針對非對稱光學系統(tǒng)視場范圍和出瞳直徑較窄、光學結(jié)構(gòu)復雜、制造成本昂貴、裝配調(diào)整麻煩等問題，本文采用在系統(tǒng)中加入自由曲面反射鏡的設計方法。首先，論述了雙反射鏡非對稱光學系統(tǒng)的設計要求和工作原理。然后，分析了三反射鏡非對稱光學系統(tǒng)的離軸結(jié)構(gòu)控制方法。最后，采用XY多項式自由曲面反射鏡折疊光路、消除遮攔、擴大視場、校正離軸像差，設計出一款適用于頭盔顯示器的非對稱光學系統(tǒng)。設計的雙反射鏡非對稱光學系統(tǒng)的視場為60°×30°，出瞳直徑為8 mm。在截止頻率52 lp/mm處，全視場的調(diào)制傳遞函數(shù)值大于0.25，系統(tǒng)畸變小于5%，單目系統(tǒng)重量約為190 g。設計結(jié)果表明，該非對稱光學系統(tǒng)的視場大小和成像質(zhì)量均有所提升，實現(xiàn)了小型輕量化，可應用于頭盔顯示器。
