CN214504020U

CN214504020U - 光学系统及增强现实设备

Info

Publication number: CN214504020U
Application number: CN202023124139.7U
Authority: CN
Inventors: 聂红星; 赵望妮; 刘永华
Original assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Current assignee: Goertek Optical Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2030-12-21

Abstract

本实用新型公开一种光学系统及增强现实设备，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件、中继镜组，分光棱镜、显示芯片以及投影镜头；所述光源组件发出的第一光线传输至所述中继镜组，并在所述中继镜组发生反射后偏转方向传输至所述分光棱镜，所述第一光线被所述分光棱镜部分反射后传输至显示芯片，所述显示芯片在接收到所述第一光线后发出第二光线，所述第二光线透射经过所述分光棱镜后传输至所述投影镜头。本实用新型提供一种光学系统及增强现实设备，旨在解决现有技术中增强现实设备中的光学系统的总长较长，体积较大的问题。

Description

光学系统及增强现实设备

技术领域

本实用新型涉及成像显示技术领域，尤其涉及一种光学系统及增强现实设备。

背景技术

显示芯片是投影装置中重要的组成部件，随着技术的发展，增强现实设备具有不同种类的显示芯片，其中采用液晶附硅芯片是一种新型的反射式投影技术，与透射式投影技术相比，采用液晶附硅芯片具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟等特点。

随着增强现实设备的快速发展，微型投影技术对投影装置的尺寸有着严格的要求，但是现有的投影装置中的，由于显示芯片需要照明光源发出的光线进行照明，导致光学系统的总长较长，体积较大，从而不利于投影装置的小型化。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型提供一种光学系统及增强现实设备，旨在解决现有技术中增强现实设备中的光学系统的总长较长，体积较大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种光学系统，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件、中继镜组，分光棱镜、显示芯片以及投影镜头；

所述光源组件发出的第一光线传输至所述中继镜组，并在所述中继镜组发生反射后偏转方向传输至所述分光棱镜，所述第一光线被所述分光棱镜部分反射后传输至显示芯片，所述显示芯片在接收到所述第一光线后发出第二光线，所述第二光线透射经过所述分光棱镜后传输至所述投影镜头。

可选的，所述中继镜组包括第一中继透镜、转向棱镜以及第二中继透镜，所述光源发出的光线经过所述第一中继透镜后传输至所述转向棱镜，并被所述转向棱镜反射后，经过所述第二中继透镜后传输至所述分光棱镜。

可选的，所述光学系统还包括匀光结构，所述匀光结构设于所述光源组件的出光侧。

可选的，所述光源组件包括第一光源、第二光源和二向色镜；所述第一光源发出的光线透过所述二向色镜后传输至所述分光棱镜，所述第二光源发出的光线传输至所述二向色镜后，被所述二向色镜反射并传输至所述分光棱镜。

可选的，所述二向色镜为楔形结构。

可选的，所述光源组件还包括第一准直镜组以及第二准直镜组；

所述第一准直镜组设于所述第一光源的出光侧，所述第一光源发出的光线经过所述第一准直镜组传输至所述二向色镜，

所述第二准直镜组设于所述第二光源的出光侧，所述第二光源发出的光线经过所述第二准直镜组传输至所述二向色镜。

可选的，所述第一准直镜组至少包括一个第一光学透镜，所述第二准直镜组至少包括一个第二光学透镜，第一光学透镜以及所述第二光学透镜均为非球面结构。

可选的，第一光学透镜以及所述第二光学透镜均为光学塑料材质。

为实现上述目的，本申请提出一种增强现实设备，所述增强现实设备包括壳体与如上述任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。

本申请提出的光学系统中，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件、中继镜组，分光棱镜、显示芯片以及投影镜头；所述光源组件发出的第一光线传输至所述中继镜组，并在所述中继镜组发生反射后偏转方向传输至所述分光棱镜，所述第一光线被所述分光棱镜部分反射后传输至显示芯片，所述显示芯片在接收到所述第一光线后发出第二光线，所述第二光线透射经过所述分光棱镜后传输至所述投影镜头。在所述光学系统使用过程中，通过设置所述分光棱镜，使进所述分光棱镜的光线中的S偏振光在所述分光棱镜反射，并传输至所述显示芯片，所述显示芯片接收到S偏振光后，反射出P 偏振光，所述P偏振光透过所述分光棱镜后传输至所述投影镜头，通过在光学系统中设置所述中继镜组，使光学系统的光路发生折叠，有效的减小了光学系统的体积，从而解决了现有技术中增强现实设备中的光学系统的总长较长，体积较大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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示出的结构获得其他的附图。

