混合现实(MR)核心是要把物理世界和数字世界无缝连起来,让人们能体验到突破现实限制的场景。它在培训、沟通、娱乐、教育这些领域都有能带来颠覆性改变。
不过,要让用户和虚拟环境自然、舒服地互动,戴在眼睛附近的显示器(近眼显示器)就得做得像普通眼镜一样便携,既时尚,又能戴一整天,同时还得呈现出和真实世界差不多的逼真画面。但现在的这类显示器还达不到这些要求 —— 为了把微显示器的图像投到人的视网膜上,现有设计做出来的光学部件,比普通眼镜明显更重、体积更大。而且,这些显示器大多只能显示二维画面,没法完整还原真实世界的光场,这就会导致眼睛不舒服(专业上叫 “辐辏 – 调节冲突”)。

Meta Reality Labs Research自助斯坦福大学研发出一种新兴的 “基于光波导的全息系统” 很有希望解决这些问题。它既能做出小巧的近眼显示器,又能呈现出特别逼真的画面。这种技术靠的是全息原理,已经能做到在薄薄的膜里呈现出和真实场景几乎分不清的静态 3D 画面,还能把复杂的光学零件压缩成又轻又薄的全息光学设计。
这个系统包含全息波导、全息透镜和微机电镜子(MEMS 镜)。它的光学结构做得特别小巧,但能提供足够的光线;而且通过体全息波导和全息透镜,分别解决了多余的光干扰和色彩偏差问题,弥补了同类设计的短板。
其中,全息光波导的设计思路和布局,借鉴了 “光瞳复制” 的原理,主要由入耦合器、出瞳扩展光栅、出耦合光栅这几部分组成,这些部件用的都是专门设计的体布拉格光栅(VBG)。
整个显示结构从空间光调制器(SLM)到全息透镜,厚度只有 3 毫米,包括 0.6 毫米的波导和 2 毫米的全息透镜,非常轻薄。里面的 MEMS 镜能控制照到 SLM 上的光线角度,这样就能形成一个 9×8 平方毫米的有效视野(眼动框),对角线视场角能达到 38°(水平方向 34.2°,垂直方向 20.2°)。
总的来说,全息波导技术会是 MR 未来的重要发展方向,它能直接减小 MR 设备的体积。不过目前,这一技术还有不少难题等着攻克。