折衍混合自由曲面式头戴显示器光学系统的设计.pdf

第 卷 第 期 光学 精密工程 １９ ３ 　 Ｖｏｌ．１９ Ｎｏ．３ 　 　 　　　　 　　　　 Ｏ ｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎ 　 　　 　　　　 年 月 　 ｐ ｇ ｇ ２０１１ ３ Ｍａｒ．２０１１ 　 　 　 文章编号 （ ） １００４９２４Ｘ２０１１０３０５０８０７ 　 折／衍混合自由曲面式头戴显示器光学系统设计 ， １２ １ １ １ １ １ 姜 洋 ，孙 强 ，谷立山 ，刘 英 ，李 淳 ，王 健 　 　 　 　 　 （ 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 ； １． １３００３３ ２．中国科学院 研究生院，北京 １３００３９） 摘要：为解决传统头戴式显示器大视场、大出瞳距与小型、轻量化之间的矛盾，设计了折／衍混合自由曲面式头戴显示器 的光学系统。利用衍射元件的特殊色散特性校正系统色差；选取最佳的自由曲面面型组合校正系统的像散、彗差和畸 变；由光学塑料（ ）注塑成型的自由曲面棱镜形成离轴结构，使光学系统结构紧凑、便于装调。设计得到的光学系 ＰＭＭＡ 统出瞳距离为 ，出瞳直径为 ，对角线视场为 ，光学系统的点斑 半径小于 ，各视场光学调制 １７．４ｍｍ ４ｍｍ ５５° ＲＭＳ ３０ ｍ μ 传递函数在 ／ 时大于 ，系统畸变小于 。实际分析结果表明，该系统具有良好的成像质量，系统像差特性 ３０ｌ ｍｍ ０．１ １０％ ｐ 满足目镜系统的成像要求，可以满足虚拟现实各领域的实际需求。 关 键 词：头戴式显示器；虚拟现实；自由曲面；折／衍混合系统；光学设计 　 　 中图分类号： 文献标识码： ： ／ ＴＮ１４１ Ａ 犱狅犻１０．３７８８ＯＰＥ０５０８ 　　 　　 犇犲狊犻狀狅犳狅狋犻犮犪犾狊狊狋犲犿狅犳犎犕犇狌狊犻狀 犺犫狉犻犱 犵 狆 狔 犵 狔 ／ 狉犲犳狉犪犮狋犻狏犲犱犻犳犳狉犪犮狋犻狏犲犪狀犱犳狉犲犲犳狅狉犿狊狌狉犳犪犮犲狊 ， １２ １ １ １ １ １