[发明专利]一种适用于扫描振镜像源的投影物镜及使用其的显示装置

说明书

一种投影物镜，适用于扫描振镜型像源，用于近眼显示器或平视显示器，包括六片透镜，结合微透镜阵列(M1)、振镜和提供光源的激光二极管，实现近眼或平视显示；投影物镜的出瞳直径可以根据微透镜阵列(M1)的参数进行调节，分别调至1mm、2mm、4mm、6mm和8mm，适合高分辨率、高亮度的近眼显示器或平视显示器的要求。

技术领域

本发明涉及一种投影物镜，特别是一种适用于扫描振镜像源的投影物镜，其可以使用于近眼显示器或者平视显示器中。

背景技术

虚拟现实与增强现实技术是近年来学术界和产业界广泛讨论的热门话题，作为其核心硬件的近眼显示器更受到全球科学家和IT产业巨头以及诸多新公司的争相研发，并且已经取得了长足的发展。随着多种技术的并行开发，近眼显示器的视场已由当初的十几度扩展到现在的一百度以上，体积和重量也在大幅减小，近眼的显示器已然越来越符合人体工学的穿戴要求，有望很快进入人们的日常生活当中。

显示分辨率是近眼显示器的另一个重要性能参数，代表了图像的显示质量，目前有些产品的分辨率可以达到1080P及以上。为了在保持视场的情况下进一步提高近眼显示器的分辨率，人们可以采取增加像素数的方法提升显示质量。但是传统的微型显示器件，诸如OLED、micro LED、LCD等受到加工工艺的限制，显示像素无法持续降低，难以在规定的尺寸范围内生产出更多数目的显示像素，如果要提高分辨率就必须增大屏幕尺寸，这无疑增大了近眼显示器整体的体积和重量。所以目前采取借助微加工工艺提高近眼显示器分辨率的做法不切实际，不符合近眼显示器朝着轻小型易穿戴方向发展的趋势。此外对于近眼显示器在某些特殊环境下的应用，比如客机座舱等，高动态范围是一个重要的指标，而目前基于OLED、micro LED的微型图像源难以达到上述场合高亮度的实际需求。

发明内容

鉴于上述需求，本发明提出了一种适用于扫描振镜像源的投影物镜，其可配合导光和折光元件用于佩戴于用户头部的可穿戴式近眼显示器中，或者也可以直接用于平视显示器，以显著提高显示图像的分辨率和亮度。

根据本发明的适用于扫描振镜像源的投影物镜，包括从靠近人眼侧至靠近图像源侧依次排列的第一透镜组和第二透镜组，记第一透镜组的焦距为f₁，第二透镜组的焦距为f₂，投影物镜的总焦距为f_w，f₁、f₂和f_w满足：

在一种具体的实施方式中，第一透镜组可以包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，光阑置于第一透镜之前，为出瞳距离考虑，光阑面与第一透镜凹离光阑面之间的距离优选的大于9mm。

在第一透镜为负透镜，其朝光阑一侧的面凹离光阑侧，曲率半径为负值，第二透镜呈大致弯月型的正透镜，第三透镜呈大致平凸透镜的外形的正透镜。

第二透镜组可以包括第四透镜和第五透镜，第四透镜和第五透镜组成正-负形式的双胶合透镜，优选的，表示第四透镜在d线的折射率Nd₈＞1.7，而Vd₄、Vd₆、Vd₈分别表示第二透镜、第三透镜、第四透镜在d线的阿贝数Vd₄、Vd₆、Vd₈均大于40。

本发明还涉及一种具有上述投影物镜的近眼显示装置或者平视显示装置，进一步包括置于投影物镜的第二透镜组后的扩束器和聚焦透镜；其中，所述扩束器用以对光束的数值孔径进行扩大，以增大投影物镜的出瞳直径；聚焦透镜用以会聚来自图像源的图像光，与投影物镜相应的，聚焦透镜的焦距f₆满足下述式(3)。

40.95mm＜f₆＜74.47mm 式(3)