研究员为AR眼镜设计基于HOEs的高效近红外波导人眼追踪系统

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基于全息光学元件的近红外波导人眼追踪系统

映维网 2021年09月15日)随着技术的进步和成本的降低,AR/VR头显的研究人员越感越兴趣的一个课题是如何利用眼动追踪,因为相关功能能够允许其专注于提升注视点区域的图像保真度和对比度,以帮助降低计算功耗,而这反过来又能支持更长的续航和更优的形状参数。

但对于今天的大多数眼动追踪系统而言,它们要么体积庞大,要么分辨率低。所以,社区一直在努力寻找合适的解决方案。

能够在薄膜中实现复杂光学功能的体全息光学元件(HOEs)已被证明非常适合AR眼镜。两种富有前景的材料是重铬酸盐明胶(DCG)和干法加工的光聚合物。然而,AR系统中的传感操作需要750nm至900nm范围内的近红外波长。这超过了DCG(350至550 nm)和光聚合物材料(450至650 nm)的正常灵敏度范围。在重建波长不同于构造波长时,这会产生明显的像差,所以光学元件的设计变得复杂起来。

在名为《Design of a waveguide eye-tracking system operating in near-infrared with holographic optical elements的一篇文章中,来自亚利桑那大学的研究人员主要介绍了基于全息光学元件的近红外波导人眼追踪系统设计,并设计了一种实验性的全息耦入透镜,通过在0.6mm厚的玻璃衬底沉积折射率为1.80的光聚合物,以校正由于重构波长变化而引起的主要像差。

另外,为了增加摄像头视场,团队设计并开发了一种具有五个光栅的耦出波导HOEs。

通过上述方式,研究人员设计出一种高效的近红外波导人眼追踪系统。实验证明,所述系统的分辨率达到∼3 lp/mm。另外,系统在850nm的平均效率为∼15%。如果耦出HOE设计成DE为100%,衍射效率可以提高到100%(由于有限的折射率调制范围,850 nm仅为20%)。

请注意,在所述设计,较厚的波导或较低的折射率可以增加波导中的临界角、减少光线反射次数以及减少与耦入全息图的重耦合,从而改善图像质量。

延伸阅读Design of a waveguide eye-tracking system operating in near-infrared with holographic optical elements

但研究人员同时承认,当前的设计依然存在一定的问题,包括鬼影和失真等等。所以在接下来的研究中,团队将继续优化设计并针对挑战进行不同的尝试。

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