Today's Virtual Reality (VR) displays are dramatically better than the head-worn displays offered 30 years ago, but today's displays remain nearly as bulky as their predecessors in the 1980's. Also, almost all consumer VR displays today provide 90-110 degrees field of view (FOV), which is much smaller than the human visual system's FOV which extends beyond 180 degrees horizontally. In this paper, we propose ThinVR as a new approach to simultaneously address the bulk and limited FOV of head-worn VR displays. ThinVR enables a head-worn VR display to provide 180 degrees horizontal FOV in a thin, compact form factor. Our approach is to replace traditional large optics with a curved microlens array of custom-designed heterogeneous lenslets and place these in front of a curved display. We found that heterogeneous optics were crucial to make this approach work, since over a wide FOV, many lenslets are viewed off the central axis. We developed a custom optimizer for designing custom heterogeneous lenslets to ensure a sufficient eyebox while reducing distortions. The contribution includes an analysis of the design space for curved microlens arrays, implementation of physical prototypes, and an assessment of the image quality, eyebox, FOV, reduction in volume and pupil swim distortion. To our knowledge, this is the first work to demonstrate and analyze the potential for curved, heterogeneous microlens arrays to enable compact, wide FOV head-worn VR displays.

中文翻译：

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ThinVR：异构微透镜阵列，用于紧凑的180度FOV VR近眼显示器。

今天的虚拟现实（VR）显示器比30年前提供的头戴式显示器要好得多，但是今天的显示器仍然和1980年代的前辈一样大。此外，当今几乎所有的消费者VR显示器都提供90-110度的视野（FOV），远小于人类视觉系统的水平视野超过180度的视野。在本文中，我们提出ThinVR作为一种新方法，以同时解决头戴式VR显示器的体积和有限的FOV。ThinVR使头戴式VR显示器能够以薄型紧凑的外形提供180度的水平FOV。我们的方法是用定制的异类小透镜的弯曲微透镜阵列代替传统的大型光学器件，并将它们放置在弯曲显示器的前面。我们发现，异质光学对于使这种方法有效至关重要，因为在很宽的FOV范围内，许多小透镜都偏离了中心轴。我们开发了用于设计定制异类小透镜的定制优化器，以确保有足够的眼盒，同时减少失真。该贡献包括对弯曲微透镜阵列的设计空间的分析，物理原型的实现，以及图像质量，眼盒，FOV，体积减少和瞳孔游泳失真的评估。据我们所知，这是展示和分析弯曲的，异质的微透镜阵列以实现紧凑，宽视场的头戴式VR显示器的潜力的第一项工作。我们开发了用于设计定制异类小透镜的定制优化器，以确保有足够的眼盒，同时减少失真。该贡献包括对弯曲微透镜阵列的设计空间的分析，物理原型的实现，以及图像质量，眼盒，FOV，体积减少和瞳孔游泳失真的评估。据我们所知，这是展示和分析弯曲的，异质的微透镜阵列以实现紧凑，宽视场的头戴式VR显示器的潜力的第一项工作。我们开发了用于设计定制异类小透镜的定制优化器，以确保有足够的眼盒，同时减少失真。该贡献包括对弯曲微透镜阵列的设计空间的分析，物理原型的实现，以及图像质量，眼盒，FOV，体积减少和瞳孔游泳失真的评估。据我们所知，这是展示和分析弯曲的，异质的微透镜阵列以实现紧凑，宽视场的头戴式VR显示器的潜力的第一项工作。