Facebook* показала прототип плоских VR-очков с голографическим экраном

Разработчики из исследовательского подразделения Facebook представили прототип VR-очков с плоскими экранами. В них вместо обычных линз для фокусировки изображения используется голографическая многослойная пленка. В текущем виде прототип, выполненный в форме и размере солнечных очков, работает с внешним лазерным излучателем и показывает монохромные изображения, но инженеры уже создали более массивные экраны со схожей конструкцией, работающие в цветном режиме. Статья о разработке будет представлена на конференции SIGGRAPH 2020, также авторы рассказали о ней в блоге компании.

Практически все серийные VR-шлемы похожи друг на друга — это большие блоки, которые прикладываются к глазам и носу, и закрепляются на голове. Они имеют большой размер и носить их бывает неудобно, потому что центр тяжести смещен вперед от лица. Причина этого кроется в классической оптической схеме с экраном и толстой линзой, удаленной от экрана, чтобы фокусировать изображение в глаз. Для решения этой проблемы инженерам приходится изобретать альтернативные оптические схемы. Например, недавно разработчики из Intel показали прототип компактного VR-шлема с полем зрения 180 градусов по горизонтали. Такого результата удалось достичь, заменив обычные линзы на массив микролинз.

Эндрю Мэймон (Andrew Maimone) и Цзюнь Жэнь Ван (Junren Wang) из Facebook Reality Labs представили прототип VR-очков с рекордно компактной оптической конструкцией, толщина которой составляет 8,9 миллиметра. В разработке есть два основных новых элемента, которые позволили достичь таких характеристик.

Первый из них — это оптическая схема, позволяющая значительно укоротить расстояние от дисплея до внешнего слоя оптической системы. В ней используется несколько голографических пленок. Сначала свет с дисплея проходит через круговой поляризатор, затем на светоделитель, который пропускает половину света и отражает другую половину к дисплею. Половина, прошедшая через светоделитель, сначала отражается на выходном слое, который представляет собой отражающий поляризатор, затем снова отражается от светоделителя и теряет половину интенсивности, и на втором взаимодействии с внешним поляризатором проходит через него и направляется к глазу пользователя. Все эти отражения приводят к тому, что исходный луч от дисплея выходит из оптической системы ближе к ее центру, чем если бы использовалась обычная одинарная линза.

Голографические элементы имеют недостаток: они гораздо сильнее обычных линз рассеивают свет, то есть по-разному преломляют его в зависимости от длины волны. В случае, когда в оптической системе свет несколько раз отражается и проходит через несколько голографических пластин, это приводит к заметным визуальным артефактам, неприемлемым в шлеме виртуальной реальности. Эту проблему можно почти полностью устранить, если использовать монохроматическое излучение от лазера. Но в таком случае излучение от необходимо отражать на жидкокристаллическую панель дисплея, используя большую оптическую систему.

Мэймон и Ван решили эту проблему, также используя голографическую пластину, создав из нее направленную подсветку дисплея. Они записали в ней голографическую схему, которая принимает свет от торца пластины и преломляет его в перпендикулярном направлении. Это позволяет подводить лазер не сзади от дисплея, а сбоку, причем с помощью волновода.

Инженеры собрали три разных прототипа. В носимых прототипах в виде обычных очков используется монохромные дисплеи, поскольку они работают с одним зеленым лазером. Разрешения каждого из двух дисплеев в носимом прототипе составляет 1600 на 1600 пикселей, но фактически используются не все пиксели и реальное разрешение составляет примерно 1000-1200 пикселей по каждой стороне. Поле зрения очков составляет 92 на 69 градусов. Также разработчики собрали большой настольный прототип с тремя разными лазерами, способный выводить цветное изображение и охватывающий цветовое пространство, превышающее sRGB.

Необычные разработки есть и в области устройств дополненной реальности. Например, в прошлом году инженеры из NVIDIA показали прототип AR-очков, в которых они реализовали фовеальный рендеринг на аппаратном уровне. Для этого в очках используются отдельные экраны: один отвечает за формирование основного поля зрения, а второй работает лишь в узкой его части, но зато отображает в ней изображение высокого разрешения.

*Facebook принадлежит компании Meta, деятельность которой в России запрещена.