CN217821053U - 微型投影结构及近眼显示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微型投影结构及近眼显示系统，微型投影结构包括显示模块和光学镜头模块，光学镜头模块包括依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜位于第二透镜和显示模块之间，以使显示模块的出射光线依次经第一透镜、第二透镜和第三透镜出射至预设位置；第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第一透镜、第二透镜和第三透镜均为非球面透镜。本实用新型提供的微型投影结构，微型投影结构中的光学镜头模块具有较高的解析力和较低的光学畸变，从而使得微型投影结构所形成的显示画面具有较好的显示效果。

Description

微型投影结构及近眼显示系统

技术领域

本实用新型涉及光学投影技术领域，尤其涉及一种微型投影结构及近眼显示系统。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术具有对真实环境进行增强显示输出的特性，因此，AR技术广泛用于医疗研究、精密仪器制造和维修、军用飞机导航和工程设计等领域。

光波导AR近眼显示装置包括投影镜头结构和光波导，其中，投影镜头结构包括显示模块和光学镜头模块，显示模块用于提供影像源，光学镜头模块包括多个透镜，通过各透镜对影像源发出的光进行汇聚、发散和矫正等，以将影像源进行放大并形成显示画面。光波导用于将所形成的显示画面成像在人眼上。

现有的投影镜头结构所形成的显示画面的显示效果较差。

实用新型内容

本实用新型提供了一种微型投影结构及近眼显示系统，微型投影结构中的光学镜头模块具有较高的解析力和较低的光学畸变，从而使得微型投影结构所形成的显示画面具有较好的显示效果。

本实用新型提供一种微型投影结构，包括显示模块和光学镜头模块，光学镜头模块包括依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜位于第二透镜和显示模块之间，以使显示模块的出射光线依次经第一透镜、第二透镜和第三透镜出射至预设位置；

第一透镜和第三透镜均具有正光焦度，第二透镜具有负光焦度，第一透镜、第二透镜和第三透镜均为非球面透镜。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，显示模块与第一透镜之间的中心距为0.4mm～0.6mm，第一透镜与第二透镜之间的中心距为0.05mm～0.15mm，第二透镜与第三透镜之间的中心距为0.9mm～1.3mm。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，第一透镜的焦距为3mm～10mm，第一透镜的厚度为1mm～2mm，第一透镜的折射率为1.7～1.9，第一透镜的阿贝数为35～60。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，第二透镜的焦距为-10mm～-2mm，第二透镜的厚度为0.6mm～1.2mm，第二透镜的折射率为1.5～1.7，第二透镜的阿贝数为20～30。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，第三透镜的焦距为2mm～10mm，第三透镜的厚度为1mm～2mm，第三透镜的折射率为1.7～1.9，第三透镜的阿贝数为35～60。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，第一透镜、第二透镜和第三透镜的表面均设置有增透膜。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，显示模块包括棱镜和显示面板，棱镜设置在显示面板和第一透镜之间。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，显示面板为主动发光显示面板，棱镜为玻璃。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，显示面板为被动发光显示面板，棱镜为分光棱镜。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，显示面板包括红色显示面板、绿色显示面板和蓝色显示面板，棱镜为合色棱镜，红色显示面板、绿色显示面板和蓝色显示面板围设在合色棱镜的周侧，红色显示面板、绿色显示面板和蓝色显示面板的出射光线入射至合色棱镜中，并通过合色棱镜的合束后，射入第一透镜中。

在一种可能的实施方式中，本实用新型提供的微型投影结构，还包括孔径光阑，第三透镜位于孔径光阑和第二透镜之间。

本实用新型还提供了一种近眼显示系统，包括光波导和上述微型投影结构，微型投影结构与光波导光学耦合。

本实用新型提供的微型投影结构及近眼显示系统，微型投影结构包括显示模块和光学镜头模块，光学镜头模块包括依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，从显示模块出射的光线经过第一透镜的汇聚，第二透镜的发散以及第三透镜的汇聚后，在预设位置形成放大的显示画面。通过将第一透镜和第三透镜设置为具有正光焦度的透镜，第二透镜设置为具有负光焦度的透镜，使得从显示模块出射的光线仅经过两次汇聚和一次发散即可在预设位置形成放大画面，相对于现有技术中微型投影镜头的光线需要经过多次汇聚和发散而言，可以减少透镜对光线的处理次数，由此提高光学镜头模块的解析力并且可以降低其光学畸变，并且，第一透镜、第二透镜和第三透镜均为非球面透镜，可以进一步提高光学镜头模块的解析力并且降低透镜的光学畸变，从而使得微型投影结构所形成的显示画面具有较好的显示效果。

