消像散自由曲面离轴显示系统设计方法研究
发布时间：2023-05-27 00:55
离轴反射式光学结构具有布局灵活、无中心遮拦、能够折叠光路等优点,使其在头戴显示、视景显示、超薄投影等显示领域发挥着不可替代的作用。随着人们对离轴显示系统的要求不断提高,传统的光学面型已经无法满足当前光学设计的需求。自由曲面能够为光学设计提供极大的自由度,并且能对光线的出射方向和照度的分布进行局部的调整,目前已被广泛地应用在离轴显示系统的设计中。自由曲面面型计算方法和自由曲面离轴系统设计方法的研究,也是近年来光学设计领域的研究热点。本文在对自由曲面的相关理论和技术进行研究后,提出了一种以消像散原理为基础的自由曲面面型的直接设计方法,能够在全视场范围内校正像散,提升系统成像质量。从而使系统达到更高的指标和性能,或者在满足相同的成像指标时,其占用空间更小、重量更轻。能满足当前对离轴显示系统大视场、小型化、轻量化的要求。设计的结果可以直接应用于离轴显示系统的设计,也可以作为初始面型导入系统进行进一步优化设计。本文的主要研究内容如下:(1)研究了自由曲面的相关技术:自由曲面描述方法、设计方法、加工检测方法等。并通过对自由曲面相关技术的研究,利用迭代优化的方法设计了一个离轴双通道头盔显示器光学系统...
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景及目的
1.2 光学自由曲面概述
1.2.1 光学自由曲面的特点
1.2.2 自由曲面描述方法研究进展
1.2.3 自由曲面设计方法研究进展
1.3 自由曲面在离轴反射式显示系统中的应用现状
1.3.1 在提升离轴显示系统性能方面的应用
1.3.2 在实现离轴显示系统小型化方面的应用
1.3.3 在实现离轴显示系统新功能方面的应用
1.4 论文的研究内容及章节安排
第二章 光学自由曲面的相关技术研究
2.1 光学自由曲面的描述方法
2.1.1 参数化描述方法
2.1.2 多项式描述方法
2.2 光学自由曲面的设计方法
2.2.1 迭代优化法
2.2.2 直接映射法
2.3 光学自由曲面的加工与检测技术
2.3.1 光学自由曲面的加工技术
2.3.2 光学自由曲面的检测技术
2.4 自由曲面在离轴显示系统中的应用方法及仿真实例
2.4.1 自由曲面的迭代优化过程
2.4.2 仿真结果与分析
2.5 本章小结
第三章 基于常微分方程法的旋转对称消像散面型设计方法研究
3.1 完全消像散面型设计方法
3.1.1 柯丁顿方程与完全消像散条件
3.1.2 完全消像散条件下的微分方程的建立
3.1.3 完全消像散面型的几何构造方法
3.2 残余像散校正条件下的消像散面型设计方法
3.2.1 残余像散校正条件下的微分方程的建立与求解
3.2.2 残余像散校正条件下的消像散面型几何构造方法
3.3 完全消像散面型在离轴显示系统中的应用仿真
3.3.1 具有旋转对称性的单反射面结构
3.3.2 消像散反射面的设计与导入
3.3.3 仿真结果与分析
3.4 校正残余像散面型在离轴显示系统中的应用仿真
3.4.1 残余像散的像差模型
3.4.2 反射镜后侧元件引入的残余像散校正方法
3.4.3 仿真结果与分析
3.5 本章小结
第四章 基于偏微分方程法的非对称消像散自由曲面设计方法研究
4.1 参数化曲面的主曲率特征方程
4.1.1 参数化曲面的第一、第二基本形式
4.1.2 参数化曲面主曲率方程的特征解
4.2 消像散自由曲面偏微分方程的建立和求解
4.2.1 完全消像散自由曲面偏微分方程的建立
4.2.2 用于残余像散校正的自由曲面偏微分方程的建立
4.2.3 消像散自由曲面偏微分方程的数值解求解方法
4.3 消像散自由曲面的应用仿真
4.3.1 自由曲面反射面设计过程
4.3.2 仿真结果与分析
4.3.3 设计结果中的像面形状讨论
4.4 本章小结
第五章 消像散反射面在非平面成像离轴显示系统中的应用
5.1 采用非平面成像的虚像显示系统概述
5.2 发光面是自由曲面OLED的双通道头盔显示器
5.2.1 采用柔性OLED微显示屏的双通道头盔显示系统结构
5.2.2 光学系统设计过程
