孫文信

本文提出了一種用於VR、AR、MR等HMD系統的投影鏡頭。該鏡頭的特點是光圈設計在鏡頭的出光面，並能輸出平行光，使其能夠輕鬆與後續的導光系統對接。為了考慮成本因素，所有鏡片都採用了球面玻璃材料進行設計和製造。本文以鏡頭的影像品質為主要研究方向，不僅設計了投影鏡頭，探討了光學畸變和電視畸變之間的關係，還實際檢測了成品鏡頭的影像品質。最後本文還研究了一種鏡頭影像品質的檢測方法。本文目的在於提供一種高品質的投影鏡頭，以改善VR、AR、MR等HMD系統的影像效果。 此鏡頭設計分作全視角30度與全視角50度兩種設計，全視角30度投影鏡頭設計由九片玻璃球面鏡片與兩片平板玻璃所組成，由於此鏡頭設計用於反射式LCOS面板，因此兩片平板玻璃分別為偏振分光鏡(PBS)與面板保護玻璃。此鏡頭入瞳口徑為14 mm，所有鏡片的有效口徑皆小於23 mm，鏡頭有效焦距為16.443 mm，F-number為1.1745，MTF在28 lp/mm時大於0.583，橫向色差小於感測器一個畫素大小，光學畸變小於2%，電視畸變小於1.49%，相對照度大於82.05%，本鏡頭設計實際製造並檢測實體鏡頭其中心視場影像品質可達33PPD與水平方向左右0.7視場影像品質可達23PPD。接著是全視角50度投影鏡頭設計，則是由九片玻璃球面鏡片與1片平板玻璃所組成，此鏡頭設計用於自發光OLED面板，因此1片平板玻璃為面板保護玻璃。鏡頭入瞳口徑為10 mm，所有鏡片的有效口徑皆小於20 mm，鏡頭有效焦距為19.337 mm，F-number為1.9337，MTF在29 lp/mm時大於0.770，橫向色差小於感測器一個畫素大小，光學畸變小於0.8%，電視畸變小於0.35%，相對照度大於64.48%。 本文研究一種鏡頭影像品質的檢測方法，以Intel RealSense D455深度攝影機作拍攝實驗，根據深度攝影機規格利用物像關係式推算出逆向放大率，然後設計一Resolution Chart，其為3個視場(0.5、0.7、0.9)所組成之八個空間頻率組，透過實際拍攝此Resolution Chart，找出此鏡頭之三個最大空間頻率組，最後再以4個視場(0.3、0.5、0.7、0.9)三個空間頻率組之Resolution Chart檢測其鏡頭影像品質。