基于FFSP的大视场视透式头戴显示器光学系统的设计--《电子科技大学》2011年硕士论文
基于FFSP的大视场视透式头戴显示器光学系统的设计
【摘要】：头戴显示器经过四十多年的发展,取得了巨大的进步。近年来高分辨率微显示器件制造工艺和虚拟现实技术的成熟使其应用更加广泛。民用领域和现代数字化部队的需求,使头戴显示器成为很有前景的微显示设备。
头戴显示器包含像源、光学和支撑三个子系统,其中光学子系统是头戴显示器中最重要的,已经由早期的共轴球面演进为多种光学形态。理想的头戴显示器光学系统应该在保证像质的同时尽量做到重量轻、体积小,传统的光学系统很难兼顾。最近十几年发展起来的自由曲面光学元件,以其特殊的光学特性在照明和成像系统中得到越来越多的应用。
本文基于自由曲面棱镜,设计了一个适用于轻型大视场视透式头戴显示器的光学系统。主要工作内容和创新点如下:
1)对已有的头戴显示器的光学系统进行剖析,同时针对人眼的生理结构特点,分析了光学系统的视场角、出瞳直径、出瞳距离等因素对成像质量的影响,并得到相应的约束集合,提出了50度以上大视场的目标。
2)参照光学设计的基本方法,结合离轴光学系统理论,根据性能指标进行初始结构的设计。
3)将系统的初始结构在Zemax软件中进行优化设计,并按本系统的特点使用多种函数对优化的结果进行分析,最后得到符合并超出性能参数目标的自由曲面棱镜。
4)对头戴显示器的两种视透方式进行了分析,结合轻型化等需求实际确定了相应的视透方案。在所设计的自由曲面棱镜的基础上,将全反射膜改成半反半透膜。之后对补偿棱镜进行设计,使外界景物的畸变得到校正,获得了很好的半反半透效果。
本文以接近虚拟环境下人眼最佳视场角为目标进行了光学系统的设计,避免了盲目追求大视场导致的像质损失。在大量的反复优化后,自由曲面形态下的系统光学性能已经比较理想。另外设计的校正畸变的补偿棱镜,使采用自由曲面棱镜的头戴显示器的光学视透效果得到很大提升。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TN873;TP391.41【目录】：
Abstract6-14
第一章 绪论14-23
1.1 课题的研究背景及意义14-15
1.2 头戴显示器的概念和发展15-21
1.2.1 虚拟显示技术和微显示器15-17
1.2.2 头戴显示器的构成和应用17-20
1.2.3 头戴显示器的发展趋势20-21
1.3 本文主要研究内容21-23
第二章 头戴显示器的光学系统23-37
2.1 系统光学形态的演进23-26
2.2 人眼视觉26-28
2.2.1 视觉系统26-27
2.2.2 人眼光学系统模型27-28
2.3 图像源的选择28
2.4 目视光学放大系统需求分析28-33
2.4.1 视场角29-30
2.4.2 出瞳距离30-31
2.4.3 出瞳直径31
2.4.4 分辨率31
2.4.5 畸变31-32
2.4.6 单双目32
2.4.7 重量32
2.4.8 光能利用率32-33
2.5 系统实现可行性33-36
2.5.1 自由曲面33-35
2.5.2 材料的选择35-36
2.6 小结36-37
第三章 自由曲面棱镜设计37-48
3.1 光学像差理论概述37
3.2 目镜放大光学系统的设计37-39
