CN212905731U - 一种微投影光学引擎及头戴式显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微投影光学引擎及头戴式显示设备，包括用于产生并发出光束的光源系统、用于显像的成像系统以及光纤耦合系统；所述光纤耦合系统包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入成像系统。本实用新型的光学引擎可以实现光源系统和成像系统在位置上的远离布设，由此可以使得光源系统与成像系统中的大功耗器件分散布局，继而解决了现有光学引擎发热量集中、需要增加单独的散热结构的问题，在一定程度上简化了光学引擎的结构设计，改善了散热效果和温漂问题，保证了成像质量，尤其适合应用在体积轻便、可折叠的AR/VR眼镜中。

Description

一种微投影光学引擎及头戴式显示设备

技术领域

本实用新型属于头戴式显示设备技术领域，具体地说，是涉及一种适用于头戴式显示设备的微投影光学引擎。

背景技术

头戴式显示设备是一种通过光学系统（主要是精密光学透镜）放大超微显示屏上的图像，并将影像投射于视网膜上,进而呈现于观看者眼中大屏幕图像的视频播放设备，可以实现虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等不同效果。头戴式显示设备按照结构不同主要分为：一体式头戴设备、分体式头戴设备、轻型眼镜（例如AR眼镜、VR眼镜）等。

在头戴式显示设备中，近眼显示系统是设备的关键组成部分，主要包括微投影光学引擎10’和显示器50两部分，如图1所示。其中，微投影光学引擎10’包括光源系统20’和成像系统40’，并且根据光源系统20’和成像系统40’的组成结构不同，可分为LED背光光学引擎、激光扫描光学引擎两种类型。具体而言，对于LED背光光学引擎，其光源系统20’通常由RGB三色LED或者白光LED配合光束准直透镜组件组成；其成像系统40’可以是LCOS成像系统或者DLP成像系统等。对于激光扫描光学引擎，其光源系统20’通常由RGB三色激光二极管配合光束准直透镜组件组成，其成像系统40’可以是多面体旋转反射镜系统或者单面扭转反射镜系统等。在使用过程中，通过光源系统20’发出的平行光束经成像系统40’显像后，通过显示器50耦合进入人眼60，使设备佩戴者观看到影像。

目前的微投影光学引擎10’，其光源系统20’和成像系统40’为一体化结构，如图2所示，以LCOS光学引擎光路系统为例进行说明：在光源系统20’中，通过红/蓝双色LED 21A’和绿色LED 21B’发出的自然光，各自经由一组汇聚透镜23A’、23B’聚合后，依次通过半透半反射镜24’、阵列镜25’和反射棱镜26’进行准直处理，形成平行光束发射至成像系统40’，并在成像系统40’中通过偏振分光棱镜42’后变成S偏光，经LCOS硅基液晶41’反射调制成像后，通过投影物镜43’耦入光波导。

这种传统的微投影光学引擎10’所存在的主要问题是：

（1）光源系统20’和成像系统40’为一体化结构，体积大且位置固定，在体积轻便、可折叠的AR/VR眼镜中使用时，不能灵活布局，影响产品外观；

（2）光源系统20’与成像系统40’中所使用的芯片功耗较大，且热量集中，因此需要增加单独的散热结构；

（3）因芯片释放的热量所导致的温漂问题会影响LCOS、数字微反射镜DMD（应用在DLP成像系统中）等电子器件的参数，进而导致光学引擎的成像质量受到影响。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于光纤耦合系统的微投影光学引擎，可以实现光源系统和成像系统中大功耗器件的分散布局，继而解决热量集中问题，改善散热效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

在一个方面，本实用新型提出了一种微投影光学引擎，包括用于产生并发出光束的光源系统、用于显像的成像系统以及光纤耦合系统；所述光纤耦合系统包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。

在本申请的一些实施例中，若所述光源系统中的光源为三色LED光源或者白光LED光源，则在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均为微阵列透镜，所述光纤为由多根单光纤组成的光纤束。

