基于LCOS的眼鏡型透視融合顯示系統(tǒng)-中期檢查報告

中期檢查報告基于LCoS的眼鏡型透視融合顯示系統(tǒng)課題負責人：朱東堂2016年8月項目簡介項目名稱：基于LCoS的眼鏡型透視融合顯示系統(tǒng)所屬領(lǐng)域：信息技術(shù)領(lǐng)域所屬方向：虛擬現(xiàn)實與數(shù)字媒體技術(shù)推薦單位：西安高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)申報單位：西安中興新軟件有限責任公司參加單位：中興通訊股份有限公司、東南大學、北京理工大學、浙江大學項目技術(shù)負責人：朱東堂項目起止時間：2015年1月~2017年12月課題技術(shù)路線闡述目錄中期完成情況課題執(zhí)行情況課題總體目標及考核指標課題總體目標及考核指標200020042008研究大規(guī)模SDRAM器件與數(shù)字邏輯器件共融的集成電路設計和準亞微米厚度液晶盒制造工藝。研究波導器件設計和加工方法。完善眼鏡型透視式增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)的研發(fā)，并進一步進行各項性能指標的測試，完成與課題“基于移動終端的戶外實時視覺定位技術(shù)”進行示范應用場景集成和展示，準備結(jié)題。.”研究大規(guī)模SDRAM器件與數(shù)字邏輯器件共融的集成電路設計和準亞微米厚度液晶盒制造工藝。完成初步搭建眼鏡型透視式增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)在知名學術(shù)期刊和國際會議上發(fā)表高水平的論文1篇，國內(nèi)專利1項.以上成果均在課題期限內(nèi)完成并與課題任務和主要研究內(nèi)容密切相關(guān)，發(fā)表論文標注本課題編號的863計劃資助。初步實現(xiàn)波導器件，波導厚度<2mm，視場角≥40度，出瞳直徑>10mm，亮度達到1000cd/m2的超薄型眼鏡顯示系統(tǒng)。在知名學術(shù)期刊和國際會議上發(fā)表高水平的論文1篇，國內(nèi)專利3項，國際專利3項。以上成果均在課題期限內(nèi)完成并與課題任務和主要研究內(nèi)容密切相關(guān)，發(fā)表論文標注本課題編號的863計劃資助。課題總體目標及考核指標第三年度完善眼鏡型透視式增強現(xiàn)實顯示系統(tǒng)的研發(fā)，并進一步進行各項性能指標的測試，完成與課題“基于移動終端的戶外實時視覺定位技術(shù)”進行示范應用場景集成和展示，準備結(jié)題。微型時間混色LCOS芯片分辨率≥1920×1080，像素單元尺寸≤8um，實現(xiàn)實時彩色顯示，刷新幀率：>60Hz；完成波導期間厚度<2mm，顯示視場角≥40度（對角）出瞳直徑>10mm亮度達到1000Cd/m2相對孔徑：2.8出瞳距：22mm清晰度：中心：MTF≥30%@30lp/mm邊緣：MTF≥20%@20lp/mm畸變：≤2%彩色顯示在該視場角范圍內(nèi)實現(xiàn)虛實融合顯示的超薄型眼鏡顯示系統(tǒng)。本課題會結(jié)合本項目中課題“基于移動終端的戶外實時視覺定位技術(shù)”進行示范應用場景展示，完成旅行時景點的多媒體信息顯示。在知名學術(shù)期刊和國際會議上發(fā)表高水平的論文6篇，國內(nèi)專利7項，國際專利7項。以上成果均在課題期限內(nèi)完成并與課題任務和主要研究內(nèi)容密切相關(guān)，發(fā)表論文標注本課題編號的863計劃資助。提交科技報告4篇：其中，課題年度執(zhí)行報告2篇，課題中期總結(jié)報告1篇，課題驗收報告1篇。對于核心技術(shù)指標，將通過由具備相關(guān)資質(zhì)的第三方機構(gòu)出具測試報告、專家現(xiàn)場測試、直接用戶提供使用報告等方式進行評測。工作計劃考核指標初步實現(xiàn)LCoS芯片，像素單元尺寸≤8um；完成平面波導光學元件的設計、加工、檢測資料檢索調(diào)研；完成平面波導光學系統(tǒng)理論模型建立、雜光分析和設計；完成顯示系統(tǒng)的設計和分析；完成波導頭盔關(guān)鍵工藝可行性分析；開展?jié)赡峥硕囗検阶杂汕娴南癫钚Ｕ夹g(shù)；開展彩色波導頭戴顯示光學系統(tǒng)的設計；開展全息波導頭戴顯示系統(tǒng)的加工及工藝研究；開展消除鬼像和重影的方法的研究；樣機的光學加工裝配及檢測；

中期完成情況

按時完成課題前期擬定的第一年度和第二年度上半年的工作計劃具體完成情況課題技術(shù)路線闡述按照任務書要求，課題組已進行了：Lcos芯片的設計流片及初步測試自由曲面像差矯正波導型頭戴顯示光學系統(tǒng)設計相關(guān)工藝研究鬼像及重影研究及樣機的裝配等的研究工作，建立了相應的實驗裝置

