大视场双目头盔投影光学系统设计.pdf

第36卷第7期 光子学报 V01．36No。7 2007年7月 ACTAPHOTONICASINICA 2007 July 大视场双目头盔投影光学系统设计 张慧娟 (天津大学理学院应用物理系，天津300072) 摘 要t设计了一种新型的头盔投影光学系统，解决了头盔系统中大视场和双目实现之间的设计矛 mm，出瞳距离25mm，出瞳 盾，且有较小的重量和尺寸．系统的特性参量为：视场角60。，有效焦距30 直径12 mm．该系统由折／衍混合双高斯镜头、半透半反镜和回射屏组成．像差分析结果表明，系统的 最大像散为o．27mm，垂轴色差小于2．7肚m，畸变小于3．8％，最小分辨角为o．5mrad，成像质量高． 关键词：应用光学；光学设计}头盔投影显示系统；双高斯镜头；回射屏 中图分类号：0438 文献标识码：A 文章编号：1∞4—4213(2∞7)07—1264—4 0 引言 头盔显示器(Head—Mounted Display，HMD) 在军事、航空航天、工业生产、医疗、娱乐和模拟训练 等方面有广泛的应用前景和巨大的市场潜力[1。2]．近 年来，HMD的应用和研究日益受到国内外学者的 广泛关注，并有了快速的发展．随着HMD的广泛应 用，特别是新型微显示器作为图像源应用到头盔中， 出现了一些新的设计问题，其中大视场设计和双目 实现之间的矛盾较为突出[3]．设计双目HMD时要 考虑人眼的瞳距，人眼的瞳距一般在54～72mm之 间，考虑到系统边缘乒萌辎舶辅i耋酏茎攀嗲爝灏攀 塑篓萋叁璧鬓?照【羹蔷黑圣垒霎鍪堡羹蓥羹镜系绕 0|．本论文设计的改良型Tessar物镜场曲 雾蒜蔫篓蓁爵0削；戮缆掣蕊蜀戳黧：薹羹羹蠢埋泫 为o．35D，减少了65％ 翳趋臻～馆孽．祭臣熬翼鞫明期弦拚崾了；憾基鳖烈 目镜系统畸变为2．64％I中心视场的垂轴像差与 驯蓁鑫鞫囊纂酆彰燮；篓鞫鍪 Kellner目镜系统相当，但是大视场的垂轴像差得到 了很大程度的改善，其中o．7视场为50灶m，边缘视 场为79肛m，分别比Kel1ner目镜系统减少了64肛m 和46肛m；垂轴色差也获得了很大的改善，由11．65flm 减少到2．55“m结构上，长度为12mm，镜头直径 为10mm，相比Kellner目镜的28mm和44mm减 少了很多，重量为5g，而Ke11ner目镜为137g，极 大地降低了光学系统的重量． 可见在提高了成像质 量的同时，系统更加紧凑． 表 3投影物镜与改良型Kellner目镜参量}b较 参 量 视场 场 曲 最 大畸变 。 垂轴像差o．7 1 垂轴色差 重量 口径 长度一