投影式頭盔光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及視空間評價的研究.pdf

1、本文基于投影式頭盔顯示系統(tǒng)展開研究，以其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和視空間評價為主要研究方向。主要的研究工作有以下三部分： 1.投影式頭盔系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，且可以滿足成像質(zhì)量高，結(jié)構(gòu)輕便緊湊的要求。根據(jù)投影式頭盔系統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中的使用需要，設(shè)計出一款3片式45°視場的折/衍混和頭盔物鏡系統(tǒng)，文中給出了詳細(xì)的設(shè)計過程并對其MTIF(調(diào)制傳遞函數(shù))進(jìn)行了精確的視空間評價。系統(tǒng)針對1.1英寸彩色L,CD設(shè)計，分辨率滿足SXGA顯示模式，其出瞳直徑為

2、10mm，出瞳距離大于20mm，像差分析表明各項指標(biāo)均達(dá)到或超過了設(shè)計要求。系統(tǒng)僅重2.2g，直徑僅為14.6 mm，實現(xiàn)了頭盔系統(tǒng)的超輕小設(shè)計。對其MTF的視空間評價顯示：對于3mm瞳孔，該系統(tǒng)中心視場的MTF在0.5 cycles/arc min處為0.50，遠(yuǎn)大于AIM(視網(wǎng)膜空間像調(diào)制度)曲線的值(0.23)，達(dá)到了人眼的最小分辨角，能夠滿足虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的使用需要。 2.頭盔系統(tǒng)的視空間性能評價對預(yù)知其可用性有重要意義。

3、文中提出理想透鏡像距不變，通過改變其焦距來模擬人眼調(diào)節(jié)完成視空間性能評價的新方法，更接近人眼的實際情況。文中對所設(shè)計的45°投影式頭盔物鏡系統(tǒng)進(jìn)行了精確的視空間評價。其MTF評價結(jié)果顯示，系統(tǒng)在眼睛注視0°視場時可達(dá)到1 arc minute的分辨率；注視+13.1°視場時可達(dá)到1.4arc minute的分辨率。眼睛無論是注視0°視場還是+13.1°視場，只有在一定的視場范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)模糊和像散模糊才不會影響圖像的清晰程度，且系統(tǒng)的橫向

4、色差和二級光譜均小于人眼的最小分辨角，不會對成像清晰度造成影響。眼睛注視+13.1°視場時，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)模糊、像散和像散模糊、橫向色差和二級光譜均具有明顯的非對稱性。此外，與改變理想透鏡像距進(jìn)行視空間評價的結(jié)果相比較，當(dāng)注視13.1°視場時的MTF差別較大，其余的評價指標(biāo)差別相對較小。此物鏡滿足HMPDs系統(tǒng)的實際使用需要。 3.進(jìn)一步完善了投影式頭盔系統(tǒng)的視空間評價方法，首次應(yīng)用接近實際情況的眼模型來模擬人眼對頭盔物鏡系統(tǒng)