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文章编号: 167329965(2009)062519205微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计3刘钧,刘欣(西安工业大学光电工程学院,西安710032)摘 要: 为改善传统球面微光夜视系统结构复杂、镜片数较多的特点,将衍射光学元件引入传统球面物镜中,在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.该物镜视场为40°,相对孔径为1/1.19,包含三个衍射面,并将传统球面系统透镜数减少了2～3片,仅由5片组成,在空间频率为40lp/mm时,轴上传递函数可达0.89,轴外可达0.43.关键词: 微光夜视仪;光学设计;折/衍混合系统;衍射光学元件中图号: TB851 文献标志码: A 微光夜视仪是利用光增强技术进行观察的夜视系统,可以在夜间或低亮度条件下(10-1～10-5 L X),利用微弱星光、月光和大气辉光,通过像增强器转变成人眼可观察的图像,弥补了人眼在能量、光谱和分辨能力等方面的局限性,扩展了人的视野和功能.微光夜视仪主要用于隐蔽性夜战、夜间侦察、夜间抢险救援、夜间导航等,尤其适用于夜间低空贴地飞行[123].为了降低使用者的负担,安装在头盔上的微光夜视系统,通常情况下要求其体积小,重量轻,而且对物镜视场和相对孔径要求较大,传统的系统设计大多采用球面,其结构复杂,镜片较多,使得系统体积和质量较大,很难满足设计要求.随着光学加工工艺和光学检测技术的提高,衍射面由于其衍射效率高,负色散性,不产生场曲,并且有较多的设计自由度,使之代替球面成为了一种趋势.文献[4]设计了由6片透镜和一个衍射面组成的折/衍混合微光夜视头盔的光学系统,对传统的系统设计进行了优化[527].文中将折/衍混和光学元件应用于微光夜视仪的物镜光学系统设计中,将原有的7片透镜减少为5片,并给出成像质量图.在符合成像质量要求的情况下,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍混合物镜光学系统.1 物镜光学系统的参数与结构1.1 设计要求物镜是微光系统信号的入口,一般安装在微光夜视仪的最前端,要求其重量尽可能小,使整个系统的重心后移.为使像面有足够的照度,需要大相对孔径物镜,另外,还需要有足够的大视场[8210].针对设计要求,对该物镜计算出相应的技术指标:焦距19mm;视场40°;相对孔径1/1.19;全视场畸变≤5%;在空间频率为40lp/mm时,传递函数(Modulation Tromsfer Function,M TF)轴上≥0.60,轴外≥0.40.由于夜天辐射除可见光之外,还包含丰富的近红外辐射,为此选择560.82nm, 721.27nm和876.22nm为设计波长.1.2 初始结构的选择夜视仪器通常使用两种类型的物镜,一种是匹兹伐型,一种是双高斯型.匹兹伐型物镜结构简单,球差和彗差校正较容易,但是当视场加大时场曲很严重,故通常适用于仪器对视场要求不大的情况下.双高斯型物镜是微光仪器中最基本结构,主要是由于这种结构较容易在宽光谱范围修正球差,并且其基本结构是对称型,垂轴像差容易校正,系统第29卷第6期 西 安 工 业 大 学 学 报 Vol.29No.6 2009年12月 Journal of Xi’an Technological University Dec.20093收稿日期:2009209222作者简介:刘钧(19642),女,西安工业大学教授,主要研究方向为光学系统理论及设计.E2mail:junliu1990@.相对孔径可达到1∶1,甚至更大,视场可达到40°～50°[11212],据此选取双高斯型物镜作为初始结构.由于所选像增强器光阴极的平板保护玻璃影响到整个物镜系统成像,在设计过程中加入该元件,其材料Q K3,厚度为5.57mm.2 传统球面系统的设计与像质评价对于微光物镜的设计,像增强器的特性参数是必不可少的原始数据.本着体积小,重量轻的原则,并考虑到器件性能及其发展现状,设计选用第三代像增强器,有效光阴极直径/屏直径为18/18mm.微光物镜具有大视场、大相对孔径的特点,轴上像差容易校正,但轴外像差很难控制.在选定初始结构后,用ZEMAX 光学设计软件进行初步多次的优化和调整后,得到了一个球面系统.图1 球面光学系统及其传递函数Fig.1 Spherical optical system and its M TF图1给出了球面光学系统及其传递函数.该球面光学系统由5组7片透镜组成,其中包括2片双胶合透镜,总长为61.55mm ,口径达到40.82mm.在空间频率为40lp/mm 时,轴上传递函数达到0.79,但轴外较差,仅0.08～0.32之间.若略微牺牲轴上点传函,轴外点传函也得不到明显的改善.这样的成像质量并不满足使用要求,而且该系统体积,重量过大,不宜长时间佩戴,给使用者带来诸多不便,有待进一步改进.为了提高成像质量,并且减小其体积,则在光学系统中引入衍射面,将传统球面物镜小型化,设计出一套用于微光夜视仪的折/衍物镜.3 物镜光学系统小型优化设计对于夜视仪,物镜的系统长度和口径会影响到整个仪器,这要求在减少系统中透镜的片数的同时又不能降低系统的成像质量.为了使物镜系统结构更简单,并且提高成像质量,在设计好的传统球面光学系统中引入衍射面.衍射光学元件具独特的成像性质,通常情况下,光学成像系统采用回转对称的衍射结构.