CN102967939B - 一种用于头盔显示器的光学系统封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种该种用于头盔显示器的光学系统封装结构，包括1个像源、5片透镜及封装外壳，封装外壳结构由硬铝合金加工而成，透镜中2片透镜加工为方形，3片为圆形，透镜的封装外壳结构由三段壳体拼接而成，三段壳体分别对方形透镜、圆形透镜和像源进行封装，通过封装外壳的结构特性来保证镜片和像源的位置精度，并由壳体零件的机加工精度来保证这三段壳体零件之间的装配精度，其中，封装像源的壳体可通过调整垫片来对其位置进行微调，从而对像源的位置进行微调。具有上述特殊结构的该种用于头盔显示器的光学系统封装结构对离轴光学系统的透镜和像源固定可靠，透镜位置精度高，提高显示质量，并且像源位置可微调。

Description

一种用于头盔显示器的光学系统封装结构

技术领域

本发明涉及一种用于头盔显示器的光学系统封装结构。

背景技术

当今头盔显示器在军工领域得到了较为广泛的应用。机载头盔显示器可以代替机载屏显来显示飞机仪表参数，使飞行员不用低头看仪表，将注意力集中在前方。头盔显示器还可集成头盔瞄准系统，显示瞄准信息，使战斗机飞行员先发制敌。

头盔显示器的光学系统一般都包括像源、透镜组和反射镜，其中像源是一块小型的显示屏，像源发出的光线通过透镜组，打到使用者眼前的反射镜上，光线经反射镜反射后进入人眼，从而让使用者看到图像。其中，像源和和透镜组需要安装在一个光学封装结构中，并需要通过该结构来严格保证透镜和像源的位置精度，否则会影响显示质量。

头盔显示器的光学系统可分为同轴系统和离轴系统两种，同轴系统中各透镜的光轴共线，而离轴系统中各透镜的光轴不共线。同轴系统设计较为简单，加工相对简便，但是结构尺寸较大，重量较重。离轴系统设计较为复杂，加工困难，但是尺寸小，重量轻，可达到更好的成像质量，是当前头盔显示器发展的趋势。然而，由于离轴光学系统中的光学透镜轴线不重合，透镜排列不规则，因此其封装结构的形状也不规则，这样的结构难以加工，难以设置合适的加工基准和测量基准，常需要5轴加工中心才能加工，且加工精度难以保证，光学透镜的定位精度也就难以保证，从而影响了显示质量。因此，光学封装结构的设计与加工是离轴光学系统的一个难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的问题提供一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其目的是提高离轴光学系统的透镜位置精度，保证显示质量。

本发明的技术方案是该种用于头盔显示器的光学系统封装结构包括由前部壳体、中部壳体和后部壳体三部分依次连接组成的壳体，所述的前部壳体的其中一个面是完全敞开的，并通过壳体盖板封闭，所述的后部壳体的端部通过壳体后盖封闭；

所述的前部壳体内安装有第一透镜和第二透镜，且第一透镜和第二透镜端部的平面作为装配定位面，与前部壳体的内壁贴合，对第一透镜和第二透镜垂直于光轴的方向进行定位；所述的前部壳体的底部设有安装第一透镜和第二透镜的定位槽，对第一透镜和第二透镜沿光轴方向进行定位；

所述的中部壳体内安装有第三透镜、第四透镜和第五透镜，且第四透镜和第五透镜的光轴共线，与第三透镜不共线，所述的第三透镜通过第三透镜压圈压紧固定，所述的第四透镜和第五透镜通过第五透镜压圈一起压紧固定，且第四透镜和第五透镜之间安装有保证两透镜之间距离的透镜垫块；

所述的后部壳体内安装有像源，并通过壳体后盖将像源盖在后部壳体内。

所述的第一透镜和第二透镜为方形，且第一透镜、第二透镜与前部壳体之间设有用于将第一透镜和第二透镜压紧的弹性压紧片；所述的壳体盖板设有对第一透镜和第二透镜进行定位、压紧的定位槽。

