该文考虑头盔显示中的人因素,确定光学系统的理想设计参数,设计了用于虚拟现实、立体显示、娱乐等的头盔显示器的折/衍混合光学成像系统.主要做了以下工作:1.基于人眼光学系统模型,通过比较Zernike标准多项式系数,研究了角膜非球面、晶状体非球面和晶状体梯度折射率对人眼光学系统成像质量的影响,为进一步研究人眼光学成像系统提供了基础.2.为提供更好的视觉效果,考虑人因素确定头盔显示用目镜的理想设计参数.在传统系统中引入二元衍射面,具体设计了60°视场和40°视场的折/衍混合目镜,并分析了二元面的特征尺寸,结果表明折/衍混合光学系统可以为头盔显示器提供更加理想的轻量化的成像系统.选择Cooke物镜同大视场折/衍混合目镜组合,设计了用于头盔显示人因素参量研究的光学系统.3.平板显示器尺寸越小,成本越低;但小尺寸的图像源用于大视场显示时,光学成像系统的相对孔径将增大,设计难度增加.考虑具体图像源尺寸,研究设计了用于头盔微显示的折/衍混合目视系统.(1)首先提出引入中继系统设计方案.保证满足要求的出瞳直径和出瞳距离,通过引入反射中继镜,实现折/衍混合接目镜同小尺寸图像源之间的匹配,具体设计了60°视场和40°视场用于0.7英寸图像源的显示系统.前者满足10mm出瞳直径、22mm出瞳距离和VGA分辨率;后者满足10mm出瞳直径、32mm出瞳距离和SXGA分辨率.(2)同时探讨了折/衍混合光学系统更有效的像差校正方法,引入奇数非球面同二元面组合平衡像差,具体设计了40°视场头盔微显示系统,出瞳直径为10mm,出瞳距离为25mm,可直接用于1.1英寸图像源SXGA分辨率的显示.4.设计了用于微光夜视头盔显示的折/衍混合物镜和目视系统.折/衍混合物镜在满足一定的像面照度均匀性的前提下,系统传递函数特性良好,视场为40°、相对孔径为1/1.25、像面尺寸为18mm、重量为25g.对应于像增强器,目镜设计为单色系统,满足40°视场、18mm图像源尺寸、10mm出瞳直径和25mm出瞳距离.折/衍混合物镜和目镜实现畸变补偿,构成视放大倍率为1的光学成像系统.