一种基于护目镜形式的近眼显示系统的制作方法

本发明属于显示用的光学设备领域，具体为一种护目镜形式的近眼显示系统。

技术背景

近眼显示系统也称为头盔显示器，最初主要应用于军事和科研领域。近眼显示系统可显示外部视频画面，提高装备的便携性及舒适性。

目前在单兵装备领域，近眼显示系统大多通过手持或结构集成在头盔的方式进行配备，其体积大、质量重，且无法与某些单兵装备配合使用，如美军ANVIS-9夜视仪，通过结构集成在头盔进行佩戴，其供电系统为外置电源，佩戴在士兵腰间一侧，通过连接电源线为夜视仪供电，ANVIS-9夜视仪在使用时需翻转夜视仪，调整其位置直至人眼可观看夜视仪中的完整画面，由于其体积大、只能通过夜视系统直接观察，因此不能与护目镜同时使用，且其电源线会对士兵的战术动作产生严重影响。

因此将显示系统应用于现有装备，为单兵作战提供集防护探测进攻于一体的便携化设备成为未来武器装备的发展方向。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术不足，提供一种基于护目镜形式的近眼显示系统。

为实现上述目的，发明提供如下发明方案：一种基于护目镜形式的近眼显示系统，主要包括护目镜主体及所述护目镜主体上设有的电池模块、可切换位置光学模块、可快速拆装夜视仪模块和无线数传模块。

所述电池模块为防插反电池模块，它通过基础电路分别给所述的可切换位置光学模块、可快速拆装夜视仪模块、无线数传模块供电；所述可快速拆装夜视仪模块，在夜视仪显示模式下，将夜视仪的电视画面通过接插件传输给给可切换位置光学模块进行近眼显示；所述无线数传模块在枪瞄模式下，将枪瞄的电视画面无线传输至给所述的可切换位置光学模块进行近眼显示；

所述电池模块，包括电池输入，电桥，电压输出。电池输入部分主要由电池提供电源。电桥部分利用了MOS管的开关特性，控制电路的通断，因MOS管内阻很小，因此采用MOS管产生的额外功耗可以忽略不计。电压输出部分即为电桥校正后的输出电压。

所述电池模块提供第一电池正/负输入端、第二电池正/负输入端，以及电压正输出端和电压负输出端；所述电路包括两个电阻和四个MOS管；第一电池正/负输入端一路串联第一电阻后接入电压正输出端，电压正输出端串接入第二Mos管的源极，第二Mos管的栅极并联第四Mos管的栅极，并串联到第一电池正/负输入端；第二Mos管的漏极并联第四Mos管的漏极，并串联到第二电池正/负输入端；第一Mos管源极与第一电阻并联连入。第二电池正/负输入端一路串联第二电阻后接入电压负输出端，电压负输出端串接入第四Mos管的源极，第一Mos管的栅极并联第三mos管的栅极，并串联到第二电池正/负输入端；第一Mos管的漏极并联第三mos管的漏极，并串联到第一电池正/负输入端；第三Mos管源极与第二电阻并联连入电压负输出端。

所述可切换位置光学模块包括近眼显示器可调支架及近眼显示器；

所述近眼显示器可调支架为开链连杆机构，包括连杆和阻尼转轴，所述开链连杆包括：固定在护目镜主体中的首级连杆，连接近眼显示器的末级连杆，以及连接首级连杆与末级连杆的中间连杆机构，所述中间连杆机构为调节近眼显示器的主要传动机构，所述阻尼转轴为开链连杆机构中的转动副，作为相邻连杆的转动轴。

优选的，连杆与阻尼转轴设计防转结构。

优选的，所述阻尼转轴包括轴心、摩擦片、弹片、限位片及螺帽，所述摩擦片、弹片通过轴心及螺帽连接两相邻连杆，所述限位片为限定可调支架可调角度的范围。

所述近眼显示器主要包括光学模块、OLED微显示器、外壳。

所述光学模块包括中继补偿透镜组和棱镜部件；所述中继补偿透镜组包括依次布置的透镜一、透镜二和双胶合透镜三；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七胶合而成；

