Facebook показала прототип плоских VR-окулярів з голографічним екраном

Розробники з дослідницького підрозділу Facebook представили прототип VR-окулярів з плоскими екранами. У них замість звичайних лінз для фокусування зображення використовується голографічна багатошарова плівка. У поточному вигляді прототип, виконаний у формі і розмірі сонячних окулярів, працює із зовнішнім лазерним випромінювачем і показує монохромні зображення, але інженери вже створили більш масивні екрани зі схожою конструкцією, що працюють в кольоровому режимі. Стаття про розробку буде представлена на конференції SIGGRAPH 2020, також автори розповіли про неї в блозі компанії.

Практично всі серійні VR-шоломи схожі один на одного - це великі блоки, які прикладаються до очей і носа, і закріплюються на голові. Вони мають великий розмір і носити їх буває незручно, тому що центр тяжкості зміщений вперед від особи. Причина цього криється в класичній оптичній схемі з екраном і товстою лінзою, віддаленою від екрану, щоб фокусувати зображення в око. Для вирішення цієї проблеми інженерам доводиться винаходити альтернативні оптичні схеми. Наприклад, нещодавно розробники з Intel показали прототип компактного VR-шолома з полем зору 180 градусів по горизонталі. Такого результату вдалося досягти, замінивши звичайні лінзи на масив мікролінз.

Ендрю Меймон (Andrew Maimone) і Цзюнь Жень Ван (Junren Wang) з Facebook Reality Labs представили прототип VR-окулярів з рекордно компактною оптичною конструкцією, товщина якої становить 8,9 міліметра. У розробці є два основних нових елементи, які дозволили досягти таких характеристик.

Перший з них - це оптична схема, що дозволяє значно вкоротити відстань від дисплея до зовнішнього шару оптичної системи. У ній використовується кілька голографічних плівок. Спочатку світло з дисплея проходить через круговий поляризатор, потім на світлоробник, який пропускає половину світла і відображає іншу половину до дисплея. Половина, що пройшла через світлоделитель, спочатку відбивається на вихідному шарі, який являє собою відбиваючий поляризатор, потім знову відбивається від світлоделювача і втрачає половину інтенсивності, і на другій взаємодії з зовнішнім поляризатором проходить через нього і прямує до ока користувача. Всі ці відображення призводять до того, що вихідний промінь від дисплея виходить з оптичної системи ближче до її центру, ніж якщо б використовувалася звичайна одинарна лінза.

Голографічні елементи мають недолік: вони набагато сильніше звичайних лінз розсіюють світло, тобто по-різному ламають його залежно від довжини хвилі. У випадку, коли в оптичній системі світло кілька разів відбивається і проходить через кілька голографічних пластин, це призводить до помітних візуальних артефактів, неприйнятних у шоломі віртуальної реальності. Цю проблему можна майже повністю усунути, якщо використовувати монохроматичне випромінювання від лазера. Але в такому випадку випромінювання від необхідно відображати на рідкокристалічну панель дисплея, використовуючи велику оптичну систему.

Меймон і Ван вирішили цю проблему, також використовуючи голографічну пластину, створивши з неї спрямоване підсвічування дисплея. Вони записали в ній голографічну схему, яка приймає світло від торця пластини і ламає його в перпендикулярному напрямку. Це дозволяє підводити лазер не ззаду від дисплея, а збоку, причому за допомогою хвилевода.

Інженери зібрали три різні прототипи. У прототипах, що носяться, у вигляді звичайних окулярів використовується монохромні дисплеї, оскільки вони працюють з одним зеленим лазером. Роздільна здатність кожного з двох дисплеїв у носимому прототипі становить 1600 на 1600 пікселів, але фактично використовуються не всі пікселі і реальна роздільна здатність становить приблизно 1000-1200 пікселів по кожній стороні. Поле зору очок становить 92 на 69 градусів. Також розробники зібрали великий настільний прототип з трьома різними лазерами, здатний виводити кольорове зображення і охоплює колірний простір, що перевищує sRGB.

Незвичайні розробки є і в області пристроїв доповненої реальності. Наприклад, минулого року інженери з NVIDIA показали прототип AR-окулярів, в яких вони реалізували фовеальний рендеринг на апаратному рівні. Для цього в окулярах використовуються окремі екрани: один відповідає за формування основного поля зору, а другий працює лише у вузькій його частині, але зате відображає в ній зображення високої роздільної здатності.