專利名稱：一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構。
背景技術：
當今頭盔顯示器在軍工領域得到了較為廣泛的應用。機載頭盔顯示器可以代替機載屏顯來顯示飛機儀表參數，使飛行員不用低頭看儀表，將注意力集中在前方。頭盔顯示器還可集成頭盔瞄準系統，顯示瞄準信息，使戰斗機飛行員先發制敵。頭盔顯示器的光學系統一般都包括像源、透鏡組和反射鏡，其中像源是一塊小型的顯示屏，像源發出的光線通過透鏡組，打到使用者眼前的反射鏡上，光線經反射鏡反射后進入人眼，從而讓使用者看到圖像。其中，像源和和透鏡組需要安裝在一個光學封裝結構中，并需要通過該結構來嚴格保證透鏡和像源的位置精度，否則會影響顯示質量。頭盔顯示器的光學系統可分為同軸系統和離軸系統兩種，同軸系統中各透鏡的光軸共線，而離軸系統中各透鏡的光軸不共線。同軸系統設計較為簡單，加工相對簡便，但是結構尺寸較大，重量較重。離軸系統設計較為復雜，加工困難，但是尺寸小，重量輕，可達到更好的成像質量，是當前頭盔顯示器發展的趨勢。然而，由于離軸光學系統中的光學透鏡軸線不重合，透鏡排列不規則，因此其封裝結構的形狀也不規則，這樣的結構難以加工，難以設置合適的加工基準和測量基準，常需要5軸加工中心才能加工，且加工精度難以保證，光學透鏡的定位精度也就難以保證，從而影響了顯示質量。因此，光學封裝結構的設計與加工是離軸光學系統的一個難點。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在的問題提供一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其目的是提高離軸光學系統的透鏡位置精度，保證顯示質量。本發明的技術方案是該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構包括由前部殼體、中部殼體和后部殼體三部分依次連接組成的殼體，所述的前部殼體的其中一個面是完全敞開的,并通過殼體蓋板封閉,所述的后部殼體的端部通過后部殼體封閉；所述的前部殼體內安裝有第一透鏡和第二透鏡，且第一透鏡和第二透鏡端部的平面作為裝配定位面，與前部殼體的內壁貼合，對第一透鏡和第二透鏡垂直于光軸的方向進行定位；所述的前部殼體的底部設有安裝第一透鏡和第二透鏡的定位槽，對第一透鏡和第二透鏡沿光軸方向進行定位；所述的中部殼體內安裝有第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡，且第四透鏡和第五透鏡的光軸共線，與第三透鏡不共線，所述的第三透鏡通過第三透鏡壓圈壓緊固定，所述的第四透鏡和第五透鏡通過第五透鏡壓圈一起壓緊固定，且第四透鏡和第五透鏡之間安裝有保證兩透鏡之間距離的透鏡墊塊；所述的后部殼體內安裝有像源，并通過殼體后蓋將像源蓋在后部殼體內。所述的第一透鏡和第二透鏡為方形，且第一透鏡、第二透鏡與前部殼體之間設有用于將第一透鏡和第二透鏡壓緊的彈性壓緊片；所述的殼體蓋板設有對第一透鏡和第二透鏡進行定位、壓緊的定位槽。所述的第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡均為圓形，中部殼體是與第三透鏡、第四透鏡和第五透鏡外形相配合的圓形，且中部殼體上安裝第三透鏡的一段軸線與安裝第四透鏡和第五透鏡的一段軸線不共線。所述的像源的安裝位置與安裝角度通過后部殼體的機加工精度保證。所述的像源采用OLED屏或者是IXD屏或者是CRT屏。所述的彈性壓緊片的材料為玻璃纖維片或者是尼龍片。具有上述結構的該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構對離軸光學系統的透鏡和像源固定可靠，透鏡位置精度高，提高顯示質量，并且像源位置可微調，結構可加工性好，易于實現，具有良好的應用前景。
下面結合附圖對本發明作進一步說明圖I為本發明的立體結構示意圖。圖2為本發明的主視結構示意圖。圖3為本發明的俯視結構示意圖。圖4為圖2所示結構的A-A方向的剖視圖。 圖5為圖3所示結構的B-B方向的剖視圖。在圖1-5中，I :第一透鏡；2 :第二透鏡；3 :彈性壓緊片；4 :第三透鏡；5 :第四透鏡；6 :第五透鏡；7 :像源；8 :前部殼體；9 :殼體蓋板；10 :第三透鏡壓圈；11 :中部殼體；12 透鏡墊塊；13 :第五透鏡壓圈；14 :調整墊片；15 :后部殼體；16 :殼體后蓋。
