面對AR/VR設(shè)備存在的缺點，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，由日本和比利時組成的研究團隊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。光學學會(The Optical Society)將于9月16日至20日在美國華盛頓舉行光學前沿大會，而這支研究團隊將會展示具體的研究。對于本屆光學前沿會，其中一個主題是虛擬現(xiàn)實和增強視覺，屆時一系列的研究學者將受邀談論相關(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組件發(fā)揮著非常重要的作用，因為他們影響著顯示設(shè)備的最終性能和大小。
這是全息光學元件可以產(chǎn)生很大差異的地方。Jackin解釋道：“全息光學元件是一種很薄的光敏材料，它可以復制一個或多個額外光學組件的機能。它們不笨重或巨大，可以適應更小的形狀因素。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制玻璃光學元件機能的全息圖，其需要在記錄過程中物理存在的特定光學元件。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：“記錄多個光學組件需要它們?nèi)慷汲霈F(xiàn)在記錄過程之中，這十分復雜，而且在大多數(shù)情況下都無法實現(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)計的全息光學元件”(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組件，但仍然可以記錄所有光學組件的機能。
Jackin指出：“我們的想法是，計算所有光學機能的全息圖，并利用LCD和激光來在光學上重建它們。這種重建的光學信號類似于由所有這些光學組件一起調(diào)制的光線。然后重建的光線可用于記錄最終的全息光學元件。由于重建光具有所有的光學機能，因此在光敏膠片上記錄的全息圖將能夠利用所有這些機能來調(diào)制光線。所以，所需的所有附加光學元件都可以用一塊全息薄膜進行代替。”
至于應用，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)，因此它適用于增強現(xiàn)實。
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，所以必須在它們達到微透鏡陣列之前將其校準成平行光束，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，而且準直透鏡的制造成本也很高。這是妨礙系統(tǒng)實現(xiàn)商業(yè)成功的一個主要瓶頸。”
通過將其機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的需要。這種微透鏡陣列就是包含校準機能的DDHOE。
研究人員正繼續(xù)研發(fā)一種平視透視3D顯示器。對于采用笨重校準光學元件的當前模型而言，相信這很快就能為我們提供一種替代方案。
來源：yivian
