CN114967160A

CN114967160A - 投影显示组件和增强现实显示设备

Info

Publication number: CN114967160A
Application number: CN202210901734.1A
Authority: CN
Inventors: 姜龙; 赵云; 朱翠凤
Original assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-07-28
Also published as: CN114967160B

Abstract

本公开实施例公开了一种投影显示组件和增强现实显示设备，该投影显示组件包括光波导、光机模组和棱镜组；光波导与第一参考面之间呈第一角度α，其中，第一参考面为与用户面部平行的平面，棱镜组设置在光波导与光机模组之间，棱镜组可使光机模组输出的光线以第三角度γ偏折出射至光波导。

Description

投影显示组件和增强现实显示设备

技术领域

本公开实施例涉及增强现实技术领域，更具体地，本公开实施例涉及一种投影显示组件和增强现实显示设备。

背景技术

随着技术的发展，增强现实（Augmented Reality，AR）显示设备，例如AR眼镜，能够将虚拟图像与现实世界图像同时投射入用户的眼睛中，进而使得用户能够看到叠加在现实景物中的虚拟图像。

目前，AR眼镜架构主要分为以下几类：Birdbath方案、波导片方案、棱镜方案等，其中，波导片方案由于其具有亮度高、体积小等特点，逐渐在AR眼镜中得到了广泛的应用。

对于传统的AR眼镜架构，光机发出的光线垂直进入波导片的耦入区，并从波导片的耦出区垂直进入人眼，这种AR眼镜架构所占用人眼左右两侧的空间较大，导致AR眼镜的产品体积增大，用户体验较差。

发明内容

本公开实施例的目的在于提供一种投影显示组件的新的技术方案。

根据本公开的第一方面，提供了一种投影显示组件，包括光波导、光机模组和棱镜组；

所述光波导与第一参考面之间呈第一角度α，其中，所述第一参考面为与用户面部平行的平面，

所述棱镜组设置在所述光波导与所述光机模组之间，所述棱镜组可使所述光机模组输出的光线以第三角度γ偏折出射至所述光波导。

可选地，所述棱镜组至少包括一个楔形棱镜。

可选地，所述棱镜组包括一个楔形棱镜，所述楔形棱镜具有入射面和出射面，所述入射面与所述光机模组相对，所述出射面朝向所述光波导的耦入区，且所述出射面与所述光波导之间呈第四角度；

其中，所述第四角度为锐角。

可选地，所述出射面远离用户人眼的一侧至所述光波导的距离小于所述出射面靠近用户人眼的一侧至所述光波导的距离。

可选地，所述棱镜组包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜相邻的表面相互胶合连接；

所述第一楔形棱镜背离所述第二楔形棱镜的第一表面朝向所述光波导的耦入区，所述第二楔形棱镜背离的所述第一楔形棱镜的第三表面与所述光机模组的输出端相对；

其中，所述第一表面和所述第一楔形棱镜与所述第二楔形棱镜胶合的第二表面为斜面，所述第三表面为平面。

可选地，所述第一表面对光线的偏折角度小于所述第二表面对光线的偏折角度。

可选地，所述第一表面对光线的偏折角度为10度~15度，所述第二表面对光线的偏折角度为16度~21度。

可选地，所述第一楔形棱镜的折射率大于所述第二楔形棱镜的折射率，所述第一楔形棱镜的阿贝数小于所述第二楔形棱镜的阿贝数。

可选地，所述第一角度α的角度范围为2度~6度。

可选地，所述光机模组于与第二参考面之间呈第二角度β，其中，所述第二参考面为平行于所述用户人眼视轴的平面，所述第二参考面与所述第一参考面相互垂直。

可选地，所述第二角度β的角度范围为﹣5度~5度。

可选地，所述第三角度γ满足预设关系；

其中，所述预设关系为γ=2α+β。

可选地，所述光机模组包括镜头模组，所述镜头模组由物方到像方沿同一光轴依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

其中，所述镜头模组的总光焦度为正。

可选地，所述第二透镜的光焦度为负；所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的光焦度为正，其中，所述第三透镜的光焦度最大，所述第四透镜的光焦度最小。

