CN112433363A - 光学成像***及其透镜组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一光学成像***及其透镜组，其中所述光学成像***包括一显示模块和一传播元件，其中所述显示模块成像，所述传播元件被设置于所述显示模块的出射侧，所述传播元件传播所述显示模块的成像，其中所述显示模块的一出瞳位于所述显示模块的外侧，以和所述传播元件的一入瞳相匹配。

Description

光学成像***及其透镜组

技术领域

本发明涉及光学成像领域，更具体地涉及一光学成像***及其透镜组。

背景技术

抬头显示技术，是将行车信息投影到驾驶员视线前方的一种光学显示装置，如被设置于风挡玻璃的光学显示装置，使得驾驶员不必低头观察即可获取行车信息，保障行车安全。现有的抬头显示器能在水平视线范围内直接而准确地呈现信息。驾驶员无需低头看组合仪表或辅助显示器即可获取诸如速度、警告信号及导航指示箭头等所有重要信息。而应用了增强显示技术的抬头显示器，可以扩展驾驶员能够获取的信息，并且将虚拟图像应用到现实场景。如将车道信息显示在车前方的现实车道上，给驾驶员带来更好的视觉体验。

在应用了波导原理的车载AR-HUD设备中，光束是经过全反射在波导中进行传播实现更小的体积并能够扩大视场角。

由于光束从显示模块中出射后由波导全反射传播而展示成像，而在波导的传播过程中，波导只传播图像，不对图像做任何处理，成像由显示模块决定。因此，为了保障人眼能够获取成像质量好的图像，成像传输过程中的光能损失大小十分关键。

此外，显示模块的出瞳位置和波导的入瞳位置的光瞳是否能相接，从传播源头上影响到成像光束是否损失。

因此需要解决显示模块的出瞳位置的问题。

发明内容

本发明的一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，减少光束在传播过程中的损失。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，其出瞳能够和波导的入瞳进行光瞳匹配。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，其出瞳在所述透镜组的外部。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，以实现出瞳在外，成像无限远的效果。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，所述光学成像***的一显示模块的出瞳位置和一传播元件的入瞳位置重合，以方便所述显示模块和所述传播元件的光瞳配合，减少光能损失。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，所述光学成像***包括对称的一第一透镜组和一第二透镜组，从而使得采用所述透镜组的光学成像***的成像的像差更小或者被消除。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，所述透镜组还包括一第三透镜组，所述第三透镜组和所述第二透镜组起到望远作用，将出瞳呈在所述透镜组的外部。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，所述光学成像***还包括一芯片，所述芯片所在位置为物方远心，以减小光能损失。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，自所述芯片不同视场出射的光束经过所述透镜组后均平行出射，以减小光束在波导传播过程中的光能损失。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，所述透镜组的数量和结构设计可以根据实际需求进行。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，可以通过在透镜之间设置反射元件以缩小整体空间。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，其中所述透镜组可以使用较多数量的透镜，以提高成像质量。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，自所述第二透镜出射的光束在一次实像面成像。

本发明的另一个优势在于提供一光学成像***及其透镜组，自所述第三透镜出射的光束为平行光，使得成像可以无穷远。

本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。

依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一光学成像***，包括：

一显示模块，其中所述显示模块成像；和

一传播元件，其中所述传播元件被设置于所述显示模块的出射侧，所述传播元件传播所述显示模块的成像，其中所述显示模块的一出瞳位于所述显示模块的外侧，以和所述传播元件的一入瞳相匹配。

根据本发明的一个实施例，所述显示模块的所述出瞳的位置和所述传播元件的所述入瞳的位置重合。

根据本发明的一个实施例，所述显示模块的一出瞳直径不大于所述传播元件的一入瞳直径。

根据本发明的一个实施例，显示模块包括一芯片和一透镜组，光束经由所述芯片出射后，自所述透镜组的一侧入射，自所述透镜组的另一侧出射，其中所述透镜组的出瞳位于所述透镜组的外侧，其中所述芯片位于所述透镜组的物方远心处。

根据本发明的一个实施例，所述透镜组包括一第一透镜组、一第二透镜组和一第三透镜组，其中所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组沿着所述芯片至像方方向依次被设置于所述芯片出射侧。

根据本发明的一个实施例，自所述第一透镜组出射的光束接近于平行光。

根据本发明的一个实施例，自所述第二透镜组出射的光束在一次实像面成像。

根据本发明的一个实施例，所述第三透镜组的焦点位于所述一次实像面，自所述第三透镜组出射的光束为平行光，成像无穷远。

根据本发明的一个实施例，所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜以及一第九透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜形成所述第一透镜组，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜形成所述第二透镜组，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜形成所述第三透镜组，其中所述第一透镜组和所述第二透镜组对称以消除像差。

