一种头盔显示器的光学系统

摘要

本发明为一种头盔显示器的光学系统，涉及一种轻型、紧凑和像差校正良好的可调焦光学系统，可以作为透视式头盔显示设备的目视光学系统。该目视光学系统包括一组目镜和一个组合棱镜结构。该目镜中至少包含一个透射元件。该组合棱镜结构中至少有一个面为凹反射面，至少有一个面为半反半透光学面，至少在光学面之间发生两次反射，在光学面之间的空间所充满介质折射率大于1。该目视光学系统以微型液晶显示器为像面显示设备，可以将由内部通道图像源经过该目视光学系统所成的图像和外部世界图景融合，使所述图像成像于观察者观察方向无穷远处，且可调焦到距观察者有限距离处。本发明具有的优点：系统紧凑、像差校正良好、光能利用率高，同时可进行较大范围调焦。

主权项

1. 一种头盔显示器的光学系统，包括：目镜和组合棱镜结构，微型显示器(1)作为内部图像源显示设备，目镜(13)中光学元件与微型显示器(1)共轴，从微型显示器(1)出射的光线首先通过目镜(13)的透射面，并通过组合棱镜结构(16)的靠近微型显示器的入射光学平面(5)进入组合棱镜结构(16)，穿过组合棱镜结构中的半反半透光学面(6)后由凹面反射面(7)反射，反射的光线再由组合棱镜结构中的半反半透光学面(6)反射，并通过靠近观察者的出射平面(8)进入观察者的瞳孔，目镜(13)中至少包含一个透射元件，组合棱镜结构(16)由组合棱镜结构的第一光学元件(11)和组合棱镜结构的第二光学元件(12)构成，组合棱镜结构的第一光学元件(11)由靠近微型显示器的入射光学平面(5)、外部光线的入射面(10)以及组合棱镜结构中的半反半透光学面(6)所组成，组合棱镜结构的第二光学元件(12)由上述组合棱镜结构中的半反半透光学面(6)、凹面反射面(7)和靠近观察者的出射平面(8)所组成，在光学面之间的空间所充满的介质的折射率大于1，组合棱镜结构中的半反半透光学面(6)与凹面反射面(7)顶点切线的夹角为45°；所述头盔显示器的光学系统将由内部通道图像源经过目镜(13)和组合棱镜结构(16)所成图像成像于观察者观察方向无穷远处，且可调焦到距观察者有限距离处，与外部世界中距观察者不同距离的物体进行匹配，进而实现图像融合，头盔显示器的光学系统的水平视场为±18°，垂直视场为±13.5°，最小角分辨率是1.015毫弧度，畸变不大于1％，其特征在于：微型显示器(1)与组合棱镜结构(16)之间的直线距离为28.45mm，组合棱镜结构(16)到出瞳(9)之间的直线距离即光学系统的出瞳距离为25mm，组合棱镜结构(16)的设计尺寸为36×36×40mm3。