文中所用的光学设计软件ZEMAX 中,旋转对称的二元光学衍射面的相位函数表示形式为<(r )=2πλ(A λr 2+G λr 4+…)(1)式中:A λ为二次相位系数;G λ等为非球面相位系数.其中A λ决定了该面的旁轴光焦度,对于某一确定的二元光学器件,A λ与使用波长λ成正比,故此项一般用于校正系统色差;G λ多用于校正系统的各级球差[13].在ZEMA X 面型里有很多同时具有折射和衍射光焦度的面,衍射光焦度独立于折射率和表面的失高,它是通过改变光线的波前相位使光线聚焦的.表面类型“二元光学面2(Binary2)”通过连续改变经过此表面的波前相位达到指定的光焦度,其使用的相位变化公式为<=A 1r 2+A 2r 4+A 3r 3+…+A i r 2i , (i 为正整数)(2)式中:r 为归一化的孔径值,A i 为第2次项的系数.式(1)和式(2)的形式虽然不同,但表达的意义是相同的.A 1项也是用于校正系统的色差,A 2,A 3,A 4,…,A i 等项用于校正系统的高级象差.设计中采用ZEMA X 面型中的“二元光学面2(Binary2)”来模拟衍射光学元件,即将附加数据(Ext ra Data )中的二元面的相位系数设为变量,并构建评价函数,对系统进行优化.设计中采用逐步添加衍射面,减少透镜片数的方法来设计折/衍物镜光学系统.共采用三个衍射面,使透镜数量从原有的七片减少为五片.首先用折/衍单透镜来替换球面系统中光阑前的双胶合透镜,如图2所示,替换后系统中的第三个面设为衍射面.在保持系统相对孔径,焦距以及视场不变的条件下,将所在透镜的结构参量和附加数据(Extra25 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷Data )中衍射面的相位系数设为变量,进行整体优化.其中衍射面的相位系数A 1,A 2,A 3,…应逐步增加作为变量优化,其他透镜的结构参量也可设为变量,共同来调节整体光学系统.其次,在优化函数中应加入畸变,色差等函数,并加大权重,可实现对部分像差有效的校正.利用同样的方法,将图2中光阑后的双胶合透镜替换折/衍单透镜,替换后的系统中本应是五片单透镜,但由于在优化过程中第三片和第四片透镜的两接触面无限制的靠近并且曲率非常相似,则迫使删除了衍射面,而在光阑后又形成了一个双胶合透镜.通过反复的实验,并对各种实验结果进行分析比较,最终将衍射面添加在了最后一片单透镜上,也就是系统的第九个面,如图3所示.通过对系统的优化调节发现:当含有一个衍射面时,虽然成像质量有所改善,口径也减小到34.26mm ,但系统过长,达到了70.04mm.当含有两个衍射面时,系统长度减小为59.65mm ,口径为28.62mm ,但是图3可以看出,最后一片透镜过厚,会增加系统通量.经过反复实验,将系统的第二个面替换为衍射面,优化调节后得到了一个比较理想的系统,如图4所示.图2 含有一个衍射面的物镜光学系统Fig.2 Objective lens optical systemswith a diffractive surface 图3 含有两个衍射面的物镜光学系统Fig.3 Objective lens optical systems with two diff ractive surfaces 图4 折/衍物镜光学系统Fig.4 Refractive /diff ractivelens optical system 在折/衍物镜光学系统中,第二、三、九面为衍射面,表1给出了各衍射面的相位系数.通过对设计结果的分析可知:折/衍射光学系统不仅将传统球面光学系统中的透镜数由原来的7片减少为5片,其系统口径也由40.82mm 减小到24mm ,长度也有所下降,为58.56mm.图5给出了折/衍物镜光学系统的传递函数和畸变.该物镜的几何像差校正得比较好,基本满足了像差校正的公差容限.色差较小,相对畸变在5%以内,在空间频率为40lp/mm 时,中心视场的传递函数(M TF )可达到0.89,全视场可达到0.43以上,满足了设计要求.表1 折/衍物镜衍射面相位系数Tab.1 Phase coefficient of three diff ractive surfaces ref ractive /diff ractive lens面数A 1A 2A 3A 422367.7319-125739.92051522340.8543-1.5197E +0083-3929.4188-1557759.518437207755.1704-1.8547E +0099-79994.31624083263.401789765015.18581.7082E +010图5 折/衍物镜光学系统传递函数、场曲和畸变Fig.5 M TF ,astigmatism and distortion of ref ractive/diff ractive objective lens125 第6期 刘钧等:微光夜视仪中物镜光学系统的小型优化设计4 结论文中将衍射光学元件引入传统球面光学系统中,将其小型化,设计出了满足要求的微光夜视仪的折/衍射物镜光学系统.通过对球面光学系统和折/衍光学系统进行成像质量和结构比较结果可以看出,折/衍射光学系统不仅将球面光学系统中的透镜数由原来的7片减少为5片,其系统口径由40.82mm减小到24 mm,长度也略有下降.当传递函数值在空间频率为40lp/mm时,轴上像质保持不变,轴外均达到0.43以上.