Meta与斯坦福大学携手开展的“合成孔径波导全息术”研究，正朝着打造总光学堆栈厚度不足3毫米的“VR眼镜”这一目标稳步推进。相关研究成果已发表于题为《用于大光展量紧凑型混合现实显示器的合成孔径波导全息术》的论文中，其作者团队集结了Meta显示系统研究团队的两名研究员、斯坦福大学的一位副教授，以及一名获Meta研究奖学金资助的斯坦福大学博士生。
当前，VR/MR头显的厚度几乎完全由光学元件和显示器所决定。尽管近年来薄饼透镜的应用通过缩短透镜与显示器之间的光路，在一定程度上缩减了头显厚度，但薄饼透镜自身依旧相对厚重，与普通眼镜的轻薄程度相去甚远。
Meta显示系统研究团队总监道格拉斯・兰曼（DouglasLanman）曾多次提及，他渴望有朝一日能推出“VR眼镜”——一种能以普通眼镜般的体积提供VR体验的头戴式显示系统。这无疑需要一套与现有市面上任何显示系统都截然不同的全新系统，而此次的研究正是Meta向这一目标迈进的重要一步。
在业内，“全息”一词的含义宽泛，且时常被误用和滥用。但需明确的是，新论文中展示的原型是一款真正意义上的全息显示器，它能够呈现逼真的真正3D图像，并带有内在的深度线索。这一特性恰好缓解了当今头显存在的一个主要缺陷——辐辏调节冲突，即眼睛看向虚拟物体的虚拟距离时，却需聚焦于镜头的固定焦距，由此引发的不适感。
该原型针对红、绿、蓝每种颜色，都配备了微型光纤耦合激光器。这些激光器由微型且反应极快的MEMS镜子引导至光波导中，光波导则将光进行扩展后，引导至空间光调制器（SLM），最终由空间光调制器将光调制到眼睛前方的全息目镜。
此显示系统的关键创新点之一，是一款专为全息近眼显示器设计的紧凑型定制波导，它支持较大的有效光学扩展量。同时，该系统还与一个全新的基于人工智能的算法框架协同工作，该框架融合了隐式大光学扩展量波导模型、用于部分相干互强度的高效波传播模型，以及一个新颖的计算机生成全息（CGH）框架。
波导在HoloLens、Magic Leap、Snap Specs和Meta的Orion原型等透明AR系统中较为常见，不过这些系统采用的是表面浮雕光栅。而此次研究的系统则使用体布拉格光栅（VBG），其经过角度编码，能够以极窄的角度衍射特定色带，从而提高了效率，还实现了更轻薄的外形。
此外，该原型还运用了AI校准技术，这是一种神经网络，它能学习光线穿过整个系统时的变化规律，进而调整SLM，为眼睛提供更高质量的输出，同时提升图像质量并减少伪影。
其实，超薄VR显示系统的研究原型并非首次出现，但此次Meta与斯坦福合作的原型较以往有了显著进步。
早在2020年，Facebook的研究人员就展示过一种厚度不到9毫米的定焦全息镜头方案，然而该原型仅有绿色光，并非全彩，且其标称的18克重量还未包含激光背光。
2022年，英伟达的研究人员借助光瞳复制波导、空间光调制器（SLM）和几何相位透镜，实现了厚度为2.5毫米的真3D全息技术。但该技术的视场角仅为23°，在未启用眼动追踪时，眼区仅为2.3毫米，即便启用眼动追踪，眼区也仅为8毫米。
这里所说的视窗，指的是眼睛与镜头中心之间能获得清晰且不模糊图像的最大距离。若视窗过小，不仅很多人无法使用该设备，其他人也需要频繁调整设备位置。
相比之下，Meta和斯坦福研究人员研发的新原型实现了38°的对角视野和9x8mm的大静态眼区，这无疑是一项重大进步。
研究人员还表示，AI图像校准方法在图像质量提升方面取得了重大突破。要知道，许多全息显示系统原型，甚至包括一些大型桌面系统，图像质量一直是其最大短板，所以这一进步极具前景。
不过，全息光学器件要在实际XR产品中应用，可能还需要数年时间。目前该系统38°的对角线视场角，远小于Quest3约115°的视场角。而且，能够为该显示系统提供高质量SLM、光纤耦合激光器和VBG波导的商业规模供应链尚未形成。
但值得期待的是，全息显示系统的研究正在稳步推进，每一次突破都让我们离拥有一款不比老花镜笨重的VR设备更近一步。
