作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 惠州市华阳多媒体电子有限公司,广东 惠州 516005
车载平视显示(HUD)系统是一种汽车辅助驾驶技术,它可以将车辆信息以可视化方式投影到驾驶员的前方视野。为了使驾驶员在行驶过程中在远、中、近不同的距离下都能通过HUD获取信息,采用双自由曲面离轴三反射系统,设计了一款虚像距离为10 m、7.5 m、3.5 m,对应的视场角为15°×5°、12°×3°、6°×1°的AR-HUD光路。该光路中,在虚像距离为3.5 m处的像面仅显示车速、油量等基本驾驶信息,为固定像面;在虚像距离为7.5 m和10 m处的像面显示辅助驾驶虚拟信息,其中10 m处的像面可以和实景相融合,且这两个像面会根据当前车辆与前方障碍物的距离切换,有效缓解驾驶员的视觉疲劳。三个距离中心眼点处的光斑均落于艾里斑之内,调制传递函数均接近衍射极限,网格畸变值均小于5%,动态畸变值均小于5′。
车载平视显示 自由曲面 三像面 光学设计 虚像距离 
激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011012
作者单位
摘要
1 辽宁工程技术大学电子与信息工程学院,辽宁 葫芦岛 125105
2 辽宁省无线射频大数据智能应用重点实验室,辽宁 葫芦岛 125105
三维物体的空间结构复杂,光波场很难用具体的函数准确描述,三维显示非常困难。提出一种硅基微机电系统(MEMS)二维扫描平台与超表面元件集成的三维显示技术,利用视觉暂留特性,建立快速三维显示扫描片上结构,理论上实现了物像信息的三维图像的重构。利用层析法实现物体的三维显示,采用Gerchberg-Saxton(GS)算法获得单层二维图像单元相位值,建立基于几何相位原理的二维超表面结构,获得了二维全息平面像。依据空间、时间序列构建了由离散的多层超表面二维全息像形成的物体三维显示。结果表明:所获得的二维全息像峰值信噪比大于20 dB;所设计的片上二维扫描平台在0.1 s内能够完成9幅二维全息像的叠加,三维显示的帧率达11 frame/s。研究成果为快速调制的三维显示提供了微型化的系统级解决方案和理论模型。
超表面 微机电系统 全息成像 三维显示 
激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011011
作者单位
摘要
北京邮电大学电子工程学院,北京 100876
提出一种基于双层半色调图像联合编码的光场显示装置。该装置由准直背光、双层菲林片、滤光片、非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜组成。菲林片用于显示半色调光场编码图像,滤光片用于实现红绿蓝三色通道,非球面柱透镜阵列和垂直扩散膜用于调控光线的出射方向。为了实现超多视点和高灰阶的光场显示,利用双层菲林光场编码提升视点数目,利用半色调图像联合优化方法合成双层菲林结构上的光场编码图像,扩展灰阶范围。在验证实验中,实现了超多视点、高灰阶、彩色的三维光场显示效果,视点数量达到165个,灰阶达到256×256×256。
三维显示系统 光场显示 体像素 灰阶等级 
激光与光电子学进展
2024, 61(10): 1011001
林珊玲 1,2谢欣欣 1,2林坚普 1,2,*林志贤 1,2,3郭太良 2,3
作者单位
摘要
1 福州大学 先进制造学院,福建 泉州 362251
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室,福建 福州 350116
3 福州大学 物理与信息工程学院,福建 福州 350116
彩色电泳电子纸 误差扩散 饱和度 边缘检测 图像增强 color electrophoresis display error diffusion saturation edge detection image enhancement 
光电工程
2024, 51(1): 230309
Yuncheng Liu 1†Ke Xu 1†Xuhao Fan 1Xinger Wang 1[ ... ]Hui Gao 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics and School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Optics Valley Laboratory, Wuhan 430074, China
Interactive holography offers unmatched levels of immersion and user engagement in the field of future display. Despite of the substantial progress has been made in dynamic meta-holography, the realization of real-time, highly smooth interactive holography remains a significant challenge due to the computational and display frame rate limitations. In this study, we introduced a dynamic interactive bitwise meta-holography with ultra-high computational and display frame rates. To our knowledge, this is the first reported practical dynamic interactive metasurface holographic system. We spatially divided the metasurface device into multiple distinct channels, each projecting a reconstructed sub-pattern. The switching states of these channels were mapped to bitwise operations on a set of bit values, which avoids complex hologram computations, enabling an ultra-high computational frame rate. Our approach achieves a computational frame rate of 800 kHz and a display frame rate of 23 kHz on a low-power Raspberry Pi computational platform. According to this methodology, we demonstrated an interactive dynamic holographic Tetris game system that allows interactive gameplay, color display, and on-the-fly hologram creation. Our technology presents an inspiration for advanced dynamic meta-holography, which is promising for a broad range of applications including advanced human-computer interaction, real-time 3D visualization, and next-generation virtual and augmented reality systems.