具體實施例方式由圖1-5所示結構結合可知，該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構包括I個像源、5片透鏡及封裝外殼結構零件若干。封裝外殼結構由硬鋁合金加工而成，透鏡中2片透鏡加工為方形，3片為圓形。透鏡的封裝外殼結構由三段殼體拼接而成，三段殼體分別對方形透鏡、圓形透鏡和像源進行封裝，通過封裝外殼的結構特性來保證鏡片和像源的位置精度，并由殼體零件的機加工精度來保證這三段殼體零件之間的裝配精度。其中，封裝像源的殼體可通過調整墊片來對其位置進行微調，從而對像源的位置進行微調。該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構的具體結構為該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構包括由前部殼體8、中部殼體11和后部殼體15三部分依次連接組成的殼體，前部殼體8的其中一個面是完全敞開的，并通過殼體蓋板9封閉，后部殼體15的端部通過后部殼體16封閉；前部殼體8內安裝有第一透鏡I和第二透鏡2，且第一透鏡I和第二透鏡2端部的平面作為裝配定位面，與前部殼體8的內壁貼合，對第一透鏡I和第二透鏡2垂直于光軸的方向進行定位；前部殼體8的底部設有安裝第一透鏡I和第二透鏡2的定位槽，對第一透鏡I和第二透鏡2沿光軸方向進行定位；第一透鏡I和第二透鏡2為方形，且第一透鏡I、第二透鏡2與前部殼體8之間設有用于將第一透鏡I和第二透鏡2壓緊的彈性壓緊片3且彈性壓緊片3的材料為非金屬材料，如玻璃纖維片或者是尼龍片；殼體蓋板9設有對第一透鏡I和第二透鏡2進行定位、壓緊的定位槽。中部殼體11內安裝有第三透鏡4、第四透鏡5和第五透鏡6，且第四透鏡5和第五透鏡6的光軸共線，與第三透鏡4不共線，且成一定角度；第三透鏡4通過第三透鏡壓圈10壓緊固定，第四透鏡5和第五透鏡6通過第五透鏡壓圈13 —起壓緊固定，且第四透鏡5和第五透鏡6之間安裝有保證兩透鏡之間距離的透鏡墊塊12 ;第三透鏡4、第四透鏡5和第五透鏡6均為圓形，中部殼體11是與第三透鏡4、第四透鏡5和第五透鏡6外形相配合的圓形，且中部殼體11上安裝第三透鏡4的一段軸線與安裝第四透鏡5和第五透鏡6的一段軸線不共線，因此，中部殼體11兩端安裝透鏡的圓孔也成一定角度，加工時需使用工裝夾具或利用四軸數控機床加工。后部殼體15內安裝有像源7，并通過殼體后蓋16將像源7蓋在后部殼體15內，像源7的安裝位置與安裝角度通過后部殼體15的機加工精度保證，像源7采用OLED屏或者是LCD屏或者是CRT屏，盡管這些屏的結構有較大不同，與后部殼體15的安裝結構需做相應改動，但都可通過后部殼體15來保證其安裝精度。 中部殼體11與前部殼體8、后部殼體15之間通過螺釘連接，其間的裝配精度通過軸孔配合來保證。由于殼體11外形為圓柱面，可由車削加工完成，由此可保證其兩端的同軸度和配合公差，而前部殼體8和后部殼體15上與中部殼體11配合的圓柱面需通過工裝車削加工或數控銑削加工。中部殼體11與后部殼體15間墊有調整墊片14，調整墊片14為厚度O. 2mm的不銹鋼薄片，可通過增減調整墊片14的數量來微調中部殼體11與后部殼體15之間的相對位置，從而微調像源7與第五透鏡6之間的相對位置。前部殼體8、中部殼體11與后部殼體15的材料都為硬鋁合金，例如7075、2024等，可以保證結構強度，并且重量輕，易于加工。該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構對離軸光學系統的透鏡和像源固定可靠，透鏡位置精度高，提高顯示質量，并且像源位置可微調，結構可加工性好，易于實現，具有良好的應用前景。
權利要求
