衍射透镜制造技术

提供一种供头罩显示器里使用的光学系统，其包括微显示器（４）和放大器（１０），所述放大器（１０）产生微显示器的放大图像以用于人眼观察。放大器（１０）包括衍射表面并且按顺序具有：第一元件（１），其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面（Ｓ１）；光学材料块（３），以及第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面（Ｓ２）。第一表面（Ｓ１）优选地为衍射表面。放大器用最少的组件提供了长的眼睛间隙、大的出射光瞳以及大的视场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用衍射表面的光学设计，具体地，涉及使用供头罩显示系统里使用的衍射表面的光学设计。
技术介绍
供头罩显示系统里使用的光学系统优选地具有以下特征(1)足够长的眼睛间隙，以允许佩戴眼镜的用户舒适地观察；(2)足够大的出射光瞳，以最小化观察者眼睛放置的限制；以及(3)足够大的视场，以提供系统微显示器的适当放大的图像。另外，还希望光学系统重量轻，并且适合用户能够舒适地穿戴的全部封装。最常见地，头罩显示系统中使用的微显示器是LCD光阀装置。为了确保这种类型的装置的图像的最大对比度，用于产生微显示器的放大图像的光学系统，在其短共轭一侧，亦即设置微显示器的一侧优选地是远心的。如本领域已知的那样，远心透镜是在无穷远处具有至少一个光瞳的透镜。就主光线而言，在无穷远处具有光瞳是指主光线平行于光轴，(a)如果入射光瞳在无穷远处，则是在物空间中，或者(b)如果出射光瞳在无穷远处，则是在像空间中。在实际应用中，由于在从透镜的光学表面足够远的距离处具有入射或出射光瞳的透镜将基本上像远心系统一样操作，所以远心光瞳实际上不需要在无穷远处。对于这样的透镜的主光线将基本上平行于光轴，并且这样一来，一般而言透镜在功能上将相当于光瞳的理论(高斯)位置是在无穷远处的透镜。因此，如在这里使用的那样，术语“远心的”和“远心透镜”规定包括在与透镜元件相隔长距离处具有光瞳的透镜，并且术语“远心光瞳”用于描述在与透镜元件相隔远距离处的这样的光瞳。对于本专利技术的透镜系统，一般而言，远心光瞳距离将至少是透镜焦距的大约两倍。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供一种光学系统，其包括(A)微显示器(4)；以及(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭以及用于从长共轭到短共轭通过的光线的f数目f#，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；(II)光学材料块(3)；以及(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；其中(a)f1＞0；(b)f2＞0；(c)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器(10)包括与第一和第二表面分开的衍射表面；(d)从长共轭到短共轭穿过光学系统并在微显微镜处会聚的轴向光线，在衍射表面处具有最大值为d的光束直径；以及(e)光束直径值d、焦距f0和f数目满足关系 (f#·d)/f0＞0.4(优选地，(f#·d)/f0＞0.8)。根据第二方面，本专利技术提供一种光学系统，其包括(A)微显示器(4)；以及(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；(II)光学材料块(3)；以及(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；其中(a)f1＞0；(b)f2＞0；(c)f1/f2＞1.0；以及(d)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。根据第三方面，本专利技术提供一种光学系统，其包括(A)微显示器(4)；以及(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距f0、在人眼方向一侧的长共轭以及在微显示器方向一侧的短共轭，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；(II)光学材料块(3)；以及(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；其中(a)f1＞0；(b)f2＞0；(c)f1/f0＞1.3；以及(d)第一表面(S1)是衍射表面，或者第二表面(S2)是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面。