可选地，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为所述光机模组的光学总长的11%~15%。

根据本公开的第二方面，提供了一种增强现实显示设备，包括根据本公开的第二方面所述的投影显示组件。

根据本申请实施例，该投影显示组件包括光波导、光机模组和棱镜组，光波导和与用户面部平行的平面之间呈第一角度，棱镜组设置在光波导与光机模组之间，该棱镜组可使光机模组输出的光线以第三角度偏折出射至光波导。这样，本实施例通过将光波导倾斜设置，可以减小投影显示组件占用用户人眼的两侧的空间，进而减小增强现实显示设备的整机产品的体积，能够解决在增强现实显示设备的使用过程中设备容易与其他物品发生碰撞的问题，从而可以提升用户体验。并且，通过在光机模组与光波导之间增加棱镜组，可以使光机模组输出的光线发生偏折，使得经光波导全反射后输出的光线可以从用户人眼的正面进入人眼，保证用户感知的图像位于正前方，避免用户左右眼感知的图像出现分离，提升增强现实显示设备的显示性能。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中AR眼镜架构的结构示意图；

图2为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之一；

图3为本公开实施例的增强现实显示设备的结构示意图；

图4为本公开实施例的投影显示组件的光线传输路径图之一；

图5为本公开实施例的投影显示组件的光线传输路径图之二；

图6为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之二；

图7为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之三；

图8为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之四；

图9为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之五；

图10为本公开实施例的投影显示组件的光线传输路径图之三；

图11为本公开实施例的投影显示组件的光线传输路径图之四。

图12为图11提供的投影显示组件中光机模组的调制传递函数图；

图13为图11提供的投影显示组件中光机模组的垂轴色差图；

图14为图11提供的投影显示组件中光机模组的相对照度图；

图15为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之六；

图16为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之七；

图17为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之八；

图18为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之九；

图19为本公开实施例的投影显示组件的结构示意图之十。

附图标记说明：

光机组件1；波导镜片2；

光波导10；

光机模组20；第一透镜21，第二透镜22，第三透镜23，第四透镜24，图像源25，透光保护器件26；

棱镜组30，第一楔形棱镜31，第二楔形棱镜32；

投影显示组件40；框体51，镜腿52。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，传统的AR眼镜架构包括光机组件1和波导镜片2。光机组件1用于产生图像。波导镜片2上设置有一个耦入区和一个耦出区，光机组件1产生的图像通过耦入区进入波导镜片2的内部，经波导镜片2全反射后传输至耦出区，并从耦出区出射至用户的人眼。

但是，对于这种AR眼镜架构，光机组件1发出的光线垂直进入波导镜片2的耦入区，并从波导镜片2的耦出区垂直进入用户的人眼，导致AR眼镜架构将占用用户的人眼左右两侧的较大空间（如图1示出的区域a），进而造成AR眼镜架构的整机产品的体积增大，影响AR设备的体验感。此外，由于这种AR眼镜架构的体积较大，不符合用户对于头部空间的常规感知，使用过程中容易发生磕碰，用户体验较差。

为了解决上述问题，本公开实施例提出了一种投影显示组件，该投影显示组件可应用于增强现实显示设备，通过将光波导倾斜设置，并在光机模组与光波导之间增加棱镜，可以减小投影显示组件所占的空间，从而减小增强现实显示设备的整机产品的体积，并且，保证用户感知的图像位于正前方，避免用户左右眼感知的图像出现分离，从而提升用户体验。

下面，参照附图描述根据本公开的各个实施例和例子。

请参见图2和图3，本公开实施例提供了一种投影显示组件，该投影显示组件包括光波导10、光机模组20和棱镜组30，该光波导10与第一参考面之间呈第一角度α，其中，第一参考面为与用户面部平行的平面；该棱镜组30设置在光波导10与光机模组20之间，该棱镜组30可使光机模组20输出的光线以第三角度γ偏折出射至光波导10。

