头盔显示器光学系统小型化设计：Zemax优化方案

"头盔显示器光学系统小型化设计* (2012年) - 工程技术 论文" 本文介绍了头盔显示器光学系统的小型化设计方法，旨在优化传统头盔显示器的光学性能，使其更轻便、紧凑。在满足特定设计指标和实际使用需求的基础上，该设计引入了非球面和自由曲面元素，以校正系统像差，提高图像质量。 头盔显示器通常由图像源、显示设备、头盔体和跟踪系统四部分构成。图像源提供信息和字符，显示设备负责输出数据，头盔体承载并保护整个系统，而跟踪系统则包含电子传感器，对系统起到关键支持作用。 光学系统是头盔显示器的核心，设计时需考虑结构简洁、体积小巧和视场广阔的特性。它通常包括图像源、中继系统、目镜系统和合成镜。图像源发出的信号通过中继系统成像，然后由目镜系统投射到合成镜上，合成镜将图像与外部景物合并，使用户同时看到两者。合成镜具有半反半透特性，其曲面倾斜，图像源也需要相应倾斜布置。 设计要求包括：出瞳直径10mm、眼点距25mm、40°x30°的视场角、33.3lp/mm空间频率处的MTF值大于0.1、有效焦距49mm以及540-560nm的波长范围。 为实现小型化，设计者采用离轴系统，减少元件数量和体积，减轻重量，同时保持成像质量。离轴设计使得大部分元件倾斜，有助于降低系统尺寸，但也会带来透过率和反射率下降的问题。因此，设计时需要平衡这些因素，确保系统的光学性能。 小型化设计方法包括优化元件布局，减少不必要的光学组件，利用非球面和自由曲面技术来改善像差，从而简化系统结构。此外，可能还会采用特殊材料和镀膜技术，提高光能利用率，减少重量，提升佩戴舒适度和系统效率。 头盔显示器光学系统小型化设计是一项综合考虑光学性能、物理尺寸、重量和舒适性的复杂工程，旨在为飞行员提供清晰、轻便的视觉体验。这项工作对于军事和航空领域的应用具有重要意义，因为良好的头盔显示器能提高飞行员的态势感知能力和操作效率。