[发明专利]平面场目镜

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种目镜或放大镜，更具体地，涉及一种用在夜视镜系统和头戴式显示器中的目镜或放大镜。

背景技术

夜视镜和头戴式显示器需要对红色、绿色和蓝色进行过色彩校正的目镜或放大镜，其具有调制传递函数(MTFs)在每毫米40线对(40lp/mm)时大于50％的高图像质量。这些目镜或者放大镜与显像管(image tubes)的显示器或屏幕配合以使图像进入观察者的眼睛。这些目镜或放大镜还需要大于20mm的较长眼睛间隙，使得观察者在定位其眼睛以观察图像时具有更大的容许度。

优良的目镜/放大镜必须对眼睛的位置敏感，因为在放大镜中没有用以限定使用者眼睛位置的物镜出瞳图像。这需要更高的校正水平，对于球面像差而言尤其如此，从而使得当眼睛转动时图像不会晃动或变形。

在美国专利中公开的放大镜的示例有1959年公布的James G.Baker的专利US2,885,928和US2,900,871；以及分别在1974年和1978年公布的Frits Johan Versteeg的专利US3,823,999和US4,111,528。

目镜/放大镜已经被用于观察夜视显像管的荧光屏。然而，这些目镜难以生产且费用昂贵。另外，这些显像管需要曲面屏幕以辅助场曲偏差的校正。

在20世纪90年代，目镜/放大镜通常被构造成类似于图1中所示的Qioptiq透镜。如所示，透镜10包括三个球形玻璃透镜13、14和15；以及一个粘结的玻璃双合透镜11和12。透镜10给出的优质彩色图像在40lp/mm时的MTF大于50％。透镜10接收来自表示为16的荧光屏曲面的图像，并且将所述图像传送到观察者的眼睛。由于透镜及其曲面的数目的原因，透镜10难以生产且费用昂贵。因为透镜13和14很薄，所以它们在生产过程中易破碎，从而导致产量很低。

在21世纪前十年，开发出了与显示器和屏幕一起使用的目镜，如图2所示。如所示，透镜20包括玻璃透镜21，塑料非球形透镜22和塑料混合物(折射)透镜23。还包括棱镜，所述棱镜由两个玻璃板24和25构成，用于将从帘栅极26投射的光(light)与从另一个显示器(未图示)投射的光相结合。然而，透镜20会引起谐波，该谐波将造成观察者不可接受的重影。谐波是由于在折射透镜处的入射角过陡导致的。

在2005年，Edmund开发出了一种与显示器和屏幕一起使用的目镜，如图3所示。如所示，透镜30包括玻璃透镜32、33和34，以及塑料非球形透镜34。还包括棱镜，所述棱镜由两个玻璃板35和36构成，用于将从帘栅极37投射的光与从另一个显示器(未图示)投射的光相结合。在透镜30中增加第四透镜被证明是无用的。

在2007年，Northrup Grumman设计了一种如图4中所示的目镜。如所示，透镜40包括两个玻璃双合透镜，其依序地被定位为第一双合透镜42和43，以及第二双合透镜44和45。还包括三个玻璃透镜41、46和47。因此，透镜40完全由玻璃物质形成。然而，透镜46和47包括用于提供球面校正的非球面表面。透镜40表现良好但是生产费用昂贵。透镜具有大于50度的广视场。但是，透镜无法将从显示器(未图示)投射的图像与从屏幕48投射的图像相结合，所述图像示出为朝向观察者的眼睛投射的射线49(也表示为眼瞳49)。

对于小于40度的视场而言，玻璃双合透镜提供了一种节省成本的、具有良好图像质量的目镜/放大镜。然而，当视场增大时，或者当添加了光束组合器时，目镜/放大镜变得更加复杂，使得透镜具有五个或五个以上的部件。另外，目镜/放大镜需要多个用于球面校正的非球面。因此，这种目镜/放大镜造成设计复杂且昂贵，同时没有良好的定影(fusing)能力。

如即将描述的，本发明提供了一种节省成本的目镜/放大镜，该目镜/放大镜可以将从显示器投射的图像与夜视镜系统的物镜投射的、直接形成在屏幕/帘栅极上的图像相结合。所结合的图像可以广视场朝向观察者投射。另外，目镜/放大镜可以由没有平面、没有非球面以及没有折射面的单体透镜形成。进一步，目镜/放大镜可以从平面或者曲面的屏幕投射广视场。

发明内容