一种光学投影系统以及电子设备的制作方法

1.本技术涉及光学设备技术领域，更具体地，本技术涉及一种光学投影系统以及电子设备。


背景技术：

2.头戴式增强现实近眼显示系统是一种让使用者体验虚像与环境结合的显示系统，虚拟影像透过光学投影系统直接导入使用者眼睛，或者虚拟影像透过光学投影系统结合波导片导入使用者眼镜。
3.目前光学投影系统的光学敏感度较高，光学投影系统内的透镜有些为倾斜或者转动，光源发出的光束就会急剧发生变化，光束容易发散且失去准直性，画面解像力变差。


技术实现要素：

4.本技术的一个目的是提供一种光学投影系统以及电子设备新技术方案。
5.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种光学投影系统。所述光学投影系统包括：
6.光源模组；
7.至少一个扫描反射镜，至少一个扫描反射镜位于所述光源模组的出光侧；
8.无焦组件，至少一个所述扫描反射镜位于所述无焦组件的入光侧，所述无焦组件包括至少两组透镜组，至少两组所述透镜组的光焦度均为正，且每一组透镜组包括至少一个透镜，所述透镜的出光面和入光面均关于光轴呈轴对称设置。
9.可选地，所述无焦组件包括两组透镜组，两组透镜组包括第一透镜组和第二透镜组，其中所述第一透镜组相对于所述第二透镜组更靠近无焦组件的入光侧；所述第一透镜组的等效焦距小于所述第二透镜组的等效焦距。
10.可选地，每一组透镜组包括两个所述透镜，其中一个透镜相对另一透镜具有较小的色散系数,且具有较小的色散系数的透镜的光焦度为负。
11.可选地，两个所述透镜包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜的光焦度相反。
12.可选地，所述光学投影系统包括两个扫描反射镜，其中一个扫描反射镜位于所述无焦组件的入光侧，另外一个扫描反射镜位于所述无焦组件的出光侧；其中两个扫描反射镜的扫描方向互为正交关系。
13.可选地，所述光学投影系统包括一个扫描反射镜，所述扫描反射镜2位于所述无焦组件的入光侧，所述扫描反射镜具有两个转轴，所述扫描反射镜沿所述两个转轴转动以投射出二维画面。
14.可选地，所述光源模组包括：光源组、光束调整模块和至少一个第三透镜，所述光束调整模块位于所述光源组的出光侧，以对光源组发出的光束进行调整；
15.所述第三透镜位于所述光束调整模块的出光侧，所述第三透镜以将光束传输至所
述扫描反射镜，所述第三透镜的出光面和入光面均关于光轴呈非对称设置。
16.可选地，所述光学投影系统还包括入光瞳，所述无焦组件与所述扫描反射镜之间设置有所述入光瞳，所述扫描反射镜位于所述光源模组的出光侧。
17.可选地，所述无焦组件还包括平面反射镜组，所述平面反射镜组位于相邻两个透镜组之间。
18.根据本技术实施例第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面所述的光学投影系统。
19.在本技术实施例中，提供了一种光学投影系统。本技术在扫描反射2的出光侧设置无焦组件，无焦组件包括具有正光焦度的透镜组，以及透镜组使用出光面和入光面均关于光轴呈轴对称设置的透镜，降低了光学投影系统的敏感度，提升了光学投影系统的可操作性。
20.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
21.构成说明书的一部分的附图描述了本技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本技术的原理。
22.图1所示为本技术光学投影系统的结构示意图一。
23.图2所示为本技术光学投影系统的结构示意图二。
24.图3所示为本技术光学投影系统的结构示意图三。
25.附图标记说明：
