一种AR自由曲面光学显示模组的制作方法

【】本发明涉及一种光学显示模组，具体涉及一种ar自由曲面光学显示模组。

背景技术

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背景技术：

1、近年来，随着科技的快速发展以及技术的日益进步，ar、mr、vr已经成为了人们日常生活、商务办公不可或缺的工具。其中ar眼镜可使用户看到外界真实环境，并通过光学成像模组与微显示屏结合，使用于看到画像画面，可代替手机、电脑、电视机等常用家用电子消费产品，因此得到了广大消费者的喜爱。

2、现如今，ar眼镜一般是采用激光全息显示技术或光波导技术实现图像的传送。其中激光全息显示技术是将数字内容与用户眼前的真实环境结合，所应用到的光学元件可集成于镜片中，但是由于其光线是穿过空气投射的，如此若投影仪被遮挡，用户眼前的投射图也会受到影响。而光波导技术由于其与眼镜集成为一体，因此其很好的解决了上述投影仪被遮挡的问题。然而光波导与激光全息显示均存在一个相同的问题，那就是无法兼顾小体积和大视场角，且由于两者两者并不能对图像放大，导致成像效果较差。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、针对上述问题，本发明提供一种ar自由曲面光学显示模组，其通过微显示屏驱动亮点，与第一成像系统、第二成像系统组成逆向投影光路系统，该逆向投影光路系统可实现边缘清晰、高照度、均匀性的投影成像效果，且通过第一成像系统、第二成像系统可实现较大光学放大倍率，进而提高了成像效果。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种ar自由曲面光学显示模组，该光学显示模组采用二次成像放大的光路组合实现较大光学放大倍，其包括：图像感应芯片、第一成像系统、第二成像系统，所述图像感应芯片位于第一成像系统的像面位置，所述第二成像系统的像面位置与第一成像系统的物面位置重合；

3、所述第一成像系统包括：微显示屏、曲面全反射镜、由微显示屏至曲面全反射镜依次设置的透镜一、透镜二、透镜三、透镜四、透镜五，所述曲面全反射镜倾斜设于透镜五一侧；

4、所述曲面全反射镜具有正光焦度或无光焦度或负光焦度，所述透镜一具有正光焦度，所述透镜二具有负光焦度，所述透镜三具有正光焦度，所述透镜四具有正光焦度，所述透镜五具有负光焦度；

5、所述第二成像系统包括：半透半反射镜、曲面半透半反射镜，所述半透半反射镜设于曲面全反射镜下方，所述曲面半透半反射镜设于半透半反射镜一侧，且所述曲面半透半反射镜具有正光焦度。

6、特别的，所述微显示屏尺寸为：0.13寸、0.26寸、0.37寸、0.68寸、0.71寸、1英寸、aps-c、全画幅或中画幅尺寸图像传感器中的任意一种。

7、特别的，所述第一成像系统的成像光路为同轴光路或离轴光路，所述第二成像系统的成像光路为离轴光路。

8、特别的，所述透镜一、透镜二、透镜三、透镜四、透镜五为玻璃球面透镜、玻璃非球面透镜、塑料球面透镜、塑料非球面透镜、自由曲面塑料透镜中的任意一种，所述曲面全反射镜为二次曲面反射镜、自由曲面反射镜、球面反射镜、平面反射镜中的任意一种。

9、特别的，所述透镜一、透镜四、透镜五为塑料非球面透镜，所述透镜二、透镜三为玻璃球面透镜。

10、特别的，所述透镜一的光焦度为5《f1《15，该透镜一为双凸面型、凸凹面型中的任意一种，当为凸凹面型时，其面焦点朝向微显示镜侧；

11、所述透镜二的光焦度为-15《f2《-3，该透镜二为凸凹面型、双凹面中的任意一种，当为凸凹面型时，其面焦点朝向透镜一侧；

12、所述透镜三的光焦度为5《f3《15，该透镜三为双凸面型、凸凹面型中的任意一种，当为凸凹面型时，其面焦点朝向透镜二侧；

13、所述透镜四的光焦度为0《f4《20，该透镜四为双凸面型；

14、所述透镜5的光焦度为-30《f5《0，该透镜五为凸凹面型、双凹面型中的任意一种，当为凸凹面型时，其面焦点朝向透镜四侧。

15、特别的，所述曲面半透半反射镜为自由曲面半透过半反射镜、二次曲面半透过半反射镜、球面曲面半透过半反射镜中的任意一种，所述半透半反射镜为斜45°半透半反射平面镜、半透过半反射二次曲面镜、半透过半反射球面曲面镜中的任意一种。