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一简单地介绍，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为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第二种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第三种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的微型投影结构中光学镜头模块的调制传递函数曲线图；

图5为本实用新型实施例提供的微型投影结构中光学镜头模块的畸变曲线图；

图6为本实用新型实施例提供的近眼显示系统的结构示意图。

附图标记说明：

100-微型投影结构；

110-显示模块；

111-棱镜；111a-分光棱镜；1111a-斜面；111b-合色棱镜；1111b-第一对角面；1112b-第二对角面；

112-显示面板；1121-红色显示面板；1122-绿色显示面板；1123-蓝色显示面板；

113-光源；

120-光学镜头模块；

121-第一透镜；1211-第一表面；1212-第二表面；

122-第二透镜；1221-第三表面；1222-第四表面；

123-第三透镜；1231-第五表面；1232-第六表面；

130-孔径光阑；

200-光波导；

D1-第一间距；

D2-第二间距；

D3-第三间距；

W1-第一厚度；

W2-第二厚度；

W3-第三厚度；

R-红光；

G-绿光；

B-蓝光。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。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申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或维护工具不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或维护工具固有的其它步骤或单元。

增强现实(Augmented Reality，简称AR)技术具有对真实环境进行增强显示输出的特性，因此，AR技术广泛用于医疗研究、精密仪器制造和维修、军用飞机导航和工程设计等领域。

光波导AR近眼显示装置包括投影镜头结构和光波导，投影镜头结构包括显示模块和光学镜头模块，显示模块用于提供影像源。光学镜头模块的作用是对影像源进行放大，在一定距离上形成放大的显示画面。光波导用于将所形成的显示画面成像在人眼上。

具体的，光学镜头模块包括多个透镜，通过各透镜对影像源发出的光进行汇聚、发散和矫正等，从而在一定距离上形成放大的显示画面。现有技术中通常通过增加透镜数量的方式，使得光学镜头模块将影像源放大成所需大小的显示画面。但是，透镜数量的增加使得影像源发出的光的经过多次汇聚和发散过程，从而降低了光学镜头模块的解析力并且增加了光学镜头模块的光学畸变。其中，解析力是用来描述光学系统对物体细节的还原能力，能够直接反应光学系统成像的能力和质量。解析力较高的光学系统，成像质量越好。光学畸变是指光学系统对物体所成的像相对于物体本身而言的失真程度。

此外，增加透镜数量还会导致光学镜头模块的体积和重量增加。

基于此，本实用新型提供了一种微型投影结构及近眼显示系统，微型投影结构中的光学镜头模块具有较高的解析力和较低的光学畸变，从而使得微型投影结构所形成的显示画面具有较好的显示效果。

图1为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第一种结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第二种结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的微型投影结构的第三种结构示意图。

如图1至图3所示，本实用新型提供的微型投影结构100，包括显示模块110和光学镜头模块120，光学镜头模块120包括依次设置的第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123，第一透镜121位于第二透镜122和显示模块110之间，以使显示模块110的出射光线依次经第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123出射至预设位置；第一透镜121和第三透镜123均具有正光焦度，第二透镜122具有负光焦度，第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123均为非球面透镜。

显示模块110可以出射光线，其中，显示模块110出射的光线形成影像源，显示模块110可以包括微型发光二极管(Micro-LED)、微型有机发光二极管(Micro-LED)或硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)。

