VR頭顯走向主流的一個重要挑戰是尺寸。當前的設備相當笨重，而且難稱時尚酷潮。所以，行業社區一直在致力于解決這個問題。在一份名為《Ultra-thin (2.5 mm) glasses-form factor VR display supporting 3D holographic images》的論文中，英偉達與斯坦福大學展示了一種用于虛擬現實的超薄全息眼鏡構思。由于VR頭顯一般是基于放大鏡原理，由透鏡放大由微型顯示器提供的圖像，所以這要求設備提供一定的距離空間以實現圖像放大。行業目前正在積極探索的一個方向是Pancake折疊光學元件，通過光路折疊來減少設備尺寸。不過，它們難以提供理想的分辨率和重要的視覺聚焦線索。
傳統頭顯需要在顯示面板和目鏡之間提供一定的距離空間以實現圖像放大
所以，英偉達與斯坦福大學團隊把目光投向了全息技術，并構建了一個厚度只有2.5mm的超薄VR顯示器原型。這個名為Holographic Glasses的全息眼鏡由一個光瞳復制波導、一個空間光調制器和一個幾何相位透鏡組成，可以以輕薄的形狀參數產生全息圖像。
在所述全息眼鏡中，耦合到光瞳復制波導的相干光源可以為純相位SLM提供照明。然后，SLM在設備后面創建一個小尺寸圖像，并由細薄幾何相位（GP）透鏡放大。Holographic Glasses的主要核心組件包括：- 全息近眼顯示器：純相位SLM在物理設備后面創建2D或3D圖像。SLM直接安裝在波導之上，沒有氣隙，從而最小化顯示屏的厚度。
- 幾何相位（GP）透鏡和偏振控制。GP透鏡又稱為Pancharatnam Berry相位透鏡。這是一種偏振相關液晶（LC）透鏡，往往薄而輕，可在特定的輸入光束偏振情況下用作正透鏡。
對于GP透鏡。有頭顯采用菲涅耳透鏡作為目鏡，但團隊發現，當與相干光源一起使用時，這種光學元件的鋸齒結構會產生干涉偽影。另外，由于大多數SLM基于LCs，并使用線偏振，所以在整個光路中應仔細考慮偏振。所以，研究人員在SLM和GP透鏡之間安裝四分之一波片（QWP），將線偏振輸入光轉換為GP透鏡所需的RCP光。然后，透鏡依次將RCP光轉換為LCP光。
圖2是Holographic Glasses的示意圖。具有波長? 的相干和準直光耦合到一個厚度為?w和折射率?w的波導。然后，光以會聚角?c耦出波導。光在線性偏振器進行偏振 ，然后SLM對光進行調制。SLM具有間距?s、 像素數?x×?y、 寬?s、 高?s的像素。調制后的光以衍射角?s返回給用戶。
由于通過波導的路徑長度不同，耦出光在相位均勻性方面的偏差大于正常偏差，所以難以求解。然而，通過在相位優化過程中根據捕獲的圖像計算損耗，可以使用camera-in-the-loop（CITL）方法來補償這種加擾相位。另外，波導擾亂了偏振，而這可以通過SLM前面的線性偏振器進行校正。全息眼鏡有兩個在傳統VR顯示器中無法觀察到的明顯特征。第一個是High diffraction order（HDO）。如圖3左側所示，SLM像素的周期性結構創建HDO。所以，團隊必須在相位計算過程中考慮HDO。于是，他們開發了一種全新的梯度下降算法，使用Pupil-HOGD和HOGD-CITL算法合成了要顯示的相位全息圖。關鍵是對HDO的傳播進行建模，從而無需光學過濾掉HDO就可創建高質量的圖像。當瞳孔收集來自多個衍射級的光時，這種HOGD傳播對于實現高圖像質量至關重要。第二個特征來自光瞳復制波導。因為波導設計成在一定的入射角度范圍內再現光場(?i），整個SLM照明的方向可由輸入光束方向控制。如圖3右側所示，輸入光束的小幅偏轉可以產生動態視窗。利用一個額外的注視點追蹤器，系統可以通過簡單地改變輸入光束的方向來追蹤注視點并圍繞中葉移動。
如上圖所示，圖7顯示了不同計算機生成全息算法產生的圖像質量模擬比較。對于兩種像素間距，英偉達和斯坦福團隊開發的全新Pupil-HOGD算法能夠在所有光瞳大小下產生最佳圖像質量。當捕獲到High Order時，HOGD算法的性能第二好，因為它可以優化High Order，但由于光瞳的原因，其無法正確建模的部分濾波。SGD算法在捕獲高階時表現第三，因為它可以利用完整的Central Order，但不能對High Order進行建模。值得注意的是，即使完全濾除High Order，SGD算法的性能都有限，因為它沒有對Central Order的部分濾波建模。雙相位振幅編碼（DPAC）算法在瞳孔較小時表現良好，因為它將信號集中在低頻，并將不需要的光發送到高頻，但在瞳孔較大時表現最差。總的來說，英偉達和斯坦福大學團隊構建了一種類似眼鏡的VR顯示器。所提出的設計以光瞳復制波導、一個空間光調制器和一個幾何相位透鏡作為核心，并利用這個2.5mm厚的光學疊層來傳送全彩3D全息圖像。另外，團隊提出了一種全新的Pupil-HOGD梯度下降算法，以根據用戶不同的瞳孔大小進行正確的相位計算。相關論文：Ultra-thin (2.5 mm) glasses-form factor VR display supporting 3D holographic images
需要注意的是，所述的雙目可穿戴原型僅提供22.8度對角線視場，2.3 mm的靜態和8 mm的動態視窗，但支持3D聚焦提示，重量僅為60g（不包括驅動板）而且厚度僅為2.55mm。另外，團隊坦誠圖像質量，光瞳直徑與控制，以及系統集成方面依然存在提升空間，所以接下來研究人員將繼續致力于優化迭代。值得一提的是，英偉達并非唯一一支探索眼鏡形態VR顯示器的團隊。例如，Meta曾在2020年展示了一款類似的設備原型。
如上圖所示，研究人員提出的全新近眼顯示器結合了全息光學元件和基于偏振的光學折疊層。設備僅采用細薄平面薄膜作為光學元件，并實現了小于9毫米的顯示器厚度，同時支持與當今消費類虛擬現實產品相當的視場（這個單綠FOV為 水平92° x 垂直69°）。https://news.nweon.com/96809原文始發于微信公眾號（艾邦VR產業資訊）：英偉達、斯坦福大學展示2.55毫米厚23°FOV超薄全息VR眼鏡
