Holographic displays are a promising technology for immersive visual experiences, and their potential for compact form factor makes them a strong candidate for head-mounted displays. However, at the short propagation distances needed for a compact, head-mounted architecture, image contrast is low when using a traditional phase-only spatial light modulator (SLM). Although a complex SLM could restore contrast, these modulators require bulky lenses to optically co-locate the amplitude and phase components, making them poorly suited for a compact head-mounted design. In this work, we introduce a novel architecture to improve contrast: by adding a low resolution amplitude SLM a short distance away from the phase modulator, we demonstrate peak signal-to-noise ratio improvement up to 31 dB in simulation and 6.5 dB experimentally compared to phase-only modulation, even when the amplitude modulator is 60$\times$ lower resolution than its phase counterpart. We analyze the relationship between diffraction angle and amplitude modulator pixel size, and validate the concept with a benchtop experimental prototype. By showing that low resolution modulation is sufficient to improve contrast, we open new design spaces for high-contrast holographic displays.


翻译:全息显示技术为沉浸式视觉体验提供了前景广阔的技术方案,其实现紧凑型结构的潜力使其成为头戴式显示设备的理想候选。然而,在紧凑型头戴架构所需的短传播距离下,使用传统纯相位空间光调制器(SLM)时图像对比度较低。虽然复振幅SLM可恢复对比度,但这类调制器需要笨重的透镜来实现振幅与相位分量的光学共位,难以适配紧凑型头戴设计。本研究提出一种提升对比度的新型架构:通过在相位调制器近端增设低分辨率振幅SLM,我们实现了相较于纯相位调制高达31 dB(仿真)与6.5 dB(实验)的峰值信噪比提升,即使振幅调制器分辨率仅为相位调制器的1/60。我们分析了衍射角与振幅调制器像素尺寸的关联机制,并通过实验原型系统验证了该原理。通过证明低分辨率调制足以提升对比度,本研究为高对比度全息显示开辟了新的设计空间。

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