專利名稱：基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光學技術領域，特別是光學系統(tǒng)和器件設計領域，適用于虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實領域。
背景技術：
頭藍顯示器(Head Mounted Display,簡稱HMD)分為半投型與全投型,它能將小型ニ維顯示器所產(chǎn)生的圖像經(jīng)由光學系統(tǒng)放大，將準直圖像顯示到無窮遠或是足夠遠的地方，成幾米之外數(shù)十米的屏幕效果。由于頭戴顯示裝置安裝在觀察者的頭部，因此它必須緊湊和輕量化，以減輕觀察者的負載。隨著觀察視場的増加，觀察范圍也會増加，觀察者才能更全神貫注的觀察優(yōu)質的動態(tài)圖像。對于頭戴顯示器系統(tǒng)而言，大視場也是相當重要的。光 學系統(tǒng)的視場、出瞳直徑，焦距三者之間是相互制約的關系，同時達到大視場、大出瞳直徑和短焦距相當困難。頭盔顯示器的種類很多，在結構上能實現(xiàn)最小輕量化的一般利用自由曲面棱鏡的類型，由于自由曲面的加工難度較大，而且集合于ー個棱鏡上，使用加工基準難以確定，最終加工誤差較大。美國專利Pat. No. 5，959，780 和 6，292，301，利用自由曲面棱鏡(Free-Formsurface Prism,FFSM)改進HMD光學系統(tǒng)，解決了光學系統(tǒng)對視場角、出瞳距離的要求與小型輕量化之間的矛盾。但由于FFSM光學系統(tǒng)僅使用ー種玻璃材料，無法校正色差，實現(xiàn)寬波段顯示。中國專利CN 102012563A公開了一種基于自由曲面棱鏡的頭藍顯不器光學系統(tǒng)，其在FFSM的基礎上引入ニ元光學元件，解決了ー種玻璃無法校正色差的問題。但是，F(xiàn)FSM的加工本身就非常困難，如果再引入ニ元光學面，則加工起來極其困難，或者成本成倍増カロ，甚至無法實現(xiàn)。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題就是針對以上現(xiàn)在技術的不足，提供一種基于球面棱鏡的頭戴顯示器光學系統(tǒng)，可實現(xiàn)彩色顯示，能有效校正像差提高像質，適合虛擬現(xiàn)實或増加現(xiàn)實的頭戴顯示器光學系統(tǒng)。本實用新型基于球面棱鏡的頭戴顯示器光學系統(tǒng)至少由ー個球面棱鏡、ー塊球面透鏡、ー塊微型顯示器組成，微型顯示器所發(fā)出的光依次經(jīng)過球面透鏡、球面棱鏡后準直入射到人眼瞳孔中，從人眼瞳孔處到微型顯示器方向來看，光依次經(jīng)過球面棱鏡的第一表面、第二表面、第一表面、第三表面，再進入球面透鏡的第一表面、第二表面，最后到達微型顯示器；球面棱鏡第一表面為凹面形狀的透射面；球面棱鏡第二表面為凹面形狀的反射面，起放大圖像的作用，外側鍍有反射層；球面棱鏡第三表面為凹面形狀的透射面；球面透鏡為單透鏡；球面棱鏡與球面透鏡的各個光學面均為球面。作為本實用新型的進ー步改進，所述的微型顯示器為O. 59至O. 63英寸的微型顯示器。作為本實用新型的進ー步改進，所述的微型顯示器為有機電致發(fā)光顯示器。作為本實用新型的進ー步改進，所述的球面棱鏡，從人眼瞳孔處到微型顯示器方向來看，光從球面棱鏡第二表面到達第一表面后全部發(fā)生全反射。作為本實用新型的進ー步改進，所述的球面棱鏡的三個球面均兩兩不同心。作為本實用新型的進ー步改進，所述的球面棱鏡所使用材料為PMMA (聚甲基丙烯酸甲酷)或PS (聚苯こ烯)。作為本實用新型的進ー步改進，所述的球面透鏡所使用的材料與球面棱鏡的不同，為光學玻璃。作為本實用新型的進ー步改進，當像面位于無窮遠時，頭盔顯示器的角分辨率為
權利要求1.一種基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其至少由ー個球面棱鏡、ー塊球面透鏡、ー塊微型顯示器組成，微型顯示器所發(fā)出的光依次經(jīng)過球面透鏡、球面棱鏡后準直入射到人眼瞳孔中，其特征在于，從人眼瞳孔處到微型顯示器方向來看，光依次經(jīng)過球面棱鏡的第一表面、第二表面、第一表面、第三表面，再進入球面透鏡的第一表面、第二表面，最后到達微型顯示器，所述球面棱鏡第一表面為凹面形狀的透射面；球面棱鏡第二表面為凹面形狀的反射面，外側鍍有反射層；球面棱鏡第三表面為凹面形狀的透射面；球面透鏡為單透鏡；球面棱鏡與球面透鏡的各個光學面均為球面。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的微型顯示器為有機電致發(fā)光顯示器。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的微型顯示器為O. 59至O. 63英寸的微型顯示器。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的球面棱鏡，從人眼瞳孔處到微型顯示器方向來看，光從球面棱鏡第二表面到達第一表面后全部發(fā)生全反射。
5.根據(jù)權利要求I至4任一項所述的基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述球面透鏡的第一表面與第二表面不同心。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其特征在于，所述的球面棱鏡的三個球面均兩兩不同心。
專利摘要一種基于球面棱鏡的頭戴顯示器的光學系統(tǒng)，其至少由一個球面棱鏡、一塊球面透鏡、一塊微型顯示器組成，微型顯示器所發(fā)出的光依次經(jīng)過球面透鏡、球面棱鏡后準直入射到人眼瞳孔中，從人眼瞳孔處到微型顯示器方向來看，光依次經(jīng)過球面棱鏡的第一表面、第二表面、第一表面、第三表面，再進入球面透鏡的第一表面、第二表面，最后到達微型顯示器，球面棱鏡第一表面為凹面形狀的透射面；球面棱鏡第二表面為凹面形狀的反射面，起放大圖像的作用，外側鍍有反射層；球面棱鏡第三表面為凹面形狀的透射面；球面透鏡為單透鏡；球面棱鏡與球面透鏡的各個光學面均為球面。本實用新型的優(yōu)點在于所有光學元件的表面均使用球面，容易加工，節(jié)約加工時間與成本。
文檔編號G02B27/01GK202661715SQ201220284630
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2012年6月15日
發(fā)明者藍景恒, 董戴, 陳國勝, 楊新軍, 田永明 申請人:中航華東光電有限公司