CN218824990U - 一种光机系统及近眼显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及近眼显示技术领域，公开了一种光机系统及近眼显示设备，光机系统包括图像源、照明模组和成像镜头，所述照明模组包括照明光源、转折积分棱镜和偏振分光棱镜，所述照明光源输出的照明光通过所述转折积分棱镜转折光路且通过所述偏振分光棱镜再次转折光路后照射在所述图像源上生成图像光，所述图像光通过所述偏振分光棱镜和所述成像镜头出射成像，本实用新型实施例提供的光机系统结构紧凑、成像质量好，利于实现近眼显示设备。

Description

一种光机系统及近眼显示设备

技术领域

本实用新型实施例涉及近眼显示技术领域，特别涉及一种光机系统及近眼显示设备。

背景技术

近眼显示系统，也称为头盔显示器，它最初起源于空军领域，主要是解决驾驶员面对飞机上日益增多的精密仪器及武器系统所收集的大量信息的困扰，利用近眼显示产品可以将各仪器仪表的所有的信息全部呈现在驾驶员前面的视场内，使驾驶员集中精力操作飞机和进行瞄准。随着人们对于近眼显示产品的学习和认识，近眼显示产品的应用领域也不断扩展。在民用方面主要是结合相关的虚拟技术，应用于教育与训练；商业产品的展览与推销；医学的模拟训练等。

在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：在现有的近眼显示设备中，照明系统庞大，光路排布不合理，结构较为异形，整体光机形状不规则，使得后期产品化设计时，模组空间利用率不高，存在大量的空气空间，最终导致产品体积难以做小，无法实现设备的轻便化。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种光机系统及近眼显示设备。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例中提供了一种光机系统，包括：图像源、照明模组和成像镜头，所述照明模组包括照明光源、转折积分棱镜和偏振分光棱镜，所述照明光源输出的照明光通过所述转折积分棱镜转折光路且通过所述偏振分光棱镜再次转折光路后照射在所述图像源上生成图像光，所述图像光通过所述偏振分光棱镜和所述成像镜头出射成像。

在一些实施例中，所述偏振分光棱镜包括第一三角棱镜和第二三角棱镜，其中，所述第一三角棱镜具有入光面、透光面和分光面，所述转折积分棱镜具有出光面，所述第一三角棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的出光面的部分区域贴合设置，所述图像源设置于所述第一三角棱镜的透光面的一侧，所述第二三角棱镜具有出光面和分光面，所述成像镜头设置于所述第二三角棱镜的出光面的一侧，所述第二三角棱镜的分光面与所述第一三角棱镜的分光面为共用的同一个面。

在一些实施例中，所述分光面镀设有偏振分光膜。

在一些实施例中，所述第二三角棱镜还包括吸光面，所述吸光面分别与所述第二三角棱镜的出光面和所述第二三角棱镜的分光面相接。

在一些实施例中，所述转折积分棱镜包括入光面、反射面、出光面和连接面，所述转折积分棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的出光面相交且垂直设置，所述转折积分棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的连接面相交且垂直设置，所述转折积分棱镜的反射面与所述转折积分棱镜的出光面相交且呈第一角度设置，所述转折积分棱镜的反射面与所述转折积分棱镜的连接面相交且呈第二角度设置，所述第一角度和所述第二角度为互补角。

在一些实施例中，所述照明光源为三色光源时，所述连接面的长度为所述三色光源的长度的至少两倍，其中，所述三色光源的长度为一字排列的三色灯珠的总长度。

在一些实施例中，所述转折积分棱镜的连接面、入光面和出光面为光学抛光面，所述转折积分棱镜的反射面镀设有反射膜。

在一些实施例中，所述成像镜头包括沿成像镜头的出光侧到入光侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜。

在一些实施例中，所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜镀设有透光材料。

在一些实施例中，所述第一透镜的出光面为凸面，所述第一透镜的入光面为凹面；所述第二透镜的出光面为凸面，所述第二透镜的入光面为凹面；所述第三透镜的出光面为凸面，所述第三透镜的入光面为凹面；所述第四透镜的出光面为凸面，所述第四透镜的入光面为凸面。