在本申请的一些实施例中，当所述光源系统中的光源为白光LED光源，或者三色LED光源且集中布设时，通过所述光源系统发出的光束为一束；此时，在所述光纤耦合系统的入射端和出射端可以均设置一个微阵列透镜，所述光纤束的耦入侧设置一个接头，与入射端的微阵列透镜正对布设，实现单光束的耦合接入；所述光纤束的耦出侧设置一个接头，与出射端的微阵列透镜正对布设，实现单光束的耦合输出。

在本申请的一些实施例中，当所述光源为白光LED光源时，可以将所述白光LED光源发出的光首先经由分光镜分成一束红蓝光和一束绿色光；然后，将所述绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；将所述红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。

在本申请的一些实施例中，当所述光源为三色LED光源且集中布设光源时，所述三色LED光源可以为红/蓝双色LED和绿色LED；将通过所述绿色LED发出的绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；将通过所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。

在本申请的一些实施例中，当所述光源系统中的光源为三色LED光源且分散布设时，通过所述光源系统发出的光束为多束；此时，在所述光纤耦合系统的入射端，可以针对光源系统发出的每一束光束分别对应设置一个独立的微阵列透镜用于光束的耦合接入，并在所述光纤束的耦入侧设置多个接头与所述入射端的多个微阵列透镜一一正对布设，实现各路光束的耦合接入；在所述光纤束的耦出侧可以设置一个接头，与出射端的一个微阵列透镜正对布设，实现各路光束汇聚后的耦合输出。

在本申请的一些实施例中，所述三色LED光源包括红/蓝双色LED和绿色LED且分散布设，所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的其中一个微阵列透镜；所述绿色LED发出的绿色光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的另外一个微阵列透镜。

在本申请的一些实施例中，若所述光源系统中的光源为红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管，则在所述光纤耦合系统中，所述入射端为一个或多个用于光束耦入的单透镜，所述出射端为一个用于光束耦出的单透镜，所述光纤为一根单光纤或者由三根单光纤组成的光纤束。

在本申请的一些实施例中，当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管集中布设时，可以设置每一个激光二极管首先分别经由一个准直透镜准直后，通过反射镜或者半透半反射镜汇聚成一束光，然后射向所述光纤耦合系统的入射端；在所述入射端设置有一个耦入透镜，所述耦入透镜与所述光纤的耦入侧的一个接头正对布设，以实现光束的耦合接入；所述接头通过一根单光纤连接所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设，以实现光束的耦合输出。

在本申请的一些实施例中，当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管分散布设时，可以设置每一个激光二极管分别经由一个准直透镜准直后，发出三束光分别射向所述光纤耦合系统的入射端；此时，在所述入射端可以设置三个耦入透镜，三个耦入透镜与所述光纤的耦入侧的三个接头一一正对布设，以实现三路光束的耦合接入；所述三个接头各自通过一根单光纤分别连接至所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设，以实现三路光束汇聚后的耦合输出。

在另一个方面，本实用新型还提出了一种头戴显示设备，包括显示器以及连接所述显示器的光学引擎；所述光学引擎为微投影光学引擎，包括用于产生并发出光束的光源系统、用于显像的成像系统以及光纤耦合系统；所述光纤耦合系统包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。

在本申请的一些实施例中，所述头戴式显示设备为AR眼镜或VR眼镜，包括镜框和镜腿，所述镜框与镜腿通过转轴转动连接；在这种情况下，优选将所述光源系统布设在所述镜腿中，将所述成像系统布设在所述镜框中；对于所述光纤耦合系统而言，优选将所述入射端布设在所述镜腿中，将所述出射端布设在所述镜框中，所述光纤在所述镜腿与镜框中延伸且穿过或缠绕所述转轴，所述光纤的弯曲半径优选小于5mm。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型在微投影光学引擎中设计光纤耦合系统连接在光源系统与成像系统之间，由此可以实现光源系统和成像系统在位置上的远离布设，使得光源系统与成像系统中的大功耗器件可以分散布局，从而解决了现有微投影光学引擎发热量集中、需要增加单独的散热结构的问题，在一定程度上简化了光学引擎的结构设计，改善了散热效果和温漂问题，保证了光学引擎的成像质量。将本实用新型的微投影光学引擎应用在VR/AR眼镜中，可以使光源系统和成像系统分置于镜腿和镜框中，继而实现了VR/AR眼镜内部有限空间的充分利用，改善了产品外观，能够更好地适应VR/AR眼镜的小型化、轻便型结构的未来发展趋势。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是现有的近眼显示系统的组建结构示意图；

