視場角可達70°，耐德佳研發(fā)空間復(fù)用型AR光場顯示技術(shù)

    在目前絕大多數(shù)頭戴顯示設(shè)備中，視覺立體感都是靠雙目視差產(chǎn)生的。但由于成像原理都是基于傳統(tǒng)的單透鏡成像，這些設(shè)備的虛擬畫面往往成像在固定距離處。也就是說，無論雙目視差如何，人眼的晶狀體總是聚焦在固定距離處，而不完全符合雙目視差所帶給我們的畫面深度信息。這種現(xiàn)象被稱為輻輳-聚焦矛盾（vergence-accommodation conflict, VAC）。由于不符合人眼的自然觀察狀態(tài)，它在一定程度上會造成用戶的視覺疲勞。尤其是在AR中，當把虛擬信息疊加在距離用戶較近位置處時，由于人眼對虛擬信息和真實環(huán)境的聚焦狀態(tài)差異很大，虛實融合的效果則會變得很不自然。

輻輳-聚焦矛盾示意圖

    這個問題可以通過避免把虛擬信息放在距離用戶較近位置處來緩解，比如Microsoft HoloLens中，在用戶一定距離范圍內(nèi)的虛擬信息會被消隱。但隨著AR應(yīng)用的深化和普及，一些應(yīng)用將不得不把虛擬信息呈現(xiàn)在更近處，如手掌上、筆尖處。這時，盡管虛擬信息離用戶很近，但用戶的眼睛卻不得不聚焦在幾米以外的位置。VAC問題所帶來的視覺不適感將極大影響AR應(yīng)用的使用體驗！

    針對這個問題，學(xué)界提出了光場顯示的概念，即通過空間光調(diào)制器在一定空間范圍內(nèi)復(fù)原出光線在自然狀態(tài)下的分布情況。幾年前出現(xiàn)的光場相機（如Lytro和Raytrix）便是光場理論的典型應(yīng)用。這些設(shè)備所記錄的畫面中包含了所拍攝景物的深度信息。在VR/AR中，我們也可以采用類似的方法來顯示不同深度的信息，即光場顯示。目前最接近實際應(yīng)用的一種光場顯示是采用透鏡陣列+光場圖像的方式，使每個像素點與透鏡形成對應(yīng)的位置關(guān)系，從而由圖像坐標 (x, y) 和透鏡坐標 (u, v) 定義四維光場 (x, y, u, v)，并在出瞳范圍內(nèi)重現(xiàn)出來。

    在此理論基礎(chǔ)上，耐德佳首次提出了空間復(fù)用型AR光場顯示（稱作DLA技術(shù)）。通過在透明基片上建造微結(jié)構(gòu)陣列作為空間光調(diào)制器，同時在另一透明基片上建造小型顯示陣列作為圖像源，當二者遵循一定的對齊方式時，來自真實環(huán)境的光線和來自顯示陣列的光線便能夠分別經(jīng)過DLA的不同區(qū)域而同時進入出瞳范圍。如此一來，系統(tǒng)既能實現(xiàn)AR顯示，又能復(fù)原出空間光場。

耐德佳空間復(fù)用型AR光場顯示效果實拍圖

    虛擬信息可以被渲染在幾乎任意深度處，以模擬光線在自然情形下進入人眼的狀態(tài)，緩解由VAC問題所帶來的視覺疲勞和虛實融合失調(diào)問題。在理論計算的基礎(chǔ)上，耐德佳設(shè)計的AR光場顯示目前可實現(xiàn)最大70°的視場角和不小于8mm的出瞳直徑，而系統(tǒng)整體厚度則僅為5mm。與近年來風(fēng)靡的波導(dǎo)型AR顯示不同，該系統(tǒng)除了DLA和圖像源之外，不包含任何額外的光路準直結(jié)構(gòu)，且更易實現(xiàn)量產(chǎn)，因此更加適合普通眼鏡形態(tài)的AR產(chǎn)品，也更加適宜AR應(yīng)用的要求。目前相關(guān)研究成果已申請多項專利。