图1是本实用新型光学系统一实施例的结构示意图；

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	光源组件	14	第一准直镜组
20	分光棱镜	15	第二准直镜组
				30	显示芯片	50	匀光结构
40	投影镜头	60	中继镜组
				11	第一光源	61	第一中继透镜
12	第二光源	62	转向棱镜
				13	二向色镜	63	第二中继透镜

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提出一种光学系统及增强现实设备。

请参照图1，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件10、中继镜组60，分光棱镜20、显示芯片30以及投影镜头40；

所述光源组件10发出的第一光线传输至所述中继镜组60，并在所述中继镜组60发生反射后偏转方向传输至所述分光棱镜20，所述第一光线被所述分光棱镜20部分反射后传输至显示芯片30，所述显示芯片30在接收到所述第一光线后发出第二光线，所述第二光线透射经过所述分光棱镜20后传输至所述投影镜头40。

本申请提出的光学系统中，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件10、中继镜组60，分光棱镜20、显示芯片30以及投影镜头40；所述光源组件10发出的第一光线传输至所述中继镜组60，并在所述中继镜组60发生反射后偏转方向传输至所述分光棱镜20，所述第一光线被所述分光棱镜20 部分反射后传输至显示芯片30，所述显示芯片30在接收到所述第一光线后发出第二光线，所述第二光线透射经过所述分光棱镜20后传输至所述投影镜头 40。在所述光学系统使用过程中，通过设置所述分光棱镜20，使进所述分光棱镜20的光线中的S偏振光在所述分光棱镜20反射，并传输至所述显示芯片30，所述显示芯片30接收到S偏振光后，反射出P偏振光，所述P偏振光透过所述分光棱镜20后传输至所述投影镜头40，通过在光学系统中设置所述中继镜组60，使光学系统的光路发生折叠，有效的减小了光学系统的体积，从而解决了现有技术中增强现实设备中的光学系统的总长较长，体积较大的问题。

在可选的实施方式中，所述光学系统还包括中继镜组60，所述中继镜组 60设于所述光源组件10与所述分光棱镜20之间。具体的，所述中继镜组60 用于将不同角度的光线汇聚到显示芯片上，在芯片上形成均匀的光斑。

优选实施方式中，所述中继镜组60包括第一中继透镜61，转向棱镜62 以及第二中继透镜63。所述光源发出的光线经过所述第一中继透镜61后传输至所述转向棱镜62，并被所述转向棱镜62反射后，经过所述第二中继透镜 63后传输至所述分光棱镜20。

在可选的实施方式中，所述所述光学系统还包括匀光结构50，所述匀光结构50设于所述光源组件10的出光侧。具体的，所述光源本体发出的光线在经过所述第一微透镜阵列后，由于不同的子光源本体的出射光线的光强度不完全相同，并且子光源本体发出的光线还会存在部分光线从相邻的所述第一微透镜结构透过，因此所述光源组件10发出的光线在经过所述第一微透镜阵列后会存在光强度不均匀的情况，而当光强度不均匀的光线传输至所述显示单元时，会使显示单元出射的不同区域的光线的光强度不同，从而影响所述光学系统的成像质量，为了改善上述问题，在所述第一微透镜阵列与所述显示单元之间设置所述匀光元件，通过所述匀光元件对是经过所述第一微透镜阵列的光线进行匀光，使各个区域的光线的光强度相等，从而能够保证所述显示单元接收到的不同区域的光线的光强度相等，避免出现成像画面的不同区域的亮暗不同的问题。

在可选的实施方式中，所述光源组件10包括第一光源11、第二光源12、二向色镜13，所述第一光源11与所述第二光源12分别设于所述二向色镜13 的两侧；具体的，所述第一光源11发出的光线透过所述二向色镜13后传输至所述分光棱镜20，所述第二光源12发出的光线传输至所述二向色镜13后，被所述二向色镜13反射并传输至所述分光棱镜20。

其中，二向色镜13能够对不同波长范围的光线进行透射或反射，在一具体实施方式中，所述第一光源11发出的光线的波长范围位于所述二向色镜13 的透射波长范围内，因此所述第一光源11发出的光线能够透射经过所述二向色镜13，所述第二光源12发出的光线的波长范围位于所述二向色镜13的反射波长范围内，因此所述第二光源12发出的光线经过所述二向色镜13反射后传输至及后续的光学元件中。

