一种新的头盔显示器光学系统设计方案

设计了一套新颖的透视式液晶头盔显示器的光学系统,取消了中继光学系统,采用二元光学元件消除像差,采用全息护目镜作为光学组合玻璃．和传统的光学系统相比,质量小,体积小,结构紧凑,像差和畸变小,成像质量好．     

单片式红外中波温度自适应光学系统设计

推导了衍射光学元件的温度特性和色散方程,分析了折/衍混合光学系统消热差、消色差可能性.设计了单片式红外中波温度自适应光学系统,系统仅含有一片硒化锌透镜,焦距=50mm,F数4,配合中波制冷红外焦平面探测器,冷光阑效率达到100％,系统结构简单,重量轻,体积小.用光学设计软件ZEMAX进行像质评价,在-40℃～60℃范围...     

基于衍射光学的头盔显示光学系统

基于一个传统五片式Erfle透镜头盔显示光学系统,通过引入一个衍射光学面,设计了一款改进型的三片式头盔显示光学系统。与传统系统相比,改进系统总长缩短了28.6%,总质量减轻了36.1%,实现了整机系统的小型化和轻量化。改进系统出瞳距离为20 mm,出瞳直径为12 mm,轴向球差小于0.06 mm,场曲小于0.5 mm,畸变小于2%,MTF在30 lp/mm处基本都大于0.4,满足头盔显示光学系统的要求,为头盔显示光学系统的轻小型设计提供了一种新途径。     

非球面光学加工--日益增长的需求和面临的工艺挑战

1概述 非球面光学在应用方面有诸多优点，例如可校正高分辨率透镜的像差，实现大视场和建立体积小且重量轻的光学系统。另外，在一些特殊应用场合，非球面光学能发挥作用，如透镜系统的全开孔径真实不晕成像或为眼镜设计递增型镜片。     

四片式非制冷长波红外热像仪双视场光学系统

介绍了一种用于非制冷凝视焦平面探测器的长波红外双视场光学系统设计实例,该系统工作波段为8～12 μm,变倍比为2.5倍,采用轴向移动变焦方式.引入一个衍射光学元件,减少了光学零件的数量,减轻了系统质量,具有成像质量高、体积小、重量轻等优点,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价.     

中波红外消热差双视场光学系统设计

介绍了一种切换式双视场红外光学系统设计实例,该系统工作波段为3.7～4.8 μm,变倍比为3倍,采用光学被动式消热技术保证系统在-40℃～+60℃温度范围内保持良好的成像质量.该系统具有结构简单,体积小、重量轻、像质高、环境适应性好等优点.并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价.     

轻型大视场自由曲面棱镜头盔显示器的设计

轻型大视场头盔显示器(HMD)在虚拟现实、增强现实、军事和反恐等领域具有广阔的应用前景。传统的目镜结构形式难以满足头盔显示器对系统视场、体积和重量的苛刻要求。通过采用自由曲面(FFS)棱镜实现了大视场轻型头盔显示器目视光学系统，讨论了FFS头盔显示系统的设计方法并给出了设计结果。     

大口径光学系统在空间的应用

在八十年代美国实施战略防御计划时,研制了空基、地基高能激光器以对抗前苏联核导弹袭击.这些防御系统中主要的光学元件是可以控制和聚焦光束的大型反射光学系统.用空基光学系统作为送入轨道激光器的系统,或作为地基激光器中继反射系统.因此要求空间光学反射镜重量轻,并有精确定位和跟踪以及静态、动态调焦的面形控制和波前误差校正装置.这类的反射光学系统必须能装入现有的空间运载系统,如宇航飞机,并且在轨道中能展开.大型光学系统的展开结构至今未能成功地解决这一难题.     

一种改进的易于加工、装调的离轴三反光学系统设计

为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度,提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜,即用一块镜面实现两镜的设计,这既能够降低光学加工的复杂度,同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论,推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式,得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm,F数为10,全视场2°×0.4°,无中心遮拦的离轴两镜三反射系统,两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出,系统成像质量好,能量比较集中。整体系统体积小、结构简单,重量轻。     

一种光学对准器视差检测方法研究

针对小视场光学对准器视差无法利用传统方法借助平行光管检测的问题,通过专用组合工装、二轴位移台、经纬仪和光学平台搭建一个视差检测系统,它是以光学经纬仪为测量基准,然后通过专用工装将光学对准器固定在光学平台上,调整好经纬仪后,移动导轨至光学系统出瞳的方位或俯仰方向极限位置处检测光学系统的最大光学视差。最后通过试验验证了此系统的稳定性,且该方法简单易于操作,测量结果精确直观。     

反射式自由曲面头盔显示器光学系统设计

头盔显示器（HMD）作为一种头戴目视设备,具有小型化、轻量化的特点,同时为了获得良好的佩戴体验,要求合理的出瞳距、出瞳直径以及视场。为了同时满足头盔显示器的上述要求,采用紧凑的双反射镜结构来满足头盔显示器对体积和重量的要求,应用自由曲面增加设计自由度来校正大视场和非旋转对称结构引入的像差,并阐述了自由曲面补偿非旋转对称光学系统像差的基本原理以及该光学系统的设计方法与过程。该光学系统无色差,视场为5025,出瞳大小为8 mm,出瞳距大于27 mm。在奈奎斯特频率处全视场的调制传递函数大于0.4,可应用于新一代头盔显示技术。     