16、特别的，所述曲面半透半反射镜的光角度为15《f曲《30。

17、特别的，所述透镜一、透镜四、透镜五的表面形状均满足下列方程：

18、

19、其中z为曲面与曲面顶点在光轴方向的距离，c为曲面顶点的曲率，k为二次曲面系数，h为光轴到曲面的距离，b.c.d.e.f.g.h.分别为四阶，六阶，十阶，十二阶，十四阶，十六阶曲面系数。

20、特别的，所述第一成像系统的光学放大倍率为1《θ1《10，共轭距离＜18mm，适用谱线范围为435nm～650nm；

21、所述第二成像系统的光学放大倍率为50《θ2《200，光程距离＜45mm，使用谱线范围为435nm～650nm，系统焦距为10《f《30，光线入瞳直径不大于8mm。

22、与现有技术相比，本发明提供的一种ar自由曲面光学显示模组，具有以下有益效果：

23、1、第一成像系统、第二成像系统均采用透镜等组成，通过两次成像放大光路，实现较大光学放大倍率，提高了成像效果，具有重量轻、成本低、易于量产的优点；

24、2、通过两次成像对高频率光信号的傅里叶频谱变换，使得空间投屏的入眼分辨率达到1080p(1920*1080)，最高可以到达2k分辨率(2560*1920)，图片成像效果更好，用户体验感更佳；

25、3、采用0.26寸微显示屏即可实现大于三米投屏达到的80寸以上的视野效果，降低成本的同时减小了产品的重量，具有易于量产的优点；

26、4、微显示屏、第一成像系统、第二成像系统组成逆向投影光路系统，可还实现边缘清晰、高照度(大于3000ni/s)、均匀性投影成像效果；

27、综上所述，该光学显示模组具有投影成像效果好、体验效果佳、成本低、重量轻、易于量产、市场前景良好等优点。

技术特征：

1.一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，该光学显示模组采用二次成像放大的光路组合实现较大光学放大倍，其包括：图像感应芯片、第一成像系统(1)、第二成像系统(2)，所述图像感应芯片位于第一成像系统(1)的像面位置，所述第二成像系统(2)的像面位置与第一成像系统(1)的物面位置重合；

2.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述微显示屏(11)尺寸为：0.13寸、0.26寸、0.37寸、0.68寸、0.71寸、1英寸、aps-c、全画幅或中画幅尺寸图像传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述第一成像系统(1)的成像光路为同轴光路或离轴光路，所述第二成像系统(2)的成像光路为离轴光路。

4.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述透镜一(13)、透镜二(14)、透镜三(15)、透镜四(16)、透镜五(17)为玻璃球面透镜、玻璃非球面透镜、塑料球面透镜、塑料非球面透镜、自由曲面塑料透镜中的任意一种，所述曲面全反射镜(12)为二次曲面反射镜、自由曲面反射镜、球面反射镜、平面反射镜中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述透镜一(13)、透镜四(16)、透镜五(17)为塑料非球面透镜，所述透镜二(14)、透镜三(15)为玻璃球面透镜。

6.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述透镜一(13)的光焦度为5《f1《15，该透镜一(13)为双凸面型、凸凹面型中的任意一种，当为凸凹面型时，其面焦点朝向微显示镜侧；

7.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述曲面半透半反射镜(22)为自由曲面半透过半反射镜、二次曲面半透过半反射镜、球面曲面半透过半反射镜中的任意一种，所述半透半反射镜(21)为斜45°半透半反射平面镜、半透过半反射二次曲面镜、半透过半反射球面曲面镜中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述曲面半透半反射镜(22)的光角度为15《f曲《30。

9.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述透镜一(13)、透镜四(16)、透镜五(17)的表面形状均满足下列方程：

10.根据权利要求1所述的一种ar自由曲面光学显示模组，其特征在于，所述第一成像系统(1)的光学放大倍率为1《θ1《10，共轭距离＜18mm，适用谱线范围为435nm～650nm；

技术总结
一种AR自由曲面光学显示模组，其包括包括：图像感应芯片、第一成像系统、第二成像系统，所述图像感应芯片位于第一成像系统的像面位置，所述第二成像系统的像面位置与第一成像系统的物面位置重合，所述第一成像系统后端连接微显示屏模组。该光学显示模组通过微显示屏驱动两点，与第一成像系统、第二成像系统组成逆向投影光路系统，对微显示屏的图像形成光学放大40倍以上的图像巨幅尺寸，入眼亮度可达1000nits，成像后的图片可达到边缘清晰、高照度(大于3000ni/s)、均匀性的投影成像效果，具有良好的工艺性、极低的光机重量(小于8克)，且具有良好的市场前景。

技术研发人员：朵海云,秦卜涛
受保护的技术使用者：麦耘（陕西）科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12