论述了双通道头盔显示器光学系统的结构特点。根据对双通道头盔显示器应用要求的讨论，确定了它的技术指标。分析了离轴像差的特性，并在光学系统合适的位置处使用合理的自由曲面面型，有效地校正了离轴像差。设计的离轴双通道头盔显示器光学系统的技术指标为视场40\O×30\O，出瞳直径15 mm，焦距26.4 mm，眼点距25 mm，波长540~560 nm，后截距大于3 mm，眼分辨率满足在0.88 lp/mrad空间频率处的调制传递函数（MTF）值大于0.1。该系统的结构紧凑（系统尺寸70 mm×122 mm），重心位置适当，可以内嵌入头盔侧面使用。

以衍射光学元件(DOE)相位延迟表达式为基础，研究并给出了多层衍射光学元件(MLDOE)的带宽积分平均衍射效率(BIADE)与相应设计波长关系的表达式。在MLDOE的基底材料确定后，由所给出的表达式可以得到最大BIADE及相应的设计波长，由此可以实现MLDOE的BIADE最大化、精确化设计。在0.4～0.7 μm可见光波段，以聚甲基丙烯酸酯和聚碳酸酯为基底材料，通过优化得到最大BIADE为99.3%，相应的设计波长为0.435 μm和0.598 μm，各层谐衍射元件(HDE)的微结构高度分别为16.460 μm和12.813 μm，所得到的BIADE比以0.4 μm和0.7 μm为设计波长时高4%。