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随着技术发展 ， VR的视觉效果和体验感越来越好 ， 尽管如此这项技术依然存在多种技术局限 ， 其中最明显的 ， 就是VR笨重的外形 。 实际上 ， 从2016年Rift头显问世至今 ， C端VR头显的体积的确在逐渐缩小 ， 然而现有的VR头显产品依然普遍体积笨重 。 这主要是因为VR光学元件通常具有一定厚度 ， 经过多年发展 ， 这一点并没有太大改善 。 为此 ， 一些VR厂商开始探索基于Pancake的超短焦光学 ， 不过目前还没有一个将6DoF Inside-Out定位和短焦方案结合的VR一体机产品 。
基于Pancake光学的超短焦VR已经足够轻便 ， 但在NVIDIA眼中 ， VR还可以更小 ， 尤其是VR光学模组的厚度、透镜和显示器之间的距离还可以缩短 。 因此 ， NVIDIA与斯坦福大学合作研发了一种基于SLM元件和光波导的全息VR显示方案 ， 并在近期公布了这项成果 。
据青亭网了解 ， NVIDIA的全息方案可以将VR眼镜的厚度缩短至2.5毫米 ， 而且不仅能显示2D图像 ， 还支持3D显示 ， 视觉效果更立体 。 其最大的突破是采用精密设计的光学结构 ， 极大缩减光学模组的厚度 。 值得注意的是 ， 该方案可搭配眼球追踪模组 ， 并采用一种Pupil-HOGD算法来校准用户的动态瞳孔尺寸（误差小于0.5毫米） ， 以提升VR图像质量 。 巧妙的是 ， 还能将用户的瞳孔作为一种天然的傅里叶滤波器 。
全息VR光学原理
我们知道 ， VR头显的本质是将一款显示屏放在你眼前很近的地方 。 而人眼距离屏幕太近会看不清东西 ， 因此为了让你在近距离看清楚VR屏幕的画面 ， 则需要加入透镜结构来放大图像 。 长期以来 ， VR常常采用菲涅尔透镜结构 ， 这种透镜方案的缺点是光路较长 ， 因此光学模组的厚度偏大 。 相比之下 ， Pancake透镜采用折叠式光路 ， 可大幅缩小整体厚度 。
尽管如此 ， Pancake光学方案仍然具有一定厚度 ， 而且仅能显示2D图像 ， 因此NVIDIA研发了全息VR方案 ， 来解决Pancake光学的痛点 。
简单来讲 ， 这项全息VR方案由三大核心部分组成：1 ， 虚拟模式的全息显示屏；2 ， 几何相位透镜；3 ， 瞳孔仿生光波导 。
其中 ， 全息显示屏包含目镜、分束器、激光、纯相位空间光调制器（Phase-Only SLM）等元件 。 与真实模式相比 ， 虚拟模式的全息显示屏主要区别是成像平面位置不同 ， 好处是可缩短光路 ， 降低硬件厚度 。 实际上 ， 纯相位SLM在模组前方和后方均可显示全息图像 ， 在前方显示时光线通过分束器反射至目镜一侧 ， 而在后方显示时 ， 目镜与SLM光路的距离可以进一步缩短 ， 从而降低整体厚度 。
为了进一步缩减硬件体积 ， NVIDIA采用了一个仿造瞳孔的光波导结构 ， 来取代分束器 ， 从而将全息成像位置改为人眼前 。 此外 ， 还采用更轻的几何相位透镜（GP）来取代目镜 。 GP仅支持几种特定的光束偏振 ， 由于大多数SLM仅支持线性偏振光 ， 因此NVIDIA在SLM和GP透镜之间加入了一个四分之一波片（QWP） 。
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