根据本发明的一个实施例，所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜、一第九透镜、一第十透镜、一第十一透镜、一第十二透镜、一第十三透镜以及以第十四透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜形成所述第一透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜形成所述第二透镜组，所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜形成所述第三透镜组。

根据本发明的一个实施例，所述第一透镜具有负光焦度，所述第二透镜具有正光焦度，所述第三透镜具有负光焦度，所述第四透镜具有正光焦度，所述第五透镜具有正光焦度，所述第六透镜具有负光焦度，所述第七透镜具有负光焦度，所述第八透镜具有正光焦度，所述第九透镜具有正光焦度，所述第十透镜具有正光焦度，所述第十一透镜具有负光焦度，所述第十二透镜具有负光焦度，所述第十三透镜具有负光焦度，所述第十四透镜具有正光焦度。

根据本发明的一个实施例，所述透镜组还包括一反射元件，所述反射元件被设置于所述第六透镜的出射侧和所述第七透镜的入射侧，以折转自所述第六透镜出射的光束。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。

附图说明

图1是根据本发明的一个较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的示意图。

图2是根据本发明的上述较佳实施例的一光学成像***及其透镜组的一显示模块的示意图。

图3是根据本发明的上述较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的所述显示模块的一透镜组的示意图。

图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的所述显示模块的光路示意图。

图5是根据本发明的上述较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的所述显示模块的一透镜组的一变形实施方式的示意图。

图6是根据本发明的另一较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的所述显示模块的一透镜组的示意图。

图7是根据本发明的上述较佳实施例的所述光学成像***及其透镜组的所述显示模块的一透镜组的一变形实施方式的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

参考本发明附图1至图7，依据本发明的一光学成像***及其透镜组被阐明。

如图1所示，所述光学成像***包括一显示模块10和一传播元件20，所述显示模块10生成图像后由所述传播元件20进行传播。所述显示模块10包括一透镜组11和一芯片13，所述芯片13被设置于所述透镜组11的入射侧，所述芯片13提供图像信息，光束经由所述芯片13调制后经过所述透镜组11成像。其中所述显示模块10的一出瞳1000位于所述透镜组11的外侧。所述传播元件20传播所述显示模块10产生的成像。所述显示模块10的所述出瞳1000和所述传播元件20的入瞳相配合，使得自所述显示模块10出射的光束能够有效进入所述传播元件20，被所述传播元件20传播，减少光束在传播过程中的光能损失，所述显示模块10产生的成像能够被有效传播。

自所述芯片13出射的光束，自所述透镜组11的一侧入射，自所述透镜组12的另一侧出射，自透镜组11的另一侧出射时，所述出瞳1000形成于所述透镜组11的外侧。所述出瞳1000为所述显示模块10的出射光线共同经过的最小口径的位置，光束共同经过所述出瞳1000处，因此将所述出瞳1000处的光束全部投入所述传播元件20，将尽可能减少光能在传播过程中的损失。

所述传播元件20的入瞳，即进入所述传播元件20的有效光束受到所述显示模块10的所述出瞳1000的限制。当所述出瞳1000的口径大于所述传播元件20的入瞳的口径，一部分光束无法进入所述传播元件20，造成光能损失。若所述出瞳1000和所述传播元件20的入瞳较远，一部分光束也无法进入所述传播元件20，造成光能损失。为了获取所述显示模块10的全部成像，所述传播元件20需要位于所述显示模块10的所述出瞳1000的附近，以使所述出瞳1000的出射光束能够有效进入所述传播元件20。

因此，优选地，所述显示模块10的所述出瞳1000的一出瞳距离不小于所述传播元件20的一入瞳距离，所述显示模块10的所述出瞳1000的一出瞳直径不大于所述传播元件20的一入瞳直径，使得所述显示模块10出射的光束能够全部进入所述传播元件20进行传播，减少光束在传播过程中的光能损失，保障所述传播元件20的成像传播质量，使得人眼能够获取高质量图像。

在本发明的一个较佳实施例中，所述显示模块10的所述出瞳1000的位置和所述传播元件20的入瞳位置重合，使得自所述显示模块10出射的光束能够有效进入所述传播元件20。

其中，所述出瞳1000的所述出瞳距离为所述出瞳和所述透镜组11的最外侧之间的距离，所述出瞳直径1000为所述出瞳1000的口径大小。所述传播元件20的所述入瞳距离为所述透镜组11的最外侧和所述传播元件20之间的距离，所述入瞳直径为所述传播元件20的入瞳的口径。

由于所述出瞳1000位于所述显示模块10的外侧，所述传播元件20的位置设置可以根据所述出瞳1000的位置进行调整，以配合所述显示模块10，使得自所述显示模块10出射的光束能够有效进入所述传播元件20，所述传播元件20传播高质量成像，减少光能在传播过程中的损失。