在本实施例中，光波导10可对光线实施传导。光波导10靠近用户的表面设有耦入区和耦出区。耦出区与用户的人眼相对，也就是说，耦出区的中心位于用户人眼的视轴上。耦入区位于远离用户的人眼的一侧。光机模组20用于将显示芯片产生的图像，输出至光波导10的耦入区。

第一参考面可以是与用户的面部平行的平面，也就是说，第一参考面是与用户人眼视轴垂直的平面。基于第一参考面，可以设定光波导10的倾斜程度。第一角度α可以是光波导10相对于第一参考面的旋转角度。例如，如图2所示，第一参考面可以用x轴表示，第一角度为α。

在本实施例中，如图3所示，光波导10与第一参考面之间呈第一角度，也就是说，光波导10相对于用户的面部倾斜设置。更具体地，光波导10设置有耦入区的一侧朝向用户的面部倾斜。这样，与图1示出的现有的AR眼镜架构相比，本实施例提供的投影显示组件在用户人眼的两侧的占用空间如图3示出的区域b，通过将光波导10倾斜设置，使得投影显示组件占用佩戴人眼两侧的空间减少，从而减小增强现实显示设备的整机产品的体积，提升用户体验。

在一个实施例中，第一角度α的角度范围为2度~6度。在本实施例中，第一角度的大小，即，其中，光波导10相对于第一参考面的倾斜程度，可以根据不同用户的头部尺寸进行设定，也可以根据增强现实显示设备的型号进行设定，本公开实施例对此不作限定。

在本实施例中，光波导与第一参考面之间的第一角度α的角度范围为2度至6度，这样，一方面，可以根据不同年龄、类型的用户的实际需求调整光波导的倾斜程度，在减轻增强现实显示设备的体积的同时，可以提升增强现实显示设备佩戴的舒适性。另一方面，可以根据光机模组和光波导的型号调整光波导的倾斜程度，可以保证用户感知的图像位于用户人眼的正前方。

在本实施例中，光波导10倾斜设置会导致光波导10的耦出区输出的光线不能垂直进入用户人眼。基于此，在光机模组20与光波导10之间设置棱镜组30，棱镜组30可使光机模组20输出的光线以第三角度γ偏折出射至光波导10，进而使得光波导10的耦出区出射的光线垂直进入用户的人眼。

下面以图4和图5示出的光线传输路径为例，对该投影显示组件的工作过程进行说明。

请参见图4，其是本申请实施例提供的一种投影显示组件的光线传输路径的示意图。具体来讲，由于光波导10与第一参考面之间呈第一角度α，光波导10设置有耦入区的一侧朝向用户，使得光波导10与光机模组20之间呈一定夹角。光机模组20向光波导10的耦入区输出光线，耦入区进入的光线经光波导10全反射后传输至耦出区，并从耦出区耦合输出。此时，光波导10的耦出区输出的光线不是垂直进入用户的人眼，而是与用户的人眼存在一定角度，导致人眼感知的图像位于人眼的正前方的一侧，进而会导致用户左右眼感知的图像出现分离，使得增强现实显示设备无法正常使用。

请参见图5，其是本申请实施例提供的另一种投影显示组件的光线传输路径的示意图。具体来讲，与图4示出的投影显示组件相比，该投影显示组件在光波导10与光机模组20之间设置棱镜组30。这样，棱镜组30接收光机模组20输出的光线，并使光机模组20输出的光线偏折第三角度γ，偏折后的光线传输至光波导10的耦入区，之后，耦入区进入的光线在光波导内发生全反射后传输至耦出区，并从耦出区耦合输出。此时，光波导10的耦出区输出的光线垂直进入用户的人眼，用户人眼感知的图像位于人眼的正前方。

在一个实施例中，棱镜组至少包括一个楔形棱镜。

在一个实施例中，如图2和图3所示，该棱镜组30包括一个楔形棱镜，该楔形棱镜具有入射面和出射面，入射面与光机模组相对，出射面朝向光波导的耦入区，且出射面与光波导之间呈第四角度；其中，第四角度为锐角。

