基于人眼特性的虚拟现实光学系统设计

发布时间：2020-04-27 08:17

【摘要】：虚拟现实(Virtual Reality,VR)光学系统是大视场目镜系统应用的一种重要形式,其特点是能够让使用者获得良好的沉浸感和立体视觉,主要用于电子竞技、虚拟教学、装饰设计、教学评价等多个领域。根据人眼存在视轴偏角的视觉特性,本文研究一种视场非对称分布的四片式VR光学系统结构。本文基于人眼特性分析了视场非对称VR光学系统的主要设计指标,阐述其基本原理和光学结构;根据部分双目重叠理论和人眼的视场特点,重点提供视场非对称VR光学系统的光学设计思想和设计结果。根据VR光学系统的光学设计要求,讨论同轴对称视场光学系统的结构选型,选取合适的初始结构,利用光学设计软件ZEMAX求解出符合设计要求的同轴对称视场光学系统结构。利用消色差棱镜,借助ZEMAX软件,通过适当增加优化变量平衡像差,经过优化设计获得结构紧凑、视轴偏转的视场非对称VR光学系统,通过公差分析验证其可加工性。最后,通过对此系统结构的光学参数的分析,验证加入消色差棱镜的方法符合实际使用要求。加入消色差棱镜的光学系统结构提供了45°+35°非对称分布的视场,5°的视轴偏角以及1334×750像素数的屏幕分辨率;模拟结果显示奈奎斯特频率处MTF值均优于0.1,0.707视场内畸变小于10%,且色差情况也符合人眼观察需要。结构中多数采用塑料镜片,仅仅加入了棱镜,公差分析结果表明90%以上的样本在取样MTF处的值下降14.7%,公差分配合理,便于加工和装调。加入消色差棱镜的视场非对称VR光学系统设计具有一定创新性,能够实现视轴偏角,双目视场增大,且结构紧凑。
【图文】：

图1-2两种60°视场VR光学系统结构

图 1-1 加入衍射面的 VR 光学系统结构 年，美国麻萨诸塞州加德纳的精密光学公司的 Wayne Knapp 等人 60°视场的 VR 系统结构：一是加入衍射光学面，二是加入塑料示。系统采用的图像源为 25mm 直径的图像增强管表面，系统要
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.9;TH74

【参考文献】

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1 吕向博;王振;魏张帆;李t，

本文编号：2642059