也就是说，所述出瞳1000位于所述显示模块10的外侧，使得所述显示模块10的所述出瞳1000和所述传播元件20的入瞳的配合变得简单方便，所述传播元件20的位置可以根据所述显示模块10的所述出瞳1000的位置相适配，以适应不同的所述显示模块10的需求。所述光学成像***可以通过所述显示模块10和所述传播元件20的光瞳配合有效减少光能损失，保障所述光学成像***的成像质量。

当所述光学成像***被应用于车载抬头显示器，所述传播元件20可以将所述显示模块10的成像传播至驾驶员视线的前方，以方便驾驶员获取信息。举例地，所述传播元件20可以将成像传播至一风挡30，以供驾驶员获取信息。值得一提的是，所述传播元件20传播的成像可以被传播至驾驶员视线前方的真实环境，驾驶员可以获取基于真实环境的虚拟信息。

参照图2示出的本发明所述光学成像***的一显示模块10的一个较佳实施例，所述显示模块10包括所述透镜组11，所述透镜组11包括一第一透镜组A1、一第二透镜组A2和一第三透镜组A3，所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3依次设置。光束从所述第一透镜组A1的一侧入射，依次经过所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3。

所述显示模块10还包括一光阑组12，所述光阑组12被设置于所述透镜组11。所述光阑组12限制所述透镜组11的孔径大小。其中，所述光阑组12包括一第一光阑121，所述第一光阑121被设置于所述第二透镜组A2的入射侧。光束经过所述第一透镜组A1后，依次经过所述第一光阑121和所述第二透镜组A2。在本发明的另一个示例中，所述光阑组12还包括一第二光阑122，所述第二光阑122被设置于所述第三透镜组A3的入射侧，光束经过所述第二透镜组A2后，依次经过所述第二光阑122和所述第三透镜组A3。所述光阑组12包括的光阑数量和位置设置可以根据实际的成像需求进行设计。所述光阑组12限制的孔径大小影响所述出瞳1000的所述出瞳直径，因此所述光阑组12的选择可以根据所述显示模块10和所述传播元件20的光瞳配合需求被确定。

所述显示模块10还包括所述芯片13，所述芯片13被设置于所述第一透镜组A1的入射侧。可选地，所述芯片13可以被实施为DMD芯片、LCD芯片或LCOS芯片等。优选地，所述芯片13位于所述透镜组11的物方远心处，以减小光能损失。光束经过所述芯片13，自所述芯片13出射后，自所述第一透镜组A1的一侧入射。

所述显示模块10还包括至少一棱镜14，所述棱镜14被设置于所述芯片13和所述第一透镜组A1之间，光束自所述芯片13出射后，经由所述棱镜14调整后，自所述第一透镜组A1的一侧入射，并依次经过所述第一透镜组A1、所述第一光阑121、所述第二透镜组A2、所述第二光阑122和所述第三透镜组A3后成像。

所述显示模块10的光源发出光束，光束被所述芯片13调制。被调制的光束依次经过所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3。

自所述芯片13出射的光束经过所述第一透镜组A1、所述第一光阑121、所述第二透镜组A2、所述第二光阑122和所述第三透镜组A3，出射的光束经过所述出瞳1000。

所述第一透镜组A1靠近所述芯片13，光束经过所述第一透镜组A1后，各个视场的出射光束接***行，即光束的各个光线之间的夹角不超过1°。

所述第二透镜组A2位于所述透镜组11的中间位置，光束经过所述第二透镜组A2后，在一次实像面成像。

所述第三透镜组A3位于所述透镜组11的后侧。所述第三透镜组A3靠近像侧。光束穿过所述第三透镜组A3后使得所述出瞳1000呈在所述透镜组11的外部。其中，自所述第三透镜组A3出射的光束平行。

所述出瞳1000同所述透镜组11最外侧位置的距离范围为15mm～30mm。也就是说，所述出瞳距离优选为15mm～30mm，最佳实施例中，所述出瞳距离为20mm。

自所述芯片13不同视场出射的光束通过所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3后出射时均平行。光束自所述显示模块10出射时为平行光束，有助于减小光束在传播过程中的光能损失。

参照图3示出的所述透镜组11的一个较佳实施例，所述透镜组11包括至少一第一透镜L1、一第二透镜L2、一第三透镜L3、一第四透镜L4、一第五透镜L5、一第六透镜L6、一第七透镜L7、一第八透镜L8和一第九透镜L9。所述第一透镜L1、所述第二透镜L2、所述第三透镜L3、所述第四透镜L4、所述第五透镜L5、所述第六透镜L6、所述第七透镜L7、所述第八透镜L8和所述第九透镜L9从所述芯片13一侧至像方方向被依次设置。