3.3 光学自动设计概念39-40
3.4 光学自动设计原理和过程40-41
3.5 系统初始结构参数的设计41-47
3.5.1 自由曲面棱镜光路分析41
3.5.2 系统设计的条件控制41-42
3.5.3 初始结构设计方法42-45
3.5.4 初始结构的确定45-47
3.6 小结47-48
第四章 自由曲面棱镜在 Zemax 中的实现和优化48-60
4.1 ZEMAX 光学设计软件介绍48-49
4.2 系统在ZEMAX 中的优化49-56
4.3 优化结果及分析56-59
4.4 小结59-60
第五章 系统视透的实现60-70
5.1 视透式头戴显示器的种类和区别60-61
5.1.1 头戴显示器的视透方式60-61
5.1.2 系统视透的实现61
5.2 半反半透镀膜的实现61-66
5.2.1 真空镀膜的原理和应用61
5.2.2 真空镀膜应用于视透系统61-66
5.3 视透补偿棱镜的设计66-69
5.3.1 自由曲面棱镜的缺陷和补偿66-67
5.3.2 补偿棱镜的设计和模拟67-69
5.4 小结69-70
第六章 总结与展望70-72
6.1 主要工作总结70-71
6.2 可改进之处和前景展望71-72
参考文献73-75
在学期间的研究成果75-76
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鎏金佛像收藏鉴定市场热点都在这里了
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近年来佛像拍卖市场的火热趋势，作为一个普通老百姓，大多数人试图寻找着自己心中的那一尊佛像，那一种信仰。如今的佛像市场价格走势将会如何？收藏何种佛像升值潜力最大？人们最关心的几个问题在这里或许都能找到答案。佛像收藏市场处于成熟拣选期“所谓的成熟拣选期是由于很多收藏家的佛像藏品门类日趋完善，而那些不经常在市场上出现的稀有品种，就成为他们的重点拣选对象，自然越炒越高。这就是为什么一些佛像价格始终高高在上。那些造型精美，极富文化内涵的佛像多年来始终处于收藏小众化的状态，没有得到应有的重视。而那些珍稀的古代佛像其市场价值与市场价格也不成正比，一旦有人点起第一把火，价格的水涨船高也就不稀奇了。但是经过了两年的沉淀，成交率的逐渐下降则与人们的认知度提高有很大关系。这说明藏家的水平越来越高了，收藏行为开始趋于成熟理性。通过拣选的过程，不断有新的品种加入进来，佛像市场也将处于一个良性循环的过程。十多年来，真正在收藏市场上能够见到的明代有款识宫廷造佛像在全世界仅有不到200件，而国内拍过的也就更少了，差不多仅有二三十件。尤其是明代的永乐、宣德的宫廷造佛像，以及清代宫廷的佛像则更为珍贵。人们的收藏兴趣也由藏传佛教造像渐渐转到了宫廷造办制作的精美宫廷造像。铸造宫廷造像的历史原因一是出于朝廷对西藏地区的安抚，进而促进民族团结统一；另一方面则是由于皇室对于藏传佛教的信奉。其文物价值体现在于其存世量的稀少以及铸造年代的久远。而从佛像的艺术价值来看，明清时期的佛像工艺登峰造极，甚至连现代先进的工艺都不能与之比拟。佛像的历史、艺术以及文物方面的价值也决定了其市场价格的高昂。佛像的价格以明代永乐、宣德时期的宫廷造像最为昂贵。