CN109375459B - 一种使用自由曲面的虚像成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用自由曲面的虚像成像系统，涉及光学设计技术领域。该使用自由曲面的虚像成像系统，包括安装板、安装螺栓、第一支撑板、定位机构、定位块、第一自由曲面板、第二自由曲面板、第二支撑板、调节机构、图像源和投影头透镜，两个所述安装螺栓的右端分别与安装板左侧面的顶部和底部螺纹连接，所述第一支撑板的右端与安装板左侧面的底部固定连接。该使用自由曲面的虚像成像系统，首先可以完成对第一自由曲面板拆装，这样可以方便更换新的自由曲面板，从而提高了成像系统的使用时间，然后还能够两次调节图像源的角度，这样可以提高虚像成像的速率，并且能够方便观看者观看虚像，同时，也进一步增加了虚像成像系统的实用性。

Description

一种使用自由曲面的虚像成像系统
技术领域
本发明涉及光学设计技术领域，具体为一种使用自由曲面的虚像成像系统。
背景技术
在成像系统中，比较经常使用的是球面和非球面面型。球面，即均匀球体的表面面型，是比较简单易加工的面型。但在光学系统中，球面镜片会产生较大的像差和畸变，由此产生较明显的图像不清，歪曲，变形等不良现象。
非球面是比球面复杂的面型，用于消除球差、矫正像面弯曲等。而自由曲面是由多种面型和参数叠加而成的复杂曲面，光学性能远远优于非球面。
目前，在虚像成像系统中，普遍采用的球面面型和非球面面型，无论透射还是反射，所产生的虚像图像均存在缺陷，这时就需要通过自由曲面来完成对图像的反射，而且现有的虚像投影系统中图像源都是固定安装在设备上的，不具备调节的功能，这样如果图像源的图像发射角度出现偏差的话，就会影响到自由曲面反射角度，进而造成观看者的视觉效果差，从而降低了虚像成像系统的实用性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种使用自由曲面的虚像成像系统，该使用自由曲面的虚像成像系统具有方便使用、方便调节图像反射角度、提高了观看者的视觉效果和实用性高的优点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种使用自由曲面的虚像成像系统，包括安装板、安装螺栓、第一支撑板、定位机构、定位块、第一自由曲面板、第二自由曲面板、第二支撑板、调节机构、图像源和投影头透镜，两个所述安装螺栓的右端分别与安装板左侧面的顶部和底部螺纹连接，所述第一支撑板的右端与安装板左侧面的底部固定连接，所述定位机构的底端与第一支撑板顶面的左端固定连接，所述定位块的底端与定位机构的内腔插接，所述第一自由曲面板的底端与定位块的顶端固定连接，所述第二自由曲面板的底端与第一支撑板顶面的左端固定连接，所述第二支撑板的右端与安装板左侧面的顶部固定连接，所述调节机构的底端与第二支撑板的顶面固定连接，所述图像源的顶面与调节机构的左端固定连接，所述投影镜头的顶端套装于图像源的底端。
优选的，所述定位机构包括定位管、螺纹孔、定位螺栓和旋钮，所述定位管的底端与第一支撑板顶面的左端固定连接，所述螺纹孔开设于定位管左侧面的顶部，所述定位螺栓的右端与螺纹孔的内腔插接，所述旋钮的右端与定位螺栓的左端固定连接。
优选的，所述调节机构包括滑轨、限位块、滑块、固定板、通孔、驱动杆、第一固定块、传动框、齿条、减速电机、驱动齿轮、推板、固定杆、第二固定块、气缸和活塞杆，所述滑轨的底面与第二支撑板的顶面固定连接，所述限位块的右侧面与滑轨的左端固定连接，所述滑块底端的卡槽与滑轨的顶端卡接，所述固定板的底端与滑块顶面的左端固定连接，所述通孔开设于固定板两侧面的中心处，所述驱动杆与通孔的内腔插接，所述第一固定块的正面与驱动杆左端的正面均通过销轴铰接，所述传动框的左侧面与驱动杆的右端固定连接，两个所述齿条相反的一面分别与传动框内腔的顶面和底面固定连接，所述减速电机的底端与滑块顶面的中心处固定连接，所述驱动齿轮固定安装于减速电机前端的输出轴末端，所述推板的底端与滑块顶面的右端固定连接，所述固定杆的右端与推板左侧面的顶部固定连接，所述第二固定块的正面与固定杆左端的正面均通过销轴铰接，所述气缸的左端与安装板右侧面的顶部固定连接，所述活塞杆的右端贯穿安装板左侧面的顶部并安装于气缸的左端，所述活塞杆的左端与推板右侧面的中心处固定连接。
