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Geometric lightguide for near-eye light field displays

光学 准直器 准直光 杂散光 照度 光场 光束 视野 焦距 全内反射 波前 反射(计算机编程) 出瞳 物理 计算机科学 小学生 镜头(地质) 激光器 程序设计语言
作者
Shan-Ling Chen,Li-Wei Fu,Jiun-Woei Huang,Kuang-Tsu Shih,Homer H. Chen
出处
期刊:Applied Optics [Optica Publishing Group]
卷期号:63 (6): 1457-1457
标识
DOI:10.1364/ao.503572
摘要

Most near-eye displays with one fixed focal plane suffer from the vergence–accommodation conflict and cause visual discomfort to users. In contrast, light field displays can provide natural and comfortable 3D visual sensation to users without the conflict. This paper presents a near-eye light field display consisting of a geometric lightguide and a light field generator, along with a collimator to ensure the light rays propagating in the lightguide are collimated. Unlike most lightguides, which reduce thickness by employing total internal reflection that can easily generate stray light, our lightguide directly propagates light rays without total internal reflection. The partially reflective mirrors of the lightguide expand the exit pupil to achieve an eyebox of 13mm(horizontal)×6.5mm(vertical) with an eye relief of 18 mm. The collimator and the light field generator, both having effective focal lengths different in the horizontal and vertical directions, are designed to provide a 40-deg diagonal field of view. The working range of the light field generator, which is 30 cm to infinity, is verified qualitatively and quantitatively by experiments. We optimize the illuminance uniformity and analyze the illuminance variation across the eyebox. Further, we minimize the ghost artifact (referring to the split-up of light fields replicated by the partially reflective mirrors) by orienting the partially reflective mirrors at slightly different angles to enhance the image quality for short-range applications such as medical surgery.
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