图2是现有的LCOS光学引擎光路系统的组建结构示意图；

图3是采用本实用新型所提出的微投影光学引擎构建的近眼显示系统的一种实施例的结构示意图；

图4是适用于LED背光光学引擎的光纤耦合系统的一种实施例的结构示意图；

图5是基于图4所示的光纤耦合系统构建的LED背光光学引擎的一种实施例的结构示意图；

图6是适用于LED背光光学引擎的光纤耦合系统的另外一种实施例的结构示意图；

图7是基于图6所示的光纤耦合系统构建的LED背光光学引擎的一种实施例的结构示意图；

图8是适用于LED背光光学引擎的光源系统中另外一种准直方式的结构示意图；

图9是适用于LED背光光学引擎的光源系统中又一种准直方式的结构示意图；

图10是适用于LED背光光学引擎的DLP成像系统的一种实施例的结构示意图；

图11是适用于激光扫描光学引擎的光纤耦合系统的一种实施例的结构示意图；

图12是基于图11所示的光纤耦合系统构建的激光扫描光学引擎的一种实施例的结构示意图；

图13是适用于激光扫描光学引擎的光纤耦合系统的另外一种实施例的结构示意图；

图14是基于图13所示的光纤耦合系统构建的激光扫描光学引擎的一种实施例的结构示意图；

图15是适用于激光扫描光学引擎的成像系统的另外一种实施例的结构示意图；

图16是将图3所示的近眼显示系统应用在VR/AR眼镜上的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

本实施例的近眼显示系统针对现有的微投影光学引擎因其光源系统和成像系统采用一体化的结构设计，从而导致其无法在VR/AR眼镜中灵活布局，并伴随有发热量集中、内部芯片温漂而影响成像质量等问题，提出了一种全新结构的微投影光学引擎10，如图3所示，主要包括光源系统20、成像系统40以及布设在光源系统20与成像系统40之间的光纤耦合系统30。其中，光源系统20用于产生并发出光束，其内部可以采用LED或者激光二极管作为光源，并配置准直光学组件对光源发出的光束进行准直处理，进而输出平行光束，耦合进入光纤耦合系统30进行传输。从光纤耦合系统30出射的平行光束射入成像系统40进行显像，进而通过显示器50耦合进入人眼60，实现视频图像的显示。

在本实施例中，光纤耦合系统30包括依次布设的入射端、光纤和出射端。其中，入射端用于与光源系统20耦合，接收光源系统20发出的平行光束，既可以对应单一位置单个或多个光源的结构，也可以对应不同位置多个光源的结构。光纤采用可反复弯曲和弯折的柔性光纤材料，例如弯曲半径小于5mm的高柔性光纤材料，可承受上万次往复运动，以适于穿过VR/AR眼镜中连接镜腿和镜框的转轴，实现光源系统20和成像系统40在VR/AR眼镜中的灵活分散布局，使得VR/AR眼镜的内部有限空间得以充分利用，改善产品外观。出射端用于与成像系统40耦合，输出通过光纤传输的平行光束，并耦合进入成像系统40。

下面针对LED背光光学引擎和激光扫描光学引擎，通过两个具体的实施例分别阐述光纤耦合系统的构建方式以及其在光学引擎中的具体应用。

实施例一，如图4、图6所示，本实施例的光纤耦合系统30适用于LED背光光学引擎，其入射端和出射端分别采用微阵列透镜，光纤为由多根单光纤组成的光纤束。

针对光源系统20发出的光束为一束平行光的情况，如图4所示，可以在光纤耦合系统30的入射端布设一个微阵列透镜31，出射端布设一个微阵列透镜33；光纤束32的耦入侧设置一个接头34，与入射端的微阵列透镜31正对布设，光纤束32的耦出侧设置一个接头35，与出射端的微阵列透镜33正对布设。

