射到LCOS上，s光经过LCOS调制后转变为p光再次进入PBS棱镜并穿过PBS分光面后经过1/4波片转化为圆偏光，圆偏光经过曲面反射镜反射后再次经过1/4波片后转换为s光进入PBS棱镜并在PBS分光面上反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型投影系统，包括：成像光路部分与照明光路部分，其特征在于：所述成像光路部分包括LCOS微显示器，后置透镜，PBS棱镜，正
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负胶合透镜、曲面反射镜，前置透镜；其中，所述后置透镜设置在所述LCOS微显示器和所述PBS棱镜之间，在所述PBS棱镜远离LCOS微显示器侧设置有所述正
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负胶合透镜和所述曲面反射镜，在所述PBS棱镜远离照明光路部分侧设置有所述前置透镜；所述成像光路部分与所述照明光路部分共用所述PBS棱镜。2.如权利要求1所述的微型投影系统，其特征在于：所述PBS棱镜靠近照明光路部分侧表面及靠近出瞳侧表面贴敷有s方向偏振膜，远离LCOS微显示器侧表面贴敷有1/4波片。3.如权利要求1所述的微型投影系统，其特征在于：所述曲面反射镜为所述正
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负双胶合透镜远离PBS棱镜的表面且设置有反射膜。4.如权利要求1所述的微型投影系统，其特征在于：所述正
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【专利技术属性】
技术研发人员：王其为，程德文，周丽军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：