[發明專利]平面場目鏡

無效

• 申請號: 200980147234.6
• 申請日: 2009-10-19
• 公開（公告）號: CN102224440A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 唐納德·亞內茨科;約翰·邁克爾·霍爾
• 申請（專利權）人: ITT制造企業公司
• 主分類號: G02B9/06
• 分類號: G02B9/06;G02B25/00
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 黃艷;鄭特強

技術領域

本發明主要涉及一種目鏡或放大鏡，更具體地，涉及一種用在夜視鏡系統和頭戴式顯示器中的目鏡或放大鏡。

背景技術

夜視鏡和頭戴式顯示器需要對紅色、綠色和藍色進行過色彩校正的目鏡或放大鏡，其具有調制傳遞函數(MTFs)在每毫米40線對(40lp/mm)時大于50％的高圖像質量。這些目鏡或者放大鏡與顯像管(image?tubes)的顯示器或屏幕配合以使圖像進入觀察者的眼睛。這些目鏡或放大鏡還需要大于20mm的較長眼睛間隙，使得觀察者在定位其眼睛以觀察圖像時具有更大的容許度。

優良的目鏡/放大鏡必須對眼睛的位置敏感，因為在放大鏡中沒有用以限定使用者眼睛位置的物鏡出瞳圖像。這需要更高的校正水平，對于球面像差而言尤其如此，從而使得當眼睛轉動時圖像不會晃動或變形。

在美國專利中公開的放大鏡的示例有1959年公布的James?G.Baker的專利US2,885,928和US2,900,871；以及分別在1974年和1978年公布的Frits?Johan?Versteeg的專利US3,823,999和US4,111,528。

目鏡/放大鏡已經被用于觀察夜視顯像管的熒光屏。然而，這些目鏡難以生產且費用昂貴。另外，這些顯像管需要曲面屏幕以輔助場曲偏差的校正。

在20世紀90年代，目鏡/放大鏡通常被構造成類似于圖1中所示的Qioptiq透鏡。如所示，透鏡10包括三個球形玻璃透鏡13、14和15；以及一個粘結的玻璃雙合透鏡11和12。透鏡10給出的優質彩色圖像在40lp/mm時的MTF大于50％。透鏡10接收來自表示為16的熒光屏曲面的圖像，并且將所述圖像傳送到觀察者的眼睛。由于透鏡及其曲面的數目的原因，透鏡10難以生產且費用昂貴。因為透鏡13和14很薄，所以它們在生產過程中易破碎，從而導致產量很低。

在21世紀前十年，開發出了與顯示器和屏幕一起使用的目鏡，如圖2所示。如所示，透鏡20包括玻璃透鏡21，塑料非球形透鏡22和塑料混合物(折射)透鏡23。還包括棱鏡，所述棱鏡由兩個玻璃板24和25構成，用于將從簾柵極26投射的光(light)與從另一個顯示器(未圖示)投射的光相結合。然而，透鏡20會引起諧波，該諧波將造成觀察者不可接受的重影。諧波是由于在折射透鏡處的入射角過陡導致的。

在2005年，Edmund開發出了一種與顯示器和屏幕一起使用的目鏡，如圖3所示。如所示，透鏡30包括玻璃透鏡32、33和34，以及塑料非球形透鏡34。還包括棱鏡，所述棱鏡由兩個玻璃板35和36構成，用于將從簾柵極37投射的光與從另一個顯示器(未圖示)投射的光相結合。在透鏡30中增加第四透鏡被證明是無用的。

在2007年，Northrup?Grumman設計了一種如圖4中所示的目鏡。如所示，透鏡40包括兩個玻璃雙合透鏡，其依序地被定位為第一雙合透鏡42和43，以及第二雙合透鏡44和45。還包括三個玻璃透鏡41、46和47。因此，透鏡40完全由玻璃物質形成。然而，透鏡46和47包括用于提供球面校正的非球面表面。透鏡40表現良好但是生產費用昂貴。透鏡具有大于50度的廣視場。但是，透鏡無法將從顯示器(未圖示)投射的圖像與從屏幕48投射的圖像相結合，所述圖像示出為朝向觀察者的眼睛投射的射線49(也表示為眼瞳49)。

對于小于40度的視場而言，玻璃雙合透鏡提供了一種節省成本的、具有良好圖像質量的目鏡/放大鏡。然而，當視場增大時，或者當添加了光束組合器時，目鏡/放大鏡變得更加復雜，使得透鏡具有五個或五個以上的部件。另外，目鏡/放大鏡需要多個用于球面校正的非球面。因此，這種目鏡/放大鏡造成設計復雜且昂貴，同時沒有良好的定影(fusing)能力。

如即將描述的，本發明提供了一種節省成本的目鏡/放大鏡，該目鏡/放大鏡可以將從顯示器投射的圖像與夜視鏡系統的物鏡投射的、直接形成在屏幕/簾柵極上的圖像相結合。所結合的圖像可以廣視場朝向觀察者投射。另外，目鏡/放大鏡可以由沒有平面、沒有非球面以及沒有折射面的單體透鏡形成。進一步，目鏡/放大鏡可以從平面或者曲面的屏幕投射廣視場。

發明內容