其中所述第一透镜L1、所述第二透镜L2和所述第三透镜L3形成所述第一透镜组A1，所述第四透镜L4、所述第五透镜L5和所述第六透镜L6形成所述第二透镜组A2，所述第七透镜L7、所述第八透镜L8和所述第九透镜L9形成所述第三透镜组A3。

所述第一透镜L1、所述第二透镜L2和所述第三透镜L3形成的所述第一透镜组A1靠近所述芯片13，位于所述透镜组11的前侧。所述第四透镜L4、所述第五透镜L5和所述第六透镜L6形成的所述第二透镜组A2位于所述透镜组11中间位置。所述第七透镜L7、所述第八透镜L8和所述第九透镜L9形成的所述第三透镜组A3位于所述透镜组11的后侧。所述第三透镜组A3靠近像侧。

所述第一透镜L1具有正光焦度，所述第二透镜L2具有负光焦度，所述第三透镜L3具有正光焦度。所述第四透镜L4具有正光焦度，所述第五透镜L5具有负光焦度，所述第六透镜L6具有正光焦度。所述第七透镜L7具有负光焦度，所述第八透镜L8具有正光焦度，所述第九透镜L9具有正光焦度。

所述第一透镜L1具有两个侧面S11和S12，所述第二透镜L2具有两个侧面S21和S22，所述第三透镜L3具有两个侧面S31和S32，所述第四透镜L4具有两个侧面S41和S42，所述第五透镜L5具有两个侧面S51和S52，所述第六透镜L6具有两个侧面S61和S62，所述第七透镜L7具有两个侧面S71和S72，所述第八透镜L8具有两个侧面S81和S82，所述第九透镜L9具有两个侧面S91和S92。

其中，所述第一透镜L1的所述侧面S11朝向物方，所述侧面S12朝向像方。所述第一透镜L1为弯月透镜。若所述侧面S11为一个凸面，所述侧面S12则为一个凹面。所述第二透镜L2也为弯月透镜，所述第二透镜L2的所述侧面S21朝向物方，所述侧面S21为一个凸面。所述侧面S22为一个凹面，并朝向像方。所述第三透镜L3的所述侧面S31朝向物方，所述第三透镜L3的所述侧面S32朝向像方，所述侧面S31和S32均为凸面。

所述第四透镜L4的所述侧面S41朝向物方，所述侧面S42朝向像方，所述侧面S41和所述侧面S42均为凸面。所述第五透镜L5为弯月透镜。所述第五透镜L5的所述侧面S51朝向物方，所述侧面S52朝向像方，所述侧面S51为一个凹面，所述侧面S52为一个凸面。所述第六透镜L6为弯月透镜。所述第六透镜L6的所述侧面S61朝向物方，所述侧面S62朝向像方，所述侧面S61为一个凹面，所述侧面S62为一个凸面。

所述第七透镜L7的所述侧面S71朝向物方，所述侧面S72朝向像方，所述侧面S71为一个平面，所述侧面S72为一个凹面。所述第八透镜L8的所述侧面S81朝向物方，所述侧面S82朝向像方，所述侧面S81和所述侧面S82均为凸面。所述第九透镜L9的所述侧面S91朝向物方，所述侧面S92朝向像方，所述侧面S91为一个平面，所述侧面S92为一个凸面。

也就是说，所述第三透镜L3、所述第四透镜L4和所述第八透镜L8为双凸透镜，所述第一透镜L1、所述第二透镜L2、所述第五透镜L5和所述第六透镜L6为弯月透镜。

所述第一透镜L1位于所述第一透镜组A1的前部，最靠近物方，所述第六透镜L6位于所述第二透镜组A2的后部，在所述第二透镜组A2中最远离物方，且所述第一透镜L1和所述第六透镜L6均具有正的光焦度，所述第一透镜L1和所述第六透镜L6的凹凸相反，所述第一透镜L1和所述第六透镜L6在位置和形状上对称。

同样地，所述第二透镜L2和所述第五透镜L5分别位于所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2的中部，所述第二透镜L2和所述第五透镜L5都具有负的光焦度，所述第二透镜L2和所述第五透镜L5的凹凸相反，所述第二透镜L2和所述第五透镜L5在位置和形状上对称。

所述第三透镜L3位于所述第一透镜组A1的后部，所述第四透镜L4为于所述第二透镜组A2的前部，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4均为双凸透镜，并都具有正光焦度，所述第三透镜L3和所述第四透镜L4在位置和形状上对称。

因此所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2的各个透镜相互对应地在位置和形状上对称，且光焦度对应地相同。因此所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2的架构对称，有助于消除像差。

举例地，若所述第一透镜组A1产生负的像差，所述第二透镜组A2产生正的像差，以消除所述第一透镜组A1产生的负的像差。若所述第一透镜组A1产生正的像差，所述第二透镜组A2产生负的像差，以消除所述第一透镜组A1产生的正的像差。

