[实用新型]具塑料曲面镜且增强图像与校正像差的真实图像投影装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学显示系统领域。更明确地说，本实用新型涉及运用低成本的塑料曲面镜与通过使用像差减少方法的几个组合并来增强真实图像投影装置，可减少重影和像散的现象。

背景技术

本实用新型涉及真实图像投影系统，且具体而言，涉及这样一种系统：其中在空间中形成真实物体的图像，给人真实物体存在于空间中的那点处的幻觉，而实际上并非如此。真实图像投影系统通常含有球面或抛物面镜用于成像。在较大系统中，观看者位于离被观看的图像相当大的距离处，所以例如球面像差和特别是像散的光学像差的问题不会像在较小系统中那样严重，在较小系统中，观看者位于接近图像处。当观看图像持续较长的时间周期时，像散导致眼疲劳，且这已经成为小型真实图像投影系统尚未广泛地并入游戏应用中以及工作站应用中的主要原因之一。

较小真实成像系统缺乏普遍接受的另一原因在于，当从近距离观看显示器时，系统中的重影图像更加容易察觉。很多方法已经用于减少重影，包括着色的分束器和圆形偏光器，其中的任何一者都不是非常有效。即使使用圆形偏光窗口，尽管重影图像可显着减少，但还是可见。圆形偏光窗口通常具有42％的最大透射率，这显着降低了图像亮度。因此，在拱廊或光照强烈的其它公共区域中，通常很难看见真实图像。

其它的光学像差给真实图像投影系统带来问题。举例来说，场曲率失真是较小系统的重要问题，因为较短的焦距通常与较小系统有关。举例来说，显示于CRT屏幕上的矩形形状投影为目标物体的“鱼眼”真实图像。矩形图像的侧边看起来向外弯曲，且与边缘相比，矩形图像的中心看起来被放大。这是球面镜的自然现象，且在光束路径上没有相当大数目的附加透镜的情况下通常无法校正，而数目较多的附加透镜会使得显示系统的物理尺寸显着变大，且使得制造这类显示器的成本过于高昂。

已经设计出通过使用Mangin镜来补偿这些像差中的一些(例如球面像差)的光学器件。Mangin镜为具有较长半径的反光凸球面表面和较短半径的透射凹球面表面的镜。然而，此方法对真实图像投影系统来说并不实用，因为图像源或目标不像在单点成像系统中那样是镜的焦点或曲率中心处的点。在真实图像投影系统中，目标通常是矩形的，例如监视器屏幕，其中仅屏幕的中心位于镜的轴上或镜的焦点处。可通过以旋转的非球面表面代替凹球面表面，来显着改进Mangin双重曲面校正镜(Mangin dual curvecorrective mirror)，旋转的非球面表面将减少从镜的轴偏移的点的像散。因此，含有两个球面曲面的Mangin镜对沿轴上系统的轴的点来说极其有效，但当目标点偏离镜曲率的轴时，像散的问题变得逐渐恶化。对于轴或焦点周围的较大区域来说，凹表面上的非球面曲面将优化校正并减少像散。

小型系统尚未成为主流的另一原因是因为难以生产合理数量的曲面光学器件。当并入校正光学曲率时，问题就复杂了。

发明内容

本实用新型涉及运用低成本的塑料曲面镜与通过使用像差减少方法的几个组合并来增强真实图像投影装置，可减少重影和像散的现象。

本实用新型涉及运用低成本的塑料曲面镜与通过使用像差减少方法的几个组合并来增强真实图像投影装置，其包括单个曲面镜，所述单个曲面镜具有两个旋转的不同光学表面，其中的一者位于凸表面上，且另一者位于凹表面上。

本实用新型涉及运用低成本的塑料曲面镜与通过使用像差减少方法的几个组合并来增强真实图像投影装置，其包括单个曲面反光器，所述至少一个曲面反光器定位成倾斜配置，其中反光器的光轴不与观看轴重合，且目标源与曲面反光器之间的光束路径既不穿过分束器也不被分束器反射。

本实用新型提出一种真实图像投影系统更包括一个圆形偏光器，用于使定位在镜与真实图像之间的原光路径中的光束圆形地偏光，藉此进入系统的外部光实质上在退出系统前就被阻挡，从而实质上消除由外部光源导致的重影图像形成。

制造具有最小像差和像散的镜存在两个问题。旋转的表面的质量必须非常精确。这通常涉及对表面的精确抛光，因此限制了给定时间内可生产此类镜的数量，且造成的成本超出商业真实图像显示系统通常所能接受的成本。同样，非球面表面生产起来极其困难，且必须手工抛光成精确曲面。因此，旋转的非球面光学表面的复杂性使得所述镜无法被大量生产，因此，优选制造方法为注入成型的低成本的塑料曲面镜。