目前工作進展順利，關(guān)鍵技術(shù)路線正確，無需對技術(shù)路線進行調(diào)整課題技術(shù)路線闡述Lcos芯片的設計流片及初步測試自由曲面像差矯正波導型頭戴顯示光學系統(tǒng)設計相關(guān)工藝研究鬼像及重影研究及樣機的裝配等的研究工作，建立了相應的實驗裝置按照任務書要求，課題組已進行了目前工作進展順利，關(guān)鍵技術(shù)路線正確，無需對技術(shù)路線進行調(diào)整課題執(zhí)行情況Lcos執(zhí)行情況光波導執(zhí)行眼鏡系統(tǒng)課題組織運作與其他課題合作Lcos執(zhí)行情況LCos芯片設計1.總體設計2.SOT設計3.時鐘，LP狀態(tài)檢測，使能信號4.串口轉(zhuǎn)并口5.數(shù)據(jù)耦合6.時鐘恢復7.數(shù)據(jù)包識別，ECC譯碼，數(shù)據(jù)包解碼，DSI轉(zhuǎn)DPI和DBILcos仿真與驗證1使能--終端電阻控制及高速接收2串口轉(zhuǎn)并口3.SoT同步序列檢測及譯碼4.整體功能仿真課題執(zhí)行情況–Lcos芯片第一版和第二版流片完成的8英寸LCoS芯片采用第二版芯片實現(xiàn)的單色視頻顯示單色LCoS顯示芯片的視頻顯示小型化像素單元的設計和驗證高速串行接口的設計和驗證課題執(zhí)行情況–Lcos芯片芯片總體設計雙路視頻接口DPI接口、MIPI接口、控制寄存器、驅(qū)動控制器、GAMA_DAC、GAMA電阻陣、行掃描移位寄存器、行驅(qū)動器、列掃描移位寄存器、行緩存、輸出DAC、列驅(qū)動緩沖器和顯示陣列課題執(zhí)行情況–Lcos芯片課題執(zhí)行情況–Lcos芯片設計SoT：Start-of-Transmission數(shù)據(jù)0、1通道離開停止狀態(tài)進入高速從機使能終端電阻控制信號及高速接收信號信號傳送到MIPI模擬電路，高速接收差分放大電路工作主機再發(fā)送高速同步序列：00011101主機依次向從機發(fā)送狀態(tài)LP11-LP01-LP00高速數(shù)據(jù)傳輸標志SoT檢測錯誤，并等待主機重新發(fā)送信號接收到錯誤的同步序列正確接收同步序列，并檢測成功數(shù)據(jù)通道重新回到LP11狀態(tài)，終端電阻控制信號和高速接收信號為0，差分放大電路停止高速接收課題執(zhí)行情況–Lcos芯片時鐘通道LP狀態(tài)檢測使能信號課題執(zhí)行情況–Lcos芯片MIPI接口是采用DDR時鐘對串行數(shù)據(jù)進行采樣，并進行串轉(zhuǎn)并操作，將數(shù)據(jù)傳到通道管理層進行后續(xù)處理。DDR時鐘進行四分頻后作為MIPI數(shù)字部分的高速數(shù)據(jù)傳輸用的時鐘。由于串轉(zhuǎn)并電路基本是屬于數(shù)字邏輯，考慮項目進度，以及對電路的分析，在保證功能正確的情況下對原來的電路進行了適當?shù)男薷?，使其提取的網(wǎng)表能進行綜合和自動布局布線，減少后端版圖設計的工作量。串口轉(zhuǎn)并口課題執(zhí)行情況–Lcos芯片數(shù)據(jù)耦合MIPI接口有兩個數(shù)據(jù)通道，其中通道0具有反向傳輸模式及在Escape模式下進行低功耗傳輸模式。

在高速數(shù)據(jù)傳輸模式，MIPI接口可以采用單通道和雙通道兩種方式進行高速接收。

低功耗數(shù)據(jù)傳輸和從機到主機的反向傳輸都只采用通道0，因此數(shù)據(jù)融合就有兩種方式。數(shù)據(jù)融合電路。對傳輸過來的數(shù)據(jù)進行緩存，以備后面進行數(shù)據(jù)包識別及ECC、CRC譯碼等課題執(zhí)行情況–Lcos芯片時鐘恢復電路MIPI接口中主要有HSBitclk、HSByteclk、LPBitclk、LPByteclk以及內(nèi)部自帶的systemclk。

時鐘恢復電路在高速數(shù)據(jù)傳輸模式下恢復HSByteclk，在低功耗模式下產(chǎn)生和恢復LPBitclk、LPByteclk，兩者共用一個時鐘樹。

