一种自由曲面离轴反射近眼显示光学系统及建立方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106918913A(43)申请公布日2017.07.04(21)申请号201710214700.4(22)申请日2017.04.01(71)申请人北京铅笔视界科技有限公司地址100190北京市海淀区中关村大街18号B座9层909室64号(72)发明人陈志东高鑫张杰王能文(74)专利代理机构北京路浩知识产权代理有限公司11002代理人王庆龙(51)Int.Cl.G02B27/01(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图2页(54)发明名称一种自由曲面离轴反射近眼显示光学系统及建立方法(57)摘要本发明实施例公开了一种自由曲面离轴反射近眼显示光学系统及建立方法，系统包括：微型显示器和至少一个自由曲面反射镜；所述微型显示器和所述至少一个自由曲面反射镜离轴设置；其中，所述微型显示器和所述至少一个自由曲面反射镜的位置和形状根据所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统的轮廓尺寸相关系数确定。本发明实施例通过对微型显示器和至少一个自由曲面反射镜进行离轴设置，采用基于全反射结构的光学模组，使得视角较大；且根据系统的轮廓尺寸相关系数确定微型显示器和自由曲面反射镜的位置和形状，使得像质优良、无色差、畸变小，观察者能够观察到清晰无失真的图像。CN106918913ACN106918913A权利要求书1/3页1.一种自由曲面离轴反射近眼显示光学系统，其特征在于，包括：微型显示器和至少一个自由曲面反射镜；所述微型显示器和所述至少一个自由曲面反射镜离轴设置；其中，所述微型显示器和所述至少一个自由曲面反射镜的位置和形状根据所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统的轮廓尺寸相关系数确定。2.根据权利要求1所述的自由曲面离轴反射近眼显示光学系统，其特征在于，所述自由曲面反射镜为3个；第一曲率半径、第二曲率半径和第三曲率半径根据第一间隔、第二间隔和第三间隔确定；其中，所述第一间隔、所述第二间隔和所述第三间隔根据所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统的轮廓尺寸的遮拦系数和放大率确定；所述第一曲率半径、所述第二曲率半径和所述第三曲率半径分别为3个所述自由曲面反射镜的曲率半径；所述第一间隔为第一自由曲面反射镜和第二自由曲面反射镜之间的间隔，所述第二间隔为第一自由曲面反射镜和第三自由曲面反射镜之间的间隔，所述第三间隔为第二自由曲面反射镜和第三自由曲面反射镜之间的间隔。3.根据权利要求2所述的自由曲面离轴反射近眼显示光学系统，其特征在于，所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统中包括7个关键点；第一关键点(y1，z1)设于所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统中的第一预设位置，第二关键点(y2，z2)设于所述第二自由曲面反射镜的上端，第三关键点(y3，z3)设于所述第一自由曲面反射镜的下端，第四关键点(y4，z4)设于所述第三自由曲面反射镜的下端，第五关键点(y5，z5)设于所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统中的第二预设位置，第六关键点(y6，z6)设于所述第一自由曲面反射镜的上端，第七关键点(y7，z7)设于所述微型显示器的下端；其中，所述7个关键点的位置坐标满足以下条件：4.根据权利要求3所述的自由曲面离轴反射近眼显示光学系统，其特征在于，所述第一自由曲面反射镜、所述第二自由曲面反射镜和所述第三自由曲面反射镜的复曲面表达式为：其中，Cx是对应的自由曲面反射镜的X-Z平面内X方向的曲率半径，Cy是对应的自由曲面反射镜的Y-Z平面内Y方向的曲率半径，Kx是对应的自由曲面反射镜的X方向的二次曲线系2CN106918913A权利要求书2/3页数，Ky是对应的自由曲面反射镜的Y方向的二次曲线系数，i为大于等于4的偶数，Ai是i阶非球面系数，关于Z轴旋转对称，Pi是i阶非旋转对称系数。5.根据权利要求3所述的自由曲面离轴反射近眼显示光学系统，其特征在于，所述第一自由曲面反射镜、所述第二自由曲面反射镜和所述第三自由曲面反射镜的复曲面表达式为：其中，C为曲面曲率半径，k为圆锥系数，c4、c6、c7、c9、c11、c13、c15、c16和c18为多项式系数。6.一种如权利要求1-5任一项所述的自由曲面离轴反射近眼显示光学系统的建立方法，其特征在于，包括：根据所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统的轮廓尺寸相关系数确定所述至少一个自由曲面反射镜在同轴设置时的位置；根据所述至少一个自由曲面反射镜在同轴设置时的位置，计算得到各自由曲面反射镜的曲率半径；根据预设条件将所述微型显示器和所述至少一个自由曲面反射镜离轴设置。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少一个自由曲面反射镜在同轴设置时的位置，计算得到各自由曲面反射镜的曲率半径，具体包括：当所述自由曲面离轴反射近眼显示光学系统中包括3个自由曲面反射镜时，