所述第二透镜L2的所述侧面S22和所述第三透镜L3的所述侧面S31被设置相互地面对面。所述第四透镜L4的所述侧面S42和所述第五透镜L5的所述侧面S51被设置相互地面对面。优选地，所述第二透镜L2和所述第三透镜L3形成一胶合件，也就是说，所述第二透镜L2和所述第三透镜L3胶合在一起。同样地，所述第四透镜L4和所述第五透镜L5被胶合在一起。

所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2架构对称，所述第一透镜L1和所述第六透镜L6在形状上需要对称，由于所述第一透镜L1和所述第六透镜L6均为弯月透镜，所述第一透镜L1和所述第六透镜L6的凹凸方向相反。当所述第一透镜L1的所述侧面S11为凹面，所述侧面S12为凸面，所述第六透镜L6的所述侧面S61为凸面，所述侧面S62为凹面，如图3所示。当所述第一透镜L1的所述侧面S11为凸面，所述侧面S12为凹面，所述第六透镜L6的所述侧面S61为凹面，所述侧面S62为凸面，如图5所示。

同理，所述第二透镜L2和所述第五透镜L5的凹凸方向相反。当所述第二透镜L2的所述侧面S21为凸面，所述侧面S22为凹面，所述第五透镜L5的所述侧面S51为凹面，所述侧面S52为凸面。

由于所述第二透镜L2和所述第三透镜L3被胶合，所述第三透镜L3的所述侧面S31为凸面，因此所述第二透镜L2的所述侧面S22为凹面，以便胶合。所述第二透镜L2的所述侧面S21为凸面。对称地，所述第五透镜L5的所述侧面S51为凹面，所述侧面S52为凸面，如图3和图5所示。

参照图4，所述芯片13被设置于所述第一透镜组A1的入射侧。可选地，所述芯片13可以被实施为DMD芯片、LCD芯片或LCOS芯片等。优选地，所述芯片13位于所述透镜组11的物方远心处，以减小光能损失。

所述显示模块10的光源发出光束，光束被所述芯片13调制。被调制的光束依次经过所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3。

自所述芯片13出射的光束经过所述第一透镜组A1、所述第一光阑121、所述第二透镜组A2、所述第二光阑122和所述第三透镜组A3，所述出瞳1000形成于所述显示模块10的外侧。

所述第一透镜L1、所述第二透镜L2和所述第三透镜L3形成的所述第一透镜组A1靠近物侧，光束经过所述第一透镜组A1后，各个视场的出射光束接***行，即各个光线之间的夹角不超过1°。

所述第四透镜L4、所述第五透镜L5和所述第六透镜L6形成的所述第二透镜组A2位于所述透镜组11的中间位置，光束经过所述第二透镜组A2后，在一次实像面成像。

所述第七透镜L7、所述第八透镜L8和所述第九透镜L9形成的所述第三透镜组A3位于所述透镜组11的后侧。所述第三透镜组A3靠近像侧。光束穿过所述第三透镜组A3后使得出瞳呈在所述透镜组11的外部。其中，自所述第三透镜组A3出射的光束平行。

所述第一透镜组A1连接所述芯片13和所述第二透镜组A2。所述第二透镜组A2链接所述第一透镜组A1和所述第三头进组A3。光束从所述第一透镜组A1入射，依次穿过所述第一透镜L1、所述第二透镜L2和所述第三透镜L3。光束从所述第一透镜组A1出射，自所述第二透镜组A2的一侧入射，依次穿过所述第四透镜L4、所述第五透镜L5和所述第六透镜L6。光束自从所述第二透镜组A2的一侧出射，自所述第三透镜组A3的一侧入射，光束依次穿过所述第七透镜L7、所述第八透镜L8和所述第九透镜L9，形成所述出瞳1000于所述显示模块10的外侧。所述出瞳1000同所述透镜组11最后的所述第九透镜L9的距离范围为15mm～30mm。优选地所述出瞳1000同所述透镜组11最后的所述第九透镜L9的距离为20mm。

自所述芯片13不同视场出射的光束通过所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3后出射时均平行。光束自所述显示模块10出射时为平行光束，有助于减小光束在波导传播过程中的光能损失。

具体地，所述芯片13调制后的光束形成光锥，穿过所述第一透镜组A1，自所述第一透镜组A1出射时，各个视场的出射光接***行。光束自所述第二透镜组A2入射。光束经过所述第二透镜组A2后，在一次实像面成像。所述第三透镜组A3的焦点位于该一次实像面，使得光束自所述第三透镜组A3出射后平行。

所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2相互对称，以消除像差。所述第三透镜组A3起到目镜作用。所述光阑STO被设置在所述第二透镜组A2的入射侧，光束通过所述光阑STO后，依次经过所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3。所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3结合起到望远作用，将出瞳成像在所述显示模块10的外部。

