[发明专利]微型光学系统

说明书

本发明所涉及的微型光学系统包括照明光学系统和目镜，照明光学系统自光源至LCOS反射面依序包括：第一透镜，第二透镜，二向色镜组，复眼透镜，第三透镜，第四透镜，偏振分光棱镜；目镜自物侧至像侧依序包含：第五透镜，第六透镜，第七透镜，第八透镜，第九透镜，第十透镜。该微型光学系统体积小、满足高分辨率要求、LCOS芯片表面均匀性高、以及可提供需要的各视场角下的平行光和足够的光通量。

技术领域

本发明涉及一种微型光学系统，具体涉及一种AR前置微型光学系统。

背景技术

增强现实(Augmented Reality，AR)是一种将虚拟世界与现实世界相融合的新型显示技术。衍射波导显示技术是增强现实技术一种实现方法，通过小型化光学系统将图像通过波导结构投射到人眼成像，使虚拟图像可以叠加在人眼看到的外界图像上。衍射波导显示技术由于其小体积、轻质量、以及优良的佩戴性等优点越来越受到人们的关注与青睐，拥有良好的市场前景。衍射波导显示技术的关键组成部分包括前置微型光学系统以及衍射波导镜片，由于衍射波导较低的光能利用率，因此需要较强的光源。并且目前的微型投影系统的体积较大，无法满足AR前置光学系统的小体积要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以小口径的照明光学系统提供足够的光通量，以目镜提供需要的各视场角下的平行光，且体积小以及满足高分辨率要求的微型光学系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种微型光学系统，包括照明光学系统和目镜，所述照明光学系统包括发出第一光线的第一光源、发出第二光线的第二光源、用以透射所述第一光线和反射所述第二光线的二向色镜组、以及依次设置的复眼透镜、中继透镜组、偏振分光棱镜组和LCOS芯片。

进一步地，所述二向色镜组具有第一二向色镜与第二二向色镜，所述第一二向色镜和所述第二二向色镜具有夹角α，所述第一片二向色镜靠近所述第一光源，所述第二片二向色镜靠近第二光源，所述第一光线和所述第二光线经过所述二向色镜组后依次经过复眼透镜、中继透镜组、偏振分光棱镜组以及LCOS芯片，所述第一光线和所述第二光线通过所述LCOS芯片反射至所述目镜。

进一步地，所述第一二向色镜反射的波段范围为440nm至480nm，第二二向色镜反射的波段范围为610nm至640nm。

进一步地，所述夹角α满足条件：6°α10°。

进一步地，所述复眼透镜由N个小透镜组成，每个小透镜的曲率半径为c1，其中30N60，2mm≤c1≤3mm。

进一步地，所述中继透镜组包括具有正折射光焦度且两表面均为球面的第三透镜、具有转折光路作用的反射镜、以及具有正折射光焦度且两表面均为球面的第四透镜。

进一步地，所述中继透镜组满足如下条件：0.7f”/f30.85，0.4f”/f40.5，其中，f”为中继透镜组总焦距，f3和f4依次为第三透镜和第四透镜的焦距；6.5mmD37.2mm，7.0mmD47.6mm，D3为第三透镜口径，D4为第四透镜口径；1.40n31.60，1.50n41.70，其中，n3和n4依次为第三透镜和第四透镜的折射率。

进一步地，所述偏振分光棱镜组包括两个等腰直角棱镜，两个所述等腰直角棱镜的斜边面相互平行并且贴合成正方体形状，所述正方体边长小于10mm。

进一步地，所述等腰直角棱镜的斜边涂有一层偏振分光膜。

进一步地，所述照明光学系统还包括设置在第一光源和二向色镜组之间以及第二光源和二向色镜组之间的两组准直透镜组，所述准直透镜组包括具有正折射光焦度且两表面均为球面的第一透镜和具有正折射光焦度且两表面均为球面的第二透镜。