光学镜头模块120用于对显示模块110形成的影像源进行放大，以在预设位置形成放大的显示画面。下面对光学镜头模块120对影像源的放大过程进行说明。光学镜头模块120中第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的光轴重合，以便于从显示模块110发出的光线的传播。

具体的，第一透镜121具有正光焦度。其中，光焦度(focal power)是指像方光束会聚度与物方光束会聚度之差，用来表征光学系统偏折光线的能力，光焦度的绝对值越大，标识光学系统对光线的偏折能力越强。光焦度为正时，光学系统汇聚光线；光焦度为负时，光学系统发散光线。

从显示模块110出射的光线需要先进行汇聚，以将显示画面限制在一定的范围内。第一透镜121与显示模块110相邻，以用于对显示模块110的出射光线进行汇聚。请继续参见图1至图2所示，第一透镜121可以为凸透镜，凸透镜是中间厚边缘薄的透镜。凸透镜至少有一个表面为凸面，也可以两个表面都是凸面。第一透镜121朝向显示模块110的一面称为第一表面1211，第一透镜121背离显示模块110的一面称为第二表面1212。在本实施例中，第一表面1211为平面，第二表面1212凸面，该凸面为非球面。其中，球面是指凹面或者凸面为标准的球形表面。非球面是指凹面或者凸面不是标准的球形表面，而是多个球形表面混合而成的表面，非球面相较于球面而言，具有较高解析力以及较低的光学畸变。

第二透镜122具有负光焦度，第二透镜122用于对第一透镜121出射的光线进行发散，以对出射光线形成的显示画面进行放大。第二透镜122可以为凹透镜，凸透镜是中间薄边缘厚的透镜。凹透镜至少有一个表面为凹面，也可以两个表面都是凹面。第二透镜122朝向第一透镜121的一面称为第三表面1221，第二透镜122背离第一透镜121的一面称为第四表面1222。在本实施例中，第三表面1221和四表面1222均为凹面，这两个凹面均为非球面。

第三透镜123具有正光焦度，第三透镜123用于对第二透镜122出射的光再次进行汇聚，以在预设位置形成显示画面。第三透镜123可以为凸透镜。第三透镜123朝向第二透镜122的一面称为第五表面1231，第三透镜123背离第二透镜122的一面称为第六表面1232，第五表面1231为平面，第六表面1232为凸面，该凸面为非球面。

从显示模块110出射的光线经过第一透镜121的汇聚，第二透镜122的发散以及第三透镜123的汇聚后，在预设位置形成放大的显示画面。通过将第一透镜121和第三透镜123设置为具有正光焦度的透镜，第二透镜122设置为具有负光焦度的透镜，使得从显示模块110出射的光线仅经过两次汇聚和一次发散即可在预设位置形成放大画面，相对于现有技术中微型投影镜头的光线需要经过多次汇聚和发散而言，可以提高光学镜头模块120的解析力并且可以降低其光学畸变。此外，透镜数量的减少还可以减少光学镜头模块的体积和重量。

在本实施例中，第一透镜121的第二表面1212、第二透镜122的第三表面1221和第四表面1222、以及第三透镜的第六表面1232均为非球面。通过将第一透镜121的第二表面1212、第二透镜122的第三表面1221和第四表面1222、以及第三透镜的第六表面1232设置为非球面，可以进一步提高光学镜头模块120的解析力并且降低透镜的光学畸变。需要说明的是，在本实施例中，第一表面1211和第五表面1231为平面，这样可以减少第一透镜121和第三透镜123的加工成本。在另一些实施例中，第一表面1211和第五表面1231也可以设置成非球面。

本实用新型提供的微型投影结构，通过设置显示模块110和光学镜头模块120，光学镜头模块120包括依次设置的第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123，从显示模块110出射的光线经过第一透镜121的汇聚，第二透镜122的发散以及第三透镜123的汇聚后，在预设位置形成放大的显示画面。通过将第一透镜121和第三透镜123设置为具有正光焦度的透镜，第二透镜122设置为具有负光焦度的透镜，使得从显示模块110出射的光线仅经过两次汇聚和一次发散即可在预设位置形成放大画面，相对于现有技术中微型投影镜头的光线需要经过多次汇聚和发散而言，可以减少透镜对光线的处理次数，由此，可以提高光学镜头模块120的解析力并且可以降低其光学畸变，并且，第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123均为非球面透镜，可以进一步提高光学镜头模块120的解析力并且降低透镜的光学畸变，从而使得微型投影结构所形成的显示画面具有较好的显示效果。