所述的第三透镜、第四透镜和第五透镜均为圆形，中部壳体是与第三透镜、第四透镜和第五透镜外形相配合的圆形，且中部壳体上安装第三透镜的一段轴线与安装第四透镜和第五透镜的一段轴线不共线。

所述的像源的安装位置与安装角度通过后部壳体的机加工精度保证。

所述的像源采用OLED屏或者是LCD屏或者是CRT屏。

所述的弹性压紧片的材料为玻璃纤维片或者是尼龙片。

具有上述结构的该种用于头盔显示器的光学系统封装结构对离轴光学系统的透镜和像源固定可靠，透镜位置精度高，提高显示质量，并且像源位置可微调，结构可加工性好，易于实现，具有良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的主视结构示意图。

图3为本发明的俯视结构示意图。

图4为图2所示结构的A-A方向的剖视图。

图5为图3所示结构的B-B方向的剖视图。

在图1-5中，1：第一透镜；2：第二透镜；3：弹性压紧片；4：第三透镜；5：第四透镜；6：第五透镜；7：像源；8：前部壳体；9：壳体盖板；10：第三透镜压圈；11：中部壳体；12：透镜垫块；13：第五透镜压圈；14：调整垫片；15：后部壳体；16：壳体后盖。

具体实施方式

由图1-5所示结构结合可知，该种用于头盔显示器的光学系统封装结构包括1个像源、5片透镜及封装外壳结构零件若干。封装外壳结构由硬铝合金加工而成，透镜中2片透镜加工为方形，3片为圆形。透镜的封装外壳结构由三段壳体拼接而成，三段壳体分别对方形透镜、圆形透镜和像源进行封装，通过封装外壳的结构特性来保证镜片和像源的位置精度，并由壳体零件的机加工精度来保证这三段壳体零件之间的装配精度。其中，封装像源的壳体可通过调整垫片来对其位置进行微调，从而对像源的位置进行微调。

该种用于头盔显示器的光学系统封装结构的具体结构为：该种用于头盔显示器的光学系统封装结构包括由前部壳体8、中部壳体11和后部壳体15三部分依次连接组成的壳体，前部壳体8的其中一个面是完全敞开的，并通过壳体盖板9封闭，后部壳体15的端部通过壳体后盖16封闭；

前部壳体8内安装有第一透镜1和第二透镜2，且第一透镜1和第二透镜2端部的平面作为装配定位面，与前部壳体8的内壁贴合，对第一透镜1和第二透镜2垂直于光轴的方向进行定位；前部壳体8的底部设有安装第一透镜1和第二透镜2的定位槽，对第一透镜1和第二透镜2沿光轴方向进行定位；第一透镜1和第二透镜2为方形，且第一透镜1、第二透镜2与前部壳体8之间设有用于将第一透镜1和第二透镜2压紧的弹性压紧片3且弹性压紧片3的材料为非金属材料，如玻璃纤维片或者是尼龙片；壳体盖板9设有对第一透镜1和第二透镜2进行定位、压紧的定位槽。

中部壳体11内安装有第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6，且第四透镜5和第五透镜6的光轴共线，与第三透镜4不共线，且成一定角度；第三透镜4通过第三透镜压圈10压紧固定，第四透镜5和第五透镜6通过第五透镜压圈13一起压紧固定，且第四透镜5和第五透镜6之间安装有保证两透镜之间距离的透镜垫块12；第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6均为圆形，中部壳体11是与第三透镜4、第四透镜5和第五透镜6外形相配合的圆形，且中部壳体11上安装第三透镜4的一段轴线与安装第四透镜5和第五透镜6的一段轴线不共线，因此，中部壳体11两端安装透镜的圆孔也成一定角度，加工时需使用工装夹具或利用四轴数控机床加工。