光束自所述第三透镜组A3出射后，形成所述出瞳1000于所述显示模块10的外侧。由于出射的光束平行，成像可以无限远。

参照图6示出的本发明的所述透镜组10的另一个较佳实施例，与上述较佳实施例不同的是，图6示出图2中所述透镜组10的所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2、所述第三透镜组A3的另一个实施方式。具体地，所述透镜组10包括一个第一透镜L1A、一个第二透镜L2A，一个第三透镜L3A、一个第四透镜L4A、一个第五透镜L5A、一个第六透镜L6A、一个第七透镜L7A、一个第八透镜L8A、一个第九透镜L9A、一个第十透镜L10A、一个第十一透镜L11A、一个第十二透镜L12A、一个第十三透镜L13A、一个第十四透镜L14A。

其中所述第一透镜L1A、所述第二透镜L2A、所述第三透镜L3A和所述第四透镜L4A形成所述第一透镜组A1，所述第五透镜L5A、所述第六透镜L6A、所述第七透镜L7A形成所述第二透镜组A2，所述第八透镜L8A、所述第九透镜L9A、所述第十透镜L10A、所述第十一透镜L11A、所述第十二透镜L12A、所述第十三透镜L13A和所述第十四透镜L14A形成所述第三透镜组A3。

所述第一透镜L1A具有负光焦度，所述第二透镜L2A具有正光焦度，所述第三透镜L3A具有负光焦度，所述第四透镜L4A具有正光焦度。所述第五透镜L5A具有正光焦度，所述第六透镜L6A具有负光焦度，所述第七透镜L7A具有负光焦度。

所述第八透镜L8A具有正光焦度，所述第九透镜L9A具有正光焦度，所述第十透镜L10A具有正光焦度，所述第十一透镜L11A具有负光焦度，所述第十二透镜L12A具有负光焦度，所述第十三透镜L13A具有负光焦度，所述第十四透镜L14具有正光焦度。

所述第一透镜L1A具有两侧面S11A、S12A，所述侧面S11A朝向物方，所述侧面S12A朝向像方。所述第一透镜L1A为弯月透镜，如图5所示，所述侧面S11A为凸面，所述侧面S12A为凹面。所述第二透镜L2A具有两侧面S21A、S22A，所述侧面S21A朝向物方，所述侧面S22A朝向像方。所述侧面S21A和所述侧面S22A均为凸面。所述第二透镜L2A为双凸透镜。所述第三透镜L3A具有两侧面S31A、S32A，所述侧面S31A朝向物方，所述侧面S32A朝向像方，所述侧面S31和所述侧面S32均为凹面，所述第三透镜L3A为双凹透镜。所述第四透镜L4A具有两侧面S41A、S42A，所述侧面S41A朝向物方，所述侧面S42A朝向像方，所述侧面S41A为凹面，所述侧面S42A为凸面，所述第四透镜L4A为弯月透镜。

所述第五透镜L5A具有两侧面S51A、S52A，所述侧面S51A朝向物方，所述侧面S52A朝向像方，所述侧面S51A和所述侧面S52A均为凸面。所述第五透镜L5A为双凸透镜。所述第六透镜L6A具有两侧面S61A、S62A，所述侧面S61A朝向物方，所述侧面S62A朝向像方。所述侧面S61A为凹面，所述侧面S62A为凸面，所述第六透镜L6A为弯月透镜。所述第七透镜L7A具有两侧面S71A、S72A，所述侧面S71A朝向物方，所述侧面S72A朝向像方，所述侧面S71A为凸面，所述侧面S72A为凹面，所述第七透镜L7A为弯月透镜。

所述第八透镜L8A具有两侧面S81A、S82A，所述侧面S81A朝向物方，所述侧面S82A朝向像方，所述侧面S81A为凹面，所述侧面S82A为凸面。所述第八透镜L8A为弯月透镜。所述第九透镜L9A具有两侧面S91A、S92A，所述侧面S91A朝向物方，所述侧面S92A朝向像方，所述侧面S91A和所述侧面S92A均为凸面，所述第九透镜L9A为双凸透镜。所述第十透镜L10A具有两侧面S101A、S102A，所述侧面S101A朝向物方，所述侧面S102A朝向像方，所述侧面S101A和所述侧面S102A均为凸面，所述第十透镜L10A为双凸透镜。

所述第十一透镜L11A具有两侧面S111A、S112A，所述侧面S111A朝向物方，所述侧面S112A朝向像方，所述侧面S111A和所述侧面S112A均为凹面。所述第十一透镜L11A为双凹透镜。所述第十二透镜L12A具有两侧面S121A、S122A，所述侧面S121A朝向物方，所述侧面S122A朝向像方，所述侧面S121A为凹面，所述侧面S122A为凸面，所述第十二透镜L12A为弯月透镜。