在本实施例中，显示模块110与第一透镜121之间的中心距为0.4mm～0.6mm，第一透镜121与第二透镜122之间的中心距为0.05mm～0.15mm，第二透镜122与第三透镜123之间的中心距为0.9mm～1.3mm。

请继续参见图2所示，在本实施例中，显示模块110与第一透镜121之间的中心距是指显示模块110朝向第一透镜121的一面与第一表面1211之间的间距，该间距称为第一间距D1。第一透镜121与第二透镜122之间的中心距是指第二表面1212的最凸点与第三表面1221的最凹点之间的间距，该间距称为第二间距D2。第二透镜122与第三透镜123之间的中心距是指第四表面1222的最凹点与第五表面1231之间的间距，该间距称为第三间距D3。需要说明的是，为了清楚起见，仅在图2中标出了第一间距D1、第二间距D2和第三间距D3，图1和图3中未标出第一间距D1、第二间距D2和第三间距D3。

第一间距D1较小时，第一透镜121距显示模块110较近，从显示模块110出射的光线还未充分的扩散就被第一透镜121汇聚，使得光学镜头模块120不能在预设位置形成放大的显示画面。第一间距D1较大时，第一透镜121距显示模块110较远，从显示模块110出射的光线发散较为严重，需要第一透镜121的第一表面1211具有较大的表面积才能汇聚从显示模块110出射的所有光线。因此，第一间距D1通常在0.4mm～0.6mm范围内。

请继续参见图2所示，第二表面1212的凸面与第三表面1221的凹面基本匹配，使得第二间距D2可以设置的较小，由此，经第一透镜121汇聚的光线可以及时被第二透镜122发散，由此可以减小光学镜头模块120沿光线传播方向的长度，进而减小光学镜头模块120的体积。第二间距D2通常在0.05mm～0.15mm范围内。

第三间距D3较小时，第三透镜123距第二透镜122较近，从第二透镜122出射的光线还未充分的扩散就被第三透镜123汇聚，使得光学镜头模块120不能在预设位置形成放大的显示画面。第三间距D3较大时，第三透镜123距第二透镜122较远，从第二透镜122出射的光线发散较为严重，需要第三透镜123的第五表面1231具有较大的表面积才能汇聚从第二透镜122出射的所有光线。因此，第三间距D3通常在0.9mm～1.3mm范围内。第三间距D3相对于第一间距D1和第二间距D2较大，使得从第二透镜122出射的光线可以经过充分的发散后进入第三透镜123。

下面，对第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的各参数进行具体说明。

第一透镜121的焦距为3mm～10mm，第一透镜121的厚度为1mm～2mm，第一透镜121的折射率为1.7～1.9，第一透镜121的阿贝数为35～60。

第二透镜122的焦距为-10mm～-2mm，第二透镜122的厚度为0.6mm～1.2mm，第二透镜122的折射率为1.5～1.7，第二透镜122的阿贝数为20～30。

第三透镜123的焦距为2mm～10mm，第三透镜123的厚度为1mm～2mm，第三透镜123的折射率为1.7～1.9，第三透镜123的阿贝数为35～60。

焦距过大时，第一透镜121和第三透镜123对光线的汇聚度较小，第二透镜122对光线的发散度较小，使得第一间距D1、第二间距D2和第三间距D3需要设置的较大，由此，使得光学镜头模块120需要较大的长度才能实现对显示模块110的像源的放大作用。焦距过小时，第一透镜121和第三透镜123对光线的汇聚度较大，第二透镜122对光线的发散度较大，使得第一间距D1、第二间距D2和第三间距D3需要设置的较小，第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的相对位置的没有调节的余量。因此，第一透镜121的焦距、第二透镜122的焦距和第三透镜123的焦距通常在上述数值范围内。

