全息波导显示构型设计(英文)

针对全息波导显示系统中输入光栅、转折光栅和输出光栅的光栅参量不一致,导致系统设计和光栅制作难度增大的问题.对比正常配置和锥形配置下的光栅方程,可得全息波导显示系统中全息光栅具有相同周期需要满足转向光栅60°锥形配置.由此提出波导侧面装有反射镜的三光栅单波导板显示构型,其中三个光栅周期完全相同,输入光栅和转向光栅条纹走向一致.使用光学设计软件CODE V对该构型进行仿真,验证了该构型的可行性.与传统全息波导显示构型相比,侧面反射镜的光路折叠作用使得该构型系统无效显示面积和耦合效率损失减小;三个光栅周期相同且输入光栅和转向光栅条纹走向一致,可以降低系统设计和全息光栅制作难度.该构型可以用于虚拟现实显示或者头戴式显示.     

面向车载增强现实抬头显示的大幅面体全息光波导

增强现实抬头显示（AR-HUD）是下一代智能座舱的关键显示系统,能够极大地提升驾驶安全性和体验感。基于体全息光波导的AR-HUD具有光学系统体积小、能量利用率高等优势,是AR-HUD领域关注的重点。然而,传统基于棱镜耦合的双光束曝光方法实现大幅面体全息光波导的制造极具挑战性。从体全息光波导的曝光参数出发,在矢量球中基于光栅简并理论给出了非全反射条件下体全息光波导曝光的参数设计方法,设计并搭建了一套大幅面体全息光波导自动化拼接曝光系统,制作了幅面尺寸为130 mm×270 mm的大幅面体全息光波导,并给出了增强现实显示效果。     

一种单色全息平板波导显示系统的研究

设计了一种由耦出线性全息光栅和耦入体全息光栅组成的单色全息平板波导显示系统。该系统的工作原理是微型显示器发出的单色图像光波信息经过准直透镜后,通过耦入体全息光栅和耦出线性光栅把图像光波信息从平板玻璃的一端耦入,另外一端耦出,最终在出瞳位置进入人眼。介绍了全息光栅的特点,利用耦合波理论与K矢量闭合法理论推导全息光栅的视场角,同时介绍了全息光栅的设计方法,该方法是通过分束镜将激光分为物光波和参考光波,且按照一定的入射角度在全息干板上发生干涉来实现。模拟仿真结果表明:该系统显示视场角为18°×14°,出瞳距离为30 mm,传递函数MTF在30 lp/mm时均在0.3以上,满足目视系统的使用要求,可以应用于新一代头盔显示系统中。     

动态全息三维显示研究最新进展

全息三维显示是真三维显示技术, 其原理是利用光学干涉记录和衍射再现将物体或场景的三维信息全部重建出来, 所以观看全息三维图像与观看真实物体或场景的效果一样. 近期全息研究领域有一些突破性的成果被报道, 将推动全息显示的应用不断走向成熟. 本文将重点介绍基于光学材料和空间光调制器为全息图承载载体的动态全息三维显示最新发展状况. 虽然动态全息三维显示研究仍然存在挑战, 但最近研究中已经利用光学材料实现了实时动态全息三维视频显示, 这为未来实现大尺寸、高分辨率、彩色全息真三维视频显示提供了可能.     

自由曲面机载头盔显示器光学系统设计

为了解决传统头盔显示器大出瞳距、大视场与轻型化、小型化间的矛盾,采用径向基函数表征自由曲面设计了一款头盔显示器光学系统。详细论述了径向基函数表征自由曲面的原理,分析了光学系统像差校正方法。在设计中,尝试了一种方法来快速地确定优化起点,分析了该光学系统的成像质量。该光学系统的视场为45°×32°,出瞳大小为15mm,出瞳距为50mm。在奈奎斯特频率处,全视场的调制传输函数(MTF)值大于0.6。在(-22.5°,16°)视场处有最大畸变值-1.54%。系统尺寸56mm×128mm,重量136g。优化设计结果表明,该全息头盔显示光学系统像差小,可以较好地为使用者提供清晰的字符信息或者视频图像。该头盔显示光学系统成像质量好,体积小重量轻,可以应用于新一代机载头盔显示技术。     

实时全息三维显示技术研究进展

全息三维显示技术能有效地重建三维物体的波前，并为人眼提供完整的深度线索，已经成为三维显示领域的研究热点。相比于光学全息，计算全息通过计算机模拟全息图的记录过程，并采用可刷新的空间光调制器替代传统的光学记录材料作为全息图的承载媒介，因而成为理想的实现实时全息三维显示的技术方案。然而，复杂三维场景数据量巨大、空间光调制器调制能力不足以及全息三维显示系统展示度不高等问题仍阻碍了实时全息三维显示的发展。为了克服这些不足，研究者们在算法和硬件两方面做出了许多创新工作。本文综述了实时全息三维显示的进展。首先概述了全息术的基本原理和发展简史，接着详细介绍了全息图快速计算方法和针对现有空间光调制器的波前编码方法，然后讨论了深度学习对实时全息三维显示做出的贡献并介绍了一些典型的全息显示系统，最后对实时全息三维显示的未来发展进行了展望。     

基于视网膜投影显示的头盔显示器设计

传统的透射型头盔显示器虽然可以显示虚拟图像,但当眼睛调节焦距时无法清晰显示虚拟图像,研究一种新型的透射型头盔显示技术,其特点是既可以看到外部景物,也可以同时看到微型显示芯片上所显示的虚拟图像,并且虚拟图像独立于人眼的调节。介绍显示技术的原理,用光学设计软件Zemax完成整体光学系统设计,优化后系统达到衍射极限,滤波投影系统中MTF在60 lp/mm处达到了0.7;用Autocad软件设计了头盔显示器结构。光路成像实验结果表明:设计的系统可以看到外界图像和虚拟图像,当眼睛对外界景物聚焦时,外界景物与虚拟图像都保持清晰,眼睛对外界景物离焦时,外界景物变得模糊而虚拟图像仍然保持清晰。     