根据第四方面，本专利技术提供一种光学系统，其包括(A)微显示器(4)；以及(B)放大器(10)，其产生微显示器(4)的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭，并且从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括(I)第一元件(1)，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面(S1)，所述第一元件具有焦距f1；(II)光学材料块(3)；以及(III)第二元件(2)，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面(S2)，所述第二元件具有焦距f2；其中(a)f1＞0；(b)f2＞0；以及(c)放大器包括到放大器的长共轭一侧比到其短共轭一侧更近的衍射表面。优选地，第一表面(S1)是衍射表面。本专利技术的各个方面的上述概要中使用的参考符号只是为了方便读者，而并不是要并且也不应当被解释为限制本专利技术的范围。更一般地，要理解的是，前述的普通说明和后面的详细说明二者都只是本专利技术的示范，并且是要提供用于理解本专利技术的性质和特征的总揽或框架。本专利技术的另外的特征和优点在随后的详细说明中进行了阐述，并且根据该说明其对本领域技术人员而言将会是部分地很明显的，或者通过实施如在这里所述的本专利技术其可以被认识。附图被包括进来以提供对本专利技术的进一步理解，并且被并入且组成了本说明书的一部分。附图说明图1到3是根据本专利技术构造的代表性的光学系统的示意性侧视图。图1主要显示了例子1A到1F的结构，而图2和图3分别显示了例2和例3的结构。附图中使用的参考数字对应如下1 第一元件2 第二元件3 光学材料块4 微显示器5 孔径光阑(用户眼睛的瞳孔)6 轴向光束10 放大器具体实施方式如上面讨论的那样，本专利技术提供在例如头罩显示系统里使用的光学系统。在Spitzer的名为“用于眼镜或其他头戴结构的紧密图像显示系统”的美国专利No.6,384,982中可以发现能够使用本专利技术的系统的类型的例子。在某些实施例中，本专利技术的光学系统的放大器部分包括被光学材料块分开的两个正元件。在某些优选实施例中，放大器部分仅仅由两个正元件和光学材料块组成。光学材料块能够接合到正光学元件中的一个或两个。可选择地，光学材料块和正光学元件中的一个或两个能够形成(例如模制)为一个固体片。将整个光学系统形成为单个组件能够在生产期间极大地简化装配头罩显示系统的过程。正光学元件之间的光学材料块用于以和组成块的材料的折射率成比例的系数拉长元件之间的间隔。这样做以产生适合于头罩显示系统中的封装的光学系统。为了满足不同的封装需求，能够折叠通过固体块的光路。为了最小化光学器件的总重量，所有的光学部件，亦即第一和第二元件以及固体块，优选地由例如丙烯酸树脂的塑料制成。非球面表面用于校正单色像差，衍射表面用于提供色差校正，而不必在系统中包括另外的元件。例如，每个正元件都能够包括非球面表面，并且正元件中的一个能够包括衍射表面。如果希望的话，衍射表面同样能够是非球面的。对于正元件是分离部件的系统，非球面和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，包括：（Ａ）微显示器；以及（Ｂ）放大器，其产生微显示器的放大图像以用于人眼观察，所述放大器具有焦距ｆ↓［０］、在人眼方向一侧的长共轭、在微显示器方向一侧的短共轭以及用于从长共轭到短共轭通过的光线的ｆ数目ｆ＃，所述放大器从长共轭一侧到短共轭一侧依次包括：（Ⅰ）第一元件，其具有在长共轭的方向上凸起的第一表面，所述第一元件具有焦距ｆ↓［１］；（Ⅱ）光学材料块；以及（Ⅲ）第二元件，其具有在短共轭的方向上凸起的第二表面，所述第二元件具有焦距ｆ↓［２］；其中：（ａ）ｆ↓［１］＞０；（ｂ）ｆ↓［２］＞０；（ｃ）第一表面是衍射表面，或者第二表面是衍射表面，或者放大器包括与第一和第二表面分开的衍射表面；（ｄ）从长共轭到短共轭穿过光学系统并在微显示器处会聚的轴向光线，在衍射表面处具有最大值为ｄ的光束直径；以及（ｅ）光束直径值ｄ、焦距ｆ↓［０］和ｆ数目满足关系：（ｆ＃.ｄ）／ｆ↓［０］＞０．４。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：雅各比莫斯科维奇，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]