針對頭盔顯示器(HMD)液晶像源的特殊要求，選擇了一款小尺寸、高光效的發(fā)光二極管(LED)作為背光光源�；诖薒ED的光強分布曲線，利用非成像光學(xué)理論設(shè)計了雙自由曲面透鏡陣列，以期進一步提高背光光效。首先對單個LED設(shè)計了3款不同半徑的雙自由曲面透鏡，形成了亮度均勻的圓形光斑。然后對單個透鏡進行切割，形成矩形光斑，并用4個矩形透鏡拼接成透鏡陣列。選擇了效果最優(yōu)的透鏡進行了加工和測試。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的采用兩層擴散膜的背光結(jié)構(gòu)相比，采用透鏡陣列和兩層擴散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%，背光亮度提高了96.4%，非均勻性由23.8%略提高到23.1%，半亮度視角由37°降低到19°。用設(shè)計的透鏡及其陣列對LED光源發(fā)出的光線進行準直，易形成高亮度的均勻矩形光斑，滿足頭盔顯示器液晶像源背光的要求。
