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全息光栅在Hololens显示中扮演了怎样的角色?

2016-08-06 09:40
冷血の爱
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  由微软推出全息眼镜Hololens正式发货之后,各路土豪纷纷入手,晒订单,晒开箱,晒图片。国外科技媒体The Verge的编辑Tom也被邀请到总部,晒Hololens大拆解。同时,对于Hololens的各个技术参数也有大神深入研究。

  今天我们就来研究一下Hololens显示。

  显示部分的成本几乎占Hololens总成本的一半。显示部分主要包括微型投影和光波导。其中单单是光波导就占总成本的三成,是整个Hololens中最昂贵的器件,这也可以看出光波导其实是这款AR设备中的核心。

  Hololens的真实光波导结构扑朔迷离,网上许多人写了文章来对此进行分析,最终归结于两种观点:一种是利用体全息波导技术,另一种是利用倾斜衍射光栅波导技术。

  前者的技术代表是BAE公司和Sony公司。BAE公司是目前世界第一大军品公司,在2007年发布Q-Sight100全息波导头盔显示器,是机载瞄准显示领域的里程碑;而Sony公司在2009年发布了全息波导型透视眼镜Eyeglass,在2014年将其改为smart eyeglass推向市场。

  后者的技术代表是诺基亚公司,后来相关专利部分转让给微软。从研究进程来看,微软更容易使用倾斜衍射光栅波导技术,因为已经掌握了专利,但是在2014年微软申请了一项专利名为Multiplexed hologram tilingin a waveguide display,却又是偏向体全息波导技术的。

  事实上,两种技术的基本原理是一致的,都是利用了全息光栅的衍射来进行光的耦合,因此可以将其看做一种统一的技术。

  接下来我们来讨论一下什么是全息光栅。

  全息光栅

  全息光栅一般指利用全息照相原理形成的有一定厚度的光栅结构,比较厚的全息光栅又叫体全息光栅。

  记录全息光栅需要两束相干性好的激光,通常我们把其中一束称为物光,另一 束称为参考光。物光和参考光在记录材料中形成干涉,产生光栅条纹,又叫全息图。倾斜衍射光栅就是一种比较规律比较简单的全息图。形成了光栅后,只需要用参考光以与记录时同一角度照射该光栅,就会衍射出物光。而且越厚的光栅其衍射效率越高。

  光耦合条件

  利用全息光栅进行光耦合的时候,需要满足布拉格衍射条件,即对入射光的角度有很严格的要求。这就导致了某一角度的光栅只对某一很小角度范围的入射光响应,否则光将不会发生耦合,而是直接透过光栅。这就严重限制了视场角。

  因此HoloLens采用记录很多个角度的倾斜衍射光栅来增加视场角。记录角度越多,意味着视场角越大。但是记录角度不能无限的多下去,如果两个记录角度的差小于布拉格衍射条件的角度选择性,那么将导致光耦合过程中发生串扰。而且想要获得更小的记录角度差,会导致工艺难度大幅提高且良品率降低,因此制作成本提高。这就是为什么Hololens全视场角也只能做到40°左右的原因。

  总结

  总结一下,Hololens利用了体全息波导技术,也可以理解成用了很多个倾斜衍射光栅,这就将二者统一起来,原理是一致的。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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