眼镜式微显示器光学系统设计研究

摘要

作为新型图像信息显示器件，眼镜式微显示器在提供景象的全面信息方面具有很大的优势，它不仅作为个人应用显示器，还是紧凑型大屏幕投影系统设计的基础，由于平板显示器的迅速发展和普及，使得眼镜式微显示器在很大成度上克服了大重量、大体积、高功耗和高工作电压等缺点，使其应用前景更加广阔。由于其具有大画面、便携、不须手持、可体验视觉图像变化时全身心投入的临场感等特点，已被广泛应用于军事、娱乐、医疗、工程和模拟训练等领域。本文研究了塑料透镜在眼镜式为微显示器光学系统中的应用，设计了适用于眼镜式虚拟微显示器的全塑料(聚甲基丙烯酸甲脂-PMMA)光学系统。引入反射镜来折叠光路以缩短系统长度，引入衍射面，利用其负色散性和波面任意整形特性来消除系统色差及改善波前像差。该系统重量仅为9.8g。目视系统中需重点校正的像散和垂轴色差的最大值分别为0.31mm和8.8μm，最大畸变<7％。系统最小角分辨率为0.8mrad，全视场为32°。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2头盔微显示器概况

1.3头盔微显示器的作用及发展趋势

1.4国内外微显示器的研究状况

1.5衍射光学元件在微显示器光学系统中的应用

1.6眼镜式微显示器的应用领域

1.7本论文研究的内容

第二章 微显示器光学系统设计要求

2.1人眼视觉

2.2人眼光学系统模型

2.3人因素对微显示光学系统参量的要求

2.4图像源

2.5小结

第三章 微显示器光学系统形式

3.1微显示器光学系统基本原理

3.2直视式与透视式微显示器光学系统

3.3小结

第四章 衍射光学元件在眼镜式微显示器光学系统中的应用

4.1衍射光学元件概念

4.2衍射光学元件像差特性

4.3衍射光学的色散性质

4.4衍射光学元件的衍射效率问题

4.5小结

第五章 直视型眼镜式微显示器光学系统设计

5.1光学材料的选择

5.2设计思路和光学系统相关参数

5.3设计结果及像差分析

5.4衍射参量计算

5.5小结

第六章 眼镜式微显示器光学系统的公差分析

6.1公差的形式

6.2公差分析的方法

6.3分析结果

6.4小结

第七章 基于有限元的眼镜式微显示器光学系统性能热分析

7.1有限元模型的建立和分析

7.2标准球面方程拟合法

7.3 Zemike多项式拟合

7.4小结

第八章 结论与展望

8.1本论文的主要工作

8.2前景展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文及申请专利

附录Ⅰ CODE V公差计算程序计算系统各公差参数的性能下降敏感度