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Facebook全息超短焦AR/VR光学突破,或可实现量产
 【发布时间:2021年08月09日】 【来源:青亭网】 【作者:佚名】

  去年6月,Facebook曾重磅公布一款基于全息光学的超短焦VR眼镜方案,其特点是体积轻便、外观小巧,而且支持激光光源,具备视网膜级分辨率效果。据悉,利用该方案开发的VR眼镜原型看起来如墨镜大小,让我们仿佛看到了未来理想的VR形态。

  近期,Facebook Reality Labs再次公布关于该技术的更多细节,并重点解释该光学方案所采用的LCPH显示技术(全名为液晶偏振全息),以及相关的量产方案。

  据青亭网了解,LCPH是一种通用的、低成本光学元件,其特点是结合高端的LCD技术与全息技术,可大幅提升AR/VR显示效果,也是液晶技术的一种升级。LCPH显示屏支持两种效果,分别为:1)作为被动光学薄膜,有规定的光学参数;2)可调整的主动显示屏幕。

  此外,LCPH材质支持平面和曲面两种形式,可以根据不同的尺寸定制,最小可像芯片一样,最大也可以有望远镜透镜大小。此外,LCPH的光学效率可达95%或更高,这是超表面(metasurface)等其他轻薄光学方案难以达到的。

  与此同时,这是一种经济上可行的制造工艺,其基于现有的液晶工具和材质,整体来讲制造流程没有光刻控制的LCD或是超表面的纳米制造技术那么复杂。

关于LCPH优势

  通常,对于近眼光学方案来讲,动态变焦是一大挑战。而且由于光学特性,在透镜和显示模组之间必须有保留一个用于确保对焦的空间,当眼球与现实模组太近时可能会难以对焦。为了解决这一问题,Facebook采用了轻薄的全息透镜,实际上此前日本东京农工大学也曾采用全息技术,来解决AR隐形眼镜靠近人眼难以聚焦的问题。

  传统的全息技术基于光线调节原理,而偏振全息(又叫几何相位全息、圆形衍射波片)则依靠两个或以上光束的偏振调节。与HOE(全息光学元件)相似,偏振全息模组(PH)支持多种不同的角度和光谱带宽,而且外观设计足够轻薄。因此,PH可以充当镜面、透镜、光栅、光波导、透镜阵列、漫射器甚至非彩色或彩色的光学器件。总之,PH的偏振灵敏度为光学系统的设计带来更多灵活性,这对于AR/VR等应用场景足够关键。

  除了全息技术外,LCPH方案同样基于液晶显示技术。而液晶显示屏材质的优势在于,支持调节,可改变液晶分子的光轴方向,而且可量产。

  LCPH结合了全息光学和液晶光学的优势,通过偏振全息技术来校准液晶模组,进一步提升液晶显示效果。Facebook认为,LCPH将有望改变AR/VR显示技术,将光学元件的厚度降低至1微米左右,整体外观更轻薄,效率更高。

  LCPH的应用场景足够灵活,可以与被动光学薄膜结合,或结合主动显示模组,同时兼容平面或曲面设计,可直接将LCPH材质直接压或涂在现有光学显示系统的表面上。在结合LCPH工艺后,还可以缩小眼球/面部追踪元件、光线定向模组、光学传感器、色差校正元件的体积。

关于低成本量产

  对于Facebook来讲,AR/VR硬件的量产和低成本化是推动消费级市场的关键。目前,Facebook指出了一种低成本LCPH制造工艺,它可以用于打造AR/VR光学系统,并且可结合微型的眼球和面部追踪模组,以及呈现模组、光束偏转模组、光学扫描元件、折射光学的色差校正元件等等。

  科研人员发现,现有的液晶制造工具和材质即可制造LCPH,而且制造工艺比基于光刻的LCD制造工艺,或超表面的纳米工艺更简单。甚至,单一的生产线可生产多种不同参数的LCPH产品。

  在制造LCPH过程中,将需要利用经过验证的LCD背板制造工艺,即:创造定制化图案的掩膜,然后从掩膜向样本复制图案信息,接着依照制造大型基板所采用的步进原理。理论上讲,在复制图案时并不需要光刻工艺所需的复杂投影镜头,而通过近距离直接复制的方式即可满足大部分应用场景,这样的设计更加简洁。

  据了解,通常制造LCPH薄膜需要六个步骤:

  1)玻璃清洁;2)光控取向材质涂层;3)光控取向材质图形化;4)活性液晶原涂层;5)活性液晶原固化;6)组装。

  而制造主动显示的LCPH模组则需要额外的步骤,比如:电极图形化、液晶材料填充。总之,不同的应用场景的LCPH将采用不同的制造工艺。

  Facebook表示:决定LCPH量产规模的两个因素是:活性液晶原技术和光控取向材质图形化。其中,活性液晶原材质是现成的技术,不过为了满足AR/VR光学和显示系统的需求,LCPH的活性液晶原材质需要满足以下三个特征:1)可见范围内,无色且低吸收率;2)紫外线固化后,活性液晶原材质的收缩率和表面粗糙度都足够低;3)在环境压力和曝光情况下,依然稳定。

LCPH应用场景

  Facebook表示:AR/VR技术将物理和数字世界融合,同时为娱乐、商业场景提供了全新的工具和应用。为了推动AR/VR普及,相关的光学和显示技术需要实现紧凑的设计,以及可长时间使用的舒适性。

  轻量化的AR/VR需要采用轻薄的光学元件,来控制光传播方向、强度和偏振。而LCPH可以同时满足AR/VR头显对于体积和视觉的要求,它可以与轻量化的眼球追踪模组结合,实现AR动态注视点渲染,从而提升分辨率观感、校正色差。

  近年来,Facebook Reality Labs曾尝试将LCPH与轻薄的眼球追踪模组结合,以解决视觉辐辏冲突问题,提升变焦效果,降低色差等图像失真现象。

  除了AR/VR外,LCPH也可以用在医学成像的非破坏性试验,或是机器学习的偏振传感和成像,以及微影(制造半导体的步骤)工艺中校正高分辨率成像透镜的色差、光的储存和加密、内部/外部建筑照明的光线塑造漫射器和偏转器、自动驾驶汽车的AR HUD和LiDAR系统、太空望远镜、航天通讯等等。在这些场景中,LCPH可满足对于轻量化、高质量、可量产等方面的需求。


  文章录入:毕庆雯        责任编辑:毕庆雯       访问次数: 次 
 
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