到了清朝，宫廷造像的繁荣主要集中在康熙、乾隆两朝，特别是乾隆时期，由于皇帝个人的信仰需要，故而佛像的造像量很多。随着宫廷造像的升值，康熙、乾隆时期的佛像也开始升值。而佛像中的精品还没有到应有的价位，预计今后佛像的投资周期会越来越短，因为好东西越来越少，但收藏的时间越长则回报越丰。建议了解相关文化是收藏第一步如今很多人收藏佛像并不是出于信仰需要，而是看中了其利益所在，作为一个佛像经销商及收藏者，如今人们收藏佛教造像更像一个大杂烩，很多人同时收藏有藏传佛教，宫廷造像，甚至印度、尼泊尔的佛像。在这些人的心中，并没有一个信仰存在，他们收藏佛像的目的大多是买卖。而如果不下很多心思了解佛像文化，只是简单的凭借外观来判定价值，很难了解佛像的真正价值。了解佛像文化知识，是收藏佛像的第一步，也是最重要的一步。许多人在此浸淫数年仍旧不得要领。而要想成为一个成熟的买家，一定要多问多听多学。作为一级市场的古玩城，可以作为藏家们试水的第一选择。如今，佛像收藏形成了一个整体的收藏体系，随着人们对佛教的认知加深，已经不再满足于购买一个简单佛像，唐卡、香炉等的购买也有所提高。佛像市场的火热也促进了其他佛教用品的行情发展，也从一个侧面反映出了人们对佛教文化认识的提高。以前人们都认为佛像只要是尺寸越大那么其市场价格就会越高，从近几年来看，这种趋势已经不明显，佛像价值的体现并非取决于其尺寸大小，而是其本身的艺术价值所决定。一些尺寸小的佛像的价格甚至要高于尺寸庞大的佛像。支招聘用顾问作参谋不失为良方欧洲的佛像市场十分火热，国外的买家大多喜欢藏传佛教造像的形制，其神秘感吸引他们购买，购买方式大多通过顾问来为其参谋，他们对于顾问也十分信任。相比较而言，国内的买家们大多都是依靠自己的一双眼和一双手，很多人将佛像请回来以后便束之高阁，轻易不肯示人，这其中有个人原因，但主要原因是怕自己买到假货而心生畏惧，不敢拿出来向人求证。如今的佛像市场，造假早已经不是什么秘密，高科技手段的加入也使其并非难事，佛像市场上的赝品主要有三大类：一是大批量的粗制滥造的新品；二是以真品为母本翻模制作的，这类佛像在细节的处理上往往比真品要模糊或交代不清；三是以旧的残件重新拼凑或在旧品上添款以增加其价值。对这些作品的辨伪需对佛教造像有一定理解，才能看出其中的不协调之处。通过以上不难看出，要想买到真品佛像，多看书、多求知是一方面，人的知识毕竟是有限的，不可能在短暂的时间内就成为佛像专家。聘用顾问来为您参谋，就可以很好地解决这个问题。现在国内的很多专家都可以为藏家充当购买顾问，花上几千元，既能避免上万元甚至更大的损失，又可以同专家切磋，从中学到更多的专业知识，何乐而不为呢？今天佛像市场价格的趋于平稳，并非是由于买家的冷淡，而是更加趋于理性化，前段时期藏传佛教造像的火热以及今天宫廷造像的渐渐升温都是佛像回归历史代表性的表现，藏家们会花更多的时间去研究佛像的来源以及历史价值，更多的人涌入首都博物馆等大型博物馆去参观和了解佛像和佛教文化，而宫廷造像以其精美的制作工艺造型和深厚的艺术历史价值必将掀起新一轮的收藏热潮。曾经，雍正皇帝把宫廷造像称之为“内廷工造之事”：今天，这种艺术品位的回归也代表了中国灿烂佛教文化的缩影，收藏者们如何确定自己的收藏目标非常重要，从众购买是很难有所成就的。相对而言，很多西方的佛像藏家们更看重的是佛像本身的历史价值、科学价值和艺术价值，外表靓丽与否则在其次。