所述透镜一与透镜二的作用为消除光源单色像差；所述双胶合透镜三的作用为消除色差；所述棱镜部件由透镜五、棱镜六和透镜七，胶合而成，其作用为将图像转像90°；

所述透镜一为双凹透镜，OLED微显示器和透镜二分别置于透镜一两侧，其中OLED微显示器位于透镜一的焦平面上；所述透镜二为凸凹透镜，透镜一和双胶合透镜三分别置于透镜二的两侧；所述双胶合透镜三由透镜三、透镜四胶合而成，透镜三为平凸透镜，透镜四为平凹镜，透镜二和棱镜部件分别置于双胶合透镜三两侧；所述棱镜部件，由透镜五出光面与棱镜六入光面，棱镜六出光面与透镜七入光面胶合而成。透镜五与透镜七均为平凸透镜；所述棱镜六为直角梯形棱镜，所述直角梯形棱镜的底边面与相邻直角边面分别构成棱镜六的入光面和出光面，棱镜六的斜边面与底边面构成45°夹角。

为满足成像设计要求，OLED微显示器与透镜一、相对位置关系应满足：

d_O4＝f′₄

其中d_O4为OLED微显示器与透镜一间距，f'₄为透镜的焦距。

上述光学模块的光路如下：OLED微显示器提供图像源，该图像源经过该光学系统,图像源出射的发散光线经过透镜一后以近准直的方式经透镜二后汇聚出射，汇聚光束经过双胶合透镜三以发散状态到达棱镜部件，棱镜部件对该发散光束进行适当的准直以保证其出射的光束在棱镜部件的斜边面发生全反射，提高光的利用率。且棱镜部件出射光为准直光束，保证了在长时间观看使用时，使用者眼睛不疲劳。

本发明中透镜一、透镜二、双胶合透镜三组合而成的中继补偿组，可以校正补偿平衡光学系统的各种像差：色差、场曲、弥散、畸变等，使得系统有关良好的成像质量；使用胶合透镜，它可以折转光路，使光路折转90°。棱镜两端各有一胶合正透镜，可以汇聚光路，使得系统有即较大的视场和出瞳，又能减少中继补偿透镜组的尺寸。OLED微显示器和光学模块，就可以是使得种大视场角的棱镜近眼显示光学系统视场角发，质量轻、体积小，使用安全方便。

所述可快速拆装夜视仪模块，主要由夜视仪组成。所述可快速拆装夜视仪模块的结构为一种带有电气连接的卡扣机构，包括扣位、卡槽，所述扣位包括锁块和开关，位于夜视仪尾盖末端，所述卡槽位于护目镜主体框架上方，所述电气连接为一种接插件，将夜视仪视频信号传输至护目镜内的近眼显示器中，作为夜视仪目镜。

优选的，所述卡扣机构是选用铝合金材料加工制成的三边卡扣结构，增强卡扣机构的耐磨性及夜视仪与护目镜连接的可靠性。

优选的，所述锁块在锁紧位置处与夜视仪尾盖相应位置设计有锁紧结构，即在锁块内侧设计半圆形凸台，夜视仪尾盖内有相应位置处设计半圆形凹槽，用于在夜视仪锁紧状态下可靠固定。