26.1、光源模组；10、光源组；101、第一光源；102、第二光源；103、第三光源；11、准直透镜组；12、合光组件；121、第一合光片；122、第二合光片；123、第三合光片；13、第三透镜；2、扫描反射镜；21、第一扫描反射镜；22、第二扫描反射镜；3、无焦组件；31、第一透镜组；32、第二透镜组；311、第一透镜；312、第二透镜；4、入光瞳；5、出光瞳。
具体实施方式
27.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
28.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
29.对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
30.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.在现有技术中，激光器(laser)做为光学投影系统的光源，其具有体积小的优势，
但因激光器发出的光束容易产生衍射现象(即绕射现象)，衍射现象会影响成像质量，画面解析能力越差。为了提高成像质量，一方面可以通过调整光源模组内准直透镜组的焦距，以扩大光斑尺寸(也即扩大了光瞳尺寸)，但是采用这种方式后，扫描反射镜的面积也要跟随变大，当扫描反射镜的面积变大后，反而增大了扫描反射镜的驱动难度或者限制了扫描反射镜的扫描频率。另一方面可以在光学投影系统内设置无焦组件，通过无焦组件以扩大光斑尺寸，但是现有技术中无焦系统使用包含有光焦度(即屈折力)的反射式光学组件及光焦度非对称的透镜，无焦组件内的透镜方向只要有些微旋转，光束会发生急剧变化，因此光束容易发散而失去准直性，解像变差，以使光学系统的敏感度高，组装精度要求极高且不易调校。
33.基于上述技术问题，本技术提供了一种光学投影系统，参照图1和图3所示，光学投影系统包括：光源模组1、至少一个扫描反射镜2、无焦组件3。
34.在该实施例中，至少一个扫描反射镜2位于所述光源模组1的出光侧，并且至少一个所述扫描反射镜2位于所述无焦组件3的入光侧；所述无焦组件3包括至少两组透镜组，至少两组所述透镜组的光焦度均为正，且每一组透镜组包括至少一个透镜，所述透镜的出光面和入光面均关于光轴呈轴对称设置。
35.在一个例子中，光学模组发射光束，光束进入扫描反射镜2组，被扫描反射镜2组的扫描反射镜2反射后，进入无焦组件3，通过无焦组件3的光束可以直接投射至人眼，或者通过无焦组件3的光束传输至波导片，光束通过波导片投射至人眼；或者通过无焦组件3的光束，再由扫描反射镜2反射导向人眼。
36.在该实施例中，驱动微机电组件(electric or piezoelectric，mems)以转动扫描反射镜2，进而以建构一个二维的画面，最终二维画面通过无焦组件3投射至人眼。
37.在该实施例中，包括至少两组透镜组，至少两组所述透镜组的光焦度均为正，且每一组透镜组包括至少一个透镜，所述透镜的出光面和入光面均关于光轴呈轴对称设置。即透镜组中透镜的面型为有效径内以光轴为中心呈轴对称的面型，透镜的入光面和出光面(也即透镜的物像两侧)皆为轴对称。相比于现有技术中无焦组件3使用包含有光焦度(屈折力)的反射式光学组件及光焦度为非对称的透镜，本技术无焦组件3可由呈光轴对称的透镜组成以降低光学敏感度，以及降低了组装难度，本技术光学投影系统容易调校，容易改善成像效果。
38.在一个可选的实施例中，透镜组中透镜的面型为关于光轴呈轴对称对的，透镜组中透镜的光焦度呈轴对称设置。
39.在一个实施例中，参照图1、图2和图3所示，所述无焦组件3包括第一透镜组31和第二透镜组32，其中所述第一透镜组31相对于所述第二透镜组32更靠近无焦组件3的入光侧；所述第一透镜组31的等效焦距小于所述第二透镜组32的等效焦距。
