一种投影物镜及三维显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术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，本发明专利技术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。将本发明专利技术设计的投影物镜，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。

Projection objective lens and three-dimensional display device

The invention discloses a large field of view projection objective lens, comprising a light splitting device, a relay lens group and a light splitting component. The relay lens group includes: aspheric lens group and a nano lens, the invention introduces a diffractive surface nano lens in the optical system, instead of using nano cemented double lens can reduce the weight of the system. The projection lens is designed by the invention, with DMD, LCD or LCOS display device and the corresponding light source, will display the reflection beam collected at the exit pupil at the exit pupil in the external projection structure, and the nano waveguide lens, three-dimensional display device construction, especially in the eyes of three-dimensional display device display with large visual field and high imaging quality, high light utilization efficiency characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种投影物镜及三维显示装置
本专利技术涉及显示设备
，更具体地说，涉及一种投影物镜及三维显示装置。
技术介绍
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(Digitalmicro-mirrordevice，DMD)、液晶显示面板(LCDpanel)及硅晶芯片(Lcoschip)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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种小型化、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，本专利技术的技术方案如下：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。本专利技术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。将本专利技术设计的投影物镜，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，和后续的会聚纳米透镜波导镜片匹配，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。优选的，所述分光组件在出瞳方向的正透镜为平凸透镜。优选的，所述纳米透镜衍射面设于投影物镜出瞳的共轭面附近。优选的，所述分光组件从光线传播方向顺序分别包括：分光棱镜，反光透镜，用于准直光线的正透镜。优选的，所述分光棱镜的分光面为半反半透面；所述反光透镜胶合在分光棱镜上；反光透镜的凸面镀有使入射光线反射回分光棱镜的反射膜；用于准直光线的正透镜胶合在分光棱镜靠近出瞳的面上。优选的，所述反光透镜的凸面为非球面。优选的，所述投影物镜沿光线传播的方向顺序分别设置：包括分光器件、中继透镜组、分光组件；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，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的透镜，所述第二负透镜为两个凹面均为非球面的凹透镜。中继透镜组中采用非球面校正像差和纳米透镜校正系统色差，保证了大视场条件下的像质。优选的，纳米透镜的衍射面设于投影物镜出瞳的共轭面附近。优选的，所述第一正透镜、第二正透镜和第二负透镜中含有非球面的形状按如下多项式得出：其中Z表示非球面上的点离非球面顶点在光轴方向的距离；r表示非球面上的点到光轴的距离；c表示非球面的中心曲率；k表示圆锥率；a4、a6、a8、a10表示非球面高次项系数。优选的，分光透镜组从光线传播方向顺序分别包括：分光棱镜，反光透镜，用于准直光线的正透镜。优选的，所述分光棱镜的分光面为半反半透面；所述反光透镜胶合在分光棱镜上；反光透镜的凸面镀有使入射光线反射回分光棱镜的反射膜；用于准直光线的正透镜胶合在分光棱镜靠近出瞳的面上。优选的，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，所述投影物镜的出瞳处设有纳米波导镜片。本专利技术还提供一种三维显示装置，包括上述任一所述的投影物镜，和图像信息生成装置。优选的，所述图像信息生成装置包括DMD、LCD或LCOS显示器件，和照明光源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为现有技术的结构示意图；图2是本专利技术投影物镜的结构示意图；图3是纳米透镜的示意图图4-6是分别为针对波长为459nm，波长为525nm，波长为618nm而观察到的像差值曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。一种投影物镜，包括分光器件、中继透镜组、分光组件，所述分光组件在出瞳方向设有正透镜。本专利技术在出瞳方向设置正透镜，优选平凸透镜，可以很好的扩大视角范围。优选的，所述分光组件在出瞳方向的正透镜为平凸透镜。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；中继透镜组中可以用至少一片设有衍射面的纳米透镜替代用于消色差的双胶合透镜，所述纳米透镜为一面或双面刻有由小到大同心圆形状光栅结构的透镜，如图3所示是增设一片纳米透镜的情形，也可以用更多的纳米透镜代替相关透镜组件，既用于校正系统色差，同时可以大大降低中继透镜组的的重量。本专利技术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，可大大降低系统的重量。将本专利技术设计的投影物镜，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，和后续的会聚纳米透镜波导镜片匹配，构建的三维显示装置，具有显示大视场、高像质、光利用效率高特点。如图2所示，在一些实施例中，沿光束传播的方向依次为显示器件5，分光器件1，中继透镜组2和分光组件3，在构建三维显示装置时，图像信息光束(光线)由显示器件5(图像信息生成装置)发出，经分光器件1(一般可以采用分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影物镜，包括分光器件、中继透镜组、分光组件，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种投影物镜，包括分光器件、中继透镜组、分光组件，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的投影物镜，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的投影物镜，其特征在于，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。4.根据权利要求2所述的投影物镜，其特征在于，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。5.根据权利要求2所述的投影物镜，其特征在于，所述纳米透镜衍射面设于投影物镜出瞳的共轭面附近。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵改娜，浦东林，黄文彬，乔文，陈林森，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32