時鐘樹前面是一個四輸入與非門，分別對應四個不同時鐘，通過控制信號進行切換控制。課題執(zhí)行情況–Lcos芯片數(shù)據(jù)包識別ECC譯碼DSI數(shù)據(jù)包分長據(jù)包和短數(shù)據(jù)包MIPI接口底層協(xié)議模塊，負責對數(shù)據(jù)包進行識別和ECC、CRC解碼數(shù)據(jù)包無法識別則標志數(shù)據(jù)類型識別錯誤。ECC譯碼能對數(shù)據(jù)進行一位糾錯，并能標志ECC檢測一位錯誤和多位錯誤。當主機發(fā)送Ack請求時，從機將錯誤報告發(fā)送給主機。ECC檢測數(shù)據(jù)正確后輸出數(shù)據(jù)包的DI，然后對DI進行譯碼，對各種不同的DI產(chǎn)生相應的控制信號。課題執(zhí)行情況–Lcos芯片常用的數(shù)據(jù)包的DI解碼，如像素數(shù)據(jù)流的RGB888、RGB666、RGB565格式的數(shù)據(jù)包以及EOT包等。DSI數(shù)據(jù)或命令通過DSI轉(zhuǎn)DPI電路和DSI轉(zhuǎn)DBI電路輸出給顯示器模塊像素數(shù)據(jù)流包解碼DSI轉(zhuǎn)DPI和DBI輸出數(shù)據(jù)包解碼DSI轉(zhuǎn)DPI和DBI像素數(shù)據(jù)流包解碼DSI轉(zhuǎn)DPI和DBI輸出常用的數(shù)據(jù)包的DI解碼，如像素數(shù)據(jù)流的RGB888、RGB666、RGB565格式的數(shù)據(jù)包以及EOT包等。DSI數(shù)據(jù)或命令通過DSI轉(zhuǎn)DPI電路和DSI轉(zhuǎn)DBI電路輸出給顯示器模塊課題執(zhí)行情況–Lcos芯片數(shù)據(jù)包解碼DSI轉(zhuǎn)DPI和DBI課題執(zhí)行情況–Lcos芯片–仿真與驗證使能--終端電阻控制及高速接收主機在向從機發(fā)送高速接收請求序列LP11-LP01-LP00之后，從機接收到正確的序列后即關(guān)閉低功耗狀態(tài)，數(shù)據(jù)通道切換到高速接收狀態(tài)，需要注意的是，時鐘通道需先進入高速傳輸狀態(tài)，數(shù)據(jù)通道才能進入高速接收狀態(tài)。X57_Y、X64_Y、X999_Y分別為時鐘通道、數(shù)據(jù)通道0和數(shù)據(jù)通道1的高速接收終端電阻使能信號，X1113_Y、X1266_Y和X1057_Y分別為時鐘通道、數(shù)據(jù)通道0和數(shù)據(jù)通道1的高速接收使能信號。其余六個信號分別對應時鐘通道的clkp、clkn和數(shù)據(jù)通道的D0p、D0n、D1p、D1n。課題執(zhí)行情況–Lcos芯片串口轉(zhuǎn)并口SoT同步序列檢測及譯碼課題執(zhí)行情況–Lcos芯片

SOT正確接收仿真結(jié)果SoTerrorSoTerrorSoTerrorSoTsyncerror從機在進入高速接收狀態(tài)之后，主機需向數(shù)據(jù)通道發(fā)送高速同步序列，從機在接收到正確的序列后才開始接收像素數(shù)據(jù)。若接收到的同步序列有錯誤，則標志SOT同步序列錯誤，并等待主機重新發(fā)送高速同步序列。SoT同步序列檢測及譯碼課題執(zhí)行情況–Lcos芯片整體功能仿真驗證在正確的激勵下，電路能正確的檢測LP序列及SoT的譯碼，就開始著手建立整個MIPI接口的仿真平臺。確定MIPI數(shù)字部分各個輸入信號線是測試信號還是非測試信號。然后確定各個輸入信號在MIPI進行正常傳輸?shù)那闆r下的值，以此建立仿真平臺的初始化環(huán)境。再參照MIPI協(xié)議的具體說明和數(shù)據(jù)傳輸機制，根據(jù)項目的具體要求和MIPI接口所具有的功能，制定功能仿真計劃，由于此次功能驗證是采用傳統(tǒng)的定向測試驗證設計的正確性。課題執(zhí)行情況–Lcos芯片展示了在測試激勵輸入10幀RGB888格式數(shù)據(jù)的情況下，MIPI的DPI接口RGB圖像數(shù)據(jù)輸出、pclk、DE以及場同步和行同步信號的輸出情況，仿真結(jié)果表明，電路能正確的接收高速數(shù)據(jù)并以DPI格式正確地輸出課題執(zhí)行情況–Lcos芯片波導光學光波導原理與設計重點LightTools分析雜光鬼象雜光的形成投影光學系統(tǒng)設計難點及方法設計投影系統(tǒng)----自由曲面照明光擎技術(shù)方案加工及鍍膜研究消除鬼象和重影方法樣機加工及裝配課題執(zhí)行情況–波導光學課題執(zhí)行情況–波導光學光學顯示系統(tǒng)組成微顯示器投影光學系統(tǒng)波導光學元件圖像

