全息和光场技术生成的实用 3D 显示

我们主要通过键盘和 2D 触摸面板与数字内容进行交互。然而，虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 等技术如今有望摆脱这些限制。

VR/AR 设备有其自身的缺点，例如，由于其基于立体视觉的设计，容易引起眼睛疲劳、头晕和晕动病。长时间使用这些设备可能会增加恶心和扭曲的感觉，也称为 VR 病。

为了克服这些限制，比利时和日本的研究人员已经开始探索全息和光场技术的结合。虽然这需要额外的设备，但他们一直试图保持较低的尺寸和成本，以取得商业上的成功。

物体的特性（如大小、颜色、纹理、高度、距离）是由它们在不同方向以不同强度散射的光来定义的。人眼看到这些经过调制的光线，并将信号发送到大脑，在那里重新创建这些特征。

全息和光场显示设备等真正的 3D 显示器可以在不存在实际物体的情况下生成相同的调制光线。然而，准确地重建对象的所有特征是一个昂贵的过程。

这就是为什么研究人员首先计算所需的调制，然后使用 LCD 将数据转换为光信号。这些信号进一步馈送到其他光学仪器，如合束器、反射镜和透镜。

他们开发了一种全息光学元件，带有一层薄薄的感光元件，能够复制多个光学模块的工作。它主要由玻璃制成，决定了显示器的质量和性能。

为了一次性记录/打印多个光学组件，该团队开发了一种称为数字设计全息光学元件（DDHOE 的缩写）的方法。该方法可以记录不同光学元件的所有特征特征，而无需实际存在的元件。

来源：光学学会

基本上，目的是测量所有组件特征的全息图，并使用激光和 LCD 以光学方式重新创建它们。最终的光信号类似于由所有实际组件调制在一起的相同光。记录的全息图最终投射到感光材料薄片上。

(a) DDHOE 镜头阵列，(c) 计算机生成的 3D 场景，(d) 最终 3D 图像 |图片来源：Boaz Jessie Jackin

该团队已经在平视光场 3D 显示器上测试了这项技术。由于它是输出3D图片/视频的透明系统，因此该技术可以在AR中具有多种应用。

为了在玻璃（微透镜阵列膜）上显示多视图图片，该系统使用传统的 2D 投影仪。该薄膜调制来自投影仪的光线，并在空间中以 3D 形式再现图像。

在传统技术中，来自投影仪的光在撞击微透镜阵列之前会发生散射。这会扭曲空间中的最终 3D 图像。要解决此问题，您需要将投影仪灯光准直成平行光束。

然而，如果你想要更大的显示器，就必须增加准直透镜的尺寸，这会增加组件成本——这是这些技术没有取得任何商业成功的主要原因。

阅读：THIN AIR 中的最新 3D 投影 |更好的全息替代品

另一方面，新方法通过用 DDHOE 制造微透镜阵列本身，将准直功能结合到微透镜阵列上。这消除了对更重的准直光学器件的需要。研究人员相信，他们的技术将很快取代现有的使用笨重光学元件的模型。

工业技术