一种用于头显的中继光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于头显的中继光学系统，包括从像方到物方依次同光轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，第三透镜和第四透镜组成胶合透镜组；该中继光学系统只包含六个透镜，其中不涉及其他的设备和装置，结构简单和紧凑，系统整体体积较小，进而系统重量较轻，有利于整机系统的小型化设计；并且该光学系统具有大相对孔径、宽光谱和较大视场的优点，其可靠性更高，能够有效校正光学系统的像差，成像质量优良。

Relay optical system for head display

The invention relates to a relay optical system for the first significant, including from the first lens, like party to Party in the same optical axis set second lens and third lens, the fourth lens, the fifth lens and the sixth lens, the third lens and fourth lens lens group; the relay optical system contains only six lenses, which does not involve other equipment and devices, simple and compact structure, the whole system has the advantages of small volume, and light weight, is conducive to the miniaturization design of the system; and the advantages of the optical system with large relative aperture, wide spectrum and large field of view, the higher reliability, can effectively correct the aberration of the optical system excellent image quality.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于头显的中继光学系统，属于头盔显示器

技术介绍
头盔显示器(HMD，HeadMountedDisPfay)是一种固定在头盔上，为使用者产生可视图像的小型显示装置。因为头盔显示器系统具有引导雷达、激光、前视红外等探测设备快速对准目标的能力，成为各个兵种的先进装备，这种由电子组件、显示组件、控制器等组成的综合电子显示设备，能将飞行参数、瞄准攻击、自检测等信息，以图像、字符的形式，通过光学部件投射到头盔上显示装置上。头盔显示技术在诸多领域展示出巨大的应用价值和发展潜力。其中，穿透式头盔显示一直以来都是头盔显示技术研究的重点。基于护目镜成像是目前主流的穿透式头盔显示技术，但是其光学系统笨重且占据着头盔内大量空间。对于传统的头盔显示器，其中的中继光学系统体积和重量都较大，结构复杂，无法解决系统对视场、出瞳等要求与小型轻量化之间的矛盾。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于头显的中继光学系统，用以解决传统头显的中继光学系统体积和重量较大和结构复杂的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种用于头显的中继光学系统，包括从像方到物方依次同光轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，第三透镜和第四透镜组成胶合透镜组；该光学系统的参数指标为：焦距F＝28.5mm，FNO＝1，视场角为24°×19.2°，成像光谱范围为425nm～650nm；所述第一透镜具有正的光焦度并凸向像方，所述第二透镜具有负的光焦度并凸向像方，所述胶合透镜组具有负的光焦度，第五透镜为具有正的光焦度的双凸透镜，第六透镜具有负的光焦度；第一透镜和第二透镜满足：-1≤F1/F2≤-0.69，第三透镜和第四透镜满足：-1.5≤F3/F4≤-1，第五透镜和第六透镜满足：-1≤F5/F6≤-0.4，其中，F1为第一透镜的焦距值，F2为第二透镜的聚焦值，F3为第三透镜的焦距值，F4为第四透镜的聚焦值，F5为第五透镜的焦距值，F6为第六透镜的聚焦值。