[发明专利]投影物镜及波导显示设备

权利要求书

1.一种用于将图像从第一平面(20A-E)投影到第二平面(10A-E)上的波导元件的向内耦合光栅的投影物镜，所述物镜从所述第二平面(10A-E)起依次包括

-具有正有效焦距的第一光学元件组(G1)，

-设置在所述第一平面与所述第一光学元件组(G1)之间且具有负有效焦距的第二光学元件组(G2)，

-设置在所述第一平面与所述第二光学元件组(G2)之间且具有正有效焦距的第三光学元件组(G3)，

其中所述光学元件组(G1,G2,G3)具有折射表面，以使得从所述第二平面起依次有

-所述第二光学元件组(G2)的第一折射表面朝所述第二平面(10A-E)是凹的，以及

-所述第三光学元件组(G3)的第二折射表面朝所述第一平面(20A-E)是凸的，

其特征在于：

所述第二组(G2)和所述第三组(G3)的所述有效焦距满足条件0.3|f2/f3|1.5，以便提供远心投影物镜，所述远心投影物镜包括孔径光阑，所述孔径光阑位于所述第二平面(10A-E)处或位于所述第二平面(10A-E)与所述第一光学元件组(G1)之间。

2.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第一光学元件组(G1)的第一折射表面朝所述第二平面(10A-E)是凸的。

3.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第一光学元件组(G1)的第一折射表面朝所述第二平面(10A-E)是凹的。

4.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第二光学元件组(G2)包括诸如负弯月形-双凸透镜双联体之类的负透镜双联体，或者由诸如负弯月形-双凸透镜双联体之类的负透镜双联体组成。

5.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，包括在所述第三光学元件组(G3)和所述第一平面(20A-E)之间的棱镜或分束器(18A-E)，优选地作为所述物镜的第一元件。

6.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第二光学元件组(G2)的有效焦距(f2)小于所述物镜的有效总焦距(f)，上述焦距的绝对比优选地小于0.7。

7.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，在空气中测量的在所述第三光学元件组(G3)和所述第一平面(20A-E)之间的所述物镜的后焦距(BFL)与所述物镜的有效总焦距(f)之比在0.4和1.5之间。

8.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述物镜被适配成从所述第一平面收集图像半径R_img，来自所述第三光学元件组的边缘场边际射线高度(M_rhG3)满足以下条件：

R_img-BFL*0.44M_rhG3R_img+BFL*0.44,

其中BFL是在空气中测量的在所述第三光学元件组(G3)和所述第一平面(20A-E)之间的后焦距(BFL)。

9.根据权利要求1所述的物镜，其特征在于，所述第三光学元件组(G3)包括两个或更多个透镜元件，所述两个或更多个透镜元件中的第一透镜元件具有朝所述第一平面成凸面的所述第二折射表面，并且其他透镜元件中的至少一者是正透镜元件。

10.一种波导显示设备，包括：

-光学波导，

-向内耦合光栅，所述向内耦合光栅被布置在所述波导处以便将击中所述向内耦合光栅的光衍射到所述波导，

-投影物镜，所述投影物镜被布置成将图像从图像源投影到所述向内耦合光栅，

其特征在于：

所述投影物镜是根据前述权利要求中任一项所述的物镜，并且所述光学波导包括用于沿两个维度扩展投影出射光瞳的衍射装置。

11.根据权利要求10所述的波导显示设备，其特征在于，所述向内耦合光栅被布置在所述投影物镜的第二平面(10A-E)处。