面對AR/VR設(shè)備存在的缺點(diǎn)，比如說暈動癥或其他視覺干擾，一種充滿前景的解決方案是利用全息技術(shù)或光場技術(shù)。但這需要額外的光學(xué)元件，從而增加設(shè)備的尺寸，重量和成本，而后者一直都是阻礙相關(guān)設(shè)備取得商業(yè)成功的障礙。

現(xiàn)在，由日本和比利時(shí)組成的研究團(tuán)隊(duì)正開始探索將全息術(shù)和光場技術(shù)整合在一起，通過這種方法來減少AR/VR設(shè)備的大小與成本。光學(xué)學(xué)會(The Optical Society)將于9月16日至20日在美國華盛頓舉行光學(xué)前沿大會，而這支研究團(tuán)隊(duì)將會展示具體的研究。對于本屆光學(xué)前沿會，其中一個主題是虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)視覺，屆時(shí)一系列的研究學(xué)者將受邀談?wù)撓嚓P(guān)的問題。

日本國家信息通信研究所的研究員Boaz Jessie Jackin表示：“我們在周圍看到的物體以不同的強(qiáng)度將光散射到不同的方向，其方式則由物體的特征(包括大小，厚度，距離，顏色，紋理)定義，然后人眼接收調(diào)制后的(散射)光，而其特征則將在人腦內(nèi)進(jìn)行重建。”

我們將能夠產(chǎn)生相同調(diào)制光的設(shè)備稱為真正的3D顯示器，這包括全息顯示器和光場顯示器。Jackin表示：“忠實(shí)再現(xiàn)所有的物體特征，即所謂的‘調(diào)制’，其成本非常昂貴。首先你需要用數(shù)字計(jì)算所需的調(diào)制，然后由液晶設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成光信號。接下來，諸如透鏡、鏡子、光束組合器等其他光學(xué)組件需要拾取相關(guān)的光信號。”

通常由玻璃組成的額外光學(xué)組件發(fā)揮著非常重要的作用，因?yàn)樗麄冇绊懼@示設(shè)備的最終性能和大小。

這是全息光學(xué)元件可以產(chǎn)生很大差異的地方。Jackin解釋道：“全息光學(xué)元件是一種很薄的光敏材料，它可以復(fù)制一個或多個額外光學(xué)組件的機(jī)能。它們不笨重或巨大，可以適應(yīng)更小的形狀因素。制造它們對我們來說是一個新的挑戰(zhàn)，但我們已經(jīng)研發(fā)出了一種解決方案。”

對于記錄或制造可以復(fù)制玻璃光學(xué)元件機(jī)能的全息圖，其需要在記錄過程中物理存在的特定光學(xué)元件。這種記錄是一種依賴于激光和記錄薄膜的模擬過程，不涉及數(shù)字信號或數(shù)字信息。

Jackin表示：“記錄多個光學(xué)組件需要它們?nèi)慷汲霈F(xiàn)在記錄過程之中，這十分復(fù)雜，而且在大多數(shù)情況下都無法實(shí)現(xiàn)。”

研究小組決定以數(shù)字方式印刷/記錄全息圖，并將解決方案成為“數(shù)字設(shè)計(jì)的全息光學(xué)元件”(DDHOE)。他們利用了全息記錄過程：在記錄期間不需要物理存在的光學(xué)組件，但仍然可以記錄所有光學(xué)組件的機(jī)能。

Jackin指出：“我們的想法是，計(jì)算所有光學(xué)機(jī)能的全息圖，并利用LCD和激光來在光學(xué)上重建它們。這種重建的光學(xué)信號類似于由所有這些光學(xué)組件一起調(diào)制的光線。然后重建的光線可用于記錄最終的全息光學(xué)元件。由于重建光具有所有的光學(xué)機(jī)能，因此在光敏膠片上記錄的全息圖將能夠利用所有這些機(jī)能來調(diào)制光線。所以，所需的所有附加光學(xué)元件都可以用一塊全息薄膜進(jìn)行代替。”

至于應(yīng)用，研究人員已經(jīng)在平視光場3D顯示器上測試了DDHOE。由于這屬于透視系統(tǒng)，因此它適用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

Jackin表示：“我們的系統(tǒng)使用了市場上的2D投影儀，然后在微透鏡陣列薄片上(通常是玻璃或塑料)顯示一組多視圖影像。這塊薄片接收來自投影儀的光線并對其進(jìn)行調(diào)制，從而重建空間中的3D影像，因此用戶將能在3D中感知影像。”

這種方法克服的一大挑戰(zhàn)是，2D投影儀的光線會發(fā)散，所以必須在它們達(dá)到微透鏡陣列之前將其校準(zhǔn)成平行光束，以便精確地重建空間中的3D影像。

Jackin解釋道：“隨著顯示器變大，準(zhǔn)直透鏡的尺寸也會增大。這會帶來體積龐大且笨重的透鏡，系統(tǒng)需要較長的光路長度，而且準(zhǔn)直透鏡的制造成本也很高。這是妨礙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)成功的一個主要瓶頸。”

通過將其機(jī)能集成至透鏡陣列本身，Jackin及其同事研發(fā)的解決方案完全避開了校準(zhǔn)的需要。這種微透鏡陣列就是包含校準(zhǔn)機(jī)能的DDHOE。

研究人員正繼續(xù)研發(fā)一種平視透視3D顯示器。對于采用笨重校準(zhǔn)光學(xué)元件的當(dāng)前模型而言，相信這很快就能為我們提供一種替代方案。

來源：yivian