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折/衍混合自由曲面式头戴显示器光学系统设计
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:0
  • 页码:508-514
  • 分类:TN141[电子电信—物理电子学]
  • 作者机构:[1]中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033, [2]中国科学院研究生院,北京130039
  • 相关基金:基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.2007AA122110);国家自然科学基金资助项目(No.60977001)
  • 相关项目:基于折射/衍射原理的共形光学系统设计理论研究
中文摘要:

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(PMMA)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。设计得到的光学系统出瞳距离为17.4mm,出瞳直径为4mm,对角线视场为55°,光学系统的点斑RMS半径小于30um,各视场光学调制传递函数在30lp/mm时大于0.1,系统畸变小于10%。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。

英文摘要:

To resolve the contradictions between wide Field of View(FOV),large exit pupil and compact,lightweight,a hybrid refractive/diffractive optical system using Free Form Surfaees(FFSs) for a Head Mount Display(HMD) was designed. The dispersion characteristics of diffractive elements were used to correct the chromatic aberration,and the appropriate types of FFS were selected to correct the off-axial aberrations(astigmatism, coma and distortion). Furthermore, the FFS prism was made of plastic materials to form an optical structure without rotational symmetry to achieve compact and easy to align functions. Obtained optical system can offer the eye relief of 17.4 ram,exit pupil of 4 mm and the FOV of 55°. Moreover,the RMS diameters of spot diagram are less than 30 um,the MTF are higher than 0.1 at the spatial frequency of 30 lp/mm across the entire visual field,and the maximum distortion is less than 10 %. Experimental results indicate that the optical system has perfect performance and can meet the demands of eyepieces for aberration characteristics.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699