Facebook全息VR短焦光学揭秘：开启AR＋VR技术融合大门

自从Facebook在去年9月份OC6大会上公布Half Dome 2和3两款VR原型机设计完成后，几乎证实短焦光学将成为未来VR发展趋势之一。同时也让我们看到，Facebook的Half Dome 强度强，在保证光学效果的同时缩小体积并不容易，而且屏幕还是多层方案，支持变焦显示。

从产品演变的角度来看，Half Dome 3无疑是为Oculus Quest或Oculus Rift S他们准备得更好VR，支持更全面的6DoF追踪、手势追踪、眼球追踪等，追求更全面的体验。

全息光学轻量化原型机

而今天Facebook重磅再次宣布了一个更先进的VR光学研究：结合全息光学折叠光路方案，不仅体积轻，外观小，而且支持激光光源，具有视网膜分辨率显示能力。

真正的“VR眼镜”来了

众所周知，短焦光学方案的出现是为了改进VR光学模块的空间利用率，从而降低体积和重量。目前，短焦在销售VR光学产品是多组偏振镜片的组合，Facebook全息光学方案的区别在于，用全息模块+偏振镜片，可以进一步缩短焦距，提高空间利用率。

Oculus首席科学家Michael Abrash早在2018年的OC在五次会议上，他讨论了短焦光学技术。他说：未来两种最有潜力的光学方案是短焦和波导。短焦的优点是可以实现更高的分辨率和更大的视角（200度）或更小的体积。由于工作原理，两者不能同时满足。

轻量化原型版

从Facebook根据公开图片，原型机可以像太阳镜一样大小。与真正的太阳镜相比，原型机的厚度略厚，镜腿略宽。显然，这里使用短焦技术来缩小体积。

现有偏振折叠光路短焦VR光学产品3Glasses X1和华为VR Glass相比之下，两种类型的短焦VR方案提高了空间利用率，缩小了VR但是Facebook这款原型机更像是真正意义上的VR眼镜”。

据青亭网了解，这个方案源于Facebook Reality Labs两位研究员：Andrew Maimone和Junren Wang它被称为轻薄型VR全息光学技术研究。它具有以下特点：结合全息光学和折叠光路（偏振），焦距短，大幅降低VR硬件体积和重量。

由于采用全息透镜(厚度像标签纸)，其优点是光学模块的厚度可以控制在www.platosclosethumble.com(不包括光源和驱动单元，Facebook它被称为当前行业中最薄的VR显示模块)，视角也可以超过90度。

轻量化原型版

谈及当下的VR光学设计，Facebook表示：当前VR光学模块一般包括两个部分：显示（光+图像）+透镜，其中显示部分相对成熟，可以非常薄，阻碍目前VR透镜部分是轻量化发展的因素之一。

透镜部分通常由玻璃和塑料元件组成。即使透镜本身可以很薄，由于光学特性，必须在透镜和显示模块之间保留一个空间来确保对焦VR头显的体积仍然很大。

原理:左为传统透镜，右为Facebook全息折叠光路

从原理对比图可以看出，全息短焦方案的光线路径较短。

实拍:左边是轻原型单绿版，右边是桌面原型全彩版

Facebook还研究还处于概念验证阶段，上图左侧为轻量化VR眼镜原型机的实拍图(只支持单绿色)，右侧的全彩图像通过较大的原型机显示(全彩)。

与此同时，Facebook此外，由于全息光学透镜的添加，其他部件必须重新评估，如激光光源。Facebook目前的目标是在小型原型机上实现全彩显示。

动态变焦版本原型

台式高性能版

据了解，Facebook共开发了三种原型，一种是基于桌面端的高性能版本，支持全彩显示；另一种是支持动态变焦的大视角版本，确保显示模块厚度为10mm在这里，你可以阅读论文的具体细节。

启示和未来

在论文中，Facebook提到VR技术在消费娱乐领域取得了很大的进步，但展望未来，VR在社交互动、设计/创作等生产力场景中也有很大的潜力VR对长期使用、显示更清晰(尤其是文字)、佩戴更轻便、更舒适等提出了新的要求。

虽然全息技术+偏振折叠光路方案可以大大降低体积和重量，但仍有许多限制。Facebook全息模块元件的设计、重影、Eyebox、入射角、变焦显示等。

全息原理图(全彩)

全息光学元件（HOE薄膜、全息)的作用是聚焦图像，而不是以前VR光学透镜用于反射或折射光。目前，全息应用的限制包括：入射角度在某些角度有效，衍射效率低。同时，全彩显示需要三组激光光源，但也有相关性引起的散斑。

此外，目前的显示更注重显示。在系统集成能力方面，如何将光学模块应用于计算模块、电源和定位模块VR整机也是一个难点。

毫无疑问，Facebook这项新的VR光学方案让我们看到了理想中的轻量化。VR眼镜正在发生，这种技术的出现也代表着AR、VR技术融合。AR全息衍射技术现在也出现了VR正是这样Facebook同时在AR和VR增加投资后的收入，相信未来AR/VR融合发展趋势也将加快。

参考：Facebook

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