虚拟现实技术结合光学、信息技术、电子学等多门类学科知识,使虚拟影像借由设备成像至人眼,使用户获得类似真实环境的体验。近年来,虚拟现实系统逐渐在航天航空、教育科研、医疗器械、游戏娱乐,军事等领域有了愈发普遍的应用,甚至将颠覆各行业的传统发展模式。但是,在虚拟现实设备的研究中,仍有技术瓶颈存在。比如,使用设备观看视频存在眩晕问题。本论文旨在弥补简易虚拟现实装置和高端设备两者之间的空缺、减小用户眩晕感,以图设计出集高像质、便携、低成本、体验好的虚拟现实设备。本论文以人眼的生理结构为基础,介绍了人眼的视觉特性及虚拟现实光学设计中需考虑的指标。以此为基础,提供了三种自适应无眩晕虚拟现实眼镜的解决方案:设计了一个曲面基底的菲涅尔虚拟现实光学系统,并对成像质量进行分析。所得系统的出瞳为5mm,视场角为80°,出瞳距为15mm,使用材料为PMMA。其成像质量较好,质量较轻,便于提升用户体验。最后进行平面屏和曲面屏的成像质量对比,曲面屏的视场角可达92°,可知在不增加设备尺寸、不降低分辨率的情况下利用曲面屏可以拓展15%的视场。设计了一个变焦虚拟现实光学系统,使用非球面透镜组调节屈光度。最终得到变焦范围为38mm至46mm,孔径光阑为4.6mm,各变焦位置的场曲均小于0.5,畸变小于1%,弥散斑接近像元尺寸,是一个像质较好的变焦结构。同时,还提出了一种低成本的视度调节解决方案,像质较佳、成本较低,操作简单,可适配一部分使用者的视力状态,便于提升舒适度、减小眩晕感。分析了集成成像的原理和微透镜阵列的性质,然后利用微透镜阵列集成成像技术获取三维图像信息、实现虚拟现实立体图源的获取与记录的过程,并进行微透镜阵列结构计算及主透镜的优化设计,最终将优化完毕的透镜与微透镜阵列结合在一起,进行系统优化设计。其视场角为88°,出瞳直径为8.2mm,场曲小于4,畸变小于0.2,各视场RMS小于0.53,整个系统结构简单、像质较好。