摘要：为了进一步小型化头戴式显示装置(Head-worn Display,HWD),提出一种基于非对称光纤悬臂梁(Asymmetrical Fiber Cantilever,AFC)的李萨如轨迹扫描近眼显示系统,以及李萨如轨迹上的像素划分准则。研究了该系统的扫描轨迹、图像重建能力、显示分辨率和显示帧速率的影响因素。根据高分辨率、高帧速率指标设计了正交谐振频率组成,确定了非对称光纤悬臂梁的结构参数。研制的显示单元实物直径为2 mm,长度为19 mm。谐振频率下的分辨率为160×120 pixel,帧速率为10 Hz,图像重建误差率为0.002%,最高分辨率能够达到290×220 pixel,最高帧速率为95 Hz。基于显示单元实物搭建了光纤扫描式近眼显示系统,使用相机模拟人眼观察记录了该显示系统的实验结果,验证了基于非对称光纤悬臂梁的HWD显示性能及其未来应用潜力。

摘要：设计一种基于双目CMOS相机的近眼显示测试设备,在此基础上提出了主要光学参数的测量方法。根据NED光学相关原理,通过推导建模、系统设计和标定实验,实现了对NED器件光学参数的快捷、低成本测量。最终通过实验可见,本测试系统比传统系统的测量时间节省约60%,并且关键参数测试误差小于5%。

摘要：增强现实近眼显示器是信息显示技术领域的研究热点之一。针对传统近眼显示系统结构存在的视场与体积不能兼顾的瓶颈技术问题,超表面光学元件凭借其光场多维物理量的调控能力和平面集成化优势,为开发大视场轻薄紧凑化的近眼显示器提供了新思路。首先介绍了超表面光场调控原理,重点分析了基于超表面的多种增强现实近眼显示光学系统设计方案,主要包括基于超表面和自由曲面的光学系统设计方案、基于超表面的视网膜投影显示设计方案、基于超表面的光波导设计方案及全息显示设计方案等,讨论了超表面在增强现实近眼显示领域面临的挑战,并对其未来的前景进行了展望。

摘要：针对近眼显示系统视场小、体积笨重、柔性差、量产性差等问题,文章采用在系统中加入自由曲面和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基的设计方法。论述了柔性近眼显示光学系统的设计要求和工作原理,进行初始结构建立;分析了系统杂散光产生的原因,进行杂散光抑制设计;采用XY多项式自由曲面替换传统非球面,进行系统像差校正;采用柱面波导模拟波导弯曲,进行柔性波导弯曲优化分析,设计出一款兼备柔性弯曲能力、大视场和高成像质量的近眼显示光学系统。设计的近眼显示系统工作波段为400~700nm,出瞳直径为8mm,视场角为30°,厚度为1.5mm。在截止频率71lp/mm处,全视场的调制传递函数值均大于0.1,畸变小于5%,在波导变形弯曲半径大于500mm情况下,全视场的调制传递函数值在截止频率15lp/mm处均大于0.1,系统重量约为22.8g。设计结果表明实现了近眼显示光学系统小型化、轻量化和柔性化,可应用于新一代的头盔显示系统中。

摘要：随着元宇宙概念的逐渐火爆,用于虚拟现实和增强现实(VR/AR)的可穿戴近眼显示设备也获得了巨大的关注。一款终极的VR/AR头戴式设备必须将显示器、传感器和处理器集成在一个紧凑的外壳中,人们可以长时间舒适地佩戴,同时提供良好的沉浸式体验和友好的人机交互体验。面向视觉舒适度的设计理念对于下一代VR/AR设备至关重要。在众多可以提供三维视觉效果的显示技术中,全息显示技术能够提供包含所有三维观看线索的真实自然的三维显示效果,同时由于其衍射成像的特点在人眼视觉像差矫正及保持紧凑外形尺寸等方面都具有独特的优势,成为了未来近眼显示设备的潜在理想技术方案。在这篇综述中,从视觉舒适度的角度调研和总结了全息近眼显示技术的最新进展。首先在视觉感知的背景下介绍了人眼视觉系统,随后对全息近眼显示在动眼眶、视场角、散斑噪声、三维波前计算和全彩色显示等有关视觉舒适度的研究方向进行了全面综述,最后总结和讨论了全息近眼显示技术在未来的潜在应用场景。

