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

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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