使用CODE V的2D-Q自由曲面设计光学系统（1）

紧凑的起始设计

如下图所示，这是从一个OLED投影微显示器成像的反射式系统的初始设计。下面左边的图中，我们可以看到OLED投影微显示器的背面（矩形的棋盘状）。我们还能看到佩戴者右眼光瞳位置的光学链路。全反射的设计是有益的，因为这使得它轻巧，紧凑，并且没有色散导致的色差。

这是一个相对于成年男性头部的侧面和正面视角，瞳距64毫米

设计流程概述

在案例设计中，我们用适当的尺寸和一阶属性安排系统的几何结构。微显示器半对角线为7.1mm，这也是图像高度。这是因为我们是反向进行设计的。准直光从观察者的瞳孔出射进入到光学系统，光线经二次曲面的内表面反射，然后，每个视场点通过光学链路成像到微显示器上的相应位置。然后，我们将通过反转系统来观察设计的最终表现，并考虑光线从显示器到眼睛的投影，和实际使用中一样。对于这样的任务，光学设计人员可以利用CODE V中的一个非常有用的系统翻转工具。翻转功能在大多数情况下都能工作良好，即使是复杂的，非旋转对称系统。

对于初始系统，我们使用了一个仅有约束分量的误差函数，以确保光线在所需的封装内能够到达适当的像面位置。CODE V为光学设计师提供了基于光学性能进行优化的自由。CODE V可以通过约束优化来处理封装和考虑几何布局。在本例中，系统的封装是一个独特的挑战，因此对反射镜的位置和角度的优化是有必要的。反射镜封装的约束是通过设置一个环绕框架将成像设备包裹在佩戴者脸颊上。

从二次曲面表面到微显示器的初始设计图

物(左)和初始设计的图像模拟图 (右)。从图中可看到较差的对比度和很大的畸变。