專利名稱：自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡及其出射光軸平行度的調(diào)整機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡及其出射光軸平行度的調(diào) 整機構(gòu)。
2背景技術(shù)：
目前，在眼鏡顯示器及其同類產(chǎn)品中廣泛使用一種較為標準式的光學(xué)系 統(tǒng)。如圖2示，該標準式的光學(xué)系統(tǒng)由下列光學(xué)件組成凸透鏡D、凹面鏡 B和半透半反射鏡C。其工作原理是將顯示器芯片A顯示的圖像的光線先 射到半透半反射鏡C上，再折轉(zhuǎn)9()G射到鍍有反射膜的凹面鏡B上，而光線 反射回并通過半透半反射鏡C和凸透鏡D到觀察者的眼睛。該光學(xué)系統(tǒng)主要
的缺點有如下幾點1)、成像質(zhì)量差，主要是光的路線長光能損失大，色差、 畸變大；2)、光學(xué)件多，加工工序長，尤其是半透半反射鏡鍍一層半透半反 射膜，技術(shù)難度大，生產(chǎn)效率低，廢品多，成本高，經(jīng)濟效益差；3)、光學(xué) 系統(tǒng)長，裝在眼鏡顯示器中，使體積增大，佩戴在觀察者頭上，使鼻部壓力 大，易造成疲倦。 '
另外，目前同類眼鏡顯示器的左、右目視光學(xué)系統(tǒng)的出射光軸的平行度， 靠結(jié)構(gòu)尺寸保證，未設(shè)計平行度的調(diào)整機構(gòu)，因此在產(chǎn)品裝配中，對左、右 目視光學(xué)系統(tǒng)出射光軸的平行度，很難保證，直接影響了觀察的效果。
3
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，它能縮短 光程，使產(chǎn)品外形縮??；減小色差和畸變等像差，可提高圖像的質(zhì)量；光學(xué) 件少，重量輕，安裝在眼鏡顯示器時方便佩戴和調(diào)整。
本發(fā)明的另一目的是提供自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡出射光軸 平行度的調(diào)整機構(gòu)，它可以保證目視光學(xué)棱鏡由出射光軸平行度公差數(shù)值， 結(jié)構(gòu)簡單。
本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)
的
一種自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，它包括入射面、出射面、反
射面，所述的入射面是平面，實現(xiàn)光線入射到目視光學(xué)棱鏡內(nèi)；所述的
出射面是球面，將從入射面進入目視光學(xué)棱鏡的光線全反射到反射面上;
所述的反射面是自由曲面，反射面出射面射過來的光線再反射回出射面， 最后由出射面折射出去會聚到瞳孔，從瞳孔處可以看到目視光學(xué)棱鏡形 成的放大圖像。
上述所述的反射面是由三條空間曲線構(gòu)成的自由曲面。
上述所述的入射面、出射面、反射面之間的相對位置及反射面的面形特 征,具有特定的關(guān)系和參數(shù)，并且組成了放大圖像和校正本系統(tǒng)的各種像差的 特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)體系。
上述所述的目視光學(xué)棱鏡是由折射率大于1的塑料注塑成型。
上述所述的目視光學(xué)棱鏡也可是由折射率大于1的玻璃材料制造。
上述所述的自由曲面外表面鍍反射膜。
上述所述，它還包括兩相互平行的平面，所述平面的頂部各設(shè)置有凸臺， 凸臺頂面上設(shè)有轉(zhuǎn)軸。
本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡出射光軸平行度的調(diào)整機構(gòu)
是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的它包括用于裝目視光學(xué)棱鏡的支架、調(diào)整螺 釘、目視光學(xué)棱鏡上部的兩個凸臺和兩個凸臺頂面上的轉(zhuǎn)軸，目視光學(xué)棱鏡 由支架下部裝入，調(diào)整螺釘擰入支架上，并壓住目視光學(xué)棱鏡，以達到調(diào)整 出射光軸平行度的目的。
