[发明专利]一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统

权利要求书

1.一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，包括一个微型显示器，其特征在于，微型显示器发出的光线经过通过半反半透棱镜将总的光学系统拆分为两个光学系统分别成像，一部分光透过半反半透膜，经过T系统的折射透镜组13汇聚在第一像面12上，另一部分光在半反半透膜上反射，经过D系统的折反射透镜组34汇聚在第二像面33上，

所述T系统的入瞳直径为12.7mm，MTF全视场60lp/mm0.5，其真实像面大小模拟分辨率为1920*1080的0.7英寸的微型显示器，垂直方向为8.72mm，水平方向为16.5mm。

所述光学系统，D系统的入瞳直径为12.7mm，MTF全视场60lp/mm0.6，其真实像面大小模拟分辨率为1920*1080的0.7英寸的微型显示器，垂直方向为8.72mm，水平方向为16.5mm。

2.根据权利要求1所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，所述T系统和D系统均由物空间到像空间依次设置；它们共同包括微型显示器、半反半透棱镜，其中T系统还包括折射透镜组，D系统还包括折反射式透镜组；

所述T系统的折射透镜组的半反半透面的偏心类型为偏心和回归，偏心角度为α＝45°；

所述D系统的折反射式透镜组的半反半透面的偏心类型为偏心和弯曲，偏心角度为：α＝45°，反射面的偏心类型为偏心和弯曲，偏心角度为：β＝-45°。

3.根据权利要求2所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，T系统透镜的非球面表面形状满足以下方程：

上述方程式中参数c为半径所对应的曲率，y为径向坐标其单位和透镜长度单位相同，k为圆锥二次曲线系数当系数小于-1时，透镜的面形曲线为双曲线；当k系数等于-1时，透镜的面形曲线为抛物线；当系数介于-1到0之间时，透镜的面形曲线为椭圆，当k系数等于0时，透镜的面形曲线为圆形，当k系数大于0时，透镜的面形曲线为扁圆形；a₁至a₈分别表示各径向坐标所对应的偶次非球面系数。

4.根据权利要求2所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，所述T系统的折射透镜组包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；其中，第二透镜后表面和第三透镜前表面胶合，第四透镜后表面和第五透镜前表面胶合。

5.根据权利要求4所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，所述T系统的光学系统参数具体设计如下表1所述：

表1

其中：100、物面；101、棱镜前表面；102、半反半透膜；103、棱镜后表面；1、第一透镜前表面；2、第一透镜后表面；3、第二透镜前表面；4、第二透镜后表面和第三透镜前表面；5、第三透镜后表面；6、光阑；7、第四透镜前表面；8、第四透镜后表面和第五透镜前表面；9、第五透镜前表面；10、第六透镜前表面；11、第六透镜后表面；12、第一像面。

6.根据权利要求2所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，所述D系统的折反射式透镜组包括：第七透镜、第八透镜、第九透镜、第十透镜、第十一透镜、第十二透镜；其中，第七透镜后表面和第八透镜前表面胶合，第十一透镜前表面和第十二透镜后表面胶合。

7.根据权利要求6所述的一种用于头戴显示器的半反半透棱镜光学系统，其特征在于，所述D系统的光学参数设计如下表2所示：

表2

其中：100、光阑；101、棱镜前表面；102、半反半透膜；104、棱镜下表面；20、第七透镜前表面；21、第七透镜前表面；22、第七透镜后表面和第八透镜前表面；23、第八透镜后表面；24、第九透镜前表面；25、第九透镜后表面；26光阑；27、反射镜；28、第十透镜前表面；29、第十透镜后表面；30、第十一透镜前表面；31、第十一透镜后表面和第十二透镜前表面；32、第十二透镜后表面；33、第二像面。