对于发出单束平行光的光源系统20，一种形式是采用单个白光LED作为光源，另外一种形式是采用三色LED作为光源并在单一位置集中布设。

如图5所示，当采用三色LED作为光源时，优选在光源系统20的主控板22上布设红/蓝双色LED光源21A和绿色LED光源21B，且两个LED光源的布设位置集中。分别为红/蓝双色LED光源21A和绿色LED光源21B各自配置一组汇聚透镜，例如由两个汇聚透镜23A、23B组成汇聚透镜组23，以分别对红/蓝双色LED光源21A发出的红蓝光束以及绿色LED光源21B发出的绿色光束进行汇聚，实现光束准直。在光源系统20中设置反射镜24A和半透半反射镜24B，其中，通过绿色LED光源21B发出的绿色光束经与其位置相对的汇聚透镜组23汇聚后，射入半透半反射镜24B，经半透半反射镜24B反射后，通过光源系统20发出。同时，通过红/蓝双色LED光源21A发出的红蓝光束经与其位置相对的汇聚透镜组23汇聚后，射入反射镜24A，经反射镜24A反射后，穿过半透半反射镜24B与绿色光束合成一束平行光束，一并从光源系统20射出。

对于采用白色LED的光源系统20而言，可以在光源系统20中设置分光镜，利用分光镜从白色LED发出的光束中分离出一束红蓝光和一束绿色光，然后利用图5所示的汇聚透镜组23以及反射镜24A和半透半反射镜24B，进行光束汇聚准直，最终形成一束平行光束，从光源系统20射出。

通过光源系统20射出的平行光束，首先入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的微阵列透镜31耦合进入光纤束32的耦入侧接口34，而后经过光纤束32传输至耦出侧接口35，然后耦合进入出射端的微阵列透镜33，经微阵列透镜33耦出光纤耦合系统30，进入成像系统40。

针对光源系统20发出的光束为多束平行光的情况，如图6所示，可以在光纤耦合系统30的入射端布设多个微阵列透镜31A、31B，出射端布设一个微阵列透镜33；光纤束分成多组32A、32B，每一组光纤束32A、32B的耦入侧对应设置一个接头34A、34B，分别与入射端的多个微阵列透镜31A、31B一一正对布设，各组光纤束32A、32B的耦出侧汇聚在一起，连接同一个接头35，所述接头35与出射端的微阵列透镜33正对布设。

对于发出多束平行光的光源系统20，其通常采用三色LED作为光源，并且各LED光源的布设位置分散。

如图7所示，当采用三色LED作为光源时，优选在光源系统20中设置红/蓝双色LED光源21A和绿色LED光源21B，分别布设在主控板22A和22B上，且两个LED光源21A、21B的布设位置分散。分别为红/蓝双色LED光源21A和绿色LED光源21B各自配置一组汇聚透镜，例如由两个汇聚透镜23A、23B组成汇聚透镜组23，以分别对红/蓝双色LED光源21A发出的红蓝光束以及绿色LED光源21B发出的绿色光束进行汇聚，实现光束准直。将通过红/蓝双色LED光源21A发出的红蓝光束经与其位置相对的汇聚透镜组23汇聚后，入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的其中一个微阵列透镜31A耦合进入光纤束的耦入侧的其中一个接口34A，而后经与该接口34A连接的一组光纤束32A传输至耦出侧接口35。同理，通过绿色LED光源21B发出的绿色光束经与其位置相对的汇聚透镜组23汇聚后，入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的另外一个微阵列透镜31B耦合进入光纤束的耦入侧的另外一个接口34B，而后经与该接口34B连接的一组光纤束32B传输至耦出侧接口35。经光纤束的耦出侧接口35发出的平行光束耦合进入出射端的微阵列透镜33，经微阵列透镜33耦出光纤耦合系统30，进入成像系统40。

