Meta 研发的新型 2 毫米厚度显示屏让 AR 眼镜更接近现实产品

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Meta 的一个研究团队认为，他们已经攻克了增强现实领域最棘手的挑战之一：将明亮、生动的显示屏装入足够纤薄、适合日常佩戴的眼镜中。他们最新的原型是一款厚度仅为两毫米的平板激光显示器，标志着这项技术从长期以来限制激光增强现实显示器发展的笨重系统迈出了重大一步。

这项发表在《自然》杂志上的研究成果描述了一种体积不及铅笔橡皮擦的设备，它能够投射清晰的高清图像，同时厚度仅为当今显示器的一小部分。通过将先进的光子技术集成到单个芯片上，该系统兼具紧凑性和可扩展性——这正是消费级 AR 眼镜的两个关键要求。

增强现实依赖于在户外保持可见的显示器，而在户外，明亮的环境光很容易冲淡数字叠加层。传统的基于 LED 的系统在这种条件下难以应对，而激光显示器则提供了保持虚拟图像清晰锐利所需的亮度和色彩丰富度。

研究中的图片展示了 Meta 最终的激光显示器，尺寸仅为 5 毫米 x 5 毫米，放置在一枚 10 美分硬币的顶部进行缩放。其他图片则重点展示了该显示器运行的放大视图。

以前的设计依赖于复杂的激光阵列和庞大的光学元件，这使得它们价格昂贵、难以制造，并且不适合用于消费硬件。

Meta 的新方法利用光子集成电路 (PIC) 克服了这些限制。PIC 是一种利用数千个微型光学元件来引导和调制光线的芯片。PIC 的大小大约与指尖相当，它与微型硅基液晶面板配对，可产生 1920 x 1080 分辨率的显示屏。尽管体积小巧，但该系统的色域却是传统 LCoS 设备的两倍多。

Meta 研发的新型 2 毫米厚度显示屏，让 AR 眼镜更接近现实产品，核心技术如下：

1. 波导全息显示技术 (Holographic Waveguide Display):

• 原理： 这是 Meta 与斯坦福大学技术人员合作研发的关键技术。该技术利用波导将光线扩展并传输至空间光调制器 (SLM)，最终在眼前重建出全息图像。与目前常见于 AR / MR 设备中的表面光栅波导镜片不同，新型波导镜片采用了体积布拉格光栅 (VBG) 技术。
• 体积布拉格光栅 (VBG): VBG 可在特定角度精准衍射特定波段的颜色光，从而能够生成更加清晰、更真实、更少伪影的图像。
• 优势： 这种技术可以显著减薄 VR/MR 头显镜片厚度，原型设备的光学堆栈厚度不到 3 毫米。

2. 微型光纤耦合激光器 (Micro Fiber-Coupled Lasers):

• 原理： 采用微型光纤耦合激光器，分别负责红、绿、蓝三原色。
• 优势： 激光光束通过微型高速反射镜 (MEMS 镜) 引导进入一块定制波导镜片。

3. MEMS 技术 (Micro-Electro-Mechanical Systems):

• 原理： 使用微型高速反射镜 (MEMS 镜) 来引导和控制光线。
• 优势： MEMS 技术可以实现高精度的光线控制，同时保持设备的小型化和轻量化。

4. 空间光调制器 (SLM):

• 原理： 光线经过波导传输后，最终在空间光调制器 (SLM) 上重建出全息图像。
• 优势： SLM 可以精确控制光线的强度和相位，从而生成高质量的全息图像。

5. 集成化设计 (Integrated Design):

• 原理： 将上述各个组件（激光器、MEMS 镜、波导、VBG、SLM）高度集成在一起。
• 优势： 集成化设计可以最大限度地减少显示屏的厚度和重量，同时提高系统的整体性能和可靠性。

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