三色微投影光学系统的制作方法

本发明涉及微投影，尤其涉及一种三色微投影光学系统。

背景技术：

1、目前，随着科技的不断进步，增强现实(augmented reality)等交互设备的逐步兴起，投影光学系统的应用范围也越来越广。ar设备通过近眼显示装置将虚拟显示图像投射到人眼，让用户同时接收到真实世界和虚拟世界的信息，得到超感官的视觉体验；传统的有基于液晶显示器(liquid crystal display，简称lcd)屏幕、有机发光二极管(organiclight emitting diode，简称oled)屏幕主动发光显示源的投影方案，和基于硅基液晶(liquid crystal on silicon，简称lcos)屏幕、数字光处理技术(digital lightprocessing，简称dlp)屏幕被动发光显示源的投影方案，它们一般体积较大，重量较重，用户长时间佩戴的舒适性不好。所以micro led屏幕作为一种新型高亮度小型化发光显示源设备，以micro led屏幕为发光显示源的投影方案更容易实现轻量化、便携化的舒适佩戴体验，更受到用户的青睐。

2、但是，目前市面上的投影光学系统仍然无法满足大视场、轻量化的要求，microled微显示屏以单红(r)，单绿(g)，单蓝(b)为主，其适配的单色投影光学系统在提供给用户更加接近真实世界的彩色增强现实显示效果有待增强，已有的micro led彩色方案体积大，光效低，进而导致近眼显示效果不好。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种三色微投影光学系统，旨在解决现有的micro led彩色方案体积大，光效低，近眼显示效果不好的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的三色微投影光学系统，所述三色微投影光学系统具有沿光轴方向对应设置的物侧和像侧，所述三色微投影光学系统包括由物侧到像侧依次布置的光阑、透镜组以及合色棱镜组件；

3、所述透镜组包括光焦度为正的第一透镜、光焦度为正的第二透镜、光焦度为负的第三透镜、光焦度为正的第四透镜、光焦度为正的第五透镜，所述第一透镜为玻璃非球面透镜，所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜以及所述第五透镜均为塑胶非球面透镜，所述合色棱镜为玻璃材质；

4、所述合色棱镜组件包括合色棱镜、红色发光芯片、绿色发光芯片以及蓝色发光芯片，所述合色棱镜具有三个朝向不同的镜面，所述红色发光芯片、绿色发光芯片以及蓝色发光芯片分别与三个所述镜面相对设置；

5、所述三色微投影光学系统的焦距为f，5.9mm<f<6.4mm；

6、所述光阑到所述像面的距离为所述三色微投影光学系统的光学总长ttl，ttl<10.2mm。

7、在一实施方式中，所述第一透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，且所述第一透镜的折射率为n1，1.75<n1<1.9；

8、所述第二透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，且所述第二透镜的折射率为n2，1.5<n2<1.6；

9、所述第三透镜的物侧面为凹面，像侧面为凹面，且所述第三透镜的折射率为n3，1.6<n3<1.7；

10、所述第四透镜的物侧面为凹面，像侧面为凸面，且所述第四透镜的折射率为n4，1.6<n4<1.7；

11、所述第五透镜的物侧面为凸面，像侧面为凹面，且所述第五透镜的折射率为n5，1.5<n5<1.6；

12、所述合色棱镜的折射率为n6，1.5<n6<1.58。

13、在一实施方式中，所述光阑的半径为d0，1.5mm<d0<2.5mm，且所述光阑到所述第一透镜的距离为l0，l0<1.5mm；

14、所述第一透镜的半口径为d1，1.5mm<d1<2.5mm，且所述第一透镜的芯厚为l1，0.45mm<l1<1mm；

15、所述第二透镜的半口径为d2，1.5mm<d2<2mm，且所述第二透镜的芯厚为l2，0.4mm<l2<0.7mm；

16、所述第三透镜的半口径为d3，1.3mm<d3<1.6mm，所述第三透镜的芯厚为l3，0.4mm<l3<0.6mm；

17、所述第四透镜的半口径为d4，1.4mm<d4<1.65mm，所述第四透镜的芯厚为l4，0.5mm<l4<0.7mm；

18、所述第五透镜的半口径为d5，1.6mm<d5<1.85mm，所述第五透镜的芯厚为l5，0.8mm<l5<1.1mm。

19、在一实施方式中，所述三色微投影光学系统满足：0.45＜f/ttl＜0.7。

20、在一实施方式中，所述三色微投影光学系统满足：f/epd＞1.53；0.48＜lf/ttl＜0.58；

21、其中，epd为所述光阑的通光孔径，lf为所述第五透镜的像面侧到像面的距离。

22、在一实施方式中，所述三色微投影光学系统的后焦变化量为△ft，所述第一透镜的后焦变化量为△f2，所述第二透镜的后焦变化量为△f2，所述第三透镜的后焦变化量为△f3，所述第四透镜的后焦变化量为△f4，所述第五透镜的后焦变化量为△f5，所述三色微投影光学系统满足下列条件：

23、△ft＝△f1+△f2+△f3+△f4+△f5<7um。

24、在一实施方式中，所述合色棱镜为正方体合色棱镜，所述正方体合色棱镜的边长为d6，3.9mm<d6<5.1mm。

25、在一实施方式中，所述正方体合色棱镜的两个对角切面分别设有蓝光带通滤光膜和红光带通滤光膜；

26、所述绿色发光芯片处在光轴上，所述红色发光芯片与所述蓝色发光芯片处于光轴相对的两侧，以使得所述红色发光芯片与所述蓝色发光芯片发出的光线分别经蓝光带通滤光膜与红光带通滤光膜反射后能够射向所述第五透镜的像侧面。

27、在一实施方式中，所述蓝光带通滤光膜在400～580nm波段透过率为tb1，在580～700nm波段透过率为tb2，其中，tb1>95％，且tb2<5％；

28、所述红光带通滤光膜在400～480nm波段透过率为tr1，在480～700nm波段透过率为tr2，其中，tr1<5％，且tr2>95％。

29、在一实施方式中，所述红色发光芯片的有效显示区域的对角线长度为d1，2.8mm<d1<3.4mm；

30、所述绿色发光芯片的有效显示区域的对角线长度为d2，2.8mm<d2<3.4mm；

31、所述蓝色发光芯片的有效显示区域的对角线长度为d3，2.8mm<d3<3.4mm。

32、本发明提供的技术方案中，采用红色发光芯片、绿色发光芯片以及蓝色发光芯片通过合色棱镜(x-cube)形成全彩显示的方案，能够实现在小光学系统尺寸的条件下，对ar眼镜进行结构设计，并通过五个透镜的材料与面型的合理设置，正透镜温度升高后光学系统后焦向物侧方向移动，负透镜温度升高后光学系统后焦向像侧方向移动，使得环境温度20℃～60℃范围内，光学系统工作不失焦，mtf全频高于0.5，光学系统的总长控制在10.2mm以内，并实现小尺寸高成像质量，有利于ar眼镜显示方案的轻薄化，且近眼显示效果好。因此本技术提供的三色微投影光学系统全彩成像性能优异的同时结构紧凑，公差优异，且在环境温度改变时，基本无热失焦，工作性能更加稳定。