优选实施方式中，所述二向色镜13为楔形结构。其中，由于不同光源发出的光线的波长范围不同，因此不同光源发出的光线在进入所述二向色镜13 时具有不同的传输速度，具体的，所述第一光源11用于发出绿色光线，所述第二光源12能够同时发出红色光线与蓝色光线，为了保证所述第一光源11 发出的光线以及所述第二光源12发出的光线在经过所述二向色镜13后合光，避免不同波长范围的光线出现相互偏离，设置所述二向色镜13为楔形结构，具体的，所述二向色镜13包括面向所述第一光源11设置的第一工作表面以及面向所述第二光源12设置的第二工作表面，所述第一工作表面用于透射绿色光线，并用于反射红色光线，所述第二工作表面用于透射红色光线以及绿色光线，并用于反射反射蓝色光线，所述第一光源11发出的红色光线透射经过所述第一工作表面以及所述第二工作表面，所述第二光源12发出的蓝色光线在所述第二工作表面反射，所述第二光压紧发出的红色光线透射经过所述第二工作表面后，在所述第一工作表面反射。并且由于所述第一工作表面与所述第二工作表面不平行，因此可以通过不同颜色的光线的不同传输路径，调节不同颜色的光线之间的光程差，从而提高所述第一光源11与所述第二光源12发出的光线在经过所述的二向色镜13后的合光效果。

在可选的实施方式中，所述光学组件还包括第一准直镜组14以及第二准直镜组15；具体的，所述第一准直镜组14用于对所述第一光源11发出的光线进行准直，所述第二准直镜组15用于对所述第二光源12发出的光线进行准直。所述第一准直镜组14设于所述第一光源11的出光侧，所述第一光源 11发出的光线经过所述第一准直镜组14传输至所述二向色镜13，所述第二准直镜组15设于所述第二光源12的出光侧，所述第二光源12发出的光线经过所述第二准直镜组15传输至所述二向色镜13。

优选实施方式中，所述第一准直镜组14至少包括一个第一光学透镜，所述第二准直镜组15至少包括一个第二光学透镜，第一光学透镜以及所述第二光学透镜均为非球面结构。在一具体实施方式中，所述第一准直镜组14包括两个所述第一光学透镜，两个所述第一光学透镜的光轴均与所述第一光源11 的中心线共线，所述第二准直镜组15包括两个所述第二光学透镜，两个所述第二光学透镜的光轴均与所述第二光源12的中心线共线。

优选实施方式中，所述第一光学透镜与所述第二光学透镜均为塑料材质。具体的，光学塑料相比于光学玻璃，光学塑料具有可塑性强，重量轻，加工成本低的优点，常用的光学塑料的折射率通常大于或等于1.42并且小于或等于1.69。

在一具体实施方式中，所述第一中继透镜61为平凸透镜，所述第一中继透镜61远离所述转向棱镜62的一侧为凸面结构，靠近所述转向棱镜62的一侧为平面结构，所述第二中继棱镜为平凸透镜，所述第二中继透镜63靠近所述转向棱镜62的一侧为凸面结构，远离所述转向棱镜62的一侧为平面结构。

为实现上述目的，本实用新型还提出一种增强现实设备，所述增强现实设备还包括壳体与如上述任一项实施方式所述的光学系统，所述光学系统设于所述壳体内。由于该光学系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统沿光线传输方向依次包括光源组件、中继镜组，分光棱镜、显示芯片以及投影镜头；

2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述中继镜组包括第一中继透镜、转向棱镜以及第二中继透镜，所述光源发出的光线经过所述第一中继透镜后传输至所述转向棱镜，并被所述转向棱镜反射后，经过所述第二中继透镜后传输至所述分光棱镜。

3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光学系统还包括匀光结构，所述匀光结构设于所述光源组件的出光侧。

4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光源组件包括第一光源、第二光源和二向色镜；所述第一光源发出的光线透过所述二向色镜后传输至所述分光棱镜，所述第二光源发出的光线传输至所述二向色镜后，被所述二向色镜反射并传输至所述分光棱镜。

5.如权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述二向色镜为楔形结构。

6.如权利要求4所述的光学系统，其特征在于，所述光源组件还包括第一准直镜组以及第二准直镜组；

7.如权利要求6所述的光学系统，其特征在于，所述第一准直镜组至少包括一个第一光学透镜，所述第二准直镜组至少包括一个第二光学透镜，第一光学透镜以及所述第二光学透镜均为非球面结构。

8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，第一光学透镜以及所述第二光学透镜均为光学塑料材质。

9.一种增强现实设备，其特征在于，所述增强现实设备包括壳体与如权利要求1-8任一项所述的光学系统，所述光学系统收容于所述壳体内。