使用CODE V的2D-Q自由曲面設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)（1）
為了說明如何使用它，我們將展示一個非對稱、全反射的設(shè)計案例。該系統(tǒng)可以服務(wù)于一種輕型、緊湊、頭戴式顯示設(shè)備(HMD)，用于增強現(xiàn)實(AR)。
 緊湊的起始設(shè)計 如下圖所示，這是從一個OLED投影微顯示器成像的反射式系統(tǒng)的初始設(shè)計。下面左邊的圖中，我們可以看到OLED投影微顯示器的背面（矩形的棋盤狀）。我們還能看到佩戴者右眼光瞳位置的光學(xué)鏈路。全反射的設(shè)計是有益的，因為這使得它輕巧，緊湊，并且沒有色散導(dǎo)致的色差。  這是一個相對于成年男性頭部的側(cè)面和正面視角，瞳距64毫米 設(shè)計流程概述 在案例設(shè)計中，我們用適當(dāng)?shù)某叽绾鸵浑A屬性安排系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。微顯示器半對角線為7.1mm，這也是圖像高度。這是因為我們是反向進行設(shè)計的。準直光從觀察者的瞳孔出射進入到光學(xué)系統(tǒng)，光線經(jīng)二次曲面的內(nèi)表面反射，然后，每個視場點通過光學(xué)鏈路成像到微顯示器上的相應(yīng)位置。然后，我們將通過反轉(zhuǎn)系統(tǒng)來觀察設(shè)計的最終表現(xiàn)，并考慮光線從顯示器到眼睛的投影，和實際使用中一樣。對于這樣的任務(wù)，光學(xué)設(shè)計人員可以利用CODE V中的一個非常有用的系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)工具。翻轉(zhuǎn)功能在大多數(shù)情況下都能工作良好，即使是復(fù)雜的，非旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)。 對于初始系統(tǒng)，我們使用了一個僅有約束分量的誤差函數(shù)，以確保光線在所需的封裝內(nèi)能夠到達適當(dāng)?shù)南衩嫖恢�。CODE V為光學(xué)設(shè)計師提供了基于光學(xué)性能進行優(yōu)化的自由。CODE V可以通過約束優(yōu)化來處理封裝和考慮幾何布局。在本例中，系統(tǒng)的封裝是一個獨特的挑戰(zhàn)，因此對反射鏡的位置和角度的優(yōu)化是有必要的。反射鏡封裝的約束是通過設(shè)置一個環(huán)繞框架將成像設(shè)備包裹在佩戴者臉頰上。  從二次曲面表面到微顯示器的初始設(shè)計圖  物(左)和初始設(shè)計的圖像模擬圖 (右)。從圖中可看到較差的對比度和很大的畸變。 |
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