Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

arinchina 2021年12月7日10:54:23
评论

近眼显示技术专家、AR硬件/软件企业Rave首席科学家卡尔·古塔格(Karl Guttag)日前挖掘了Meta于10月举行的Connect 2021大会的视频,并撰文分享了自己的发现。

需要注意的是,尽管古塔格具备丰富的专业知识和从业经验,但社区对他的观点存在争议。另外,他只是根据视频画面进行分析,不一定符合实际效果。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

1. 介绍:Meta Cambria的惊喜发现

我刚刚在介绍Meta下一代VR头显Cambria的Connect大会视频中发现了尚未有人报道过的方面。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

在撰写下一篇AWE 2021见闻时(主要讨论Lynx的透视AR),我开始思考其他“细薄”VR型光学元件。Lynx光学系统的主要特点是使用折反射光学模块来制作更薄的透视AR头显(通过摄像头提供现实世界视图的VR设备)。我知道Kopin已经通过“Pancake Optics”来为松下开发了一个非常小的VR原型,并在CES 2020和CES 2021进行了演示。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

显然,这种光学元件混合使用了偏振器和四分之一波片。但为了更好地了解他们正在做什么,我搜索了Facebook和Pancake光学元件的相关专利申请,并找到了大约30项,其中大约10项与其相关。几份密切相关的申请的图片看起来与Connect 2021大会的演示非常接近。但专利图提供了额外的元素:一个可变焦点LC元件(130)。

2. 四分之一波片(QWP)

QWP通常用于偏振光,大多数AR光学系统都利用它们来帮助控制光线。Pancake光学元件有用到QWP,所以知道QEP一定的基本特性有助于理解。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

QWP通常由薄塑料膜/片材制成,非常透明。它们“圆极化”(方向正确时)并将其相位延迟四分之一波长,可以是左波长,可以是右波长。如果在同一方向上以四分之一波对光线进行两次循环延迟(实际上是“半波”旋转),光线将线性旋转90度。反射镜反射的光将导致圆偏振从右侧或左侧转到相反的圆偏振(参见上图)。但请注意,离开反射镜的线偏振光将保持相同的线偏振。线偏振光的一个方向称为“s”偏振,完全相反的偏振称为“p”。另外,按照惯例,向上或向上/向下箭头表示“p”偏振,带点的圆圈(表示箭头在页面内/外)表示“s”偏振。

3. Pancake光学元件,Kopin/松下,然后Meta

Kopin开发了并一直致力于推广基于Pancake光学元件的Micro-OLED显示器。松下已经在CES 2020和2021大会展示过Kopin的Pancake光学元件+Micro-OLED显示器。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

Pancake光学元件通过“折叠路径”来节省空间。其中,光线通过和/或从相同的元件中来回反射。离显示器最近的透镜具有半反射镜涂层,所以它可以同时作为透镜和反射镜。

下面是Facebook专利申请2020/0348528的图1和图7,其显示了与Kopin设计相同的基本结构。离显示器最近的透镜一侧是半反射镜涂层,所以它同时起到透镜和反射镜的作用。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

右上图是光线通过Pancake光学元件的基本路径。显示器(110)可以是具有线性偏振器和QWP的OLED,或发射圆偏振光(或类似)的LC型显示器。来自显示器的光被左圆偏振,并且50%将通过具有50/50部分反射镜涂层122的透镜120。光线将被透镜120折射,然后在离开透镜时通过QWP 124。QWP将使光从左圆偏振变为s线偏振。然后,光线通过可变LC透镜130。

然后,s偏振光从透镜140表面上的偏振分束器反射,并通过可变透镜130反射回第一透镜120上的QWP 124,这将s偏振光改变回左圆偏振。然后,光将从50/50反射镜表面122反射,从而将左圆偏振光变为右圆偏振。由于50/50反射镜弯曲,所以它会弯曲光线。故元件120在一个方向的光充当透镜,在另一个方向的光充当曲面镜。

来开透镜/反射镜120的光经过QWP 124,变成线性p偏振,并通过可变透镜130。然后,p偏振光可以通过偏振分束器142,并在其朝向眼睛出射时被透镜140折射。折叠路径令光学元件更加紧凑,而元件120可作为两个不同的元件。

4. Meta的分段相位剖面(Segmented Phase Profile;SPP)可变液晶透镜(DeepOptics和Magic Leap同样有采用这一方案)

Meta专利申请中有一个非常非常的区别:可变LC透镜130。在LC施加电压将使其变成可变焦距菲涅耳透镜,如下图所示。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

在图5和图6(右上方)中,Meta专利同时讨论了多层LC透镜的使用。与单个较厚的透镜相比,更薄的多透镜切换速度更快,并提供了更多的选择。LC的典型切换速度大致与LC厚度的平方成正比。所以,如果薄十倍,则切换速度将快约100倍。

5. DeepOptics LC可切换透镜

LC可以制造可变焦距透镜在业界是众所周知的事实。在2018年CES大会,我第一次看到了配合Lumus波导的DeepOptics透镜。Deep Optics开发LC控制透镜已有大约十年的历史,并已开始销售具有电控焦距功能的32°N偏振光太阳镜和电控焦距。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

从概念上讲,Meta似乎可以将类似Kopin的Pancake光学元件和类似DeepOptics的液体透镜技术结合起来。

正如我在之前关于Magic Leap的博文中所说,那家公司已经考虑在设计中增加可变焦距LC透镜。但正如我在文章所写,我倾向于怀疑Magic Leap 2最终是否能够承受液体LC透镜的额外光损。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

6. 视觉辐辏调节冲突(Vergence Accomodation Conflict;VAC)

可变焦距的原因是为了应对VAC。

Meta下一代Quest VR头显Cambria或支持变焦显示

下面直接引用Meta:“当前的VR/AR/MR头显通常存在所谓的视觉辐辏调节冲突。其中,立体图像对将用户人类视觉系统的会聚状态驱动到任意距离,但用户眼睛的调节或聚焦状态被光学驱动到固定距离。这种冲突在长时间的VR/AR/MR会话期间会引起眼睛疲劳或头痛,显著降低用户的视觉体验。Pancake透镜组件及其光学系统旨在解决上述一个或多个问题,以及其他问题。”

解决VAC并不是什么新鲜事,这是AR和VR业界经常讨论的问题。

7. 结论

对于我认为Cambria会提供不同的焦距,没有任何知情人士告诉我相关消息。我唯一的证据是几份专利申请,以及Meta的Connect 2021大会视频。但由于Cambria是一款高端产品,而VAC是VR头显的一个主要问题,所以Cambr提供变焦功能似乎合情合理。或者已经有其他人撰写过类似的分析判断,但我没有在网上搜到。

Meta专利的方法是追踪眼睛,并调整眼睛感知到的焦距,使其与眼睛会聚一致。如果实施正确,它应该能够在很大程度上解决头痛和恶心的问题。就现实主义而言,这不是一个“完美”的解决方案。不仅眼睛瞄准的焦点要与聚散度一致,而且图像中的其他一切都需要位于相同的焦距(无论其虚拟三维距离如何)。要更好地实现,我们需要更复杂的方法,包括聚焦平面、光场、聚焦表面或(真正的)全息图。

 

文章来源:映维网

weinxin
我的微信
这是我的微信扫一扫
广告也精彩
arinchina
  • 本文由 发表于 2021年12月7日10:54:23
  • 转载请注明:https://www.arinchina.com/10823.html
匿名

发表评论

匿名网友 填写信息

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: