可矯正視力之頭戴式顯示器鏡頭設計

摘要：

我們提出了一種簡單的光學系統，可讓近視度數介於0度至400度的人士，在使用頭戴式顯示器進行虛擬實境體驗時，獲得良好的影像品質。在本研究中，以虛擬實境技術 (Virtual Reality，簡稱VR) 為例進行探討。其中，視場(Field-Of-View，簡稱 FOV)與光圈以一般市面上的規格作為基本要求，研究包含光路設計、Zemax優化與模擬分析。光學系統的設計流程，首先進行理論值計算，並使用高畫質的顯示器作為整個系統的輸入，以設計理想的光路。接著，使用Zemax進行優化，採用不同的優化方式和優化函數，以提高系統的性能。最後，進行公差分析，確保系統的性能可以在實際應用中達到預期的水平。進行公差分析後，確定系統的性能指標，包括80%以上的MTF在54 lp/mm時的對比度大於0.2，總長小於70 mm，適眼距20 mm，視場角45°，這些指標作為光學系統的設計目標，並且在製造和測試過程中作為檢驗標準。

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學校：國立中興大學 精密工程研究所

指導教授：蔡政穆教授

組員：朱柏叡

相關產品：Ansys Zemax

設計動機與方法

以幾何光學的概念設計頭戴式顯示器（Head-Mounted-Display，簡稱HMD）的光學系統，並以光學軟體Zemax進行模擬分析。一般頭戴式顯示器只有單一組態，或者使用較複雜的結構，才有辦法讓頭戴式顯示器可以給視力不正常的使用者使用。

本研究提出了一種簡單的光學系統，可以讓近視度數介於0度至400度的人士，在使用頭戴式顯示器進行虛擬實境體驗時，獲得良好的影像品質。

模型建立與驗證- 多重組態

將理論數值帶入Zemax進行光學模擬並設定多重組態，發現通過理想透鏡的光能聚焦至像平面，且光纖聚焦高度與顯示器的半高相符，且MTF圖也是理想的，驗證理論的可行性。

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