整个折/衍光学系统结构简单,透镜片数较少,均选用国产玻璃,半径参数适中,符合加工工艺条件,保证了物镜的可实现性及较低的成本.随着各种新型光学材料的不断涌现以及机械加工技术光电检测技术的不断提高,将会有更多新型面型应用到光学系统中来.参考文献:[1] 李景生.微光夜视技术及其军事应用展望[J].应用光学,1997,18(2):1. 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SHAN G Hua,L IU J un,GAO Ming.Lens Design in Helmet2Mounted LLL Night2vision System[J].Jour2 nal of Applied Optics,2007,28(3):292.(in Chinese)[6] Zhao Qiu2ling,Wang Zhao2qi.Hybrid Ref ractive/Dif2f ractive Eyepiece Design for Head2mounted Display[J].Acta Optica Sinica2003,32(12):1495.[7] 崔庆丰.折衍射混合成像光学设计[J].红外与激光工程,2006,35(1):12. CU I Qing2feng.Design of Hybrid Dif ractive2ref ractive Imaging Optical Systems[J].Inf rared and Laser Engi2 neering,2006,35(1):12.(in Chinese)[8] 胡明勇,江庆五,刘文清.一种大视场、大相对孔径微光夜视光学系统的设计[J].光学技术,2005,31(3):161. HU Ming2yong,J IN G Qing2wu,L IU Wen2qing.De2 sign of Low Light Night Vision Optical System with Large Field and Large Relative Aperture[J].OpticalTechnique,2005,31(3):161.(in Chinese)[9] 王希军,周海宪.机载微光夜视仪折衍混合物镜的设计研究[J].电光与控制,2002,9(3):35. 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J IN Guo2fan,YAN Y ing2bai,WU Min2xian.Binary Optics[M].Beijing:National Defence IndustryPress,1998.(in Chinese)225 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷Miniaturization Design of Objective Lens Optical SystemsUsed in Low 2Level 2Light Night VisionL I U J un ,L I U X i n(School of Optoelectronic Engineering ,Xi ’an Technological University ,Xi ’an 710032,China )Abstract : In order to meet t he requirement of image quality ,t he diff raction optical element s are int roduced to t he t raditional sp herical lens ,and an optical system wit h hybrid refractive 2diffractive lens is designed to imp rove t he characteristics of complex st ruct ure and large number of lenses in t he t raditional sp herical and low 2level 2light night visio n.In t his system ,t he field of view is 40°and t he relative apert ure is 1/1.19,and t he number of t raditional sp herical lens is decreased by 2or 3to 5including 3diff ractive surfaces.When t he spatial f requency is 40lp/mm ,t he value of M TF on 2axis can reach to 0.89,t he value of M TF off 2axis 0.43.K ey w ords : low 2light level night vision ;optical design ;hybrid diffractive 2refractive optical system ;diff ractive optical element s(责任编辑、校对 张立新)简 讯医用局部深孔手术摄像照明装置在五官科、脑外科手术中,由于光源的光轴与人眼睛的视轴无法完全重合,当手术部位距体表有一定深度时,人眼观察到的手术部位的某个边沿总有一部分区域存在阴影,孔越深两光轴夹角越大,阴影的区域越大。