优选的，所述第一自由曲面板和第二自由曲面板具体是光学塑料或者光学玻璃，且厚度不超过1.5mm。
优选的，所述图像源为液晶屏幕、投影仪和microLED中的一种。
优选的，所述第一自由曲面板和第二自由曲面板的放置角度均是固定的。
优选的，所述定位螺栓右端的表面与螺纹孔的内壁螺纹连接，所述定位螺栓的右端面粘接有橡胶垫。
优选的，所述滑块底端的内壁与滑轨顶端的表面滑动连接。
优选的，所述驱动齿轮设于传动框的内部，且驱动齿轮分别与两个齿条传动连接。
优选的，所述第一固定块和第二固定块的底端均与图像源的顶面固定连接。
本发明提供了一种使用自由曲面的虚像成像系统。具备以下有益效果：
（1）、该使用自由曲面的虚像成像系统，通过设置的调节机构，首先启动减速电机就可以带动驱动齿轮转动，驱动齿轮转动就能够带动传动框进行左右移动，传动框的左右移动就能够带动驱动杆进行左右移动，驱动杆进行左右移动就能够方便调节图像源的角度，这样就能够方便调节虚像成像的角度，进而方便观看者进行观看，然后再启动气缸，气缸的启动可以带动活塞杆和推板进行左右移动，推板进行左右移动就能够带动滑块和图像源进行左右移动，通过再次调节图像源的位置，这样就能够方便不同高度的观看者进行观看，从而进一步提高了虚像成像系统的实用性。
（2）、该使用自由曲面的虚像成像系统，通过定位机构与调节机构的配合使用，首先可以完成对第一自由曲面板拆装，这样可以方便更换新的自由曲面板，从而提高了成像系统的使用时间，然后还能够两次调节图像源的角度，这样可以提高虚像成像的速率，并且能够方便观看者观看虚像，同时，也进一步增加了虚像成像系统的实用性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1中A处结构的放大图；
图3为本发明调节机构结构的正面剖视图。
图中：1安装板、2安装螺栓、3第一支撑板、4定位子机构、401定位管、402螺纹孔、403定位螺栓、404旋钮、5定位块、6第一自由曲面板、7第二自由曲面板、8第二支撑板、9调节机构、901滑轨、902限位块、903滑块、904固定板、905通孔、906驱动杆、907第一固定块、908传动框、909齿条、911减速电机、912驱动齿轮、913推板、914固定杆、915第二固定块、916气缸、917活塞杆、10图像源、11投影透镜。
具体实施方式
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种使用自由曲面的虚像成像系统，包括安装板1、安装螺栓2、第一支撑板3、定位机构4、定位块5、第一自由曲面板6、第二自由曲面板7、第二支撑板8、调节机构9、图像源10和投影头透镜11，两个安装螺栓2的右端分别与安装板1左侧面的顶部和底部螺纹连接，第一支撑板3的右端与安装板1左侧面的底部固定连接，定位机构4的底端与第一支撑板3顶面的左端固定连接，定位块5的底端与定位机构4的内腔插接，第一自由曲面板6的底端与定位块5的顶端固定连接，第二自由曲面板7的底端与第一支撑板3顶面的左端固定连接，第一自由曲面板6和第二自由曲面板7具体是光学塑料或者光学玻璃，且厚度不超过1.5mm，第一自由曲面板6和第二自由曲面板7的放置角度均是固定的，第二支撑板8的右端与安装板1左侧面的顶部固定连接，调节机构9的底端与第二支撑板8的顶面固定连接，图像源10的顶面与调节机构9的左端固定连接，图像源10为液晶屏幕、投影仪和microLED中的一种，投影镜头11的顶端套装于图像源10的底端。
定位机构4包括定位管401、螺纹孔402、定位螺栓403和旋钮404，定位管401的底端与第一支撑板3顶面的左端固定连接，螺纹孔402开设于定位管401左侧面的顶部，定位螺栓403的右端与螺纹孔402的内腔插接，定位螺栓403右端的表面与螺纹孔402的内壁螺纹连接，定位螺栓403的右端面粘接有橡胶垫，旋钮404的右端与定位螺栓403的左端固定连接。