微顯示器

投影光學系統(tǒng)

放大投射

入口反射鏡反射

全反射，耦合輸入

入射到半透半反陣列

部分耦合輸出，部分繼續(xù)傳輸，入射半透半反陣列上再次分光

耦合出射的光線進入人眼課題執(zhí)行情況–波導光學平面光波導的發(fā)展a)沒有利用平板內(nèi)光線的全反射傳輸，視場角受到平板厚度和長度的限制。利用光的全反射，不受限于玻璃平板的厚度和長度，可以利用較薄的玻璃平板達到很大的視場角，但是隨著視場角的增加，系統(tǒng)的出瞳直徑逐漸減小。多個耦合出射半反半透面，取得大視場的同時保證了比較大的眼動范圍。課題執(zhí)行情況–波導光學平面光波導的發(fā)展a)方案所示幾何平面波導視場角受到平板厚度和長度的限制，平板波導中允許的最大半視場角為：

d為平面波導的厚度，L為平面波導的長度b）所示幾何平面波導利用光在波導兩平行平面間的全反射，最大半視場角不再受到平面波導厚度和長度的影響，但出瞳大小受到視場角和出瞳距離的影響ERF為出瞳距離，即眼睛離平面波導的距離，Ωmax為最大半視場角，θ為半反半透面與波導兩平面的夾角c）所示平面波導方案中，采用多個半反半透面作為耦合出射端，實現(xiàn)了出瞳的復制，擴大了出瞳，為了保證經(jīng)相鄰兩個半反半透面耦合出射的光線束的連續(xù)性，相鄰半反半透面間的距離為

課題執(zhí)行情況–波導光學近眼顯示系統(tǒng)的設計中，我們希望得到更薄的厚度的同時取得更大的出瞳，但，出瞳的大小隨著厚度的減小而減小，而且實際加工時厚度越小加工難度越大，所以設計過程中需要選擇合適的波導厚度以取得最佳的效果。課題執(zhí)行情況–波導光學平面波導光學元件是由一組傾斜放置的半反半透鏡和反射鏡面組成，光線經(jīng)耦入端進入波導，經(jīng)全反射在波導內(nèi)傳播，最后經(jīng)半反半透膜耦合出射進入人眼形成圖像。光波導元件是整個顯示系統(tǒng)的核心器件之一,很大程度上影響著頭盔光學系統(tǒng)的光能利用率、雜光的比重、系統(tǒng)的出瞳距離和出瞳直徑，因此它的設計至關(guān)重要。光學元件結(jié)構(gòu)圖課題執(zhí)行情況–波導光學雜光成因光線在平面波導傳播過程中，經(jīng)過其耦入、耦出光學部分時，不完全按預定光路傳播就會造成雜光，因此需要對其雜光成因進行分析，但是由于光線路徑數(shù)量巨大，關(guān)于雜光成因的分析相當復雜。由于平面波導光學元件本身不產(chǎn)生光焦度,需要與耦入光學系統(tǒng)進行匹配，對耦入光學系統(tǒng)的出瞳光路進行了折疊，這要求耦入光學系統(tǒng)的出瞳距離比較大，同時由于楔形平面波導光學系統(tǒng)僅僅對頭盔投影系統(tǒng)的出瞳在一個方向上進行了拓展，造成平面波導耦入光學系統(tǒng)兩個方向(子午、弧矢)的出瞳位置不同，大幅增加了耦入光學系統(tǒng)的設計難度。課題執(zhí)行情況–波導光學波導光學元件的特定結(jié)構(gòu)，探索適合于其結(jié)構(gòu)的光學設計理論和方法。通過專業(yè)的光線追跡軟件LightTools，全面詳細的分析幾何波導光學元件的半反半透鏡對頭盔顯示器光學系統(tǒng)的光能利用率、雜光比重、系統(tǒng)出瞳距離和出瞳直徑等的影響；全面細致的分析了光線在幾何波導的傳播過程中，經(jīng)過投影、耦合和耦出時，光路在波導內(nèi)的傳播規(guī)律，分析產(chǎn)生雜光的原因并提出了有效的雜光抑制方法，在此基礎上，優(yōu)化出了最佳性能的波導光學元件參數(shù)。LightTools分析雜光課題執(zhí)行情況–波導光學鬼像雜光的形成路徑光線在波導元件耦合入射端的反射面上反射了兩次，導致光線在波導元件內(nèi)部的傳輸角度比正常光線大很多，最后入射在耦合出射半反半透面上，出射后的角度與正常光線不同，形成雜光。光線經(jīng)波導元件傳輸后在光線由波導元件左邊平面向右邊平面?zhèn)鬏敃r“撞擊”到半反半透面下表面上，然后發(fā)生了反射，導致光線在波導元件內(nèi)部的傳輸角度與正常光線不同，經(jīng)半反半透面耦合出射后形成雜光。與第二類鬼像路徑類似，也是光在由波導元件左邊平面向右邊平面?zhèn)鬏敃r比正常光線多了一次反射，不同的是這次“撞擊”發(fā)生在半反半透面的上表面。課題執(zhí)行情況–波導光學投影光學系統(tǒng)波導近眼顯示系統(tǒng)將圖像放大和投遠的功能需要通過投影光學系統(tǒng)實現(xiàn)設計難點：

