双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

作     者：孟祥翔 刘伟奇 张大亮 姜国华 朱秀庆 杨建明 Meng Xiangxiang;Liu Weiqi;Zhang Daliang;Jiang Guohua;Zhu Xiuqing;Yang Jianming

作者机构：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室北京100094 

基　　金：国防基础科研计划(B1720132001) 

出 版 物：《红外与激光工程》 (Infrared and Laser Engineering)

年 卷 期：2016年第45卷第4期

页      码：189-194页

摘      要：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。

主 题 词：头盔显示器 大视场 自由曲面 光学设计 

学科分类：070207[070207] 080902[080902] 0809[工学-计算机类] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-仪器类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3788/irla201645.0418004

馆 藏 号：203155086...