Facebook全息VR短焦光學(xué)揭秘：開啟AR＋VR技術(shù)融合大門

自從Facebook在去年9月份OC6大會上公布Half Dome 2和3兩款VR原型機(jī)設(shè)計完成后，幾乎證實(shí)短焦光學(xué)將成為未來VR發(fā)展趨勢之一。同時也讓我們看到，F(xiàn)acebook的Half Dome 強(qiáng)度強(qiáng)，在保證光學(xué)效果的同時縮小體積并不容易，而且屏幕還是多層方案，支持變焦顯示。

從產(chǎn)品演變的角度來看，Half Dome 3無疑是為Oculus Quest或Oculus Rift S他們準(zhǔn)備得更好VR，支持更全面的6DoF追蹤、手勢追蹤、眼球追蹤等，追求更全面的體驗。

全息光學(xué)輕量化原型機(jī)

而今天Facebook重磅再次宣布了一個更先進(jìn)的VR光學(xué)研究：結(jié)合全息光學(xué)折疊光路方案，不僅體積輕，外觀小，而且支持激光光源，具有視網(wǎng)膜分辨率顯示能力。

真正的“VR眼鏡”來了

眾所周知，短焦光學(xué)方案的出現(xiàn)是為了改進(jìn)VR光學(xué)模塊的空間利用率，從而降低體積和重量。目前，短焦在銷售VR光學(xué)產(chǎn)品是多組偏振鏡片的組合，F(xiàn)acebook全息光學(xué)方案的區(qū)別在于，用全息模塊+偏振鏡片，可以進(jìn)一步縮短焦距，提高空間利用率。

Oculus首席科學(xué)家Michael Abrash早在2018年的OC在五次會議上，他討論了短焦光學(xué)技術(shù)。他說：未來兩種最有潛力的光學(xué)方案是短焦和波導(dǎo)。短焦的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率和更大的視角（200度）或更小的體積。由于工作原理，兩者不能同時滿足。

輕量化原型版

從Facebook根據(jù)公開圖片，原型機(jī)可以像太陽鏡一樣大小。與真正的太陽鏡相比，原型機(jī)的厚度略厚，鏡腿略寬。顯然，這里使用短焦技術(shù)來縮小體積。

現(xiàn)有偏振折疊光路短焦VR光學(xué)產(chǎn)品3Glasses X1和華為VR Glass相比之下，兩種類型的短焦VR方案提高了空間利用率，縮小了VR但是Facebook這款原型機(jī)更像是真正意義上的VR眼鏡”。

據(jù)青亭網(wǎng)了解，這個方案源于Facebook Reality Labs兩位研究員：Andrew Maimone和Junren Wang它被稱為輕薄型VR全息光學(xué)技術(shù)研究。它具有以下特點(diǎn)：結(jié)合全息光學(xué)和折疊光路（偏振），焦距短，大幅降低VR硬件體積和重量。

由于采用全息透鏡(厚度像標(biāo)簽紙)，其優(yōu)點(diǎn)是光學(xué)模塊的厚度可以控制在www.eeefficiency.com(不包括光源和驅(qū)動單元，F(xiàn)acebook它被稱為當(dāng)前行業(yè)中最薄的VR顯示模塊)，視角也可以超過90度。

輕量化原型版

談及當(dāng)下的VR光學(xué)設(shè)計，F(xiàn)acebook表示：當(dāng)前VR光學(xué)模塊一般包括兩個部分：顯示（光+圖像）+透鏡，其中顯示部分相對成熟，可以非常薄，阻礙目前VR透鏡部分是輕量化發(fā)展的因素之一。

透鏡部分通常由玻璃和塑料元件組成。即使透鏡本身可以很薄，由于光學(xué)特性，必須在透鏡和顯示模塊之間保留一個空間來確保對焦VR頭顯的體積仍然很大。

原理:左為傳統(tǒng)透鏡，右為Facebook全息折疊光路

從原理對比圖可以看出，全息短焦方案的光線路徑較短。

實(shí)拍:左邊是輕原型單綠版，右邊是桌面原型全彩版

Facebook還研究還處于概念驗證階段，上圖左側(cè)為輕量化VR眼鏡原型機(jī)的實(shí)拍圖(只支持單綠色)，右側(cè)的全彩圖像通過較大的原型機(jī)顯示(全彩)。

與此同時，F(xiàn)acebook此外，由于全息光學(xué)透鏡的添加，其他部件必須重新評估，如激光光源。Facebook目前的目標(biāo)是在小型原型機(jī)上實(shí)現(xiàn)全彩顯示。

動態(tài)變焦版本原型

臺式高性能版

據(jù)了解，F(xiàn)acebook共開發(fā)了三種原型，一種是基于桌面端的高性能版本，支持全彩顯示；另一種是支持動態(tài)變焦的大視角版本，確保顯示模塊厚度為10mm在這里，你可以閱讀論文的具體細(xì)節(jié)。

啟示和未來

在論文中，F(xiàn)acebook提到VR技術(shù)在消費(fèi)娛樂領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步，但展望未來，VR在社交互動、設(shè)計/創(chuàng)作等生產(chǎn)力場景中也有很大的潛力VR對長期使用、顯示更清晰(尤其是文字)、佩戴更輕便、更舒適等提出了新的要求。

雖然全息技術(shù)+偏振折疊光路方案可以大大降低體積和重量，但仍有許多限制。Facebook全息模塊元件的設(shè)計、重影、Eyebox、入射角、變焦顯示等。

全息原理圖(全彩)

全息光學(xué)元件（HOE薄膜、全息)的作用是聚焦圖像，而不是以前VR光學(xué)透鏡用于反射或折射光。目前，全息應(yīng)用的限制包括：入射角度在某些角度有效，衍射效率低。同時，全彩顯示需要三組激光光源，但也有相關(guān)性引起的散斑。

此外，目前的顯示更注重顯示。在系統(tǒng)集成能力方面，如何將光學(xué)模塊應(yīng)用于計算模塊、電源和定位模塊VR整機(jī)也是一個難點(diǎn)。

毫無疑問，F(xiàn)acebook這項新的VR光學(xué)方案讓我們看到了理想中的輕量化。VR眼鏡正在發(fā)生，這種技術(shù)的出現(xiàn)也代表著AR、VR技術(shù)融合。AR全息衍射技術(shù)現(xiàn)在也出現(xiàn)了VR正是這樣Facebook同時在AR和VR增加投資后的收入，相信未來AR/VR融合發(fā)展趨勢也將加快。

參考：Facebook

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