CN110221511A - 一种新型高效微投影光学架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型高效微投影光学架构，包括照明系统和成像系统，所述成像系统包括微型显示器、偏振分束器和一组投影透镜组，所述照明系统包括RGB‑LED阵列元器件，LED光束汇聚器和微透镜阵列，所述RGB‑LED阵列元器件发出光线，该光线经由LED光束汇聚器提升效率后，穿过微透镜阵列提升光线的均匀性，穿过微透镜阵列后光线经偏振分束器将该光线反射到微型显示器进行调制，调制后的光线再经由偏振分束器反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。该发明能够在保持高效率的前提下，减小现有投影光学的照明系统的体积。
Description
技术领域
本发明涉及增强现实眼镜显示技术领域，特别涉及一种新型高效微投影光学架构。
背景技术
增强现实眼镜显示技术根据其光学合成器(opticalcombiner)的形态通常可分为光波导技术和自由曲面技术等。其中，光波导技术由于其更接近于眼镜的形态而受到更多的关注。而微型投影仪是光波导增强现实眼镜必不可少的图像源。由于增强现实眼镜需要具有很强的可佩戴性和舒适性，这对微投影技术的小型化以及高效率提出了很高的要求。
微型投影仪的光学架构通常包括照明系统和成像系统两部分。近些年来，一些微型投影仪通过使用自发光的micro-OLED显示面板取代照明系统从而减小微投影的体积。但是，由于micro-OLED的亮度和发光寿命远不如LED，并没有成为光波导眼镜尤其是对光效率需求很高的衍射光波导眼镜中的主流投影技术。在光波导增强现实眼镜领域中，占主导地位的投影技术任然是LED照明系统加上基于LCoS或者DLP面板的成像系统。光由红绿蓝三色LED发出,由RGB半透半反镜(合束器)合在一起，经由透镜组、复眼透镜等光学元件进行准直匀光，照射在LCOS或DLP等微型显示面板上。光经由微型显示器调制再通过透镜组、反射棱镜等光学元件投射出来。在现有技术中，由于照明系统中使用的LED是分立的两颗或三颗，需要一片(或一组)呈45度角左右摆放的半透半反镜作为光学合束器，将它们发出的光结合在一起，再加上准直镜和匀光系统，需要占据较大的体积，不利于实现增强现实显示模组的小型化。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种新型高效微投影光学架构，能够在保持高效率的前提下，减小现有投影光学的照明系统的体积。
本发明解决现有技术中的问题所采用的技术方案为：一种新型高效微投影光学架构，包括照明系统和成像系统，所述成像系统包括微型显示器、偏振分束器和一组投影透镜组，所述照明系统包括RGB-LED阵列元器件，LED光束汇聚器和微透镜阵列，所述RGB-LED阵列元器件发出光线，该光线经由LED光束汇聚器提升效率后，穿过微透镜阵列提升光线的均匀性，穿过微透镜阵列后光线经偏振分束器将该光线反射到微型显示器进行调制，调制后的光线再经由偏振分束器反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。
作为本发明的优选方案，所述微型显示器可以为LCOS显示器或者DLP显示器。
作为本发明的优选方案，所述LED光束汇聚器可替换为自由曲面光束汇聚器。
作为本发明的优选方案，所述LED光束汇聚器和微透镜阵列可替换为单边复眼曲面收光器，该单边复眼曲面收光器的前表面为微透镜阵列。
作为本发明的优选方案，所述RGB-LED阵列元器件还可以是MINI－LED阵列元器件和MICRO-LED阵列元器件。
作为本发明的优选方案，所述投影透镜组包括第一透镜、第二透镜、反射棱镜和第三透镜，反射到投影透镜组的光线经由第一透镜和第二透镜后，再经由反射棱镜45°向下反射到第三透镜投射出影像。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明的技术方案采用LED阵列取代了现有技术中的单颗LED加合束器的结构，从而减小了投影光学的体积，同时保留了LED照明高效率的优点。
附图说明
图1是本发明一种新型高效微投影光学架构优选实施例的结构示意图之一；
图2是本发明一种新型高效微投影光学架构优选实施例的结构示意图之二；
图3是本发明一种新型高效微投影光学架构优选实施例的结构示意图之三。
