專利名稱：防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學系統，具體是一種頭盔顯示器的光學系統。
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 型二維顯示器所產生的圖像經由光學系統放大，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。隨著觀察視場的增加，觀察范圍也會增加，觀察者才能更全神貫注的觀察優質的動態圖像。對于頭戴顯示器系統而言，大視場也是相當重要的。光學系統的視場、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。1968年世界上第一個真正意義上的頭盔顯示器為軍用頭盔顯示器，即美國ARPA信息處理技術辦公室主任Ivan Sutherland開發的“達摩克里斯之劍”頭盔顯示器。原先主要為戰機和戰車駕駛員配備，而現在，無論是戰斗機、直升機還是單兵所戴的頭盔不單是保護裝置，飛速發展的科技技術將多種功能凝聚在頭盔里，使其成為幫助使用者操縱飛機、瞄準、獲取地圖信息等設備的得力助手，是使用者與其武器、基地之間的重要紐帶。另外，民用頭盔顯示器在虛擬技術應用系統中的地位也十分重要。由于顯示系統是安裝在頭盔上的，因此對重量及體積要求非常高，另外如果是單兵使用，則對可靠性提出更嚴格的要求。盡管國標和國軍標沒有對光學系統的出瞳距沒有確切的要求，但《GJB_1323-1991_光學觀測儀器通用規范》的3. 2. 3. 4指出根據產品的用途確定出瞳距離或眼點距離，保護操作人員眼睛不被撞傷，且在戴上防毒面具時亦能觀察。頭盔顯示器(HMD)就如便攜式顯示器，它能使人手得到解放。在危險的核生化(NBC)現場，士兵或工程人員通常要攜帶專業設備、維修工具、武器，或者要背負傷員，或者需要攀爬等，而又要經常與外界進行視頻通信，此時雙手的解放具有非常大的意義。另外，NBC現場的環境比較惡劣、復雜，通常還伴隨著濃煙、濃霧，工作人員的視線受到阻礙，對維修工作與搜救工作帶來困難。如果給HMD配備熱成像儀、夜視攝像頭等成像設備，能大大提高工作人員的工作效率，降低其危險程度。全息光學兀件(Holographic Optical Element, HOE)是一種衍射光學兀件(Diffractive Optical Element,DOE)。衍射成像光學元件的色散具有負向性,且與材料無關，這非常有利于消色差，可以同折射元件。衍射光學元件作為一種成像光學元件，所具備的任意相位分布、特殊色散、平像場以及薄型元件性質決定了它在成像光學系統中的地位和作用.折/衍混合成像系統充分利用了傳統幾何光學元件和衍射光學元件各自的優點，能有效簡化光學系統結構，減輕重量，縮小體積和改善成像質量，實現許多傳統成像光學所不能達到的目標，是對傳統成像光學的重大變革.折/衍混合成像系統的優勢使其首先在軍事、航天領域中的高技術光學成像系統中得到應用。發表在《IFAWC2006,Mobile Research Center, TZI University Bremen. Germany))(德國不來梅大學奧茲移動研究中心IFAWC2006)上的文章《Head Mounted Display forFire Fighters》(消防員佩戴的顯示器)，為針對消防員設計的HMD系統，也涉及了 NBC操作員的HMD系統，這種HMD為全投式的，其只有單通道，不能同時觀看外界信息。而且其為了減小阻擋視線，HMD的零視場主光線與人眼正前方視線方向偏角很多，人眼在觀看時需要轉動很大角度，長時間觀看會非常疲勞。
發明內容
本發明要解決的技術問題就是針對現在技術的不足，提供一種基于防毒面具的頭盔顯示器的二元光學系統，其具有雙通道，能有效校正像差提高像質，具備最佳人機功效。本發明采用以下技術方案解決上述技術問題的本發明的防毒面具頭盔顯示器的二兀光學系統米用一個二兀光學全息面反射鏡以及中繼系統組成，反射鏡有全息面，對微型顯示屏的中心波長具有高的反射率，其他波長的光束能量以透射為主，這樣即可達到雙通道的目的。由于防毒面具的可用空間比較小，其他設計的反射鏡置于人眼正前方視線方 向偏下位置，而本發明的反射鏡置于人眼正前方視線方向上位置，中繼系統及微型顯示屏置于人頭的側面。優選的,所述的反射鏡為球面全息面,所述反射鏡對494_544nm波段的光的反射率大于70%，其它可見光波段的透過率大于90%。更優選的，所述的反射鏡的機械軸與零視場的主光線的傾角為零，以達到折轉光軸的目的。