一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置的制作方法

本发明涉及近眼显示，特别涉及，一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置。

背景技术：

1、ar(增强现实)技术是基于现实环境，叠加虚拟物体或电子信息，把虚拟对象带入到用户的物理世界中，通过听、看、触摸虚拟信息，来增强对物理世界的感知，从而对现实达到“增强”的效果，因此增强现实设备逐渐被广泛应用在游戏、军事、教育、交通以及医疗等行业。

2、光学镜头作为成像系统中必不可少的部件，其直接影响成像质量的优劣，并影响算法的实现和效果。近年来，成像镜头的应用非常广泛，例如：通信行业的手机镜头，智能家居类的ar/vr镜头等。而为了实现ar技术，光波导方案是头戴式近眼显示系统中较为成熟的技术方案，但现有的光波导方案中光学系统透镜组的体积较大、成本高，因此需要一种体积小、重量轻、成像性能好的镜头方案来实现更理想的ar成像，以推广增强现实技术的应用和普及。

技术实现思路

1、针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，以解决现在技术所存在的光学系统透镜组的体积较大、较重导致使用舒适度低；成像性能不理想，且成本高的问题。

2、本发明提供了一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，包括光波导近眼显示主体和与所述光波导近眼显示主体连接的投影镜头，所述投影镜头出射的光线被所述光波导近眼显示主体的耦入区域接收，所述投影镜头沿光轴从像侧到物侧依次包括第一非球面正透镜、第一非球面负透镜、第一球面正透镜、第二球面正透镜和第一球面负透镜，所述第一非球面正透镜、所述第一非球面负透镜、所述第一球面正透镜、所述第二球面正透镜和所述第一球面负透镜均共光轴设置。

3、优选地，所述第一非球面正透镜、所述第一球面正透镜、所述第二球面正透镜均为双凸透镜，所述第一非球面负透镜和所述第一球面负透镜均为双凹透镜。

4、优选地，所述投影镜头的有效焦距与所述第一非球面正透镜的有效焦距满足：0.6≤|f1/f|≤0.8，其中，f为所述投影镜头的焦距，f1为所述第一非球面正透镜的焦距。

5、优选地，所述投影镜头的有效焦距与所述第一非球面负透镜的有效焦距满足：0.3≤|f2/f|≤0.5，其中，f为所述投影镜头的焦距，f2为所述第一非球面负透镜的焦距。

6、优选地，所述投影镜头的有效焦距与所述第一球面正透镜的有效焦距满足：0.6≤|f3/f|≤0.7，其中，f为所述投影镜头的焦距，f3为所述第一球面正透镜的焦距。

7、优选地，所述投影镜头的有效焦距与所述第二球面正透镜的有效焦距满足：2≤|f4/f|≤2.5，其中，f为所述投影镜头的焦距，f4为所述第二球面正透镜的焦距。

8、优选地，所述投影镜头的有效焦距与所述第一球面负透镜的有效焦距满足：0.9≤|f5/f|≤1.1，其中，f为所述投影镜头的焦距，f5为所述第一球面负透镜的焦距。

9、优选地，所述第一非球面正透镜、所述第一球面正透镜和所述第二球面正透镜的阿贝数均大于45、且小于80；所述第一非球面负透镜和所述第一球面负透镜的阿贝数均大于20、且小于35。

10、优选地，所述第一非球面正透镜和所述第一非球面负透镜的非球面表面满足条件的函数均表示为：其中，z为沿光轴方向垂直于光轴的高度为y的位置处曲面到顶点的轴向距离，h为半直径，c表示非球面顶点处的曲率，k为圆锥系数，a4、a6、a8…分别表示四阶、六阶、八阶、…的非球面系数。

11、优选地，所述投影镜头还包括光阑和投影图像源，所述光阑设置于所述第一非球面正透镜远离所述第一非球面负透镜的一侧；所述投影图像源设置于所述第一球面负透镜远离所述第二球面正透镜的一侧。

