La delgada pantalla holográfica de Meta y Stanford acerca las "gafas de realidad virtual" a la realidad.

La investigación "Holografía de guía de ondas de apertura sintética" de Meta y Stanford tiene como objetivo producir "gafas de realidad virtual" con un espesor total de pila óptica de menos de 3 mm.

El artículo , llamado "Holografía de guía de ondas de apertura sintética para pantallas compactas de realidad mixta con gran extensión", proviene de dos investigadores del equipo de investigación de sistemas de visualización de Meta, un profesor asociado de Stanford y un estudiante de doctorado de Stanford financiado con una beca de investigación de Meta.

Para contextualizar, el grosor de los visores actuales de RV/MR se debe casi exclusivamente a la óptica y las pantallas.

Si bien en los últimos años las lentes pancake han permitido visores más delgados, al acortar el recorrido óptico entre la lente y la pantalla, el coDouglas Lanman, director del equipo de Investigación de Sistemas de Visualización de Meta, ha expresado con frecuencia su deseo de contribuir algún día al lanzamiento de "gafas de RV": un sistema de visualización que se monta sobre la cabeza y ofrece RV en un formato similar al de las gafas convencionales. Esto, por supuesto, requerirá un sistema de visualización fundamentalmente diferente al que se comercializa actualmente, y a eso es a lo que Meta se acerca con esta investigación.

El término "holográfico" tiene muchos significados en esta industria y a menudo se usa de forma incorrecta e incluso abusiva. Sin embargo, para ser claros, el prototipo presentado en el nuevo artículo es una auténtica pantalla holográfica que proporciona una imagen 3D realista con claves de profundidad inherentes, mitigando así un importante defecto de los visores actuales, el conflicto de vergencia-acomodación: la incomodidad que sienten los ojos al apuntar hacia la distancia virtual de los objetos virtuales, pero enfocar a la distancia focal fija de las lentes.

El prototipo utiliza pequeños láseres acoplados a fibra para cada color (rojo, verde y azul) que son dirigidos por espejos diminutos y muy rápidos (espejos MEMS) hacia una guía de ondas óptica, que expande y guía la luz hacia un modulador de luz espacial (SLM), que la moldea nuevamente en una lente ocular holográfica frente al ojo.

Una de las innovaciones clave de nuestro sistema de visualización es una guía de ondas compacta y personalizada para pantallas holográficas cercanas al ojo que admite una gran extensión efectiva.

Esta guía de ondas está codiseñada con un novedoso marco algorítmico basado en IA que combina un modelo implícito de guía de ondas de gran extensión, un modelo eficiente de propagación de ondas para una intensidad mutua parcialmente coherente, así como un novedoso marco de holografía generada por computadora (CGH).
Las guías de onda se utilizan normalmente en sistemas de RA transparentes, como HoloLens, Magic Leap, Snap Spectacles y el prototipo Orion de Meta. Sin embargo, mientras que estas guías de onda utilizan rejillas de relieve superficial, este sistema utiliza rejillas de Bragg volumétricas (VBG), codificadas angularmente para difractar una banda muy estrecha de colores en ángulos muy específicos.

El prototipo también utiliza calibración de IA, una red neuronal que aprendió cómo cambia la luz a medida que pasa por todo el sistema, para ajustar el SLM y ofrecer una salida de mucha mayor calidad al ojo, con una calidad de imagen mejorada y menos artefactos.
Esta no es la primera vez que vemos un prototipo de investigación para un sistema de pantalla ultradelgado de RV. Sin embargo, supone un avance significativo respecto a lo visto anteriormente.

En 2020, investigadores de Facebook presentaron un enfoque de lente holográfica de enfoque fijo con un grosor inferior a 9 mm. Sin embargo, el prototipo era solo verde, no a todo color, y el peso declarado de 18 gramos no incluía la retroiluminación láser.

En 2022, investigadores de Nvidia lograron un grosor de 2,5 mm, con un enfoque holográfico 3D auténtico, mediante una guía de ondas que replica la pupila, un modulador de luz espacial y una lente de fase geométrica. Sin embargo, su campo de visión era de tan solo 23° en diagonal, y su caja ocular de tan solo 2,3 mm sin seguimiento ocular, o de 8 mm con él.

La caja ocular se refiere a la distancia máxima que los ojos pueden alcanzar desde el centro del lente para obtener una imagen aceptable y sin borrosidad. Si es demasiado pequeña, muchas personas no podrán usar el dispositivo, mientras que otras tendrán que ajustarlo constantemente.
El nuevo prototipo de los investigadores de Meta y Stanford logra un campo de visión diagonal de 38° y un gran ocular estático de 9x8 mm, un importante paso adelante.

Los investigadores también afirman que el enfoque de calibración de imágenes con IA supone un gran avance en la calidad de imagen. He probado numerosos prototipos de sistemas de visualización holográfica, muchos de los cuales son grandes sistemas de escritorio, y la calidad de imagen siempre ha sido el mayor inconveniente, por lo que este es un avance muy prometedor.

Aún faltan muchos años para que la óptica holográfica se comercialice en productos XR reales. El campo de visión diagonal de 38° de este sistema es mucho más estrecho que los aproximadamente 115° del Quest 3. Además, no existe una cadena de suministro a escala comercial para los SLM de alta calidad, los láseres acoplados a fibra y las guías de onda VBG que utiliza este sistema de visualización.

Pero sigue habiendo mejoras constantes en la investigación sobre sistemas de visualización holográfica, y cada avance nos acerca un paso más a un futuro en el que los dispositivos de realidad virtual no serán más engorrosos que sus gafas para leer.

Para obtener más detalles sobre esta investigación, lea el artículo completo "Holografía de guía de ondas de apertura sintética para pantallas compactas de realidad mixta con gran extensión" en Nature vv