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计作者：朱标来源：《电脑知识与技术》2020年第10期摘要：提出了一种新颖的头盔式微光夜视系统架构形式，对其光学系统进行了研究。
针对具体的头盔式微光夜视系统，运用CODEV光学设计仿真软件，设计了焦距为6.7mm，视场角为50°，相对孔径为1/1.25，光谱范围625nm-930nm的成像物镜;同时与之对应，设计了视场角为50°护目镜型头盔显示系统。
结果是该成像物镜结构紧凑，镜筒长仅27.9mm，总长小于40mm，全视场畸变小于2%，在空间频率为501p/ram时，全视场调整传递函数（MTF）值大于0.2;护目镜型头盔显示系统全视场畸变小于10%，在空间频率为501p/mm时，MTF值接近0.2。
不仅非常好地满足了头盔式微光夜视系统性能要求，而且极大地改善了传统头盔微光夜视仪的人机工效。
关键词：微光夜视;夜视系统;成像物镜;透视型;护目镜型头盔显示系统中图分类号：TP919 文獻标识码：A文章编号：1009-3044（2020）10-0281-021背景头盔微光夜视仪是一种头戴式设备，该设备可以通过光增强技术，改善人们在夜晚或者低照明下的可视效果，相比较红外夜视仪，微光夜视仪具有不易暴露，更加隐蔽的特点，应用更加广泛，如军事应用，更加安全可靠。
目前市面上的微光夜视仪，采用的是像增强器技术，实现微光的增强，通过固定于头盔上支架吊装在佩戴者眼睛前方，造成头盔重心前移，使颈部除增加负重以外，还受到微光夜视仪附加的前倾力矩，容易疲劳，甚至在飞机大幅度机动时，容易引起其颈部受伤嘲。
本文所设计的微光夜视头盔系统主要由微光物镜、低照度摄像机芯和显示系统组成，实现了整个微光头盔夜视系统具有重量轻、结构简单以及视场、相对孔径、出瞳直径和出瞳距离大。
像面照度均匀等特点。
在传统的双高斯物镜基础上加入了非球面，解决了边缘视场照度下降非常快的问题。
同时，本文为实现显示系统与头盔一体化，研究了用于机载头盔微光夜视系统的护目镜投射的显示系统。
头盔显示器的光学设计方案
王贞
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】1991(000)005
【摘要】本文介绍了几种头盔式显示器的光学设计方案,并从提高系统的分辨率、对比度,重量等各方面作了比较。
【总页数】4页(P15-18)
【作者】王贞
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TJ810.376
【相关文献】
1.一种三维头盔显示器驱动电路设计方案 [J], 谢洪波;徐爱国;李保安;郁道银
2.头盔显示器的光学系统设计方案 [J], 王贞
3.一种新的头盔显示器光学系统设计方案 [J], 刘涛;赵国荣;陈穆清
4.紧凑型增强现实头盔显示器光学系统设计 [J], 赵守伟;张勇;马东玺;于明
5.非对称轻小型头盔显示器光学系统设计 [J], 黄颂超;冯云鹏;程灏波
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文章编号:0253-2239(2004)01-121-4折/衍混合增强现实头盔显示器光学系统设计*张慧娟1,2王肇圻1 赵秋玲1 李凤友2 曹召良2 陈 波2 卢振武21南开大学现代光学研究所光电信息技术科学教育部重点实验室,天津3000712长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室,长春130022摘要: 利用衍射光学元件独有的负色散性质和可实现光波面任意相位调制的特点,在光学系统中引入衍射面,设计了出瞳距离为26mm,出瞳直径为12mm,视场角为20 (H) 15.4 (V)的用于增强现实的折/衍混合穿透式双通道头盔显示器的光学系统。
设计的系统内、外两个光通道的光能量利用率分别达到1/4和1/2。
系统分辨力适合采用分辨率为800 600、像元尺寸为33 m 的图像源。
设计结果,系统镜头直径小于46mm,满足用于双目显示的要求。
设计结果表明,该系统不仅在结构上满足使用者因素的要求,而且成像质量接近衍射极限,具有很高的分辨率,色差和畸变非常小。
设计结果完全满足用于增强现实的要求。
关键词: 应用光学;光学设计;增强现实;折/衍混合系统中图分类号:T H74 文献标识码:A*长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室资助课题。
E -mail:hjzhang@收稿日期:2002-05-27;收到修改稿日期:2002-11-13Hybrid Diffractive -Refractive Optical System Design of Head -MountedDisplay for Augmented RealityZhang Huijuan 1,2 Wang Zhaoqi 1 Zhao Qiuling 1 Li Fengyou 2Cao Zhao liang 2 Chen Bo 2 Lu Zhenwu 21The Key Labor ator y of Opto -Electron ic In for m at ion Scien ce a nd T echn ology ,Ministr y of Education , In stitut e of Moder n Optics ,Na n ka i Un iver