VR透镜Zemax设计仿真.docx

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.43M 资料格式：docx 举报版权申诉

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VR 透镜 Zemax 设计仿真 Steven Cui 2017.11.21 一、基本原理 VR 透镜的目的是为了将 LCD 显示屏成一个放大的虚像。放大的目的有两个：1 是显示屏靠人眼太近，人根本看不清，祖先没有进化出这种功能； 2 是 FOV（field of view）太小。所以，我们开始设计个单透镜，回顾下初中光学知识，我们需要将 LCD 屏放在一倍焦距之内，这就是基本原理。下面开始说 zemax 的设计过程：这是 ZEMAX 的软件设计界面

上图中，左边是 LCD 显示屏，中间是透镜，最右侧是 EYE 人眼位置。这里偷了个懒，利用一个小技巧，从人眼向负方向走 25.4cm 就是我们想设计的像距。二、设计初始透镜结构确定了基本原理后，我们在镜头数据编辑窗口建立一个初始的透镜结构，这个结构是根据某家 VR 眼镜参数来设计的。

上面的图，就给出了显示屏和透镜、人眼的位置等关系。ZEMAX 里面的三者的位置，及透镜的厚度，就是按照这份资料来的。注意，此处 zemax 是设计的单眼。另外，ZEMAX 中透镜是有多个平面组成的，比如刚才这个透镜是由四个平面组成，ZEMAX 里面所有的透镜都是由多个面组成。虽然是 4 个面组成一个透镜，但是材料我都是用的 PMMA，因此它们 4 个就组成了一个整体透镜。这样，建立透镜的初始结构，这步就完成了。三、优化设置变量，进行优化。透镜中我们不知道两个曲面的曲率，那么就设置为变量，并且我将第一个平面设为非球面，为了更好的成像质量。开始优化，就 OK 了，接下来我们对

结果进行分析。四、分析我们来对设计结果进行几方面的分析：第 1）方面：看色散注意，这里面的红绿蓝是表示波长。这只是色散，没有畸变问题。这款 VR 镜头设计得其实非常差，因为分辨率很差，弥散斑很重，大家就先看个思路哈第 2）方面：看畸变

这是畸变网格的量化形式，这就是咱们需要的。第一列和第二列的是网格节点，刚才发的是 12*12 的网格，对应的第一列范围为[-6,6]。刚才(6,6)这个点的畸变只有 8%，是因为这是中心的畸变。

刚才我们讨论的都是视场 1 的，也就是色散图中的第一个中心位置区域的畸变情况。下面先把三个视场的图都画出来

我没有细研究过这三者如何统一起来。下面是边缘位置，也就是 3 位置的数据复制过来

看这个数据，就会发现畸变非常大。这个例子可以很生动的说明畸变情况。

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