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机载护目镜型头盔显示器畸变校正 被引量:8
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作者 杨新军 吴华夏 +2 位作者 余晓芬 董戴 王肇圻 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期455-459,共5页
根据机载飞行头盔特点及人机工程要求,设计了护目镜型头盔显示器光学系统.分析了该光学系统的光学性能和畸变特点,研究了该光学系统畸变的算法软件校正方法,设计了预畸变校正算法软件,并对护目镜型头盔显示器光学系统进行了畸变校正.结... 根据机载飞行头盔特点及人机工程要求,设计了护目镜型头盔显示器光学系统.分析了该光学系统的光学性能和畸变特点,研究了该光学系统畸变的算法软件校正方法,设计了预畸变校正算法软件,并对护目镜型头盔显示器光学系统进行了畸变校正.结果显示:校正后光学系统具有很高的成像质量,空间频率为50lp/mm时,全视场调制传递函数接近0.2;同时畸变小于0.5%,系统满足机载护目镜型头盔显示器性能指标要求. 展开更多
关键词 头盔显示器 畸变校正 护目镜 预畸变 光学系统
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超大视场头盔显示光学系统设计 被引量:16
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作者 卢海平 刘伟奇 +3 位作者 康玉思 魏忠伦 冯睿 付瀚毅 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期979-987,共9页
设计了大视场头盔显示器的目视光学系统,用于满足头盔显示器对大视场、小畸变、高分辨率以及轻量化的苛刻要求。采用4×3阵列式排列、视场角为33°×24°的12组高质量成像目镜系统拼接成单眼目视光学系统来实现系统的... 设计了大视场头盔显示器的目视光学系统,用于满足头盔显示器对大视场、小畸变、高分辨率以及轻量化的苛刻要求。采用4×3阵列式排列、视场角为33°×24°的12组高质量成像目镜系统拼接成单眼目视光学系统来实现系统的大视场设计。为了使系统轻量化,每个单元目镜只采用一片透镜;透镜一面采用二元光学衍射面,利用其特殊色散特性校正目镜系统色差;另一面采用非球面,用于校正目镜光学系统的初、高级单色像差。其图像源为高亮度、高分辨率的OLED微显示器。设计结果显示:单目目视光学系统水平视场达到120°,垂直视场为60°,角分辨率为43pixel/(°);单个目镜系统传递函数在40lp/mm处,轴上视场高于0.62,全视场高于0.1;系统畸变小于3%;系统的双目视场为160°×60°,双目重叠视场为80°×60°。该设计实现了超大视场,满足头盔显示光学系统的成像要求。 展开更多
关键词 头盔显示器 二元光学 非球面 视场拼接 光学设计
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折/衍混合自由曲面式头戴显示器光学系统设计 被引量:20
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作者 姜洋 孙强 +3 位作者 谷立山 刘英 李淳 王健 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期508-514,共7页
为解决传统头戴式显示器大视场、大出瞳距与小型、轻量化之间的矛盾,设计了折/衍混合自由曲面式头戴显示器的光学系统。利用衍射元件的特殊色散特性校正系统色差;选取最佳的自由曲面面型组合校正系统的像散、彗差和畸变;由光学塑料(PMMA... 为解决传统头戴式显示器大视场、大出瞳距与小型、轻量化之间的矛盾,设计了折/衍混合自由曲面式头戴显示器的光学系统。利用衍射元件的特殊色散特性校正系统色差;选取最佳的自由曲面面型组合校正系统的像散、彗差和畸变;由光学塑料(PMMA)注塑成型的自由曲面棱镜形成离轴结构,使光学系统结构紧凑、便于装调。设计得到的光学系统出瞳距离为17.4 mm,出瞳直径为4 mm,对角线视场为55°,光学系统的点斑RMS半径小于30μm,各视场光学调制传递函数在30 lp/mm时大于0.1,系统畸变小于10%。实际分析结果表明,该系统具有良好的成像质量,系统像差特性满足目镜系统的成像要求,可以满足虚拟现实各领域的实际需求。 展开更多