5.2.3 设计结果与像质分析
5.2.4 系统公差分析
5.3 单目立体显示的虚拟仿真系统设计
5.3.1 视觉距离连续变化的离轴系统模型
5.3.2 虚像显示系统中反射面和投影屏的设计
5.3.3 像质分析和目视分辨率的计算
5.3.4 系统公差对弥散斑尺寸的影响
5.3.5 像源面面形误差对视觉距离的影响
5.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术成果和参与的科研项目
本文编号：3823591
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景及目的
1.2 光学自由曲面概述
1.2.1 光学自由曲面的特点
1.2.2 自由曲面描述方法研究进展
1.2.3 自由曲面设计方法研究进展
1.3 自由曲面在离轴反射式显示系统中的应用现状
1.3.1 在提升离轴显示系统性能方面的应用
1.3.2 在实现离轴显示系统小型化方面的应用
1.3.3 在实现离轴显示系统新功能方面的应用
1.4 论文的研究内容及章节安排
第二章 光学自由曲面的相关技术研究
2.1 光学自由曲面的描述方法
2.1.1 参数化描述方法
2.1.2 多项式描述方法
2.2 光学自由曲面的设计方法
2.2.1 迭代优化法
2.2.2 直接映射法
2.3 光学自由曲面的加工与检测技术
2.3.1 光学自由曲面的加工技术
2.3.2 光学自由曲面的检测技术
2.4 自由曲面在离轴显示系统中的应用方法及仿真实例
2.4.1 自由曲面的迭代优化过程
2.4.2 仿真结果与分析
2.5 本章小结
第三章 基于常微分方程法的旋转对称消像散面型设计方法研究
3.1 完全消像散面型设计方法
3.1.1 柯丁顿方程与完全消像散条件
3.1.2 完全消像散条件下的微分方程的建立
3.1.3 完全消像散面型的几何构造方法
3.2 残余像散校正条件下的消像散面型设计方法
3.2.1 残余像散校正条件下的微分方程的建立与求解
3.2.2 残余像散校正条件下的消像散面型几何构造方法
3.3 完全消像散面型在离轴显示系统中的应用仿真
3.3.1 具有旋转对称性的单反射面结构
3.3.2 消像散反射面的设计与导入
3.3.3 仿真结果与分析
3.4 校正残余像散面型在离轴显示系统中的应用仿真
3.4.1 残余像散的像差模型
3.4.2 反射镜后侧元件引入的残余像散校正方法
3.4.3 仿真结果与分析
3.5 本章小结
第四章 基于偏微分方程法的非对称消像散自由曲面设计方法研究
4.1 参数化曲面的主曲率特征方程
4.1.1 参数化曲面的第一、第二基本形式
4.1.2 参数化曲面主曲率方程的特征解
4.2 消像散自由曲面偏微分方程的建立和求解
4.2.1 完全消像散自由曲面偏微分方程的建立
4.2.2 用于残余像散校正的自由曲面偏微分方程的建立
4.2.3 消像散自由曲面偏微分方程的数值解求解方法
4.3 消像散自由曲面的应用仿真
4.3.1 自由曲面反射面设计过程
4.3.2 仿真结果与分析
4.3.3 设计结果中的像面形状讨论
4.4 本章小结
第五章 消像散反射面在非平面成像离轴显示系统中的应用
5.1 采用非平面成像的虚像显示系统概述
5.2 发光面是自由曲面OLED的双通道头盔显示器
5.2.1 采用柔性OLED微显示屏的双通道头盔显示系统结构
5.2.2 光学系统设计过程
5.2.3 设计结果与像质分析
5.2.4 系统公差分析
5.3 单目立体显示的虚拟仿真系统设计
5.3.1 视觉距离连续变化的离轴系统模型
5.3.2 虚像显示系统中反射面和投影屏的设计
5.3.3 像质分析和目视分辨率的计算
5.3.4 系统公差对弥散斑尺寸的影响
5.3.5 像源面面形误差对视觉距离的影响
5.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术成果和参与的科研项目
本文编号：3823591
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3823591.html