图中标号：1-RGB-LED阵列元器件；2-LED光束汇聚器；3-微透镜阵列；4-微型显示器；5-偏振分束器；6-第一透镜；7-第二透镜；8-反射棱镜；9-第三透镜；10-自由曲面光束汇聚器；11-单边复眼曲面收光器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示：一种新型高效微投影光学架构，包括照明系统和成像系统，所述成像系统包括微型显示器4、偏振分束器5和一组投影透镜组，所述照明系统包括RGB-LED阵列元器件1，LED光束汇聚器2和微透镜阵列3，所述RGB-LED阵列元器件1发出光线，该光线经由LED光束汇聚器2提升效率后，穿过微透镜阵列3提升光线的均匀性，穿过微透镜阵列3后光线经偏振分束器5将该光线反射到微型显示器4进行调制，达到投影仪的作用，调制后的光线再经由偏振分束器5反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。
作为本发明的优选方案，所述微型显示器4可以为LCOS显示器或者DLP显示器。
作为本发明的优选方案，所述RGB-LED阵列元器件1还可以是MINI－LED阵列元器件和MICRO-LED阵列元器件。
作为本发明的优选方案，所述投影透镜组包括第一透镜6、第二透镜7、反射棱镜8和第三透镜9，反射到投影透镜组的光线经由第一透镜6和第二透镜7后，再经由反射棱镜845°向下反射到第三透镜9投射出影像。
所述第一透镜6和第二透镜7是为了成像，第三透镜9的作用是为了调整投影的工作距离。
使用MINI－LED阵列元器件，或者MICRO-LED阵列元器件取代传统单个和多个LED组合，来缩小微投影体积和长度。
MINI－LED阵列元器件，或者MICRO-LED阵列元器件可以是但不限于是红绿蓝(RGB)，红红绿绿蓝蓝(RRGGBB)，红黄蓝(RYB)，红红黄黄蓝蓝(RRYYBB)等多种组合。
在MINI－LED阵列元器件，或者MICRO-LED阵列元器件前或者后都可以增加高反结构和膜层等光束汇聚器来提升光源效率和均匀性。
在LED阵列元器件前和(或)偏振分束器5前使用微透镜阵列3进行匀光和准直。
如图2所示：作为本发明的优选方案，所述LED光束汇聚器2可替换为自由曲面光束汇聚器10，RGB-LED阵列元器件1发出光线，该光线经由自由曲面光束汇聚器10的前后表面进行汇聚收集提升效率后，穿过微透镜阵列3提升光线的均匀性，穿过微透镜阵列3后光线经偏振分束器5将该光线反射到微型显示器4进行调制，达到投影仪的作用，调制后的光线再经由偏振分束器5反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。
如图3所示：作为本发明的优选方案，所述LED光束汇聚器2和微透镜阵列3可替换为单边复眼曲面收光器11，该单边复眼曲面收光器11的前表面为微透镜阵列3，从而减少了一片光学元件微透镜阵列3的使用，RGB-LED阵列元器件1发出光线，该光线经由单边复眼曲面收光器曲面11内表面反射产生汇聚作用，经由该单边复眼曲面收光器前表面的微透镜阵列提升均匀性，穿过微透镜阵列3后光线经偏振分束器5将该光线反射到微型显示器4进行调制，达到投影仪的作用，调制后的光线再经由偏振分束器5反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明的技术方案采用LED阵列取代了现有技术中的单颗LED加合束器的结构，从而减小了投影光学的体积，同时保留了LED照明高效率的优点。
本发明中的LED阵列还可由蓝色LED阵列加荧光材料(如phosphor)或者量子点的组合替代；也可以由边缘LED照明的导光板替代。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型高效微投影光学架构，包括照明系统和成像系统，其特征在于：所述成像系统包括微型显示器、偏振分束器和一组投影透镜组，所述照明系统包括RGB-LED阵列元器件，LED光束汇聚器和微透镜阵列，所述RGB-LED阵列元器件发出光线，该光线经由LED光束汇聚器提升效率后，穿过微透镜阵列提升光线的均匀性，穿过微透镜阵列后光线经偏振分束器将该光线反射到微型显示器进行调制，调制后的光线再经由偏振分束器反射到投影透镜组，再通过投影透镜组投射出影像。
2.根据权利要求1所述的一种新型高效微投影光学架构，其特征在于：所述微型显示器可以为LCOS显示器或者DLP显示器。
3.根据权利要求1所述的一种新型高效微投影光学架构，其特征在于：所述LED光束汇聚器可替换为自由曲面光束汇聚器。
4.根据权利要求1所述的一种新型高效微投影光学架构，其特征在于：所述LED光束汇聚器和微透镜阵列可替换为单边复眼曲面收光器。
5.根据权利要求1所述的一种新型高效微投影光学架构，其特征在于：所述RGB-LED阵列元器件还可以是MINI－LED阵列元器件和MICRO-LED阵列元器件。
6.根据权利要求1所述的一种新型高效微投影光学架构，其特征在于：所述投影透镜组包括第一透镜、第二透镜、反射棱镜和第三透镜，反射到投影透镜组的光线经由第一透镜和第二透镜后，再经由反射棱镜45°向下反射到第三透镜投射出影像。
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