【光电动态】“饼干”镜头有望取代XR头显的菲涅耳透镜

据optics.org网站近期报道，目前，绝大多数VR头戴设备都使用相对便宜的菲涅尔透镜来放大图像并将其聚焦。但是，尽管价格便宜且重量轻，这些设计会产生许多影响虚拟体验质量和舒适度的光学伪影。新型光学技术有望解决许多此类问题，同时增加功能以获得更沉浸式的体验，并使头显体积更小，但每种技术都面临着各自的技术挑战。

新设计的第一个重点是紧凑性，使用了所谓的“饼干”（Pancake）镜头等技术，这种镜头是一种轴向较短，呈扁平外观的小型镜头。这些基于偏振的“饼干”镜头通过折叠光路，允许屈光度校正，并且没有菲涅尔伪影，保证了更紧凑的设计。然而，“饼干”镜头也有一些缺点，尤其是光学效率较低，后续迭代有望解决视觉辐辏调节冲突问题，从而最大限度地提高沉浸感。

AR/MR头显设计的另外候选方案还包括“Birdbaths”和自由空间全息方法，尤其在优先考虑成本或紧凑性时。

开发的关键领域包括最大化视野（提高沉浸感）和所谓的“眼镜”（舒适性和可用性），尽管实现这一目标的困难是由于光学扩展量的问题。

光学扩展量指通过面积和角度来描述光在光学系统中的“扩散”程度。每次光通过一个性能较低的光学元件（如透镜、波导管或光圈）时，光学扩展量都会因衍射、像差等而增加。这意味着在AR/MR系统中，投影系统的出瞳或光学系统的入瞳通常小于组合器所需的出瞳。在这种情况下，出瞳和图像都必须放大，但光学扩展量限制了这一点。此外，出瞳在更大面积上的扩展会导致光学效率降低。

因此，XR设备的一个长期前景是使用全息或超表面动态可调焦几何相位透镜阵列。尽管目前距离部署还有几年时间，但Meta、Valve和Apple等公司已对其可行性展开了研究。

（天津津航技术物理研究所 靳婷）

了解津航光电最新动态