所述第一透镜满足：Nd1≥1.7，Vd1≤55；所述第二透镜满足：Nd2≥1.9，Vd2≤21；所述第五透镜满足：Nd5≥1.9，Vd5≤32；其中，Nd1为第一透镜材料的d光折射率，Vd1为第一透镜材料的d光阿贝常数，Nd2为第二透镜材料的d光折射率，Vd2为第二透镜材料的d光阿贝常数，Nd5为第五透镜材料的d光折射率，Vd5为第五透镜材料的d光阿贝常数。所述第一透镜靠近像方的表面为非球面，所述第二透镜靠近物方的表面为非球面，所述第五透镜靠近物方的表面为非球面，所述第六透镜靠近像方的表面为非球面。所述第一透镜靠近像方的表面的曲率半径为17.49mm，所述第一透镜靠近物方的表面的曲率半径为80.2mm，所述第二透镜靠近像方的表面的曲率半径为51.16mm，所述第二透镜靠近物方的表面的曲率半径为21.66mm，所述第三透镜靠近像方的表面的曲率半径为17.87mm，所述第三透镜靠近物方的表面的曲率半径为91.75mm，所述第四透镜靠近像方的表面的曲率半径为91.75mm，所述第四透镜靠近物方的表面的曲率半径为13.59mm，所述第五透镜靠近像方的表面的曲率半径为23.46mm，所述第五透镜靠近物方的表面的曲率半径为-24.09mm，所述第六透镜靠近像方的表面的曲率半径为-13.34mm，所述第六透镜靠近物方的表面的曲率半径为无穷大。所述第一透镜靠近像方的表面的中心厚度为8.9mm，所述第一透镜靠近物方的表面的中心厚度为3.9mm，所述第二透镜靠近像方的表面的中心厚度为2mm，所述第二透镜靠近物方的表面的中心厚度为1.44mm，所述第三透镜靠近像方的表面的中心厚度为4.3mm，所述第三透镜靠近物方的表面的中心厚度为1.7mm，所述第四透镜靠近像方的表面的中心厚度为1.7mm，所述第四透镜靠近物方的表面的中心厚度为3.9mm，所述第五透镜靠近像方的表面的中心厚度为8mm，所述第五透镜靠近物方的表面的中心厚度为1.8mm，所述第六透镜靠近像方的表面的中心厚度为1.7mm，所述第六透镜靠近物方的表面的中心厚度为2mm。所述第一透镜材料的d光折射率为1.729，第一透镜材料的d光阿贝常数为54.669，第二透镜材料的d光折射率为1.922，第二透镜材料的d光阿贝常数为20.882，第三透镜材料的d光折射率为1.755，第三透镜材料的d光阿贝常数为52.329，第四透镜材料的d光折射率为1.784，第四透镜材料的d光阿贝常数为25.754，第五透镜材料的d光折射率为1.903，第五透镜材料的d光阿贝常数为31.318，第六透镜材料的d光折射率为1.664，第六透镜材料的d光阿贝常数为35.475。所述第一透镜的口径为21.8mm×17.5mm，第二透镜的口径为20mm×15.7mm，第三透镜的口径为18mm×14mm，第四透镜的口径为18mm×14mm，第五透镜的口径为18mm×14mm，第六透镜的口径为18mm×14mm。所述第一透镜的材料为H-LAK52，第二透镜的材料为H-ZF62，第三透镜的材料为H-LAK53A，第四透镜的材料为ZF13，第五透镜的材料为H-LAF75A，第六透镜的材料为ZBAF4。所述中继光学系统的总长TTL为＝40.4mm。本专利技术提供的中继光学系统中，只包含六个透镜，其中不涉及其他的设备和装置，结构简单和紧凑，系统整体体积较小，进而系统重量较轻，有利于整机系统的小型化设计；并且该光学系统具有大相对孔径、宽光谱和较大视场的优点，其可靠性更高，能够有效校正光学系统的像差，成像质量优良。附图说明图1是该中继光学系统的结构示意图；图2该中继光学系统的垂轴色差曲线图；图3该中继光学系统的轴向色差曲线图；图4该中继光学系统的畸变曲线图；图5该中继光学系统的网格畸变曲线图；图6该中继光学系统的点列图曲线图；图7该中继光学系统的光学传递函数曲线图；图8是中继镜头拼接示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。本专利技术提供的中继光学系统用于头盔显示器。如图1中所示，像方处于该中继光学系统的左方，物方处于该光学系统的右方。该中继光学系统包括从像方到物方依次同光轴设置的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5和第六透镜L6，其中，第三透镜L3和第四透镜L4组成胶合透镜组。所以，该光学系统中，透镜中的靠近像方的表面为第一面，靠近物方的表面为第二面，而且，该光学系统中的透镜的顺序是按照从像方到物方的方向依次布置的。