在本实施例中，该楔形棱镜的出射面为斜面，该楔形棱镜的入射面为平面。可选地，出射面远离用户人眼的一侧至所述光波导的距离小于出射面靠近用户人眼的一侧至所述光波导的距离。

在本实施例中，该棱镜组包括一个楔形棱镜，该楔形棱镜的出射面为斜面，这样，该楔形棱镜可以使光机模组输出的光线发生偏折，以改变耦合输入光波导的光线的传输方向，使得经光波导全反射后的光线垂直于用户的人眼输出，从而使得光机模组输出的图像位于用户人眼的正前方。

在一个实施例中，如图6所示，该棱镜组30包括第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32，第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32相邻的表面相互胶合连接；第一楔形棱镜31背离第二楔形棱镜32的第一表面朝向光波导10的耦入区，第二楔形棱镜32背离的第一楔形棱镜31的第三表面与光机模组20的输出端相对；其中，第一表面和第一楔形棱镜31与第二楔形棱镜32胶合的第二表面为斜面，第三表面为平面。

在本实施例中，第一楔形棱镜和第二楔形棱镜胶合连接形成双胶合棱镜。其中，第二楔形棱镜的第三表面朝向光机模组的输出端，第三表面作为入射面，用于接收光机模组输出的光线。第一楔形棱镜的第一表面朝向光波导的耦入区，且第一表面远离用户人眼的一侧至光波导的距离小于第一表面靠近用户人眼的一侧至光波导的距离。第一表面作为出射面，用于将光机模组输出的光线进行偏折，并使偏折后的光线耦合进入光波导。

在本实施例中，该棱镜组包括胶合连接的第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，第二楔形棱镜靠近光机模组设置，且第二楔形棱镜朝向光机模组的第三表面为平面，第一楔形棱镜朝向光波导的第一表面、第一楔形棱镜与第二楔形棱镜胶合的第二表面为斜面，这样，棱镜组可以使光机模组输出的光线发生偏折，以改变耦合输入光波导的光线的传输方向，使得经光波导全反射后的光线垂直于用户的人眼输出，从而使得光机模组输出的图像位于用户人眼的正前方。

在一个实施例中，第一表面对光线的偏折角度小于第二表面对光线的偏折角度。如图6所示，第一楔形棱镜31的第一表面的倾斜程度小于第二表面的倾斜程度。可选地，第一表面对光线的偏折角度为10度~15度，第二表面对光线的偏折角度为16度~21度。

在一个实施例中，第一楔形棱镜的折射率大于第二楔形棱镜的折射率，第一楔形棱镜的阿贝数小于第二楔形棱镜的阿贝数。

其中，折射率用于表示透镜对光线的折射程度，当折射率越大时，折射程度越大。阿贝数用于表示透镜介质对光的色散程度，阿贝数越低，色散越厉害，从而折射率越大。

在本实施例中，第一楔形棱镜的第一表面对光线的偏折角度小于第一楔形棱镜与第二楔形棱镜胶合的第二表面对光线的偏折角度，也就是说，第一楔形棱镜对光线的偏折角度小于第二楔形棱镜对光线的偏折角度，并且，第一楔形棱镜的折射率大于第二楔形棱镜的折射率，这样，通过采用第一楔形棱镜和第二楔形棱镜胶合形成的双胶合棱镜，可以消除第二楔形棱镜所产生的垂轴色差，可以提高投影显示组件的图像质量，从而提升增强现实显示设备的显示效果。

在本实施例中，光机模组20可以不旋转，即，光机模组20平行于用户人眼的视轴方向设置。光机模组20也可以旋转一定角度，即，光机模组20相对于用户人眼的视轴倾斜设置。

在一个实施例中，光机模组20与第二参考面之间呈第二角度β，其中，第二参考面为平行于用户人眼视轴的平面，第二参考面与第一参考面相互垂直。可选地，第二角度β的角度范围为﹣5度~5度。

