[發明專利]一種適用于近眼顯示器的小型投影光學組件和投影光學系統

有效

• 申請號: 202010380018.4
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111399321B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 程德文;陳海龍;王其為;侯起超
• 申請（專利權）人: 北京耐德佳顯示技術有限公司
• 主分類號: G03B21/00
• 分類號: G03B21/00;G02B7/02;G02B7/18;G02B27/00;G02B27/01;G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司 11609
• 代理人: 張沫

1.一種用于近眼顯示器的小型投影光學組件，其特征在于，所述投影光學組件包括：

透鏡組(14)，用來接收來自微型顯示器的圖像光；

棱鏡(13)，被構成為離軸折反射式，沿光路方向上被置于所述透鏡組之后，用于實現光軸折轉并校正系統中的離軸像差，包括至少一有效光學表面為非球面或自由曲面，并且，所述棱鏡的其中一個光學表面設置有全反射膜；

楔角棱鏡(12)，沿光路方向被置于所述棱鏡的出光側，用于控制圖像光相對于投影光學組件的出瞳平面(11)的角度；所述楔角棱鏡的有效光學表面包括至少一非球面或自由曲面；

經過投影光學組件的圖像光在出瞳平面(11)被耦合至一預定的波導型光學片；

所述透鏡組和棱鏡的垂軸方向最大外徑均不超過7mm；楔角棱鏡以囊括形式被罩在棱鏡下，楔角棱鏡在垂軸方向不超出棱鏡的最大外徑；所述楔角棱鏡的體積小于所述棱鏡的體積；

所述投影光學組件的后截距小于15mm。

2.根據權利要求1所述的投影光學組件，其中，所述透鏡組包含至少一膠合透鏡，所述膠合透鏡包含至少一片高折射率小阿貝數的負透鏡，以及至少一片低折射率大阿貝數的正透鏡。

3.根據權利要求1所述的投影光學組件，其中，棱鏡(13)使光軸發生折轉，光軸折轉的角度為45～75度。

4.根據權利要求3所述的投影光學組件，其中，所述棱鏡(13)的有效光學表面構成為使圖像光在其中傳播時發生至少一次全反射。

5.根據權利要求1所述的投影光學組件，其中，所述楔角棱鏡(13)與棱鏡(12)的兩個相鄰的表面具有相同的形狀，所述楔角棱鏡(13)與棱鏡(12)的兩個相鄰的表面之間具有間距。

6.根據權利要求5所述的投影光學組件，其中，所述楔角棱鏡(13)與所述棱鏡(12)相鄰的面為非球面。

7.一種包括權利要求1-6任一投影光學組件的投影光學系統，其特征在于，進一步包括反射式液晶顯示器(LCoS)型圖像源。

8.如權利要求7所述的投影光學系統，其特征在于所述圖像源(45)包括：

反射式液晶開關層；

被置于上述開關層反射出光面前預定距離的偏振分光器；

用來提供初始光束的LED光源，以及被置于LED光源和偏振分光器之間的至少一整形透鏡(Lens1)，所述整形透鏡用以調整初始光束的發散角后將光線投射至微透鏡陣列(LA1、LA2)，用來進一步使光束均勻。

9.如權利要求8所述的投影光學系統，其特征在于所述偏振分光器為偏振分光立方棱鏡或具備支撐結構的分光膜。

10.如權利要求9所述的投影光學系統，其特征在于所述整形透鏡具有非球面的前、后表面，用以將照明光束耦合進入光路。

11.一種包括權利要求1-6任一投影光學組件的投影光學系統，其特征在于，進一步包括MEMS(Micro Electromechanical System，微機電系統)激光掃描鏡作為圖像源，所述MEMS掃描鏡通過照射至其上的激光束在預定位置的反射/散射表面(311)上掃描出完整的一幅平面圖像，所述預定位置為所述投影光學組件的圖像源面位置。

12.一種包括權利要求1-6任一投影光學組件的投影光學系統，其特征在于，所述投影光學系統進一步包括圖像源，所述圖像源的類型選自有機發光半導體顯示器(OLED)型、微發光二極管顯示器(MicroLED)型，液晶顯示器(LCD)型微顯示器之一。