半透膜阵列平板波导提升头戴显示器光学系统性能

本文主要探讨了一种创新的半透膜阵列平板波导式头戴显示器（Head-Mounted Display, HMD）光学系统的设计，目标是实现HMD的轻便和小型化。传统的HMD往往受限于大体积和重量，而这种新型系统通过采用两个相互垂直的半透膜阵列平板波导技术来解决这一问题。 半透膜阵列平板波导的核心原理在于其能够扩展目镜的出瞳直径，即使使用较小尺寸的目镜也能提供足够的视场。这种设计不仅缩小了目镜的物理体积，还显著减轻了整个系统的重量，对于提升穿戴舒适性和便携性至关重要。通过理论分析和光学系统建模，研究者深入探讨了系统的关键性能指标，如成像质量、出瞳辐照度分布以及光学性能参数，包括畸变、点斑均方根半径和波像差等。 具体而言，该系统的特点包括总重约为36克，视场宽度达到15°×20°，出瞳尺寸为7mm×12mm，畸变控制在极低的0.13%以内，点斑均方根半径小于3.75微米，波像差均方根值小于0.045λ。此外，各视场的光学调制传递函数在40线每毫米时表现良好，大于0.58，这表明系统具有出色的图像清晰度和动态范围。 研究结果显示，半透膜阵列平板波导装置有效地实现了出瞳扩展，满足了头戴显示器对轻巧、高性能的需求。这对于开发更轻便、更高效的HMD设备具有重要意义，有望推动虚拟现实（Virtual Reality, VR）和增强现实（Augmented Reality, AR）技术的发展，提升用户的沉浸体验。因此，这项技术在光学设计、平板光波导、头戴显示和半透膜阵列等领域都有着广阔的应用前景。