RO135498A1 - Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces - Google Patents
Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RO135498A1 RO135498A1 RO202000468A RO202000468A RO135498A1 RO 135498 A1 RO135498 A1 RO 135498A1 RO 202000468 A RO202000468 A RO 202000468A RO 202000468 A RO202000468 A RO 202000468A RO 135498 A1 RO135498 A1 RO 135498A1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- subsystem
- free form
- diopter
- free
- mirror
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lenses (AREA)
Abstract
Description
OhCiUtu. ΚΜϋηίν&ίρίφΜ^OhCiUtu. &Ηίν & ίρίφΜ ^
Cerere de brevet de invenție Nr %L^OPatent Application No. % L ^ O
Γ — Opozit ....^.¾.^^.¾¾..Γ - Opposite .... ^. ¾. ^^. ¾¾ ..
Sistem optic biocular cu grosisment supraunitar, folosind suprafețe optice “free form”Biocular optical system with superunit magnification, using "free form" optical surfaces
Invenția se referă la un sistem optic de tip biocular care permite observarea unui obiect cu un grosisment mai mare decât unu. în anumite cazuri particulare acest obiect poate fi un monitor care furnizează imagini.The invention relates to a biocular optical system which allows the observation of an object with a magnification greater than one. In some particular cases, this object may be a monitor that provides images.
Realizarea funcționării sistemului se obține, în principiu, și prin folosirea de componente optice clasice, cum ar fi lentile și oglinzi cu suprafețe sferice sau asferice dar numărul de componente necesare pentru obținerea unei imagini de calitate ar fi foarte mare și s-ar pierde și avantajul unui gabarit redus. De aceea invenția promovează utilizarea unor componente optice cu suprafețe free form.The operation of the system is achieved, in principle, by using classic optical components, such as lenses and mirrors with spherical or aspherical surfaces, but the number of components required to obtain a quality image would be very high and would lose the advantage. a small size. Therefore, the invention promotes the use of optical components with free form surfaces.
Avantajul utilizării sistemului față de observarea directă este că permite observarea imaginii la același grosisment ( aceeași mărime aparentă) dar folosind un volum mult mai mic al spațiului util. în plus, se face observarea unei imagini situate la infinit ceea ce asigură un confort de observare sporit.The advantage of using the system over direct observation is that it allows the image to be observed at the same magnification (same apparent size) but using a much smaller volume of usable space. In addition, an infinite image is observed, which provides increased viewing comfort.
Este cunoscută realizarea unor sisteme similare cu suprafețe free form. De exemplu, în lucrarea Design and tolerance of a free-form optical system - Xinda Hu , „Hong Hua - Voi. 54, No. 33 / November 20 2015 / Applied Optics este prezentat modul în care a fost proiectat și tolerat un sistem care conține elemente cu suprafețe „free form”, destinat pentru un dispozitiv cu display, așa numit „head mount display HMD” care permite observarea simultană a imaginii unui ecran dar și a zonei din față, ca și cum s-ar privi printr-o pereche de ochelari fără dioptrii.It is known to make similar systems with free form surfaces. For example, in the work Design and tolerance of a free-form optical system - Xinda Hu, “Hong Hua - You. 54, No. 33 / November 20 2015 / Applied Optics shows how a system containing elements with “free form” surfaces was designed and tolerated for a display device, the so-called “head mount display HMD” which allows simultaneous observation of the image of a screen but also of the front area, as if looking through a pair of glasses without diopters.
Cea mai importantă deosebire față de sistemul propus constă în faptul că în cazul referinței prezentate, imaginea monitorului este formată după două reflexii pe suprafețe free form și o transmisie prin suprafața free form pe când în cazul brevetului imaginea ajunge la ochi după o singură reflexie pe o suprafață free form și o transmisie printr- o suprafață free form.The most important difference from the proposed system is that in the case of the reference presented, the monitor image is formed after two reflections on free form surfaces and a transmission through the free form surface, while in the case of the patent the image reaches the eye after a single reflection on a free form surface and a transmission through a free form surface.
Având în vedere simetria față de planul meridional (YZ) a sistemului rezultă că suprafețele trebuie să prezinte și ele aceeași simetrie, deci într-o reprezentare polinomială suprafețele trebuie să fie de puteri pare in X.Given the symmetry with respect to the southern plane (YZ) of the system, it follows that the surfaces must also have the same symmetry, so in a polynomial representation the surfaces must be of equal powers in X.
