信通院最新报告发布：关于工业互联网的工业经济，这篇文章就够了
06-18
加入英伟达会员查看参考/信息来源请点击：英伟达22.8度对角视场，2.3毫米静态和8毫米动态窗口（Nweon，2019年5月6日）VR耳机要成为主流的一个重要挑战是形状参数。
当前的设备相当笨重，而且不太流行。
因此，业界一直致力于解决这个问题。
在一篇题为 《Ultra-thin (2.5 mm) glasses-form factor VR display supporting 3D holographic images》 的论文中，英伟达和斯坦福大学展示了用于虚拟现实的超薄全息眼镜的想法。
由于VR头显一般都是基于放大镜的原理，通过镜头对微显示器提供的图像进行放大，这就需要设备提供一定的距离空间来实现图像的放大。
目前业界积极探索的方向之一是可折叠光学器件，通过光路折叠来减小设备的尺寸。
然而，它们在提供理想的分辨率和重要的视觉焦点线索方面也面临着自己的挑战。
传统耳机需要在显示面板和目镜之间提供一定的距离才能实现图像放大。
因此，NVIDIA和斯坦福大学团队将注意力转向全息技术，打造了厚度仅为2.5毫米的超薄VR显示原型。
全息眼镜全息眼镜由光瞳复制波导、空间光调制器和几何相位透镜组成，可以产生薄而轻的形状参数的全息图像。
NVIDIA 和斯坦福大学团队打造的原型机 那么原理是什么？我们可以再次回顾一下上面提到的放大镜原理。
为了放大图像，镜头和微显示器之间需要有一定的距离，所以常见的VR头显一般都比较宽厚。
Nvidia 和斯坦福大学团队没有采用这种方法，而是选择利用 2.5 毫米厚的光学堆栈来提供全彩 3D 全息图像。
在全息眼镜中，耦合到光瞳复制波导的相干光源可以为纯相位SLM提供照明。
然后，SLM 在设备后面创建一个小图像，该图像由薄几何相位 (GP) 透镜放大。
全息眼镜的主要核心组件包括： 瞳孔复制波导全息近眼显示器：纯相位 SLM 在物理设备后面创建 2D 或 3D 图像。
SLM 直接安装在波导顶部，没有气隙，从而最大限度地减小了显示器的厚度。
几何相位 (GP) 透镜和偏振控制。
GP镜头也称为Pancharatnam Berry相位镜头。
这是一种依赖于偏振的液晶 (LC) 透镜，趋于薄而轻，在特定的输入光束偏振条件下可用作正透镜。
适用于 GP 镜头。
有些耳机使用菲涅耳透镜作为目镜，但团队发现这种光学元件的锯齿结构在与相干光源一起使用时会产生干涉伪影。
此外，由于大多数 SLM 基于 LC 并使用线性偏振，因此应在整个光路中仔细考虑偏振。
因此，研究人员在SLM和GP透镜之间安装了四分之一波片（QWP），将线偏振输入光转换为GP透镜所需的RCP光。
然后，透镜将 RCP 光依次转换为 LCP 光。
图2是全息眼镜的示意图。
波长为 的相干准直光 ?耦合到厚度为 和折射率为 的波导中。
然后光以会聚角θc耦合出波导。
光在线性偏振器中发生偏振，然后由 SLM 进行调制。
SLM 的像素间距为 s，像素数为 s×s，宽度为 s，高度为 s。
调制光以衍射角θs返回给用户。
由于通过波导的路径长度不同，出耦合光的相位均匀性偏差大于正常偏差，使得解决起来很困难。
然而，可以使用环路相机（CITL）方法通过在相位优化期间计算捕获图像的损失来补偿这种扰乱的相位。
此外，波导会扰乱偏振，这可以通过 SLM 前面的线性偏振器来校正。
全息眼镜有两个在传统 VR 显示器中无法观察到的独特特征。
第一个是高衍射级（HDO）。
如图 3 左侧所示，SLM 像素的周期性结构创建了 HDO。
因此，团队在相位计算过程中必须考虑HDO。
因此，他们开发了一种新的梯度下降算法，并使用Pupil-HOGD和HOGD-CITL算法来合成要显示的相位全息图。
关键是对 HDO 的传播进行建模，以便可以在不光学滤除 HDO 的情况下创建高质量图像。
当光瞳收集来自多个衍射级的光时，这种 HOGD 扩散对于实现高图像质量至关重要。
第二个特征来自光瞳复制波导。
由于波导被设计为在一定的入射角范围内重现光场（θi），因此整个SLM照明的方向可以通过输入光束方向来控制。
如图 3 右侧所示，输入光束的微小偏转可以产生动态窗口。
利用附加的注视点跟踪器，系统可以跟踪注视点并通过简单地改变输入光束的方向来将其围绕中瓣移动。
如上所示，图 7 显示了不同计算机生成全息算法产生的图像质量的模拟比较。
对于这两种像素间距，NVIDIA 和斯坦福大学团队开发的新 Pupil-HOGD 算法可在所有瞳孔尺寸下产生最佳图像质量。
当捕获高阶时，HOGD 算法表现第二好，因为它可以优化高阶，但由于光瞳的原因，它无法正确建模滤波部分。
SGD 算法在捕获高阶方面表现第三好，因为它可以利用完整的中心阶，但无法对高阶进行建模。
值得注意的是，即使完全滤除高阶，SGD 算法的性能也是有限的，因为它没有对中阶的部分过滤进行建模。
双相幅度编码 (DPAC) 算法在瞳孔较小时表现良好，因为它将信号集中在低频，并将不需要的光发送到高频，但在瞳孔较大时表现最差。
总体而言，英伟达和斯坦福团队打造了一款类似眼镜的 VR 显示器。
所提出的设计以光瞳复制波导、空间光调制器和几何相位透镜为核心，并利用这个 2.5 毫米厚的光学堆栈来提供全彩 3D 全息图像。
此外，团队提出了一种新的 Pupil-HOGD 梯度下降算法，可以根据用户不同的瞳孔大小进行正确的相位计算。
相关论文：超薄（2.5毫米）眼镜形状因子VR显示器支持3D全息图像值得注意的是，所描述的双目可穿戴原型仅提供22.8度对角线视场、2.3毫米静态窗口和8毫米动态窗口，但支持3D对焦提示，重量仅为60g（不含驱动板），厚度仅为2.55mm。
此外，团队承认在图像质量、瞳孔直径和控制、系统集成等方面仍有改进空间，因此研究人员将继续致力于优化迭代。
值得一提的是，Nvidia并不是唯一一家探索眼镜形式的VR显示的团队。
例如，Meta 在 2016 年展示了类似设备的原型。
如上所示，研究人员提出的新型近眼显示器将全息光学元件与基于偏振的光学折叠层相结合。
该设备仅使用薄平面薄膜作为光学元件，并实现了小于 9 毫米的显示厚度，同时支持与当今消费类 VR 产品相当的视野（该单一绿色 FOV 为 92° 水平 x 69° 垂直）。
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