关键词 头戴式显示器 虚拟现实 自由曲面 折/衍混合系统 光学设计
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双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计 被引量:11
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作者 孟祥翔 刘伟奇 +3 位作者 张大亮 姜国华 朱秀庆 杨建明 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期189-194,共6页
视场大小是评价头盔显示器在虚拟现实等领域的关键性能指标,为了克服视场增加带来各类像差急剧增大的困难,提出了一种基于双自由曲面的大视场头盔显示光学系统。首先,分析了双椭球结构实现大视场与低畸变的基本原理,指出了其难以校正除... 视场大小是评价头盔显示器在虚拟现实等领域的关键性能指标,为了克服视场增加带来各类像差急剧增大的困难,提出了一种基于双自由曲面的大视场头盔显示光学系统。首先,分析了双椭球结构实现大视场与低畸变的基本原理,指出了其难以校正除畸变以外其他像差的原因。接着,提出根据系统对称性和光路走向采用竖直方向对称、水平方向不对称的自由曲面反射镜校正离轴像差,完成了基于双自由曲面反射镜的大视场头盔显示光学系统设计。系统视场范围为106.3°(H)×80°(V),最大相对畸变为6.97%,出瞳直径8 mm,点眼距19 mm。单目系统向外倾斜8°时,双目视场范围为122.3°(H)×80°(V),双目重叠视场为90.3°(H)×80°(V),瞳距在55~71 mm范围内可调节。对系统性能分析结果表明:相比双椭球结构,系统成像质量得到较大提高;视场范围和相对畸变满足虚拟现实领域的应用要求。 展开更多
关键词 头盔显示器 大视场 自由曲面 光学设计
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折/衍混合透视型头盔显示器光学系统设计 被引量:11
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作者 杨新军 王肇圻 +1 位作者 孙强 卢振武 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期9-12,8,共5页
为满足头盔显示器(HMD)对大视场、高像质和彩色显示的要求,提出了改进型 HMD 光学系统。该系统以彩色 LCD 为图像源实现彩色显示;以折/衍混合单透镜代替双胶合,利用其负色散和波面任意整形特性消除系统色差及改善波前像差。图像源发出... 为满足头盔显示器(HMD)对大视场、高像质和彩色显示的要求,提出了改进型 HMD 光学系统。该系统以彩色 LCD 为图像源实现彩色显示;以折/衍混合单透镜代替双胶合,利用其负色散和波面任意整形特性消除系统色差及改善波前像差。图像源发出的光束在分束器附近成中间像,可增大系统视场;出瞳在中继光学组元中间成像,可减小系统口径,增大出瞳直径;球面耦合器将分束器反射过来的光束准直后投射到人眼,能消除人眼反复观察不同焦距的视频图像和外界图像所造成的疲劳。该系统垂轴色差小于 42μm,视场扩大为 40°(水平)×30°(垂直),分辨力接近人眼的最小分辨能力;口径小于 46mm,重量比现有 HMD 光学系统下降 47%。 展开更多
关键词 头盔显示器 衍射光学元件 光学系统设计
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头盔瞄准界面的色彩设计 被引量:2
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作者 王海燕 邵将 +2 位作者 高岩 孙铭伟 白婷 《电光与控制》 北大核心 2016年第6期64-67,76,共5页