在本实施例中，第二参考面为平行于用户人眼视轴的平面。基于第二参考面，可以衡量光机模组20的倾斜程度。第二角度可以是光机模组20相对于第二参考面的旋转角度。例如，如图2所示，第二参考面可以用y轴表示，第二角度为β。

在本实施例中，可以根据光波导的倾斜程度和长度，调整光机模组的设置方向，使得该增强现实显示设备的架构的布局更灵活。

在一个实施例中，第三角度γ满足预设关系，该预设关系为：

γ=2α+β

其中，γ为第三角度；α为第一角度，即，光波导10相对于第一参考面的旋转角度；β为第二角度，即，光机模组20相对于第二参考面的旋转角度。

在本实施例中，如图2和图3所示，第三角度γ为光机模组20输出至棱镜组的光线与经棱镜组偏折后输出的光线之间的夹角，也就是说，光机模组20输出的光线与输入光波导10的耦入区的光线之间的夹角。在本实施例中，可以通过调整棱镜组30与光波导10的位置关系，以使第三角度满足上述预设关系。

示例性地，如图7所示，光波导10相对于第一参考面x的旋转角度（即，第一角度α）为5°，光机模组20不旋转（即，第二角度β为0°），则棱镜组30使光机模组20输出的光线的偏折角度（即，第三角度γ）为10°。

示例性地，如图8所示，光波导10相对于第一参考面x的旋转角度（即，第一角度α）为5°，光机模组20相对于第二参考面y的旋转角度（即，第二角度β）为5°，则棱镜组30使光机模组20输出的光线的偏折角度（即，第三角度γ）为15°。

示例性地，如图9所示，光波导10相对于第一参考面x的旋转角度（即，第一角度α）为5°，光机模组20相对于第二参考面y的旋转角度（即，第二角度β）为﹣5°，则棱镜组30使光机模组20输出的光线的偏折角度（即，第三角度γ）为5°。

在本实施例中，针对光波导的倾斜程度的不同和光机模组的旋转角度的不同，棱镜组可使光机模组输出的光线以第三角度偏折出射至光波导，其中，第三角度为两倍的第一角度与第二角度的和值，可以保证经光波导全反射后的光线从用户人眼的正前方输出，避免用户左右眼感知的图像出现分离，可以提高投影显示组件的图像质量，从而提升增强现实显示设备的显示效果。

在一个实施例中，如图10和图11所示，该光机模组20包括镜头模组，该镜头模组由物方到像方沿同一光轴依次包括：第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24；其中，镜头模组的总光焦度为正。

在一个实施例中，第二透镜的光焦度为负；第一透镜、第三透镜和第四透镜的光焦度为正，其中，第三透镜的光焦度最大，第四透镜的光焦度最小。

也就是说，镜头模组包括四片透镜，即，由物方到像方沿同一光轴依次包括：第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24。第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24的光焦度的排列顺序为：正、负、正、正，其中，三个正透镜的光焦度的排列顺序为：第三透镜23＞第一透镜21＞第四透镜24。

在本实施例中，通过设置组成镜头模组的四个透镜的光焦度，可以保证镜头模组的光线汇聚到显示芯片，提高镜头模组的成像质量。进一步地，通过设置每一透镜的光焦度，实现对镜头模组的光焦度的合理分配，可以避免镜头模组中某一透镜承载过大的光焦度，进而避免镜头模组的透镜弯曲程度过大，从而提高透镜的加工性能，提高镜头模组的生产良率。

在一个实施例中，第一透镜与第二透镜之间的空气间隔为光机模组的光学总长的11%~15%。

在一个实施例中，第二透镜与第三透镜之间的空气间隔小于0.2mm；第三透镜与第四透镜之间的空气间隔小于0.2mm。

在本实施例中，可以合理设置镜头模组中相邻两个透镜之间的空气间隔，可以减小镜头模组的体积，进一步有助于减小增强现实显示设备的整机产品的体积。

在一个实施例中，该投影显示组件还包括光阑，光阑设于棱镜组与光波导之间。光阑可用于限制通过的投影光线的直径，调节射出光机模组的光通量，同时减少其他透镜经过反射产生的杂散光干扰，从而使投影光线的成像更加清晰。

