臺灣博碩士論文加值系統

由於半導體技術近年來發展已相當成熟，利用半導體技術加以改良所製造的單晶矽液晶顯示面板（反射式液晶），具有製程的彈性化、尺寸縮裝、價格便宜與高開口率，高亮度等優點。所以利用反射式液晶顯示器設計頭戴顯示器未來趨勢。
本論文對不同成像來源及頭載顯示器系統作了介紹，對單晶矽液晶顯示面板頭載顯示器系統之目鏡，作一個完整設計流程為主要課題。藉由顯示器之選定及人眼特性進而利用基本幾何光學公式，推導頭戴顯示器所需要之參數，再利用設計軟體及設計技術設計優化函數且作優化，找到所需最佳值，作出目鏡之優化設計。

The technique of semiconductor has come to its maturity recently. Liquid crystal on silicon ( LCOS ) is produced by ameliorating the technique of semiconductor. LCOS has the most flexibility in its size and appearance. Scale reducing, low price, high aperture ratio and high luminance are other features of it. Therefore, to design head-mounted display by using LCOS devices is the trend in the future.
In this paper, the imaging sources and the optical systems of head-mounted display were introduced. LCOS was used in the designing. The eyepieces, key component of the optical system, is the design object. The specifications were made and necessary parameters were obtained by choosing the type of LCOS, its relation to the human eye characteristics and the geometry relation. Then find the starting design of the eyepiece. Finally, by using the design software and design techniques, to design the merit function and do the optimization, we get the optimized design of eyepiece.

書名頁 …… ……………………………………………………………i
論文口試委員審定書 … ………………………………………………ii
授權書…………‥………………………………………………………iii
中文提要 ………………………………………………………………iv
英文提要 ………………………………………………………………v
誌謝 ……………………………………………………………………vi
目錄 ……………………………………………………………………vii
表目錄 …………………………………………………………………viii
圖目錄 …………………………………………………………………ix
第一章 導論………………………………………………………………1
第二章 頭戴顯示器成像來源之簡介……………………………………3
2.1 陰極射線管顯示器…………………………………………… 3
2.2薄膜電晶體液晶顯示器……………………………………… 4
2.2.1液晶…………………………………… ……………… 4
2.2.2薄膜電晶體………………………………………………5
2.2.3彩色濾光器………………………………………………6
2.2.4薄膜電晶體液晶顯示器工作原理………………………8
2.3 單晶矽液晶顯示器……………………………………………10
2.4 不同顯示器之比較………………………………………… 15
2.5 超級解析度光學元件…………………………………………16
2.6 不同成像來源所設計之頭戴顯示器…………………………20
第三章 頭戴顯示器之光學系統介紹………………………………… 24
3.1 頭戴顯示器之光學系統……………………………………… 24
3.1.1折射式光學系統…………………………………………24
3.1.2反射式光學系統…………………………………………26
3.1.3繞射光學元件及全像光學元件…………………………29
3.2 專利光學系統之介紹………………………………………… 30
3.2.1穿透式頭戴顯示器專利介紹……………………………30
3.2.2反射式頭戴顯示器光學系統專利介紹…………………31
第四章 頭戴顯示器之目鏡之設計……………………………………34
4.1 人眼…………………………………………………………… 34
4.2 頭戴顯示器目鏡設計考量重點……………………………… 35
4.2.1目鏡之公式推導…………………………………………35
4.2.2目鏡之功能及特性………………………………………37
4.3 頭戴顯示器目鏡光學設計過程……………………………… 41
4.3.1頭戴顯示器之規格製定…………………………………41
4.3.2專利選擇及分析…………………………………………43
4.3.3優化完成後之頭戴顯示器之目鏡數據…………………54
4.3.4 YZU3402像質分析………………………………………54
第五章 結論……………………………………………………………61
參考文獻…………………………………………………………………62
附錄一……………………………………………………………………64
表目錄
表4-1 成像來源反射式液晶顯示器規格………………………41
表4-2 頭戴顯示器目鏡之規格…………………………………42
表4-3 舊型目鏡之鏡片數據……………………………………43
表4-4 控制基本結構之有效焦距之指令集……………………45
表4-5 控制基本結構之玻璃及空氣間隙之指令集……………46
表4-6 優化指令集………………………………………………48
表4-7 不同k 值所代表之意義………………………………… 50
表4-8 優化指令之權重目標值………………………………… 53
表4-9 YZU3402目鏡數據……………………………………… 55
圖目錄
圖2-1 陰極射線管顯示器之結構圖…………………………………3
圖2-2 薄膜電晶體液晶顯示器之結構圖……………………………4
圖2-3(a)(b) 液晶顯示方式的概念圖…………………………………5
圖2-4 不同型式之彩色瀘光器之圖樣配置…………………………7
圖2-5 投射型光學系統概念圖………………………………………8
圖2-6a 當薄膜電晶体未加電壓時……………………………………9
圖2-6b 當薄膜電晶体加電壓時………………………………………9
圖2-7a 單晶矽液晶顯示器基本結構示意圖…………………………11
圖2-7b MicroDisplay的單晶矽液晶顯示器結構圖…………………12
圖2-7c MicroDisplay所完成之單晶矽液晶顯示器…………………12
圖2-8 單晶矽液晶顯示器製程流程…………………………………14
圖2-9 四倍解析度經過像素的位移…………………………………16
圖2-10 超高解析度光學元件…………………………………………17
圖2-11 雙折射面板……………………………………………………17
圖2-12-1 畫素A位移…………………………………………………19
圖2-12-2 畫素B位移…………………………………………………19圖2-13 理想之頭戴顯示器……………………………………………20
圖2-14 陰極射線管顯示器設計頭戴顯示器之基本結構……………21
圖2-15 專利US20020015116內之圖…………………………………21
圖2-16 專利U. S. 20010030631………………………………………22
圖3-1 大部分頭戴顯示器之基本結構………………………………24
圖3-2 ANVIS光學系統………………………………………………25
圖3-3 IHADSS 頭戴顯示器光學系統………………………………26
圖3-4 為軸上反射式光學系統………………………………………27
圖3-5 為離軸光學系統有一球面反射鏡……………………………28
圖3-6a及3-b穿透式全像………………………………………………29
圖3-7a及3-7b反射式全像圖……………………………………………30
圖3-8 FMD-700之系統結構圖………………………………………31
圖3-9 專利US20020003508A1………………………………………33
圖4.1 人眼之基本結構………………………………………………34
圖4-2 物体放在明視距離，眼睛看物体所張之角…………………36
圖4-3 物体經放大鏡放大……………………………………………36
圖4-4a 單一放大系統…………………………………………………39
圖4-4b 複合式光學系統………………………………………………39
圖4-5 雙瞳距…………………………………………………………40
圖4-6 人眼解析度……………………………………………………40
圖4-7 專利之MTF值…………………………………………………44
圖4-8 改變參數之MTF………………………………………………45
圖4-9 YZU3402 Layout圖……………………………………………57
圖4-10 YZU3402MTF…………………………………………………57
圖4-11 YZU3402扇狀圖………………………………………………58
圖4-12 YZU3402場曲圖和失真圖……………………………………59
圖4-13 YZU3402斑點圖………………………………………………59
附圖1 以不同視角為圓心所畫之圓…………………………………64
附圖2 積分示意圖……………………………………………………65

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