在一些实施例中，所述第一透镜的折射率为1.7-1.8，所述第二透镜的折射率为1.9-2.0，所述第三透镜的折射率为1.6-1.7，所述第四透镜的折射率为1.4-1.5；和/或，所述第一透镜的阿贝数为48-55，所述第二透镜的阿贝数为16-20，所述第三透镜的阿贝数为61-66，所述第四透镜的阿贝数为64-69。

在一些实施例中，所述第一透镜的中心厚度为0.87-0.97mm，所述第一透镜与所述第二透镜的中心间距为0.07-0.13mm；所述第二透镜的中心厚度为0.83-0.93mm，所述第二透镜与所述第三透镜的中心间距为0.13-0.19mm；所述第三透镜的中心厚度为1.67-1.72mm，所述第三透镜与所述第四透镜的中心间距为0.8-1.2mm；所述第四透镜的中心厚度为1.55-1.65mm，所述第四透镜与所述偏振分光棱镜的中心间距为0.8-1.2mm。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例中提供了一种近眼显示设备，包括：如第一方面所述的光机系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种光机系统及近眼显示设备，光机系统包括图像源、照明模组和成像镜头，所述照明模组包括照明光源、转折积分棱镜和偏振分光棱镜，所述照明光源输出的照明光通过所述转折积分棱镜转折光路且通过所述偏振分光棱镜再次转折光路后照射在所述图像源上生成图像光，所述图像光通过所述偏振分光棱镜和所述成像镜头出射成像，本实用新型实施例提供的光机系统结构紧凑、成像质量好，利于实现近眼显示设备。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施一提供的一种光机系统的二维结构示意图；

图2是图1所示光机系统的三维结构示意图；

图3是图1所示光机系统中转折积分棱镜和偏振分光棱镜的结构示意图；

图4是图1所示光机系统中照明模组的光路图；

图5是图4所示照明光路照射到硅基液晶时的照明效果图；

图6是图1所示光机系统中成像镜头的结构示意图；

图7是图6所示成像镜头的一种成像光路图；

图8是图6所示成像镜头的一种调制传递函数图；

图9是图6所示成像镜头的一种点列图；

图10是图6所示成像镜头的一种场曲/畸变图；

图11是图6所示成像镜头的一种轴向色差曲线图；

图12是图6所示成像镜头的一种光线像差图；

图13是图6所示成像镜头的一种光程差图；

图14是本实用新型实施二提供的一种近眼显示设备的结构示意图。

附图说明：101、图像源；201、照明光源；202、转折积分棱镜；203、第一三角棱镜；204、第二三角棱镜；301、第一透镜；302、第二透镜；303、第三透镜；304、第四透镜；2021、转折积分棱镜的入光面；2022、转折积分棱镜的连接面；2023、转折积分棱镜的反射面；2024、转折积分棱镜的出光面；2031、第一三角棱镜的透光面；2032、第一/第二三角棱镜的分光面；2041、第二三角棱镜的出光面；2042、第二三角棱镜的吸光面；3011、第一透镜的出光面；3012、第一透镜的入光面；3021、第二透镜的出光面；3022、第二透镜的入光面；3031、第三透镜的出光面；3032、第三透镜的入光面；3041、第四透镜的出光面；3042、第四透镜的入光面；10、近眼显示设备；100、光机系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。为了便于连接结构限定，本实用新型以光线的传输方向为参考进行部件的位置限定。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不适用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个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。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种光机系统，请参见图1和图2，其中，图1示出了本实用新型实施提供的一种光机系统的二维结构，图2示出了图1所示光机系统的三维结构，光机系统包括：图像源101、照明模组(201、202、203、204)和成像镜头(301、302、303、304)，照明模组(201、202、203、204)包括照明光源201、转折积分棱镜202和偏振分光棱镜(203、204)，照明光源201输出的照明光通过转折积分棱镜转折光路202且通过偏振分光棱镜(203、204)再次转折光路后照射在图像源101上生成图像光，图像光通过偏振分光棱镜(203、204)和成像镜头(301、302、303、304)出射成像。

