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双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

孟祥翔 刘伟奇 张大亮 姜国华 朱秀庆 杨建明

孟祥翔, 刘伟奇, 张大亮, 姜国华, 朱秀庆, 杨建明. 双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4): 418004-0418004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
引用本文: 孟祥翔, 刘伟奇, 张大亮, 姜国华, 朱秀庆, 杨建明. 双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(4): 418004-0418004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
Meng Xiangxiang, Liu Weiqi, Zhang Daliang, Jiang Guohua, Zhu Xiuqing, Yang Jianming. Design of wide field-of-view head-mounted display optical system with double freeform surfaces[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4): 418004-0418004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
Citation: Meng Xiangxiang, Liu Weiqi, Zhang Daliang, Jiang Guohua, Zhu Xiuqing, Yang Jianming. Design of wide field-of-view head-mounted display optical system with double freeform surfaces[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4): 418004-0418004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0418004

双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
基金项目: 

国防基础科研计划(B1720132001)

详细信息
    作者简介:

    孟祥翔(1988-),男,博士生,主要从事复杂光学系统设计等方面的研究。Email:mengxx326@126.com;刘伟奇(1958-),男,研究员,博士生导师,主要从事虚拟现实、激光显示、空间目标成像方面的研究。Email:liuwq@ciomp.ac.cn

    孟祥翔(1988-),男,博士生,主要从事复杂光学系统设计等方面的研究。Email:mengxx326@126.com;刘伟奇(1958-),男,研究员,博士生导师,主要从事虚拟现实、激光显示、空间目标成像方面的研究。Email:liuwq@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: TN74;O439

Design of wide field-of-view head-mounted display optical system with double freeform surfaces

  • 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。
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-04-24
  • 修回日期:  2015-05-09
  • 刊出日期:  2016-04-25

双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
    作者简介:

    孟祥翔(1988-),男,博士生,主要从事复杂光学系统设计等方面的研究。Email:mengxx326@126.com;刘伟奇(1958-),男,研究员,博士生导师,主要从事虚拟现实、激光显示、空间目标成像方面的研究。Email:liuwq@ciomp.ac.cn

    孟祥翔(1988-),男,博士生,主要从事复杂光学系统设计等方面的研究。Email:mengxx326@126.com;刘伟奇(1958-),男,研究员,博士生导师,主要从事虚拟现实、激光显示、空间目标成像方面的研究。Email:liuwq@ciomp.ac.cn

基金项目:

国防基础科研计划(B1720132001)

  • 中图分类号: TN74;O439

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。

English Abstract

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