通常，光阑的孔径为一个固定值。当然，为了灵活调整成像清晰度，使光机模组能够更好的适应高低分辨率的切换，还可以将光阑设置为可以调整孔径大小的方式。

在一个实施例中，如图10所示，该光机模组还包括图像源25。图像源25位于第四透镜24背离第三透镜23的一侧，图像源25用于投射投影光线。

示例性地，图像源25可选用数字微镜元件（Digital Micromirror Device，DMD）芯片。DMD芯片是由多个按矩阵方式排列的数字微反射镜组成，工作时每个微反射镜都能够朝正反两个方向进行偏转并锁定，从而使光线按既定的方向进行投射，并且以数万赫兹的频率进行摆动，将来自照明光源的光束通过微反射镜的翻转反射进入光学系统成像在屏幕上。DMD芯片具有分辨率高，信号无需数模转换等优点。示例性地，图像源25也可以选用硅上液晶（LiquidCrystal On Silicon，LCOS）芯片或其他可用于出射光线的显示元件，本申请对此不作限制。

在一个实施例中，如图10所示，该光机模组还包括透光保护器件26，透光保护器件26位于第四透镜24与图像源25之间。

透光保护器件26可以为一透明玻璃板。透明玻璃板例如可以盖设于图像源25的出光面，能够在保证很好的透光率的前提下，有效保护图像源25，防止外界的灰尘进入图像源25。

为了进一步优化投影显示组件的性能，以下采用五个例子进行说明。

实施例1

如图11所示，该投影显示组件由物方到像方沿同一光轴依次包括：光阑（图中未示出）、第一楔形棱镜31、第二楔形棱镜32、第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23、第四透镜24和透光保护器件26。

在该实施例中，如图10所示，第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32胶合形成双胶合棱镜。第一楔形棱镜背离第二楔形棱镜的第一表面朝向光波导的耦入区，第二楔形棱镜背离的第一楔形棱镜的第三表面与光机模组的输出端相对；其中，第一表面和第一楔形棱镜与第二楔形棱镜胶合的第二表面为斜面，第三表面为平面。第一表面对光线的偏折角度小于第二表面对光线的偏折角度。第一表面对光线的偏折角度为10度~15度，第二表面对光线的偏折角度为16度~21度。第一楔形棱镜的折射率大于第二楔形棱镜的折射率。第一楔形棱镜的阿贝数小于第二楔形棱镜的阿贝数。

如图11所示，第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24组成镜头模组。第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24的光焦度的排列顺序为：正、负、正、正，其中，三个正透镜的光焦度的排列顺序为：第三透镜23＞第一透镜21＞第四透镜24。第一透镜21与第二透镜22之间的空气间隔为光机模组的光学总长的11%~15%。第二透镜22与第三透镜23之间的空气间隔小于0.2mm；第三透镜23与第四透镜24之间的空气间隔小于0.2mm。

在该实施例中，参照图11所示，在镜面模组中，第一透镜21的朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凸面；第二透镜22的朝向物方一侧的表面为凹面，朝向像方一侧的表面为凹面；第三透镜23的朝向物方一侧的表面为平面，朝向像方一侧的表面为凸面；第四透镜24的朝向物方一侧的表面为凸面，朝向像方一侧的表面为凹面。

在该实施例中，第一透镜21的有效焦距范围为9mm~10mm，第二透镜22的有效焦距范围为﹣3.7mm~﹣3.1mm，第三透镜23的有效焦距范围为3.5mm~4mm，第四透镜24的有效焦距范围为50mm~55mm。

请参见表1，其中包含上述各个光学器件的具体参数。其中，序号间隔位置的厚度表示为相邻两个光学器件之间的距离。序号按照光学器件所处的位置设定，例如，靠近图像源（最右侧）的透光保护器件的序号为7，还例如，靠近物方（最左侧）的第一楔形棱镜的序号为1。

