ZEMAX 各种像差图详细分析.docx

头盔的定位传感系统是与光学系统同等重要的一部分。它包括头部的定位和眼球的定位。眼球的定位主要应用在瞄准系统上，一般采用红外图像的识别处理跟踪来获得眼球的运动信息。头部定位采用的方法比较多，如超声波、磁、红外、发光二极管等的定位系统，头部的定位提供位置和指向六个自由度的信息。对定位传感系统的要求是灵敏度高、延迟小，灵敏度低易受外界环境影响。 头盔电路控制系统一般与头盔显示器分开放置以减轻头盔重量，其连接系统在机载时的设计要考虑在紧急情况下能够迅速使头盔和飞机上的控制系统脱离，保证飞行员的安全。 头盔是显示器的固定部件，由于显示器的重量在头的前部，这使头盔的中心发生了变化，容易产生疲劳，因此赢在头后部加配重保持重心不变。 用来描述HMD光学系统的几个重要参数： 视场（FOV） 出瞳 Optical eye relief 光通量 分束器传递（beamsplitter transmission/反射系数）（针对see-through HMD） 调制传递函数（MTF） 色差 畸变 场曲 放大率 鬼像 重量 重心 体积 虽然光学材料的发展已经有了显著地进步，但是最好的成像质量还是由玻璃得到的，不幸的是玻璃是最重的光学媒介。塑料光学元件有质量小和成本低的特点，在牺牲部分成像质量的代价下可以考虑采用。全息元件的质量更轻。折射光学系统设计中，使用全息分束器可以利用部分波长并且不产生多余的光强度。 人眼的瞬间视场是椭圆的，一般为垂直120°水平150°，双眼总视场为垂直120°水平200°。光学系统的视场越大越好，但是FOV的尺寸被几个因素制约，包括重量，位置和分辨率。 影响设计参数最重要的一个指标为MTF，MTF是度量光学系统从输入到输出传递调制对比度的工具，MTF曲线横坐标为空间频率。任何情况均可归结为一系列正弦曲线的空间频率，所以可以用来度量光学系统的像质损耗。 图 MTF（调制传递函数）曲线 在HMD中，每一个组件（传感器，像源，光学元件）都有自己的MTF。如果系统是线性的，它的总MTF可以由各组件的MTF乘积得到。上图的传递函数代表了一个相对较好地对比度传递（在低频率和中频率），但是在高频区下降非??迅速。在高频区，系统不能很好的再生对比度会造成环境细节的丢失。 光学系统的出瞳必须位于人眼的入瞳处，这样人才能看到像的全部。出瞳有三个特征量：尺寸，形状和位置。在其它设计约束诸如尺寸，质量，复杂度和成本等的范围内，应该把出瞳设计得尽量大。 人眼的入瞳直径为3mm，在视场范围内眼球的活动留量为5mm，再加上头盔的滑移余量为±3mm。这样，就使得系统最小的出瞳直径为14mm。 最后的光学元件到出瞳的距离为eye relief（眼点距）。 图 眼点距，有图为有多余结构时，称为物理眼点距