Meta與斯坦福大學(xué)攜手開展的“合成孔徑波導(dǎo)全息術(shù)”研究，正朝著打造總光學(xué)堆棧厚度不足3毫米的“VR眼鏡”這一目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)。相關(guān)研究成果已發(fā)表于題為《用于大光展量緊湊型混合現(xiàn)實顯示器的合成孔徑波導(dǎo)全息術(shù)》的論文中，其作者團(tuán)隊集結(jié)了Meta顯示系統(tǒng)研究團(tuán)隊的兩名研究員、斯坦福大學(xué)的一位副教授，以及一名獲Meta研究獎學(xué)金資助的斯坦福大學(xué)博士生。?

當(dāng)前，VR/MR頭顯的厚度幾乎完全由光學(xué)元件和顯示器所決定。盡管近年來薄餅透鏡的應(yīng)用通過縮短透鏡與顯示器之間的光路，在一定程度上縮減了頭顯厚度，但薄餅透鏡自身依舊相對厚重，與普通眼鏡的輕薄程度相去甚遠(yuǎn)。?

Meta顯示系統(tǒng)研究團(tuán)隊總監(jiān)道格拉斯?蘭曼（DouglasLanman）曾多次提及，他渴望有朝一日能推出“VR眼鏡”——一種能以普通眼鏡般的體積提供VR體驗的頭戴式顯示系統(tǒng)。這無疑需要一套與現(xiàn)有市面上任何顯示系統(tǒng)都截然不同的全新系統(tǒng)，而此次的研究正是Meta向這一目標(biāo)邁進(jìn)的重要一步。?

在業(yè)內(nèi)，“全息”一詞的含義寬泛，且時常被誤用和濫用。但需明確的是，新論文中展示的原型是一款真正意義上的全息顯示器，它能夠呈現(xiàn)逼真的真正3D圖像，并帶有內(nèi)在的深度線索。這一特性恰好緩解了當(dāng)今頭顯存在的一個主要缺陷——輻輳調(diào)節(jié)沖突，即眼睛看向虛擬物體的虛擬距離時，卻需聚焦于鏡頭的固定焦距，由此引發(fā)的不適感。?

該原型針對紅、綠、藍(lán)每種顏色，都配備了微型光纖耦合激光器。這些激光器由微型且反應(yīng)極快的MEMS鏡子引導(dǎo)至光波導(dǎo)中，光波導(dǎo)則將光進(jìn)行擴(kuò)展后，引導(dǎo)至空間光調(diào)制器（SLM），最終由空間光調(diào)制器將光調(diào)制到眼睛前方的全息目鏡。?

此顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)之一，是一款專為全息近眼顯示器設(shè)計的緊湊型定制波導(dǎo)，它支持較大的有效光學(xué)擴(kuò)展量。同時，該系統(tǒng)還與一個全新的基于人工智能的算法框架協(xié)同工作，該框架融合了隱式大光學(xué)擴(kuò)展量波導(dǎo)模型、用于部分相干互強(qiáng)度的高效波傳播模型，以及一個新穎的計算機(jī)生成全息（CGH）框架。?

波導(dǎo)在HoloLens、Magic?Leap、Snap?Specs和Meta的Orion原型等透明AR系統(tǒng)中較為常見，不過這些系統(tǒng)采用的是表面浮雕光柵。而此次研究的系統(tǒng)則使用體布拉格光柵（VBG），其經(jīng)過角度編碼，能夠以極窄的角度衍射特定色帶，從而提高了效率，還實現(xiàn)了更輕薄的外形。?

此外，該原型還運(yùn)用了AI校準(zhǔn)技術(shù)，這是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它能學(xué)習(xí)光線穿過整個系統(tǒng)時的變化規(guī)律，進(jìn)而調(diào)整SLM，為眼睛提供更高質(zhì)量的輸出，同時提升圖像質(zhì)量并減少偽影。?

其實，超薄VR顯示系統(tǒng)的研究原型并非首次出現(xiàn)，但此次Meta與斯坦福合作的原型較以往有了顯著進(jìn)步。?

早在2020年，F(xiàn)acebook的研究人員就展示過一種厚度不到9毫米的定焦全息鏡頭方案，然而該原型僅有綠色光，并非全彩，且其標(biāo)稱的18克重量還未包含激光背光。?

2022年，英偉達(dá)的研究人員借助光瞳復(fù)制波導(dǎo)、空間光調(diào)制器（SLM）和幾何相位透鏡，實現(xiàn)了厚度為2.5毫米的真3D全息技術(shù)。但該技術(shù)的視場角僅為23°，在未啟用眼動追蹤時，眼區(qū)僅為2.3毫米，即便啟用眼動追蹤，眼區(qū)也僅為8毫米。?

這里所說的視窗，指的是眼睛與鏡頭中心之間能獲得清晰且不模糊圖像的最大距離。若視窗過小，不僅很多人無法使用該設(shè)備，其他人也需要頻繁調(diào)整設(shè)備位置。?

相比之下，Meta和斯坦福研究人員研發(fā)的新原型實現(xiàn)了38°的對角視野和9x8mm的大靜態(tài)眼區(qū)，這無疑是一項重大進(jìn)步。?

研究人員還表示，AI圖像校準(zhǔn)方法在圖像質(zhì)量提升方面取得了重大突破。要知道，許多全息顯示系統(tǒng)原型，甚至包括一些大型桌面系統(tǒng)，圖像質(zhì)量一直是其最大短板，所以這一進(jìn)步極具前景。?

不過，全息光學(xué)器件要在實際XR產(chǎn)品中應(yīng)用，可能還需要數(shù)年時間。目前該系統(tǒng)38°的對角線視場角，遠(yuǎn)小于Quest3約115°的視場角。而且，能夠為該顯示系統(tǒng)提供高質(zhì)量SLM、光纖耦合激光器和VBG波導(dǎo)的商業(yè)規(guī)模供應(yīng)鏈尚未形成。?

但值得期待的是，全息顯示系統(tǒng)的研究正在穩(wěn)步推進(jìn)，每一次突破都讓我們離擁有一款不比老花鏡笨重的VR設(shè)備更近一步。