專利名稱：折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)棱鏡系統(tǒng)，尤其涉及一種由折反自由曲面和衍射面構(gòu)成的折 衍混合光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段的顯示光學(xué)產(chǎn)品都是由多種不同材料的光學(xué)元件組成的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，主 要原因是光學(xué)系統(tǒng)必須矯正成像像差和色差，使其能夠達(dá)到顯示所須要的像差和色差要 求。如果用簡單的單片的光學(xué)系統(tǒng)，成像的畸變較大和色差較大，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。本實用新型就是用一個簡單的光學(xué)元件對光學(xué)系統(tǒng)像差和色差進(jìn)行矯正從而達(dá) 到高清的成像質(zhì)量。這里利用衍射面有效地拉動長波和短波的焦點位置，(就像用冕玻璃 和火石玻璃一樣，)從而得到一個矯正色差單塊元件；同時，利用折反自由曲面的特性來矯 正各種偏心像差，來提高成像質(zhì)量，使其能夠用一個簡單的棱鏡元件代替復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng) 成像?；谏鲜鲈?，本發(fā)明人研制了本實用新型一種“折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡 光學(xué)系統(tǒng)”。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足所要解決的技術(shù)問題是提供一個折反式自 由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，讓光線在棱鏡內(nèi)多次折反，從而有效壓縮光路所經(jīng)過的有 效幾何尺寸，使該棱鏡外形尺寸縮小，重量變輕；利用自由曲面來校正各種偏心像差，提高 成像質(zhì)量；利用衍射面來校正色差，減小色差對成像的影響；單個棱鏡就是一個光學(xué)系統(tǒng)， 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，有利于運用到眼鏡式或頭盔式等對體積和重量要求較高的光學(xué)產(chǎn)品中。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括中框，所述的中框下側(cè)用壓緊 螺釘安裝有透鏡固定框，透鏡固定框內(nèi)固定裝設(shè)有折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡，透鏡固定 框用壓緊螺釘安裝在中框中。所述的中框上側(cè)裝有隔圈和安裝架，隔圈和安裝架用固定螺釘與中框相固定。所述的折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡包括實現(xiàn)對入射光線折射并會聚到折反自由 曲面二元光學(xué)棱鏡內(nèi)的入射面、將從入射面進(jìn)入棱鏡的光線全反射到反射面上的出射面、 將出射面反射過來的光線進(jìn)行二次反射后由出射面折射為平行光進(jìn)入瞳孔的反射面，所述 的入射面是衍射面，所述的出射面是自由曲面，所述的反射面是球面。所述的折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡設(shè)有用于起定位和壓緊作用的定位面、安裝面 和固定臺階。上述所述的出射面是由xy多項式或澤尼克多項式構(gòu)成的自由曲面。該自由曲面 對光線同時進(jìn)行折射和全反射，出射面的自由曲面參數(shù)為 所述的入射面是衍射面。所述的棱鏡是由光學(xué)塑料注塑成型或者由低熔點玻璃模壓成型。所述的反射面外表面鍍高反射膜。本實用新型一種折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)有益效果是1)、本實用新型由入射面、出射面、反射面組成一個特殊的光學(xué)棱鏡，其入射面為 衍射面，可以有效的矯正色差，使圖像色彩還原性好；出射面為自由曲面，能對偏心像差進(jìn) 行很好的矯正，且該自由曲面不僅在反射中起到矯正像差的作用而且同時在折射時也起到 矯正像差的作用，能很大程度的發(fā)揮自由曲面的優(yōu)越性；反射面為球面，反射形式為內(nèi)反 射，在其外表面鍍膜有利于提高的反射效率；2)、整個光學(xué)系統(tǒng)為偏心光路，光線在棱鏡內(nèi)多次折反，能有效壓縮光路所經(jīng)過的 有效幾何尺寸，使該棱鏡外形尺寸縮小；3)、本實用新型的光學(xué)棱鏡是由塑料注塑成型，重量輕；4)、光學(xué)系統(tǒng)僅為一塊棱鏡組成，結(jié)構(gòu)簡單，且成像質(zhì)量好；5)、光學(xué)系統(tǒng)出曈距離和出曈直徑都較大，便于觀察；6)、光學(xué)系統(tǒng)偏心大，使視場增大，能夠在較小的距離內(nèi)觀察到較大的虛擬圖像；7)自由曲面二元光學(xué)棱鏡采用注塑成型，便于批量生產(chǎn)，且成本低；8)、由于是注塑產(chǎn)品，安裝結(jié)構(gòu)和定位結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)，同是時可以在定位面和安裝 面上增強(qiáng)密封性。該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光能損失小，色差小，成像質(zhì)量清晰，重量輕，便于佩戴； 光學(xué)零件數(shù)目小，結(jié)構(gòu)形式簡單，利于裝配，調(diào)整簡單。

[0025]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)--步說明。[0026]圖1是本實用新型的光學(xué)原理圖；[0027]圖2是棱鏡的整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖3是棱鏡的整體結(jié)構(gòu)另一側(cè)示意圖；[0029]圖4是棱鏡的安裝定位示意圖；[0030]圖5是光學(xué)系統(tǒng)的裝配示意圖；[0031]圖6是光學(xué)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。[0032]附圖標(biāo)記說明[0033]1、入射面2、出射面3、反射面[0034]4、定位面5、安裝面6、固定臺階[0035]10、折反自由曲面二二元光學(xué)棱鏡20、安裝架[0036]30、隔圈40、中框50、透鏡固定框[0037]60、壓緊螺釘70、固定螺釘具體實施方式