希望藏家能更多地通过佛像去了解佛教理论和思想，而不是停留在追求经济价值或单纯的顶礼膜拜上。近几年的艺术品拍卖市场上，佛像不再混杂在瓷杂专场中，如今已另立门户成为一个独立的实力专场。佛像逐渐成为市场关注的热点，特别是明清的佛像，成为藏家炙手可热的争夺对象。佛像作为宗教崇拜的对象，有以下三个特点：一是宗教性。佛像体现佛教的庄严、神圣、慈悲的精神。所以在造型的制作上，它必须严格遵循佛教的教义规范。这就决定佛教造像中佛、菩萨、罗汉、明王、护法、祖师等造型。佛像具有宗教遗物的特点。建议在收藏中，要注意到它的宗教特性，多少应该带些对宗教的敬意，了解一些宗教仪、教规。二是社会性。造像是要被来人崇拜，就必须与现实社会息息相关，在不同的时代，为了让人们理解和接受佛教精神，要迎合不同时代的审美情趣。这就使得各个时代的佛教造像，体现出各自鲜明的时代特征。其三是艺术性。无论是宗教性也好，社会性也好，都必须用艺术手来段进行加工。其材质有玉、金、银、铜，木，泥胎和花岗岩等。各种材质的佛像都必须从、造型、时代、工艺等方面来鉴定、欣赏。佛像的收藏多以铜佛像为主。木质、泥质不易保管收藏。玉质佛像摆件，极为少见。鉴别参照玉器。金质佛像摆件、花岗岩佛像，价高、器型巨大。不是个体收藏的主流。铜佛像保存注意事项与其他铜器基本相同。都要注意防潮、防锈以及修补、去锈等。鎏金佛像收藏鉴定铜佛像是一种立体的雕塑艺术，有镏金、泥金之分。鉴定要从以下几点：面相和体形、手印与坐姿、标识与坐骑、及细部与装饰以及材料与质地等，有铭文看铭文。首先，佛像的面相与体型，是鉴定佛像的关键。它包括面部的五官、身材的比例、肌肉的表现力、整体的风格等等，不同朝代、不同时期，差异很大。清代三代、嘉、道时期的造像，体态面相就不同。再者，通过标识和坐骑、佛像的手印、坐姿仔细观察和对照，来正确地为一件佛像定名，分清是佛还是菩萨，究竟是哪尊佛哪尊菩萨。正确的定名是正确鉴定的前提。其后，是细部刻画和佛座的装饰风格，比如，明代莲花座与清代莲花座上的莲瓣装饰，明代莲瓣精细而长，且瓣与瓣中有小型三角装饰，而清代莲瓣则显得粗壮，瓣与瓣间也无装饰。再有材料与质地，这是鉴定中最为直观的。铜佛像的材料主要有青铜、黄铜和红铜。不同的时期铜质不同。同样是清代，早、中期是不同的，乾隆时期佛像一上手，手感沉，晚清的佛像，手感要轻许多。年代久的佛像，手感也较轻。这和古钱币收藏有共同点。藏传佛像则注重远视效果，喜欢镶嵌各种矿物，包括绿松石、青金石，在脸部鎏金或贴金。最后要注意铭文和题记。铭文与题记是佛像本身提供给我们的最精确一种文字鉴定方法。（2） 辨伪铜佛像不再是纯粹的崇拜偶像，它是一种带有强烈宗教文化色彩的艺术品，因此作伪的佛像也如洪水般泛滥于市场之上。首先，是最易识别的那些粗制滥造的新佛像，一看就知道是作伪的。不去细说。其二，是按真品仿造的。这些佛像的制作要考究些，较为难辨。它分为：（1）真品做模翻新作伪法。从看整体很像，但真拿在手中就会有过重或过沉的感觉，铜质也很硬，锈色也不自然，鎏金都是以电镀法镀鎏金，光泽极不自然。古代是用水银法鎏金，色泽很沉稳，给人以厚实的感觉，经过长期的磨蚀会露出铜胎之色，包浆丰富，这是仿品不可比拟的。细布翻模的伪品往往在细部交代不清。古代工匠在制作时，至少对佛经所言的教义要有所理解，在制作工艺上更是尽心尽职。