离轴头盔显示器光学系统设计：单片自由曲面棱镜解决方案

"这篇论文详细介绍了利用离轴折/反射式原理设计的头盔显示器光学系统，采用单片式自由曲面棱镜技术，解决了小出瞳直径的问题。设计的光学系统具有8mm的出瞳直径，20°(水平)×15°(垂直)的视场角，20mm的出瞳距离，并配合0.47英寸的OLED-XLTM显示屏。显示区域为9.6mm×7.2mm，像素数为640×480，像元尺寸15μm×15μm。系统仅使用一个元件，体积小于13mm×25mm×17mm，材料为K26R，在30 lp/mm时全视场的调制传递函数大于0.25，兼顾了成像质量和小型化需求。" 本文是关于光学设计在头盔显示器应用中的研究，特别关注了头盔显示器的小型化和紧凑性。作者们提出了一种基于离轴折/反射式原理的光学系统设计方案，这种设计能够满足头盔显示器轻便、尺寸适中以及结构紧凑的要求。文章指出，通过使用单片式自由曲面棱镜，可以有效地解决出瞳直径小的问题，这是传统光学设计中的一大挑战。 设计的光学系统具有特定的技术参数，包括出瞳直径为8mm，这确保了用户有足够的视野且图像清晰；视场角为20°(水平)×15°(垂直)，适合大部分观察需求；出瞳距离设定为20mm，适应不同用户的佩戴习惯；配合的显示屏是0.47英寸的OLED-XLTM，显示区域9.6mm×7.2mm，具有较高的像素密度，640 pixel×480 pixel，像元尺寸仅为15μm×15μm，这意味着可以呈现高分辨率的图像。 系统采用单一元件设计，显著减小了系统的体积和质量，使其小于13mm×25mm×17mm，这在保持良好成像质量的同时，实现了极高的集成度。选用的材料K26R具有良好的光学性能，当空间频率达到30 lp/mm时，全视场的调制传递函数仍能维持在0.25以上，这表明系统的光学性能优良，能够在大范围内保持图像质量的稳定。 这项工作展示了一种创新的头盔显示器光学系统设计方法，通过自由曲面技术和离轴光学原理，成功地实现了小型化、高分辨率和良好成像质量的统一，对于未来头盔显示器的发展具有重要的参考价值。