波導對投影光學系統(tǒng)的出瞳進行了折疊，因此投影光學系統(tǒng)的出瞳距離比較大；

同時由于波導僅對投影光學系統(tǒng)的出瞳在一個方向進行了拓展，因此投影光學系統(tǒng)子午和弧矢方向的出瞳位置不相重合，即要設計一個出瞳直徑非常大的目視投影光學系統(tǒng)；同時需保證投影光學系統(tǒng)的體積；設計方法：

采用自由曲面來進行投影光學系統(tǒng)的設計

采用樹脂材料降低光學系統(tǒng)的重量；

自由曲面光學元件的設計過程中，綜合考慮畸變，合理有效的光學結(jié)構(gòu)，像差校正以及全內(nèi)反射、自由曲面加工、鍍膜和膠合工藝以及復雜工作環(huán)境等因素。課題執(zhí)行情況–波導光學出瞳分離：采取多重結(jié)構(gòu)的方式來分別對XOZ方向和YOZ方向進行設計，設計過程中光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，變的只是出瞳位置大小方向。投影系統(tǒng)多重結(jié)構(gòu)兩個方向的視圖投影系統(tǒng)兩重結(jié)構(gòu)的MTF曲線課題執(zhí)行情況–波導光學頭影系統(tǒng)波前像差和垂軸像差曲線圖投影系統(tǒng)兩重結(jié)構(gòu)的場曲和畸變曲線課題執(zhí)行情況–波導光學投影系統(tǒng)第一重結(jié)構(gòu)點列圖投影系統(tǒng)第二重結(jié)構(gòu)點列圖課題執(zhí)行情況–波導光學采用自由曲面光學系統(tǒng)來設計投影系統(tǒng)：降低投影系統(tǒng)的體積和重量可見自由曲面的使用大幅降低了投影系統(tǒng)的體積和重量。目前該系統(tǒng)的設計已經(jīng)完成，但是加工周期比較長，為此，項目組使用已經(jīng)完成加工的自由曲面光學系統(tǒng)研制本項目的原理樣機。自由曲面投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖課題執(zhí)行情況–波導光學自由曲面投影成像傳遞函數(shù)曲線圖課題執(zhí)行情況–波導光學用于樣機試制的自由曲面投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其成像傳遞函數(shù)視場圖課題執(zhí)行情況–波導光學微型化設計:波導頭盔的投影系統(tǒng)照明光擎系統(tǒng)采用微型顯示器件為LCOS顯示器，LCOS顯示器需要配套照明光引擎。為了有效控制波導照明光擎的體積和重量，采用分光鏡和會聚鏡組合的方式。為提高系統(tǒng)的光能利用率和降低LED的直射雜散光，采用了偏振分光和波帶板的技術(shù)，大幅提高系統(tǒng)的光能利用率以及降低直接有害的雜光。照明光擎技術(shù)方案比較課題執(zhí)行情況–波導光學照明光擎光學系統(tǒng)光路結(jié)構(gòu)圖課題執(zhí)行情況–波導光學非球面投影系統(tǒng)和自由曲面投影系統(tǒng)課題執(zhí)行情況–波導光學波導光學元件的加工及鍍膜研究前期加工的時候，為了簡化各分光鏡的鍍膜和加工，各分光鏡表面采用鍍制相同膜系的鍍膜方案，但是鍍制相同膜系必定會造成出瞳位置光照度的均勻性很差，為了提高波導耦合出射光照的均勻性，現(xiàn)在我們考慮另一種鍍膜方案：每個分光鏡表面鍍制不同的膜系，即各個分光鏡膜層的反射率不再相同，經(jīng)過專業(yè)光線追跡軟件LightTools的追跡模擬試驗，最后選定各分光鏡膜層的反射率依次為8.5%、9.5%、12%、16%、22%，模擬試驗結(jié)果表明采用這種鍍膜方案可有效提高耦合出射光照的均勻性。同時為了進一步消除波導光學系統(tǒng)的雜光，在設計膜系時，需要考慮偏振光的使用情況，在膜系的優(yōu)化設計過程中加入不同偏振態(tài)光線的優(yōu)化約束條件，使用p光作為波導器件的成像光束。課題執(zhí)行情況–波導光學各分光鏡之間的平行度對像質(zhì)和雜光有很大的影響，會造成雙像問題和圖像跳躍問題，所以在波導光學元件的加工過程中，需要嚴格保證分光鏡之間的角度一致性公差，為此本項目組將采用先鍍膜膠合，然后按特定角度切割，最后研磨拋光并最終鍍制增透膜的加工工藝來進行波導的加工制作，解決了小塊分光鏡的膠合定位等難題。波導光學元件的加工工藝課題執(zhí)行情況–波導光學自由曲面像差矯正用澤尼克多項式自由曲面校正像差的技術(shù)方案，應用龍格庫塔方法和數(shù)值偏微分法方法對反射型自由曲面進行求解，建立澤尼克多項式來擬和數(shù)值解的反射型光學自由曲面，對自由曲面的波像差進行分析，應用澤尼克像差與賽得和像差的對應關(guān)系進行選擇性像差校正的方法。在頭戴顯示器光學系統(tǒng)方面，課題從澤尼克多項式自由曲面的特性入手，在深入分析澤尼克多項式自由曲面的波像差的基礎上，利用澤尼克多項式與賽得和像差項的相關(guān)性，通過對澤尼克多項式自由曲面的波像差進行分析，選取澤尼克多項式的系數(shù)表征特性描述光學系統(tǒng)的波前邊界，從而進行選擇性地單獨處理各像差系數(shù)，校正在大視場條件下由于視場角的增大而產(chǎn)生的各種軸外像差，從而提高成像清晰度達到擴大視場角的效果。課題執(zhí)行情況–波導光學光學顯示系統(tǒng)設計對波導平板型頭戴顯示光學系統(tǒng)進行了初步設計確定了耦合角、視場等結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)光學性能進行了仿真計算對部件加工工藝進行了研究研究R/G/B型LED形成彩色的時序疊加產(chǎn)生方法提供LCoS圖像產(chǎn)生器件照明的緊湊型照明系統(tǒng)的設計。課題執(zhí)行情況–波導光學由R/G/BLED發(fā)出的光線經(jīng)偏振棱鏡后照射到微顯示LcoS芯片上，LCoS微顯示芯片時序產(chǎn)生紅、綠、藍圖像，LED發(fā)光時序與圖像相匹配，再由偏振棱鏡P光輸出，這部分反射光再經(jīng)偏振棱鏡或TIR棱鏡反射，打到透鏡或柱面鏡上，透鏡為反射，由透鏡曲面反射，再由耦合棱鏡進入波導片，由于光線入射角度在波導片上符合全反射條件，因而在波導片中傳播，在眼位附近由6片棱鏡膠合而成，棱鏡斜面上鍍有一定反射比率的薄膜，當有光線打到斜面時，部分光線出射，在眼位處可以進行觀看，從而使圖像源的像與外界視景疊加在一起映入觀察者眼中。采用多片棱鏡疊加可以擴展左右眼盒大小。光學系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)課題執(zhí)行情況–波導光學全息波導頭戴顯示系統(tǒng)研究進行全息波導耦合矢量研究；制備了基于全息波導的彩色頭戴顯示系統(tǒng)；對衍射效率等參數(shù)進行測量；進行了初始參數(shù)參數(shù)設計，系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)屬于目鏡結(jié)構(gòu)形式，屬于NonPupil形式，即圖像生成器件沒有共軛像，眼睛出瞳作為頭戴系統(tǒng)的出瞳。1）出瞳大?。?0mm*8mm2）視場角：單目視場：40°；雙目視場：40°3）圖像源分辨率：720P（0.37”LCoS）4）像素大小視差：

