一种微投影光学引擎及头戴式显示设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种微投影光学引擎及头戴式显示设备，包括用于产生并发出光束的光源系统、用于显像的成像系统以及光纤耦合系统；所述光纤耦合系统包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入成像系统。本实用新型专利技术的光学引擎可以实现光源系统和成像系统在位置上的远离布设，由此可以使得光源系统与成像系统中的大功耗器件分散布局，继而解决了现有光学引擎发热量集中、需要增加单独的散热结构的问题，在一定程度上简化了光学引擎的结构设计，改善了散热效果和温漂问题，保证了成像质量，尤其适合应用在体积轻便、可折叠的AR/VR眼镜中。

【技术实现步骤摘要】
一种微投影光学引擎及头戴式显示设备
本技术属于头戴式显示设备
，具体地说，是涉及一种适用于头戴式显示设备的微投影光学引擎。
技术介绍
头戴式显示设备是一种通过光学系统（主要是精密光学透镜）放大超微显示屏上的图像，并将影像投射于视网膜上,进而呈现于观看者眼中大屏幕图像的视频播放设备，可以实现虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）等不同效果。头戴式显示设备按照结构不同主要分为：一体式头戴设备、分体式头戴设备、轻型眼镜（例如AR眼镜、VR眼镜）等。在头戴式显示设备中，近眼显示系统是设备的关键组成部分，主要包括微投影光学引擎10’和显示器50两部分，如图1所示。其中，微投影光学引擎10’包括光源系统20’和成像系统40’，并且根据光源系统20’和成像系统40’的组成结构不同，可分为LED背光光学引擎、激光扫描光学引擎两种类型。具体而言，对于LED背光光学引擎，其光源系统20’通常由RGB三色LED或者白光LED配合光束准直透镜组件组成；其成像系统40’可以是LCOS成像系统或者DLP成像系统等。对于激光扫描光学引擎，其光源系统20’通常由RGB三色激光二极管配合光束准直透镜组件组成，其成像系统40’可以是多面体旋转反射镜系统或者单面扭转反射镜系统等。在使用过程中，通过光源系统20’发出的平行光束经成像系统40’显像后，通过显示器50耦合进入人眼60，使设备佩戴者观看到影像。目前的微投影光学引擎10’，其光源系统20’和成像系统40’为一体化结构，如图2所示，以LCOS光学引擎光路系统为例进行说明：在光源系统20’中，通过红/蓝双色LED21A’和绿色LED21B’发出的自然光，各自经由一组汇聚透镜23A’、23B’聚合后，依次通过半透半反射镜24’、阵列镜25’和反射棱镜26’进行准直处理，形成平行光束发射至成像系统40’，并在成像系统40’中通过偏振分光棱镜42’后变成S偏光，经LCOS硅基液晶41’反射调制成像后，通过投影物镜43’耦入光波导。这种传统的微投影光学引擎10’所存在的主要问题是：（1）光源系统20’和成像系统40’为一体化结构，体积大且位置固定，在体积轻便、可折叠的AR/VR眼镜中使用时，不能灵活布局，影响产品外观；（2）光源系统20’与成像系统40’中所使用的芯片功耗较大，且热量集中，因此需要增加单独的散热结构；（3）因芯片释放的热量所导致的温漂问题会影响LCOS、数字微反射镜DMD（应用在DLP成像系统中）等电子器件的参数，进而导致光学引擎的成像质量受到影响。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于光纤耦合系统的微投影光学引擎，可以实现光源系统和成像系统中大功耗器件的分散布局，继而解决热量集中问题，改善散热效果。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案予以实现：在一个方面，本技术提出了一种微投影光学引擎，包括用于产生并发出光束的光源系统、用于显像的成像系统以及光纤耦合系统；所述光纤耦合系统包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。在本申请的一些实施例中，若所述光源系统中的光源为三色LED光源或者白光LED光源，则在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均为微阵列透镜，所述光纤为由多根单光纤组成的光纤束。在本申请的一些实施例中，当所述光源系统中的光源为白光LED光源，或者三色LED光源且集中布设时，通过所述光源系统发出的光束为一束；此时，在所述光纤耦合系统的入射端和出射端可以均设置一个微阵列透镜，所述光纤束的耦入侧设置一个接头，与入射端的微阵列透镜正对布设，实现单光束的耦合接入；所述光纤束的耦出侧设置一个接头，与出射端的微阵列透镜正对布设，实现单光束的耦合输出。在本申请的一些实施例中，当所述光源为白光LED光源时，可以将所述白光LED光源发出的光首先经由分光镜分成一束红蓝光和一束绿色光；然后，将所述绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；将所述红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。在本申请的一些实施例中，当所述光源为三色LED光源且集中布设光源时，所述三色LED光源可以为红/蓝双色LED和绿色LED；将通过所述绿色LED发出的绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；将通过所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。在本申请的一些实施例中，当所述光源系统中的光源为三色LED光源且分散布设时，通过所述光源系统发出的光束为多束；此时，在所述光纤耦合系统的入射端，可以针对光源系统发出的每一束光束分别对应设置一个独立的微阵列透镜用于光束的耦合接入，并在所述光纤束的耦入侧设置多个接头与所述入射端的多个微阵列透镜一一正对布设，实现各路光束的耦合接入；在所述光纤束的耦出侧可以设置一个接头，与出射端的一个微阵列透镜正对布设，实现各路光束汇聚后的耦合输出。在本申请的一些实施例中，所述三色LED光源包括红/蓝双色LED和绿色LED且分散布设，所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的其中一个微阵列透镜；所述绿色LED发出的绿色光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，射向所述入射端的另外一个微阵列透镜。在本申请的一些实施例中，若所述光源系统中的光源为红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管，则在所述光纤耦合系统中，所述入射端为一个或多个用于光束耦入的单透镜，所述出射端为一个用于光束耦出的单透镜，所述光纤为一根单光纤或者由三根单光纤组成的光纤束。在本申请的一些实施例中，当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管集中布设时，可以设置每一个激光二极管首先分别经由一个准直透镜准直后，通过反射镜或者半透半反射镜汇聚成一束光，然后射向所述光纤耦合系统的入射端；在所述入射端设置有一个耦入透镜，所述耦入透镜与所述光纤的耦入侧的一个接头正对布设，以实现光束的耦合接入；所述接头通过一根单光纤连接所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设，以实现光束的耦合输出。在本申请的一些实施例中，当所述红色激光二极管、蓝色激光二极管和绿色激光二极管分散布设时，可以设置每一个激光二极管分别经由一个准直透镜准直后，发出三束光分别射向所述光纤耦合系统的入射端；此时，在所述入射端可以设置三个耦入透镜，三个耦入透镜与所述光纤的耦入侧的三个接头一一正对布设，以实现三路光束的耦合接入；所述三个接头各自通过一根单光纤分别连接至所述光纤的耦出侧的一个接头，所述光纤的耦出侧的接头与所述出射端的耦出透镜正对布设，以实现三路光束汇聚后的耦合输出。在另一个方面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微投影光学引擎，其特征在于，包括：/n光源系统，其用于产生并发出光束；/n成像系统，其用于显像；/n光纤耦合系统，其包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种微投影光学引擎，其特征在于，包括：
光源系统，其用于产生并发出光束；
成像系统，其用于显像；
光纤耦合系统，其包括依次布设的入射端、光纤和出射端；所述入射端接收所述光源系统发出的光束并耦合进入所述光纤，通过所述光纤传输至出射端，并通过所述出射端耦出进入所述成像系统；所述光纤为可弯折的柔性光纤。