12、由上述方案可知，本发明提供的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置能够在减少镜头所占体积的同时实现清晰成像。通过投影镜头中各个结构的配合作业使得该装置具有较高的分辨率及较大的视场角，可以校正系统的色差和畸变，保持优秀的成像性能。该装置的投影镜头通过五个透镜的光焦度的合理搭配，能够使近眼显示的显示器显示的内容生成无穷远的像的同时减少像质损失，便于人眼观察。本发明解决现在技术所存在的光学系统透镜组的体积较大、较重导致使用舒适度低；成像性能不理想，且成本高的问题，结构简单，作用效果显著，适于广泛推广。

技术特征：

1.一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，包括光波导近眼显示主体(20)和与所述光波导近眼显示主体(20)连接的投影镜头(10)，所述投影镜头(10)出射的光线被所述光波导近眼显示主体(20)的耦入区域接收，所述投影镜头(10)沿光轴从像侧到物侧依次包括第一非球面正透镜(12)、第一非球面负透镜(13)、第一球面正透镜(14)、第二球面正透镜(15)和第一球面负透镜(16)，所述第一非球面正透镜(12)、所述第一非球面负透镜(13)、所述第一球面正透镜(14)、所述第二球面正透镜(15)和所述第一球面负透镜(16)均共光轴设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述第一非球面正透镜(12)、所述第一球面正透镜(14)、所述第二球面正透镜(15)均为双凸透镜，所述第一非球面负透镜(13)和所述第一球面负透镜(16)均为双凹透镜。

3.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)的有效焦距与所述第一非球面正透镜(12)的有效焦距满足：0.6≤|f1/f|≤0.8，其中，f为所述投影镜头(10)的焦距，f1为所述第一非球面正透镜(12)的焦距。

4.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)的有效焦距与所述第一非球面负透镜(13)的有效焦距满足：0.3≤|f2/f|≤0.5，其中，f为所述投影镜头(10)的焦距，f2为所述第一非球面负透镜(13)的焦距。

5.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)的有效焦距与所述第一球面正透镜(14)的有效焦距满足：0.6≤|f3/f|≤0.7，其中，f为所述投影镜头(10)的焦距，f3为所述第一球面正透镜(14)的焦距。

6.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)的有效焦距与所述第二球面正透镜(15)的有效焦距满足：2≤|f4/f|≤2.5，其中，f为所述投影镜头(10)的焦距，f4为所述第二球面正透镜(15)的焦距。

7.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)的有效焦距与所述第一球面负透镜(16)的有效焦距满足：0.9≤|f5/f|≤1.1，其中，f为所述投影镜头(10)的焦距，f5为所述第一球面负透镜(16)的焦距。

8.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述第一非球面正透镜(12)、所述第一球面正透镜(14)和所述第二球面正透镜(15)的阿贝数均大于45、且小于80；所述第一非球面负透镜(13)和所述第一球面负透镜(16)的阿贝数均大于20、且小于35。

9.根据权利要求1所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述第一非球面正透镜(12)和所述第一非球面负透镜(13)的非球面表面满足条件的函数均表示为：

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，其特征在于，所述投影镜头(10)还包括光阑(11)和投影图像源(17)，所述光阑(11)设置于所述第一非球面正透镜(12)远离所述第一非球面负透镜(13)的一侧；所述投影图像源(17)设置于所述第一球面负透镜(16)远离所述第二球面正透镜(15)的一侧。

技术总结
本发明公开了一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置，属于近眼显示技术领域，包括光波导近眼显示主体和与光波导近眼显示主体连接的投影镜头，投影镜头出射的光线被光波导近眼显示主体的耦入区域接收，投影镜头沿光轴从像侧到物侧依次包括第一非球面正透镜、第一非球面负透镜、第一球面正透镜、第二球面正透镜和第一球面负透镜，第一非球面正透镜、第一非球面负透镜、第一球面正透镜、第二球面正透镜和第一球面负透镜均共光轴设置。本发明提供的一种基于五片式投影镜头和光波导的近眼显示装置解决现在技术所存在的光学系统透镜组的体积较大、较重导致使用舒适度低；成像性能不理想，且成本高的问题，作用效果显著，适于广泛推广。

技术研发人员：史晓刚,张威,张洪
受保护的技术使用者：北京枭龙科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15