本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下 優(yōu)點1)、本發(fā)明由入射面、出射面、發(fā)射面組成一個特殊的目視光學(xué)棱鏡， 其中出射面和反射面分別是球面和自由曲面，所以它能消除微型顯示器芯片 顯示圖像的色差和畸變等像差，又由于出射面是全反射的，所以光能損失小， 成像質(zhì)量清晰；2)、縮短光程，使產(chǎn)品外形縮?。?)、本發(fā)明是一塊塑料光 學(xué)棱鏡，使產(chǎn)品的重量減輕，便于佩戴；4)、光學(xué)零件數(shù)目小，結(jié)構(gòu)形狀簡 單，利于裝配；5)、瞳孔距長，便于觀察；6)、放大率大，利于觀察虛擬的 圖像；7)、加工工藝為一次注塑成型、效率高、廢品少、成本低、經(jīng)濟效益 好；8)、在產(chǎn)品裝配中，調(diào)整簡單，易保證光軸出射平行度公差數(shù)值。
本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡出射光軸平行度的調(diào)整機構(gòu) 與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點1)、在產(chǎn)品裝配中，調(diào)整簡單，易保證光軸 出射平行度公差數(shù)值；2)、結(jié)構(gòu)簡單，固結(jié)方便可靠。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的說明 圖(l)是眼鏡顯示器的結(jié)構(gòu)示意圖(2)是傳統(tǒng)的眼鏡顯示器應(yīng)用的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖(3)是本發(fā)明目視光學(xué)棱鏡的光學(xué)原理圖； 圖(4)是表示本發(fā)明目視光學(xué)棱鏡的發(fā)射面的立體形狀圖； 圖(5)是表示本發(fā)明目視光學(xué)棱鏡的出射面的立體形狀圖； 圖(6)是表示本發(fā)明安裝目鏡光學(xué)棱鏡的支架的右邊結(jié)構(gòu)示意圖； 圖(7)是表示本發(fā)明目視光學(xué)棱鏡的出射光軸平行度調(diào)整機構(gòu)示意圖； 圖(8)是表示本發(fā)明安裝在目視光學(xué)棱鏡的眼鏡顯示器的光度平行度示 意圖(9)是表示本發(fā)明眼鏡架的結(jié)構(gòu)示意圖。 S具體實施例方式
如圖(3)、圖(4)、圖(5)、圖(6)所示，本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視 光學(xué)棱鏡包括入射面l，出射面2，反射面3，平面4和平面5，平面4和平 面5互相平行的，使用時，眼鏡顯示器中微型顯示器芯片12與目視光學(xué)棱鏡 的入射面1設(shè)計一傾斜角度，在設(shè)計目視光學(xué)棱鏡時，要保證入射面1、出 射面2、反射面3之間的相對位置關(guān)系的尺寸參數(shù)及反射面3的特征參數(shù)， 組成能放大圖像和校正本系統(tǒng)的各種像差(如色差、畸變等)的特殊光學(xué)結(jié) 構(gòu)體系。所述顯示器芯片12顯示的圖像的光線經(jīng)過入射面1后到出射面2 的表面全反射到反射面3上，由反射面3反射并通過出射面2折射到瞳孔A 處形成一個放大的清晰圖像供觀察者觀看。目視光學(xué)棱鏡可以是由折射率大 于1的塑料注塑成型，也可以是由折射率大于1的玻璃材料制造。反射面3 外表面鍍有反射膜。平面4和平面5的頂部個設(shè)置有凸臺6，凸臺6上設(shè)有 轉(zhuǎn)軸7。反射面3是由三條空間曲線構(gòu)成的自由曲面。目視光學(xué)棱鏡，它完 全可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的同類光學(xué)系統(tǒng)的作用，而且有其獨特之處。
如圖(7)示，本發(fā)明的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡出射光軸平行 度的調(diào)整機構(gòu)包括用于裝目視光學(xué)棱鏡的支架8、調(diào)整螺釘ll、目視光學(xué)棱 鏡上部的兩個凸臺6和兩個凸臺頂面上的轉(zhuǎn)軸7。使用時，首先將目鏡光學(xué) 棱鏡裝入支架8下部，用二個調(diào)整螺釘11擰入支架8上，其調(diào)整出螺釘頭內(nèi) 端面壓住目視光學(xué)棱鏡的凸臺6下面，并保證支架8和目4見光學(xué)棱鏡的結(jié)合