優選的，本發明中的微型顯示屏使用OLED微型顯示屏，出射光為單波長。優選的，所述的中繼系統由四片透鏡組成，至少兩片機械軸均相互傾斜與偏心，最優的，四片透鏡的機械軸均相互傾斜與偏心，以補償反射鏡的離軸像差，微型顯示屏也需要相對于光軸進行傾斜旋轉，即所述的微型顯示屏的機械軸與光軸的夾角不為零。上述中繼系統的四片透鏡中有一片為膠合鏡，膠合鏡的目的為校正一定的色差。上述中繼系統內依次包括第一彎月透鏡、第二彎月透鏡、膠合鏡，以及正透鏡，光線從微型顯示屏發出后進入第一彎月透鏡，并從正透鏡進入反射鏡，正透鏡靠近反射鏡的一面為平面，方便封裝，第一彎月透鏡的凸面作為入射面，第一彎月透鏡的凹面作為入射面，膠合鏡的平面作為入射面，凸面為出射面。優選的，上述的膠合鏡由兩種不同材料組成。光線從微型顯示屏發出，依次經過中繼系統、反射鏡，最后進行人眼瞳孔處。從微型顯示屏發的光線經過中繼系統后，形成一中間像，該中間像由于中繼系統的偏心傾斜而具有一定的離軸像差；光線進入反射鏡，中繼系統產生的離軸像差與反射鏡產生的離軸像差相互補償，每個視場的光線被反射鏡準直后變成平形光，交匯于人眼瞳孔處。當像面位于無窮遠時，頭盔顯示器的角分辨率為
權利要求
1.一種防毒面具頭藍顯不器的二兀光學系統，其特征在于米用一個二兀光學全息面反射鏡以及中繼系統組成，反射鏡有全息面，光線從微型顯示屏發出，依次經過中繼系統、反射鏡，最后進行人眼瞳孔處。
2.如權利要求I所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述光學系統的設計輸入如下 有效焦距36· 3mm ;視場角25° ;出瞳距40mm ;出瞳直徑8mm ;波長494 544nm ;分辨率30 lp/ mm時各視場均大于O. 3 ;亮度非均勻性< 20% ;畸變< 5%。
3.如權利要求I所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述的反射鏡為球面全息面。
4.如權利要求I所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述的反射鏡的機械軸與零視場的主光線的傾角為零。
5.如權利要求I所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述微型顯示屏使用OLED微型顯示屏，出射光為單波長。
6.如權利要求I至5任一項所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述的中繼系統由四片透鏡組成，至少兩片機械軸均相互傾斜與偏心。
7.如權利要求6所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述四片透鏡的機械軸均相互傾斜與偏心，所述的微型顯示屏的機械軸與光軸的夾角不為零。
8.如權利要求6所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述中繼系統的四片透鏡中有一片為膠合鏡。
9.如權利要求8所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述中繼系統內依次包括第一彎月透鏡、第二彎月透鏡、膠合鏡，以及正透鏡，光線從微型顯示屏發出后進入第一彎月透鏡，并從正透鏡進入反射鏡，正透鏡靠近反射鏡的一面為平面，第一彎月透鏡的凸面作為入射面，第一彎月透鏡的凹面作為入射面，膠合鏡的平面作為入射面，凸面為出射面。
10.如權利要求8或9所述的防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，其特征在于所述的膠合鏡由兩種不同材料組成。
全文摘要
本發明公開了一種防毒面具頭盔顯示器的二元光學系統，采用一個二元光學全息面反射鏡以及中繼系統組成，反射鏡有全息面，光線從微型顯示屏發出，依次經過中繼系統、反射鏡，最后進行人眼瞳孔處。并且反射鏡的機械軸與零視場的主光線的傾角為零。本發明的優點在于系統體積小、重量輕，由于反射鏡的機械軸與零視場的主光線的傾角為零，且為全息面，可實現雙通道顯示，由于采用雙通道方式顯示，整個頭盔顯示器對視野的阻擋極小，并且觀看時人眼可以不需要偏轉角度，提高舒適性。
文檔編號G02B5/10GK102914871SQ20121045711
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者藍景恒, 董戴 申請人:中航華東光電有限公司