據麥姆斯咨詢報道,哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)Federico Capasso領導的研究小組一直致力于研發(fā)“超透鏡”(meta lenses)。超透鏡采用納米結構來聚焦光線,用簡單的平面透鏡取代笨重的曲面透鏡。
2018年,Capasso的團隊開發(fā)了可工作于整個可見光譜的消色差、無畸變的超透鏡。但這些透鏡直徑只有幾十微米,尺寸太小,不能用于實際的虛擬現實和增強現實(VR & AR)系統。
現在,研究人員已經開發(fā)出直徑為兩毫米的消色差超透鏡,可以聚焦RGB波長且不會發(fā)生畸變,并開發(fā)了用于VR和AR應用的小型顯示器。這項研究發(fā)表于Science Advances。
“這種最先進的透鏡開辟了一條通往新型VR平臺的道路,并克服了阻礙新型光學器件進展的瓶頸?!盋apasso說。他是應用物理學Robert L. Wallace教授、SEAS電子工程Vinton Hayes高級研究員,也是該論文的高級作者。
“利用新的設計原理,我們開發(fā)了平面透鏡,以取代當今光學器件中的笨重曲面透鏡?!盨EAS博士后研究員、論文第一作者Zhaoyi Li說。這是迄今為止最大的RGB消色差超透鏡,證明了其可以增加到厘米級尺寸、能批量生產并集成到商業(yè)平臺的概念。
與之前開發(fā)的超透鏡一樣,該透鏡使用二氧化鈦納米鰭陣列來實現對不同波長的光的聚焦,并消除色差。通過納米陣列形式的工程設計,研究人員可以控制紅、綠、藍三色光的焦距。為了將透鏡整合到VR系統中,該團隊使用一種稱為光纖掃描的方法開發(fā)了近眼顯示。
使用全彩色近眼光纖掃描顯示器進行AR成像效果
該顯示器的靈感來自基于光纖掃描的內窺鏡生物成像技術,其使用穿過壓電管的光纖。
當電壓施加到壓電管時,光纖尖端可上下左右掃描以顯示圖案,形成小型顯示器。顯示器具有高分辨率、高亮度、高動態(tài)范圍和寬色域等特點。
顯示器使用穿過壓電管的光纖
在VR或AR系統中,超透鏡位于眼睛正前方,顯示器將位于超透鏡的焦平面內。
顯示器掃描的圖案聚焦在視網膜上,在超透鏡的幫助下,形成虛擬圖像。在人眼看來,圖像在AR模式下顯示為景觀的一部分,離我們眼睛實際位置有一定距離。
“我們已經演示了超光學平臺如何幫助解決當前VR技術的瓶頸,并有可能用于我們的日常生活中?!盠i說。接下來,該團隊計劃進一步增加透鏡尺寸,使其與目前大規(guī)模制造技術兼容,以低成本進行大規(guī)模生產。
哈佛大學技術開發(fā)辦公室提交了與該項目有關的知識產權申請,并正在嘗試商業(yè)化。
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原文標題:哈佛大學研發(fā)新型消色差超透鏡,解決VR和AR光學技術瓶頸
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