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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李偉揚
研究生(外文):Wei-Yang Li
論文名稱:基於液態透鏡修正視力之頭戴式顯示器光學設計
論文名稱(外文):Optics Design of Head-mounted Display with Sight Correction based on Liquid Lens Element
指導教授:蔡政穆
指導教授(外文):Cheng-Mu Tsai
口試委員:李企桓徐名瑩
口試委員(外文):Chi-Hung LeeMing-Ying Hsu
口試日期:2017-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:51
中文關鍵詞:Zemax頭戴式顯示器液態透鏡屈光度
外文關鍵詞:ZemaxHMDLiquid LensDiopter
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光學鏡頭技術日益進步,人們對於產品的要求也愈來愈高,現在最熱門的話題─客製化,表示產品應該要隨著不同的使用者有著為其量身打造的設計,但人口數量龐大,想要達到每個人擁有獨特的設計產品是困難的,因此我們希望設計出的產品是能夠讓使用者藉由自行調整某些元件滿足自己的需求。
目前一般市面的頭戴式顯示器並無針對戴眼鏡使用者之設計,因此近視患者在穿戴時需要戴上自己的眼鏡,這會造成擠壓而產生壓迫感導致使用者感到不適。本論文之目的為使近視患者無需再戴上自己的眼鏡,進而解決穿戴上的不適。
本論文利用光學模擬軟體Zemax執行頭戴顯示器之設計,目的為解決因屈光度改變而導致使用者感覺不舒服,設計中加入液態透鏡元件,藉由其可自由調整曲率之功能,再加上可讓液態透鏡自由移動的區間範圍,以此達到屈光度校正的目的。
目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 viii
第一章 序論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 文獻回顧 1
1.3 研究流程 2
1.4 論文架構與規劃 2
第二章 設計原理與理論 3
2.1 基本像差介紹[9-11] 3
2.1.1 球面像差 3
2.1.2 慧形像差 4
2.1.3 像散 4
2.1.4 場曲 5
2.1.5 畸變 5
2.1.6 色差 6
2.2 非球面鏡片[12-14] 6
2.3 HMD元件介紹[15-19] 7
2.3.1 陰極射線管(CRT)式 7
2.3.2 光纖耦合(Fiber Coupled)式 8
2.3.3 液晶(LCD)式 8
2.4 人眼結構介紹[20] 9
2.4.1 眼角膜 9
2.4.2 瞳孔(虹膜) 9
2.4.3 水晶體 10
2.4.4 玻璃體 10
2.4.5 視網膜 10
2.5 液態透鏡介紹 10
第三章 HMD鏡頭設計與模擬 12
3.1 HMD設計方法與流程 12
3.2 建立人眼模型 14
3.3 建立液態透鏡模組 16
3.4 HMD鏡頭設計及優化[31-34] 19
3.5 系統反轉與加入人眼模型 25
3.6 不同屈光度之人眼模型模擬 28
3.6.1 人眼模型0D模擬 29
3.6.2 人眼模型+2D模擬 30
3.6.3 人眼模型+4D模擬 31
3.6.4 人眼模型+6D模擬 32
3.6.5 人眼模型+8D模擬 33
3.7 多重結構於人眼屈光度補償 34
第四章 模擬結果 35
4.1 人眼0D優化模擬結果 37
4.2 人眼+2D優化模擬結果 39
4.3 人眼+4D優化模擬結果 41
4.4 人眼+6D優化模擬結果 43
4.5 人眼+8D優化模擬結果 45
4.6 液態透鏡優化前後MTF比較 47
第五章 結論與未來展望 48
5.1 結論 48
5.2 未來展望 48
參考文獻 50
[1]O. Cakmakci, J. Rolland“Head-Worn Displays : A Review”,Journal of Display Technology, Vol. 2,No. 3, 2006.
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[18]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%B4%E6%9E%81%E5%B0%84%E7%BA%BF%E7%AE%A1
[19]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B6%B2%E6%99%B6%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%99%A8
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[21]http://kcs.kcjh.ptc.edu.tw/~spt/computer/digital-image/theory.htm
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[27]http://www.varioptic.com
[28]視覺光學研究中心,“第七章 光學元件產業技術之發展”。
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[32]Kikuo Asai“The Role of Head-Up Display in Computer-Assisted Instruction”, Human Computer Interaction: New Developments, Chapter 2, 2008.
[33]James E. Melzer“Head-Mounted Displays: Designing for the User”, Chapter 5,2011.
[34]M. G. Tomilin“Head-Mounted Displays”, Journal of Optical Technology, Vol.66, No. 6, pp.528-533, 1999.
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