îlhim
Folosind reprezentarea suprafețelor polinomiale extinse utilizată de aplicația Zemax, N cr* v z =--- = + ) ΑιΕ^χ,γ) = zRS + zEP + Vi “ (1 + K)c2r2 4^ cr2 Zdc = + Vl-(1 + K)c2r2 N zep = i=l s-a ajuns la o particularizare a acesteia în care sunt folosite numai polinoamele ce conțin puterile pare ale lui X.Using the representation of extended polynomial surfaces used by the Zemax application, N cr * vz = --- = +) ΑιΕ ^ χ, γ) = z RS + z EP + Vi “(1 + K) c 2 r 2 4 ^ cr 2 Zdc = + Vl- (1 + K) c 2 r 2 N z ep = i = l a particularization of it has been reached in which only the polynomials containing the even powers of X are used.
zțx.y) =---======+ > AiEițxN,yN')r(x,y') = Jx2+y2 + Vl-(1 + K)c2r2 fa unde:zțx.y) = --- ====== +> A i E i țx N , y N ') r (x, y') = Jx 2 + y 2 + Vl- (1 + K) c 2 r 2 fa unde:
E^Xn^n) = XNmyN x y xn=^---: yN = r--^norm nnormE ^ Xn ^ n) = XN m yN xy x n = ^ --- : yN = r - ^ norm n norm
Problema tehnică pe care o rezolvă prezenta invenție constă în realizarea unui sistem optic care formează la infinit imaginea unui monitor TV , sub un unghi mai mare sau cel mult egal cu 45 grade, pentru ambii ochi.The technical problem that the present invention solves is the realization of an optical system that infinitely forms the image of a TV monitor, at an angle greater than or equal to 45 degrees, for both eyes.
Rezolvarea acestei probleme, constă în realizarea unui sistem optic cu suprafețe „free form” care să satisfacă cerințele de observare minime sub un unghi de 45 grade a unui display cu minim 800 x 600 pixeli și având o distorsie maximă mai mică de 15% , prin utilizarea unei singure reflexii și a unei singure transmisii pe suprafețe free form,To solve this problem, it consists in creating an optical system with "free form" surfaces that meet the minimum observation requirements from an angle of 45 degrees of a display with a minimum of 800 x 600 pixels and having a maximum distortion of less than 15%, by the use of a single reflection and a single transmission on free form surfaces,
In continuare sunt prezentate doua variante , care folosesc fiecare o suprafață de reflexie free form și o suprafață de transmisie free form.Below are two variants, each using a free form reflection surface and a free form transmission surface.
Prima variantă are două componente , un subsistem dioptrie reprezentat de o lentilă cu o suprafață sferică și cealaltă suprafață free form și un subsistem catadioptric reprezentat de o oglindă de prima față de tip free form.The first variant has two components, a diopter subsystem represented by a lens with a spherical surface and the other surface free form and a catadioptric subsystem represented by a free-form front mirror.
Sistemul optic numit în continuare vizor, este alcătuit din două subsisteme, subsistemul de tip dioptrie și subsistemul de tip catadioptric , astfel încât imaginea monitorului așezat înclinat la un unghi dublu față de axa oglinzii, este transmisă prin reflexie de către subsistemul catadioptric, la subsistemul dioptrie care este așezat înclinat laThe optical system, hereinafter referred to as the viewfinder, consists of two subsystems, the diopter subsystem and the catadioptric subsystem, so that the image of the monitor seated at a double angle to the mirror axis is transmitted by reflection from the catadioptric subsystem to the diopter subsystem. which is seated at
io unghi, a, de 12 până la 20 de grade în raport cu axa sistemului catadioptric. Vizorul este alcătuit dintr-un subsistem dioptrie și un subsistem catadioptric, fiecare conținând o componentă cu suprafețe free form, subsistemul dioptrie este alcătuit dintr-o lentilă 1a free form și eventual încă o lentilă 1b cu suprafețe sferice și subsistemul de tip catadioptric este alcătuit dintr-o oglindă cu suprafața free form, ecranul monitorului este așezat înclinat la un unghi dublu față de axa oglinzii cu suprafața free form, astfel încât imaginea transmisă (prin reflexie) de subsistemul catadiotric este preluată de subsistemul dioptrie care formează imaginea monitorului în planul pupilei de intrare a observatorului, cele două variante constructive fiind similare, și unde in prima variantă subsistemul dioptrie 1 este alcătuit dintr-o lentilă cu o suprafață sferică și cealaltă suprafață free form iar subsistemul catadioptric este alcătuit dintr-o oglindă de prima față de tip free form.an angle of 12 to 20 degrees with respect to the axis of the catadioptric system. The viewfinder consists of a diopter subsystem and a catadioptric subsystem, each containing a component with free-form surfaces, the diopter subsystem consists of a free-form lens 1a and possibly another lens 1b with spherical surfaces and the catadioptric subsystem consists of -a mirror with a free form surface, the monitor screen is placed inclined at a double angle to the axis of the mirror with a free form surface, so that the image transmitted (by reflection) by the catadiotric subsystem is taken by the diopter subsystem that forms the image of the monitor. entrance of the observer, the two constructive variants being similar, and where in the first variant the diopter subsystem 1 is made up of a lens with a spherical surface and the other surface free form and the catadioptric subsystem is made up of a free-form front mirror .
