头盔显示器折衍射混合目镜设计：高效率多层衍射元件

"含多层衍射光学元件的折／衍射混合头盔目镜 (2013年)，赵亚辉、范长江、应朝福、徐建程，浙江师范大学信息光学研究所，浙江师范大学光信息检测与显示技术研究省重点实验室" 这篇论文详细介绍了针对头盔显示器设计的一种新型光学系统——含多层衍射光学元件的折/衍射混合头盔目镜。该系统旨在解决头盔显示器中视场范围、光能利用率、对比度以及体积重量等方面的问题。通过理论分析多层衍射元件的衍射效率，研究人员成功地构建了一个60°视场的混合光学系统，确保在整个设计波段和视场范围内，衍射效率超过90%，这显著提高了光能的利用率，同时提升了图像的对比度。 目镜的设计是关键，其出瞳距离为22毫米，出瞳直径为8毫米，这样的参数有助于提供舒适的观察体验，并且适应不同的用户需求。调制传递函数（MTF）是衡量成像质量的重要指标，论文指出，当空间频率达到25线对每毫米（lp/mm）时，全视场的MTF值均保持在0.38以上，这满足了VGA（Video Graphics Array）分辨率的标准，意味着可以呈现清晰的图像。 在光学性能方面，目镜的畸变控制在4.8%，尽管这不是非常理想，但在实际应用中仍可接受。垂轴色差最大为10微米，这在一定程度上降低了色彩分离现象，提高了色彩还原性。该光学系统的紧凑性体现在其尺寸和重量上，镜头总长度仅为26.8毫米，最大直径16毫米，整体质量只有8克，这实现了光学系统的轻量化和小型化，对于头盔显示器的便携性和舒适性至关重要。 论文的研究成果不仅在光学设计上有所创新，还体现了工程实践中的实用价值。多层衍射光学元件的应用展示了现代光学技术在解决复杂问题上的潜力，尤其是在头盔显示器等穿戴式设备领域。这一设计方法和实现技术对于推动头盔显示技术的发展，提升用户体验，以及未来可能应用于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等领域具有重要意义。