现在的工匠们在制作时对佛教教义一无所知，以营利为目的，粗制滥造，急功近利。（2）以真品的平面图范本重新制作作伪法。因为是参考平面复制立体，缺乏立体感和对细部的处理把握不当，特别是像的背面、底部、局部纹饰，更会有貌合神离的感觉。所以，看器物更要仔细观察器物的细处及全貌才能不被作伪者迷惑。（3）范本综合创造作伪法。在制作前，作伪工匠参考一批真品和名品，但制作时又不以某个本为蓝本，而是综合创作的。这类佛像多为清末、民国时期古玩行所仿造，这就需要我们仔细审视。知道是“民国仿北魏”、“民国仿唐代”的藏品，只要是精品也能收藏，必定它也是被历史沉淀过的艺术品。（4）按传统技艺制造新佛像的作“伪”法。这主要是有传乘的工匠们，忠实地遵循着传乘古法在制作各类信徒崇拜的偶像。所以他们的作品合乎佛教教理，加工之传统技法世代相延，有一整套标准的制作程序，历经数代不变。这些佛像并非作伪之品，但现代古玩商将这些佛像加工作旧。此现象在藏传佛像中居多。其三， 胡编乱造。1、数件拼合，将失落的残件重新拼装起来。明代的狮子放上清代的像。2、真品加伪款。清代晚期的佛像刻上“大清乾隆年制”。 3、新旧拼凑。缺个座子、缺个背光等，配上新座子、或配上新背光，来充完整的旧品，最后，是款识的辨伪。可分为真品伪款、伪品真款和伪品伪款三种。作伪者希望在作伪后能抬高物品的身价。在明代早期佛像刻“大明永乐年制”或“大明宣德年制”款。伪品伪款自然是无一可取，但还有一种伪品真款要注意观察，在真品有款的座子或背光上，加上新佛像，像是伪的，可款是真的。看佛像要全面、不可拘泥于一点、一处、见小不见大。不止是在辨别佛像上如此。在其它器物的收藏也如此。那么如何鉴别鎏金佛像的年代？用铜或青铜铸造，表面鎏金、可移动的佛造像，俗称“鎏金铜佛像”。这种佛像是供宫廷、寺庙、使用；它的出现始于两汉，盛行于隋唐，延续至明清。到民国，乃至现代的港台地区，鎏金铜佛像仍在使用。鎏金铜佛像的种类有若干，常见的有释迦牟尼、观音、文殊、普贤、天王、母度等。目前，在兰州、西安等地的古董摊上常网球些好似很下的婆铜佛像，令收藏者真假难辨。鎏金铜佛像的断代和鉴定是件比较难的事，但如能加以科学考证和分析，是会识别出真假的。下面介绍几方法：看造像特征以断代各时代的佛像的各时代的造像特征。这是我们断你的主要依据。汉和十六国时期，佛像方脸，面目平和，头发平直，为坐式。这一时期的佛多为单的，尺幅较小。例如１９８９年１月，四川绵阳何家山东汉晚期崖墓出土一株铜质摇钱树，树干上铸有佛像５尊，每尊高６．５厘米，头后有横椭圆形光，头顶有肉髻，双眼微从事，两耳较大，上唇有髭，穿通肩袈裟，右手施无畏印相，左手拳执，结跏跌座佛衣下垂呈“U”形，绕于手腕，垂于足前，这是我国发现的时代最早的铜佛像了。１９７２年，甘肃泾川县玉都有乡出土一铺带华盖鎏金青铜佛像，高１９厘米（包括伞盖、底座），重０．５公斤，由可拆卸的四部分组成：华盖、背光和头光、置于狮子莲花座上的佛身、四足底座。小巧玲珑，工艺精湛。笔者考证，它的铸造和流传到泾川的时代在公元四世纪末到五世纪初的十六国时期，造型上继承绵阳摇钱树上的佛像特征。北朝（北魏以后），佛像头为盖碗式，长脸而瘦，高鼻大耳，闭目凝神，面目清癯，高额发髻，呈螺旋式，披袈裟，袒右肩。有的结跏跌坐，有的盘腿坐，掌心朝上。