在一些实施例中，图5和图7中的汇聚透镜组23也可以采用如图8所示的聚光镜23D或者如图9所示的微阵列透镜组32E代替，以用于对LED光源21发出的发散光线进行汇聚准直处理，本实施例并不仅限于以上举例。

在本实施例中，所述成像系统40可以是LCOS成像系统，如图5、图7所示，包括偏振分光棱镜42、LCOS硅基液晶41和投影物镜43等主要组成部分。其中，通过光纤耦合系统30输出的平行光束在耦合进入成像系统40后，首先经由偏振分光棱镜42变成S偏光，然后经LCOS硅基液晶41反射调制成像后，通过投影物镜43耦入光波导，进而经由显示器50显示。

当然，所述成像系统40也可以是DLP成像系统，如图10所示，包括DMD微镜阵列44、TIR透镜46和投影物镜45等主要组成部分。其中，通过光纤耦合系统30输出的平行光束在耦合进入成像系统40后，首先经由TIR透镜46反射后，进入DMD微镜阵列44，经DMD微镜阵列44反向调制后，通过投影物镜45耦入光波导。

实施例二，如图11、图13所示，本实施例的光纤耦合系统30适用于激光扫描光学引擎，其入射端为一个或多个用于光束耦入的单透镜31C或者31D、31E、31F，其出射端为一个用于光束耦出的单透镜33C，其光纤为一根单光纤32C或者由三根单光纤32D、32E、32F组成的光纤束。

针对光源系统20发出的光束为一束平行光的情况，如图11所示，可以在光纤耦合系统30的入射端布设一个耦入透镜31C，出射端布设一个耦出透镜33C；光纤采用一根单光纤32C，其耦入侧设置一个接头34C，与入射端的耦入透镜31C正对布设，耦出侧设置一个接头35C，与出射端的耦出透镜33C正对布设。

对于发出单束平行光的光源系统20，如图12所示，可以采用RGB三色激光二极管21D、21E、21F作为光源并在单一位置集中布设。在本实施例的光源系统20中，可以将RGB三色激光二极管21D、21E、21F集中布设在主控板22上，针对每一个激光二极管21D、21E、21F分别配置一个准直透镜23C与之正对布设。在光源系统20中设置一个反射镜24D和两个半透半反射镜24E、24F。其中，通过绿色激光二极管21F发出的绿色激光经过与其位置正对的准直透镜23C准直后，射入半透半反射镜24F，经半透半反射镜24F反射后，通过光源系统20发出。同时，通过蓝色激光二极管21E发出的蓝色激光经与其位置相对的准直透镜23C准直后，射入半透半反射镜24E，经半透半反射镜24E反射后，穿过半透半反射镜24F与绿色激光合成一束平行光束，一并从光源系统20射出。同理，通过红色激光二极管21D发出的红色激光经与其位置相对的准直透镜23C准直后，射入反射镜24D，经反射镜24D反射后，依次穿过半透半反射镜24E、24F与绿色和蓝色激光合成一束平行光束，一并从光源系统20射出。

通过光源系统20射出的平行光束，首先入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的耦入透镜31C耦合进入单光纤32C的耦入侧接口34C，而后经过单光纤32C传输至耦出侧接口35C，然后耦合进入出射端的耦出透镜33C，经耦出透镜33C耦出光纤耦合系统30，进入成像系统40。

针对光源系统20发出的光束为多束平行光的情况，如图13所示，可以在光纤耦合系统30的入射端布设三个耦入透镜31D、31E、31F，出射端布设一个耦出透镜33C；光纤包括三根单光纤32D、32E、32F，每一根单光纤32D、32E、32F的耦入侧对应设置一个接头34D、34E、34F，分别与入射端的三个耦入透镜31D、31E、31F一一正对布设，三根单光纤32D、32E、32F的耦出侧汇聚在一起，连接同一个接头35D，所述接头35D与出射端的耦出透镜33C正对布设。