调节机构9包括滑轨901、限位块902、滑块903、固定板904、通孔905、驱动杆906、第一固定块907、传动框908、齿条909、减速电机911、驱动齿轮912、推板913、固定杆914、第二固定块915、气缸916和活塞杆917，滑轨901的底面与第二支撑板8的顶面固定连接，限位块902的右侧面与滑轨901的左端固定连接，滑块903底端的卡槽与滑轨901的顶端卡接，滑块903底端的内壁与滑轨901顶端的表面滑动连接，固定板904的底端与滑块903顶面的左端固定连接，通孔905开设于固定板904两侧面的中心处，驱动杆906与通孔905的内腔插接，第一固定块907的正面与驱动杆906左端的正面均通过销轴铰接，第一固定块907和第二固定块915的底端均与图像源10的顶面固定连接，传动框908的左侧面与驱动杆906的右端固定连接，两个齿条909相反的一面分别与传动框908内腔的顶面和底面固定连接，减速电机911的底端与滑块903顶面的中心处固定连接，驱动齿轮912固定安装于减速电机911前端的输出轴末端，启动减速电机911，减速电机911启动就可以带动驱动齿轮912转动，驱动齿轮912转动就能够带动传动框908进行左右移动，传动框908的左右移动就能够带动驱动杆906进行左右移动，驱动杆906进行左右移动就能够带动图像源10进行运动，通过图像源10的运动就可以方便调节图像源10图像发射的角度，这样就能够方便调节虚像成像的角度，进而方便观看者进行观看，驱动齿轮912设于传动框908的内部，且驱动齿轮912分别与两个齿条909传动连接，推板913的底端与滑块903顶面的右端固定连接，固定杆914的右端与推板913左侧面的顶部固定连接，第二固定块915的正面与固定杆914左端的正面均通过销轴铰接，气缸916的左端与安装板1右侧面的顶部固定连接，启动气缸916，气缸916的启动可以带动活塞杆917和推板913进行左右移动，推板913进行左右移动就能够带动滑块903和固定杆914同时左右移动，固定杆914左右运动就能够再次带动图像源10进行左右移动，通过再次调节图像源10的位置，这样就能够方便不同高度的观看者进行观看，活塞杆917的右端贯穿安装板1左侧面的顶部并安装于气缸916的左端，活塞杆917的左端与推板913右侧面的中心处固定连接。
使用时，首先把定位块5放置在定位管401的内部，然后扭动旋钮404，旋钮404可以带动定位螺栓403转动，定位螺栓403的转动就能够带动定位螺栓403的右端充分与定位块5的左侧面接触，这样彻底固定住第一自由曲面板6，这时就可以启动减速电机911，减速电机911启动就可以带动驱动齿轮912转动，驱动齿轮912转动就能够带动传动框908进行左右移动，传动框908的左右移动就能够带动驱动杆906进行左右移动，驱动杆906进行左右移动就能够带动图像源10进行运动，通过图像源10的运动就可以方便调节图像源10图像发射的角度，这样就能够方便调节虚像成像的角度，进而方便观看者进行观看，然后再启动气缸916，气缸916的启动可以带动活塞杆917和推板913进行左右移动，推板913进行左右移动就能够带动滑块903和固定杆914同时左右移动，固定杆914左右运动就能够再次带动图像源10进行左右移动，通过再次调节图像源10的位置，这样就能够方便不同高度的观看者进行观看。

Claims (8)

1.一种使用自由曲面的虚像成像系统，包括安装板(1)、安装螺栓(2)、第一支撑板(3)、定位机构(4)、定位块(5)、第一自由曲面板(6)、第二自由曲面板(7)、第二支撑板(8)、调节机构(9)、图像源(10)和投影头透镜(11)，其特征在于：两个所述安装螺栓(2)的右端分别与安装板(1)左侧面的顶部和底部螺纹连接，所述第一支撑板(3)的右端与安装板(1)左侧面的底部固定连接，所述定位机构(4)的底端与第一支撑板(3)顶面的左端固定连接，所述定位块(5)的底端与定位机构(4)的内腔插接，所述第一自由曲面板(6)的底端与