40.在该实施例中，无焦组件3包括第一透镜组31和第二透镜组32。在一个例子中，参照图1和图2所示，第一透镜组31和第二透镜组32均包括了两个透镜。在另一个例子中，参照图3所示，第一透镜组31和第二透镜组32均包括了一个透镜。其中第一透镜组31和第二透镜组32中包括透镜的数量可以相同或者也可以不相同。例如第一透镜组31包括了一个透镜，第二透镜组32包括了两个透镜。
41.在该实施例中，通过无焦组件3实现扩大光束口径的目的，也即通过无焦组件3实
现扩大光斑尺寸(也即通过无焦组件3实现扩大光瞳尺寸)，避免通过光源模组1对光束口径进行扩大后，需要增大扫描反射镜2面积的方式。本技术无焦组件3设置在扫描反射镜2的出光侧，当光源模组1将平行光传输至扫描反射镜2，扫描反射镜2反射平行光束，从而反射后的平行光束经过无焦组件3后光束口径变大，当成像画面进入人眼，提升了成像质量。其中无焦组件3是指对光束没有净发散或净聚焦的光学系统，即无焦组件3的等效焦距为无限大，入射光是平行光，则出射光也必然是平行光。
42.在该实施例中，无论第一透镜组31和第二透镜组32包括了一个透镜、还是包含了两个透镜，或者包括了更多个透镜，在该实施例中，需要满足第一透镜组31的等效焦距小于第二透镜组32的等效焦距，第一透镜组31相对于第二透镜组32靠近无焦组件3的入光侧设置。在该实施例，无焦组件3用于扩大光斑尺寸。具体地，光束经过无焦组件3后，无焦组件3将光束口径放大并成像至出光瞳5(出光瞳5的位置与人眼位置对应)位置，其中无焦组件3对光束口径的放大率由无焦组件3中两组透镜组的等效焦距之比决定，其无焦组件3的长度(即无焦组件入光侧至出光侧的距离)则和焦距总和成正相关。本实施例限定第一透镜组31的等效焦距小于第二透镜组32的等效焦距，即第一透镜组31的等效焦距与第二透镜组32的等效焦距之比小于1，以使入射至无焦组件3内的光束口径小于出射至无焦组件3内的光束口径，使得入射光束经本实施例所提供的无焦组件3后其光束口径变大。
43.在一个实施例中，参照图1和图2所示，每一组透镜组包括两个所述透镜，其中一个透镜相对另一透镜具有较小的色散系数,且具有较小的色散系数的透镜的光焦度为负。
44.在该实施例中，参照图1和图2所示，每一组透镜组包括两个透镜，两个透镜的出光面和入光面均关于光轴呈轴对称设置。每一组透镜组包括两个透镜，其中一个透镜靠近无焦组件3的入光侧，另外一个透镜靠近无焦组件3的出光侧。在一个实施例中，可以是靠近无焦组件3入光侧的透镜的色散系数，小于远离无焦组件3入光侧的透镜的色散系数，其中靠近无焦组件3入光侧的透镜的光焦度为负；或者在另外一个实施例中，可以是远离无焦组件3入光侧的透镜的色散系数，小于靠近无焦组件3入光侧的透镜的色散系数，其中远离无焦组件3入光侧的透镜的光焦度为负。
45.在该实施例中，为解决折射色差问题，无焦组件3的透镜组包含至少一个材料为低色散系数的透镜。即限定其中一个透镜相对另一透镜具有较小的色散系数,且具有较小的色散系数的透镜的光焦度为负，以消除折射色差。在一个具体的实施例中，参照图1所示，可以限定第二透镜312的色散系数小于第一透镜311的色散系数，也即第二透镜312的折射率大于第一透镜311的折射率，以消除折射色差问题。具体地，通过高色散系数的透镜和低色散系数的透镜搭配在一起，能够消除折射色差。在一个例子中，第二透镜312的色散系数为15《vd《35。
46.在一个可选的实施例中，参照图3所示，每一组透镜组包括一个透镜，该透镜的出光面和入光面均呈光轴对称设置。当每一组透镜组只包括了一个透镜，无焦组件3内的透镜组不具备色差修正的能力，此时可以通过限定光源模组1内发出不同颜色的光源和与对应的准直透镜之间的距离(沿光轴方向的距离)来补偿色差。其中不同光源和与其对应的准直透镜之间的距离不相同，其距离差异小于0.3mm。