In a doua varianta, subsistemul dioptrie este alcătuit dintr-un ansamblu de două lentile, una din sticlă optică și a doua din Plexiglas, cea de a doua având o suprafață plană și una free form și subsistemul catadioptric este reprezentat de o oglindă de prima față de tip free form.In the second variant, the diopter subsystem consists of an assembly of two lenses, one made of optical glass and the second of Plexiglas, the second having a flat surface and one free form and the catadioptric subsystem is represented by a front mirror free form type.
Distanța focală a componentei dioptrice are o valoare cuprinsă în intervalul 100mm si 200mm, iar distanța focală a oglinzii este cuprinsă în intervalul 200 si 300mm.The focal length of the diopter component has a value between 100mm and 200mm, and the focal length of the mirror is between 200 and 300mm.
A doua variantă de implementare se deosebește de prima prin aceea că lentila este înlocuită de două lentile, una din sticlă optică și a doua din Plexiglas, cea de a doua având o suprafață plană și una free form.The second implementation differs from the first in that the lens is replaced by two lenses, one made of optical glass and the second made of Plexiglas, the second having a flat surface and a free form.
Invenția asigură următoarele avantaje:The invention provides the following advantages:
- Invenția este utilă în observarea imaginii furnizate de un monitor de dimensiuni relativ mici, în condiții de relaxare a ochilor (confort vizual)- The invention is useful in observing the image provided by a monitor of relatively small size, in conditions of eye relaxation (visual comfort)
- greutate redusă datorită utilizării unui număr minim de lentile;- low weight due to the use of a minimum number of lenses;
- unghi de câmp mare ;- large field angle;
- o bună calitate a imaginii;- good image quality;
în continuare sunt prezentate două variante de realizare a sistemului optic biocular, care folosesc fiecare o suprafață de reflexie free form și o suprafață de transmisie free form, conform caracteristicilor prezentate în figurile de la 1 la 10 anexate care reprezintă:The following are two embodiments of the biocular optical system, each using a free-form reflection surface and a free-form transmission surface, according to the characteristics shown in the attached Figures 1 to 10, which represent:
RO 135498 Α1RO 135498 Α1
Fig 1 Ilustrarea avantajului unui sistem de proiecție pentru micșorarea gabaritului impus de o distanță minimă de 250mm până la obiect sau imagine intermediara ;Fig 1 Illustration of the advantage of a projection system for reducing the required size by a minimum distance of 250mm to the object or intermediate image;
Fig 2 Sistemul se poate realiza, în principiu, și prin folosirea de componente optice clasice de puteri optice relativ mari ce implică gabarite și mase mari. ;Fig 2 The system can be realized, in principle, by using classical optical components of relatively high optical powers involving large dimensions and masses. ;
Fig 3 Realizarea de principiu cu o singura suprafață “free form”,adică o oglindă “free form” cu simetrie față de planul meridional;Fig. 3 Realization of the principle with a single “free form” surface, ie a “free form” mirror with symmetry with respect to the southern plane;
Fig 4 Prima variantă în care subsistemul 1 este alcătuit dintr-o lentilă cu o suprafață sferică și o suprafață “free form” și subsistemul catadioptric 2 este alcătuit dintr-o oglindă cu suprafață free form, suprafețele “free form” având simetrie față de planul YZ (secțiune meridională ) cu două componente free form (secțiune meridională , adică planul YZ)Fig. 4 The first variant in which subsystem 1 consists of a lens with a spherical surface and a “free form” surface and the catadioptric subsystem 2 consists of a mirror with free form surface, the “free form” surfaces having symmetry with respect to the plane YZ (southern section) with two free form components (southern section, ie the YZ plane)
