Facebook全息VR短焦光学揭秘:开启AR+VR技术融合大门

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hi188|编纂
自从Facebook在客岁9月份OC6大会上发布Half Dome 2和3两款VR设计原型机后,几乎印证短焦光学将会成为将来VR成长趋势之一。同时也让我们看到,Facebook的Half Dome 3实力壮大,在包管光学结果的同时缩小体积并非易事,并且屏幕照样多层方案,支撑变焦显露。
从产物演进上来看,Half Dome 3无疑是为Oculus Quest或Oculus Rift S而预备的,他们是机能更壮大的VR,支撑更周全的6DoF追踪、手势追踪、眼球追踪等,追求的是体验更周全。
左至右:Half Dome 1、Half Dome 2、Half Dome 3
此刻天Facebook再次重磅发布了一则更为进步的VR光学研究:连系全息光学的折叠光路方案,不光体积简便、外形小巧,并且还可支撑激光光源,具备视网膜级差别率的显露能力。
真正的“VR眼镜”来了
我们知道,短焦光学方案的显现就是提高VR光学模组的空间行使率,进而降低体积和重量。当前在售短焦VR光学产物均为多组偏振镜片组合,而Facebook全息光学方案区别在于采用全息模组+偏振镜片,能够进一步缩短焦距,提拔空间行使率。
Oculus首席科学家Michael Abrash早在2018年的OC5大会上就商量短焦光学手艺,他谈到:将来两种最具潜力的光学方案就是短焦和波导,短焦的优点是能够实现更高的差别率和更大的视场角(可达200度),或许实现更小巧的体积,因为工作道理导致,两者并不克同时知足。
轻量化原型版本
从Facebook公开图片来看,原型机已可做到接近太阳镜般巨细。比拟真实的太阳镜,原型机的厚度略厚、镜腿略宽。显然,这里是将短焦手艺用于缩小整机体积。
和现有偏振式折叠光路短焦VR光学产物3Glasses X1和华为VR Glass比拟,两种类型短焦VR方案都提拔了空间行使率、缩小了VR头显的体积,但Facebook这款原型机更像是真正意义上的“VR眼镜”。
凭据青亭网认识,这项方案源自于Facebook Reality Labs两位研究员:Andrew Maimone和Junren Wang所提出名为“轻薄型VR全息光学”的手艺研究。其具有以下几个特点:连系全息光学和折叠光路(偏振)、焦距更短、大幅降低VR硬件体积和重量。
因为采用全息透镜(厚度如同一张标签纸),优势就是:能够让光学模组的厚度掌握在8.9mm(不含光源和驱动单元,Facebook号称是当前业界最薄的VR显露模组),同时视场角也可达到90度。
轻量化原型版本
谈及当下的VR光学设计,Facebook透露:当前VR光学模组遍及包含:显露(光+像)+透镜两大部门,个中显露部门已经对照成熟能够做到很薄,而阻碍当前VR轻量化成长的身分之一就在于透镜部门。
个中透镜部门往往由玻璃和塑料元件,尽量透镜自己能够做到很薄,然则因为光学特征导致在透镜和显露模组之间必需有保留一个用于确保对焦的空间,是以VR头显的体积仍然很大。
道理:左为传统透镜,右为Facebook全息折叠光路
经由道理对比图我们能够看出,全息短焦方案光线路径更短。
实拍图:左为轻量原型单绿色版,右为台式原型全彩版
Facebook也透露,今朝该研究还处于概念验证阶段,上图左侧是轻量化的VR眼镜原型机的实拍图(仅支撑单绿色),而右侧的全彩图像是经由体积更大的原型机显露实拍图(全彩)。
与此同时,Facebook还谈到因为全息光学透镜的到场,导致不得不从新对其他零部件进行评估,例如激光光源实现起来更难题。Facebook透露,当下方针是正在起劲实现小型原型机上实现全彩显露。
动态变焦版来源型
台式高机能版
据认识,Facebook共设计斥地了三款原型,离别是上文介绍的轻量型版本。此外还有基于台式端高机能版,支撑全彩显露;另一个是支撑动态变焦的大视场角版本,并包管显露模组厚度在10mm以内,具体细节人人可阅读论文。
启迪和将来
在论文中,Facebook提到VR手艺在消费娱乐范畴取得较猛进展,但放眼将来,VR在社交互动、设计/创作等生产力场景也具有极大潜力,而这些场景对VR提出了新的要求,例如支撑长时间使用,显露更清楚(尤其是文字),佩戴更简便、更舒适等。
全息手艺+偏振式折叠光路的方案固然可大幅缩小体积,减轻重量,但同样仍存在诸多限制。Facebook提出该挑战和难题包罗:全息模组元件的设计、重影、Eyebox、入射角度、变焦显露等等。
全息道理图(全彩)
据悉,全息光学元件(HOE薄膜,体全息)的感化是聚焦图像,并不是以往的VR光学透镜用于反射或折射光线。今朝体全息应用的限制包罗:入射角度在某些角度有效、衍射效率较低等。同时全彩显露需要三组激光光源,但又存在因相关性导致的散斑。
此外今朝展示的更偏重于显露方面,在系统整合能力方面,若何把光学模组应用到一个具备较量模组、电源、定位模组的VR整机中也是一个难点。
毫无疑问,Facebook这项新的VR光学方案让我们看到了幻想中轻量化“VR眼镜”正在发生,这项手艺的显现也代表着AR、VR手艺的融合化。以往在AR中显现的全息衍射手艺现在也显现在VR中,而这也恰是Facebook同时在AR和VR上加大投入后的收益,相信将来AR/VR融合化成长的趋势也会加速。
参考:
https://research.fb.com/wp-content/uploads/2020/06/Holographic-Optics-for-Thin-and-Lightweight-Virtual-Reality.pdf
( END)

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