所述第十三透镜L13A具有两侧面S131A、S132A，所述侧面S131A朝向物方，所述侧面S132A朝向像方，所述侧面S131A为平面，所述侧面S132A为凹面。所述第十四透镜L14A具有两侧面S141A、S142A，所述侧面S141A朝向物方，所述侧面S142A朝向像方，所述侧面S141A为平面，所述侧面S412A为凸面。

所述第五透镜L5A和所述第六透镜L6A被胶合在一起。所述第十三透镜L13A和所述第十四透镜L14A被胶合在一起。

所述第一透镜L1A、所述第二透镜L2A、所述第三透镜L3A和所述第四透镜L4A形成的所述第一透镜组A1位于所述透镜组10靠近所述芯片10的位置，即所述透镜组10的前侧，所述第五透镜L5A、所述第六透镜L6A、所述第七透镜L7A形成的所述第二透镜组A2位于所述透镜组10的中间位置，所述第八透镜L8A、所述第九透镜L9A、所述第十透镜L10A、所述第十一透镜L11A、所述第十二透镜L12A、所述第十三透镜L13A和所述第十四透镜L14A形成的所述第三透镜组A3位于所述透镜组10的后侧位置。

所述第一光阑121位于所述第一透镜组A1和所述第二透镜组A2之间，所述第二光阑122位于所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3之间。所述显示模块的光源发出的光束经由所述芯片13调制后，经过所述棱镜14，自所述第一透镜组A1的一侧入射，依次经过所述第一透镜组A1、所述第一光阑121、所述第二透镜组A2、所述第二光阑122和所述第三透镜组A3。

光束经过所述第一透镜组A1后出射时，各个视场的光束接***行。光束自所述第二透镜组A2的一侧入射，自所述第二透镜组A2的另一侧出射，在一次实像面成像。光束继续自所述第三透镜组A3的一侧入射，自所述第三透镜组A3的另一侧出射，形成所述出瞳1000于所述显示模块10的外侧。其中，自所述第三透镜组A3出射的光束为平行光。

光束经由所述芯片13调制后出射，自所述棱镜14的一侧入射，自所述棱镜14的另一侧出射，并自所述第一透镜L1A的一侧入射，依次经过所述第一透镜L1A、所述第二透镜L2A、所述第三透镜L3A和所述第四透镜L4A，自所述第四透镜L4A的一侧出射，从所述第四透镜L4A出射的光束接***行。光束穿过所述第一光阑121，继续自所述第五透镜L5A的一侧入射，依次经过所述第五透镜L5A、所述第六透镜L6A、所述第七透镜L7A，自所述第七透镜L7A的一侧出射，自所述第七透镜L7A出射的光束在一次实像面成像。出射后的光束穿过所述第二光阑122，自所述第八透镜L8A的一侧入射，依次经过所述第八透镜L8A、所述第九透镜L9A、所述第十透镜L10A、所述第十一透镜L11A、所述第十二透镜L12A、所述第十三透镜L13A和所述第十四透镜L14A，自所述第十四透镜L14A的一侧出射，形成所述出瞳1000于图示出的所述显示模块10的外侧。所述出瞳1000同所述透镜组11最后的所述第十四透镜L14A的距离范围为15mm～30mm。优选地，所述出瞳1000同所述透镜组11最后的所述第十四透镜L14A的距离为20mm。

其中，所述第三透镜组A3的焦点位于该一次实像面，自所述第十四透镜L14A出射的光束为平行光，使得成像可以无穷远。

同图3至图5示出的较佳实施例不同的是，图6示出的较佳实施例的所述透镜组11采用数量更多的透镜，有利于提高成像质量。

参照图7示出的本发明的上述较佳实施例的所述透镜组11的一变形实施方式，结合图2，与上述较佳实施例不同的是，所述透镜组11还包括一反射元件15，所述反射元件15被设置于所述第六透镜L6A的出射侧。光束自所述第五透镜L5A入射，依次经过所述第五透镜L5A和所述第六透镜L6A，并自所述第六透镜L6A出射，所述反射元件15将自所述第六透镜L6A出射的光束反射向所述第七透镜L7A。所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3被设置于所述反射元件15的同一侧。所述反射元件15折转自所述第六透镜L6A出射的光束的方向，使得光束被反射向所述的第七透镜L7A。光束自所述第七透镜L7A的一侧入射，依次经过所述第七透镜L7A、所述第八透镜L8A、所述第九透镜L9A、所述第十透镜L10A、所述第十一透镜L11A、所述第十二透镜L12A、所述第十三透镜L13A和所述第十四透镜L14A，并自所述第十四透镜L14A出射，将出瞳成像至所述显示模块10的外部。