=60*(XFov/XPixel)=60*40/1280=1.875’(0.545mrad)6）焦距：5）相對孔徑：課題執(zhí)行情況–波導光學消除鬼像和重影的方法研究光學追跡軟件，利用蒙特卡洛方法對鬼像和重影進行分析耦合棱鏡一側(cè)的亮度要高30%左右，出瞳大小為10mm*10mm，能夠滿足要求。課題執(zhí)行情況–波導光學從仿真分析上看來，系統(tǒng)的鬼像與重影對加工精度要求高，在加工檢測及裝配中必須應于注意。課題執(zhí)行情況–波導光學樣機加工和裝配根據(jù)仿真分析，基于彩色波導穿戴系統(tǒng)，采用分辨率1920*1080像素的LCoS顯示器、配合照明系統(tǒng)和波導器件，同時將耦合器件進行光線導入，構(gòu)造出波導型穿戴顯示，搭建了波導頭戴顯示的樣機。課題執(zhí)行情況–波導光學采用自準直儀檢測重影課題執(zhí)行情況–波導光學系統(tǒng)裝配：相關(guān)的干涉檢測，測量面型加工精度課題執(zhí)行情況–波導光學構(gòu)建系統(tǒng)及展示。課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究ID設計硬件系統(tǒng)方案變更外部供應商方案調(diào)VR及發(fā)貨分離式方案：手機端方案眼鏡端方案一體式方案課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究配合光學系統(tǒng)初步完成ID設計課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究CPU：

高通8996Nand：

64GBUFS2.0DDR：

4GB1866MHzLPDDR4DSP：

Hexagon825MHzVideo:

Complete4k60entertainmentsystem(4k60H.265/VP9decodewithuncompressed4kdisplay,HDMI2.0)

