AR增強現實數字光場之光纖掃描顯示技術

數字光場顯示技術可以改善Stereoscopic中存在的“聚散沖突”。光場是定義在射線空間上的四維函數，而傳統的針孔相機只能采集二維射線簇，信息發生了損失因此成像形式從立體變為平面。而在生物界許多昆蟲的復眼獲取的就是立體的光場信息，根據仿生學原理，人們在一張塑料薄膜上集成數千個微型相機陣列實現對光場信息的捕獲，由此誕生了光場相機公司Lytro。

圖82:Magic Leap光導纖維投影儀工作原理

圖83:Magic Leap光導纖維技術原理

Magic Leap實現了從光束到四維光場的逆向重建，其核心技術是通過光導纖維投影儀控制光纖中激光的射出方向，配合壓電陶瓷控制驅動發生有規律的抖動，通過足夠快速的掃描對激光進行時分復用，從鏡頭末端逐個投出全幅圖像。實際掃描的頻率保持在幾十KHz，多次掃描(Magic Leap專利中舉例為250次)完整的生成一小幅圖像，而每個光纖掃描儀只能顯示出大概1毫米的圖像，一個眼鏡需要很多個掃描儀排成陣列，合成尺寸足夠大的區域。

傳統顯示方法的分辨率受相鄰像素之間的距離限制，在HoloLens中像素間距在4~5um，限制了生成視場的清晰度;而Magic Leap中分辨率取決于光纖的掃描頻率、光纖會聚的最小光斑尺寸以及生成一小幅圖像所需的掃描次數和刷新頻率，專利顯示掃描式光纖顯示器能夠生成0.6um的像素間距，最終達到的分辨率將遠高于LCOS/DLP投射技術。此外，光纖掃描技術將提升AR眼鏡的視場區域，AR眼鏡的視場由微型顯示器圖像尺寸和光路共同決定，在同樣的視力分辨率下更大的視場范圍要求像素排布更加密集。受制于投影技術的分辨率，HoloLens等AR眼鏡只能實現30度左右的視場范圍，而基于光纖掃描技術的Magic Leap有望實現接近90度的視場范圍，這將大大提升AR眼鏡的視覺效果，提升沉浸體驗。

從人眼的角度，觀察真實物體或Magic Leap重建的四維光場的物理成像過程是一致的(唯一區別是真實場景的四維光場時間上是連續的，而重建光場是離散的，但速率高于人眼分辨能力不會被察覺)，因此虛擬與現實的界限被完全打破。在AR場景中人眼可以實現主動聚焦，當凝視光場中某個物體時，周邊區域自然模糊，與真實世界的“景深感”完全一致，從根本上解決了眩暈問題;“聚焦”與“會聚”的沖突也被打破。需要澄清的是，Magic Leap實現的并非裸眼3D效果，使用者依舊需要佩戴類似“眼鏡”的設備，其中鏡片內集成的光子光場芯片是將光束轉變為球面光波形成不同成像深度的重要器件。網上流傳的鯊魚從體育館地面一躍而出的宣傳視頻中，觀察者沒有佩戴任何眼鏡因此引起大眾的誤解，事實上這段視頻是后期合成的演示視頻。Magic Leap的光場顯示技術充滿了想象力，盡管十年間僅泄露過幾條視頻而從未發布任何產品，已然舉世驚艷。2014年谷歌領投5.42億美元，2016年再獲阿里巴巴領投7.94億美元，該公司累計完成了13.4億美元融資，估值超過45億美元。

圖86:Magic Leap發布的未添加任何特效的演示視頻