上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海200093
微分方程求解法是设计自由曲面最常用的一种方法之一,此方法是通过建立照明源与被照明面之间的几何关系,来实现自由曲面的数值求解。通常会基于照明光源的光分布与被照明面的照明要求,建立一组偏微分方程,方程组的未知数为自由曲面的每一个节点的坐标和曲率值。通过能量守恒原理,解出所需要的自由曲面每个节点的具体坐标值。在现有微分方程理论的基础上,通过分割自由曲面和变步长的龙格-库塔算法,大幅改善了矩形照明斑的形状、能量利用率及均匀性等,对矩形照明斑质量实现了优化。
自由曲面 微分方程 子面分割 变步长龙格-库塔算法 freeform surfaces differential equations subsurface segmentation variable step size RungeKutta algorithm
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
头盔显示器系统由于自身对尺寸和重量有严格要求，采用自由曲面器件可以起到减少透镜片数，从而缩小系统尺寸、减轻重量等作用.针对目前单片式自由曲面棱镜解决方案存在的出瞳直径小，棱镜自由曲面光学面加工定位困难等问题，介绍了一种大出瞳自由曲面头盔显示器光学系统的设计方法，并给出了设计结果.设计方案采用了自由曲面棱镜和薄透镜的双片式结构，棱镜和薄透镜都各自含有一个平面光学面，有效降低了加工难度，同时薄透镜与显示器可以作为一个整体调整，不增加装调难度，采用0.61寸微型显示器，对角视场45°，出瞳直径达到了10 mm.
自由曲面 光学元件 光学设计 成像系统 非对称结构 Freeform Optical elements Optical design Imaging system Nonsymmetric structure
