Facebook研究人员分享设计和制造紧凑型全息透镜新方法

根据RoadtoVR报道，近日Facebook Reality Labs的研究人员分享了用于XR头显的紧凑型全息镜片设计和制造的新方法。

目前市面上大多数XR设备使用的透镜都是典型的折射透镜，体积可能非常庞大，尤其是针对某些光学特性进行了优化的情况下。有一些XR设备因此使用了菲涅尔透镜，在提高光学性能的同时不会增加太多的体积。

从理论上来说，全息透镜是XR光学一种有前途的方向，它不仅仅具备传统透镜相同的光学性能，体积上也非常纤薄。也正是因此，设计和制造具有高级光学性能的全息透镜要比典型的折射光学器件困难得多。

为了更进一步地在XR设备中实际使用全息透镜，Facebook Reality Labs的研究人员Changwon Jang，Olivier Mercier，Kiseung Bang，Gang Li，Yang Zhao和Douglas Lanman详细介绍了一种设计和制造全息透镜的新方法。这对于大规模制造Facebook最近展示的紧凑型XR眼镜可能有很大帮助。

在12月份发表于同行评审期刊《ACM Transactions on Graphics》（第6期，第39卷，第184条）上的一篇名为「制造自由曲面全息光学元件」研究人员写道：“我们提供了一条用于设计和制造自由曲面全息光学元件（Holographic Optical Element，简称HOE）的管道，可以规定具有复杂相位分布和高选择性的立体光栅。我们的方法可降低图像像差，在所需的波长和角度下优化衍射效率，并补偿HOE制造过程中材料的收缩，所有这些均对VR / AR应用非常有利。我们还以复杂但平滑变化的体积光栅为例演示了第一个全色苛性HOE。”

具体而言，本文涵盖了用于建立全息透镜设计优化方法的理论，以及用于实际制造全息透镜的两种方法。

其中一种方法使用了一对自由曲面的折射光学器件来创建目标全息图。该论文提出了一种用于生产折射光学器件的方法，以使它们在全息膜内准确地形成目标全息图。另一种方法涉及全息打印机，用于从平铺的全息贴片中创建目标全息图。文中还提出了一种优化工艺的方法，使用特定方式最准确地通过全息胶片重现目标全息图，研究人员认为，这是与第一种方法完全不同的挑战。

尽管论文中并没有进行充分的探讨，但作者说，未来的研究可以尝试将这些方法应用于弯曲而不是平坦的表面。

对于某些VR/AR应用，创建具有物理弯曲形状因子的HOE可能很有好处，例如，用于层压在弯曲挡风玻璃上的HOE。“我们期望的其制造框架能够很好地扩展到此类情况，因为全息打印机或折射透镜的方式均不需要HOE完全平坦，并且第一种方法优化后可以适用于与弯曲曲面的光线相交[…] ”，研究人员写道。“优化HOE的形状作为我们方法的一部分将为我们提供更大的自由度并扩大应用范围，但这是我们未来的工作方向。”

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