Facebook全息VR短焦光學揭秘：開啟AR＋VR技術融合大門

自從Facebook在去年(nian)9月份OC6大會(hui)上(shang)公布Half Dome 2和3兩款VR原型機設計完成(cheng)后(hou)，幾乎證實(shi)短(duan)焦光學將成(cheng)為未(wei)來VR發展(zhan)趨勢之(zhi)一(yi)。同時(shi)也讓我們看(kan)到，Facebook的Half Dome 強度強，在保證光學效果的同時(shi)縮小(xiao)體(ti)積并不容易，而(er)且(qie)屏幕還是多層方案，支持變焦顯(xian)示。

從產(chan)品演變的角度來看，Half Dome 3無疑是為Oculus Quest或Oculus Rift S他們準備得(de)更好VR，支持(chi)更全(quan)面的6DoF追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)、手勢追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)、眼(yan)球追(zhui)(zhui)蹤(zong)(zong)等，追(zhui)(zhui)求更全(quan)面的體驗。

全(quan)息光學輕量化原型(xing)機

而(er)今天Facebook重磅(bang)再(zai)次宣布了一個更先進的(de)VR光(guang)學研究：結合全息光(guang)學折疊光(guang)路方案，不僅(jin)體(ti)積輕(qing)，外觀小，而(er)且支持激光(guang)光(guang)源，具有視網膜分辨率顯示能力。

真(zhen)正的“VR眼(yan)鏡”來了

眾所周(zhou)知，短焦(jiao)(jiao)光(guang)學(xue)(xue)方案的出現(xian)是(shi)為(wei)了改進VR光(guang)學(xue)(xue)模塊(kuai)的空(kong)間(jian)利用率，從而降低體積和重量。目前，短焦(jiao)(jiao)在銷售VR光(guang)學(xue)(xue)產(chan)品是(shi)多組偏振(zhen)鏡片的組合，Facebook全息(xi)光(guang)學(xue)(xue)方案的區別在于，用全息(xi)模塊(kuai)+偏振(zhen)鏡片，可以進一(yi)步(bu)縮(suo)短焦(jiao)(jiao)距，提高(gao)空(kong)間(jian)利用率。

Oculus首席(xi)科學(xue)(xue)家Michael Abrash早(zao)在(zai)2018年的(de)OC在(zai)五次會議上，他討論了短(duan)焦(jiao)光學(xue)(xue)技術。他說：未(wei)來兩種最有(you)潛(qian)力(li)的(de)光學(xue)(xue)方案是(shi)短(duan)焦(jiao)和波(bo)導(dao)。短(duan)焦(jiao)的(de)優點是(shi)可以實現更高的(de)分辨率和更大(da)的(de)視角（200度）或更小(xiao)的(de)體積。由于工作原(yuan)理，兩者不能同時(shi)滿足。

輕量化原型版

從Facebook根據公開圖片，原型機可(ke)以(yi)像太陽(yang)鏡一樣大小(xiao)。與(yu)真正的(de)太陽(yang)鏡相比，原型機的(de)厚度略(lve)厚，鏡腿略(lve)寬。顯然(ran)，這里使用(yong)短焦技(ji)術來縮小(xiao)體(ti)積。

現有偏振折(zhe)疊光(guang)路短(duan)焦VR光(guang)學產品3Glasses X1和華為VR Glass相比之下，兩種(zhong)類型的短(duan)焦VR方案提高了(le)空(kong)間(jian)利用率，縮小了(le)VR但是Facebook這款原型機更像是真正(zheng)意義上的VR眼鏡(jing)”。

據青亭網了解，這個方案源(yuan)于Facebook Reality Labs兩位研(yan)究員(yuan)：Andrew Maimone和Junren Wang它被稱(cheng)為輕薄型VR全(quan)息光(guang)(guang)學(xue)技術(shu)研(yan)究。它具有以下特點(dian)：結合全(quan)息光(guang)(guang)學(xue)和折(zhe)疊光(guang)(guang)路(lu)（偏振），焦(jiao)距短，大(da)幅降低VR硬件體積和重量。

由(you)于采用(yong)全息透鏡(jing)(厚度(du)像標(biao)簽紙(zhi))，其優點是光學模塊(kuai)(kuai)的厚度(du)可(ke)以控(kong)制(zhi)在karrylady.cn(不包(bao)括(kuo)光源和驅動單元，Facebook它被(bei)稱為當前行業中(zhong)最薄的VR顯(xian)示模塊(kuai)(kuai))，視(shi)角也可(ke)以超(chao)過(guo)90度(du)。