头盔瞄准数字显示界面的设计关系到飞行员的认知绩效。由于头盔瞄准界面透视显示的特殊性,其实时变化的背景对于前景色的选取提出了新的要求。通过实验手段,以游标敏锐度为测量方法,通过反应时间和正确率的数值,在典型天空背景样本中对... 头盔瞄准数字显示界面的设计关系到飞行员的认知绩效。由于头盔瞄准界面透视显示的特殊性,其实时变化的背景对于前景色的选取提出了新的要求。通过实验手段,以游标敏锐度为测量方法,通过反应时间和正确率的数值,在典型天空背景样本中对比了前景字符在明度和饱和度两个维度上的相对较优值。实验发现,头盔瞄准界面在白天和全天候使用状况下,字符色彩HSB值(120°33%33%)和(120°99%33%)的色彩识别性较好;在夜间使用情况下,字符色彩HSB值(120°33%66%)的色彩被识别性较好,为头盔瞄准界面色彩设计提供了科学的依据。 展开更多
关键词 头盔显示器 瞄准界面 界面设计 色彩设计
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头盔显示器的关键技术及有关设计问题综述 被引量:11
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作者 陆南燕 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期237-243,共7页
头盔显示器可以提高驾驶员的态势感知能力。红外传感器提供的信息 ,使驾驶员的态势感知能力大大加强。头盔显示器提供的红外图像 ,使恶劣的天气和黑夜不再成为驾驶员作战的障碍。概述了头盔显示器的发展过程和关键技术 ,介绍了当前空军... 头盔显示器可以提高驾驶员的态势感知能力。红外传感器提供的信息 ,使驾驶员的态势感知能力大大加强。头盔显示器提供的红外图像 ,使恶劣的天气和黑夜不再成为驾驶员作战的障碍。概述了头盔显示器的发展过程和关键技术 ,介绍了当前空军用头盔显示器的技术问题、解决方法、设计示例。 展开更多
关键词 头盔瞄准具 头盔显示器 设计 准则
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紧凑型折反式头盔光学系统设计 被引量:1
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作者 周亮 康明武 +1 位作者 李晓霞 李文强 《电光与控制》 北大核心 2013年第3期65-68,共4页
为适应近年来头盔显示器微型化和轻量化的发展需求,设计了一种紧凑型折反式头盔显示器光学系统。通过减小分束镜倾角使整个棱镜更薄;系统引入双胶合透镜和非球面,用以消除系统色差及其他像差;所有元件采用胶合方式实现一体化结构,更加紧... 为适应近年来头盔显示器微型化和轻量化的发展需求,设计了一种紧凑型折反式头盔显示器光学系统。通过减小分束镜倾角使整个棱镜更薄;系统引入双胶合透镜和非球面,用以消除系统色差及其他像差;所有元件采用胶合方式实现一体化结构,更加紧凑,便于装调。设计的光学系统技术指标为视场角27.0°×20.4°,出瞳距离25 mm,出瞳直径12 mm,后截距大于5 mm,眼分辨率满足在40 lp/mm时的调制传递函数(MTF)值大于0.5,系统畸变小于0.5%。分析结果表明,该系统具有良好的成像质量,系统像差特性满足目视系统的成像要求,可广泛应用于虚拟现实的各个领域。 展开更多
关键词 头盔显示器 光学设计 非球面 虚拟现实
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含高次塑料非球面的头盔微光夜视物镜设计 被引量:9
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作者 杨胜杰 《电光与控制》 北大核心 2009年第1期80-83,96,共5页
为使头盔微光夜视镜的重量更轻,同时保证其较好的成像性能,分析了光学塑料的特性及其加工,通过引入高次塑料非球面,设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场(40°)、小F数(F/1.25)、小畸变(1%)的特点,光... 为使头盔微光夜视镜的重量更轻,同时保证其较好的成像性能,分析了光学塑料的特性及其加工,通过引入高次塑料非球面,设计了含有3个高次塑料非球面的6片式微光夜视物镜。该物镜具有大视场(40°)、小F数(F/1.25)、小畸变(1%)的特点,光学传递函数在空间频率40 lp/mm时,轴上传函≥0.6,轴外传函≥0.4,满足微光夜视物镜成像要求。相对具有同样性能的传统物镜系统,总长41 mm,为传统物镜的82.6%,重量13.3 g,仅为传统物镜的32.7%。为头盔式微光夜视系统减重设计提供了一个新的参考思路。 展开更多