2.根据权利要求1所述的微投影光学引擎，其特征在于，
在所述光源系统中，包括三色LED光源或者白光LED光源；
在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均为微阵列透镜，所述光纤为由多根单光纤组成的光纤束。


3.根据权利要求2所述的微投影光学引擎，其特征在于，当所述光源系统中的光源为白光LED光源，或者三色LED光源且集中布设时，通过所述光源系统发出的光束为一束；在所述光纤耦合系统中，所述入射端和出射端均设置有一个微阵列透镜，所述光纤束的耦入侧设置有一个接头，与入射端的微阵列透镜正对布设，所述光纤束的耦出侧设置有一个接头，与出射端的微阵列透镜正对布设。


4.根据权利要求3所述的微投影光学引擎，其特征在于，在所述光源系统中，
当所述光源为白光LED光源时，所述白光LED光源发出的光经由分光镜分成一束红蓝光和一束绿色光，所述绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；所述红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧；
当所述光源为三色LED光源且集中布设光源时，所述三色LED光源包括红/蓝双色LED和绿色LED；通过所述绿色LED发出的绿色光经由一组汇聚透镜汇聚后，通过半透半反射镜反射并进入所述光纤束的耦入侧；通过所述红/蓝双色LED发出的红蓝光经由另外一组汇聚透镜汇聚后，通过反射镜发射传输至所述半透半反射镜，透过所述半透半反射镜射向所述光纤束的耦入侧。


5.根据权利要求2所述的微投影光学引擎，其特征在于，当所述光源系统中的光源为三色LED光源且分散布设时，通过所述光源系统发出的光束为多束；在所述光纤耦合系统的入射端，针对光源系统发出的每一束光束分别对应设置有一个独立的微阵列透镜用于光束的耦合接入，在所述光纤束的耦入侧设置有多个接头与所述入射端的多个微阵列透镜一一正对布设，在所述光纤束的耦出侧设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，张锋，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37