本实用新型实施例提供的光机系统，将照明光路进行了折叠，通过转折积分棱镜202将照明光路进行第一次转折，并利用偏振分光棱镜(203、204)将照明光路进行第二次转折，使得照明光能够照射到图像源101上生成图像光。此光机系统将照明光路折叠后，照明光源201和转折积分棱镜202横置，照明光源201输出的照明光和图像源101输出的图像光平行且方向相反，相较于现有的照明光源201通常纵置导致照明光源201输出的照明光和图像源101输出的图像光垂直的方案，缩小光机系统在纵向上的尺寸，从而缩小光机系统的整体尺寸。所述的“横置”指的是在图1中水平方向、横向的放置，也即图1中指示的X方向，“纵向”指的是图1中竖直的方向，也即图1中指示的Y方向。在一些实施例中，如图2所示，成像镜头(301、302、303、304)和图像源101分别置于偏振分光棱镜(203、204)两侧，照明光源201和转折积分棱镜202置于成像镜头(301、302、303、304)和偏振分光棱镜(203、204)的上方，仅图像源101的上方存在一点未利用的空间，整个光机系统的结构更加紧凑。其中，“上方”指的是图1中竖直方向的上方，也即图1中指示的Y轴的延伸方向上，需要说明的是，这些方向上的指示并不构成对所述光机系统的限定，所述光机系统在实际使用时可在空间上具有不同的方位设置。

可选地，图像源101可以是硅基液晶(L i qu i d Crysta l on Si l i con，LCoS)、数字光处理芯片(Di gita l Li ght Process i ng，DLP)或者微型发光二极管(Micro-L i ght Emitt i ng Di ode，M i cro-LED)、有机发光二极管(Organ i c Li ghtEmitt i ng D i ode，OLED)、液晶显示器(Li qu i dCrysta l D i sp l ay，LCD)等反射式投影芯片，用于接收照明光，并将照明光调制为图像光后输出，具体可根据实际需要进行选择。照明光源201可以是发光二极管(l ight-emitt i ng d iode，LED)或激光光源等照明光源，用于输出照明光，且有，所述照明光源201可以是白光光源或者三色光源，可以直接输出白光，或者输出三原色光，三原色光可在所述转折积分棱镜203中混合为白光，例如，可以是三色点光源，通过三个一字排列的R、G、B灯珠实现三原色光的输出，具体可根据实际需要进行选择。

在一些实施例中，偏振分光棱镜(203、204)包括第一三角棱镜203和第二三角棱镜204。请一并参见图3，其示出了图1所示光机系统中转折积分棱镜和偏振分光棱镜的结构，第一三角棱镜203包括入光面、透光面2031和分光面2032，第一三角棱镜203的入光面与转折积分棱镜202的出光面2024的部分区域贴合设置，图像源101设置于第一三角棱镜203的透光面2031的一侧，第二三角棱镜204包括出光面2041和分光面2032，成像镜头(301、302、303、304)设置于第二三角棱镜204的出光面2041的一侧，第二三角棱镜204的分光面2032与第一三角棱镜203的分光面2032为共用的同一个面。其中，第一三角棱镜203的入光面和第二三角棱镜204的出光面2041为光学抛光面。分光面2032镀设有偏振分光膜，以使第一三角棱镜203和第二三角棱镜204可构成一个偏振分光棱镜(Po l ar i zi ng Beam Sp litter，PBS)，实现偏振分光，也即是，经过分光面2032时，P偏振光透射出射，S偏振光反射出射，或者S偏振光透射出射，P偏振光反射出射。可选地，在本实用新型实施例中，照明光可设置为S偏振光或P偏振光，对应的图像光则分别为P偏振光或S偏振光。可选地，第二三角棱镜204还包括吸光面2042，吸光面2042分别与第二三角棱镜204的出光面2041和分光面2032相接，吸光面2042可以通过涂墨实现，也可以通过涂覆其它的吸光材料层实现吸光，以使光线到达吸光面2042时能够被吸收。