所述无线数传模块，接收枪瞄传输的视频信号，并传输至可切换位置光学模块进行显示。

所述护目镜形式的近眼显示系统有两种工作模式，夜视仪显示模式与枪瞄显示模式，所述夜视仪显示模式，即在可切换位置光学模块显示夜视仪画面；

所述枪瞄模式，即护目镜连接枪瞄系统，使用按键切换至枪瞄显示模式后，通过无线数传模块传输，将枪瞄电视画面显示在可切换位置光学模块中。

本发明的优点：

1)近眼显示系统视场角大，约为35°。

2)护目镜可连接夜视仪，护目镜可显示夜视仪的电视图像；

3)可通过无线接收枪瞄的电视图像，进行显示；

4)夜视仪和枪瞄的电视图像可进行切换显示；

5)不需要佩戴者有相关机械机构装配知识储备。

6)可将近眼显示器在非使用状态下进行收纳，避免遮挡佩戴者视线、不影响设备中其他外设的正常使用，可调整阻尼阀值，且在长时间频繁的使用条件下，能够保证较高的可靠性。

附图说明

图1整体结构框图

图2正视图

图3后视图

图4原理示意图

图5可调支架

图6阻尼结构示意图

图7实物图

图8光学模块

图9中继补偿透镜组合示意图

图10双胶合透镜

图11棱镜部件

图12快拆结构分解图

图13扣位结构图

图14夜视仪尾盖结构图

图15开关打开状态图

图16开关锁紧状态图

图中，1-护目镜主体，2-电池模块，3-可切换位置光学模块，4-可快速拆装夜视仪模块，5-无线数传模块，6-第一电池正/负输入端，7-第二电池正/负输入端，8-电压正输出端，9-电压负输出端，10-第一电阻，11-第二电阻，12-第二Mos管12，13-第四Mos管，14-第一Mos管，15-第三Mos管，16-首级连杆，17-第一阻尼转轴，18-中间连杆，19-第二阻尼转轴，20-末级连杆，21-第一轴心，22-第一摩擦片，23-第二摩擦片，24-第三摩擦片，25-第四摩擦片，26-第一弹片，27-第一限位片，28-第一螺帽，29-第二轴心，30-第五摩擦片，31-第六摩擦片，32-第七摩擦片，33-第八摩擦片，34-第二弹片，35-第二螺帽，36-光学模块，37-OLED微显示器，38-外壳，39-透镜一，40-透镜二，41胶合透镜三，42-透镜三，43-透镜四，44-透镜五，45-棱镜六，46-透镜七，47-扣位4，48-卡槽，49-接插件，50-锁块，51-开关，52-夜视仪尾盖，53-公头，54-母头，55-半圆形凸台，56-半圆形凹槽；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-16，本发明目的在于提供一种基于护目镜形式的近眼显示系统，包括护目镜主体1，及所述护目镜主体1上设有的电池模块2、可切换位置光学模块3、可快速拆装夜视仪模块4、无线数传模块5。

护目镜主体1，采用LSR注塑成型工艺，主要作为佩戴部件，并为其他模块提供结构支撑。

电池模块2为防插反电池模块，它通过基础电路分别给所述的可切换位置光学模块3、可快速拆装夜视仪模块4、无线数传模块5供电；所述可快速拆装夜视仪模块4，在夜视仪显示模式下，将夜视仪的电视画面通过接插件传输给给可切换位置光学模块3进行近眼显示；所述无线数传模块5在枪瞄模式下，将枪瞄的电视画面无线传输至给所述的可切换位置光学模块3进行近眼显示；

本实施例中，提供第一电池正/负输入端6、第二电池正/负输入端7以及电压正输出端8和电压负输出端9；所述电路包括两个电阻和四个MOS管；第一电池正/负输入端6一路串联第一电阻10后接入电压正输出端8，电压正输出端8串接入第二Mos管12的源极，第二Mos管12的栅极并联第四Mos管13的栅极，并串联到第一电池正/负输入端6；第二Mos管12的漏极并联第四Mos管13的漏极，并串联到第二电池正/负输入端7；第一Mos管14源极与第一电阻10并联连入。第二电池正/负输入端7一路串联第二电阻11后接入电压负输出端9，电压负输出端9串接入第四Mos管13的源极，第一Mos管14的栅极并联第三mos管15的栅极，并串联到第二电池正/负输入端7；第一Mos管14的漏极并联第三mos管15的漏极，并串联到第一电池正/负输入端6；第三Mos管15源极与第二电阻11并联连入电压负输出端9。

本实施例中，当电池装入后，第一情况为：电池正极与第一电池正/负极7接触，负极与第二电池正/负极8接触。上电后第一Mos管14和第四Mos管13导通，第二Mos管12和第三mos管15截止，电压正输出端8输出正电压，电压负输出端9接地；第二情况为：电池负极与第一电池正/负极7接触，正极极与第二电池正/负极8接触。上电后第二Mos管12和第三mos管15导通，第一Mos管14和第四Mos管13截止，电压正输出端8输出正电压，电压负输出端9接地。

