陈壮壮，朱 标，宫明艳，翟从鸿，朱向冰*

(1.安徽师范大学 物理与电子信息学院，芜湖 241002；2.安徽师范大学 安徽省光电材料科学与技术重点实验室，芜湖 241002；3.中航华东光电有限公司, 芜湖 241000)

引 言

虚拟现实技术[1](virtual reality，VR)是利用计算机模拟生成视觉、听觉、触觉等多感官体验，通过辅助设备，佩戴者可与虚拟环境进行交互作用的技术。头戴显示器(head-mounted display，HMD)作为VR技术的关键设备和最佳载体，是一种将图像源输出的图形成像于人眼的目视光学系统，在军事、航天、教育、医学、工业生产、娱乐[2-7]等领域具有极其重要的作用。

随着光学技术与工艺技术的发展与进步，传统的折射型目镜光学系统已无法满足HMD的光学特性要求，于是出现了非球面、自由曲面、折/衍混合等新型HMD光学系统[8]。

2011年，CHENG等人[9]设计了一种离轴自由曲面的拼接HMD光学结构，但系统视场角较小，且人眼偏离入瞳中心时会看到拼接缝隙。2015年，LÜ等人[10]采用非球面结构，设计了一种具有70°视场角的轻量化HMD光学系统，但系统视场角相对较小。2018年，CHEN[11]设计了一种非球面VR光学系统，但系统出瞳直径和出瞳距离较小且成像质量不高。2019年，LU[12]等人采用菲涅耳透镜加非球面透镜结构，设计了一种基于拼接方法的超大视场的沉浸式VR HMD，但系统出瞳直径较小。

上述部分文献中存在视场角较小、出瞳直径、出瞳距离较小以及成像质量不高等问题，无法完全满足VR HMD的光学特性要求。相比传统球面，非球面具有更大的自由度和灵活性，能够有效校正像差，减少系统透镜数量和提高成像质量[13]。……