头戴式AR系统中激光扫描带斑抑制与光路设计

"本文主要探讨了在激光扫描头戴式增强现实系统中如何抑制带斑现象，以及一种采用扩散片的扩束抑制方法，并详细介绍了相关的光学设计。" 激光扫描头戴式增强现实系统（LBS-based Head-Mounted Augmented Reality System）是一种将虚拟信息与现实世界融合的技术，它通过激光扫描技术实现图像的生成和显示。在这样的系统中，激光扫描（Laser Beam Scanning, LBS）与光栅光波导（Grating Lightwave Guide）直接耦合是常见的显示方式，但这种耦合过程中可能出现带斑（Banding）现象，影响图像质量和用户体验。 带斑现象，是指在显示设备中，由于光束在传播过程中的不均匀性导致的图像条纹或者色带，这通常源于光学元件的表面质量问题、光束传播的非线性效应以及系统光学设计的不足。带斑现象的存在不仅降低了图像的清晰度，还可能引发视觉疲劳，因此需要对其进行有效的抑制。 针对这一问题，文章提出了一种加入扩散片的扩束抑制策略。扩散片的作用是通过散射光束，使得光束的分布更加均匀，从而减少因光束不均匀性导致的带斑。通过实验和理论分析，该方法被证明能够在扩束光路结构中有效地抑制带斑现象，提高了系统的成像质量。 接下来，文章对抑制带斑现象的小尺寸、大视场中继光路进行了设计优化。中继光路的设计至关重要，因为它决定了系统的视场大小、成像质量以及整体尺寸。优化后的中继光路系统长度小于25毫米，这使得设备更加轻便，适合头戴式应用。在截止频率为43 lp/mm时，前端和后端的各视场的调制传递函数（Modulation Transfer Function, MTF）值均大于0.3，表明图像细节保留良好；同时，畸变控制在±2.2%以内，确保了图像的失真度在可接受范围内。 这种方法对于基于LBS的头戴式增强现实显示系统来说，具有重要的实践意义。它不仅提供了有效抑制带斑现象的解决方案，也为未来相关领域的研究和发展提供了有价值的参考。文章的贡献在于结合几何光学原理，创新性地解决了增强现实显示中的一个关键问题，有望推动头戴式增强现实技术的进步，进一步提升用户体验。