摘要：基于现有的相位空间光调制器,提出并实现了计算机制相位彩虹全息近眼显示。指出带限条件下物光在全息面上相位分布的计算及高频闪耀光栅纵向色散的控制是实现相位彩虹全息的关键要素。在计算相位彩虹全息图时,首先利用带限条件下的角谱衍射算法获取全息面上物光的复振幅分布,并利用双向误差扩散算法将复振幅分布编码为相位分布。然后,对参考光对应的高频闪耀光栅的相位进行编码,得到计算机制相位彩虹全息图。最后,设计了包含白色点光源、准直透镜、空间光调制器、4f滤波系统及目镜的全息彩色近眼显示系统,并通过光学再现获得了相位彩虹全息近眼显示效果,证明了所提方法的有效性。

摘要：为提升用户体验,近眼显示设备应轻量化且具备高分辨率和高刷新率,传统视频压缩方案难以满足需求。针对这一问题,本文将运动估计应用于位平面压缩,将恰可察失真映射至位平面以指导运动估计的匹配准则。同时,从虚拟现实领域中数字驱动微显示器的应用场景出发,使运动估计的搜索范围根据刷新率自适应。最后,结合人眼临界频率与位平面的关系,设定匹配阈值进一步消除冗余。本文提出了一种基于位平面运动估计的视频压缩方案,以此设计数字驱动微显示器控制器并搭建系统验证设计。实验结果表明,该方案平均压缩比为9.3288,压缩效率较高。解码后的图片平均峰值信噪比为22.8103 dB,结构相似度为0.9466,恰可察失真到位平面的映射有效,图片质量和渲染效果良好,符合人眼的直观感受。

摘要：针对近眼显示对显示画面的分辨率和刷新率有很高的要求,导致数据传输带宽过高的问题,本文借助人眼对细节分辨能力空间变化的特性,提出一种基于人眼凝视点自适应的中心凹图像传输算法,并建立包含压缩比和像素距离的压缩比金字塔,设计了一款人眼凝视点自适应的近眼显示控制器,较大幅度地降低数据传输带宽。通过MATLAB仿真软件对系统实现方法进行理论验证。借助FPGA平台设计视频编解码模块,并在分辨率为1600×3×1600的硅基OLED微显示器上验证了该方法的可行性。实验结果表明,当视距为2且凝视点在图像坐标中心和原点时,综合压缩比分别为12.257和42.946,待传输像素总数分别为原始图像像素总数的8.16%和2.33%。该算法有效降低近眼显示领域的数据传输带宽,满足近眼显示领域对视频信息实时渲染的需求。

摘要：为适应单色增强现实光学系统体积更小、更易佩戴、视场更大、成像更清晰明亮的要求,文中基于双光栅和平面波导技术原理,完成了光学系统的设计和显示效果评价。基于Zemax软件实现了目镜光学系统、耦合光学系统、平面波导系统和耦合出系统模型优化及建立。以真实图像传输为目标,对仿真结果进行实验验证。实验研究表明:在单波长为532 nm,出瞳距离为8 mm条件下,系统结构正确合理,可以实现20°视场和10 mm的大出瞳显示,图像相似度为34.8。

摘要：为了改善全息波导器件的衍射效率,提出了一种结合了几何波导和全息波导的二维扩展的新型近眼显示器。几何波导对目镜出瞳进行垂直扩展,全息波导对目镜出瞳进行水平扩展,从而得到更大的窥视窗。为了提高耦合过程中光学效率,重点分析了目镜的出瞳位置和耦入光栅的长度和周期。对耦出光栅阶梯状的衍射效率分布拟合得到连续的衍射效率曲线,使窥视窗处的所有视场亮度均匀。经过仿真,该系统实现了30°(水平)×40°(垂直)的视场和30 mm(水平)×22 mm(垂直)的窥视窗。仿真得到的系统在不考虑误差的情况下零视场的光学效率达到88.36%,边缘视场的最小光学效率达到53%。