在其他的一些实施例中，照明模组内除了包括图3所示的转折积分棱镜203和偏振分光棱镜(第一三角棱镜203和第二三角棱镜204)之外，还可以包括准直透镜、复眼透镜、反光杯、菲涅尔透镜等中的一种或多种组合，还可以增加扩散片(d iffuser)、衍射光学元件(Diffract ive Opt ica l E l ement，DOE)等匀光准直元件，具体可根据实际需要进行设置。

且有，请继续参见图3，转折积分棱镜202包括入光面2021、连接面2022、反射面2023和出光面2024，转折积分棱镜202的入光面2021与转折积分棱镜202的出光面2024相交且垂直设置，所述转折积分棱镜202的入光面2021与所述转折积分棱镜202的连接面2022相交且垂直设置，转折积分棱镜202的反射面2023与转折积分棱镜202的出光面2024相交且呈第一角度设置，所述转折积分棱镜202的反射面2023与所述转折积分棱镜202的连接面2022相交且呈第二角度设置，所述第一角度和所述第二角度为互补角，也即，所述第一角度和所述第二角度加起来为180°。其中，转折积分棱镜202的入光面2021和出光面2024为光学抛光面，转折积分棱镜202的反射面2023镀设有反射膜。且有，转折积分棱镜202的入光面2021和反射面2023之间的连接面2022也为光学抛光面。且有，当所述照明光源201为三色光源时，所述连接面2022的长度为所述三色光源的长度的至少两倍，这样可以保证三色光在进入图像源之前混色更加均匀，其中，所述三色光源的长度为一字排列的三色灯珠的总长度。

请一并参见图4和图5，其中，图4示出了采用了图3所示结构的照明模组、也即图1所示光机系统中的照明模组的光路图，图5示出了图4所示照明光路照射到硅基液晶时的照明效果图。在图4所示示例中，以照明光源201采用发光二极管LED为例，照明模组工作时，照明光源201发出的RGB三色光进入转折积分棱镜202并在其内部传输，当光线接触到连接面2022、出光面2024未与第一三角棱镜203贴合的区域以及周围其他光学表面时会被反射从而继续传输，且传输的过程中在转折积分棱镜202内的照明光混光后形成均匀的白光后输出，这些需反射照明光的区域可以设置反射膜以提高反射效率，也可以不设置反射材料但需使照明光在这些面上发生全反射。当光线经过反射面2023时将被反射出射至第一三角棱镜203内部；当照明光线经过分光面2032时，照明光源201中的P光将会直接透过，打到吸光面2042上从而被吸收，S光将被反射且从透光面2031出射，从而将图像源101照亮；由于有无数束照明光在转折积分棱镜202以及第一三角棱镜203内不断地反射、混光后向前传播，当照明光从透光面2031出射时已经被调制成颜色均匀的光线。如图4所示照明光路在照射到硅基液晶Lcos上时，照明效果如图5所示，其均匀性可达75％以上，光利用效率为44.3％。且有，由于硅基液晶的工作原理，输出的图像光为P光。本实用新型实施例的照明模组结构十分精简，在保证了均匀性及效率的同时，实现了体积的小型化。

需要说明的是，成像镜头包括至少两个成像透镜，各成像透镜可为球面、非球面或只有曲面中的一种或多种组合，各成像透镜的材料可为光学玻璃或树脂中的一种或多种组合。在一些实施例中，各成像透镜的光学面均镀设有透光膜从而提高系统的光学效率，所述成像镜头的透镜个数及形态等可根据实际成像需要进行设置，所述透光材料可以是透射膜、增透膜、高透膜、减反射层(Ant i Refrect ion Laver，AR)膜等，具体可根据需要进行选择。

