光场显示——助力沉浸式XR体验

众所周知，辐辏调节冲突一直是近眼显示中的一个痛点，业内也采取了很多方案来解决，比如变焦显示、视网膜投影显示、多平面显示等。

但这些措施只能在一定程度上缓解晕眩，并不能完全解决VAC问题。

VAC的最终解决方案必然是真三维显示技术，而光场显示（Light Field Display）便是其中一种行之有效的技术方案。

光场显示是一种利用光线追踪的方式，在空间中重构出3D场景的显示技术。

与同为真三维显示技术的全息显示技术相比，光场显示的数据量更小，成本更低，体积也更小。

因此在近眼显示领域中，光场显示是一个饱受关注的发展方向。

1. 光场近眼显示

光场显示的概念早在上个世纪就已被提出，在XR实际产品中的应用最早可以追溯到2013年——NVIDIA展出了一款自研的3D立体显示头戴光场显示器。

通过传统的LCD显示屏+微透镜阵列实现了数十个视点的3D近眼显示。

总厚度仅10mm，但单个视点分辨率仅146×78，视场角也只有29°×16°。

分辨率和视场角等问题一直是限制光场显示进一步发展的重要因素。

针对分辨率的问题，瑞士厂商CREAL创新性地提出用点光源阵列配合高刷新的DMD空间光调制器，代替传统的结构。

通过时分复用的方式补偿空间分辨率的不足，开发了AR/VR原型机，实现了更细腻的显示效果。

但这种创新性的结构带来的问题是，其失去了传统光场显示结构的轻量化，显得比较笨重。

而针对视场角的问题，耐德佳通过空间复用的方式，实现了最大70°视场角的AR光场显示，系统整体厚度仅5mm。

光场显示在XR的另一个应用方向是助力超薄光机设计。

如下Figure 5所示为首尔国立大学提出的基于微透镜阵列和菲涅尔透镜的Pancake VR结构原理和显示效果。

利用这种结构可以将光学系统的厚度降到3.3mm，整个模组的厚度仅8.8mm。

与目前常见Pancake模组的厚度相比，具有非常大的优势。

但采用这样的结构，产生了分辨率损失和串扰的问题。

然而，苹果对于光场显示技术的利用则是另辟蹊径。

在其发布的Vision Pro中，有一个独特的功能——Eyesight反向透视。

这个功能便是靠曲面显示屏+柱透镜阵列的光场显示方式实现的，可以让别人从外界看到你的人脸，实现眼神交互和神态信息传递。

并且从不同角度观看时，会对应人脸的不同视角，具有真实人脸般的立体感。

2. 光场裸眼显示

除了近眼显示外，光场显示在裸眼3D显示领域也是大放异彩。

TCL、京东方、索尼等各大显示厂商先后都推出过各自的3D光场显示器。

华为在今年举行的智能汽车解决方案发布会上，更是推出了全球首款车载光场显示屏HUAWEI xScene。

可以实现3米远距成像和90PPD超视网膜分辨率，有效缓解了车载显示器带来的晕动症。

华为的光场屏其实并没有实现3D显示效果，还不能称作是真正意义上的光场显示，但同样也是基于产品端应用的一个积极探索。

光场显示作为解决VAC的一种有效手段，未来必定是一个重要的发展方向。

如何平衡分辨率、视场角等指标，实现真正意义上的商业化落地，将是光场显示必须要考虑的一个问题。