31 research outputs found

    Implementation of a dive computer

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    Diving, whether it is a recreational sport or an occupation, can pose numerous safety concerns. Two of the principle concerns are drowning and decompression sickness. Drowning can be caused by many factors, one of them being: running out of air. This thesis is concerned with implementing a dive computer with real time dive planning capability. This allows for more freedom for the diver, without incurring additional risk of decompression sickness. In this thesis, I plan to present my algorithm which is differs from other dive computers in the way it calculates multiple ascent routes, allowing divers to alter their precomputed ascent path by determining alternate decompression schedules and breathing gas requirements

    Design, measurement and analysis of multimode light guides and waveguides for display systems and optical backplane interconnections

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    The aim of the research in this thesis was to design and model multimode lightguides for optimising visible light for liquid crystal display systems and to design, model and experimentally test infrared light propagation within polymer multimode waveguides as board-to-board interconnects for high data rate communication. Ray tracing models the behaviour of a novel LCD colour separating backlight to optimize its efficiency by establishing the optimum dimensions and position for a unique micro-mirror array within the light guide. The output efficiency increased by 38.2% compared to the case without the embedded mirror array. A novel simulation technique combined a model of liquid crystal director orientation and a non-sequential ray tracing program was used first time to compute the reflected intensity from a LCOS device for a rear projection TV system. The performance of the LCOS display was characterised by computing the contrast ratio over a ±15° viewing cone. Photolithographically manufactured embedded multimode waveguides made from acrylate Truemode® polymer are characterized by measuring the optical transmission loss of key waveguide components including. straight, bend and crossing. Design rules derived from the experimental measurement were used to optimize optical PCB (OPCB) layout. A most compact and complex optical interconnects layout up-to-date for data centres, including parallel straight waveguide sections, cascaded 90° bends and waveguide crossing other than 90° angles, was designed, tested and used in an optic-electrical demonstration platform to convey a 10.3 Gb/s data. A further new method for reducing the end facet roughness and so the coupling loss, by curing a thin layer of core material at the end of the waveguide facet to cover the roughness fluctuations, was proposed and successfully demonstrated giving the best results reported to date resulting in an improvement of 2.8 dB which was better than the results obtained by using index matching fluid

    The cockpit for the 21st century

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    Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird

    An Integrated Control and Data Acquisition System for Pharmaceutical Capsule Inspection

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    Pharmaphil Inc. manufactures two-part gelatin capsules for the pharmaceutical industry. Their current methods of quality control of their product is by performing manual inspection of every carton of capsules prior to shipment. In today\u27s modern manufacturing world, more efficient and cost-effective means of quality control exist. It is Pharmaphil\u27s desire to develop a custom machine vision system to replace manual inspection with a potential opportunity in the capsule manufacturing quality control market. In collaboration with the Electrical and Computer Engineering Department at the University of Windsor, a novel system was developed to achieve this goal. The objective was to develop a system capable of inspecting 1000 capsules per minute with the ability to detect holes, cracks, dents, bubble, double caps and incorrect colour or size. Using an antiquated machine vision system for capsule inspection from the mid-nineties as a base, a modern inspection system was developed that performed faster and more thorough inspections. As a measure to minimize the overall system cost as well as to increase flexibility, a full custom design was undertaken. The resulting system follows a traditional machine vision system whereby the main components include an image acquisition component, a processing unit and machine control. The designed system uses custom USB2.0 cameras to acquire images, a standard desktop PC to process image data and a custom machine control board to perform machine control and timing. The system operates with four identical quadrants operating in parallel to increase throughput. The final system developed provided a proof-of-concept for the approach taken. The machine control and image acquisition component of the system yielded a maximum throughput of 1200 capsules per minute. After incorporating image inspection, the final result was a system that was capable of inspecting capsules at a rate of about 800 capsules per minute with high accuracy. With optimizations, the system throughput can be further improved. The findings throughout the development of the prototype system provide an excellent basis from which the first generation commercial unit can be designed

    Backplane Circuit Design with Amorphous Silicon Thin-Film Transistors for Flexible Displays

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    In recent years, rapid advancement in LED fabrication has enabled the possibility of using GaN micro-LEDs to be the light media in a display panel. It has superior performance in many aspects when compared with OLED technology, such as high contrast, wide viewing angle, and low power consumption. These advantages have enabled a possibility of using micro-LED technology to realize flexible displays. Currently, OLEDs need high mobility low-temperature-poly-silicon (LTPS) TFTs to be the backplane driving circuit material because lower mobility TFTs are inadequate to drive OLEDs. However, LTPS TFTs have poor uniformity over a large area due to unpredictable grain sizes and require additional fabrication processes which prevent it from being integrated onto a large-area flexible platform. On the other hand, conventional amorphous silicon (a-Si:H) technology used on LCD panels have an edge in terms of uniformity over large-area and low-cost fabrication. Even though the field-effect mobility of a-Si:H TFTs is much less than LTPS technology, it is sufficient to power up micro-LEDs with decent pixel density, which is impossible with OLEDs. However, the nature of amorphous materials gives rise to electrical instability issues. The output current of a-Si:H TFTs gradually decreases over time under electrical stress, which results in dimmer micro-LEDs in pixels. Moreover, the lack of complementary p-type TFTs in a-Si:H limits the integration of driver and control circuits onto the flexible platform to realize a full "system-on-flex". To overcome such shortcomings of a-Si:H technologies, this thesis makes a contribution in providing a solution to compensate the output current degradation by a novel pixel circuit with simple control scheme, as well as bootstrapped logic circuits that can be used as row driver and control circuits on flexible substrates. The proposed compensation pixel and row driver circuits can be combined to facilitate the realization of a "system-on-flex" backplane for a display panel with a-Si:H and micro-LED technologies

    Liquid Crystal on Silicon Devices: Modeling and Advanced Spatial Light Modulation Applications

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    Liquid Crystal on Silicon (LCoS) has become one of the most widespread technologies for spatial light modulation in optics and photonics applications. These reflective microdisplays are composed of a high-performance silicon complementary metal oxide semiconductor (CMOS) backplane, which controls the light-modulating properties of the liquid crystal layer. State-of-the-art LCoS microdisplays may exhibit a very small pixel pitch (below 4 ?m), a very large number of pixels (resolutions larger than 4K), and high fill factors (larger than 90%). They modulate illumination sources covering the UV, visible, and far IR. LCoS are used not only as displays but also as polarization, amplitude, and phase-only spatial light modulators, where they achieve full phase modulation. Due to their excellent modulating properties and high degree of flexibility, they are found in all sorts of spatial light modulation applications, such as in LCOS-based display systems for augmented and virtual reality, true holographic displays, digital holography, diffractive optical elements, superresolution optical systems, beam-steering devices, holographic optical traps, and quantum optical computing. In order to fulfil the requirements in this extensive range of applications, specific models and characterization techniques are proposed. These devices may exhibit a number of degradation effects such as interpixel cross-talk and fringing field, and time flicker, which may also depend on the analog or digital backplane of the corresponding LCoS device. The use of appropriate characterization and compensation techniques is then necessary

    The cockpit for the 21st century

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    Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird
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