请继续参见图2所示，第一透镜121的厚度是指从第一表面1211到第二表面1212的最凸点之间的厚度，该厚度称为第一厚度W1。第二透镜122的厚度是指从第三表面1221的最凹点到第四表面1222的最凹点之间的厚度，该厚度称为第二厚度W2。第三透镜123的厚度是指从第五表面1231到第六表面1232的最凸点之间的厚度，该厚度称为第三厚度W3。第一厚度W1、第二厚度W2和第三厚度W3较小时，不能满足透镜的汇聚或者发散要求，第一厚度W1、第二厚度W2和第三厚度W3较大时，造成光学镜头模块120沿光线传播方向的长度较大，使得光学镜头模块120的体积较大。因此，第一透镜121的厚度、第二透镜122的厚度和第三透镜123的厚度通常在上述数值范围内。需要说明的是，为了清楚起见，仅在图2中标出了第一厚度W1、第二厚度W2和第三厚度W3，图1和图3中未标出第一厚度W1、第二厚度W2和第三厚度W3。

折射率是光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比，折射率越高，使入射光发生折射的能力越强。阿贝数是用来衡量透镜对光线色散的程度。介质的折射率越大，色散越严重，阿贝数越小；反之，介质的折射率越小，色散越轻微，阿贝数越大。因此，在选择第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123时，需要平衡各透镜的折射率和阿贝数，以使光学镜头模块120在实现放大显示画面的同时，具有较小的色散。第一透镜121的折射率、第二透镜122的折射率和第三透镜123的折射率通常在上述数值范围内。第一透镜121的阿贝数、第二透镜122的阿贝数和第三透镜123的阿贝数通常在上述数值范围内。

在一些实施例中，第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的表面均设置有增透膜。

具体的，第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123可以采用光学玻璃或者光学塑料制成。为了提高光线在第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123中的透过率，在第一表面1211、第二表面1212、第三表面1221、第四表面1222、第五表面1231和第六表面1232上均设置有增透膜。

下面，对显示模块110的具体结构进行说明。

请继续参见图1至图3所示，显示模块110包括棱镜111和显示面板112，棱镜111设置在显示面板112和第一透镜121之间。

具体的，显示模块110中的显示面板112用于出射形成影像源的光线，棱镜111设置在显示面板112与第一透镜121之间。根据显示面板112的不同种类，棱镜111用于对显示面板112发出的光进行扩散、折射或者合束。

请继续参见图1所示，在第一种实施例中，显示面板112为主动发光显示面板，棱镜111为玻璃。

主动发光面板是指显示面板112可以自主发光，不需要额外的光源。主动发光面板可以为微型发光二极管(Micro-LED)或者微型有机发光二极管(Micro-LED)。棱镜111仅用于对主动发光面板出射的光线进行汇聚传播，因此棱镜111可以仅为沿光线的传播方向等厚的平板玻璃。

请继续参见图2所示，在第二种实施例中，显示面板112为被动发光显示面板，棱镜111为分光棱镜111a。

被动发光面板是指显示面板112不能自主发光，需要提供光源113。被动发光面板可以为硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)或者数字微型器件(DigitalMicromirror Device，DMD)。

棱镜111为分光棱镜111a，分光棱镜111a是由两个等腰直角三角形合成的正方四棱柱，分光棱镜111a的横截面可以为图2中所示的矩形，光源113和显示面板112设置在分光棱镜111a相邻的两个面上，光源113发出光线，经过分光棱镜111a中的斜面1111a反射至显示面板112，再通过显示面板112上载有影像源信息的光线反射之后透过斜面1111a，从而射入第一透镜121中。

请继续参见图3所示，在第三种实施例中，显示面板112包括红色显示面板1121、绿色显示面板1122和蓝色显示面板1123，棱镜111为合色棱镜111b，红色显示面板1121、绿色显示面板1122和蓝色显示面板1123围设在合色棱镜111b的周侧，红色显示面板1121、绿色显示面板1122和蓝色显示面板1123的出射光线入射至合色棱镜111b中，并通过合色棱镜111b的合束后，射入第一透镜121中。

