视频眼镜是现代显示领域一种全新的显示技术。随着虚拟现实和增强现实技术的迅猛发展以及信息化部队装备的需要,视频眼镜的地位日渐重要起来,其在很多领域都有着非常广泛的应用。其中,穿透式视频眼镜在近几年更是取得了巨大的进展,成为穿戴式技术领域的重中之重。本文从穿透式视频眼镜光学系统的基本原理出发,针对现有波导结构所存在的问题,提出了一种全新的层叠阵列波导光学系统,设计了一款适合电子消费领域应用的紧凑型穿透式视频眼镜。论文取得主要成果如下：论文首先对穿透式头戴显示器的光学系统进行了详尽地理论研究,从厚度、眼动范围、视场等参数出发对曲面镜式和波导式光学系统的特点进行了比较分析；在此基础上进一步研究了波导式光学系统,分析了波导结构与视场的关系,确定了系统结构。论文针对半透半反面波导所存在的鬼像问题,设计了一种具有特殊反射膜的层叠阵列波导；然后从反射膜设计的角度研究了波导反射面角度的选择范围,推导了波导厚度、反射面个数与视场的关系,分析了单个反射面的有效孔径和相邻反射面的间距。论文在此基础上对穿透式视频眼镜的照明系统以及目镜系统进行了优化设计,从调制传递函数、点列图、场曲、畸变和色差等方面进对目镜系统的成像质量行了分析,照明系统达到的能量利用率为19%,均匀性为92.3%。论文制造加工出了穿透式视频眼镜,其光学系统参数为：LCoS微显示器分辨率为852×480,光学系统总重量135g,在20mm出瞳距离和8mm×8mm眼动范围内可以实现30。视场,在驱动电路功耗为1W的情况下,显示器的亮度为3000nit。