Neural Étendue Expander for Ultra-Wide-Angle High-Fidelity Holographic Display

要約

ホログラフィックディスプレイは、空間光変調器を用いてコヒーレントな光ビームの波面を動的に変調することで光場を生成することができ、豊かな仮想現実や拡張現実への応用が期待されています。しかし、既存の動的空間光変調器の限られた空間分解能は、回折角に厳しい制限を課している。その結果、最新のホログラフィックディスプレイは、ディスプレイ面積と回折光の最大立体角の積である低いⒶテンデューを有しています。このため、視野角や表示サイズを犠牲にせざるを得ませんでした。本研究では、この制約を解消するために、「神経型テンデュエータ」を提案します。この新しい光学素子は、自然画像データセットから学習され、コンパクトなフォームファクターと表示コンテンツの人間への忠実度の両方を維持しながら、より高い回折角で超広い視野を可能にします。また、網膜解像度の画像では、PSNRで測定した再構成品質が29dB以上となり、自然画像の64$times$ \tendue expansionを達成しました。これにより、8K画素のSLMを用いた自然画像の超広角ホログラフィック投影が可能となり、FOV126$^circ$、眼球サイズ18.5mmと人間のFOVの85%以上をカバーすることが可能となりました。

要約(オリジナル)

Holographic displays can generate light fields by dynamically modulating the wavefront of a coherent beam of light using a spatial light modulator, promising rich virtual and augmented reality applications. However, the limited spatial resolution of existing dynamic spatial light modulators imposes a tight bound on the diffraction angle. As a result, modern holographic displays possess low \'{e}tendue, which is the product of the display area and the maximum solid angle of diffracted light. The low \'{e}tendue forces a sacrifice of either the field of view (FOV) or the display size. In this work, we lift this limitation by presenting neural \'{e}tendue expanders. This new breed of optical elements, which is learned from a natural image dataset, enables higher diffraction angles for ultra-wide FOV while maintaining both a compact form factor and the fidelity of displayed contents to human viewers. With neural \'{e}tendue expanders, we achieve 64$\times$ \'{e}tendue expansion of natural images with reconstruction quality (measured in PSNR) over 29 dB on retinal-resolution images. As a result, the proposed approach with expansion factor 64$\times$ enables high-fidelity ultra-wide-angle holographic projection of natural images using an 8K-pixel SLM, resulting in 126$^\circ$ FOV and an 18.5 mm eyebox size, covering more than 85% of the human FOV.

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