例如，在本实用新型实施例，也即图1中，其示出的成像镜头的数量的四个的情况，请一并参见图6，其示出了图1所示光学系统的成像镜头的结构，成像镜头包括沿出光侧到入光侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜301、具有负光焦度的第二透镜302、具有负光焦度的第三透镜303和具有正光焦度的第四透镜304，通个四个透镜以及四个透镜的光焦度的配合，可以使图像源的每个像素点的光线能够均匀分布在成像镜头的出光侧，使得成像镜头具有较高的成像质量。

在一些实施例中，第一透镜301、第二透镜302、第三透镜303和第四透镜304镀设有透光材料。其中，透光材料可以镀设在四个透镜的出光面和/或入光面，这样可以提高图像光经透镜透射的透光率，从而提高整个系统的光学效率。较好的，第一透镜301的出光面3011和入光面3012、第二透镜302的出光面3021和入光面3022、第三透镜303的出光面3031和入光面3032、第四透镜304的出光面3041和入光面3042设有透光材料。

在一些实施例中，所述第一透镜301的出光面3011为凸面，所述第一透镜301的入光面3012为凹面；所述第二透镜302的出光面3021为凸面，所述第二透镜302的入光面3022为凹面；所述第三透镜303的出光面3031为凸面，所述第三透镜303的入光面3032为凹面；所述第四透镜304的出光面3041为凸面，所述第四透镜304的入光面3042为凸面。通过各个透镜面型的配合，可以进一步提高图像光的成像质量。

在一些实施例中，所述第一透镜301的折射率为1.7-1.8；所述第二透镜302的折射率为1.9-2.0；所述第三透镜303的折射率为1.6-1.7；所述第四透镜304的折射率为1.4-1.5。和/或，所述第一透镜301的阿贝数为48-55；所述第二透镜302的阿贝数为16-20；所述第三透镜303的阿贝数为61-66；所述第四透镜304的阿贝数为64-69。通过各个透镜的折射率和阿贝数的配合，可以使得透镜设置紧凑且进一步提高成像质量。

在一些实施例中，所述第一透镜301的中心厚度为0.87-0.97mm，所述第一透镜301与所述第二透镜302的中心间距为0.07-0.13mm；所述第二透镜的中心厚度为0.83-0.93mm，所述第二透镜与所述第三透镜的中心间距为0.13-0.19mm；所述第三透镜的中心厚度为1.67-1.72mm，所述第三透镜与所述第四透镜的中心间距为0.8-1.2mm；所述第四透镜的中心厚度为1.55-1.65mm，所述第四透镜与所述偏振分光棱镜的中心间距为0.8-1.2mm。其中，中心厚度指的是透镜在光轴上的厚度，中心间距指的是两个透镜在光轴上的间距。

如下表1所示为本实用新型其中一个实施例的一组图6所示成像镜头面型的详细数据，如下表2所示为表1所示成像镜头的光学性能参数，且如下表1和表2所示的成像镜头的成像光路如图7所示。

表1

表2

在表2所示设计中，使用的图像源101为硅基液晶LCoS，其像素间距为4.3um，由此可以计算出该成像镜头的衍射极限为：1000/(2*4.3)＝116l p/mm。且有，EFFL表示该成像镜头的总焦距，FOV表示该成像镜头的视场角，TTL表示该成像镜头的光学总长，EPD表示该成像镜头的入瞳直径，MTF表示该成像镜头的调制传递函数，Spot表示该成像镜头的点列的均方根，Ray Fan表示该成像镜头的光线像差，OPD Fan表示该成像镜头的光程差。

请参见图8，其示出了具有上述设计参数的成像镜头的调制传递函数(Modu l ati on Transfer Funct i on，MTF)图，其中OTF模值是指光学传递函数(opt i ca ltransfer funct i on)模值，各曲线表示各视场下不同空间频率的OTF模值。由图可知，该镜头全视场范围内在80l p/mm时的MTF＞0.2，即该镜头可实现全视场均满足70％，通过图8可知，具有上述设计参数的成像镜头显示效果优良。