定位块(5)的顶端固定连接，所述第二自由曲面板(7)的底端与第一支撑板(3)顶面的左端固定连接，所述第二支撑板(8)的右端与安装板(1)左侧面的顶部固定连接，所述调节机构(9)的底端与第二支撑板(8)的顶面固定连接，所述图像源(10)的顶面与调节机构(9)的左端固定连接，所述投影头透镜(11)的顶端套装于图像源(10)的底端；所述定位机构(4)包括定位管(401)、螺纹孔(402)、定位螺栓(403)和旋钮(404)，所述定位管(401)的底端与第一支撑板(3)顶面的左端固定连接，所述螺纹孔(402)开设于定位管(401)左侧面的顶部，所述定位螺栓(403)的右端与螺纹孔(402)的内腔插接，所述旋钮(404)的右端与定位螺栓(403)的左端固定连接；所述调节机构(9)包括滑轨(901)、限位块(902)、滑块(903)、固定板(904)、通孔(905)、驱动杆(906)、第一固定块(907)、传动框(908)、齿条(909)、减速电机(911)、驱动齿轮(912)、推板(913)、固定杆(914)、第二固定块(915)、气缸(916)和活塞杆(917)，所述滑轨(901)的底面与第二支撑板(8)的顶面固定连接，所述限位块(902)的右侧面与滑轨(901)的左端固定连接，所述滑块(903)底端的卡槽与滑轨(901)的顶端卡接，所述固定板(904)的底端与滑块(903)顶面的左端固定连接，所述通孔(905)开设于固定板(904)两侧面的中心处，所述驱动杆(906)与通孔(905)的内腔插接，所述第一固定块(907)的正面与驱动杆(906)左端的正面均通过销轴铰接，所述传动框(908)的左侧面与驱动杆(906)的右端固定连接，两个所述齿条(909)相反的一面分别与传动框(908)内腔的顶面和底面固定连接，所述减速电机(911)的底端与滑块(903)顶面的中心处固定连接，所述驱动齿轮(912)固定安装于减速电机(911)前端的输出轴末端，所述推板(913)的底端与滑块(903)顶面的右端固定连接，所述固定杆(914)的右端与推板(913)左侧面的顶部固定连接，所述第二固定块(915)的正面与固定杆(914)左端的正面均通过销轴铰接，所述气缸(916)的左端与安装板(1)右侧面的顶部固定连接，所述活塞杆(917)的右端贯穿安装板(1)左侧面的顶部并安装于气缸(916)的左端，所述活塞杆(917)的左端与推板(913)右侧面的中心处固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述第一自由曲面板(6)和第二自由曲面板(7)具体是光学塑料或者光学玻璃，且厚度不超过1.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述图像源(10)为液晶屏幕、投影仪和microLED中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述第一自由曲面板(6)和第二自由曲面板(7)的放置角度均是固定的。
5.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述定位螺栓(403)右端的表面与螺纹孔(402)的内壁螺纹连接，所述定位螺栓(403)的右端面粘接有橡胶垫。
6.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述滑块(903)底端的内壁与滑轨(901)顶端的表面滑动连接。
7.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述驱动齿轮(912)设于传动框(908)的内部，且驱动齿轮(912)分别与两个齿条(909)传动连接。
8.根据权利要求1所述的一种使用自由曲面的虚像成像系统，其特征在于：所述第一固定块(907)和第二固定块(915)的底端均与图像源(10)的顶面固定连接。
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