您的位置：網站首頁 > 電器維修資料網 > 正文 >
隨身看顯示系統(tǒng)的光路
來源： 日期：2013-11-16 22:04:03 人氣：標簽：
由于隨身看顯示系統(tǒng)所用顯示器件很小，為了實現(xiàn)一個大屏、舒適的顯示效果，必須用一套光路將微顯示器放大。其放大原理即通過光路將微顯示器顯示的圖像放大置于人眼的明視距離。從而形成一個大的虛像圖示。
可以實現(xiàn)的光路系統(tǒng)，一般可以分為同軸光路系統(tǒng)和離軸光路系統(tǒng)兩大類。典型的設計方案以下例為代表。
1．目鏡式放大光路系統(tǒng)的同軸設計。
2．自由曲面內反射鏡的離軸設計。
下面將具體介紹
1．同軸式目鏡式放大光路系統(tǒng)
其原理類似望遠鏡的目鏡，如下圖所示，由3～5片透鏡組成。
這種光路設計，由于采用了同軸對稱的凸透鏡系統(tǒng)，透鏡的設計和加工都比較簡單，可以實現(xiàn)較大放大張角的效果，但是為了減小像差，不得不適當增加透鏡數量，延長光路長度，因此，其系統(tǒng)的長度大，體積大，用于隨身看的頭盔顯示，顯得笨重。但當用于軍事用途等場合，由于其置于頭盔上，相對于厚重的頭盔可以不必過于計較。 因此，這種結構，還被廣泛采用。
2．離軸式自由曲面內反射鏡的光路系統(tǒng)
這是一種非常適合隨身看顯示系統(tǒng)近眼觀看的極有發(fā)展前景的離軸式光路系統(tǒng)，下圖是其用于隨身看顯示系統(tǒng)時的一個典型設計示例。
這種光路系統(tǒng)的 大優(yōu)點是由于軸上光的長度與光學系統(tǒng)大小無關，因此可以將光路多次折疊，從而使光學系統(tǒng)簡潔，小巧，實現(xiàn)光學系統(tǒng)的微型化。而且，由于采用了自由曲面的設計加工和機內面鏡，使整體像差可以大大低于傳統(tǒng)的同軸透鏡式光路系統(tǒng)。
此系統(tǒng)不同光學鏡面的不同光學powerφ，見下圖。其中，折射鏡面的φ=(n-1)/r，面表面反射鏡φ=2/r，而內反射鏡的φ=2n/r，（其中r為曲率半徑，n為折射率），由此可以看出，曲率半徑越小，φ越大，但此時，φ越大像差也越大；其次，內反射鏡與透射鏡（折射面鏡）相比，只有1/6的曲率半徑就可以得到同樣的φ值。所以其像差小，無色差。
但是，使用這種內反射鏡時，如果采用同軸光路，光路被反射鏡阻擋光線無法取出。為此，在使用內反射鏡時不得不使用偏心的離軸設計。對光學而言，偏心、離軸將會產生更大的像差，使問題更復雜。
離軸設計產生的偏心像差主要有以下四類，見下圖。
(1)非點格差：在回轉對稱光學的軸上常發(fā)生軸對稱，球面象差。在偏心光學的軸上亦經常發(fā)生非常格差。
(2)慧差：在回轉對稱光學的軸外常發(fā)生的慧差（coma象差），在偏心光學軸上亦會出現(xiàn)。
(3)像面彎曲與變形：因偏心產生的像面彎曲與變形，沒有點對稱的特征，偏心會造成明顯的梯形、弓形的象變形。(4)象面傾斜：象面彎曲乃是反射面具有正光焦度所造成，對光線行進方向而言則變成凹面彎曲狀，因此光線會隨著凹面彎曲傾斜，嚴重時成為園柱狀，此時光學面若有偏心便會發(fā)生嚴重的象差。
當然，偏心離軸的光學系統(tǒng)也有優(yōu)點，那就是，光路偏離中心對稱軸，可以使光路在軸外折疊，從而使光路結構更簡潔、小巧，此時軸上光路的長度已經和光學系統(tǒng)大小無關了。
不過，能否解決離軸光學系統(tǒng)偏心造成的像差是其是否實用的關鍵。
我們利用自由曲面對像差進行補償修正的方法，所謂自由曲面并非任意、無序的自由曲面，而必須是可以追蹤光路，并能夠由數控機床加工制造的。
由此得到的自由曲面棱鏡，可以很好的消除、補償、修正偏心光學造成的像差，使其能夠制造出小巧的近眼光學系統(tǒng)，使其不但具有高倍目鏡所具有的高放大倍數、小的像差；而且可以具有如低放大倍數放大鏡所具的大射出瞳經。一般近眼光學系統(tǒng)的射出瞳徑若有4mm便可視像。由于雙眼式hmd的眼幅因人而異，因此需借助眼幅調整機構來調整，如此一來會造成本體重量不易輕型化。有鑒于此，小型輕量hmd的光學系統(tǒng)射出瞳徑若有12×4mm大小，便可充分滿足眼幅55～71mm的漂移容許范圍，且不需任何眼幅調整機構來調整。
下圖為偏軸自由曲面hmd近眼光學用棱鏡剖面圖一例。lcd產生的光線射入傾斜于光軸之自由曲面第1面，光線先在第3面全反射，之后在傾斜自由面之凹面鏡第2面反射，再度通過第3面進入觀視者眼睛。第1、2面為自由曲面可作偏心象差的修正，其中第2面是光路中承擔光焦度 重的面，第3面則為穿透與全反射面，因此全反射面有效直徑與穿透面有效直徑兩者的堆疊對光學小型化具有重大貢獻。
如上所述棱鏡與偏心的各面構成小型堆疊狀光學系統(tǒng)是偏心光學 大優(yōu)勢。除此之外偏心棱鏡（下圖）還具有相當于回轉對稱透射鏡片3-4片份的象差修正能力，因此可應用于成象光學系統(tǒng)。
日本olympus即利用這種離軸式偏心自由曲面棱鏡制作了小巧、輕便的隨身看顯示系統(tǒng)。
對于隨身看顯示系統(tǒng)的光路設計中還有一些問題值得重視。
首先是，所用lcd．不論是哪一種類型，由于尺寸很小，大都作成黑/白單色的，為了實現(xiàn)彩色化，一般是采用rgb，三色光循環(huán)掃描的方式，即將一幀分成三個子幀，每幀的三個子幀顯示時被rgb三色光循環(huán)照明，由于lcd很小，只用三只紅綠藍發(fā)光二極管就夠了。
其次，如果使用的是如lcos之類反射式lcd時，由于lcd不用偏光片，所以光路設計時必須增加偏光調制系統(tǒng)。當使用oel主動發(fā)光顯示器件時，由于一般顯示器件都是全彩色的發(fā)光器件，而且不需偏光調制，所以光路相對簡單，但是，由于顯示像素是由紅綠藍三色像素構成，所以系統(tǒng)的分辨率會大大下降。
作為光路設計主要的目的是完成將信息顯示給人眼，因此在設計中還應該充分考慮人機交流的友好界面，充分考慮人體工程的各種要求。
【看看這篇文章在百度的收錄情況】
0731-85579057 ，
