自适应无眩晕虚拟现实眼镜的光学设计与仿真
发布时间：2021-10-05 01:33
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...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人眼的生理结构
涅尔虚拟现实系统的设计。首先介绍双二次曲面、泽尼克多项式、双二次自由曲面镜片可以提高像质、减小镜远离光阑的位置，可以校正慧差、像为轻薄，可减轻整体质量。两种面型然后完成曲面基底的菲涅尔虚拟现实平面屏和曲面屏的成像质量对比，分同心环带球面构成，中心为球冠，各到同一点，即透镜的焦点。其中每个质量轻、成本低、厚度薄等优良特性光学原理
图 3-2 菲涅尔透镜的折射Figure 3-2 Refraction of Fresnel lens元的截面图，α 是顶角，n 是菲涅尔 1为入射面的法线， 2为出射面的法线线和出射光线的夹角为 β，即光线的1arc sin{nsin[ arcsin(si a + a 0°，则光线的偏向角可化简为：β arcsin ( nsina a)向角与入射角 1、顶角 及透镜材料数，也可通过迭代法求解尖劈顶角。设计方法点， 为左焦距； ′为右焦点， ′为右光与水平方向夹角。 表示菲涅尔透
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实关键技术与前沿应用[J]. 王玉峰,曹亮. 中国工业评论. 2016(08)
[2]仿生复眼结构的制作与测试研究[J]. 陈德沅,石云波,邹坤,贺婷. 传感技术学报. 2015(11)
[3]均匀会聚菲涅尔透镜设计及性能研究[J]. 刘永强,申作春,芦宇,崔峥,鲁建业. 光电子技术. 2012(04)
[4]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[5]眼镜式虚拟显示折射/衍射塑料光学系统设计[J]. 吴海清,孙强,王健,宋贵才,董科研. 光电工程. 2009(01)
[6]美国视景系统国际公司为萄葡牙F-16提供头盔显示设备[J]. 闫杰. 应用光学. 2007(06)
[7]PMMA、PS和SAN的热稳定性比较研究[J]. 曹春雷,谭志勇,葛彦侠,张芳芳,张会轩. 中国塑料. 2007(08)
[8]轻型大视场自由曲面棱镜头盔显示器的设计[J]. 程德文,王涌天,常军,刘越,徐况. 红外与激光工程. 2007(03)
[9]人眼视觉的传递特性及模型[J]. 周燕,金伟其. 光学技术. 2002(01)
[10]日本虚拟现实研究进展迅速[J]. 王家钦. 国际学术动态. 1996(02)
博士论文
[1]头盔显示器光学系统关键技术研究[D]. 李华.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]微透镜阵列焦距及其一致性检测技术研究[D]. 朱咸昌.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[3]衍/折射光学系统消二级光谱的研究[D]. 洪新华.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2005
[4]虚拟现实系统中的物理建模和行为属性问题研究[D]. 刘金鹏.武汉理工大学 2004
硕士论文
[1]12mm-60mm机器视觉变焦镜头设计[D]. 邓枰湖.福建师范大学 2015
[2]紧凑穿透式视频眼镜光学系统设计[D]. 韩昕彦.浙江大学 2014
[3]基于高级像差的人眼视觉特性的研究[D]. 兰璞.河北工业大学 2014
[4]仿生复眼的光学设计与模拟仿真[D]. 邹成刚.天津大学 2013
[5]新型菲涅尔透镜模板数控加工技术研究[D]. 汪小云.兰州理工大学 2007
[6]折/衍混合投影式头盔显示光学系统设计研究[D]. 林琳.天津大学 2007
本文编号：3418735
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人眼的生理结构
涅尔虚拟现实系统的设计。首先介绍双二次曲面、泽尼克多项式、双二次自由曲面镜片可以提高像质、减小镜远离光阑的位置，可以校正慧差、像为轻薄，可减轻整体质量。两种面型然后完成曲面基底的菲涅尔虚拟现实平面屏和曲面屏的成像质量对比，分同心环带球面构成，中心为球冠，各到同一点，即透镜的焦点。其中每个质量轻、成本低、厚度薄等优良特性光学原理
图 3-2 菲涅尔透镜的折射Figure 3-2 Refraction of Fresnel lens元的截面图，α 是顶角，n 是菲涅尔 1为入射面的法线， 2为出射面的法线线和出射光线的夹角为 β，即光线的1arc sin{nsin[ arcsin(si a + a 0°，则光线的偏向角可化简为：β arcsin ( nsina a)向角与入射角 1、顶角 及透镜材料数，也可通过迭代法求解尖劈顶角。设计方法点， 为左焦距； ′为右焦点， ′为右光与水平方向夹角。 表示菲涅尔透
【参考文献】：
期刊论文
[1]虚拟现实关键技术与前沿应用[J]. 王玉峰,曹亮. 中国工业评论. 2016(08)
[2]仿生复眼结构的制作与测试研究[J]. 陈德沅,石云波,邹坤,贺婷. 传感技术学报. 2015(11)
[3]均匀会聚菲涅尔透镜设计及性能研究[J]. 刘永强,申作春,芦宇,崔峥,鲁建业. 光电子技术. 2012(04)
[4]虚拟现实综述[J]. 赵沁平. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(01)
[5]眼镜式虚拟显示折射/衍射塑料光学系统设计[J]. 吴海清,孙强,王健,宋贵才,董科研. 光电工程. 2009(01)
[6]美国视景系统国际公司为萄葡牙F-16提供头盔显示设备[J]. 闫杰. 应用光学. 2007(06)
[7]PMMA、PS和SAN的热稳定性比较研究[J]. 曹春雷,谭志勇,葛彦侠,张芳芳,张会轩. 中国塑料. 2007(08)
[8]轻型大视场自由曲面棱镜头盔显示器的设计[J]. 程德文,王涌天,常军,刘越,徐况. 红外与激光工程. 2007(03)
[9]人眼视觉的传递特性及模型[J]. 周燕,金伟其. 光学技术. 2002(01)
[10]日本虚拟现实研究进展迅速[J]. 王家钦. 国际学术动态. 1996(02)
博士论文
[1]头盔显示器光学系统关键技术研究[D]. 李华.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[2]微透镜阵列焦距及其一致性检测技术研究[D]. 朱咸昌.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[3]衍/折射光学系统消二级光谱的研究[D]. 洪新华.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2005
[4]虚拟现实系统中的物理建模和行为属性问题研究[D]. 刘金鹏.武汉理工大学 2004
硕士论文
[1]12mm-60mm机器视觉变焦镜头设计[D]. 邓枰湖.福建师范大学 2015
[2]紧凑穿透式视频眼镜光学系统设计[D]. 韩昕彦.浙江大学 2014
[3]基于高级像差的人眼视觉特性的研究[D]. 兰璞.河北工业大学 2014
[4]仿生复眼的光学设计与模拟仿真[D]. 邹成刚.天津大学 2013
[5]新型菲涅尔透镜模板数控加工技术研究[D]. 汪小云.兰州理工大学 2007
[6]折/衍混合投影式头盔显示光学系统设计研究[D]. 林琳.天津大学 2007
本文编号：3418735
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