相较于图6示出的较佳实施例，图7示出的变形实施方式中，所述第六透镜L6A和所述第七透镜L7A之间的距离增大，被增设所述反射元件15，使得所述第一透镜组A1、所述第二透镜组A2和所述第三透镜组A3被设置于所述反射元件15的同一侧，以节约所述透镜组10占用的整体空间。所述透镜组10的结构可以根据不同的空间需求进行设计。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一光学成像***，其特征在于，包括：

一显示模块，其中所述显示模块成像；和

一传播元件，其中所述传播元件被设置于所述显示模块的出射侧，所述传播元件传播所述显示模块的成像，其中所述显示模块的一出瞳位于所述显示模块的外侧，以和所述传播元件的一入瞳相匹配。

2.根据权利要求1所述的光学成像***，其中所述显示模块的所述出瞳的位置和所述传播元件的所述入瞳的位置重合。

3.根据权利要求1或2所述的光学成像***，其中所述显示模块的一出瞳直径不大于所述传播元件的一入瞳直径。

4.根据权利要求3所述的光学成像***，其中显示模块包括一芯片和一透镜组，光束经由所述芯片出射后，自所述透镜组的一侧入射，自所述透镜组的另一侧出射，其中所述透镜组的出瞳位于所述透镜组的外侧，其中所述芯片位于所述透镜组的物方远心处。

5.根据权利要求4所述的光学成像***，其中所述透镜组包括一第一透镜组、一第二透镜组和一第三透镜组，其中所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组沿着所述芯片至像方方向依次被设置于所述芯片出射侧。

6.根据权利要求5所述的光学成像***，其中自所述第一透镜组出射的光束的各光线之间的夹角不超过1°。

7.根据权利要求6所述的光学成像***，其中自所述第二透镜组出射的光束在一次实像面成像。

8.根据权利要求7所述的光学成像***，其中所述第三透镜组靠近所述第二透镜组的焦点位于所述一次实像面，自所述第三透镜组出射的光束为平行光，成像无穷远。

9.根据权利要求8所述的光学成像***，其中所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜以及一第九透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜形成所述第一透镜组，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜形成所述第二透镜组，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜形成所述第三透镜组。

10.根据权利要求9所述的光学成像***，其中所述第一透镜组和所述第二透镜组对称以消除像差。

11.根据权利要求8所述的光学成像***，其中所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜、一第九透镜、一第十透镜、一第十一透镜、一第十二透镜、一第十三透镜以及以第十四透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜形成所述第一透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜形成所述第二透镜组，所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜形成所述第三透镜组。

12.根据权利要求11所述的光学成像***，其中所述透镜组还包括一反射元件，所述反射元件被设置于所述第六透镜和所述第七透镜之间，以折转自所述第六透镜出射的光束。

13.一透镜组，其特征在于，包括：

一第一透镜组；

一第二透镜组；以及

一第三透镜组，其中所述第二透镜组被设置于所述第一透镜组和所述第三透镜组之间，光束依次经过所述第一透镜组、所述第二透镜组和所述第三透镜组，其中所述透镜组的出瞳位于所述第三透镜组的外侧。

14.根据权利要求13所述的透镜组，其中自所述第一透镜组出射的光束的各个光线之间的夹角不超过1°。

15.根据权利要求14所述的透镜组，其中自所述第二透镜组出射的光束在一次实像面成像。

16.根据权利要求15所述的透镜组，其中所述第三透镜组靠近所述第二透镜组的焦点位于所述一次实像面，自所述第三透镜组出射的光束为平行光，成像无穷远。

17.根据权利要求16所述的透镜组，其中所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜以及一第九透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜形成所述第一透镜组，所述第四透镜、所述第五透镜和所述第六透镜形成所述第二透镜组，所述第七透镜、所述第八透镜和所述第九透镜形成所述第三透镜组。

18.根据权利要求17所述的透镜组，其中所述第一透镜组和所述第二透镜组对称以消除像差。

19.根据权利要求16所述的透镜组，其中所述透镜组包括一第一透镜、一第二透镜、一第三透镜、一第四透镜、一第五透镜、一第六透镜、一第七透镜、一第八透镜、一第九透镜、一第十透镜、一第十一透镜、一第十二透镜、一第十三透镜以及以第十四透镜，其中所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜和所述第四透镜形成所述第一透镜组，所述第五透镜、所述第六透镜和所述第七透镜形成所述第二透镜组，所述第八透镜、所述第九透镜、所述第十透镜、所述第十一透镜、所述第十二透镜、所述第十三透镜和所述第十四透镜形成所述第三透镜组。

20.根据权利要求19所述的透镜组，其中所述透镜组还包括一反射元件，所述反射元件被设置于所述第六透镜和所述第七透镜之间，以折转自所述第六透镜出射的光束。

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