47.在一个例子中，光源模组1包括第一光源101，第二光源102和第三光源103，其中第一光源101发出红光，第二光源102发出绿光，第三光源103发出蓝光。
48.在一个实施例中，两个所述透镜包括第一透镜311和第二透镜312，所述第一透镜311和所述第二透镜312的光焦度相反。
49.在该实施例中，第一透镜311和第二透镜312的光焦度相反，但是由第一透镜311和第二透镜312合形成的第一透镜组31和第二透镜组32的整体光焦度均为正。例如第一透镜311的光焦度为正，第二透镜312的光焦度为负，或者第一透镜311的光焦度为负，第二透镜312的光焦度为正。通过光焦度为正的透镜和光焦度为负的透镜且搭配不同的色散系数以达到修正色差的目的。
50.在一个具体的实施例中，每一组透镜组包括两个所述透镜，两个所述透镜包括第一透镜311和第二透镜312，所述第二透镜312的色散系数小于所述第一透镜311的色散系数，且第二透镜312的光焦度为负，实现消除色差的目的。
51.在一个实施例中，参照图1和图3所示，所述光学投影系统包括两个扫描反射镜2，其中一个扫描反射镜2位于所述无焦组件3的入光侧，另外一个扫描反射镜2位于所述无焦组件3的出光侧；其中两个扫描反射镜2的扫描方向互为正交关系。
52.在该实施例中，光学投影系统包括两个扫描反射镜2，参照图1和图3所示，两个扫描反射镜2包括第一扫描反射镜21和第二扫描反射镜22。其中第一扫描反射镜21位于光源模组1的出光侧，无焦组件3位于第一扫描反射镜21的出光侧，以及位于第二扫描反射镜22的入光侧。
53.在一个例子中，光源模组1发射出一平行光束，平行光束进入第一扫描反射镜21，被第一扫描反射镜21的镜面反射后仍为平行光束，被反射后的平行光束通过无焦组件3，再由第二扫描反射镜22反射导向出光瞳5并投射至人眼或光波导片。
54.在该实施例中，驱动微机电组件(mems)以转动第一扫描反射镜21，让光束在第一维度上扫描，搭配第二扫描反射镜22在与第一维度正交的方向上扫描，以建构一个二维的画面。具体地，第一扫描反射镜21反射光束的出光方向为第一方向，第二扫描反射镜22反射光束的出光方向为第二方向，所述第一方向和所述第二方向垂直。例如第一扫描反射镜21和第二扫描反射镜22均为单轴扫描。在一个例子中，扫描反射镜2设置于基座，底座及驱动装置均设置于基板，驱动装置驱动底座在基板上转动，基座设置于底座且能随底座的转动而转动，其中扫描反射镜2的结构包括但不限于此，只要能够实现扫描反射镜2的转动即可。
55.在一个实施例中，参照图2所示，所述光学投影系统包括一个扫描反射镜2，所述扫描反射镜2位于所述无焦组件3的入光侧，所述扫描反射镜2具有两个转轴，所述扫描反射镜2沿所述两个转轴转动以投射出二维画面。
56.在该实施例中，光学投影系统中只包括了一个扫描反射镜2。参照图2所示，该扫描反射镜2位于无焦系统的入光侧。
57.在一个例子中，光源模组1发射出一平行光束，平行光束进入第一扫描反射镜21，被第一扫描反射镜21的镜面反射后仍为平行光束，被反射后的平行光束通过无焦组件3投射至人眼或光波导片。
58.在该实施例中，驱动微机电组件(mems)以转动扫描反射镜2，该扫描反射镜2具有两个转轴，扫描反射镜2绕两个转轴高速转动(即扫描反射镜2具有两轴扫描的自由度)，该扫描反射镜2能够直接扫描出二维画面。
59.在一个实施例中，所述光源模组1包括：光源组10、光束调整模块和至少一个第三
透镜13，所述光束调整模块位于所述光源组的出光侧，以对光源组发出的光束进行调整；所述第三透镜13位于所述光束调整模块的出光侧，所述第三透镜13以将光束传输至所述扫描反射镜2，所述第三透镜13的出光面和入光面均关于光轴呈非对称设置。