Videodecode:1080p240/4K60/8x1080p30:H.264,VP8,HEVC

8/10-bit,VP91080p60

Videoencode:1080p120/4K30/4x1080p30:H.264,VP8,HEVC

Concurrentvideo:4K60decode+4K304:2:0encode,4K60decode

Grapics：Andreno530with64bit624MHzWifi：802.11a,b,g,nBT：BT3.0，BT4.0LE

智能眼鏡硬件系統(tǒng)配置變更，較之前任務書所描述的配置有很大提升。課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究考慮Lcos和光波導還未成熟，我們考察了課題組外的多個外部供應商：LcdPanel：Sony、Himax、Syndiant光學模組：神采光電、歌爾、上海理鑫、聯(lián)創(chuàng)、靈犀光學、影創(chuàng)科技系統(tǒng)方案：君正、佐臻、Nvidia課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究考慮到光波導工藝的復雜性及量產(chǎn)良率底、價格昂貴，手勢捕捉精度較差、相關(guān)的應用還有待開發(fā)及長時間佩戴的舒適性，且按課題組內(nèi)部討論結(jié)論，AR的演進會從TOB開始，通過我司政企網(wǎng)接觸兩家事業(yè)單位，詳細的應用場景還有待進一步討論，AR眼鏡的量產(chǎn)時間點還不夠成熟。

滿足Daydream標準；

屏幕：5.5英寸，1600萬色，AMolED屏，2560*1440(2K)分辨率;FOV：96;VR延遲：16.7ms;

量產(chǎn)發(fā)貨課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究APQ8096HDMI2.0CCUSB2.0Mux&HDMI2DPTypeCDPUSB2DualSwitchVBUS5V1APMUChargerUFSLPDDR2IMUAudioCodecWifi/BT/GPS手機端系統(tǒng)解決方案：對于分離式解決方案，不論VR、AR，手機端均使用一樣的方案，即同一款手機可以支持VR、AR眼鏡。需注意的是對音頻信號的處理，一種方式是手機端處理，將音視頻信號剝離，視頻信號通過HDMI傳給眼鏡，音頻信號通過手機3.5寸口輸出；另外一種處理方式是眼鏡端做音視頻信號的剝離，剝離后加DAC輸出給眼鏡3.5寸耳機口。課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究眼鏡端系統(tǒng)方案(VR)：對于VR應用，眼鏡端需求一般分兩種：觀影式；觀影+游戲式，對于觀影，只需要視頻信號，需注意的是為保證VR的高分辨率、高幀率、低延遲，對AP、DP、MIPI速率提出較高的要求。觀影+游戲，除上述基本需求外，需要增加IMU，IMU信號經(jīng)SensorHub處理后，通過USB回傳給手機處理器。TypeCDemuxSSTX/RXSBUCC4LaneDP2MIPIDPAUXMCUI2CUSB2.0MIPIPanelupto1200*1200@120Hz(pereye)1800*1800@90Hz(pereye)MIPIMIPIPanelupto1200*1200@120Hz(pereye)1800*1800@90Hz(pereye)MIPIIMU8Lane8Lane課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究以我們定制的VR為例，單目分辨率為1200*1200，幀率60/90/120Hz，Blanking設為12%，需要的總的分辨率為2688*1344，總的帶寬為9.755Gbps（90Hz條件），需要DP2Lane即可以支持，單個眼鏡的帶寬為4.878Gbps，需要5個Lane。對于手機側(cè)，若使用HDMI2.0DP，如Qualcomm平臺SnapDragon8996，則需Qualcomm確認其HDMI2.0能支持的分辨率及幀率。課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究TypeCDemuxSSTX/RXSBUCC4LaneDP2MIPIDPAUXI2CUSB2.01920*1080@60Hz(pereye)MIPIMIPISensorHubWithCortexM4CameraIMU1920*1080@60Hz(pereye)4Lane4Lane眼鏡端系統(tǒng)方案(AR)：

對于AR，眼鏡端三個最基本需求是：視頻、IMU、Camera。在上述VR方案基礎上，需要增加USBHub，以將Camera和IMU的數(shù)據(jù)打包回傳給手機，需注意的是USB2能支持的速率為480Mbps，故眼鏡端能支持的Camera像素值最高為2M。對于AR，單目的分辨率及幀率的需求較VR要低很多，故平臺對視頻的支持是足夠的。LcosorOled課題執(zhí)行情況–眼鏡系統(tǒng)研究I2C1920*1080@60Hz(pereye)MIPIMIPICameraIMU1920*1080@60Hz(pereye)4Lane4LaneLcosorOledAPQ8096PMUChargerUFSLPDDR2IMUAudioCodecWifi/BT/GPSSensorHub一體機眼鏡系統(tǒng)方案：軟硬件系統(tǒng)將大大簡化；省去了各種接口轉(zhuǎn)換，簡化電路設計；無線纜，相應的信號完整性也比較好；Camera、IMU等均借用之前手機的開發(fā)成果，降低開發(fā)難度；無線纜，Camera可以支持的像素值大大提升，可支持20M；