Fig 5 Harta de nivel și coeficienții aferenti corespunzători suprafeței free form a lentilei din prima variantăFig. 5 Level map and related coefficients corresponding to the free form surface of the lens in the first variant
Fig 6 Harta de nivel și coeficienții aferenti corespunzători suprafeței free form a oglinzii din prima variantăFig 6 Level map and related coefficients corresponding to the free form surface of the mirror in the first variant
Fig 7 Reprezentare 3D a suprafeței free form a oglinzii din prima variantăFig 7 3D representation of the free form surface of the mirror in the first variant
Fig 8 A doua variantă în care subsistemul dioptrie 1 este alcătuit dintr-o lentilă cu suprafețe sferice și o lentilă cu o suprafață “free form” și subsistemul catadioptric 2 este alcătuit dintr-o oglindă cu suprafață free form, suprafețele “free form” având simetrie față de planul YZ (secțiune meridională )Fig. 8 The second variant in which the diopter subsystem 1 consists of a lens with spherical surfaces and a lens with a “free form” surface and the catadioptric subsystem 2 consists of a mirror with a free form surface, the “free form” surfaces having symmetry with respect to the YZ plane (southern section)
Fig 9 Harta de nivel și coeficienții aferenti corespunzători suprafeței free form a lentilei cu suprafață free form din a doua variantăFig 9 Level map and related coefficients corresponding to the free form surface of the lens with free form surface from the second variant
Fig 10 Harta de nivel și coeficienții aferenti corespunzători suprafeței free form a oglinzii din a doua variantăFig. 10 Level map and related coefficients corresponding to the free form surface of the second variant mirror
RO 135498 Α1RO 135498 Α1
Sistemul optic biocular cu grosisment supraunitar, folosind suprafețe optice “free form” conform invenției destinat privirii cu ambii ochi, numit în continuare vizor, este alcătuit din două subsisteme, un subsistem de tip dioptrie 1 și un subsistem de tip catadioptric 2, alcătuit dintr-o oglindă cu suprafață free form , astfel încât imaginea monitorului 3 așezat înclinat la un unghi dublu față de axa oglinzii, este transmisă prin reflexie pe suprafața free form a subsistemului de tip catadioptric 2 la subsistemul dioptrie 1 care este așezat înclinat la un unghi a de 12 pana la 20 de grade în raport cu axa sistemului 2.The biocular optical system with superunit magnification, using "free form" optical surfaces according to the invention intended for both eyes, hereinafter referred to as the viewfinder, consists of two subsystems, a diopter type 1 subsystem and a catadioptric type 2 subsystem, consisting of a mirror with a free-form surface, so that the image of the monitor 3 seated at an angle double to the axis of the mirror, is transmitted by reflection on the free-form surface of the catadioptric type subsystem 2 to the diopter subsystem 1 which is seated at an angle of 12 to 20 degrees relative to the system axis 2.
Subsistemul de tip dioptrie 1 este alcătuit dintr-o lentilă 1a cu o suprafață free form și eventual o altă lentilă 1b cu suprafețe sferice și subsistemul 2 de tip catadioptric este alcătuit dintr-o oglindă cu suprafață free form, ecranul monitorului 3 este așezat înclinat la un unghi dublu față de axa oglinzii cu suprafața free form, astfel încât imaginea transmisă (prin reflexie) de subsistemul catadioptric 2 este preluată de subsistemul dioptrie 1 care formează imaginea în planul pupilei de intrare a observatorului.The diopter type subsystem 1 consists of a lens 1a with a free form surface and possibly another lens 1b with spherical surfaces and the catadioptric type subsystem 2 consists of a mirror with a free form surface, the monitor screen 3 is placed inclined at a double angle to the axis of the mirror with the surface free form, so that the image transmitted (by reflection) by the catadioptric subsystem 2 is taken by the diopter subsystem 1 which forms the image in the plane of the entrance pupil of the observer.
