本实用新型专利技术提供了一种应用全息元件的光学系统，包括微显示器以及光学组合器，所述微显示器与胶合镜胶合为一整体，所述光学组合器包含两个45度角的直角棱镜、一个全息光学元件，及窄带高反光学面，两个45度角的直角棱镜紧密贴合在一起，所述全息光学元件与直角棱镜胶合为一整体，位于光学组合器靠近胶合镜的一面，窄带高反光学面位于两个直角棱镜结合处，与水平光轴及竖直光轴均成45度角。本实用新型专利技术还提供了一种具有上述光学系统的头盔显示器。本实用新型专利技术的优点在于：系统紧凑、校正方便、像差校正良好、可靠性高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术属于光学设计领域，涉及ー种头盔显示器的光学系统，特别是应用全息元件的头盔显示器。
技术介绍
头蓝显示器(HMD, HeadMountedDisplay)分为半投型与全投型,是ー种新兴的机载显示/瞄准系统。它能将小型ニ维显示器所产生的图像经由光学系统，成虚像于人眼前方。具体而言，小型ニ维显示器所发射的光线经过透镜组使影像因折射或衍射产生类似远方效果，利用此效果将近处物体放大至远处观察或瞄准而达到所谓的全像视觉。 1968年世界上第一个真正意义上的头盔显示器为军用头盔显示器，即美国ARPA信息处理技术办公室主任Ivan Sutherland开发的“达摩克里斯之剑”头盔显示器。原先主要为战机和战车驾驶员配备，而现在，无论是战斗机、直升机还是单兵所戴的头盔不单是保护装置，飞速发展的科技技术将多种功能凝聚在头盔里，使其成为帮助使用者操纵飞机、瞄准、获取地图信息等设备的得力助手，是使用者与其武器、基地之间的重要纽带。另外，民用头盔显示器在虚拟技术应用系统中的地位也十分重要。因为头盔显示器是固定于头盔上的，头盔显示器设计的关键点是在满足各项光学性能的情况下，系统的体积要尽量小、结构紧凑、重量小。特别在军事领域，无论是飞行员还是单兵，头盔显示系统的体积或重量的微小增加对使用者都能带来极大的不便。全息光学兀件(Holographic Optical Element, HOE)是一种衍射光学兀件(Diffractive Optical Element, DOE)。衍射成像光学元件的色散具有负向性,且与材料无关，这非常有利于消色差，可以同折射元件。衍射光学元件作为ー种成像光学元件，所具备的任意相位分布、特殊色散、平像场以及薄型元件性质决定了它在成像光学系统中的地位和作用.折/衍混合成像系统充分利用了传统几何光学元件和衍射光学元件各自的优点，能有效简化光学系统结构，减轻重量，縮小体积和改善成像质量，实现许多传统成像光学所不能达到的目标，是对传统成像光学的重大变革.折/衍混合成像系统的优势使其首先在军事、航天领域中的高技术光学成像系统中得到应用。在专利文献CN200510008494.9 (公开日为2005年9月7日)提出了ー种头盔显示器的光学系统，如图2，其只用ー个正透镜42、一个微显示器41与ー个光学元件组43组成光学系统，通过半透半反光学面44对光线进行折转。由于正透镜42与微显示器41、光学元件组43之间的距离较小，这给实际安装和调试带来ー些麻烦，降低其可靠性。另外，由于使用半透半反光学面44，在不考虑介质吸收的情况下，微显示器41达到人眼46的光能最高为25%，外部光线到达人眼的光能最高为50%，不利用于观察外界景物。专利文献CN200610034306. 4 (公开日为2007年9月12号)提出一种头盔显示器的光学成像系统，如图3，包括图像信息显示源I、自由曲面棱镜2和组合棱镜17，图像信息显示源I发出的第一光线4经自由曲面棱镜2进入组合棱镜17，组合棱镜17中至少包含有一个半反半透镜8，半反半透镜8位于由第一方向入射到其上的第一光线4的光路上，并位于由第二方向入射到其上的外部射入的第二光线9的光路上，被半反半透镜8反射后的第一光线4和透射过的第二光线9在半反半透镜面上合成第三光线16后进入观视者的瞳孔5，目镜12与组合棱镜17紧密的贴合在一起，自由曲面棱镜2与图像信息显示源I相邻面为凹面，其中3代表光学面，15代表凸透面，20为出瞳距。与专利文献CN200510008494. 9相比少了ー个反射面45。尽管进入人眼55的光能有同情况下有所提高，但其自由曲面棱镜2使得加工成本大大提高，同时降低其可靠性。并且上述两种结构中，都具有三个光学元件或光学组件，因此，加工完成后，需要装配三个部分，装配过程较复杂。另外，因为显示源(微显示器41及图像信息显示源I)距离光学组件(光学元件组43和组合棱镜17)的距离较近，通常只有20至30mm，所以在调校时，位于显示源及光学组件之间的光学元件(正透镜42及自由曲面棱镜2)的移动难度非常大。