虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)和增強現(xiàn)實(augmented reality,AR)中的近眼顯示要求具有高圖像質(zhì)量揍很，在緊湊的設備外形中支持大視野郎楼、聚焦提示(focus cues)以及大小合適的眼盒。全息近眼顯示有希望滿足這些要求窒悔，并在過去的數(shù)年里取得了顯著的進展呜袁。 全息近眼顯示不同于傳統(tǒng)的近眼顯示，它使用相位型空間光調(diào)制器(spatial light modulator,SLM)對入射光波整形简珠，目標圖像通過干涉的方式形成阶界。
博覽：2021 Optica 基于邁克爾遜全息的全息近眼顯示圖像質(zhì)量優(yōu)化
技術背景：
虛擬現(xiàn)實(virtual reality,VR)和增強現(xiàn)實(augmented reality,AR)中的近眼顯示要求具有高圖像質(zhì)量，在緊湊的設備外形中支持大視野聋庵、聚焦提示(focus cues)以及大小合適的眼盒膘融。全息近眼顯示有希望滿足這些要求，并在過去的數(shù)年里取得了顯著的進展祭玉。 全息近眼顯示不同于傳統(tǒng)的近眼顯示氧映，它使用相位型空間光調(diào)制器(spatial light modulator,SLM)對入射光波整形，目標圖像通過干涉的方式形成脱货。
用于全息顯示的相位型SLM存在衍射效率低的問題岛都。這是由于其有限的像素填充因子、背板架構(gòu)和其它因素振峻，使得多達20%的入射光可能不會被衍射臼疫，從而產(chǎn)生零級衍射級，這通常會干擾控制的衍射級并顯著降低觀察到的圖像質(zhì)量扣孟。導致目前計算生成全息的圖像質(zhì)量還不如傳統(tǒng)的顯示技術烫堤。
在光學中，同軸和離軸濾波方案是兩種最常用的技術凤价，可最大限度地減少零級衍射鸽斟。同軸濾波在物理上阻擋了傅立葉平面上的未衍射光束，這不可避免地也阻擋了一些低頻成分的衍射光料仗。此外湾盗，當復用三種顏色時伏蚊，這種遮擋操作會更具挑戰(zhàn)性立轧。離軸方法會導致視場減小(使用第一級衍射級的一半)或效率降低(使用更高的衍射級)，而這兩個因素對于近眼顯示來說都是至關重要的。此外氛改，還有通過對校正光束或SLM的像素化結(jié)構(gòu)進行建模的方法來補償零級光束帐萎。最近提出的相機在環(huán) (camera-in-the-loop,CITL) 全息技術可以使用其衍射分量部分補償 SLM的未衍射光，而無需對所有這些項進行明確建模胜卤。
當前不足：
目前的純軟件方法都沒有考慮實際SLM的物理限制疆导，限制了可以利用相消干涉抵消零級衍射的程度。
文章創(chuàng)新點：
基于此葛躏，NVDIA和斯坦福大學的Suyeon Choi(第一作者),Jonghyun Kim(通訊作者)和Gordon Wetzstein等人提出了使用兩個SLM的Michelson全息澈段，并結(jié)合CITL優(yōu)化方法，使得一個SLM的衍射光可以與另一個SLM的非衍射光形成相消干涉舰攒，因此败富，非衍射光可以用于目標圖像形成而不是產(chǎn)生散斑或者其它的偽影，從而大大提升圖像質(zhì)量摩窃。
原理解析：
(1)目標圖像形成兽叮。如圖1所示，由激光生成的源場入射到兩個空間光調(diào)制器(SLM)上猾愿，每一個SLM以一定的衍射效率對入射光產(chǎn)生不同的相位延遲(即每個SLM顯示不同的pattern)鹦聪。兩個SLM反射的場均包含衍射光和非衍射光，并在目標平面疊加形成目標圖像蒂秘。
(2)CITL校正泽本。目標圖像的形成不是一蹴而就的，需要通過迭代的方式不斷比較目標平面的圖像與目標圖像的誤差來更新兩個SLM上的相位模式姻僧，最終得到針對特定目標圖像SLM所需要顯示的相位模式观挎。而在這里，通過增加一個相機來捕捉這種迭代計算生成全息算法的中間圖像段化，并將實際捕捉到的圖像代入迭代優(yōu)化過程(不同于用計算值代入下一次迭代嘁捷，這里使用實測值代入，實測值包含了衍射項和非衍射項的貢獻)显熏，從而自動優(yōu)化兩個SLM的最終相位模式雄嚣。具體算法流程見附錄。
視頻1：（1SLM CITL是作者實驗室先前的工作喘蟆，只用了一個SLM）
視頻2：
附錄：
目標平面SLM1和SLM2產(chǎn)生光場
缓升，
，
η是衍射效率蕴轨。ф是SLM對入射光的相位延遲港谊。
是SLM上的入射場。
要解決的問題：
算法1：
算法2：
實驗裝置圖
參考文獻：Suyeon Choi, Jonghyun Kim, Yifan Peng, and Gordon Wetzstein, "Optimizing image quality for holographic near-eye dISPlays with Michelson Holography," Optica 8, 143-146 (2021)
DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.410622
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