基于FFSP的大視場視透式頭戴顯示器光學系統的設計.pdf

1、頭戴顯示器經過四十多年的發(fā)展，取得了巨大的進步。近年來高分辨率微顯示器件制造工藝和虛擬現實技術的成熟使其應用更加廣泛。民用領域和現代數字化部隊的需求，使頭戴顯示器成為很有前景的微顯示設備。
　　頭戴顯示器包含像源、光學和支撐三個子系統，其中光學子系統是頭戴顯示器中最重要的，已經由早期的共軸球面演進為多種光學形態(tài)。理想的頭戴顯示器光學系統應該在保證像質的同時盡量做到重量輕、體積小，傳統的光學系統很難兼顧。最近十幾年發(fā)展起來的自由曲面

2、光學元件，以其特殊的光學特性在照明和成像系統中得到越來越多的應用。
　　本文基于自由曲面棱鏡，設計了一個適用于輕型大視場視透式頭戴顯示器的光學系統。主要工作內容和創(chuàng)新點如下：
　　1）對已有的頭戴顯示器的光學系統進行剖析，同時針對人眼的生理結構特點，分析了光學系統的視場角、出瞳直徑、出瞳距離等因素對成像質量的影響，并得到相應的約束集合，提出了50度以上大視場的目標。
　　2）參照光學設計的基本方法，結合離軸光學系統理論

3、，根據性能指標進行初始結構的設計。
　　3）將系統的初始結構在Zemax軟件中進行優(yōu)化設計，并按本系統的特點使用多種函數對優(yōu)化的結果進行分析，最后得到符合并超出性能參數目標的自由曲面棱鏡。
　　4）對頭戴顯示器的兩種視透方式進行了分析，結合輕型化等需求實際確定了相應的視透方案。在所設計的自由曲面棱鏡的基礎上，將全反射膜改成半反半透膜。之后對補償棱鏡進行設計，使外界景物的畸變得到校正，獲得了很好的半反半透效果。
　　本文