基于自由曲面的头盔显示器设计
发布时间：2021-08-05 01:49
头盔显示器技术源于20世纪初的军事需求,随着科学技术的不断发展逐渐演变为是一种集成光学、信号处理、计算机科学及精密机械等现代科学的全新显示技术,作为生活和工作的一种补充已经在教育培训、医疗保健和休闲娱乐等领域得到广泛应用,并且在其余领域的需求仍在日益增加。本文在此背景下开展研究工作,完成了多款头盔显示器光学系统设计,并提出一种基于自由曲面的新结构形式的双焦面头盔显示器光学系统设计方案。文章首先在大量文献调研基础上,研究了国内外头盔显示器在军、民两领域和自由曲面发展应用的情况,展望了发展趋势并表述了课题的背景与意义。随后分析了离轴光学系统中的矢量像差与其分布特性并结合人眼特性与不同应用需求,对头盔显示器光学系统视场、出瞳和畸变等性能参数进行了分析。随后结合参数分析与应用需求进行了以下头盔显示器光学系统的设计工作:（1）分别设计了自由曲面棱镜结构和离轴合成器结构两种不同结构形式的头盔显示器光学系统。对XY多项式和Zernike多项式进行了详细研究,并在进行离轴合成器结构系统设计时,分别使用非球面和自由曲面表征的结合器面型设计了两个光学系统进行对比。其中以自由曲面为表征光学面的系统MTF得到...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
头盔先综合枪
第1章绪论3线管(CRT)作为图像源，可以产生立体效果，且能同时观看真实场景和虚拟影像，由于该设备太重以至于必须将其安装在天花板上来支撑，使用者的头部被限制在狭小的空间内活动，其另一个名字也被称为“达摩克利斯之剑”。它在当时是革命性的，并为当今常见的运动跟踪HMD提供了基矗此后，各个国家便踊跃地投入到对于HMD的相关研究，先后在军事和民用推出了多种型号的HMD。表1.1列出了部分机载HMD半个世纪以来的发展型号（Michael，2009；郜勇，2008），可以看出，国外在很早之前便已经有很多国家与科研机构在进行头盔显示技术的研究，至今经过多年的发展，国外头盔显示技术已经取得了巨大的发展和进步。图1.1头盔先综合枪Figure1.1HelmetIntegratedGun图1.2萨瑟兰和他发明的HMDFigure1.2I.E.SutherlandandhisHMD
第1章绪论5图1.3机载头盔显示器光学系统发展示意图Figure1.3Developmenthistoryofairbornehelmet-mounteddisplayopticalsystem在民用方面，日本的诸如Sony、Olympus、Nintendo等厂家均已推出多款各式各样的HMD。1995年，日本游戏公司Nintendo推出一款名为“VirtualBoy”的游戏机，可以显示黑红两种颜色。其外观和佩戴如下图1.4所示，虽然在市场上并不受待见，但此产品也是头盔显示技术首次在游戏行业的尝试。2006年，eMagin发布了“eMaginZ8003DVisor”，这是世界上首款支持3D功能的头盔显示器，其原理是通过左右眼睛的视差特性让两边的显示器分别显示带有差异的画面营造出立体的感觉，两年后，eMagin给此款头盔显示器升级了OLED显示面板，使显示清晰度有了一定的提升；2011年Sony发布了“HMZ-T1”，这款产品在当时拥有出色的分辨率且其可提供无闪烁的3D画面，在当时被喻为“个人专属3D影院”。2012年，SMD公司发布了以两块硅基液晶屏（LCoS）为图像源的双目头盔显示器ST1080，是一款全高清的3D显示设备，又在同年，Google推出了一款名为Googleglass智能穿戴设备，其使用的是几何光波导技术，使得眼镜变得非常轻薄，这在当时掀起了头戴智能设备一轮新的浪潮。
本文编号：3322817
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
头盔先综合枪
第1章绪论3线管(CRT)作为图像源，可以产生立体效果，且能同时观看真实场景和虚拟影像，由于该设备太重以至于必须将其安装在天花板上来支撑，使用者的头部被限制在狭小的空间内活动，其另一个名字也被称为“达摩克利斯之剑”。它在当时是革命性的，并为当今常见的运动跟踪HMD提供了基矗此后，各个国家便踊跃地投入到对于HMD的相关研究，先后在军事和民用推出了多种型号的HMD。表1.1列出了部分机载HMD半个世纪以来的发展型号（Michael，2009；郜勇，2008），可以看出，国外在很早之前便已经有很多国家与科研机构在进行头盔显示技术的研究，至今经过多年的发展，国外头盔显示技术已经取得了巨大的发展和进步。图1.1头盔先综合枪Figure1.1HelmetIntegratedGun图1.2萨瑟兰和他发明的HMDFigure1.2I.E.SutherlandandhisHMD
第1章绪论5图1.3机载头盔显示器光学系统发展示意图Figure1.3Developmenthistoryofairbornehelmet-mounteddisplayopticalsystem在民用方面，日本的诸如Sony、Olympus、Nintendo等厂家均已推出多款各式各样的HMD。1995年，日本游戏公司Nintendo推出一款名为“VirtualBoy”的游戏机，可以显示黑红两种颜色。其外观和佩戴如下图1.4所示，虽然在市场上并不受待见，但此产品也是头盔显示技术首次在游戏行业的尝试。2006年，eMagin发布了“eMaginZ8003DVisor”，这是世界上首款支持3D功能的头盔显示器，其原理是通过左右眼睛的视差特性让两边的显示器分别显示带有差异的画面营造出立体的感觉，两年后，eMagin给此款头盔显示器升级了OLED显示面板，使显示清晰度有了一定的提升；2011年Sony发布了“HMZ-T1”，这款产品在当时拥有出色的分辨率且其可提供无闪烁的3D画面，在当时被喻为“个人专属3D影院”。2012年，SMD公司发布了以两块硅基液晶屏（LCoS）为图像源的双目头盔显示器ST1080，是一款全高清的3D显示设备，又在同年，Google推出了一款名为Googleglass智能穿戴设备，其使用的是几何光波导技术，使得眼镜变得非常轻薄，这在当时掀起了头戴智能设备一轮新的浪潮。
本文编号：3322817
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