随着虚拟/增强现实技术的日益成熟,头戴显示器在车载导航、工业生产、医疗、教育和娱乐等领域有了广泛的应用。视网膜投影显示能够克服传统头戴显示器存在的辐辏聚焦矛盾问题,是头戴显示器领域的一个研究热点。针对国内外现有视网膜投影显示设备视场角小、体积和质量无法满足小型便携需求等问题,本文对视网膜投影显示的原理和实现方法进行了深入研究,基于常规光学元件和二次曲面面型两类光学系统,研制出两款基于MEMS激光扫描的视网膜投影显示系统,两者均具有大视场、长景深、质量轻、便携的特点,可以应用于各类虚拟/增强现实场景。本文的主要工作包括以下几个部分:1.调研大量国内外视网膜投影显示相关文献,介绍分析了辐辏聚焦矛盾、麦克斯韦观察法及其改进形式的原理,归纳整理了实现视网膜投影显示光学系统的各类方法。基于传统的视网膜投影显示光路,以MEMS激光扫描投影为图像源,搭建了单目和双目两套可行性验证实验光路,分析了单目实验光路中出现的黑斑问题,验证了视网膜投影显示双目立体视觉的显示效果。2.解决了可行性验证光路中的黑斑问题,提出折反式系统的设计思路,设计优化出一款图像画面无畸变、瞳距可调的视网膜投影显示光学系统。对系统进行成像质量分析、公差分析和机械结构设计,试制出基于常规光学元件的视网膜投影显示系统的原理样机,其对角线视场角40°、出瞳距离10mm,满足小型便携的设计初衷,实验验证了其长景深的显示效果。3.为了进一步拓展视网膜投影显示系统的视场角,结合二次曲面的光学性质,构建了三种基于椭球面和双曲面组合的侧投反射式视网膜投影显示系统。针对侧投反射式系统瞳距不可调节的问题,提出直下反射式光学系统的设计思路,根据设计规格确定了反射面的面型参数,对光学镜片及其机械结构进行了设计和加工,试制出基于二次曲面的视网膜投影显示系统的原理样机,原理样机对角线视场角80°,出瞳距离30mm,而且体积小巧,结构紧凑。