一种光源定向装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及AR系统信息追踪技术领域，尤其是一种光源定向装置及设计方法。它包括透镜，透镜是以一竖直轴线作360°旋转后所形成的旋转对称结构体，透镜的轴向截面形状为上开口的抛物线形，透镜的开口面是与竖直轴线相垂直的平面、顶点面上开设有一以竖直轴线为旋转轴线的球面槽，透镜内还开设有一与球面槽相通且以竖直轴线为旋转轴线的自由曲面槽。当将经由中继光学系统或者光学组合器传递而来的光学图像的入射点置于球面槽内的给定位置时，利用球面槽和自由曲面槽所形成的折射效果以及抛物面的全反射效果，可使光学图像所发出的光线能够以近似平行于光轴的方式出射，从而在人眼视网膜上清晰地成像。

A light source directional device

【技术实现步骤摘要】
一种光源定向装置
本技术涉及AR系统信息追踪
，尤其是一种能够适用于头盔显示器的准直系统中的光源定向装置。
技术介绍
增强现实技术(AugmentedReality，简称AR)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息进行“无缝”集成的新技术，其把真实的环境(即：现实世界的一定时间、空间范围内很难体验到的实体信息，如视觉信息、声音、味道、触觉等)和虚拟的物体(如3D模型、视频、图像等等)实时地叠加到了同一个画面或空间内，以被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。AR技术被广泛应用于诸如尖端武器和飞行器的研制与开发、数据模型的可视化、虚拟训练、娱乐与艺术等领域，而且由于其具有能够对真实环境进行增强显示输出的特性，在诸如医疗研究与解剖训练、精密仪器制造和维修、军用飞机导航、工程设计和远程机器人控制等领域也具有明显的优势。其中，头盔显示器作为增强现实系统中的关键部件之一，其主要作用是直观地将虚拟场景与外部世界场景进行融合后所形成的图像显示给用户；目前，头盔显示器主要由图像源、中继光学系统、准直系统和光学组合器等四部分构成，图像源上显示由虚拟现实工作站送来的图像，中继光学系统将光学图像传递给后继的光学系统(即：光学组合器和准直系统)，准直系统将光线准直为类平行光送入人眼，并在人眼视网膜上成像。现有的准直系统由于光束的透过率偏低、光束的控制性较差，导致头盔显示器无法获得较为清晰的外部世界与内部产生的场景信息。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本技术的目的在于提供一种能够适用于头盔显示器的准直系统中的光源定向装置。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种光源定向装置，它包括透镜，所述透镜是以一竖直轴线作360°旋转后所形成的旋转对称结构体，所述透镜的轴向截面形状为上开口的抛物线形，所述透镜的开口面是与竖直轴线相垂直的平面、顶点面上开设有一以竖直轴线为旋转轴线的球面槽，所述透镜内还开设有一与球面槽相通且以竖直轴线为旋转轴线的自由曲面槽；所述透镜的开口面作为平面折射镜、侧壁面作为抛物面全反射镜，所述球面槽的槽面作为球面折射镜，所述自由曲面槽的槽面作为自由曲面折射镜。其中，优选方案为：所述球面槽的球心位置作为光学图像入射放置点。其中，优选方案为：所述光源的半径不大于1mm。其中，优选方案为：所述透镜由亚克力材料制成。由于采用了上述方案，当经由中继光学系统或者光学组合器传递而来的光学图像的入射点置于球面槽内的给定位置时，利用球面槽和自由曲面槽所形成的折射效果以及抛物面的全反射效果，可使光学图像所发出的光线能够以近似平行于光轴的方式出射，从而在人眼视网膜上清晰地成像；同时，由于自由曲面设置于透镜的内部，在很大程度上保护了自由曲面的面型的完整性并有利于提高光束的透过率。附图说明图1是本技术实施例的光路结构图。具体实施方式以下结合附图对本技术的实施例进行详细说明，但是本技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1所示，本实施例提供的一种光源定向装置，它包括由优选的亚克力材料制成的透镜，透镜是以一竖直轴线作360°旋转后所形成的旋转对称结构体，透镜的轴向截面形状为上开口的抛物线形，且透镜的开口面是与竖直轴线相垂直的平面、顶点面上开设有一以竖直轴线为旋转轴线的球面槽a，在透镜内还开设有一与球面槽a相通且以竖直轴线为旋转轴线的自由曲面槽b；其中，以透镜的开口面作为平面折射镜1、侧壁面作为抛物面全反射镜2，球面槽a的槽面作为球面折射镜3，自由曲面槽b的槽面作为自由曲面折射镜4。可形成诸如图1所示的光路结构(即：虚线c为光源的光轴、实线d为光线的出射光路、实线e为自由曲面槽b与球面槽a的分界线)，当经由中继光学系统或者光学组合器传递而来的光学图像的入射点(为便于理解，可以将其视作光源)置于球面槽a内的给定位置时，利用球面折射镜3和自由曲面折射镜4所形成的折射效果以及抛物面全反射镜2的全反射效果，可使光学图像所发出的光线能够以近似平行于光轴的方式出射，进而使光线能够以类平行光的方式入射到人眼的视网膜上并呈现清晰的图像；同时，由于自由曲面设置于透镜的内部，在很大程度上保护了自由曲面的面型的完整性，有利于提高光束的透过率并降低光束的损耗。作为一个优选方案，可将球面槽b的球心位置作为光学图像入射放置点，从而实现透镜的抛物面的焦点和球面的焦点均与重合，根据抛物面的几何性质可知，经由焦点到达抛物面的光束平行于光轴出射；而由球面折射镜3的光学性质可知，经由球心到达球面的光线不会改变传播方向。当发光角小于光轴与分界线的夹角时，由光源发出的光经过自由曲面折射镜4后，形成的出射光与光轴平行，当发光角大于光轴与分界线的夹角时，光源发出的光经过球面折射镜3后，不改变其传播途径，达到抛物面全反射镜2处，发生全反射效果，其反射光依然平行于光轴从平面折射镜1出射。为保证整个准直镜的光学效率，经过实际检测，光源的半径最好不大于1mm。以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光源定向装置，其特征在于：它包括透镜，所述透镜是以一竖直轴线作360°旋转后所形成的旋转对称结构体，所述透镜的轴向截面形状为上开口的抛物线形，所述透镜的开口面是与竖直轴线相垂直的平面、顶点面上开设有一以竖直轴线为旋转轴线的球面槽，所述透镜内还开设有一与球面槽相通且以竖直轴线为旋转轴线的自由曲面槽；所述透镜的开口面作为平面折射镜、侧壁面作为抛物面全反射镜，所述球面槽的槽面作为球面折射镜，所述自由曲面槽的槽面作为自由曲面折射镜。

【技术特征摘要】
1.一种光源定向装置，其特征在于：它包括透镜，所述透镜是以一竖直轴线作360°旋转后所形成的旋转对称结构体，所述透镜的轴向截面形状为上开口的抛物线形，所述透镜的开口面是与竖直轴线相垂直的平面、顶点面上开设有一以竖直轴线为旋转轴线的球面槽，所述透镜内还开设有一与球面槽相通且以竖直轴线为旋转轴线的自由曲面槽；所述透镜的开口面作为平面折射镜、侧壁面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建亿，伊恩·罗伊·舒，
申请(专利权)人：太平洋未来有限公司，
类型：新型
国别省市：中国香港,81