现代头盔显示系统已经在军事、工业生产、医疗、计算机娱乐、立体显示、模拟训练等领域展示出它巨大的应用价值和发展潜力，并已经成为世界经济的一个重要增长点。现代头盔显示系统不但要具有优秀的成像质量，而且要体积小、重量轻、结构简单，能够满足一定的舒适度要求。而基于目镜的头盔系统是很难实现头盔系统的高性能和轻小化设计的。其他诸如离轴设计等类型的头盔系统要同时满足这些要求也存在困难。二元光学的发展，为头盔显示系统设计开辟了新的途径，在一定程度上促进了头盔系统的轻小化。 但是，衍射元件并不能从根本上解决头盔系统的高性能和轻小化问题。投影式头盔系统是上世纪九十年代末和本世纪初发展起来的一种新型的头盔显示器，能在保持系统高性能的同时实现其轻小化设计。它是基于投影物镜和返射屏的，与传统的头盔系统有本质上的区别，可以获得更小的体积和重量、更大的视场以及更小的像差，尤其是畸变。而返射屏的存在使它具有了一些其自身独有的特性和功能：它具有在增强现实环境下给出真实物体和虚拟物体的正确“闭塞”的能力、把虚拟的信息限制在特定空间的能力、多用户环境下的互不干扰的能力等。由于上述的特点，投影式头盔在医学可视化培训、交互环境、数字化个兵等领域有重要的应用，并正在成为国际上二十一世纪光显示领域高新技术产业的一个新兴热点。 长期以来，头盔光学系统的性能评价都是在微显示器空间即物空间进行的。而Y.Ha给出的视空间评价方法尚存在一些不足。我们给出了“改进的视空间评价方法”，并首次给出了“眼睛转动”情况下的视空间评价。 本文基于投影式头盔系统，在其光学系统设计、视空间评价和投影式系统在微光夜视领域的应用等方面作了以下工作： 1.考虑了人的因素对头盔光学系统各种参量的限制，重点分析和讨论了基于目镜的头盔显示系统的弊端。给出了其镜头直径与出瞳直径、出瞳距离以及视场的关系曲线，得出了基于目镜的双目头盔系统所能达到的最大视场。分析了基于目镜的头盔系统等这样的大畸变系统使用计算机校正光学畸变的不利之处。 2.根据投影式头盔系统在交互环境和可视化训练中的使用需要，设计出56°视场的折射和折／衍混合两款物镜系统。系统针对1-3英寸彩色LCD设计，其出瞳直径为10mm，出瞳距离为25mm。像差