对于发出多束平行光的光源系统20，如图14所示，可以采用RGB三色激光二极管21D、21E、21F作为光源并在位置上分散布设。在本实施例的光源系统20中，可以将RGB三色激光二极管21D、21E、21F分别布设在三个主控板22D、22E、22F上，且RGB三色激光二极管21D、21E、21F分散布局。针对每一个激光二极管21D、21E、21F分别配置一个准直透镜23C与之正对布设。其中，通过红色激光二极管21D发出的红色激光经过与其位置正对的准直透镜23C准直后，入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的其中一个耦入透镜31D耦合进入光纤32D的耦入侧接口34D，而后经与该接口34D连接的单光纤32D传输至耦出侧接口35D。同理，通过蓝色激光二极管21E发出的蓝色激光经与其位置相对的准直透镜23C准直后，入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的另外一个耦入透镜31E耦合进入光纤32E的耦入侧接口34E，而后经与该接口34E连接的单光纤32E传输至耦出侧接口35D。同理，通过绿色激光二极管21F发出的绿色激光经与其位置相对的准直透镜23C准直后，入射至光纤耦合系统30的入射端，经过入射端的又一个耦入透镜31F耦合进入光纤32F的耦入侧接口34F，而后经与该接口34F连接的单光纤32F传输至耦出侧接口35D。

经光纤的耦出侧接口35D汇聚后发出的平行光束耦合进入出射端的耦出透镜33C，经耦出透镜33C耦出光纤耦合系统30，进入成像系统40。

在本实施例中，成像系统40可以包括实现行扫描的多面体高速回旋反射镜47、实现列扫描的多面体低速回旋反射镜48以及扫描物镜49等，如图12、图14所示。其中，扫描物镜49可以是fθ透镜，也可以是微透镜阵列扫描结构，其作用是：将光束等角速度扫描转换为等线速度扫描，激光经行扫描多面体高速回旋反射镜47反射后，由扫描物镜49转换成等线速度扫描的光束，入射至列扫描的面体低速回旋反射镜48，图像经列扫描的多面体低速回旋反射镜48反射后，再一次经过扫描物镜49，实现列方向等线速度扫描显示，耦入光波导。

当然，在所述成像系统40中，如图15所示，也可以采用高速扭转反射镜47A代替多面体高速回旋反射镜47实现像素行扫描，采用低速扭转反射镜48A代替多面体低速回旋反射镜48实现图像列扫描。

将实施例一、实施例二中阐述的微投影光学引擎10应用到VR/AR眼镜70中，如图16所示，可以将光源系统20布设在VR/AR眼镜70的镜腿71中；将成像系统40布设在VR/AR眼镜70的镜框72中；光纤耦合系统30布设在光源系统20与成像系统40之间，其中，入射端布设在镜腿71中，出射端布设在镜框72中，光纤在镜腿71与镜框72中延伸，满足光源系统20与成像系统40在分散布设情况下的光束传输要求。对于可折叠式的VR/AR眼镜70而言，其镜腿71与镜框72通过转轴73转动连接，在这种VR/AR眼镜70中布设光纤耦合系统30时，可以将光纤穿过所述转轴73或者缠绕所述转轴73，光纤的两端可以通过法兰盘固定。显示器50安装在VR/AR眼镜70的镜框72上，并与成像系统40通过光波导连接。

将光源系统20和成像系统40分置于镜腿71与镜框72中，可以实现对VR/AR眼镜70内部有限空间的灵活充分利用，改善了产品外观，能够更好地适应VR/AR眼镜70小型化、轻便型的未来发展趋势。同时，由于光源系统20和成像系统40的布设位置远离，因此实现了光源系统20与成像系统40中的大功耗器件（例如LED芯片、LCOS芯片等）的远距离分散布局，解决了热量集中、散热困难的问题。

另外，对于光源系统20而言，优选采用多光源不同位置分散布局的结构形式，如图16所示。即，在光源系统20中布设多个光源21G、21H，例如三色LED或者RGB三色激光二极管等，且各个光源21G、21H分散布设在镜腿71中，以进一步解决热量集中的问题，改善散热效果，减小温漂，提高VR/AR眼镜70的成像质量。