Scanning Polymeric Waveguide Design of a 2-D Display System

Many small-scale display systems used in head-mounted displays (HMDs) create planar images by beaming light from an optical fiber onto deflectable or rotating mirrors. This mirror-based approach has a critical limitation: the hardware of mirror scanners and grating deflectors must be significantly larger than the light beam diameter to avoid undesirable clipping or diffraction effects. Typically, attempting to reduce the size of a conventional display device reduces pixel count by loss of resolution or field-of-view (FOV) of the device. In this paper, we propose a HMD system utilizing a microfabricated 2D optical scanner controlled by a field-programmable gate array (FPGA) that overcomes the size limitations of other systems while maintaining high resolution.     

新型紧凑型大相对孔径可见光光学系统

针对空间碎片探测相机光学系统的使用要求,借助衍射光学元件特殊的消色差和消热差特性,提出了一种结构紧凑、成像质量良好的大相对孔径空间碎片探测相机光学系统结构,解决了以往该类系统相对孔径小、结构复杂等不足的问题,给出了100mm 焦距,1/1.5 相对孔径,6对角线视场的设计实例,并进行了像质评估,该结构可满足空间碎片探测相机光学系统对能量集中度、弥散斑直径、垂轴色差、畸变、热差等像差的要求。结果表明,衍射光学元件的使用实现了系统轻量化、小型化、高像质的设计要求,大大提高了该空间碎片探测相机的成像性能,为该类系统的设计提供了一种新的思路。     

头盔显示器光学检测系统

为了对头盔显示器的目视系统做出整体性的评价,提出了一种简单可行的头盔显示器检测方法,设计了用于检测的光学系统。根据头盔显示器与检测系统光瞳匹配的需求,在设计中采用目镜结构的成像镜头,通过一片树脂非球面镜片实现了镜头的无畸变成像。检测系统的视场角为50°,入瞳大小为4mm,畸变量<0.1%,在-4D～3D头盔目镜测试条件下都能保持很高的成像质量,可以满足不同屈光度下头盔显示器目视系统的测试需要。     

双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

视场大小是评价头盔显示器在虚拟现实等领域的关键性能指标,为了克服视场增加带来各类像差急剧增大的困难,提出了一种基于双自由曲面的大视场头盔显示光学系统。首先,分析了双椭球结构实现大视场与低畸变的基本原理,指出了其难以校正除畸变以外其他像差的原因。接着,提出根据系统对称性和光路走向采用竖直方向对称、水平方向不对称的自由曲面反射镜校正离轴像差,完成了基于双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统设计。系统视场范围为106.3(H)80(V),最大相对畸变为6.97%,出瞳直径8 mm,点眼距19 mm。单目系统向外倾斜8时,双目视场范围为122.3(H)80(V),双目重叠视场为90.3(H)80(V),瞳距在55~71 mm范围内可调节。对系统性能分析结果表明:相比双椭球结构,系统成像质量得到较大提高;视场范围和相对畸变满足虚拟现实领域的应用要求。     

长焦距同轴四反射镜光学系统设计

低成本、高性能对地遥感微纳卫星是当前研究和开发的热点，为适应微纳卫星平台，要求空间相机具备小型、轻量化的特点。在其体积和质量的限制下，设计结构尽可能紧凑的长焦距大视场望远物镜是成功研制高分辨率对地遥感光学相机的关键，研究利用同轴四反射镜系统解决这一问题的可能性。首先，介绍无二次遮拦同轴四反射镜望远物镜的组成与工作原理；基于近轴光学和初级像差理论，导出几何约束条件和初级像差公式，给出结构紧凑的长焦距同轴四反镜系统的设计思想与方法；最后给出举例及设计结果。优化设计了全视场角11、有效焦距2 100 mm、F数为7的同轴四反射光学系统，总长228 mm，约为有效焦距的1/9，结构简单紧凑，像质接近衍射极限。     

SDRAM在头盔显示器系统中的应用研究

头盔显示器在很多领域正得到广泛的应用,它在微型显示器上显示高清晰度图像,应用一定的光学系统,在人眼前方形成类似于电脑显示屏的虚像,人们可以通过他来观看高清晰度视频图像。利用FPGA设计头盔显示器与HY57V643220 SDRAM之间的接口,主要研究将SDRAM应用于显示系统中作为图像数据存储器,采用FPGA实现其读写控制功能,并产生驱动LCoS成像所需的完整图像视频信号。     

头盔显示器的发展与应用

本文对头盔显示器的发展历史及其在军事、工业、医疗、娱乐业的应用状况和特点进行了介绍 ,对头盔显示器中的图象源、光学系统、定位传感器等关键技术以及在我国发展头盔显示器件的必要性进行了分析。