关键词 头盔微光夜视 光学设计 光学塑料 非球面 物镜
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利用专用工装实现球面光楔加工
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作者 庄纪纲 孙红晓 《电光与控制》 北大核心 2012年第8期93-96,共4页
楔形的球面透镜是头盔瞄准/显示器的光学系统中消除大离轴角产生的较大畸变、视差的光学零件,几何中心与原始光轴既偏心又倾斜,采用传统的加工方法无法实现双球心位置与旋转轴线关系的建立。通过设计专用工装解决了工件定位问题,实现了... 楔形的球面透镜是头盔瞄准/显示器的光学系统中消除大离轴角产生的较大畸变、视差的光学零件,几何中心与原始光轴既偏心又倾斜,采用传统的加工方法无法实现双球心位置与旋转轴线关系的建立。通过设计专用工装解决了工件定位问题,实现了准确的外圆及缺口加工。 展开更多
关键词 头盔显示器 畸变校正 球面光楔 工装 磨边
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非对称轻小型头盔显示器光学系统设计 被引量:3
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作者 黄颂超 冯云鹏 程灏波 《中国光学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期832-841,共10页
针对非对称光学系统视场范围和出瞳直径较窄、光学结构复杂、制造成本昂贵、装配调整麻烦等问题,本文采用在系统中加入自由曲面反射镜的设计方法。首先,论述了双反射镜非对称光学系统的设计要求和工作原理。然后,分析了三反射镜非对称... 针对非对称光学系统视场范围和出瞳直径较窄、光学结构复杂、制造成本昂贵、装配调整麻烦等问题,本文采用在系统中加入自由曲面反射镜的设计方法。首先,论述了双反射镜非对称光学系统的设计要求和工作原理。然后,分析了三反射镜非对称光学系统的离轴结构控制方法。最后,采用XY多项式自由曲面反射镜折叠光路、消除遮拦、扩大视场、校正离轴像差,设计出一款适用于头盔显示器的非对称光学系统。设计的双反射镜非对称光学系统的视场为60°×30°,出瞳直径为8 mm。在截止频率52 lp/mm处,全视场的调制传递函数值大于0.25,系统畸变小于5%,单目系统重量约为190 g。设计结果表明,该非对称光学系统的视场大小和成像质量均有所提升,实现了小型轻量化,可应用于头盔显示器。 展开更多
关键词 光学设计 非对称 头盔显示器 轻量化设计 自由曲面
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离轴反射式双通道头盔显示器光学系统设计 被引量:8
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作者 周学鹏 赵渊明 常颖 《激光杂志》 北大核心 2018年第6期98-102,共5页
头盔显示器作为头戴式的目视光学系统,具有小型化、轻量化的结构特点,系统要求合理的出瞳直径,出瞳距离及视场,以满足使用者良好的佩戴舒适度。采用离轴反射式的结构,应用Zernike多项式自由曲面反射镜,有针对性地选取Zernike系数,校正... 头盔显示器作为头戴式的目视光学系统,具有小型化、轻量化的结构特点,系统要求合理的出瞳直径,出瞳距离及视场,以满足使用者良好的佩戴舒适度。采用离轴反射式的结构,应用Zernike多项式自由曲面反射镜,有针对性地选取Zernike系数,校正离轴结构引入的非对称像差,无偏心无倾斜地设计中继透镜组以减小装配难度,并且阐述了基于自由曲面校正离轴光学系统像差的矢量像差原理以及该光学系统的设计过程与方法。基于以上方法,设计了一个出瞳直径为8mm,出瞳距离为36mm,视场为40°×30°,全视场调制传递函数(MTF)值大于0.5的小型化头盔显示器,系统尺寸80mm×92mm,结构紧凑,重心位置适当,可以内嵌入在头盔侧面,可应用于新一代眼镜式虚拟现实头盔显示系统。 展开更多
关键词 光学设计 头盔显示器 自由曲面 虚拟现实
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