请参见图9，其示出了具有上述设计参数的成像镜头的点列(spot)图，该成像镜头的100％视场的均方根(Root Mean Square，RMS)＜7μm，即小于2倍像素尺寸，表明弥散斑尺寸较小，成像效果良好。

请参见图10，其示出了具有上述设计参数的成像镜头的场曲图和畸变图，其中，左图为场曲图，其中，横坐标表示焦距(单位：mm)，纵坐标表示视场角，各曲线表示不同波长的光线在子午像面和弧矢像面的弯曲程度，右图为畸变图，其中，横坐标表示畸变值(％)，纵坐标表示视场角，各曲线表示不同波长的光线在成像面上不同像高处的畸变。由图10可知，该成像镜头的场曲可控制在80μm范围内，畸变最大值小于3.8％，表明场曲和畸变较小，成像效果良好。

请参见图11，其示出了具有上述设计参数的成像镜头的轴向色差曲线图，其中，横坐标表示色差值(单位：μm)，纵坐标表示视场角，各曲线表示不同波长的光线经成像镜头后的轴向色差。由图11可知，该成像镜头的轴向色差小于3μm，小于常见显示屏的2个像素宽度，表明此成像镜头的成像效果良好。

请参见图12和图13，其中，图12示出了具有上述设计参数的成像镜头的光线像差(Ray Fan)图，其中，每个小图中的各曲线分别表示红光、绿光和蓝光对应的光线像差曲线，图13示出了具有上述设计参数的成像镜头的光程差(OPD Fan)图，其中，每个小图中的各曲线分别表示红光、绿光和蓝光对应的光程差曲线，由图12和图13这两张图可以发现，此成像镜头的像差分配较为均衡，成像效果良好。

本实用新型实施例提供的光机系统的工作时，照明光源201发出的照明光依次通过照明模组中的转折积分棱镜202和第一三角棱镜203调整后，输出均匀的白光，白光照亮在图像源101产生携带图像信息的图像光，该图像光为S光，图像光依次通过第一三角棱镜203、第二三角棱镜204和成像透镜的调整后，光线将以视场角FOV 30°范围内充满各个方向的平行光的形式输出。本实施例通过合理的排布照明模组以及成像镜头的光路，使得光机整体空间利用率非常高，结构非常紧凑，对后期产品的结构设计较为友好，为产品多样化提供了更多的可能。且如上图5及图7至图13所示，成像效果好、成像质量高。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种近眼显示设备，请参见图14，其示出了本实用新型实施例提供的一种近眼显示设备的结构，近眼显示设备10包括如上述实施例一所示的光机系统100。

光机系统100相较于现有的光机，结构简单、紧凑，且成像效果好，具体请参见上述实施例一及其附图所示，此处不再详述。

近眼显示设备10可以是增强现实(Augmented Rea l ity，AR)设备，可以是搭载有实施例一的光机系统100的增强现实眼镜、增强现实头盔等近眼显示设备，具体地，可根据实际市场需要及应用场景选择近眼显示设备10的壳体形状，设置其内部结构等。

本实用新型实施例中提供了一种光机系统及近眼显示设备，光机系统包括图像源、照明模组和成像镜头，照明模组包括照明光源、转折积分棱镜和偏振分光棱镜，照明光源输出的照明光通过转折积分棱镜转折光路且通过偏振分光棱镜再次转折光路后照射在图像源上生成图像光，图像光通过偏振分光棱镜和成像镜头出射成像，本实用新型实施例提供的光机系统结构紧凑、成像质量好，利于实现近眼显示设备。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其他变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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 (13)