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题之ー是提供ー种轻型、紧凑、像差校正良好和可靠性高的头盔显示器光学系统。本技术所要解决的技术问题之ニ是提供ー种具有上述光学系统的头盔显示器。本技术是通过以下技术方案解决上述技术问题之一的一种应用全息元件的光学系统，包括微显示器以及光学组合器，还包括位于微显示器以及光学组合器之间的胶合镜，所述微显示器与胶合镜胶合为一整体，所述光学组合器包含两个45度角的直角棱镜、一个全息光学元件，及窄带高反光学面，两个45度角的直角棱镜紧密贴合在一起，所述全息光学元件与直角棱镜胶合为一整体，位于光学组合器靠近胶合镜的一面，窄带高反光学面位于两个直角棱镜结合处，与水平光轴及竖直光轴均成45度角。本技术进ー步具体为所述光轴垂直于微显示器的像素面，且经过其中心，全息光学元件、光学组合器的靠近人眼瞳孔的光学面及靠近外部光线的光学面均为平面，且均与光轴垂直。所述的窄带高反光学面对494-544nm波段的光的反射率大于70%,其它可见光波段的透过率大于90%。所述的胶合镜为平凸透镜，平的一面与微显示器胶合且垂直于光轴，凸的一面为非球面的曲面。所述的微显示器为有机电致发光显示器。本技术是通过以下技术方案解决上述技术问题之ニ的ー种具有应用全息元件的光学系统的头盔显示器，该头盔显示器的光学系统包括微显示器以及光学组合器，还包括位于微显示器以及光学组合器之间的胶合镜，所述微显示器与胶合镜胶合为一整体，所述光学组合器包含两个45度角的直角棱镜、一个全息光学元件，及窄带高反光学面，两个45度角的直角棱镜紧密贴合在一起，所述全息光学元件与直角棱镜胶合为一整体，位于光学组合器靠近胶合镜的一面，窄带高反光学面位于两个直角棱镜结合处，与水平光轴及竖直光轴均成45度角。本技术与现在技术相比，具有以下优点I、由于两块棱镜与全息光学元件胶合在一起、像源屏与ー块平凸镜胶合在一起。光学结构更加简单，在光学元件加工完成后，相当于只用装配两个光学部件。2、整个光学系统只有两个曲面，易于加工。3、该光学系统具有対称性，大大降低机械结构设计的难度和加工成本。4、整个光学系统的工作面(包括屏)总共只有四个面暴露于空气中，其中两个面于机械结构的内部，另外两个位于外部。且总共是三个平面加ー个曲面，暴露在机械结构外部的两个工作面均为平面。这将大大提高光学元件表面清洁度的可靠性。6、屏一平凸透镜组合部件相对于棱镜的距离有所増加，这可以使得调校范围更 大。7、光学材料使用光学塑料PMMA，使得整个光学系统重量大大减轻。8、使用窄带高反光学面与全息光学元件，使得内、外部通道的光能利用率大大提闻。通过下面给你的描述和示例，以及也通过所附的权利要求，本技术的实施方式及其益处对本领域的技术人员将变得显然。附图说明图I本技术光学系统的光学结构图图2现在的一种头盔显示器的光学结构图图3现在的另ー种头盔显示器的光学结构图图4本技术的光学软件模拟图。具体实施例请參阅图I所示，本技术应用全息元件的光学系统包括微显示器32、胶合镜31，和ー个光学组合器20。所述光轴垂直于微显示器32的像素面本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用全息元件的光学系统，包括微显示器以及光学组合器，其特征在于还包括位于微显示器以及光学组合器之间的胶合镜，所述微显示器与胶合镜胶合为一整体，所述光学组合器包含两个45度角的直角棱镜、一个全息光学元件，及窄带高反光学面，两个45度角的直角棱镜紧密贴合在一起，所述全息光学元件与直角棱镜胶合为一整体，位于光学组合器靠近胶合镜的一面，窄带高反光学面位于两个直角棱镜结合处，与水平光轴及竖直光轴均成45度角。2.根据权利要求I所述的应用全息兀件的光学系统，其特征在于所述光轴垂直于微显示器的像素面，且经过其中心，全息光学元件、光学组合器的靠近人眼瞳孔的光学面及靠近外部光线的光学面均为平面，且均与光轴垂直。3.根据权利要求I所述的应用全息元件的光学系统，其特征在于所述的窄带高反光学面对494_544nm波段的光的反射率大于70%,其它可见光波段的透过率大于90%。4.根据权利要求I所述的应用全息元件的光学系统，其特征在于所述的胶合镜为平凸透镜，平的一面与微显示器胶合且垂直于光轴，凸的一面为非球面的曲面。5.根据权利要求I所述的应用全息元件的光学系统，其特征在于所述的微显示器为有机电致发光显示器。6.ー种具有应用全息元件的光学系统的头盔显示器，该头...
【专利技术属性】
技术研发人员：蓝景恒，杨新军，陈国胜，康涛，
申请(专利权)人：中航华东光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：
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