全息透鏡製造新途徑可望量產XR眼鏡

作者 : 胡安,EDN China

為了進一步在XR裝置中實際使用全息透鏡,Facebook Reality Labs的研究人員最近分享了一種設計和製造緊湊型全息鏡片的新方法,可望用於大規模製造Facebook最近展示的緊湊型XR眼镜…

大多數XR裝置所使用的透鏡都是典型的折射透鏡,針對某些光學特性進行最佳化時,其體積可能非常大。因此,在XR頭戴式顯示器中經常使用菲涅爾(Fresnel)透鏡,以改善其光學性能而不至於使其體積變得太大。

從理論上來說,全息透鏡(holographic lenses)可為XR光學帶來更具前景的發展方向,它不僅僅具備與傳統透鏡相同的光學性能,體積上也非常纖薄。然而,要設計和製造具有高光學性能的全息透鏡比起典型的折射光學元件更困難。

為了進一步在XR裝置中實際使用全息透鏡,Facebook Reality Labs的研究人員最近分享了設計和製造緊湊型全息鏡片的新方法,可望用於XR頭戴式顯示器,同時也可能有助於大規模製造Facebook最近展示的緊湊型XR眼镜。

研究人員在其發表其研究結果的論文中介紹這種設計和製造自由曲面全息光學元件(Holographic Optical Elements;HOEs)的方法,「能夠規定具有複雜相位分佈和高選擇性的體積光柵。這種途徑能夠降低影像差,在所需的波長和角度下最佳化衍射效率,並補償HOE製造過程中材料的收縮,這些特性十分有利於VR/AR應用。」例如實體彎曲外形的HOE可能有利於某些VR/AR應用,包括將HOE層壓在彎曲擋風玻璃上。

具體來說,這篇論文中涵蓋了建立全息透鏡設計最佳化方法的理論,以及兩種實際製造全息透鏡的方法。

其中一種方法使用了一對自由曲面的折射光學元件來創建目標全息圖。論文中提出一種用於生產折射光學元件的方法,以使其於全息薄膜內準確地形成目標全息圖。

另一種方法涉及全息印表機,用於從平鋪的全息貼片中創建目標全息圖。論文提出的最佳化製程方法是使用特定方式最準確地透過全息薄膜重現目標全息圖,研究人員認為,這是與第一種方法完全不同的挑戰。

研究人員期望該製造架構能夠進一步擴展,特別是全息印表機或折射透鏡的方式,均不要求HOE完全平坦,因此,實體外形彎曲或最佳化HOE的形狀可提供更大的自由度並開發更多新應用,同時也是研究人員接下來的研究方向。

這篇題為「設計與製造自由曲面全息光學元件」(Design and Fabrication of Freeform Holographic Optical Elements)的研究論文已發表於去年12月的《ACM Transactions on Graphics》期刊中。

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