三维立体显示技术研究新进展

在分析传统基于二维平面图像的三维立体显示技术的原理及特点的基础上,重点阐述了数字全息三维显示技术的应用研究现状,介绍了三种典型的数字全息显示技术:基于数字合成全息的三维显示技术、基于空间光调制器的数字全息三维显示技术以及基于集成数字全息技术的三维显示技术,并对三维显示技术研究及其应用中存在的关键技术问题进行了分析和讨论。     

基于双重体光栅的波导显示系统视场扩展研究

体全息波导显示系统的视场角受限于光栅衍射响应带宽,无法满足人们对大视场显示的需求。为扩展波导显示视场角,基于严格耦合波理论模型分析了波导显示视场角的影响因素,进一步提出了一种可有效扩展衍射响应带宽的双重体光栅波导结构,通过变角度分次曝光法完成光栅制备,并搭建全息波导显示系统。成像结果表明,该显示系统的水平和竖直视场角可分别扩展至33.4°和22.6°,对角线视场角为40.3°。     

三维显示技术

本文简要叙述了三维显示的基本原理和特性．概述了体视对显示技术、自体视显示技术、空间加载显示技术和全息显示技术的原理和方法．介绍了目前在电影、电视、图象等领域已经实用的三维显示技术．描绘了三维显示技术和计算机技术相结合的发展前景．     

折/衍混合微光夜视头盔显示器光学系统设计

设计了穿透式双通道单目微光夜视头盔的光学系统。其中微光物镜视场角为± 14°,f数为 1.4 ,含有一个衍射面。设计结果可兼容输入面尺寸为18mm ,面型为平面的二代和三代微光像增强器 ;最大畸变小于 0 .5 % ,可用于夜间精确瞄准与测量。考虑黑暗环境使用的安全问题 ,显示系统采用穿透式双通道单目光学系统 ,实现内部图像和外部真实世界的同时观察。显示系统的特性参量为 :出瞳尺寸为 15mm (H)× 10mm (V)、视场为[± 14°(H) ]× [± 10° (V) ]、出瞳距离为 2 5mm。采用全息组合器大大提高能量利用率。设计结果系统角分辨力为0 .6mrad ,最大畸变为 3%。显示系统结构紧凑 ,可与输出面尺寸为18mm的图像源相连。     

Hybrid diffractive-refractive 67°-diagonal field of view optical see-through head-mounted display

Design of a wide-angle off-axis optical see-through head-mounted display (HMD) becomes a challenge since its weight and size are constrained by human factors. Diffractive optics has the potential to play a key role in several areas of head-mounted display. They can reduce size and weight while providing some unique functions that would be difficult to implement with conventional refractive optics. This paper presents a 67°-diagonal field of view, wide spectral band hybrid diffractive-refractive see-through head-mounted display (HMD) using off-axis optics. It possesses a 10 mm exit pupil and a 22 mm eye relief, and satisfies the requirements of human factors. The whole optical system is suitable for a 20 mm-diagonal color liquid crystal display (LCD) with XGA resolution.     

基于光场重构的空间三维显示技术

真实空间三维显示可以通过精确再现三维物体的空间光场分布来实现.依据三维景物空间光场分布特性,提出并介绍基于光场重构的真实空间三维场景显示的基本原理与方法.实验表明,利用光场重构原理,可以运用现有的光学空间光调制器构造出比全息再现更为优越的真实三维显示.     

用于头盔显示器的折/衍混合目镜设计

设计了一个用于头盔显示器的40°目镜,由两片镜组成,其中含有一个二元衍射面和一个非球面.该折/衍目镜具有10 mm的出瞳直径和25 mm的出瞳距离,结构紧凑,总重量仅为16.6 g.像差特性优于传统的折射目镜,轴上视场传递函数良好,适用于SXGA分辨率的显示.     

21世纪的光学和光电子学讲座 第四讲 光全息术及相关产业的现状与发展

简要地叙述了光全息术半个世纪以来的发展,并就其应用较为广泛和产业化较为成熟的全息干涉计量全息存贮、显示全息和模压全息及其产业的现状与发展作了概述。     

A novel three-dimensional holographic display system based on LC-R2500 spatial light modulator

A novel holographic display system is proposed in this paper. The system takes LC-R2500, a kind of reflective liquid crystal spatial light modulator, (LC-SLM) as the core display unit, which can meet the requirement of real-time reconstruction of three-dimensional (3D) objects from holograms in free space. The relationship between hologram recording and image reconstruction is discussed, and the parameters associated with the magnification of reconstructed image over original object are determined. Experimental results of holographic display using the system are also given in the end.     

A new image processing method for evaluating the pupillary responses in a HMD-type eye-tracking device

In this paper, a new image processing method for evaluating the pupillary responses is described. This system is based on an eye-tracking system, using eye tracking and pattern recognition techniques with appropriate hardware and software. This pupillary response evaluation system includes a head-mounted display and a pinhole CCD camera. When the subject uses the head-mounted display to browse the screen of a computer, the CCD camera catches images of the subject's eye and transmits it to the computer. The program in the computer calculates the location and size of the pupil in the images. The pupil area calculation weighting function, visual fatigue detection, concentration detection, and eye/HMD slide compensation are included in the system. This allows the system to detect the pupil under different conditions. This system will know if anyone is using the system, then it evaluates the operating conditions of the subject, if the adjustment is correct, and guides the operator in using the system. The experimental results verified that this image system provides an economical and effective method for evaluating pupillary responses.     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。