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运用全息折叠光学技术,演示“迄今为止最薄VR显示器”

2020-07-19 19:35:44浏览:27 评论:0 来源:中国全息网   
核心摘要:(VRPinea 7月14日讯)Facebook的AR / VR研发部门Facebook Reality Labs 于近日发布一项新研究,研究提出了一种结合全息光学元件和基于偏振的光学折叠的全新近眼显示器。研究人员Andrew Maimon和Junren Wang表示,该方案的VR显示器和镜头,能将二者叠加的厚度直接降为9mm,突破传统头显的体积难题,可真正称之为“ VR眼镜”

(VRPinea 7月14日讯)Facebook的AR / VR研发部门Facebook Reality Labs 于近日发布一项新研究,研究提出了一种结合全息光学元件和基于偏振的光学折叠的全新近眼显示器。研究人员Andrew Maimon和Junren Wang表示,该方案的VR显示器和镜头,能将二者叠加的厚度直接降为9mm,突破传统头显的体积难题,可真正称之为“ VR眼镜”。

同时,这项研究也展示了更优视觉性能的前景:激光照明能为VR显示器提供更广泛的颜色范围,并且在“将分辨率扩展到人类视觉极限”方面取得进展。

此项技术究竟意味着什么?接下来就请跟着P君一起深入了解一下吧。

首先,我们要明白为什么在VR技术日新月异的当下,VR头显依旧笨重。

目前大多数VR显示器都有一个共同的光学元件:由一个厚厚的、弯曲的、及玻璃塑料组成的简单折射透镜。和摄像机的原理类似,镜头需要将来自显示器的光聚焦到用户眼中,而光线的聚焦必须留以足够的距离,所以VR头显必须保持一定的厚度。尽管它体积很大,但胜在便宜且简单,宽广的视野和高分辨率也能基本满足需求。但随着VR科技的进一步发展,很多公司都开始努力使产品变得更轻薄便携,其中也包括Facebook提出的最新方案:同时使用折叠光学和全息光学

折叠光学

由上文可知,为了使光线聚焦到用户眼中,VR头显的镜头必须与显示器保持一定距离。折叠光学的概念则是将“该距离”折叠到其自身,使光线可以在更窄的空间内穿越同样的距离。可以将其理解为一张任意宽度的纸,当你将纸张对折时,纸张本身仍与开始时一样宽,但由于纸张已被对折,因此其宽度占用的空间较小。

这项技术的核心是偏振(Polarization)。

概念示意图

通常,光束的方向是随机的,但是偏振器能够做到仅使特定方向的光通过,这就好比自动售货机上的投币口只会接受一个方向的投币。偏振技术可以在光线射出并进入佩戴者的眼睛之前,沿着光路来回反射多次。这种方法(也称为“饼干光学”)可以有效缩短镜头和显示器的之间的距离,从而使头显更加轻薄。

全息光学

相较于传统的折叠光学中的镜头,研究人员将透镜制成了全息图。如果说照片是在给定时刻、空间平面上的光线记录,那么全息图则是在给定时刻、空间体积内的光线记录。换句话说,当你观看照片时,只能看到照片里包含的光的信息,也就是照片呈现出的画面,而当你观看全息图时,你可以从不同的位置观测环顾其中的物体,其显示的像也会产生变化。事实证明,如果在全息场景中加入镜头,使用者在全息图中看到的镜头的行为,就像普通场景中的镜头一样。

Facebook在此设计中采用的光学器件,实际上是一个镜头的全息图。研究人员有效地“捕获”了真实镜头的全息图,将真实镜头的光学特性凝聚到了薄如纸的全息胶片中

二者结合

此次Facebook提出的“折叠式全息光学”正是将两种技术合二为一,以此真正实现日常眼镜大小的VR头显。即使目前尚在概念验证阶段,研究人员也已经研究出了配备此类显示器的头戴设备,并且声称已经达到了现代VR头显所需的分辨率和FOV(视场角)。

局限和展望

值得注意的是,尽管该研究指明了实现轻便,舒适,高性能AR/VR技术的未来道路,但为了专注于研究,上图所示的眼镜还没有加入真实产品内部所必需的其他关键部件,例如光源,驱动电子设备,跟踪摄像头等。除此之外,目前研究还没有以眼镜大小的尺寸展示过工作的全彩色版本。如何保证高分辨率、缩短眼盒厚度、将其余组件装进如此小的外形,还是需要攻克的难题。

据外媒猜测,要想真正把该技术应用至头显,至少还有十年时间。尽管如此,外形、分辨率、视场和色域的有力结合,已经足以让其成为一个令人振奋的概念型产品,相信随着研究的进一步发展,开发细薄便携式VR显示器未来可期。


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