表1

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表2所示。

表2

请参见图12，其是本申请实施例1提供的投影显示组件中光机模组的调制传递函数图。其中，该调制传递函数的横坐标为空间频率（Spatial Frequency in cycles permm），纵坐标为OTF模量（Modulus of the OTF）。随着空间频率的增大，图像源显示的像素点的尺寸越小，对光线汇聚能力要求越高。由图可以看出，在空间频率处于0mm~93mm的区间内，该增强现实显示设备的成像的OTF模值一直能够保持在0.5以上，即表示图像具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳，说明该投影显示组件具有较好的成像质量。

请参见图13，其是本申请实施例1提供的投影显示组件中光机模组的垂轴色差图，其中，该垂轴色差图的尺寸单元，纵坐标为视场。垂轴色差是指又称为倍率色差，主要是指像方的一根复色主光线，因折射系统存在色散，在物方出射时变成多根光线，氢蓝光与氢红光在像面上的焦点位置的差值。根据图12可知，在最大视场10mm，最大垂轴色差为2.8μm，即，增强现实显示设备的垂轴色差＜3μm，成像拖影程度极低，成像质量较好。

请参见图14，其是本申请实施例1提供的投影显示组件中光机模组的相对照度图，其最边缘相对中心照度＞67%，说明该投影显示组件成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

实施例2

如图15所示，实施例2与实施例1的区别在于：组成镜头模组的各个透镜的曲率半径、厚度的参数不同。

请参见表3，其中包含上述各个光学器件的具体参数。

表3

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表4所示。

表4

本申请实施例2提供的投影显示组件具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳。并且，成像拖影程度极低，成像质量较好。此外，成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

实施例3

如图16所示，实施例3与实施例1的区别在于：组成镜头模组的各个透镜的曲率半径、厚度的参数不同。

请参见表5，其中包含上述各个光学器件的具体参数。

表5

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表6所示。

表6

本申请实施例3提供的投影显示组件具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳。并且，成像拖影程度极低，成像质量较好。此外，成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

实施例4

如图17所示，实施例4与实施例1的区别在于：组成镜头模组的各个透镜的曲率半径、厚度的参数不同。

请参见表7，其中包含上述各个光学器件的具体参数。

表7

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表8所示。

表8

本申请实施例4提供的投影显示组件具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳。并且，成像拖影程度极低，成像质量较好。此外，成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

实施例5

如图18所示，实施例5与实施例1的区别在于：组成镜头模组的各个透镜的曲率半径、厚度的参数不同。

请参见表9，其中包含上述各个光学器件的具体参数。

表9

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表10所示。

表10

本申请实施例5提供的投影显示组件具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳。并且，成像拖影程度极低，成像质量较好。此外，成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

实施例6

如图19所示，实施例6与实施例1的区别在于：组成镜头模组的各个透镜的曲率半径、厚度的参数不同。

请参见表11，其中包含上述各个光学器件的具体参数。

表11

在本实施例中，组成镜头模组的第一透镜21、第二透镜22、第三透镜23和第四透镜24均为非球面透镜。非球面透镜对应的球面参数如表12所示。

表12

本申请实施例6提供的投影显示组件具有很高的成像质量，画面的清晰度极佳。并且，成像拖影程度极低，成像质量较好。此外，成像画面亮度均匀，边缘损失光能量少，照明光利用率高。

本申请实施例还提供了一种增强现实显示设备，该增强现实显示设备包括前述实施例所述的投影显示组件。

在一个实施例中，如图3所示，该增强现实显示设备包括眼镜本体和两个投影显示组件40，两个投影显示组件40均包括光波导10、光机模组20和棱镜组30，该光波导10与第一参考面之间呈第一角度α，其中，第一参考面为与用户面部平行的平面；该棱镜组30设置在光波导10与光机模组20之间，该棱镜组30可使光机模组20输出的光线以第三角度γ偏折出射至光波导10。

示例性地，该眼镜本体包括框体51和连接于框体51两侧的镜腿52，两个投影显示组件沿框体51的宽度方向间隔布置，其中，一个投影显示组件的棱镜组30和光机模组20设于一侧的镜腿52。