ID設計復雜；重量增加，舒適性變差；

散熱問題；課題執(zhí)行情況–論文[1]ChenliangChang,JunXia,LeiYang,WeiLei,ZhimingYang,andJianhongChen,Speckle-suppressedphase-onlyholographicthree-dimensionaldisplaybasedondouble-constraintGerchberg–Saxtonalgorithm,AppliedOptics,Vol.54(23),6994-7001,2015.[2]LeiYang,JunXia,ChenliangChang,XiaobingZhang,ZhimingYang,andJianhongChen,Nonlineardynamicphaseresponsecalibrationbydigitalholographicmicroscopy,AppliedOptics,Vol.54,No.25,7799-7806,2015.[3]Qi

Zhiyang,WangQilong,Zhai

Yusheng,Xu

Ji,TaoZhi,TuYan,LeiWei,andXiaJun,Plasmon-enhancedenergytransferbetweenquantumdotsandtunablefilm-couplednanoparticles,JournalofPhysicsD-AppliedPhysics,Vol.49(23),DOI:10.1088/0022-3727/49/23/235103.[4]YangGao,DewenCheng*,ChenXu,YongtianWang,Designofanultra-shortthrowcatadioptricprojectionlenswithafreeformmirror,InternationalSymposiumonOptoelectronicTechnologyandApplication2016,9-11May2016.[5]ChengZhan,DewenCheng*,ShanshanWang,YongtianWang,Injectionmoldinglensmetrologyusingsoftwareconfigurableopticaltestsystem，InternationalSymposiumonOptoelectronicTechnologyandApplication2016,9-11May2016.[6]ChenglongLei,DewenCheng*,ChenXu,YongtianWang,Opticaldesignforoff-axisthree-mirrortwo-channelimagingsystemwithfreeformsurfaces，InternationalSymposiumonOptoelectronicTechnologyandApplication2016,9-11May2016.[7]FangfangLiu,DewenCheng*,QiweiWang,YongtianWang,RotationalsymmetricHMDwitheye-trackingcapabilities，InternationalSymposiumonOptoelectronicTechnologyandApplication2016,9-11May2016.課題執(zhí)行情況–專利及授權(quán)[1]一種近眼式視線跟蹤方法及其系統(tǒng),劉碩碩,夏軍,CN201510464929.4[2]一種借助表面浸潤特性提高電子印刷精度的方法,吳俊,夏軍,王保平,CN201510566159.4[3]全息光波導及全息光波導顯示裝置,夏軍,劉碩碩,CN201610035096.4[4]一種新型無盲區(qū)全景鏡頭，程德文，宮塵，許晨，王涌天，劉越[5]一種用于移動終端的無盲區(qū)全景鏡頭，程德文，宮塵，許晨，王涌天，劉越[6]一種用于小型離軸光學系統(tǒng)的MTF測試裝置及方法，程德文，胡源，王涌天，劉越[7]一種拼接式頭盔顯示裝置，程德文，宋維濤，王涌天，劉越[8]一種基于多個平面反射鏡的三維場景獲取裝置，程德文，宋維濤，王涌天，劉越

課題執(zhí)行情況–經(jīng)費支出明細表（匯總）課題編號：西安中興新軟件有限公司課題名稱：基于LCoS的眼鏡型透視融合顯示系統(tǒng)單位：萬元行號科目預算批復數(shù)累計支出其中：2016年支出結(jié)余專項經(jīng)費自籌經(jīng)費合計專項經(jīng)費自籌經(jīng)費合計專項經(jīng)費自籌經(jīng)費合計專項經(jīng)費自籌經(jīng)費合計1經(jīng)費支出合計921.002000.002921.00129.72496.49626.2192.08366.00458.08791.281503.512294.792（一）直接費用843.992000.002843.9977.78496.49574.2740.14366.00406.14766.211503.512269.7231、設備費128.70138.50267.2034.5075.49109.990.000.000.0094.2063.01157.214（1）購置設備費92.70138.50231.2034.5075.49109.990.000.000.0058.2063.01121.215（2）試制設備費***0.000.000.000.000.000.000.000.000.006（3）設備改造與租賃費***0.000.000.000.000.000.0036.000.0036.0072、材料費231.20239.50470.7024.2732.0056.2724.2732.0056.27206.93207.50414.4383、測試化驗加工費221.6330.00251.630.070.000.070.070.000.07221.5630.00251.5694、燃料動力費21.00

21.000.000.000.000.000.000.0021.000.0021.00課題執(zhí)行情況–經(jīng)費105、差旅費40.58

40.583.990.003.992.300.002.3036.590.0036.59116、會議費11.73

11.730.000.000.000.000.000.0011.730.0011.73127、國際合作與交流費30.00

30.001.450.001.450.000.000.0028.550.0028.55138、出版/文獻/信息傳播/知識產(chǎn)權(quán)事務費60.1562.00122.1513.500.0013.5013.500.0013.5046.6562.00108.65149、勞務費84.00

84.000.000.000.000.000.000.0084.000.0084.001510、專家咨詢費15.00

15.000.000.000.000.000.000.0015.000.0015.001611、其他支出

1530.0