1.一种光机系统，其特征在于，包括：图像源、照明模组和成像镜头，

所述照明模组包括照明光源、转折积分棱镜和偏振分光棱镜，

所述照明光源输出的照明光通过所述转折积分棱镜转折光路且通过所述偏振分光棱镜再次转折光路后照射在所述图像源上生成图像光，所述图像光通过所述偏振分光棱镜和所述成像镜头出射成像。

2.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，

所述偏振分光棱镜包括第一三角棱镜和第二三角棱镜，其中，

所述第一三角棱镜具有入光面、透光面和分光面，所述转折积分棱镜具有出光面，所述第一三角棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的出光面的部分区域贴合设置，所述图像源设置于所述第一三角棱镜的透光面的一侧，

所述第二三角棱镜具有出光面和分光面，所述成像镜头设置于所述第二三角棱镜的出光面的一侧，所述第二三角棱镜的分光面与所述第一三角棱镜的分光面为共用的同一个面。

3.根据权利要求2所述的光机系统，其特征在于，

所述分光面镀设有偏振分光膜。

4.根据权利要求2所述的光机系统，其特征在于，

所述第二三角棱镜还包括吸光面，所述吸光面分别与所述第二三角棱镜的出光面和所述第二三角棱镜的分光面相接。

5.根据权利要求1所述的光机系统，其特征在于，

所述转折积分棱镜包括入光面、反射面、出光面和连接面，所述转折积分棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的出光面相交且垂直设置，所述转折积分棱镜的入光面与所述转折积分棱镜的连接面相交且垂直设置，所述转折积分棱镜的反射面与所述转折积分棱镜的出光面相交且呈第一角度设置，所述转折积分棱镜的反射面与所述转折积分棱镜的连接面相交且呈第二角度设置，所述第一角度和所述第二角度为互补角。

6.根据权利要求5所述的光机系统，其特征在于，

所述照明光源为三色光源时，所述连接面的长度为所述三色光源的长度的至少两倍，其中，所述三色光源的长度为一字排列的三色灯珠的总长度。

7.根据权利要求5所述的光机系统，其特征在于，

所述转折积分棱镜的连接面、入光面和出光面为光学抛光面，

所述转折积分棱镜的反射面镀设有反射膜。

8.根据权利要求2-7任一项所述的光机系统，其特征在于，

所述成像镜头包括沿成像镜头的出光侧到入光侧依次设置的具有正光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有负光焦度的第三透镜和具有正光焦度的第四透镜。

9.根据权利要求8所述的光机系统，其特征在于，

所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜镀设有透光材料。

10.根据权利要求8所述的光机系统，其特征在于，

所述第一透镜的出光面为凸面，所述第一透镜的入光面为凹面；

所述第二透镜的出光面为凸面，所述第二透镜的入光面为凹面；

所述第三透镜的出光面为凸面，所述第三透镜的入光面为凹面；

所述第四透镜的出光面为凸面，所述第四透镜的入光面为凸面。

11.根据权利要求8所述的光机系统，其特征在于，

所述第一透镜的折射率为1.7-1.8，所述第二透镜的折射率为1.9-2.0，所述第三透镜的折射率为1.6-1.7，所述第四透镜的折射率为1.4-1.5；

和/或，

所述第一透镜的阿贝数为48-55，所述第二透镜的阿贝数为16-20，所述第三透镜的阿贝数为61-66，所述第四透镜的阿贝数为64-69。

12.根据权利要求8所述的光机系统，其特征在于，

所述第一透镜的中心厚度为0.87-0.97mm，所述第一透镜与所述第二透镜的中心间距为0.07-0.13mm；

所述第二透镜的中心厚度为0.83-0.93mm，所述第二透镜与所述第三透镜的中心间距为0.13-0.19mm；

所述第三透镜的中心厚度为1.67-1.72mm，所述第三透镜与所述第四透镜的中心间距为0.8-1.2mm；

所述第四透镜的中心厚度为1.55-1.65mm，所述第四透镜与所述偏振分光棱镜的中心间距为0.8-1.2mm。

13.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：

如权利要求1-12任一项所述的光机系统。

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