[发明专利]一种双镜头分时分光光路及光学设备

说明书

本发明涉及双镜头分时分光光路，包括芯片、棱镜、转像镜头、第一镜头、分光反射镜、转向反射镜、第二镜头和分时切换装置；棱镜用于将芯片出射光束中照明光路和成像光路分离；转像镜头为成像镜头，用于将实体的芯片显示区域转化成空气中的一个光路的实像面；第一镜头用于将实像面进行再次成像；分光反射镜用于反射实像面形成关于反射面对称的分光实像面，分光实像面经转向反射镜后进入第二镜头；分时切换装置用于移动分光反射镜以切换在第一镜头和第二镜头上成像；通过这种分时交替的显示，在屏幕处实现两种场景的重叠，打造出AR场景或3D场景，可提升最终投影亮度，使用单个芯片降低光学和电子部件成本，取消偏振调制光路，体积小，易量产。

技术领域

本发明涉及AR技术领域，更具体地说，涉及一种双镜头分时分光光路及光学设备。

背景技术

在类似于AR HUD和3D投影显示中，一般需要两个不同的镜头，分别投影不同的场景内容，最后重叠在一起，产生虚拟现实的效果。

目前在AR HUD中现有的方案是使用两个显示芯片，一个是DMD或LCOS，一个是LCD，两个芯片共用部分光路，投影出不同物距的场景；类似专利如：CN109471262A，LCD显示芯片直接作为光源，发散角很大，大部分光线无法被收集到成像系统，造成亮度的巨大损失；同时，两款芯片的使用也增加了电路的复杂程度，导致可靠性的下降，成本相对来说也是比较昂贵的。

在3D显示领域，普遍采用偏振形式，通过时序控制不同偏振态的光线分别进入两个镜头，最后光线在屏幕处重叠，形成3D效果；由于使用到起偏和液晶调制器，其亮度最少也会损失一半以上；类似专利如：CN206193432U，专利中需要用到3种调制芯片分别调制，加上复杂的调制棱镜，其成本较高、体积大、量产工艺性复杂。

这就需要一种可以有效提升亮度、降低成本、缩小体积、易于量产的双镜头分光方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种双镜头分时分光光路，还提供了一种光学设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种双镜头分时分光光路，其中，包括芯片、棱镜、转像镜头、第一镜头、分光反射镜、转向反射镜、第二镜头和分时切换装置；所述棱镜用于将芯片出射光束中照明光路和成像光路分离；所述转像镜头为成像镜头，用于将实体的芯片显示区域转化成空气中的一个光路的实像面；所述第一镜头用于将所述实像面进行再次成像；所述分光反射镜用于反射所述实像面形成关于反射面对称的分光实像面，所述分光实像面经所述转向反射镜后进入所述第二镜头；所述分时切换装置用于移动所述分光反射镜以切换在所述第一镜头和所述第二镜头上成像。

本发明所述的双镜头分时分光光路，其中，所述转像镜头包括沿光路方向依次设置的第一负光焦度透镜组、第一正光焦度透镜组、第二负光焦度透镜组、第二正光焦度透镜组和第三负光焦度透镜组；所述第一负光焦度透镜组用于对光束进行发散使得光束口径增大；所述第一正光焦度透镜组用于对光束进行收敛，收敛后光束经由一定距离的传输后在所述第二负光焦度透镜组中具有最小的口径；所述第二负光焦度透镜组用于对光束的色差进行校正，所述第二正光焦度透镜组用于对校正后发散光束进行会聚；所述第三负光焦度透镜组用于作为场镜再次校正场曲。

本发明所述的双镜头分时分光光路，其中，所述第一负光焦度透镜组为双凹负透镜，光焦度控制在-0.03～-0.02之间，折射率在1.5-1.7之间。

本发明所述的双镜头分时分光光路，其中，所述第一正光焦度透镜组包括两个第一平凸透镜，且两个所述第一平凸透镜凸起一侧相对设置；两个所述第一平凸透镜的光焦度均在0.02-0.03之间，折射率在1.8-1.9之间。

本发明所述的双镜头分时分光光路，其中，所述第二负光焦度透镜组包括由两个正透镜以及两个所述正透镜中间的负透镜组成的三胶合透镜；所述三胶合透镜的整体光焦度在-0.02～-0.01之间。