專利名稱：：一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，目鏡光學(xué)元件裝于目鏡光學(xué)成像系統(tǒng)中，按16:9或者4:3規(guī)格成像的LCD產(chǎn)生的畫面，經(jīng)過目鏡光學(xué)元件放大后送入人的眼球，該目鏡光學(xué)元件由于光能損失小、色差和畸變小，所以圖像更加清晰。技術(shù)背景目前，在目鏡光學(xué)成像系統(tǒng)及其同類產(chǎn)品中廣泛使用一種較為標(biāo)準(zhǔn)式的光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以虛擬放大電視、電影設(shè)備及DVD等圖像。如圖1、圖2所不，該標(biāo)準(zhǔn)式的光學(xué)系統(tǒng)由下列光學(xué)件組成(1)、凸透鏡D;(2)、凹面鏡B;(3)、半透半反射鏡C。其工作原理是將顯示器芯片A顯示的圖像的光線先射到半透半反射鏡C上，再折轉(zhuǎn)9(^射到鍍有反射膜的凹面鏡B上，光線反射回并通過半透半反射鏡C和凸透鏡D到觀察者的眼睛。該系統(tǒng)主要的缺點(diǎn)有如下幾點(diǎn)(1)、成像質(zhì)量差，主要是光的路線長光能損失大，色差、畸變大；(2)、光學(xué)件多，加工工序長，尤其是半透半反射鏡鍍一層半透半反射膜技術(shù)難度大，生產(chǎn)效率低，廢品多，成本高，經(jīng)濟(jì)效益差；(3)、光學(xué)系統(tǒng)長，裝在眼鏡顯示器中，使體積增大，佩戴在觀察者頭上，使鼻部壓力大，易造成疲倦，光學(xué)系統(tǒng)厚度大概在25mm。目前，雖然出現(xiàn)了一體化的目視光學(xué)棱鏡解決上述的不足，但是還存在如下不足體積大，比較重，只適合于屏幕長寬比為4:3的微型顯示器，但對于屏幕長寬比為16:9的微型顯示器，該目視光學(xué)棱產(chǎn)生的色差、畸變大，且放大倍數(shù)也不夠大。
實(shí)用新型內(nèi)容-本實(shí)用新型的目的是提供一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，它休積小，重量輕，圖像畸變小。本實(shí)用新型的由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的--種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，該目鏡光學(xué)元件主要包括三個(gè)自由曲面，包括一位于頂面的入射面，實(shí)現(xiàn)光線進(jìn)入到目鏡光學(xué)元件內(nèi)；一位于左側(cè)的全反射面及出射面，將從入射面進(jìn)入目鏡光學(xué)元件的光線全反射并折射出去；一位于右側(cè)的反射面，反射面將全反射面及出射面反射過來的光線再反射回全反射面及出射面，最后由全反射面及出射面折射出去聚合到瞳孔A，并從瞳孔A往目鏡光學(xué)元件望去形成放大的圖像，該目鏡光學(xué)元件與LCD微型顯示器組成成像光學(xué)系統(tǒng)，該目鏡光學(xué)元件將LCD微型顯示器能產(chǎn)生16:9或者4:3畫面規(guī)格的影像放大，在觀測者的眼前形成按16:9或者4:3規(guī)格放大的虛擬畫面。上述所述的入射面、全反射面及出射面和反射面的自由曲面滿足如下方其中，j=[(m+n)2+m+3n]/2+l，z是Z軸方向的矢高，c是頂點(diǎn)曲率半徑，、k是二次曲面系數(shù)，Cj是多項(xiàng)式系數(shù)。上述所述的目鏡光學(xué)元件是由折射率大于1.4的透明塑料注塑成型。上述所述的反射面外表面鍍反射膜。上述所述在入射面上方放置16:9或者4:3規(guī)格的LCD微型顯示器。上述所述的瞳孔A的孔徑為d)7.0土5.0mm。上述瞳孔A與全反射面及出射面之間的出瞳距離為18.0士6.0mm。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型入射面、全反射及出射面和反射面全部為自由曲面，體積小，只有原來的目視光學(xué)棱鏡1/4的體積，制造成本低，重量輕，比較薄，厚度只有7.7mm;2、圖像畸變小，圖像畸變率只有2%;3、適合16:9或者4:3規(guī)格的LCD微型顯示器，通過目鏡光學(xué)元件能在觀測者的眼前2米處形成一個(gè)3840吋的16:9或者4:3虛擬的放大圖像。以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的說明圖1是傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)的一種原理示意圖；圖2是傳統(tǒng)的光學(xué)成像系統(tǒng)的另一種原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型目鏡光學(xué)元件的光學(xué)原理圖；圖4是本實(shí)用新型目鏡光學(xué)元件的的立體圖；圖5是本實(shí)用新型的中間截面在YZ坐標(biāo)平面的示意圖。具體實(shí)施方式-如圖3、圖4所示，本實(shí)用新型與LCD微型顯示器4組成成像光學(xué)系統(tǒng)，該LCD微型顯示器4能產(chǎn)生16:9或者4:3畫面規(guī)格的影像，該目鏡光學(xué)元件主要包括三個(gè)自由曲面，將LCD微型顯示器4產(chǎn)生16:9或者4:3的畫面放大，在觀測者的眼前形成按16:9或者4:3規(guī)格放大的虛擬畫面。