大视场虚拟现实头盔显示器光学系统研究
发布时间：2022-02-16 08:41
虚拟现实是利用计算机生成多感知的数字化环境并使人与之发生交互作用的技术,在航空航天、军事训练、模拟仿真、虚拟设计、医疗、教育、娱乐等领域有着非常广泛的应用。虚拟现实技术既包括完全脱离现实环境的沉浸式虚拟现实,也包括叠加于现实环境之上的增强现实。头盔显示器是虚拟现实技术中的关键设备,承担着视觉信息的模拟仿真。大视场头盔显示器所实现的沉浸感是虚拟现实技术的一个重要特征,视场越大,沉浸感越强。但对于固定的显示屏,在增大视场的同时,会导致分辨率的降低。随着显示屏制造技术的不断发展,像素密度和像素数目不断提高,在为头盔显示器提供更多选择的同时也对其光学系统的设计提出了更高的要求。部分双目重叠是一种扩大双目视场范围并且保证分辨率不变的有效方法,其前提是优良的大视场单目光学系统设计。本文对大视场虚拟现实头盔显示器光学系统进行了深入研究。主要内容如下:（1）理论分析了目视光学系统的轮廓尺寸计算和像差特性;分析了提高视场大小对于同轴和离轴两种结构带来的设计难点,为HMD光学系统的设计提供了理论依据。以人眼特性为依据,分析了HMD的主要设计要求及指标。（2）推导了发散式部分双目重叠形式的单目视场、双目视场...
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 大视场HMD遇到的难题
1.3 论文主要工作内容
第2章 大视场虚拟现实HMD的理论基础
2.1 大视场目视光学系统的像差特性
2.2 目镜式HMD的设计形式与轮廓尺寸计算
2.3 非球面的像差校正原理
2.4 离轴光学系统初级像差
2.5 人眼特性与HMD设计要求
2.6 本章小结
第3章 离轴双自由曲面HMD光学系统的设计
3.1 部分双目重叠结构形式
3.2 基于双椭球结构的大视场HMD光学系统原理
3.3 基于双自由曲面反射镜的大视场HMD光学系统设计
3.4 本章小结
第4章 同轴大尺寸显示屏HMD光学系统设计
4.1 同轴广角目镜设计基础
4.2 同轴大视场HMD光学系统设计
4.3 本章小结
第5章 公差分析与系统加工
5.1 公差分析
5.2 非球面透镜加工
5.3 结构设计
5.4 电子学图像处理
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文的研究工作
6.2 本文的创新之处
6.3 本文的不足之处与展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全息波导头盔显示技术[J]. 曾飞,张新. 中国光学. 2014(05)
[2]非球面光学元件的面形检测技术[J]. 师途,杨甬英,张磊,刘东. 中国光学. 2014(01)
[3]一种新型头盔显示技术——波导光学元件[J]. 鲜勇. 电光与控制. 2013(07)
[4]基于加工公差约束的自由曲面棱镜设计[J]. 郭跃武,张效栋,吴青青,房丰洲. 光学技术. 2012(06)
[5]基于衍射光学的头盔显示光学系统[J]. 白瑜,邢廷文,蒋亚东,冯成. 红外与激光工程. 2012(10)
[6]超大视场头盔显示光学系统设计[J]. 卢海平,刘伟奇,康玉思,魏忠伦,冯睿,付瀚毅. 光学精密工程. 2012(05)
[7]全景三维立体头盔显示光学系统设计[J]. 卢海平,刘伟奇,康玉思,魏忠伦,冯睿,付翰毅. 光学学报. 2012(05)
[8]虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用现状及发展[J]. 安兴,李刚,徐林伟,师颖. 电光与控制. 2011(10)
[9]离轴双通道头盔显示器光学系统设计[J]. 佟静波,崔庆丰,薛常喜,潘春艳,张栋,张康伟. 光学学报. 2010(09)
[10]虚拟现实技术综述[J]. 李敏,韩丰. 软件导刊. 2010(06)
博士论文
[1]虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究[D]. 陆颖隽.武汉大学 2013
[2]矢量像差理论及其在离轴头盔显示系统设计中的应用[D]. 张虎.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[3]离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究[D]. 郑立功.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]外骨骼上肢机器人运动康复虚拟现实训练与评价研究[D]. 王源.上海交通大学 2013
[2]金刚石车削光学非球面自动编程系统的研究[D]. 王磊.吉林大学 2011
[3]数字头盔显示及其关键技术研究[D]. 郭功剑.浙江大学 2010