interactive display meta-holography bitwise operation ultra-high frame rate 
Opto-Electronic Advances
2024, 7(1): 230108
Author Affiliations
Abstract
1 Shandong Inspur Artificial Intelligence Research Institute Company Limited, Jinan 250013, China
2 MIIT Key Laboratory of Photonics Information Technology, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Active metasurfaces have recently attracted more attention since they can make the light manipulation be versatile and real-time. Metasurfaces-based holography possesses the advantages of high spatial resolution and enormous information capacity for applications in optical displays and encryption. In this work, a tunable polarization multiplexing holographic metasurface controlled by an external magnetic field is proposed. The elaborately designed nanoantennas are arranged on the magneto-optical intermediate layer, which is placed on the metallic reflecting layer. Since the non-diagonal elements of the dielectric tensor of the magneto-optical material become non-zero values once the external magnetic field is applied, the differential absorption for the left and right circularly polarized light can be generated. Meanwhile, the amplitude and phase can be flexibly modulated by changing the sizes of the nanoantennas. Based on this, the dynamic multichannel holographic display of metasurface in the linear and circular polarization channels is realized via magnetic control, and it can provide enhanced security for optical information storage. This work paves the way for the realization of magnetically controllable phase modulation, which is promising in dynamic wavefront control and optical information encryption.
active metasurface magneto-optical effect polarization multiplexing holography dynamic holographic display 
Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 043601
作者单位
摘要
1 西安工业大学光电工程学院,陕西 西安 710021
2 惠州市华阳多媒体电子有限公司,广东 惠州 516006
设计了一种基于离轴反射式光学结构、投影距离可以改变的增强现实型平视显示(AR-HUD)系统,以降低驾驶员的视觉疲劳。其中,眼盒的大小为130 mm×50 mm,虚像投影距离为3~10 m,可以通过改变图像生成单元(PGU)到一级镜的距离和像源尺寸的方式实现投影距离连续可调。通过随机取样的方式,在投影距离变化范围内随机选取一个投影距离对系统进行像质分析,证明投影距离连续可变。视场角(FOV)在投影距离的可调范围内恒为15°×5°,畸变小于5%,动态畸变小于5′,MTF在5 lp/mm处优于0.5。结果表明,当车辆与前方物体距离较近时,AR-HUD系统可以根据需要改变虚像的投影距离,且能保证像质始终符合规格。
光学设计 平视显示器 光学变倍 投影距离 离轴三反系统 
光学学报
2024, 44(8): 0822001
杨通 1,2,*王永东 1,2吕鑫 1,2程德文 1,2王涌天 1,2
作者单位
摘要
1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心,北京 100081
光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力;全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中,将自由曲面与全息光学元件相融合,可以获得较为优秀的系统指标和系统性能,使系统形态更加紧凑、轻便,且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等,阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法,基于对全息光学元件的分类,总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用,讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。
自由曲面光学 全息光学元件 融合设计 成像与显示系统 
光学学报
2024, 44(9): 0900001
韩东成 1,2,3杨世植 1,3,*赵强 4,**张亮亮 5邓燕 4
作者单位
摘要
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科技大学研究生院科学岛分院,安徽 合肥 230026
3 安徽省先进激光技术实验室,安徽 合肥 230037
4 安徽建筑大学环境与能源工程学院,安徽 合肥 230601
5 安徽省东超科技有限公司,安徽 合肥 230088
本文介绍了一种波长宽、响应快的静态体三维显示系统,包括显示介质、控制系统及激光系统三部分。实验中,选取具有双频上转换效应的NaYF4∶Er@NaGdF4∶Yb@NaYF4∶Er纳米晶溶液作为显示介质。控制系统选用1024×768的数字微镜显示器(DMD)及扫描振镜对红外激光进行投影,使用成像光学软件将立体图像的二维切片转换为DMD/扫描振镜的控制信号。激光系统选用1550 nm和850 nm的红外激光,用适当的光学元件调整光束和光路。最终在纳米晶的环己烷溶液中(1 mmol/mL)以30×1024×768的分辨率实现了绿色(532 nm)三维图像体的快速扫描,图像无闪烁、深度线索自然、可360°观看。该显示系统对材料性能要求不高,搭建方便,显示效果明显,为上转换材料在三维显示领域的初步研究及大尺寸体三维显示技术的探究提供了参考。
体三维显示 双步双频上转换 NaYF4纳米晶 数字微镜显示器 
光学学报
2024, 44(8): 0811002
魏平平 1,2韩超 1,2,*
作者单位
摘要
1 安徽工程大学电气工程学院,安徽 芜湖 241000
2 安徽工程大学高端装备先进感知与智能控制教育部重点实验室,安徽 芜湖 241000
以双向误差扩散算法为基础,通过分析图像振幅分布与生成全息图的关系,建立了全息图误差补偿模型,提出了一种新的纯相位全息图生成方法。首先通过误差扩散模型,计算出复振幅全息图与振幅置1的纯相位全息图的误差,通过对该误差进行误差扩散生成新的纯相位全息图。利用新的纯相位全息图与复振幅全息图计算新的误差,进行第二次的误差扩散,得到最终的纯相位全息图。采用定性和定量的指标来评价仿真成像质量,仿真及光学实验结果表明,改进后的方法能够有效提升再现像的质量,为纯相位全息图制作提供一种新的方法。
全息 全息显示 误差扩散 纯相位全息图 
光学学报
2024, 44(8): 0809001

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