[发明专利]基于自由曲面棱镜的头盔显示器的光学系统

权利要求书

1.一种基于自由曲面棱镜的头盔显示器的光学系统，为一由S1面、S2面、S3面组成的自由曲面棱镜，作为像源的微型液晶显示器(LCD)生成的图象经S3面折射后进入棱镜系统，再由S2面进行全内反射后传输到S1面，经S1面反射后再次到S2面折射后会聚到人眼中，其中S2面为平面，S3面为球面，其特征在于：首先定义全局坐标系为：原点O在入射光瞳中心；Z轴沿主光轴L0逆向追迹从入瞳中心到棱镜；Y轴垂直Z轴在包含主光轴L0的平面内；X轴同时垂直Y轴和Z轴；然后定义每个光学面的局部坐标系为：原点位于全局坐标(SXi，SYi，SZi)上，Zi轴是一条通过局部坐标系原点，与全局坐标系中Z轴成一个θi角，Yi轴是通过原点在对称平面内且与Zi轴成直角；Xi轴垂直于Zi轴和Yi轴的坐标轴，依据上述坐标系定义，得到每个光学面的函数表达式，其中S1面的函数表达式为泽尼克多项式，如下式：

z=cxx2+cyy21+1-(1+κx)cx2x2+(1+κy)cy2y2]]>

+c1(x2-y2)]]>

+c2(-1+2x2+2y2)]]>

+c3(-2y+3x2y+3y3)]]>

+c4(3x2y-y3)]]>

+c5(x4-6x2y2+y4)]]>

+c6(-3x2+4x4+3y2-4y4)]]>

+c7(1-6x2+6x4-6y2+12x2y2)]]>

+c8(3y-12x2y+10x4y-12y3+20x2y2+10y5)]]>

+c9(-12x2y+15x4y+4y3+10x2y3-5y5)]]>

+c10(5x4y-10x2y3+y5)]]>

+c11(x6-15x4y2+15x2y4-y6)]]>

+c12(6x6-30x2y4-30xy+6y6-5x4+30x2y2-5y4)]]>

+c13(15x6+15x4y2-15x2y4-15y6-20x4+20y4+6x2-6y2)]]>

+c14(20x+60x4y2+60x2y4+20y6-30x4-60x2y2-30y4+12x2+12y2-1)]]>

式中y项采用奇次幂；x项采用偶次幂。