In prima variantă subsistemul dioptrie 1 este alcătuit dintr-o lentilă 1a cu o suprafață sferică, a doua suprafață fiind o suprafață free form cu parametrii suprafeței free form prezentați în fig 5 , iar subsistemul catadioptric 2 este alcătuit dintr-o oglindă de prima față de tip free form cu parametrii suprafeței free form prezentați în fig.6 și 7In the first variant, the diopter subsystem 1 consists of a lens 1a with a spherical surface, the second surface being a free-form surface with the parameters of the free-form surface shown in Fig. 5, and the catadioptric subsystem 2 consists of a mirror in front of free form type with the parameters of the free form surface presented in fig.6 and 7
In a doua variantă, subsistemul dioptrie 1 este alcătuit dintr-un ansamblu de două lentile, una din sticlă optică (1b) și a doua (1a) din Plexiglas, cea de a doua având o suprafață plană și a doua free form cu parametrii suprafeței free form prezentați în fig 10 și subsistemul catadioptric 2 este alcătuit dintr-o oglindă de prima față cu sprafață free form cu parametrii suprafeței free form prezentați în fig.11.In the second variant, the diopter subsystem 1 consists of an assembly of two lenses, one of optical glass (1b) and the second (1a) of Plexiglas, the second having a flat surface and the second free form with surface parameters free form shown in fig 10 and the catadioptric subsystem 2 consists of a first face mirror with free form spray with free form surface parameters shown in fig.11.
Distanța focală a componentei dioptrice are o valoare cuprinsă în intervalul. 100mm si 200mm.iar distanța focală a oglinzii este cuprinsă în intervalul 200 și 300mm.The focal length of the dioptric component has a value in the range. 100mm and 200mm. And the focal length of the mirror is between 200 and 300mm.
Suprafața free form a elementului dioptrie diferă în cele două variante. în cazul primei variante suprafața este de tip șa, având curburi de semne diferite după X și după Y, iar în cazul celei de a doua variante curburile sunt de același semn (concave), dar diferite.The free form surface of the diopter element differs in the two variants. in the case of the first variant the surface is of the saddle type, having curves of different signs after X and after Y, and in the case of the second variant the curves are of the same sign (concave), but different.
rOVSOLrOVSOL
RO 135498 Α1RO 135498 Α1
Cea mai importantă deosebire a soluției din brevet față de alte soluții este că imaginea monitorului ajunge la ochi după o singură reflexie pe o suprafață free form și o transmisie printr- o suprafață free form. în alte cazuri numărul de reflexii este mai mare sau numărul de transmisii prin suprafețe free form este mai mare.The most important difference of the patented solution from other solutions is that the monitor image reaches the eye after a single reflection on a free form surface and a transmission through a free form surface. in other cases the number of reflections is higher or the number of transmissions through free form surfaces is higher.
Γ rovsolRovsol
S.R.L.LLC
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RO202000468A RO135498A1 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RO202000468A RO135498A1 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO135498A1 true RO135498A1 (en) | 2022-01-28 |
Family
ID=79960997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RO202000468A RO135498A1 (en) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO135498A1 (en) |
-
2020
- 2020-07-30 RO RO202000468A patent/RO135498A1/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10782453B2 (en) | Display devices with reflectors | |
| CN103995355B (en) | The optical system of a kind of adjustable diopter for Helmet Mounted Display | |
| JP6595619B2 (en) | Efficient thin curved eyepiece for see-through head wearable display | |
| JP5290092B2 (en) | Eyeglass-type image display device | |
| KR100412760B1 (en) | Head mounted display devices and optical systems for displays used in these devices | |
| JP5335375B2 (en) | Image display device | |
| US11073688B2 (en) | Virtual reality head mounted display having planar fresnel surface | |
| JP6697455B2 (en) | Head-mounted viewing system including crossed optics | |
| JP2015106146A (en) | Virtual image display device | |
| CN102004317A (en) | Spectacles-type image display device | |
| US20150338656A1 (en) | Display device | |
| JPH07104209A (en) | Display device | |
| CN210894855U (en) | Augmented reality optical module and augmented reality equipment | |
| CN104914556A (en) | Wide-angle lens | |
| US10558041B2 (en) | Virtual reality image system with high definition | |
| EP3032313B1 (en) | Ocular lens system, and image observation device | |
| CN113189777A (en) | Binocular AR eyepiece vision correction system | |
| KR20130116547A (en) | Optical system for see-through type head mounted display | |
| KR20130116548A (en) | Optical system for see-through type head mounted display | |
| Shenker | Optical design criteria for binocular helmet-mounted displays | |
| RO135498A1 (en) | Biocular optical system with improper magnification by using "free form" optical surfaces | |
| CN110646939A (en) | Augmented reality glasses and optical processing method | |
| JP6955388B2 (en) | Image display device | |
| JP2019179083A (en) | Image display device | |
| CN112764217A (en) | Near-to-eye display system |