红色显示面板1121用于发出红光R，绿色显示面板1122用于发出绿光G，蓝色显示面板1123用于发出蓝光B。

合色棱镜111b是由四个等腰直角三角形合成的正方四棱柱，合色棱镜111b的截面可以为图3中所示的矩形，合色棱镜111b沿光轴的方向设置在第一透镜121与绿色显示面板1122之间，红色显示面板1121和蓝色显示面板1123设置在合色棱镜111b相对的两个面上。

红色显示面板1121发出的红光R射入合色棱镜111b，并在第一对角面1111b被反射；蓝色显示面板1123发出的蓝光B射入合色棱镜111b，并在第二对角面1112b被反射；绿色显示面板1122发出的绿光G射入合色棱镜111b，反射的红光R、反射的蓝光B和射入的绿光G在合色棱镜111b的出射面合束后从合色棱镜111b射出，并射入第一透镜121中。

请继续参见图1至图3所示，微型投影结构100还包括孔径光阑130，第三透镜123位于孔径光阑130和第二透镜122之间。

孔径光阑130可以限制入射光的光束大小，可以提高显示画面的清晰程度和亮度，使得微型投影结构100的显示效果较好。

下面，结合具体的设计参数对本实用新型实施例提供的微型投影结构100所形成的显示画面的显示效果进行说明。

表1列出了微型投影结构100的光学镜头模块120中第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123的各参数。此外，微型投影结构100的总长为11mm，孔径光阑130的口径为4mm，光学镜头模块120的最大口径为5mm。其中，微型投影结构100的总长是指从显示模块110到孔径光阑130的距离，光学镜头模块120的最大口径是指第一透镜121、第二透镜122和第三透镜123中最大的直径。

表1光学镜头模块中各透镜的参数表

通过如上参数的限定，光学镜头模块120的有效焦距为6.4mm，光学镜头模块120的视场角为28°。

通常通过调制传递函数曲线和畸变曲线对光学系统的成像质量进行评价。调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)反映了光学系统的解析力，用于评价光学系统的成像质量，可以体现光学系统对物体细节的还原能力。畸变是光线经过透镜后变的弯曲的现象，畸变是由于透镜的放大率随光线和光轴间的角度改变而引起的，光线离光轴越远，畸变越大。通过优化透镜的面型和曲率可以减小畸变。

对采用上述参数的微型投影结构100的调制传递函数曲线和畸变曲线进行测试。图4为本实用新型实施例提供的微型投影结构中光学镜头模块的调制传递函数(MTF)曲线图。参加图4所示，对视场角分别为0度、4.2度、7度、9.8度、11.9度和14度的微型投影结构100的子午方向和弧矢方向的MTF曲线进测量。其中，子午方向是指光轴外物点的主光线与微型投影结构100的主轴构成的平面延伸的方向，弧矢方向是指经过光轴外物点的主光线，并与子午面垂直的平面延伸的方向。在图4中横坐标是空间分辨率，单位是每毫米的线对数(lp/mm)，纵坐标是对应的MTF值，空间分辨率越大，对应的MTF值越大，说明光学系统的解析力越高，成像质量越好。

请继续参见图4所示，L1表示视场角为14度时子午方向的MTF曲线；L2表示视场角为11.9度子午方向的MTF曲线；L3表示视场角为9.8度时子午方向的MTF曲线；视场角为7度时子午方向的MTF曲线和视场角为14度时弧矢方向的MTF曲线重合，以L4表示；L5表示视场角为4.2度时子午方向的MTF曲线；视场角为0度时子午方向的MTF曲线、视场角为0度时弧矢方向的MTF曲线、视场角为4.2度时弧矢方向的MTF曲线、视场角为7度时弧矢方向的MTF曲线、视场角为9.8度时弧矢方向的MTF曲线、视场角为11.9度时弧矢方向的MTF曲线均重合，以L6表示。从图4中可以看出，本实用新型实施例提供的微型投影结构100在125lp/mm空间分辨率下沿子午方向和弧矢方向的MTF值均大于0.5，具有较高的解析力。

