編譯/VR陀螺

此前有分析猜測Meta下一代高端VR頭顯Cambria可能會采用Pancake與可變焦相結(jié)合的光學(xué)設(shè)計。近日，肯特州立大學(xué)和 Meta Reality 實驗室一項新的研究對大型動態(tài)聚焦液晶透鏡進(jìn)行了展示，據(jù)介紹，該透鏡可用于制造可變焦的VR頭戴式設(shè)備。

尋找輳輻調(diào)節(jié)沖突（VAC）解決方案是VR領(lǐng)域熱門的研究課題之一。為解決這一問題，當(dāng)前已產(chǎn)生大量用于解決變焦頭戴式設(shè)備聚散度與調(diào)節(jié)問題的技術(shù)，比如全息顯示器、多焦平面，但卻無人能夠提供實用、經(jīng)濟(jì)高效且可大規(guī)模生產(chǎn)的VAC解決方案。

其實要解決這一問題，采用動態(tài)聚焦液晶（LC）透鏡是較有潛力的方式之一，它可以在調(diào)整電壓時改變焦距。據(jù)本次由Meta Reality 實驗室資助、參與，與肯特州大學(xué)共同研究的項目，這類鏡頭此前已做過演示，但多數(shù)尺寸非常小，因為隨著尺寸的增加，切換時間（焦點更改的速度）會顯著減慢。

圖源：SID Display Week

為了將動態(tài)聚焦鏡頭縮小至能夠整合進(jìn)VR頭顯，同時保持足夠低的切換時間，研究人員設(shè)計了一個帶有一系列“相位重置”的大型動態(tài)聚焦 LC 鏡頭，他們將其與菲涅耳透鏡中所使用的環(huán)形設(shè)計進(jìn)行比較。相位重置部分不是為了減小其寬度而對透鏡進(jìn)行分段（像菲涅耳那樣），而是彼此分開供電，因此每個相位重置段的液晶仍然可以足夠快地切換，以便在變焦頭戴式頭顯中使用。

圖源：SID Display Week

在SID Display Week 2022 峰會展示的一項新研究中，研究人員對 5 厘米動態(tài)聚焦 LC 鏡頭進(jìn)行了表征，以測量其能力并確定優(yōu)勢和劣勢。

優(yōu)勢：動態(tài)對焦鏡頭能實現(xiàn)高質(zhì)量圖像，同時支持-0.80 D 到 +0.80 D 的動態(tài)對焦范圍和低于 500 毫秒的切換速度。

作為參考，在 90Hz 頭顯中，每 11ms（每秒 90 次）向用戶顯示一個新幀，而 500ms 的切換時間相當(dāng)于 2Hz（每秒兩次）。雖然這比頭顯的幀速率要慢得多，但考慮到眼睛可以調(diào)整到新焦距的速率，它可能在實用速度范圍內(nèi)。此外，研究人員表示，可以通過堆疊多個鏡頭來加快切換時間。

劣勢：動態(tài)聚焦 LC 透鏡會因為相位重置段使得在視圖接近透鏡邊緣時圖像質(zhì)量下降——在概念上與菲涅耳透鏡中由突起的脊?fàn)畈课灰鸬墓馍⑸湎囝愃啤＃〞线€展示了減少這些偽影的技術(shù)）

最終，研究人員得出結(jié)論，實驗性動態(tài)聚焦 LC 鏡頭在大約 30° 的注視角度內(nèi)提供了“可能可接受的 [圖像質(zhì)量] 值 [...]”，這與今天許多帶有菲涅耳光學(xué)元件的 VR 頭顯的圖像質(zhì)量下降非常相似。

研究人員表示，要真正利用這項技術(shù)構(gòu)建變焦頭戴式頭顯，動態(tài)聚焦 LC 鏡頭將與傳統(tǒng)鏡頭結(jié)合使用，以實現(xiàn) VR 頭戴式頭顯所需的光學(xué)通道。此外，精確的眼球追蹤也是必要的，這樣系統(tǒng)才能知道用戶在看哪里，從而知道如何針對該深度正確調(diào)整鏡頭的焦點。

全文尚未發(fā)表，以上內(nèi)容由其主要作者 Amit Kumar Bhowmick 在 2022 年 SID Display Week展示，研究成果還要歸功于肯特州立大學(xué)和 Meta Reality Labs 的 Afsoon Jamali、Douglas Bryant、Sandro Pintz 和 Philip J Bos。

來源：roadtovr