頭戴顯示器之鏡頭設計

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：173

、訪客IP：3.145.58.12

姓名

陳彥吉(Yan-Ji Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

頭戴顯示器之鏡頭設計
(The lens design of head mounted display)

相關論文

★ 白光LED於住宅照明之設計與應用	★ 超廣角車用鏡頭設計
★ 適用於色序式微型投影機之微透鏡陣列積分器光學系統研製	★ 發光二極體色溫控制技術及其於色序式微型投影機之應用
★ 光學變焦之軌跡優化控制	★ LED光源暨LED與太陽光混和照明於室內照明之模擬與分析
★ 利用光展量概念之微型投影機光學設計方法與實作	★ 光學顯微鏡之鏡頭設計
★ 手機上隱藏式指紋辨識設計	★ DLP微型投影系統之光路設計
★ 高效率藍光碟片讀取頭	★ 模組化雙波長光學讀寫頭的設計與光學讀寫頭應用在角度量測的研究
★ 數位相機之鏡頭設計	★ 單光電偵測器之複合式光學讀寫頭
★ 三百萬畫素二點七五倍光學變焦手機鏡頭設計	★ 稜鏡玻璃選取對色差的影響與校正

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

本論文研究之主題，主要針對一種可透視之頭戴顯示器之光學系統做設計，其設計重點需滿足體積小且重量輕之要求。本研究頭戴顯示器之光源以LED為光源，顯示器為0.22”之LCOS為顯示元件，以此規格對頭戴顯示器系統做鏡頭設計。此研究中，吾人使用3片塑膠非球面鏡片去設計頭戴顯示器的鏡頭，並且此鏡頭成ㄧ虛像於距離人眼前2公尺處。完成設計後，以其設計結果針對鏡面之深度、斜率以及反曲點做分析，探討其是否有極值產生及斜率過大之問題，以確認是否滿足製造上之要求。而由於人眼的解析能力會隨著視角增大有所不同，所以吾人針對人眼於不同視角時，制定出不同的MTF評價條件來分析成像品質。本研究之系統長度為34.4mm，在各項成像品質皆達到制定的要求，滿足影像與外界環境做結合之效果時，我們將對鏡頭做公差分析，以確保於製造上之品質與良率皆達到水準。

摘要(英)

The subject of this study is designing the optical system of a see-through Head Mounted Display (HMD), it requires small volume and light weight. The system is using LED light source and a 0.22" LCOS display component. We designed 3 pieces of plastic aspherical lenses to image a virtual image at 2 meters away from human eyes. We considered about the sag, slope, and the inflection point of the lens surface, we have also analyzed and discussed the problems of extreme value or large slope to ensure that the lens can be manufacturing. According to the resolving power of human eyes vary with different view angle, we have defined the conditions of MTF to analyzing the image quality. The overall length of the HMD is 34.4 mm, and the image qualities are satisfying the requirements. Finally, the tolerance analysis is required to ensure the quality of manufacturing.

關鍵字(中)

★ 鏡頭設計
★ 頭戴顯示器

關鍵字(英)

★ lens design
★ HMD

論文目次

摘要 .................................................................................................................... i
Abstract .............................................................................................................. ii
致謝 .................................................................................................................. iii
目錄 .................................................................................................................. iv
表目錄 .............................................................................................................. vi
圖目錄 ............................................................................................................. viii
第一章序言 ...................................................................................................... 1
1-1 頭戴顯示器發展歷史 .............................................................................. 1
1-2 研究動機 ................................................................................................. 2
1-3 論文架構 ................................................................................................. 3
第二章 HMD之原理與系統架構 .................................................................... 4
2-1 顯示元件介紹 .......................................................................................... 4
2-2 HMD顯示元件之比較 ............................................................................ 8
2-3 HMD系統架構 ....................................................................................... 9
第三章 HMD之鏡頭設計 .............................................................................. 11
3-1 光學系統設計原理 ................................................................................ 11
3-2 系統的初階設定 .................................................................................... 12
3-3 制定優化目標 ........................................................................................ 15
3-4 非球面之曲面之深度、極值與反曲點關係 ......................................... 19
3-5 鏡頭設計流程 ........................................................................................ 21
3-6 起始值選取及優化 ................................................................................ 23
第四章非球面曲面之分析及設計結果 ......................................................... 28
4-1 各面的深度、斜率、極值、反曲點 ..................................................... 28
4-2 改善斜率、極值、反曲點 .................................................................... 32
4-3 設計結果及成像品質分析 .................................................................... 36
4-4 公差分析結果 ........................................................................................ 44
第五章結果與討論 ........................................................................................ 47
參考文獻 ......................................................................................................... 49

