离轴大视场全息平视显示光学系统的设计与研制

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1、离轴大视场全息平视显示光学系统的设计与研制彭海潮2015年1月中图分类号：V243.6UDC分类号：620离轴大视场全息平视显示光学系统的设计与研制作者姓名彭海潮学院名称光电学院指导教师杨健副教授、程德文副教授答辩委员会主席郝爱民教授申请学位工学硕士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月DesignandFabricationofanOff-axisHolographicHead-upDisplaywithaWideFieldofViewCandidateName:HaichaoPe

2、ngSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronicsFacultyMentor:JianYang,DewenChengChair,ThesisCommittee:Prof.AiminHaoDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:OpticalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我

3、本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要平视显示器是一种重要的飞机座舱显示设备，它保证飞行员在观看真实场景的同时叠加辅助信息。因此，飞行员不用移动头部就能够同时观察到飞行信息和舱外情况。近年来，平视显示器因

4、其能够有效降低飞机起飞和着陆的风险已越来越广泛地应用于民航客机上。近年来，平视显示器性能得到了很大的提升，但国内技术与国际先进水平相比仍有较大的差距。本文为了提高平视显示器的显示亮度、分辨率和可靠性等参数，利用高分辨率、高亮度液晶显示器替代传统的阴极射线管作为系统的图像源。同时在光学组合器中引入全息技术以提高平视显示器的光能利用率。通过光机结构优化设计、全息透镜研制和系统装调测试，最终研制出一套适用于民航客机、运输机和直升飞机的全息平视显示器。本文的主要工作包括：1.完成了离轴大视场全息平视显示光学系统的设计与

5、分析。设计时为了使系统视场角符合飞行员的实际视角，将系统垂直视场向下倾斜了7°。垂直视场的非对称性和全息组合器的离轴特性引入了大量的离轴像差。为此，通过中继系统中的偏心倾斜透镜校正系统的离轴像差和畸变。2.完成了全息平视显示光学系统的机械结构设计。离轴结构大幅度增加了光机系统设计的难度。文中提出并采用分模块和过渡板连接的方法简化机械设计，同时也降低了加工装调难度。在完成机械设计后进行虚拟装配，模拟系统的装配工艺，验证机械设计的准确性，有效降低研制周期和成本。3.参照虚拟装配过程完成了全息平视显示器样机的装调与测

6、试。实验结果显示样机的衍射效率大于80%，分辨率达到1280×1024，设计畸变小于5%，满足系统使用要求。关键词：平视显示器；全息组合器；光学设计；光机设计；液晶显示器I北京理工大学硕士学位论文AbstractHead-updisplay(HUD)isanimportantdisplaydeviceinairplane,itpresentsadditionalinformationdatawithoutrequiringthepilotstolookawayfromtherealscenes.Thus,the

7、pilotcanobservetheflightinformationwithhis/herheadpositioned"up"andlookingforward,insteadofangleddownlookingatlowerinstruments.Inrecentyears,HUDhasbeenwidelyusedincivilaircraftsbecauseitcaneffectivelyreducetheriskoftake-offandlanding,besides,theperformanceof

8、theHUDhasbeengreatlyimproved.However,ascomparedwiththedevelopedcountries,ourtechnologylagsfairlyfarbehind.Thispaperisaimingtoimprovetheluminance,resolutionandreliabilityofHUD,ahigh-resolutionand