可切换位置光学模块3，包括近眼显示器可调支架及近眼显示器。

所述近眼显示器可调支架为一种三连杆开链机构，包括首级连杆16、中间连杆18、末级连杆20，以及第一阻尼转轴17和第二阻尼转轴19，所述首级连杆16一端固定在护目镜主体1中，另一端通过第一阻尼转轴17连接中间连杆18，所述中间连杆18的另一端通过第二阻尼转轴19连接末级连杆20，所述末级连杆20同时为近眼显示器的固定座。本发明采用的阻尼转轴结构简单、体积小且可靠性高，能够为护目镜主体提供稳定的角度调节范围。

本实施例中，第一阻尼转轴17包括第一轴心21、第一摩擦片22、第二摩擦片23、第三摩擦片24、第四摩擦片25、第一弹片26、第一限位片27及第一螺帽28；所述第一轴心21上依次装有第一摩擦片22、第二摩擦片23、首级连杆16、第一限位片27、中间连杆18一端的通孔、第三摩擦片24、第四摩擦片25、第一弹片26，其末端通过第一螺帽28锁死；所述第一螺帽28在第一轴心21末端锁死，使得所述第一摩擦片22、第二摩擦片23、第三摩擦片24、第四摩擦片25、第一弹片26与第一轴心21之间均不产生相对转动，形成刚性连接关系；所述第一限位片27和中间连杆18一端的通孔与第一轴心21为紧密配合，使得第一限位片27与第一轴心21之间、中间连杆18与第一轴心21之间均不产生相对转动；所述首级连杆16与第一轴心21之间能相对转动；

所述第一限位片27为外周有扇形缺口的环状体，其扇形缺口与首级连杆16上的凸块配合，使得首级连杆16绕第一轴心21相对转动时，其转动范围受限于该扇形缺口范围；

所述摩擦片的形式和组数可以根据根据实际需要选择调整；所述第一限位片27的形式可以根据实际情况调整为第一限位片27上凸块与首级连杆16上凹槽配合的形式；

本实施例中，第二阻尼转轴19包括第二轴心29、第五摩擦片30、第六摩擦片31、第七摩擦片32、第八摩擦片33、第二弹片34、第二限位片20及第二螺帽35；所述第二轴心29上依次装有第五摩擦片30、第六摩擦片31、中间连杆18另一端的通孔、第二限位片20、末级连杆20、第七摩擦片32、第八摩擦片33、第二弹片34、其末端通过第二螺帽35锁死；所述第二螺帽35在第二轴心29末端锁死，

使得所述第五摩擦片30、第六摩擦片31、第七摩擦片32、第八摩擦片33、第二弹片34与第二轴心29之间均不产生相对转动，形成刚性连接关系；所述第二限位片20和中间连杆18另一端的通孔与第二轴心29为紧密配合，使得第二限位片20和中间连杆18另一端的通孔与第二轴心29之间不产生相对转动；所述末级连杆20与第二轴心29之间能相对转动；

所述第二限位片20为外周有扇形缺口的环状体，其扇形缺口与中间连杆18上的凸块配合，使得中间连杆18绕第二轴心29相对转动时，其转动范围受限于该扇形缺口范围；

所述摩擦片的形式和组数可以根据根据实际需要选择调整；所述第二限位片20的形式可以根据实际情况调整为第二限位片20上凸块与中间连杆18上凹槽配合的形式；

本实例中，头戴式装备，空间小，近眼显示器只能在佩戴人员人眼视线相垂直的平面移动，并且支架要求一定的可控性，选用平面三连杆结构。

本实施例中，保证拉动末级连杆20过程中，近眼显示器始终处于与人眼垂直的状态。

本实例中，拧紧螺母，通过挤压连杆两侧的摩擦片，调节阻尼大小，摩擦片对长时间转动产生的间隙进行压力补偿，保证转轴不会因频繁时候产生松动。

近眼显示器主要包括光学模块36、OLED微显示器37、外壳38。

所述光学模块36设有中继补偿透镜组和棱镜部件43。所述中继补偿透镜组设有透镜一39、透镜二40、胶合透镜三41。所述胶合透镜三41设有透镜三42、透镜四43，所述棱镜部件43设由透镜五44、棱镜六45和透镜七46胶合而成。

