光学研究员欲用DDHOE整合全息、光场技术 减少AR/VR设备尺寸和成本

　　2018年09月10日，面对AR/VR设备存在的缺点，比如说晕动症或其他视觉干扰，一种充满前景的解决方案是利用全息技术或光场技术。但这需要额外的光学元件，从而增加设备的尺寸，重量和成本，而后者一直都是阻碍相关设备取得商业成功的障碍。

　　现在，由日本和比利时组成的研究团队正开始探索将全息术和光场技术整合在一起，通过这种方法来减少AR/VR设备的大小与成本。光学学会(The Optical Society)将于9月16日至20日在美国华盛顿举行光学前沿大会，而这支研究团队将会展示具体的研究。对于本届光学前沿会，其中一个主题是虚拟现实和增强视觉，届时一系列的研究学者将受邀谈论相关的问题。

　　日本国家信息通信研究所的研究员Boaz Jessie Jackin表示：“我们在周围看到的物体以不同的强度将光散射到不同的方向，其方式则由物体的特征(包括大小，厚度，距离，颜色，纹理)定义，然后人眼接收调制后的(散射)光，而其特征则将在人脑内进行重建。”

　　我们将能够产生相同调制光的设备称为真正的3D显示器，这包括全息显示器和光场显示器。Jackin表示：“忠实再现所有的物体特征，即所谓的‘调制’，其成本非常昂贵。首先你需要用数字计算所需的调制，然后由液晶设备将其转换成光信号。接下来，诸如透镜、镜子、光束组合器等其他光学组件需要拾取相关的光信号。”

　　通常由玻璃组成的额外光学组件发挥着非常重要的作用，因为他们影响着显示设备的最终性能和大小。

　　这是全息光学元件可以产生很大差异的地方。Jackin解释道：“全息光学元件是一种很薄的光敏材料，它可以复制一个或多个额外光学组件的机能。它们不笨重或巨大，可以适应更小的形状因素。制造它们对我们来说是一个新的挑战，但我们已经研发出了一种解决方案。”

　　对于记录或制造可以复制玻璃光学元件机能的全息图，其需要在记录过程中物理存在的特定光学元件。这种记录是一种依赖于激光和记录薄膜的模拟过程，不涉及数字信号或数字信息。

　　Jackin表示：“记录多个光学组件需要它们全部都出现在记录过程之中，这十分复杂，而且在大多数情况下都无法实现。”

　　研究小组决定以数字方式印刷/记录全息图，并将解决方案成为“数字设计的全息光学元件”(DDHOE)。他们利用了全息记录过程：在记录期间不需要物理存在的光学组件，但仍然可以记录所有光学组件的机能。

　　Jackin指出：“我们的想法是，计算所有光学机能的全息图，并利用LCD和激光来在光学上重建它们。这种重建的光学信号类似于由所有这些光学组件一起调制的光线。然后重建的光线可用于记录最终的全息光学元件。由于重建光具有所有的光学机能，因此在光敏胶片上记录的全息图将能够利用所有这些机能来调制光线。所以，所需的所有附加光学元件都可以用一块全息薄膜进行代替。”

　　至于应用，研究人员已经在平视光场3D显示器上测试了DDHOE。由于这属于透视系统，因此它适用于增强现实。

　　Jackin表示：“我们的系统使用了市场上的2D投影仪，然后在微透镜阵列薄片上(通常是玻璃或塑料)显示一组多视图影像。这块薄片接收来自投影仪的光线并对其进行调制，从而重建空间中的3D影像，因此用户将能在3D中感知影像。”

　　这种方法克服的一大挑战是，2D投影仪的光线会发散，所以必须在它们达到微透镜阵列之前将其校准成平行光束，以便精确地重建空间中的3D影像。

　　Jackin解释道：“随着显示器变大，准直透镜的尺寸也会增大。这会带来体积庞大且笨重的透镜，系统需要较长的光路长度，而且准直透镜的制造成本也很高。这是妨碍系统实现商业成功的一个主要瓶颈。”

　　通过将其机能集成至透镜阵列本身，Jackin及其同事研发的解决方案完全避开了校准的需要。这种微透镜阵列就是包含校准机能的DDHOE。

　　研究人员正继续研发一种平视透视3D显示器。对于采用笨重校准光学元件的当前模型而言，相信这很快就能为我们提供一种替代方案。