sity ,Tian jin 3000712Sta te Key La b.of Applied Optics ,Cha ngchu n In stitut e of Optics ,Fine Mecha n ics an d Phy sics ,The Chin ese Aca dem y of Sciences ,Cha ngchu n 130022(Received 27May 2002;revised 13November 2002)Abstract: By introducing diffractive surface,with the particular negative dispersive and the power of realizing random -phase modulation,in optical system,a hybrid diffractive -refractive optical system of see -through head -mounted display for augmented reality with 26mm eye relief,12mm exit pupil and 20 (H) 15.4 (V)field -o-f view is designed.The utilization ratios of energy of real world and virtual world are 1/4and 1/2,respectively.The resolution of display,determined by the system resolution power,is 800 600and the pixel size is 33 m.T he diameter of this system is less than 46mm,and it applies the binocular.This head -mounted display not only satisfies the demands of user s factors in structure,but also with high resolution,very small chromatic aberration and distortion,and the system satisfied the need of augmented reality.Key words: ap plied optics;op tical design;augmented reality;hyb rid diffractive -refractive sys tem1 引 言近年来,以浸没、交互和想象为基本特征的虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术在技术研究领域十分活跃。
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计随着科技的不断发展，头盔式微光夜视系统已经成为了军事和警察等行业的标配装备。
传统的微光夜视系统在使用中存在一些不便之处，比如重量过大、视野狭窄、使用寿命短等问题。
为了解决这些问题，一种新颖的头盔式微光夜视系统设计应运而生，它不仅在技术上更加先进，而且在使用体验上也更加优越。
这种新颖的头盔式微光夜视系统设计采用了最新的光电子技术，使得系统更加轻便紧凑，同时还具有更广阔的视野和更长的使用寿命。
以下将从技术原理、产品特点和应用前景等方面进行详细的介绍。
这种新颖的头盔式微光夜视系统设计采用了最先进的CMOS传感器技术，相比传统的CCD传感器，在低光环境下的成像效果更加出色。
该系统还将特制的光学透镜和影像增强技术相结合，使得用户在夜间或低光环境下能够清晰地观察到周围的环境，大大提高了使用者的作战或执行任务的效率和安全性。
产品特点方面，这种新颖的头盔式微光夜视系统设计在重量和体积上都做到了极大的精简，而且还具有防水、防震、防尘的性能，适应了不同的作战和环境要求。
该系统还配备了高容量锂电池，保证了较长时间的使用，并且支持USB充电接口，便于随时补充电量，保障作战或执行任务的需要。
这种新颖的头盔式微光夜视系统设计还引入了智能化的控制系统，采用了人机交互界面设计，用户可以通过简单的手势或者按钮操作来控制系统的开关、放大倍数、色彩模式等设置，极大地方便了使用者的操作，增强了系统的实用性和便捷性。
关于应用前景方面，这种新颖的头盔式微光夜视系统设计将在军事、警察、安防等领域有着广阔的应用前景。
在军事领域，该系统能够大大提高士兵的作战效率和生存能力；在警察和安防领域，该系统则可以帮助执法人员在夜间或恶劣环境下更好地履行职责，保障社会的稳定和人民的安全。
这种新颖的头盔式微光夜视系统设计将成为未来的趋势，其技术先进、产品特点突出和应用前景广阔，必将成为军事和警察等领域的新宠，为维护社会的和平与安宁发挥着重要的作用。
一种新颖的头盔式微光夜视系统设计【摘要】头盔式微光夜视系统是一种新颖的夜视设备，具有广泛的应用前景和市场需求。
本文通过介绍系统原理和技术特点，分析了其性能优势和未来发展趋势。
该系统利用微光增强技术，能够在低光条件下提供清晰的夜视画面，帮助用户实现夜间观察和警戒任务。
其具有小巧轻便、易携带和操作简便等特点，适用于军警、安防、救援和户外探险等领域。
未来，随着技术的不断创新和改进，头盔式微光夜视系统有望在更多领域得到应用，为用户提供更加便捷高效的夜视体验。