60.在一个实施例中，光源组10包括三个光源，三个光源分别为第一光源101、第二光源102和第三光源103。第一光源101可以发射红光、第二光源102可以发射绿光、第三光源103可以发射蓝光。需要说明的是，第一光源101不限于是红光，第二光源102不限于是绿光，以及第三光源103不限于是绿光。
61.在该实施例中，第一光源101、第二光源102和第三光源103分别发射光束，光束调整模块对第一光源101、第二光源102和第三光源103分别发射的光束进行调整，调整后的光束通过第三透镜13传输至扫描反射镜2。
62.在该实施例中，第三透镜13的出光面和入光面均关于光轴呈非对称设置，也即第三透镜13为光焦度(屈折力)非对称的透镜组，以调整光斑形状，将椭圆形光斑调整为圆形光斑。具体地，因为激光经过准直透镜后的光斑为椭圆形，需要调整成圆形，避免短边方向的分辨率差的现象。在该实施例中，光源模组1包括了一个第三透镜13，其中为了进一步调整光斑的形状，光源模组1还可以包括两个第三透镜13或者多个第三透镜13。
63.在一个例子中，非对称结构的第三透镜13可以是具有单一维度光焦度(屈折力)的柱状镜，其中单一维度光焦度(屈折力)是指仅一个方向有屈折力,另一个方向无屈折力。或者两个维度都有光焦度(屈折力)的自由曲面，或是棱镜，其中两个维度的光焦度不相同。
64.在一个可选的实施例中，光束调整模块包括准直透镜组11和合光组件12，其中准直透镜组11包括第一准直透镜、第二准直透镜和第三准直透镜；合光组件12包括第一合光片121、第二合光片122和第三合光片123。
65.其中第一准直透镜与第一光源101对应设置，第一合光片121与第一准直透镜对应设置。第二准直透镜与第二光源102对应设置，第二合光片122与第二准直透镜对应设置。第三准直透镜与第三光源103对应设置，第三合光片123与第三准直透镜对应设置。第一光源101发出第一光束、第一光束经过第一准直透镜后进入第一合光片121；第二光源102发出第二光束，第二光束经过第二准直透镜后进入第二合光片122；第三光源103发出第三光束，第三光束经过第三准直透镜后进入第三合光片123。第一合光片121、第二合光片122和第三合光片123引导第一光束、第二光束和第三光束共轴，调整后的第一光束、第二光束和第三光束通过光焦度(屈折力)非对称的第三透镜13调整光斑形状，进而光斑形状改变后的光束传输至扫描反射镜2。在一个例子中，第一合光片121、第二合光片122和第三合光片123可分别由分色镜所组成.
66.在一个实施例中，所述光学投影系统还包括入光瞳4，在所述无焦组件3与所述扫描反射镜2之间设置有所述入光瞳4，所述扫描反射镜2位于所述光源模组1的出光侧。例如入光瞳4可以是孔径光阑。
67.在一个实施例中，所述无焦组件3还包括平面反射镜组(图中未示出)，所述平面反射镜组位于相邻两个透镜组之间。在该实施例中，无焦组件3还包括平面反射镜组，其中平面反射镜组包括了无光焦度(屈折力)的反面反射镜，通过在相邻透镜组之间设置无光焦度(屈折力)的反面反射镜，以达到缩小光学投影系统的目的。
68.根据本技术实施例第二方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括如第一方
面所述的光学投影系统。例如电子设备应用于近眼显示、增强现实或者投影系统方面。例如电子设备可以是智能头戴设备。
69.上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
70.虽然已经通过示例对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。