處留有一定間隙，當轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘11時，使目視光學(xué)棱鏡繞轉(zhuǎn)軸7前后擺動， 使其光軸O和01向上或向下擺動一個A 0角，這樣就可以達到光軸O和 Ol的平行度技術(shù)要求，如圖(8)示。調(diào)好后，在注膠孔13中注膠固結(jié)，如 圖(6)示。
如圖9所示，將二塊目視光學(xué)棱鏡從下面裝入支架8的槽14和槽15里 面，而微型顯示器芯片12由支架8上部裝入槽14、槽15里面，這樣就組成 一個完整的雙目視光學(xué)系統(tǒng)組件，而后通過螺釘孔17將組件固定在眼鏡顯示 器的本體上，即構(gòu)成一個完整的產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于它包括入射面(1)、出射面(2)、反射面(3)，所述的入射面(1)是平面，實現(xiàn)光線入射到目視光學(xué)棱鏡內(nèi)；所述的出射面(2)是球面，其將從入射面(1)進入目視光學(xué)棱鏡的光線全反射到反射面(3)上；所述的反射面(3)是自由曲面，反射面(3)將出射面(2)射過來的光線再反射回出射面(2)，最后由出射面(2)折射出去會聚到瞳孔(A)，從瞳孔(A)處可以看到目視光學(xué)棱鏡形成的放大圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于-反射面(3)是由三條空間曲線構(gòu)成的自由曲面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于入射面(l)、出射面(2)、反射面(3)之間的相對位置及反射面的面形特征，具 有特定的關(guān)系和參數(shù)，并且組成了放大圖像和校正本系統(tǒng)的各種像差的 特殊的光學(xué)結(jié)構(gòu)體系。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于它是由折射率大于1的光學(xué)塑料注塑成型。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于它是由折射率大于1的玻璃材料制造。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于反射面(3)外表面鍍反射膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡，其特征在于它還包括兩相互平行的平面(4)和平面(5)，平面(4)和平面(5)的 頂部各設(shè)置有凸臺(6)，凸臺(6)頂面上設(shè)有轉(zhuǎn)軸(7)。
8、 一種調(diào)整上述自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡出射光軸平行度的調(diào)整機構(gòu)，其特征在于它包括用于裝目視光學(xué)棱鏡的支架(8)、調(diào)整螺釘(ll)、 目視光學(xué)棱鏡上部的兩個凸臺(6)和兩個凸臺頂面上的轉(zhuǎn)軸(7)，目視 光學(xué)棱鏡由支架(8)下部裝入，調(diào)整螺釘(11)擰入支架(8)上，并 壓住目視光學(xué)棱鏡。
全文摘要
一種自由曲面全反射式的目視光學(xué)棱鏡及其出射光軸平行度的調(diào)整機構(gòu)，該目視光學(xué)棱鏡包括為一平面的入射面、球面形狀的出射面和為自由曲面的反射面，入射面實現(xiàn)光線入射到目視光學(xué)棱鏡內(nèi)；出射面將從入射面進入目視光學(xué)棱鏡的光線全反射到反射面上；反射面將出射面射過來的光線再反射回出射面，最后由出射面折射出去會聚到瞳孔，從瞳孔處可以看到目視光學(xué)棱鏡形成的放大圖像，該調(diào)整機構(gòu)它包括支架、調(diào)整螺釘、目視光學(xué)棱鏡上部的兩個凸臺和兩個凸臺頂面上的轉(zhuǎn)軸，目視光學(xué)棱鏡由支架下部裝入，調(diào)整螺釘擰入支架上，并壓住目視光學(xué)棱鏡。它光能損失小，成像質(zhì)量清晰，重量輕，便于佩戴，光學(xué)零件數(shù)目小，結(jié)構(gòu)形狀簡單，利于裝配，調(diào)整簡單。
文檔編號G02B5/04GK101097293SQ200610036139
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者賈懷昌 申請人:賈懷昌