AR增强现实数字光场之光纤扫描显示技术

数字光场显示技术可以改善Stereoscopic中存在的“聚散冲突”。光场是定义在射线空间上的四维函数，而传统的针孔相机只能采集二维射线簇，信息发生了损失因此成像形式从立体变为平面。而在生物界许多昆虫的复眼获取的就是立体的光场信息，根据仿生学原理，人们在一张塑料薄膜上集成数千个微型相机阵列实现对光场信息的捕获，由此诞生了光场相机公司Lytro。

图82:Magic Leap光导纤维投影仪工作原理

图83:Magic Leap光导纤维技术原理

Magic Leap实现了从光束到四维光场的逆向重建，其核心技术是通过光导纤维投影仪控制光纤中激光的射出方向，配合压电陶瓷控制驱动发生有规律的抖动，通过足够快速的扫描对激光进行时分复用，从镜头末端逐个投出全幅图像。实际扫描的频率保持在几十KHz，多次扫描(Magic Leap专利中举例为250次)完整的生成一小幅图像，而每个光纤扫描仪只能显示出大概1毫米的图像，一个眼镜需要很多个扫描仪排成阵列，合成尺寸足够大的区域。

传统显示方法的分辨率受相邻像素之间的距离限制，在HoloLens中像素间距在4~5um，限制了生成视场的清晰度;而Magic Leap中分辨率取决于光纤的扫描频率、光纤会聚的最小光斑尺寸以及生成一小幅图像所需的扫描次数和刷新频率，专利显示扫描式光纤显示器能够生成0.6um的像素间距，最终达到的分辨率将远高于LCOS/DLP投射技术。此外，光纤扫描技术将提升AR眼镜的视场区域，AR眼镜的视场由微型显示器图像尺寸和光路共同决定，在同样的视力分辨率下更大的视场范围要求像素排布更加密集。受制于投影技术的分辨率，HoloLens等AR眼镜只能实现30度左右的视场范围，而基于光纤扫描技术的Magic Leap有望实现接近90度的视场范围，这将大大提升AR眼镜的视觉效果，提升沉浸体验。

从人眼的角度，观察真实物体或Magic Leap重建的四维光场的物理成像过程是一致的(唯一区别是真实场景的四维光场时间上是连续的，而重建光场是离散的，但速率高于人眼分辨能力不会被察觉)，因此虚拟与现实的界限被完全打破。在AR场景中人眼可以实现主动聚焦，当凝视光场中某个物体时，周边区域自然模糊，与真实世界的“景深感”完全一致，从根本上解决了眩晕问题;“聚焦”与“会聚”的冲突也被打破。需要澄清的是，Magic Leap实现的并非裸眼3D效果，使用者依旧需要佩戴类似“眼镜”的设备，其中镜片内集成的光子光场芯片是将光束转变为球面光波形成不同成像深度的重要器件。网上流传的鲨鱼从体育馆地面一跃而出的宣传视频中，观察者没有佩戴任何眼镜因此引起大众的误解，事实上这段视频是后期合成的演示视频。Magic Leap的光场显示技术充满了想象力，尽管十年间仅泄露过几条视频而从未发布任何产品，已然举世惊艳。2014年谷歌领投5.42亿美元，2016年再获阿里巴巴领投7.94亿美元，该公司累计完成了13.4亿美元融资，估值超过45亿美元。

图86:Magic Leap发布的未添加任何特效的演示视频