表面19、第十七表面20、第十八表面21、第十九表面22、第二十表面23、第 二i^一表面24、第二十二表面25、第二十三表面26,其中第七表面10、第九表面12、第十八 表面21、第二十三表面26为偶次非球面，第十二表面15为二次曲面，其他表面均为球面； 第七表面10、第八表面11和第九表面12组成双胶合透镜；第十表面13、第^^一表面14和 第十二表面15组成双胶合透镜；第十五表面18、第十六表面19和第十七表面20组成双胶 合透镜；后继透镜组的各表面都在同一轴线上；显示屏27。
[0017] 从第二自由曲面反射镜B向后继透镜组出射的会聚光线口径大，使用一个大口径 负透镜作为后继透镜组的第一个透镜来接收大口径会聚光线，并在该大口径负透镜后继续 使用一个小口径负透镜进一步减小各视场主光线与后继透镜组轴线的夹角，利于校正各项 与视场有关的像差；所述大口径负透镜与小口径负透镜组合成双胶合透镜组；所述大口径 负透镜即图1中第七表面10与第八表面11组成的透镜，所述小口径负透镜即图1中第八 表面11与第九表面12组成的透镜；
[0018] 本发明中所涉及的位置坐标、长度的单位均为毫米mm;
[0019] 本实例所实现的光学系统性能指标如下：
[0020] 视场大小为水平方向106.3°，竖直方向80° ;出瞳直径为8mm;出瞳距离为 52.Imm;第一椭球面边缘距出瞳中心的最近垂直距离18mm;20° (H)X20° (V)视场内 最大相对于畸变绝对值小于2% ;60° (H)X60° (V)视场内最大相对于畸变绝对值小于 4. 5 %;H代表水平方向，V代表竖直方向；全视场内最大相对于畸变绝对值小于8 %;显不屏 为0. 86英寸、1920X1200分辨率的OLED显示屏。
[0021] 本实例的面形数据以及位置坐标如下：
[0022] 本发明中第一自由曲面反射镜、第二自由曲面反射镜面形用多项式自由曲面面形 公式⑴描述：
【主权项】
1. 采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，该光学系统包括第一自由曲面 反射镜（A)、中继透镜组、第二自由曲面反射镜（B)、后继透镜组和显示屏（27);所述光学 系统按照逆向光路设计；逆向设计时头盔显示器的出瞳成为光学系统的入瞳，各视场的光 线以平行光的方式经过入瞳（1)进入光学系统，再经第一自由曲面反射镜（A)反射后入射 到中继透镜组；经中继透镜组出射后由第二自由曲面反射镜（B)反射进入后继透镜组，最 后会聚到显示屏（27)上；其特征是，所述中继透镜组和后继透镜组中的透镜表面的面形为 旋转对称形式，所述中继透镜组由两个双胶合透镜组组成，第一双胶合透镜组由第一表面 (3)、第二表面（4)和第三表面（5)组成，第二双胶合透镜组由第四表面（6)、第五表面（7) 和第六表面（8)组成，所述第三表面（5)与第六表面（8)为偶次非球面，第一表面（3)、第二 表面（4)、第四表面（6)和第五表面（7)为球面； 所述后继透镜组中的多个透镜同轴，所述多个透镜由第七表面（10)、第八面（11)、第 九表面（12)、第十表面（13)、第^^一表面（14)、第十二表面（15)、第十三表面（16)、第十四 表面（17)、第十五表面（18)、第十六表面（19)、第十七表面（20)、第十八表面（21)、第十九 表面（22)、第二十表面（23)、第二^^一表面（24)、第二十二表面（25)和第二十三表面（26) 组成； 所述第七表面（10)、第九表面（12)、第十八表面（21)和第二十三表面（26)为偶次非 球面，第十二表面（15)为二次曲面，第八面（11)、第十表面（13)、第十一表面（14)、第十三 表面（16)、第十四表面（17)、第十五表面（18)、第十六表面（19)、第十七表面（20)、第十九 表面（22)、第二十表面（23)、第二^^一表面（24)和第二十二表面（25)为球面。
2. 根据权利要求1所述的采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，其特征 在于，第一自由曲面反射镜（A)和第二自由曲面反射镜（B)均为水平方向不对称、竖直方向 对称的自由曲面形式。
3. 根据权利要求1所述的采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，其特征 在于，所述的第一自由曲面反射镜（A)、第二自由曲面反射镜（B)面形采用多项式自由曲面 面形表述，用公式一表述为： 公式一、
式中r2= x2+y2;N为多项式的数目；c = 1/R，R为中心曲率半径；k为二次曲面系数； Ai为第i个多项式的系数;E i (X，y)代表多项式中第i项；多项式项为X与y大于等于零的 整数次幕的乘积，最尚阶为20。
4. 根据权利要求3所述的采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，其特征 在于，该系统关于YOZ面对称，第一自由曲面反射镜（A)、第二自由曲面反射镜（B)采用多项 式自由曲面面形公式中关于X的偶次幂项；
5. 根据权利要求1所述的采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，其特征 在于，第一双胶合透镜组和第二双胶合透镜组同轴。
6. 根据权利要求1所述的采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，其特征 在于，所述第七表面（10)、第八面（11)和第九表面（12)组成双胶合透镜，第十表面（13)、 第十一表面（14)和第十二表面（15)组成双胶合透镜。
【专利摘要】采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，涉及光学系统和器件设计领域，解决现有双椭圆结构头盔显示器系统中两个椭球面带来的畸变之外的像差校正难度大的问题，采用双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统，该光学系统包括第一自由曲面反射镜、中继透镜组、第二自由曲面反射镜、后继透镜组和显示屏组成。所述光学系统按照逆向光路设计；光路由出瞳处(人眼位置)开始，各视场的光线以平行光的方式经过出瞳进入系统，再经过第一自由曲面反射镜反射后入射到中继透镜组，中继透镜组出射后经过第二自由曲面反射镜反射进入后继透镜组，最后会聚到显示屏上。本发明相比双椭球结构将出瞳直径扩大为8mm，增加了人眼可自由转动的范围。
【IPC分类】G02B27-01, G02B17-00
【公开号】CN104765151
【申请号】CN201510143702
【发明人】刘伟奇, 孟祥翔, 姜国华, 朱秀庆, 杨建明, 魏忠伦, 康玉思, 唐伯河, 安明
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月30日