本實用新型是這樣實施的在圖1至圖4中，一種折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括中框，所述的 中框40下側(cè)用壓緊螺釘60安裝有透鏡固定框50，透鏡固定框50內(nèi)固定裝設(shè)有折反自由曲 面二元光學(xué)棱鏡10，透鏡固定框50用壓緊螺釘60安裝在中框40中。在本實施例中，中框40上側(cè)裝有隔圈30和安裝架20，隔圈30和安裝架20用固定 螺釘70與中框40相固定。折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡包括實現(xiàn)對入射光線折射并會聚到折反自由曲面二 元光學(xué)棱鏡內(nèi)的入射面1、將從入射面1進(jìn)入棱鏡的光線全反射到反射面3上的出射面2、 將出射面2反射過來的光線進(jìn)行二次反射后由出射面2折射為平行光進(jìn)入瞳孔的反射面3， 所述的入射面1是衍射面，所述的出射面2是自由曲面，所述的反射面3是球面。另外折反 自由曲面二元光學(xué)棱鏡設(shè)有用于起定位和壓緊作用的定位面4、安裝面5和固定臺階6。出射面2是由xy多項式或澤尼克多項式構(gòu)成的自由曲面，該自由曲面對光線同時 進(jìn)行折射和全反射，出射面2的自由曲面參數(shù)為 折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡由光學(xué)塑料注塑成型或者由低熔點玻璃模壓成型。在 本實施例中，所述的反射面3外表面鍍設(shè)有高反射膜。入射面將顯示芯片發(fā)射的光線會聚到棱鏡內(nèi)；出射面將從入射面進(jìn)入棱鏡的光線 全反射到反射面上；反射面再將出射面反射過來的光線進(jìn)行二次反射，并反射回到出射面， 最后再由出射面折射為平行光進(jìn)入瞳孔，入射面1是衍射面，實現(xiàn)對入射光線折射并會聚到折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡 內(nèi)；所述的出射面2是自由曲面，其將從入射面1進(jìn)入棱鏡的光線全反射到反射面3上；所 述的反射面3是球面，將出射面2反射過來的光線進(jìn)行二次反射，并反射回到出射面2，最后 再由出射面2折射為平行光進(jìn)入瞳孔，從而可以看到一個經(jīng)過折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡 放大的圖像。如圖5和圖6所示，折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡應(yīng)用于透鏡中是這樣安裝的 折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡10的安裝定位，首先將棱鏡10固定于透鏡固定框50中，然 后把透鏡固定框50安裝在中框40中，最后用壓緊螺釘60把透鏡固定框50壓緊在中框40 中，同時，定位和壓緊棱鏡，另外中框40的上側(cè)裝有隔圈30和安裝架20，隔圈30和安裝架 20用固定螺釘70與中框40相固定。以上所述，僅是本實用新型折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)的一種較佳實 施例而已，并非對本實用新型的技術(shù)范圍作任何限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對 以上的實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括中框(40)，其特征在于所述的中框(40)下側(cè)用壓緊螺釘(60)安裝有透鏡固定框(50)，透鏡固定框(50)內(nèi)固定裝設(shè)有折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡(10)，透鏡固定框(50)用壓緊螺釘(60)安裝在中框(40)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的 中框(40)上側(cè)裝有隔圈(30)和安裝架(20)，隔圈(30)和安裝架(20)用固定螺釘(70)與 中框(40)相固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的 折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡包括實現(xiàn)對入射光線折射并會聚到折反自由曲面二元光學(xué)棱 鏡內(nèi)的入射面(1)、將從入射面(1)進(jìn)入棱鏡的光線全反射到反射面(3)上的出射面(2)、 將出射面(2)反射過來的光線進(jìn)行二次反射后由出射面(2)折射為平行光進(jìn)入瞳孔的反射 面(3)，所述的入射面(1)是衍射面，所述的出射面(2)是自由曲面，所述的反射面(3)是球
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的 折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡設(shè)有用于起定位和壓緊作用的定位面(4)、安裝面(5)和固定 臺階(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于出射 面(2)是由xy多項式或澤尼克多項式構(gòu)成的自由曲面，該自由曲面對光線同時進(jìn)行折射和 全反射，出射面(2)的自由曲面參數(shù)為
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所 述的折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡由光學(xué)塑料注塑成型或者由低熔點玻璃模壓成型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的 反射面(3)外表面鍍設(shè)有高反射膜。
專利摘要本實用新型涉及光學(xué)棱鏡系統(tǒng)，尤其涉及一種折反式自由曲面二元光學(xué)棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括中框(40)，其特征在于所述的中框(40)下側(cè)用壓緊螺釘(60)安裝有透鏡固定框(50)，透鏡固定框(50)內(nèi)固定裝設(shè)有折反自由曲面二元光學(xué)棱鏡(10)，透鏡固定框(50)用壓緊螺釘(60)安裝在中框(40)中。其有益效果是該光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光能損失小，色差小，成像質(zhì)量清晰，重量輕，便于佩戴；光學(xué)零件數(shù)目小，結(jié)構(gòu)形式簡單，利于裝配，調(diào)整簡單。
文檔編號G02B17/08GK201637919SQ20102014666
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者劉美鴻, 母林 申請人:深圳市億思達(dá)顯示科技有限公司