輕量化原型版

談及(ji)當(dang)下的(de)VR光(guang)學設(she)計，Facebook表示：當(dang)前(qian)VR光(guang)學模塊一般包括兩個部(bu)分(fen)：顯(xian)示（光(guang)+圖(tu)像）+透鏡(jing)，其中顯(xian)示部(bu)分(fen)相(xiang)對成熟，可以非常薄，阻(zu)礙目前(qian)VR透鏡(jing)部(bu)分(fen)是輕量化(hua)發展的(de)因(yin)素之一。

透鏡部(bu)分通常由玻璃和塑(su)料元件組成(cheng)。即使透鏡本身可以很薄，由于光學特性(xing)，必(bi)須在(zai)透鏡和顯(xian)(xian)示模(mo)塊之間保留一個空間來確(que)保對焦(jiao)VR頭顯(xian)(xian)的體積仍(reng)然很大(da)。

原理(li):左為傳統透(tou)鏡(jing)，右為Facebook全(quan)息折(zhe)疊光路

從原理對比圖可以看出，全息短(duan)焦方案的光線(xian)路徑較(jiao)短(duan)。

實(shi)拍:左邊是(shi)輕原型單綠版，右邊是(shi)桌面原型全(quan)彩(cai)版

Facebook還研究還處于概念驗證(zheng)階(jie)段，上圖左側(ce)為(wei)輕(qing)量化(hua)VR眼鏡原型(xing)機的實拍圖(只(zhi)支持單綠色)，右側(ce)的全彩圖像通過較大的原型(xing)機顯示(shi)(全彩)。

與(yu)此同(tong)時(shi)，Facebook此外，由于(yu)全(quan)息光(guang)學(xue)透(tou)鏡(jing)的添加，其(qi)他部件必須重(zhong)新(xin)評估(gu)，如激(ji)光(guang)光(guang)源。Facebook目(mu)前(qian)的目(mu)標是在小型原(yuan)型機上實現(xian)全(quan)彩(cai)顯示。

動態變焦版本原型

臺式高性能版

據了解，Facebook共(gong)開(kai)發(fa)了三種原型，一種是基于桌面端的高(gao)性能(neng)版(ban)本，支持(chi)全(quan)彩顯示(shi)；另一種是支持(chi)動態變焦的大視角版(ban)本，確保顯示(shi)模塊厚度(du)為(wei)10mm在這里，你可以(yi)閱(yue)讀論文的具體細節(jie)。

啟示和未來

在論文(wen)中，Facebook提(ti)到VR技術在消費娛(yu)樂領域(yu)取得了(le)很大的進步，但展望未來，VR在社交互(hu)動、設計/創(chuang)作等生產力場景中也(ye)有很大的潛力VR對長期使(shi)用、顯示(shi)更清晰(尤其是文(wen)字)、佩戴更輕便、更舒適等提(ti)出了(le)新(xin)的要求。

雖然(ran)全息技術+偏振(zhen)折疊光路(lu)方案可(ke)以大大降低體積和(he)重量，但仍有許多限制。Facebook全息模塊元件的設(she)計、重影、Eyebox、入射角(jiao)、變焦(jiao)顯示等。

全息原理圖(tu)(全彩)

全(quan)息(xi)(xi)光學元件（HOE薄膜、全(quan)息(xi)(xi))的(de)作(zuo)用是聚焦圖像，而(er)不(bu)是以前VR光學透鏡用于反射(she)(she)或折射(she)(she)光。目(mu)前，全(quan)息(xi)(xi)應用的(de)限制(zhi)包(bao)括(kuo)：入射(she)(she)角度在某些角度有(you)效，衍射(she)(she)效率低。同(tong)時，全(quan)彩顯(xian)示需要三組激光光源，但也有(you)相關性引起的(de)散斑(ban)。

此(ci)外，目前的顯示(shi)(shi)更(geng)注重顯示(shi)(shi)。在系統集成能(neng)力方面，如何將光學模塊應(ying)用于計算模塊、電源和(he)定位(wei)模塊VR整(zheng)機也是一個難(nan)點。

毫(hao)無疑問，Facebook這項(xiang)新的VR光學方案讓我(wo)們(men)看(kan)到了理想中的輕量化。VR眼鏡正在(zai)發(fa)生，這種技術的出(chu)現(xian)也代表著(zhu)AR、VR技術融合。AR全息衍(yan)射(she)技術現(xian)在(zai)也出(chu)現(xian)了VR正是這樣Facebook同時在(zai)AR和VR增加投資(zi)后的收入，相信未來AR/VR融合發(fa)展(zhan)趨勢也將加快。

參考：Facebook

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