[發(fā)明專利]投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)及其投影物鏡、應(yīng)用該系統(tǒng)的頭盔顯示裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010242950.7
• 申請日: 2010-08-03
• 公開（公告）號: CN101907764A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范長江;任志君;應(yīng)朝福;王輝
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/18;G02B5/18;G02B27/18;G02B27/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計一種投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)的投影物鏡，本發(fā)明還涉及一種投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的頭盔顯示裝置。

背景技術(shù)

投影式頭盔顯示器(Head?Mounted?Progective?Displays，HMPDs)是一種新型頭盔顯示器，能夠在虛假現(xiàn)實及增強(qiáng)現(xiàn)實環(huán)境下給出真實物體和虛擬物體的正確“閉塞”，把信息限制在特定空間，實現(xiàn)多用戶環(huán)境下互補(bǔ)干擾等效果。與以目鏡為基礎(chǔ)的頭盔顯示器相比，該系統(tǒng)可獲得小的體積和質(zhì)量，大的視場以及小的光學(xué)畸變。

圖1為現(xiàn)有的一種投影式頭盔顯示器的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。

請參考圖1，投影式頭盔顯示器的光學(xué)系統(tǒng)包括微顯示器2、投影物鏡3、分光鏡5、以及逆反射屏4。微顯示器2和分光鏡5分設(shè)于投影物鏡3的光軸上，并位于投影物鏡3兩側(cè)，分光鏡5的分光面與所述投影物鏡3的光軸成45°角設(shè)置。逆反射屏4設(shè)置于與投影物鏡3的光軸垂直的軸上，分光鏡5的分光面也同時與該軸呈45°角。

工作時，微顯示器2上的圖像經(jīng)過投影物鏡3后成像，所成的像經(jīng)分光鏡5的轉(zhuǎn)像作用，該像被投射在投影像1的位置。而由于逆反射屏4的反射，成像的光線又被反射回分光鏡5，并透過分光鏡5到達(dá)出瞳6處。在出瞳6處觀察即可看到微顯示器顯示的圖像了。

圖2為上述的投影式頭盔顯示器的光學(xué)系統(tǒng)的一種投影物鏡的示意圖。如圖2所示，所述投影物鏡由物面至像面方向依次包括第一正透鏡3-1、第二正透鏡3-2、第一負(fù)透鏡3-3，第二負(fù)透鏡3-8、第四正透鏡3-6和第五正透鏡3-7。其中，上述所有透鏡的光軸同軸。所述第一正透鏡3-1和第二正透鏡3-2為彎月形，凸起面朝向物面，所述第一負(fù)透鏡3-3也為彎月形，凸起面朝向物面。所述第一負(fù)透鏡3-3和第二正透鏡3-2之間具有空氣間隙。所述第二負(fù)透鏡3-8為雙膠合透鏡，其凸起面朝向像面一側(cè)，包括一負(fù)透鏡3-4和一正透鏡3-5。所述第四正透鏡3-6為彎月形透鏡，其凸起面也朝向像面一側(cè)。所述第五正透鏡3-7為雙凸透鏡。

上述的投影物鏡為單純的折射投影系統(tǒng)，而且包含多片透鏡，使得整個投影物鏡的體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有必要對其進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種應(yīng)用于投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)的投影物鏡，本發(fā)明的投影物鏡結(jié)構(gòu)較為簡單，體積較小。本發(fā)明還提供一種投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)及應(yīng)用該系統(tǒng)的頭盔顯示裝置。

本發(fā)明提供的一種用于投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)的投影物鏡，包括依次設(shè)置的、同光軸的第一折射透鏡、第二折射透鏡、第三折射透鏡和第四折射透鏡；所述四個折射透鏡之間具有間隙；

在所述第二正透鏡和第三正透鏡之間還設(shè)置有衍射元件。

可選的，所述四個折射透鏡均為彎月形正透鏡；

且所述第一折射透鏡和第二折射透鏡的凹形面朝向相同，所述第三折射透鏡和第四折射透鏡的凹形面朝向相同，且所述第一折射透鏡、第二折射透鏡的凹形面與第三折射透鏡、第四折射透鏡的凹形面相對設(shè)置。

可選的，所述折射透鏡之間的間隙為空氣或其介質(zhì)。

優(yōu)選的，所述衍射元件為單層衍射元件或雙層衍射元件，

優(yōu)選的，所述衍射元件為雙層衍射元件；

所述雙層衍射元件包括一側(cè)設(shè)置有周期性凸凹微雕結(jié)構(gòu)的第一透射元件和第二透射元件；兩透射元件的凸凹微雕結(jié)構(gòu)具有相同的凸凹周期；

所述第一透射元件和第二透射元件設(shè)置有凸凹微雕結(jié)構(gòu)一側(cè)相對設(shè)置，且兩微雕結(jié)構(gòu)的凸起與凸起相對，凹陷與凹陷相對。

可選的，所述第一透射元件和第二透射元件的與凸凹微雕結(jié)構(gòu)相對的一側(cè)面為平面、球面或者非球面弧形面。

可選的，

第一透射元件的凹陷深度：

第二透射元件的凹陷深度：

其中，n₁(λ₀₁)和n₁(λ₀₂)所述第一透射元件在設(shè)計波長分別為λ₀₁和λ₀₂時的折射率；n₂(λ₀₁)和n₂(λ₀₂)所述第二透射元件在設(shè)計波長分別為λ₀₁和λ₀₂時的折射率；k₀₁和k₀₂為波數(shù)。

可選的，所述第一透射元件和第二透射元件的材質(zhì)分別為FCD₁和FD₆。