光學透視增強現實(optical see-through augmented reality,OST-AR)係統提供前所未有的用戶體(ti) 驗，預計將對通信、遠程工作、娛樂(le) 、醫療保健、教育、模擬和培訓等国产成人在线观看免费网站產(chan) 生變革性影響。這些新的用戶體(ti) 驗將數字圖像無縫疊加在用戶周圍的物理環境上。在這些係統中，近眼顯示器是用戶和數字疊加內(nei) 容之間的主要視覺接口。因此，設計OST-AR顯示器以提供視覺上引人注目的結果，同時為(wei) 不同的用戶群體(ti) 提供舒適的體(ti) 驗至關(guan) 重要。為(wei) 此，OST-AR顯示器必須能夠在目標国产成人在线观看免费网站的視場上顯示高質量數字圖像，具有大視野和高度的顏色和亮度均勻性，同時保持設備輕薄。現有的OST-AR係統不能夠同時實現所有這些目標。
博覽:2021 OpticsExpress 用於(yu) 輕薄光學透視AR的全息pancake光學器件
技術背景：
光學透視增強現實(optical see-through augmented reality,OST-AR)係統提供前所未有的用戶體(ti) 驗，預計將對通信、遠程工作、娛樂(le) 、醫療保健、教育、模擬和培訓等国产成人在线观看免费网站產(chan) 生變革性影響。這些新的用戶體(ti) 驗將數字圖像無縫疊加在用戶周圍的物理環境上。在這些係統中，近眼顯示器是用戶和數字疊加內(nei) 容之間的主要視覺接口。因此，設計OST-AR顯示器以提供視覺上引人注目的結果，同時為(wei) 不同的用戶群體(ti) 提供舒適的體(ti) 驗至關(guan) 重要。為(wei) 此，OST-AR顯示器必須能夠在目標国产成人在线观看免费网站的視場上顯示高質量數字圖像，具有大視野和高度的顏色和亮度均勻性，同時保持設備輕薄。現有的OST-AR係統不能夠同時實現所有這些目標。
傳(chuan) 統的OST-AR顯示設計用於(yu) 眼鏡形式時，可以根據空間分布大體(ti) 分為(wei) 三類，即將光學元件和光源放置 1) 在處方鏡片(prescription lens,即驗光後所需要佩戴規格的鏡片)的前麵，2) 在處方鏡片的後麵，或 3) 使用處方鏡片的現有表麵作為(wei) 光波導或一些平麵光波導和處方鏡片排列，以滿足(驗光)處方規格。
當前不足：
盡管全息pancake光學器件已經早在1985年就被設計和製造用於(yu) 眼鏡式顯示，但是到目前為(wei) 止(2021年)還沒有光學透射式的解決(jue) 方案。
文章創新點：
基於(yu) 此，穀歌的Ozan Cakmakci(一作兼通訊)和斯坦福大學的Gordon Wetzstein等人提出第一款基於(yu) 全彩全息偏振折疊式pancake光學器件(4mm厚)的光學透射式AR(OST-AR)係統。視場角為(wei) 29°X12°，大眼動框允許水平方向±10mm和垂直方向±3mm的眼球離心運動(對於(yu) 4mm直徑瞳孔而言)。
原理解析：
光學透射式AR顯示係統包含了微顯示器(0.7'' Sony ECX335C OLED, 8.1um pixels, 1920*1080,500nits)、平麵光波導、偏振分光鏡、線偏振片、全息pancake光學器件(30%光效)等(見圖1A)。
(1) 從(cong) 微顯示器上不同像素點發出的光線經過線偏振片(LP)轉化為(wei) 線偏振光耦合進光波導片(Flat lightguide)，在波導片內(nei) 完成多次內(nei) 反射後經偏振分光片(PBS)反射進入光透射式全息pancake(見圖1B)。
(2) 全息pancake的構成順序為(wei) 四分之一波片(QWP)→全息光學元件(HOE)→偏振分光片和四分之一波片(PBS&QWP)→線偏振片(LP)。由波導片入射進pancake的線偏振光經第一個(ge) 四分之一波片(QWP-1)轉化為(wei) 圓偏振光，然後大多數光線透射穿過全息光學元件(入射光與(yu) HOE的第一次交互，此時入射角不滿足布喇格條件，所以透射為(wei) 主)，然後經過四分之一波片和偏振分光片(PBS&QWP-2)共同作用反射回全息光學元件發生衍射作用(此時反射回的入射角滿足布喇格條件)，全息光學元件開始展現出反射鏡的功能，使得光反射回後續光路(經典pancake的原理見附錄)。
(3) 全息光學元件製作。在AR係統裏，數字圖像光束和自然場景光束的合束是關(guan) 鍵所在。最簡單的合束器是一個(ge) 50:50的分光片，但是對於(yu) 頭戴式、眼睛式的国产成人在线观看免费网站來說太笨重了。全息光學元件是一個(ge) 輕薄的平板，其記錄的是體(ti) 全息圖，隻對滿足布喇格條件(對入射角和波長明確要求)的光形成明亮的衍射再現像，對不滿足此條件的光則相當於(yu) 一個(ge) 透射平板。全息光學元件可以製作成具有各種光學功能的元件，如微透鏡陣列功能，反射鏡功能等。微透鏡功能的記錄和使用見圖2。本文將全息光學元件作為(wei) 反射鏡使用，通過將同軸的準直平麵波與(yu) 同軸的曲率半徑為(wei) 60mm的球麵波在16um厚的光致聚合物(photopolymer)薄膜上幹涉形成(兩(liang) 束光的方向相反，從(cong) 而生成反射模式全息圖)。記錄的全息圖在639nm、532nm、457nm下多色複用記錄(記錄裝置示意圖見附錄)，用於(yu) 彩色顯示。
實驗結果：
圖3A為(wei) 做成可穿戴式的AR顯示器，圖3B和C分別為(wei) 室內(nei) 和室外的實驗結果。圖3D為(wei) AR顯示器各個(ge) 模塊與(yu) 一個(ge) US quarter硬幣的尺寸對比。
附錄：
(1) 經典pancake光學器件的原理。見下圖。
a、顯示器(DISPlay)的出射光經過線偏振片(LP-2)轉化為(wei) P線偏光，
b、流經四分之一波片(QWP-2)轉換為(wei) 右旋圓偏振光(RCP)，
c、流經50/50分光鏡(BS)，
d、透射的右旋圓偏振光流過四分之一波片(QWP-1)轉換成P線偏光
e、被偏振分光片(PBS)以P偏振態形式反射回四分之一波片(QWP-1)
f、P線偏光流經四分之一波片(QWP-1)轉換成右旋圓偏振光(RCP)
g、右旋圓偏振光(RCP)被分光鏡(BS)反射轉換成左旋圓偏振光(LCP)
h、左旋圓偏振光流經四分之一波片(QWP-1)轉換成S偏振態線偏光
i、S線偏光透射偏振分光片(PBS)
j、流經線偏振片(LP-1)以S偏振態進入人眼。
(2) 本文HOE製作裝置
參考文獻：Ozan Cakmakci, Yi Qin, Peter Bosel, and Gordon Wetzstein, "Holographic pancake optics for thin and lightweight optical see-through augmented reality," Opt. Express 29, 35206-35215 (2021)
DOI：https://doi.org/10.1364/OE.439585
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