当然，本实施例的微投影光学引擎同样适用于除VR/AR眼镜70以外的头戴显示设备中，同样可以解决现有头戴显示设备中的微投影光机体积大、热量集中、散热困难、温漂影响成像质量的问题。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种微投影光学引擎，其特征在于，包括：

光源系统，其用于产生并发出光束；

成像系统，其用于显像；

光纤耦合系统，其包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。

2.根据权利要求1所述的微投影光学引擎，其特征在于，

在所述光源系统中，包括三色LED光源或者白光LED光源；

在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均为微阵列透镜，所述光纤为由多根单光纤组成的光纤束。

3.根据权利要求2所述的微投影光学引擎，其特征在于，当所述光源系统中的光源为白光LED光源，或者三色LED光源且集中布设时，通过所述光源系统发出的光束为一束；在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均设置有一个微阵列透镜，所述光纤束的耦入侧设置有一个接头，与入射端的微阵列透镜正对布设，所述光纤束的耦出侧设置有一个接头，与出射端的微阵列透镜正对布设。

4.根据权利要求3所述的微投影光学引擎，其特征在于，在所述光源系统中，

当所述光源为白光LED光源时，所述白光LED光源发出的光经由分光镜分成一束红蓝光和一束绿色光，所述绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；所述红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧；

当所述光源为三色LED光源且集中布设光源时，所述三色LED光源包括红/蓝双色LED和绿色LED；通过所述绿色LED发出的绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；通过所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。

5.根据权利要求2所述的微投影光学引擎，其特征在于，当所述光源系统中的光源为三色LED光源且分散布设时，通过所述光源系统发出的光束为多束；在所述光纤耦合系统的入射端，针对光源系统发出的每一束光束分别对应设置有一个独立的微阵列透镜用于光束的耦合接入，在所述光纤束的耦入侧设置有多个接头与所述入射端的多个微阵列透镜一一正对布设，在所述光纤束的耦出侧设置有一个接头，与出射端的一个微阵列透镜正对布设。

6.根据权利要求5所述的微投影光学引擎，其特征在于，所述三色LED光源包括红/蓝双色LED和绿色LED；所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的其中一个微阵列透镜；所述绿色LED发出的绿色光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的另外一个微阵列透镜。

7.根据权利要求1所述的微投影光学引擎，其特征在于，

在所述光源系统中，包括红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管；

在所述光纤耦合系统中，所述入射端为一个或多个用于光束耦入的单透镜，所述出射端为一个用于光束耦出的单透镜，所述光纤为一根单光纤或者由三根单光纤组成的光纤束。

8.根据权利要求7所述的微投影光学引擎，其特征在于，

当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管集中布设时，每一个激光二极管分别经由一个准直透镜准直后，通过反射镜或者半透半反射镜汇聚成一束光，射向所述光纤耦合系统的入射端；在所述入射端设置有一个耦入透镜，所述耦入透镜与所述光纤的耦入侧的一个接头正对布设，所述接头通过一根单光纤连接所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设；

当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管分散布设时，每一个激光二极管分别经由一个准直透镜准直后，发出三束光分别射向所述光纤耦合系统的入射端；在所述入射端设置有三个耦入透镜，三个耦入透镜与所述光纤的耦入侧的三个接头一一正对布设，所述三个接头各自通过一根单光纤分别连接所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设。

9.一种头戴式显示设备，包括显示器以及连接所述显示器的光学引擎；其特征在于，所述光学引擎为如权利要求1至8中任一项所述的微投影光学引擎。

10.根据权利要求9所述的头戴式显示设备，其特征在于，

所述头戴式显示设备为AR眼镜或VR眼镜，包括镜框和镜腿，所述镜框与镜腿通过转轴转动连接；

所述光源系统布设在所述镜腿中，所述成像系统布设在所述镜框中；

所述光纤耦合系统中，所述入射端布设在所述镜腿中，所述出射端布设在所述镜框中，所述光纤在所述镜腿与镜框中延伸且穿过或缠绕所述转轴，所述光纤的弯曲半径小于5mm。

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