[发明专利]折衍射反射式头戴显示器光学系统

摘要

一种折/衍反射式头戴显示器光学系统，其特点在于由菲涅尔透镜、孔径光阑、反射镜、分光镜和回射屏组成。本发明具有结构简单、光能利用率高、成像质量高等特点，可应用于增强现实的头戴显示设备中。

主权项

一种折/衍反射式头戴显示器光学系统，其特征在于包括菲涅尔透镜(1)、孔径光阑(2)、反射镜(3)、分光镜(4)和回射屏(5)，位置关系是：以微型显示器的图像面作为物面，该物面中心与本光学系统的光轴具有一定的距离，沿所述的微型显示器输出的光束传播方向依次是所述的菲涅尔透镜(1)、孔径光阑(2)和反射镜(3)，所述的菲涅尔透镜(1)、孔径光阑(2)和反射镜(3)相对于光轴对称放置；在垂直于入射光且被反射镜(3)反射的方向，并距离所述的菲涅尔透镜(1)左边一定距离处依次放置所述的分光镜(4)和回射屏(5)，所述的分光镜(4)的法线与光轴所成的角度为45°，该分光镜(4)的中心与光轴的距离和所述的物面中心与光轴的距离相等；所述的菲涅尔透镜(1)为平面螺纹透镜，由基面(11)和工作面(12)组成，所述的基面(11)为平面，所述的工作面(12)上设有一系列同心的环带形锯齿槽，每个环带形锯齿槽相当于一个独立的折射面，且各锯齿槽的环带的径向距离相等；所述的菲涅尔透镜(1)的工作面(12)被过光轴的垂直的平面分成第一工作面(12‑a)和第二工作面(12‑b)，所述的第一工作面(12‑a)具有焦距f1的非球面透镜的聚焦能力，所述的第二工作面(12‑b)具有焦距为f2的非球面透镜的聚焦能力；在所述的第一工作面(12‑a)的前焦平面上放置所述的微型显示器，在所述的第二工作面(12‑b)的后焦平面放置所述的回射屏(5)，该光学系统的投影放大倍率为‑f2/f1，所述的孔径光阑(2)设置在所述的第一的工作面(12‑a)的后焦平面上，所述的孔径光阑(2)的中心与所述的反射镜(3)的中心重合。