所述透镜一39与透镜二40的作用为消除光源单色像差；所述双胶合透镜三41的作用为消除色差；所述棱镜部件由透镜五44、棱镜六45和透镜七46胶合而成，其作用为将图像转像90°；

所述透镜一39为双凹透镜，OLED微显示器37和透镜二40分别置于透镜一39两侧，其中OLED微显示器37位于透镜一39的焦平面上；所述透镜二40为凸凹透镜，透镜一39和双胶合透镜三41分别置于透镜二40的两侧；所述双胶合透镜三41由透镜三42、透镜四43胶合而成，透镜三42为平凸透镜，透镜四43为平凹镜，透镜二40和棱镜部件43分别置于双胶合透镜三41两侧；所述棱镜部件43，由透镜五44出光面与棱镜六45入光面，棱镜六45出光面与透镜七46入光面胶合而成。透镜五44与透镜七46均为平凸透镜；所述棱镜六45为直角梯形棱镜，所述直角梯形棱镜的底边面与相邻直角边面分别构成棱镜六45的入光面和出光面，棱镜六45的斜边面与底边面构成45°夹角。

为满足成像设计要求，OLED微显示器37与透镜一39、相对位置关系应满足：

d_O4＝f′₄＝5.65mm

其中d_O4为OLED微显示器与透镜一39间距，f'₄为透镜一39的焦距。

上述光学模块的光路如下：OLED微显示器37提供图像源，该图像源经过该光学系统,图像源出射的发散光线经过透镜一39后以近准直的方式经透镜二40后汇聚出射，汇聚光束经过双胶合透镜三41以发散状态到达棱镜部件43，棱镜部件43对该发散光束进行适当的准直以保证其出射的光束在棱镜部件43的斜边面发生全反射，提高光的利用率。且棱镜部件43出射光为准直光束，保证了在长时间观看使用时，使用者眼睛不疲劳。

本发明中透镜一39、透镜二40、双胶合透镜三41组合而成的中继补偿组，可以校正补偿平衡光学系统的各种像差：色差、场曲、弥散、畸变等，使得系统有关良好的成像质量；使用胶合透镜7，它可以折转光路，使光路折转90°。棱镜两端各有一胶合正透镜，可以汇聚光路，使得系统有即较大的视场和出瞳，又能减少中继补偿透镜组的尺寸。OLED微显示器37和光学模块36，就可以是使得种大视场角的棱镜近眼显示光学系统视场角发，质量轻、体积小，使用安全方便。

可快速拆装夜视仪模块5，主要由夜视仪组成，提供一个可切换夜视仪模式。夜视仪模块5使用可拆换卡扣固定在护目镜主体1上。

所述可快速拆装夜视仪结构为一种中间带有电气连接的卡扣机构，所述卡扣机构包括扣位47、卡槽48、接插件49，所述扣位47包括锁块50和开关51，位于夜视仪尾盖52内，为一种三边扣位结构，即两对边分别由两个长方形凸台组成，两个长方形凸台间隙大于长方形凸台长度，另一边由长条形凸台组成，其外形与夜视仪尾盖外形弧度保持一致，所述卡槽48位于护目镜主体框架7上方，与扣位47对应，同样为一种三边卡槽结构，即两对边分别由两个长方形槽位组成，三边上的槽位与护目镜主体框架7上表面的间隙均略大于扣位47中的凸台厚度，所述接插件49包括公头53和母头54，所述公头53位于夜视仪尾盖52内，所述母头54位于护目镜主体1框架内，所述夜视仪尾盖52在锁块50锁紧位置处设计有锁紧结构，即在锁块50内侧设计半圆形凸台55，夜视仪尾盖52内相应位置处设计半圆形凹槽56，通过挤压应力将夜视仪锁死。

本实施例中，在安装夜视仪前，先将开关51向物镜方向移动，插入夜视仪，向目镜方向移动开关51即可完成夜视仪的装配过程；拆卸时，将开关51移动至另一侧，拔下夜视仪即可完成夜视仪的拆卸过程。

可快速拆装夜视仪模块4和无线数传模块5图像可进行切换显示。