所述的目鏡光學(xué)元件的三個(gè)自由曲面包括一位于頂面的入射面1，實(shí)現(xiàn)光線進(jìn)入到目鏡光學(xué)元件內(nèi)；一位于左側(cè)的全反射面及出射面2，將從入射面1進(jìn)入目鏡光學(xué)元件的光線全反射并折射出去；一位于右側(cè)的反射面3，反射面3將全反射面及出射面2反射過來的光線再反射回全反射面及出射面2，最后由全反射面及出射面2折射出去聚合到瞳孔A，并從瞳孔A往目鏡光學(xué)兀件望去形成放大的圖像。目鏡光學(xué)元件是由折射率大于1.4的透明塑料注塑成型。反射面3外表面鍍反射膜。在入射面1上方放置16:9或者4:3規(guī)格的LCD微型顯示器4。瞳孔A與全反射面及出射面2之間的出瞳距離為18.0土6.0mm。，瞳孔A的孔徑為4>7.0士5.0mm,光學(xué)系統(tǒng)厚度只有7.7mm。入射面1、全反射面及出射面2和反射面3的自由曲面滿足如下方程其中，j=[(m+n)2+m+3n]/2+l，z是Z軸方向的矢高，c是頂點(diǎn)曲率半徑，、k是二次曲面系數(shù)，Cj是多項(xiàng)式系數(shù)。如圖5所示，以瞳孔A為原點(diǎn)，B、C、D點(diǎn)分別是入射面l的頂點(diǎn)、全反射面及出射面2的頂點(diǎn)、反射面3的頂點(diǎn)，各頂點(diǎn)在以瞳孔A為原點(diǎn)的YZ平面的偏心坐標(biāo)為B(9.55，19.09)、C(0，17.99)、D(-5.0，19.52)，頂點(diǎn)B的法線與水平面的夾角在80°到90°之間，頂點(diǎn)C的法線與水平面的夾角在15。到20°之間，頂點(diǎn)D的法線與水平面的夾角在20。到25°之間，曲面是采用如下多項(xiàng)式的自由曲面結(jié)構(gòu)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，j=[(m+n)2+m+3n]/2+l，z是Z軸方向的矢高，c是頂點(diǎn)曲率半徑，、k是二次曲面系數(shù)，Cj是多項(xiàng)式系數(shù)，其中自由曲面l，2，3的各個(gè)參數(shù)取值見下表1、表2和表3表l:入射面的參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2:全反射面<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于該目鏡光學(xué)元件主要包括三個(gè)自由曲面，包括一位于頂面的入射面(1)，實(shí)現(xiàn)光線進(jìn)入到目鏡光學(xué)元件內(nèi)；一位于左側(cè)的全反射面及出射面(2)，將從入射面(1)進(jìn)入目鏡光學(xué)元件的光線全反射并折射出去；一位于右側(cè)的反射面(3)，反射面(3)將全反射面及出射面(2)反射過來的光線再反射回全反射面及出射面(2)，最后由全反射面及出射面(2)折射出去聚合到瞳孔A，并從瞳孔A往目鏡光學(xué)元件望去形成放大的圖像，該目鏡光學(xué)元件與LCD微型顯示器組成成像光學(xué)系統(tǒng)，該目鏡光學(xué)元件將LCD微型顯示器能產(chǎn)生16∶9或者4∶3畫面規(guī)格的影像放大，在觀測者的眼前形成按169或者4∶3規(guī)格放大的虛擬畫面。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于入射面(1)、全反射面及出射面(2)和反射面(3)的自由曲面滿足如下方程<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中，j=[(m+n)2+m+3n]/2+l，z是Z軸方向的矢高，c是頂點(diǎn)曲率半徑，k是二次曲面系數(shù)，Cj是多項(xiàng)式系數(shù)。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于目鏡光學(xué)元件是由折射率大于1.4的透明塑料注塑成型。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于反射面(3)外表面鍍反射膜。5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于在入射面(1)上方放置16:9或者4:3規(guī)格的LCD微型顯示器。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，其特征在于瞳孔A的孔徑為4)7.0士5.0mm。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件,其特征在于瞳孔A與全反射面及出射面(2)之間的出瞳距離為18.0士6.0mm。專利摘要一種由三個(gè)自由曲面構(gòu)成的目鏡光學(xué)元件，該目鏡光學(xué)元件主要包括三個(gè)自由曲面，包括一位于頂面的入射面(1)，實(shí)現(xiàn)光線進(jìn)入到目鏡光學(xué)元件內(nèi)；一位于左側(cè)的全反射面及出射面(2)，將從入射面(1)進(jìn)入目鏡光學(xué)元件的光線全反射并折射出去；一位于右側(cè)的反射面(3)，反射面(3)將全反射面及出射面(2)反射過來的光線再反射回全反射面及出射面(2)，最后由全反射面及出射面(2)折射出去聚合到瞳孔A，并從瞳孔A往目鏡光學(xué)元件望去形成放大的圖像，該目鏡光學(xué)元件與LCD微型顯示器組成成像光學(xué)系統(tǒng)，在觀測者的眼前形成放大的虛擬畫面。它體積小，制造成本低，重量輕，比較薄；圖像畸變小，適合16∶9或者4∶3規(guī)格的LCD微型顯示器。文檔編號(hào)G02B25/00GK201307184SQ20082020082公開日2009年9月9日申請日期2008年9月16日優(yōu)先權(quán)日2008年9月16日發(fā)明者賈懷昌申請人:賈懷昌