[4]船舶运动建模及虚拟现实技术的实现[D]. 何金花.厦门大学 2007
[5]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
[6]基于虚拟现实的汽车行驶动力学研究[D]. 张金迎.浙江大学 2006
[7]船舶机舱虚拟现实仿真系统的研究与开发[D]. 陆畅.武汉理工大学 2005
[8]虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[D]. 宋达.东北师范大学 2005
本文编号：3627669
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第1章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 大视场HMD遇到的难题
1.3 论文主要工作内容
第2章 大视场虚拟现实HMD的理论基础
2.1 大视场目视光学系统的像差特性
2.2 目镜式HMD的设计形式与轮廓尺寸计算
2.3 非球面的像差校正原理
2.4 离轴光学系统初级像差
2.5 人眼特性与HMD设计要求
2.6 本章小结
第3章 离轴双自由曲面HMD光学系统的设计
3.1 部分双目重叠结构形式
3.2 基于双椭球结构的大视场HMD光学系统原理
3.3 基于双自由曲面反射镜的大视场HMD光学系统设计
3.4 本章小结
第4章 同轴大尺寸显示屏HMD光学系统设计
4.1 同轴广角目镜设计基础
4.2 同轴大视场HMD光学系统设计
4.3 本章小结
第5章 公差分析与系统加工
5.1 公差分析
5.2 非球面透镜加工
5.3 结构设计
5.4 电子学图像处理
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文的研究工作
6.2 本文的创新之处
6.3 本文的不足之处与展望
参考文献
在学期间学术成果情况
指导教师及作者简介
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全息波导头盔显示技术[J]. 曾飞,张新. 中国光学. 2014(05)
[2]非球面光学元件的面形检测技术[J]. 师途,杨甬英,张磊,刘东. 中国光学. 2014(01)
[3]一种新型头盔显示技术——波导光学元件[J]. 鲜勇. 电光与控制. 2013(07)
[4]基于加工公差约束的自由曲面棱镜设计[J]. 郭跃武,张效栋,吴青青,房丰洲. 光学技术. 2012(06)
[5]基于衍射光学的头盔显示光学系统[J]. 白瑜,邢廷文,蒋亚东,冯成. 红外与激光工程. 2012(10)
[6]超大视场头盔显示光学系统设计[J]. 卢海平,刘伟奇,康玉思,魏忠伦,冯睿,付瀚毅. 光学精密工程. 2012(05)
[7]全景三维立体头盔显示光学系统设计[J]. 卢海平,刘伟奇,康玉思,魏忠伦,冯睿,付翰毅. 光学学报. 2012(05)
[8]虚拟现实技术在美军模拟训练中的应用现状及发展[J]. 安兴,李刚,徐林伟,师颖. 电光与控制. 2011(10)
[9]离轴双通道头盔显示器光学系统设计[J]. 佟静波,崔庆丰,薛常喜,潘春艳,张栋,张康伟. 光学学报. 2010(09)
[10]虚拟现实技术综述[J]. 李敏,韩丰. 软件导刊. 2010(06)
博士论文
[1]虚拟现实技术在数字图书馆的应用研究[D]. 陆颖隽.武汉大学 2013
[2]矢量像差理论及其在离轴头盔显示系统设计中的应用[D]. 张虎.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2010
[3]离轴非球面CCOS加工过程关键技术研究[D]. 郑立功.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]外骨骼上肢机器人运动康复虚拟现实训练与评价研究[D]. 王源.上海交通大学 2013
[2]金刚石车削光学非球面自动编程系统的研究[D]. 王磊.吉林大学 2011
[3]数字头盔显示及其关键技术研究[D]. 郭功剑.浙江大学 2010
[4]船舶运动建模及虚拟现实技术的实现[D]. 何金花.厦门大学 2007
[5]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
[6]基于虚拟现实的汽车行驶动力学研究[D]. 张金迎.浙江大学 2006
[7]船舶机舱虚拟现实仿真系统的研究与开发[D]. 陆畅.武汉理工大学 2005
[8]虚拟现实技术在教育领域中的应用与设计[D]. 宋达.东北师范大学 2005
本文编号：3627669
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