[发明专利]一种投影物镜及三维显示装置

说明书

本发明公开了一种大视场投影物镜，包括分光器件、中继透镜组、分光组件。所述中继透镜组包含：非球面透镜组和一片纳米透镜，本发明在光学系统中引入设有衍射面的纳米透镜，用纳米透镜代替双胶合透镜可降低系统的重量。将本发明设计的投影物镜，与DMD、LCD或LCOS显示器件以及相应照明光源配合使用，将显示器件反射的光束收集在出瞳处，出瞳在投影结构外部，和后续的纳米波导镜片匹配，构建的三维显示装置，特别是近眼三维显示装置，具有显示大视场、高像质、光利用效率高特点。

技术领域

本发明涉及显示设备技术领域，更具体地说，涉及一种投影物镜及三维显示装置。

背景技术

增强现实(AR)技术，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息，声音，味道，触觉等)，通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。

增强现实(AR)技术的光学系统是一个图像放大系统，微显示器所产生的影像藉由光学系统放大，在人眼前一定距离处呈现一个放大的虚像，使用户可以完全沉浸在虚拟的情境之中，不受外界信息的干扰。如果输入3D视频信号，无需其他辅助装置，即可直接实现3D立体显示。

随着半导体技术发展，例如数字微镜芯片(Digital micro-mirror device，DMD)、液晶显示面板(LCD panel)及硅晶芯片(Lcos chip)在提高像素的同时不断小型化，给头盔显示小型化提供了条件，AR光学系统正逐渐向大视场、高分辨力、低重量和小尺寸等方面发展。投影系统是头盔显示器的重要组成部分。投影系统设计不仅影响图像显示质量好坏，还影响头盔显示器的体积、重量，以及观察者的舒适程度，决定着观察者的视觉感受。

美国专利US2014/0211322A1提出了一种投影光学系统，在大视场情况下反光平凸透镜238的口径会很大，造成整个光学系统体积变大。如图1所示。

基于此，亟待一种小型化、大视场、高像素的投影镜头及其三维显示装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种小型化、大视场、高像素的投影物镜及其三维显示装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种投影物镜，包括分光器件、中继透镜组、分光组件，所述中继透镜组包括：

采用非球面校正像差的非球面透镜组；

和/或包括至少一片设有作为衍射面的纳米透镜。

本发明在光学系统中引入设有衍射面纳米透镜，用纳米透镜代替用于消色差的双胶合透镜，既可以起到消色差的作用，又可大大降低系统的重量。

优选的，所述投影物镜的出瞳位于所述用于准直光线的正透镜的外侧。

优选的，所述中继透镜组沿光线传播的方向顺序分别设置：第一正透镜、第二正透镜、第一负透镜、纳米透镜、第三正透镜、第二负透镜。

优选的，所述第一正透镜为两个面均为非球面的凸透镜，所述第二正透镜为两个面均为非球面的凸透镜，所述第一负透镜为两个面均为凹面的透镜，所述第三正透镜为两个面均为凸面的透镜，所述第二负透镜为两个凹面均为非球面的凹透镜。

优选的，所述纳米透镜为一面或双面刻有半径由小到大同心圆形状光栅结构的透镜。

优选的，所述分光组件在出瞳方向包括正透镜。