另外，该光学系统还包括设置在第一透镜L1的第一面(靠近像方的表面)上的孔径光阑(在图1中未示出)。图1中的flatglass相当于微显示器。本专利技术提供的光学系统的参数为：焦距F＝28.5mm，FNO＝1，视场角为24°×19.2°，成像光谱范围为425nm～650nm。第一透镜L1，选取折射率相对较高的材料，并满足：Nd1≥1.7，Vd1≤55，这样设置有利于减小后面透镜的口径，形成一个第一片透镜口径最大的光学系统，其中，Nd1为第一透镜材料的d光折射率，Vd1为第一透镜材料的d光阿贝常数，第二片透镜L2的折射率较高，并满足：Nd2≥1.9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于头显的中继光学系统，其特征在于，包括从像方到物方依次同光轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，第三透镜和第四透镜组成胶合透镜组；该光学系统的参数指标为：焦距F＝28.5mm，FNO＝1，视场角为24°×19.2°，成像光谱范围为425nm～650nm；所述第一透镜具有正的光焦度并凸向像方，所述第二透镜具有负的光焦度并凸向像方，所述胶合透镜组具有负的光焦度，第五透镜为具有正的光焦度的双凸透镜，第六透镜具有负的光焦度；第一透镜和第二透镜满足：‑1≤F1/F2≤‑0.69，第三透镜和第四透镜满足：‑1.5≤F3/F4≤‑1，第五透镜和第六透镜满足：‑1≤F5/F6≤‑0.4，其中，F1为第一透镜的焦距值，F2为第二透镜的聚焦值，F3为第三透镜的焦距值，F4为第四透镜的聚焦值，F5为第五透镜的焦距值，F6为第六透镜的聚焦值。

【技术特征摘要】
1.一种用于头显的中继光学系统，其特征在于，包括从像方到物方依次同光轴设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，其中，第三透镜和第四透镜组成胶合透镜组；该光学系统的参数指标为：焦距F＝28.5mm，FNO＝1，视场角为24°×19.2°，成像光谱范围为425nm～650nm；所述第一透镜具有正的光焦度并凸向像方，所述第二透镜具有负的光焦度并凸向像方，所述胶合透镜组具有负的光焦度，第五透镜为具有正的光焦度的双凸透镜，第六透镜具有负的光焦度；第一透镜和第二透镜满足：-1≤F1/F2≤-0.69，第三透镜和第四透镜满足：-1.5≤F3/F4≤-1，第五透镜和第六透镜满足：-1≤F5/F6≤-0.4，其中，F1为第一透镜的焦距值，F2为第二透镜的聚焦值，F3为第三透镜的焦距值，F4为第四透镜的聚焦值，F5为第五透镜的焦距值，F6为第六透镜的聚焦值。2.根据权利要求1所述的用于头显的中继光学系统，其特征在于，所述第一透镜满足：Nd1≥1.7，Vd1≤55；所述第二透镜满足：Nd2≥1.9，Vd2≤21；所述第五透镜满足：Nd5≥1.9，Vd5≤32；其中，Nd1为第一透镜材料的d光折射率，Vd1为第一透镜材料的d光阿贝常数，Nd2为第二透镜材料的d光折射率，Vd2为第二透镜材料的d光阿贝常数，Nd5为第五透镜材料的d光折射率，Vd5为第五透镜材料的d光阿贝常数。3.根据权利要求1或2所述的用于头显的中继光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近像方的表面为非球面，所述第二透镜靠近物方的表面为非球面，所述第五透镜靠近物方的表面为非球面，所述第六透镜靠近像方的表面为非球面。4.根据权利要求1或2所述的用于头显的中继光学系统，其特征在于，所述第一透镜靠近像方的表面的曲率半径为17.49mm，所述第一透镜靠近物方的表面的曲率半径为80.2mm，所述第二透镜靠近像方的表面的曲率半径为51.16mm，所述第二透镜靠近物方的表面的曲率半径为21.66mm，所述第三透镜靠近像方的表面的曲率半径为17.87mm，所述第三透镜靠近物方的表面的曲率半径为91.75mm，所述第四透镜靠近像方的表面的曲率半径为91.75mm，所述第四透镜靠近物方的表面的曲率半径为13.59mm，所述第五透镜靠近像方的表面的曲率半径为23.46mm，所述第五透镜靠近物方的表面的曲率半径...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟冬冬，熊鹰，郭清源，徐佳佳，吴奇峰，肖冰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41