全息光场3D显示：为AR带来清晰无畸变视觉

我们主要通过键盘和2D触控面板与数字内容交互。但虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术正承诺从这些限制中解放出来。

VR/AR设备有自身缺点，如基于立体视设计易导致眼疲劳、眩晕、动作病。长时间使用会增加恶心和畸变感，即VR病。

为克服限制，比利时和日本研究人员探索全息与光场技术结合。虽需额外设备，但他们尽量压缩尺寸和成本以实现商业成功。

物体特征（尺寸、颜色、纹理、高度、距离）由其向不同方向、不同强度散射的光定义。人眼接收这些调制光线并向大脑发送信号，在大脑中重现特征。

真3D显示如全息和光场显示设备可在无实物情况下生成相同调制光线。但准确重建所有物体特征代价高昂。

因此研究人员先计算所需调制，再用LCD将数据转为光信号。这些信号进一步馈送给光束组合器、镜子、透镜等光学仪器。

他们开发含薄层光敏元件的全息光学元件，能复制多个光学模块功能。主要由玻璃制成，决定显示质量和性能。

为一次记录/印刷多个光学组件，团队开发数字设计全息光学元件 (DDHOE) 方法。该方法可记录不同光学组件所有特征，无需实际组件物理在场。

来源：The Optical Society

基本目标是测量所有组件特征的全息图，用激光和LCD光学重建在一起。最终光学信号类似于所有实际组件共同调制的光。记录的全息图最终投影在薄层光敏材料上。

(a) DDHOE透镜阵列, (c) 计算机生成3D场景, (d) 最终3D图像 | 来源：Boaz Jessie Jackin

团队已在抬头光场3D显示器测试此技术。因是透视系统输出3D图片/视频，技术在AR领域有多种应用潜力。

在玻璃（微透镜阵列膜）显示多视角图片时，系统使用传统2D投影仪。薄膜调制来自投影仪的光，在空间中重建3D图像。

传统技术中，投影仪光在击中微透镜阵列前散射，导致空间中最终3D图像畸变。修复需将投影仪光准直为平行光束。

但若想要更大显示，必须增大准直透镜尺寸，增加组件成本——这是这些技术未获商业成功的主因。

新方法则通过DDHOE制造微透镜阵列，将准直功能融入阵列本身，消除笨重准直光学件需求。研究人员相信其技术将很快取代使用笨重光学组件的现有模型。

工业技术