編譯/VR陀螺
此前有分析猜測(cè)Meta下一代高端VR頭顯Cambria可能會(huì)采用Pancake與可變焦相結(jié)合的光學(xué)設(shè)計(jì)。近日,肯特州立大學(xué)和 Meta Reality 實(shí)驗(yàn)室一項(xiàng)新的研究對(duì)大型動(dòng)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(mén)的研究課題之一。為解決這一問(wèn)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(wèn)題的技術(shù),比如全息顯示器、多焦平面,但卻無(wú)人能夠提供實(shí)用、經(jīng)濟(jì)高效且可大規(guī)模生產(chǎn)的VAC解決方案。
其實(shí)要解決這一問(wèn)題,采用動(dòng)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(shí)改變焦距。據(jù)本次由Meta Reality 實(shí)驗(yàn)室資助、參與,與肯特州大學(xué)共同研究的項(xiàng)目,這類鏡頭此前已做過(guò)演示,但多數(shù)尺寸非常小,因?yàn)殡S著尺寸的增加,切換時(shí)間(焦點(diǎn)更改的速度)會(huì)顯著減慢。
圖源:SID Display Week
為了將動(dòng)態(tài)聚焦鏡頭縮小至能夠整合進(jìn)VR頭顯,同時(shí)保持足夠低的切換時(shí)間,研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)帶有一系列“相位重置”的大型動(dòng)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(jì)進(jìn)行比較。相位重置部分不是為了減小其寬度而對(duì)透鏡進(jìn)行分段(像菲涅耳那樣),而是彼此分開(kāi)供電,因此每個(gè)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(huì)展示的一項(xiàng)新研究中,研究人員對(duì) 5 厘米動(dòng)態(tài)聚焦 LC 鏡頭進(jìn)行了表征,以測(cè)量其能力并確定優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。
優(yōu)勢(shì):動(dòng)態(tài)對(duì)焦鏡頭能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量圖像,同時(shí)支持-0.80 D 到 +0.80 D 的動(dòng)態(tài)對(duì)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(gè)新幀,而 500ms 的切換時(shí)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(shí)用速度范圍內(nèi)。此外,研究人員表示,可以通過(guò)堆疊多個(gè)鏡頭來(lái)加快切換時(shí)間。
劣勢(shì):動(dòng)態(tài)聚焦 LC 透鏡會(huì)因?yàn)橄辔恢刂枚问沟迷谝晥D接近透鏡邊緣時(shí)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?。(?huì)上還展示了減少這些偽影的技術(shù))
圖 A-F 是通過(guò)動(dòng)態(tài)聚焦 LC 鏡頭捕獲的圖像,從中心逐漸離軸,從 0° 開(kāi)始到 45°
最終,研究人員得出結(jié)論,實(shí)驗(yàn)性動(dòng)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(xiàng)技術(shù)構(gòu)建變焦頭戴式頭顯,動(dòng)態(tài)聚焦 LC 鏡頭將與傳統(tǒng)鏡頭結(jié)合使用,以實(shí)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(duì)該深度正確調(diào)整鏡頭的焦點(diǎn)。
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?dú)w功于肯特州立大學(xué)和 Meta Reality Labs 的 Afsoon Jamali、Douglas Bryant、Sandro Pintz 和 Philip J Bos。
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