佛座或为点腰较矮的须弥座或为４足方座。有的头攮 项光，有的身后的背光，皆尖，周围作作火焰纹。北魏造像还有一显著特点是主佛两旁常为１至２菩萨，多为立姿。隋唐时期铜铸造像，头扎莲花冠，脸庞发圆，腮发胖，高额髻，身着僧祗支，外披袈裟，宽衣下着百褶裙，垂于双足。座下有双层４足高床或单层４足，项或背光为较粗的尖楣形。宋代铜佛像以菩萨像居多，有的高发髻，脸上胖下尖，身段高长。有的腿为一拱一掉，左手臂放于拱腿上，右手往下垂搭，平按于座上。衣裙稍有褶，掉于腿后，左手盘于腿上，右手于腹前伸。佩戴缨络，身坐两层莲花的细腰圆座。宋代出现了普贤、文殊、观音铜像，坐于长方形四腿座上或像背、狮背、狲背上。河北正定隆兴寺内有大悲铜菩萨像。通高２２米余，共有４２臂，造型体型纤细颀长，比例匀称，衣纹流畅，富于宋代艺术风格。蛤清铜佛像以刺头居多，有的刺头顶上有肉瘤，大耳，下颏有一道肉褶，脖有一至四道肉褶，肉褶越多，年代越近。胸前有的铸有“ㄊ”字，披袈裟、袒胸、盘坐，掌心一般皆朝上。莲形或山形座相对前代高，底座无锉痕。铭文或于座腿前。坐姿多样，腿或一盘一掉，或一拱一掉。宋喀巴皆戴“ ”形帽。色重显红，金水发黄厚。藏佛与汉佛也不一样，藏佛胸高乳大，汉佛胸平乳小。嵌松石者多为藏佛，刺头者皆为汉佛。甘肃省博物馆收藏的这件１１面观音就是典型的明、清藏传佛教鎏金铜造像。采用化学方法鉴别真假古代鎏金铜佛像，大都局部有锈，在实验室里作硫酸或盐酸对锈进行溶解后根据能否分解出铜离子或杂质离子，可以断定是做锈还是自然锈，这项工作一般实验室里都能做.鎏金铜佛像收藏价值趋高近年来，明清金铜佛像在香港和内地拍卖市场屡创天价。2010年北京瀚海秋拍，一件清康熙大成就者嘎巴拉铜像在秋拍以1792万元成交。在2013年香港苏富比秋拍中，一尊明清金佛造像“明永乐铸铜鎏金释迦牟尼坐像”以2.36亿港元成交，刷新了中国单体佛造像成交的价格纪录。2014年秋拍，鎏金铜佛像拍卖结果部分展示保利秋拍，一尊来自德国柏林亚洲艺术博物馆旧藏的“帝释天鎏金铜佛像”以1311万元成交，成为全场最高成交价。中国嘉德秋拍，一尊“清乾隆（宫廷）紫金琍玛无量寿佛像”于11月20日在皇家法相——金铜佛造像精品专场中以897万元成交，成为全场最高成交价。北京瀚海秋拍，一尊十四至十五世纪“铜鎏金释迦牟尼坐像”于10月26日在金粟神光——比利时私人珍藏佛造像Ⅲ专场里，以483万元成交北京匡时秋拍，一尊明代黄铜鎏金“无量寿佛像”于12月3日在 “作意”——佛教艺术专场 里以345万元成交。国内秋拍已接近尾声，但海外拍卖依然十分强劲，钟爱佛像收藏的藏友们注意了。西藏 鎏金铜像估价：EUR 6,000 - 8,000约人民币46,000 - 61,000元拍卖时间：日拍卖公司：法国 Tajan明朝 鎏金铜菩萨估价：EUR 20,000 - 40,000约人民币152,000 - 305,000元拍卖时间：日拍卖公司：法国 Tajan17/18世纪 西藏鎏金铜像估价：GBP 1,500 - 2,000约人民币15,000 - 20,000元拍卖时间：日拍卖公司：英国 Rosebery更多精彩內容点击关注：古玩收藏 学习交流交易古玩古董,弘扬中国传统文化。
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