显示专题 | 复用编码全息彩色视网膜投影显示（OSA OE）

复用编码全息全彩色视网膜投影近眼显示Full-color retinal-projection near-eye display using a multiplexing-encoding holographic method

本期导读

视网膜投影显示（RPD）在人眼调节晶状体聚焦在不同的深度位置时，图像清晰度不会发生明显改变，是一种缓解近眼显示系统中普遍存在的辐辏聚焦失配问题的重要方法。传统视网膜投影显示系统需要压缩系统传输过程中的光扩展量，使得系统笨重，也难以灵活控制出瞳的位置。近年来，结合全息显示方法的视网膜投影显示应运而生。然而，目前全息视网膜投影显示仅实现单色呈现；另一方面，全息显示受限于空间光调制器的光扩展量难以实现大角度大出瞳直径的呈现。从一个角度而言，将全息方法和视网膜投影显示相结合可以充分利用了传统全息方法光扩展量小的特点。鉴于此，来自北京理工大学、新加坡南洋理工大学和北京电影学院的研究人员提出了一种基于复用编码全息的视网膜投影近眼显示方法，实现了全彩色动态高清视网膜投影显示，为缓解近眼显示的辐辏聚焦失配问题提供了新的解决方案。该工作以论文形式发表于美国光学学会（OSA）的核心期刊《Optics Express》上。

技术路线

技术实现上，该研究将红绿蓝三色激光器以不同的角度照射在一个纯相位反射型空间光调制器上，利用计算全息方法对三色光分别进行编码并相加，获得加载在空间光调制器上的计算全息图。由此，全息图像通过光学透射式近眼显示目镜放大，直接投影到人眼视网膜上，人眼也可同时透过目镜看到真实世界。

图1. 复用编码全息方法的编码（a）和重建（b）示意

在实现全彩色图像呈现方面，应用复用编码全息方法同时也要考虑红绿蓝三个波长图像相关的串扰，需要在物理空间上对于三束照明光进行分离(如图2所示)，在计算全息编码过程中使用的参考光束是沿水平方向具有不同入射角的平面波。同时在图像重建的过程中，采用4F透镜系统和空间带通滤波器来消除包括0阶和高阶项等杂散光，以获得高质量的动态全息场景，最终系统图如图2所示。

图2. 实验系统装置示意图

该研究工作根据提出的基于复用编码全息的全彩色视网膜投影近眼显示方法搭建系统，实现动态全彩色全息视网膜投影显示，实验装置显示如图3所示。在实验过程中使用微单相机模拟人眼观察的过程，图3(e)和3(f)为相机聚焦在2m时相机获得的图像，远处物体清晰而近处物体模糊；图3(g)和3(h)为相机聚焦在0.5m时相机获得的图像，近处物体清晰而远处物体模糊。在相机聚焦不同位置的时候，全息生成的虚拟图像都清晰，视网膜投影方法得到验证。

图3. 实验结果图示意原始图像(a-b)，彩色仿真图像(c-d)，相机聚焦在2m时相机获得的图像(e-f)，相机聚焦在0.5m时相机获得的图像(g-h)。

论文信息：

W. Song, X. Li, Y. Zheng, Y. Liu, and Y. Wang, "Full-color retinal-projection near-eye display using a multiplexing-encoding holographic method," Opt. Express 29, 8098-8107 (2021).

技术细节详见：

https://doi.org/10.1364/OE.421439

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