參考文獻

[1] O. Cakmakci, J. Rolland, “Head-Worn Displays : A Review,” Journal Of Display Techology, 2,NO. 3, (2006).
[2] J. E. Melzer and K. Moffitt, “Head-mounted Displays Designing for the User,” McGraw Hill, New York, (1997).
[3] 林榮泰，“HMD/HUD 人因工程研究的探討”，<工業設計>，第21 卷，第2 期 (1992)。
[4] M. Velger, “Helmet-Mounted Displays and Sights,” Artech House, London, (1998).
[5] B. Catanzaro, J. Porter, A. Barton, and W. Maffucci, “Compact Binocular See-Through Monocular Display HMD,” Proceedings of SPIE 6224, 6224OK1-7, (2006).
[6] F. Raynal and M. F. Chen, “Advance rotorcaft helmet display sighting system optics,” Proceedings of SPIE 4711, 1-10 ,(2002).
[7] J. Rolland and O. Cakmakei, “The past, Present, and Future of Head Mounted Display Designs,” Proceedings of SPIE 5638, 368-377 (2005).
[8] Digilens公司產品介紹: http://www.digilens.com/Eye_Display.html
[9] Lumus公司產品介紹: http://www.lumus-optical.com/index.php?option=com_content&task=view&id=9&Itemid=15
[10] Q. L. Zhao, Z. Q. Wang, H. Q. Guo, Q. Sun, and Z. W. Lu, “Head mounted display with LCOS using diffractive optical element,” Optik 115, 11-14, (2004).
[11] S. T. Wu, “Reflective Liquid Crystal Displays,” Hoboken, NJ : Wiley, (2001).
[12] 黃宣宜，‘‘LCOS投影產業發展課題” 光連雙月刊第39 期， (2002)。
[13] 葉建良，‘‘反射式液晶頭戴顯示器之目鏡設計” 私立元智大學電機工程系，碩士論文，Taiwan，(2002)。
[14] 劉代山，‘‘平面顯示概論” 取自教學講義。
[15] 田民波，‘‘TFT液晶顯示原理與技術” 五南出版社，(2008)。
[16] 沈偉，‘‘LCD明日之星反射液晶投影顯示器” 新電子科技第165期，pp.73-80，(1999)。
[17] 陳威修，‘‘矽晶圓廠製造之矽晶片上液晶微型顯示器” 半導體科技第19期，(2001)。
[18] 奇景光電LCOS產品介紹 : http://www.himaxdisplay.com/en/product/HX7309.asp
[19] M. Jalie, “The Principles of Ophthalmic Lens,” The Association of Dispensing Opticians London(1992).
[20] D. Malacaara, Z. Malacara, “Handbook of Optical Design Second Edition,” CH13, Marcel Dekker, Inc, (2004).
[21] R. Geyl, D. Rimmer, and L. Wang, “Industrial process of aspherical lens surfaces manufacturing,” SPIE, 5252, 496-507, (2004).
[22] 孫文信，‘‘幾何光學”，取自上課講義，(2008)。
[23] 陳裕菁，‘‘超廣角車用鏡頭設計”，國立中央大學光電科學研究所，碩士論文，Taiwan，(2010)。
[24] R. E. Fischer, W. Village, M. P. Newell, T. Oaks, “HEAD MOUNTED DISPLAY VIEWING OPTICS WITH IMPROVED OPTICAL PERFORMANCE”, U. S. Patent Application Publication 20010030631, US6349004, (2001).
[25] W. J. Smith, “Modern Optical Engineering- The Design of Optical Systems”, The McGraw-Hill Companies, Inc., (2000).
[26] 詹惠安，‘‘擴視機視界的影像評估系統實現”，私立逢甲大學自動控制工程學系碩士論文，( 2005)。

指導教授

孫文信(Wen-Shing Sun)

審核日期

2010-11-4

推文