示例性地，如图3所示，框体51可以包括间隔设置的左右两个视窗区，两组投影显示组件分别与两个视窗区一一对应设置。一个投影显示组件40中的光波导10设于框体51的左侧的视窗区，其中，光波导10的耦出区正对用户的左眼，光波导10的耦入区设于背离用户左眼的一侧；该投影显示组件40中的光机模组20和棱镜组30设于左侧的镜腿52，且棱镜组30位于光机模组20与光波导10之间，其中，该棱镜组30的出射面朝向光波导10的耦入区。另一个投影显示组件40中的光波导10设于框体51的右侧的视窗区，其中，光波导10的耦出区正对用户的右眼，光波导10的耦入区设于背离用户右眼的一侧；该投影显示组件40中的光机模组20和棱镜组30设于右侧的镜腿52，且棱镜组30位于光机模组20与光波导10之间，其中，该棱镜组30的出射面朝向光波导10的耦入区。两个光机模组20分别控制发射光线的投影位置，两个光机模组20可以分别投影至对应的两个光波导10，这样，通过设置两组投影显示组件，可以提升用户的观感体验。

其中的投影镜头的具体结构可参见上述的各个实施例。

由于本申请的投影设备采用上述所有实施例的投影镜头，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种投影显示组件，其特征在于，包括光波导、光机模组和棱镜组；

2.根据权利要求1所述的投影显示组件，其特征在于，所述棱镜组至少包括一个楔形棱镜。

3.根据权利要求2所述的投影显示组件，其特征在于，所述棱镜组包括一个楔形棱镜，所述楔形棱镜具有入射面和出射面，所述入射面与所述光机模组相对，所述出射面朝向所述光波导的耦入区，且所述出射面与所述光波导之间呈第四角度；

其中，所述第四角度为锐角。

4.根据权利要求3所述的投影显示组件，其特征在于，所述出射面远离用户人眼的一侧至所述光波导的距离小于所述出射面靠近用户人眼的一侧至所述光波导的距离。

5.根据权利要求2所述的投影显示组件，其特征在于，所述棱镜组包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，所述第一楔形棱镜和所述第二楔形棱镜相邻的表面相互胶合连接；

6.根据权利要求5所述的投影显示组件，其特征在于，所述第一表面对光线的偏折角度小于所述第二表面对光线的偏折角度。

7.根据权利要求6所述的投影显示组件，其特征在于，所述第一表面对光线的偏折角度为10度~15度，所述第二表面对光线的偏折角度为16度~21度。

8.根据权利要求5所述的投影显示组件，其特征在于，所述第一楔形棱镜的折射率大于所述第二楔形棱镜的折射率，所述第一楔形棱镜的阿贝数小于所述第二楔形棱镜的阿贝数。

9.根据权利要求1所述的投影显示组件，其特征在于，所述第一角度α的角度范围为2度~6度。

10.根据权利要求1所述的投影显示组件，其特征在于，所述光机模组与第二参考面之间呈第二角度β，其中，所述第二参考面为平行于所述用户人眼视轴的平面，所述第二参考面与所述第一参考面相互垂直。

11.根据权利要求10所述的投影显示组件，其特征在于，所述第二角度β的角度范围为﹣5度~5度。

12.根据权利要求10所述的投影显示组件，其特征在于，所述第三角度γ满足预设关系；

其中，所述预设关系为γ=2α+β。

13.根据权利要求1所述的投影显示组件，其特征在于，所述光机模组包括镜头模组，所述镜头模组由物方到像方沿同一光轴依次包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜；

其中，所述镜头模组的总光焦度为正。

14.根据权利要求13所述的投影显示组件，其特征在于，所述第二透镜的光焦度为负；所述第一透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的光焦度为正，其中，所述第三透镜的光焦度最大，所述第四透镜的光焦度最小。

15.根据权利要求13所述的投影显示组件，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为所述光机模组的光学总长的11%~15%。

16.一种增强现实显示设备，其特征在于，包括：如权利要求1-15中任一项所述的投影显示组件。