图5为本实用新型实施例提供的微型投影结构中光学镜头模块的畸变曲线图。参见图5所示，横坐标表示畸变的大小，纵坐标表示视场角的大小，L7表示畸变基准线，L8表示蓝光畸变量，L9表示绿光畸变量，L10表示红光畸变量，从图5中可以看出，本实用新型实施例提供的微型投影结构100的对蓝光、绿光和红光光学畸变小于0.4％，具有较小的畸变。

图6为本实用新型实施例提供的近眼显示系统的结构示意图。参见图6所示，本实用新型还提供一种近眼显示系统，包括光波导200和上述实施例提供的微型投影结构100，微型投影结构100与光波导200光学耦合。

其中，微型投影结构100具体结构和作用方式已在上述实施例中进行了详细说明，此处不再一一赘述。

光波导200位于微型投影结构100的出光方向上，从微型投影结构100射出的光线耦合入光波导200中，光波导200利用其内部结构的全反射对光线进行传输，从而改变光线的传输方向，并将光线射入用户的眼中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种微型投影结构，其特征在于，包括显示模块和光学镜头模块，所述光学镜头模块包括依次设置的第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于所述第二透镜和所述显示模块之间，以使所述显示模块的出射光线依次经所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜出射至预设位置；

所述第一透镜和所述第三透镜均具有正光焦度，所述第二透镜具有负光焦度，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜均为非球面透镜。

2.根据权利要求1所述的微型投影结构，其特征在于，所述显示模块与所述第一透镜之间的中心距为0.4mm～0.6mm，所述第一透镜与所述第二透镜之间的中心距为0.05mm～0.15mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间的中心距为0.9mm～1.3mm。

3.根据权利要求1所述的微型投影结构，其特征在于，所述第一透镜的焦距为3mm～10mm，所述第一透镜的厚度为1mm～2mm，所述第一透镜的折射率为1.7～1.9，所述第一透镜的阿贝数为35～60。

4.根据权利要求1所述的微型投影结构，其特征在于，所述第二透镜的焦距为-10mm～-2mm，所述第二透镜的厚度为0.6mm～1.2mm，所述第二透镜的折射率为1.5～1.7，所述第二透镜的阿贝数为20～30。

5.根据权利要求1所述的微型投影结构，其特征在于，所述第三透镜的焦距为2mm～10mm，所述第三透镜的厚度为1mm～2mm，所述第三透镜的折射率为1.7～1.9，所述第三透镜的阿贝数为35～60。

6.根据权利要求1所述的微型投影结构，其特征在于，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的表面均设置有增透膜。

7.根据权利要求1至6任一项所述的微型投影结构，其特征在于，所述显示模块包括棱镜和显示面板，所述棱镜设置在所述显示面板和所述第一透镜之间。

8.根据权利要求7所述的微型投影结构，其特征在于，所述显示面板为主动发光显示面板，所述棱镜为玻璃。

9.根据权利要求7所述的微型投影结构，其特征在于，所述显示面板为被动发光显示面板，所述棱镜为分光棱镜。

10.根据权利要求7所述的微型投影结构，其特征在于，所述显示面板包括红色显示面板、绿色显示面板和蓝色显示面板，所述棱镜为合色棱镜，所述红色显示面板、所述绿色显示面板和所述蓝色显示面板围设在所述合色棱镜的周侧，所述红色显示面板、所述绿色显示面板和所述蓝色显示面板的出射光线入射至所述合色棱镜中，并通过所述合色棱镜的合束后，射入所述第一透镜中。

11.根据权利要求1至6任一项所述的微型投影结构，其特征在于，还包括孔径光阑，所述第三透镜位于所述孔径光阑和所述第二透镜之间。

12.一种近眼显示系统，其特征在于，包括光波导和权利要求1至11任一项所述的微型投影结构，所述微型投影结构与所述光波导光学耦合。

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