这种新型夜视系统具有重要的实用价值和发展前景，值得进一步深入研究和推广。
【关键词】头盔式微光夜视系统，设计，引言，系统原理，技术特点，应用前景，市场需求，性能优势，总结评价，展望未来。
1. 引言1.1 背景介绍头盔式微光夜视系统是一种结合头盔和微光夜视技术的创新产品。
随着科技的不断进步，人们对于夜间观察和战斗中的视觉需求也越来越高。
传统的夜视设备存在着体积大、重量重、使用不便等问题，而头盔式微光夜视系统的出现，为用户提供了更加便捷、轻便的选择。
近年来，随着军事技术和安全防护需求的不断提升，头盔式微光夜视系统逐渐受到了各界的关注。
它可以帮助用户在光线较暗的环境下获取清晰的夜视图像，有效提升了夜间作战的效率和安全性。
头盔式微光夜视系统还可以广泛应用于警务、救援、狩猎等领域，为用户提供更加广泛的使用选择。
研究和设计一种新颖的头盔式微光夜视系统具有重要的现实意义和市场需求。
通过不断创新和优化，头盔式微光夜视系统将会在未来得到更广泛的应用，并为用户带来更多便利和安全。
1.2 研究目的研究目的是为了探索一种新颖的头盔式微光夜视系统设计，以解决传统夜视装备在使用过程中存在的一些问题，如重量过大、体积笨重、视野不够宽广等。
通过研究和设计一种轻巧便捷、视野清晰、高性能的头盔式微光夜视系统，我们希望能够有效提高用户在夜间作战、探险等活动中的视觉能力，为他们提供更加安全和便利的体验。
文章编号：1672-8785(2021)01-0033-05基于虚拟现实的头盔显示目镜系统设计袁东姬广超李嬪"马海琳杨亮亮"(盐城师范学院物理与电子工程学院，江苏盐城224007)摘要：基于Erfle结构，设计了可用的传统折射式目镜&在此基了衍射面，设计出了折衍射目镜&种的基本结构参数，出为27mm,出径为8mm。
与传统折射式结构，折衍射目的度减小了11%，重量减轻了约23%,畸变减小了59.45%&到衍射光学元件的带宽积分射效率对调制传数(ModulationTrarisferFunction,MTF)的影响,在40lp/mm频率处,折衍射头盔目镜轴上视场的+TF值和最小+TF值分别高于0.68和0.28,计要求。
该以应用于虚拟现实的&关键词：光学设计；目镜；头盔显示器中图分类号：0436文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-8785.2021.01.007Design of Helmet Display Eyepiece System Based onVirtual RealityYUAN Dong,JI Guang-chao,B Jing*,MA Hai-lin,YANG Liang-liang(School of Physics and Electronics Engineering,Yancheng Teachers University,Yancheng224007,China)Abstract:Based on Erfle lens structure,a traditional refractive eyepiece which can be used in the helmet display system is designed.On this basis,the diffraction surface is added,and the refractive and diffractive eyepiece is optimized.The basic structural parameters of the two systems are the same.The exit pupil distance is27mm and the diameter of the ext pupil pared with the traditional refractive structure,the totallengthoftherefractiveanddi f ractiveeyepieceisreducedby11%theweightisreducedby23%andthedis-tortion is reduced by59.45%.Considering the influence of bandwidth integral average diffraction efficiency ofdiffractive optical elements on the systems modulation transfer function(MTF),the MTF of the field-of-viewonQheaxisandQheminimum+TFofQherefraciveanddi f racivehelmeQeyepiecearehigherQhan0.68and0.28respectively at the spatial frequency of40lp/mm,which can meet the design requirements.It can be usedinthevirtualrealityhelmetdisplaysystem.收稿日期：2020-09-10基金项目：江苏省高校自然科学研究基金(19KJD140005)；2020年大学生创新创业训练计划项目(省级一般项目202010324067Y)作者简介：袁东(2000-)，男，江苏淮安人，主要从事虚拟现实和光学系统设计研究。
