基于防毒面具的折反式头盔显示器的光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于：采用一个超环面反射镜以及中继系统组成，反射镜有超环面，光线从微型显示屏发出，依次经过中继系统、反射镜，最后进行人眼瞳孔处。本发明专利技术的优点在于：系统体积小、重量轻，由于反射镜的机械轴与零视场的主光线的倾角为零，且反射面镀窄带高反膜，可实现双通道显示，由于采用双通道方式显示，整个头盔显示器对视野的阻挡极小，并且观看时人眼可以不需要偏转角度，提高舒适性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学系统，具体是一种头盔显示器的光学系统。
技术介绍
头蓝显示器(Head Mounted Display)简称HMD分为半投型与全投型，它能将小型二维显示器所产生的图像经由光学系统放大，将准直图像显示到无穷远或是足够远的地方，成几米之外数十米的屏幕效果。由于头戴显示装置安装在观察者的头部，因此它必须紧凑和轻量化，以减轻观察者的负载。随着观察视场的增加，观察范围也会增加，观察者才能更全神贯注的观察优质的动态图像。对于头戴显示器系统而言，大视场也是相当重要的。光学系统的视场、出瞳直径，焦距三者之间是相互制约的关系，同时达到大视场、大出瞳直径和短焦距相当困难。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。由于显示系统是安装在头盔上的，因此对重量及体积要求非常高，另外如果是单兵使用，则对可靠性提出更严格的要求。尽管国标和国军标没有对光学系统的出瞳距没有确切的要求，但《GJB_1323-1991_光学观测仪器通用规范》的3. 2. 3. 4指出根据产品的用途确定出瞳距离或眼点距离，保护操作人员眼睛不被撞伤，且在戴上防毒面具时亦能观察。头盔显示器(HMD)就如便携式显示器，它能使人手得到解放。在危险的核生化(NBC)现场，士兵或工程人员通常要携带专业设备、维修工具、武器，或者要背负伤员，或者需要攀爬等，而又要经常与外界进行视频通信，此时双手的解放具有非常大的意义。另外，NBC现场的环境比较恶劣、复杂，通常还伴随着浓烟、浓雾，工作人员的视线受到阻碍，对维修工作与搜救工作带来困难。如果给HMD配备热成像仪、夜视摄像头等成像设备，能大大提高工作人员的工作效率，降低其危险程度。发表在《IFAWC2006,Mobile Research Center, TZI University Bremen. Germany))(德国不来梅大学奥兹移动研究中心IFAWC2006)上的文章《Head Mounted Display forFire Fighters》(消防员佩戴的显示器)，为针对消防员设计的HMD系统，也涉及了 NBC操作员的HMD系统，这种HMD为全投式的，其只有单通道，不能同时观看外界信息。而且其为了减小阻挡视线，HMD的零视场主光线与人眼正前方视线方向偏角很多，人眼在观看时需要转动很大角度，长时间观看会非常疲劳。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就是针对现在技术的不足，提供一种基于防毒面具的头盔显示器的光学系统，其具有双通道，能有效校正像差提高像质具备最佳人机功效。本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题的本专利技术的防毒面具头盔显示器的二元光学系统采用一个超环面反射镜以及中继系统组成，反射镜有超环面，对微型显示屏的中心波长具有高的反射率，其他波长的光束能量以透射为主，这样即可达到双通道的目的。由于防毒面具的可用空间比较小，其他设计的反射镜置于人眼正前方视线方向偏下位置，而本专利技术的反射镜置于人眼正前方视线方向偏下位置，中继系统及微型显示屏置于人头的侧面。优选的，所述的反射镜镀有窄带高反膜，对微型显示屏的的中心波长具有高的反射率，其他波长的光束能量以透射为主。所述窄带高反膜对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%。更优选的，所述的反射镜的机械轴与零视场的主光线的倾角为零，以达到折转光轴的目的。 优选的，本专利技术中的微型显示屏使用OLED微型显示屏，出射光为单波长。优选的，所述的中继系统由四片透镜组成，至少两片机械轴均相互倾斜与偏心，最优的，四片透镜的机械轴均相互倾斜与偏心，以补偿反射镜的离轴像差，微型显示屏也需要相对于光轴进行倾斜旋转，即所述的微型显示屏的机械轴与光轴的夹角不为零。上述中继系统的四片透镜中有一片为胶合镜，胶合镜的目的为校正一定的色差。上述中继系统内依次包括负透镜、第一正透镜、胶合镜，以及第二正透镜，光线从微型显示屏发出后进入负透镜，并从第二正透镜进入反射镜，第二正透镜靠近反射镜的一面为平面，方便封装，负透镜、第一正透镜和胶合镜均是平面作为入射面。优选的，上述的胶合镜由两种不同材料组成。光线从微型显示屏发出，依次经过中继系统、反射镜，最后进行人眼瞳孔处。从微型显示屏发的光线经过中继系统后，形成一中间像，该中间像由于中继系统的偏心倾斜而具有一定的离轴像差；光线进入反射镜，中继系统产生的离轴像差与反射镜产生的离轴像差相互补偿，每个视场的光线被反射镜准直后变成平形光，交汇于人眼瞳孔处。当像面位于无穷远时，头盔显示器的角分辨率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于：采用一个超环面反射镜以及中继系统组成，反射镜有超环面，光线从微型显示屏发出，依次经过中继系统、反射镜，最后进行人眼瞳孔处。

【技术特征摘要】
1.一种防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于采用一个超环面反射镜以及中继系统组成，反射镜有超环面，光线从微型显示屏发出，依次经过中继系统、反射镜，最后进行人眼瞳孔处。2.如权利要求I所述的防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于所述的反射镜镀有窄带高反膜，对微型显示屏的的中心波长具有高的反射率，其他波长的光束能量以透射为主。3.如权利要求I所述的防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于所述的反射镜的机械轴与零视场的主光线的倾角为零。4.如权利要求I所述的防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于所述微型显示屏使用OLED微型显示屏，出射光为单波长。5.如权利要求I所述的防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于所述的中继系统由四片透镜组成，至少两片机械轴均相互倾斜与偏心。6.如权利要求5所述的防毒面具头盔显示器的二元光学系统，其特征在于所述四片透镜的机械轴均相互倾斜与偏心，所述的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝景恒，董戴，
申请(专利权)人：中航华东光电有限公司，
类型：发明
国别省市：