1.一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的光學系統封裝結構包括由前部殼體(8 )、中部殼體(11)和后部殼體(15 )三部分依次連接組成的殼體，所述的前部殼體(8)的其中一個面是完全敞開的，并通過殼體蓋板(9)封閉，所述的后部殼體(15)的端部通過后部殼體(16)封閉； 所述的前部殼體(8)內安裝有第一透鏡(I)和第二透鏡(2)，且第一透鏡(I)和第二透鏡(2)端部的平面作為裝配定位面，與前部殼體(8)的內壁貼合，對第一透鏡(I)和第二透鏡(2)垂直于光軸的方向進行定位；所述的前部殼體(8)的底部設有安裝第一透鏡(I)和第二透鏡(2)的定位槽，對第一透鏡(I)和第二透鏡(2)沿光軸方向進行定位； 所述的中部殼體(11)內安裝有第三透鏡(4)、第四透鏡(5)和第五透鏡(6)，且第四透鏡(5)和第五透鏡(6)的光軸共線，與第三透鏡(4)不共線，所述的第三透鏡(4)通過第三透鏡壓圈(10)壓緊固定，所述的第四透鏡(5)和第五透鏡(6)通過第五透鏡壓圈(13)—起壓緊固定，且第四透鏡(5)和第五透鏡(6)之間安裝有保證兩透鏡之間距離的透鏡墊塊(12); 所述的后部殼體(15)內安裝有像源(7)，并通過殼體后蓋(16)將像源(7)蓋在后部殼體(15)內。
2.根據權利要求I所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的第一透鏡(I)和第二透鏡(2)為方形，且第一透鏡(I)、第二透鏡(2)與前部殼體(8)之間設有用于將第一透鏡(I)和第二透鏡(2)壓緊的彈性壓緊片(3);所述的殼體蓋板(9)設有對第一透鏡(I)和第二透鏡(2)進行定位、壓緊的定位槽。
3.根據權利要求I或2所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的第三透鏡(4)、第四透鏡(5)和第五透鏡(6)均為圓形，中部殼體(11)是與第三透鏡(4)、第四透鏡(5)和第五透鏡(6)外形相配合的圓形，且中部殼體(11)上安裝第三透鏡(4)的一段軸線與安裝第四透鏡(5)和第五透鏡(6)的一段軸線不共線。
4.根據權利要求3所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的像源(7)的安裝位置與安裝角度通過后部殼體(15)的機加工精度保證。
5.根據權利要求4所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的像源(7)采用OLED屏。
6.根據權利要求4所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的像源(7)采用IXD屏。
7.根據權利要求4所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的像源(7)采用CRT屏。
8.根據權利要求5-7任一項權利要求所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的彈性壓緊片(3)的材料為玻璃纖維片。
9.根據權利要求5-7任一項權利要求所述的一種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，其特征在于所述的彈性壓緊片(3)的材料為尼龍片。
全文摘要
本發明公開了一種該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構，包括1個像源、5片透鏡及封裝外殼，封裝外殼結構由硬鋁合金加工而成，透鏡中2片透鏡加工為方形，3片為圓形，透鏡的封裝外殼結構由三段殼體拼接而成，三段殼體分別對方形透鏡、圓形透鏡和像源進行封裝，通過封裝外殼的結構特性來保證鏡片和像源的位置精度，并由殼體零件的機加工精度來保證這三段殼體零件之間的裝配精度，其中，封裝像源的殼體可通過調整墊片來對其位置進行微調，從而對像源的位置進行微調。具有上述特殊結構的該種用于頭盔顯示器的光學系統封裝結構對離軸光學系統的透鏡和像源固定可靠，透鏡位置精度高，提高顯示質量，并且像源位置可微調。
文檔編號G02B7/02GK102967939SQ20121044206
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者蔡慶楠, 楊新軍, 謝松林, 藍景恒, 田永明, 陳國勝 申請人:中航華東光電有限公司