后部壳体15内安装有像源7，并通过壳体后盖16将像源7盖在后部壳体15内，像源7的安装位置与安装角度通过后部壳体15的机加工精度保证，像源7采用OLED屏或者是LCD屏或者是CRT屏，尽管这些屏的结构有较大不同，与后部壳体15的安装结构需做相应改动，但都可通过后部壳体15来保证其安装精度。

中部壳体11与前部壳体8、后部壳体15之间通过螺钉连接，其间的装配精度通过轴孔配合来保证。由于壳体11外形为圆柱面，可由车削加工完成，由此可保证其两端的同轴度和配合公差，而前部壳体8和后部壳体15上与中部壳体11配合的圆柱面需通过工装车削加工或数控铣削加工。中部壳体11与后部壳体15间垫有调整垫片14，调整垫片14为厚度0.2mm的不锈钢薄片，可通过增减调整垫片14的数量来微调中部壳体11与后部壳体15之间的相对位置，从而微调像源7与第五透镜6之间的相对位置。

前部壳体8、中部壳体11与后部壳体15的材料都为硬铝合金，例如7075、2024等，可以保证结构强度，并且重量轻，易于加工。

该种用于头盔显示器的光学系统封装结构对离轴光学系统的透镜和像源固定可靠，透镜位置精度高，提高显示质量，并且像源位置可微调，结构可加工性好，易于实现，具有良好的应用前景。

Claims (9)

1.一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的光学系统封装结构包括由前部壳体(8)、中部壳体(11)和后部壳体(15)三部分依次连接组成的壳体，所述的前部壳体(8)的其中一个面是完全敞开的，并通过壳体盖板(9)封闭，所述的后部壳体(15)的端部通过壳体后盖(16)封闭；

所述的前部壳体(8)内安装有第一透镜(1)和第二透镜(2)，且第一透镜(1)和第二透镜(2)端部的平面作为装配定位面，与前部壳体(8)的内壁贴合，对第一透镜(1)和第二透镜(2)垂直于光轴的方向进行定位；所述的前部壳体(8)的底部设有安装第一透镜(1)和第二透镜(2)的定位槽，对第一透镜(1)和第二透镜(2)沿光轴方向进行定位；

所述的中部壳体(11)内安装有第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)，且第四透镜(5)和第五透镜(6)的光轴共线，与第三透镜(4)不共线，所述的第三透镜(4)通过第三透镜压圈(10)压紧固定，所述的第四透镜(5)和第五透镜(6)通过第五透镜压圈(13)一起压紧固定，且第四透镜(5)和第五透镜(6)之间安装有保证两透镜之间距离的透镜垫块(12)；

所述的后部壳体(15)内安装有像源(7)，并通过壳体后盖(16)将像源(7)盖在后部壳体(15)内。

2.根据权利要求1所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的第一透镜(1)和第二透镜(2)为方形，且第一透镜(1)、第二透镜(2)与前部壳体(8)之间设有用于将第一透镜(1)和第二透镜(2)压紧的弹性压紧片(3)；所述的壳体盖板(9)设有对第一透镜(1)和第二透镜(2)进行定位、压紧的定位槽。

3.根据权利要求2所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)均为圆形，中部壳体(11)是与第三透镜(4)、第四透镜(5)和第五透镜(6)外形相配合的圆形，且中部壳体(11)上安装第三透镜(4)的一段轴线与安装第四透镜(5)和第五透镜(6)的一段轴线不共线。

4.根据权利要求3所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的像源(7)的安装位置与安装角度通过后部壳体(15)的机加工精度保证。

5.根据权利要求4所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的像源(7)采用OLED屏。

6.根据权利要求4所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的像源(7)采用LCD屏。

7.根据权利要求4所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的像源(7)采用CRT屏。

8.根据权利要求5-7任一项权利要求所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的弹性压紧片(3)的材料为玻璃纤维片。

9.根据权利要求5-7任一项权利要求所述的一种用于头盔显示器的光学系统封装结构，其特征在于：所述的弹性压紧片(3)的材料为尼龙片。