哈佛大学研发新型消色差超透镜，解决VR和AR光学技术瓶颈
2021-02-06 14:31:56 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员已经开发出直径为两毫米的消色差超透镜，可以聚焦RGB波长且不会发生畸变，并开发了用于VR和AR应用的小型显示器。这项研究发表于Science Advances。
据麦姆斯咨询报道，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）Federico Capasso领导的研究小组一直致力于研发“超透镜”（meta lenses）。超透镜采用纳米结构来聚焦光线，用简单的平面透镜取代笨重的曲面透镜。
2018年，Capasso的团队开发了可工作于整个可见光谱的消色差、无畸变的超透镜。但这些透镜直径只有几十微米，尺寸太小，不能用于实际的虚拟现实和增强现实（VR & AR）系统。
现在，研究人员已经开发出直径为两毫米的消色差超透镜，可以聚焦RGB波长且不会发生畸变，并开发了用于VR和AR应用的小型显示器。这项研究发表于Science Advances。
“这种最先进的透镜开辟了一条通往新型VR平台的道路，并克服了阻碍新型光学器件进展的瓶颈。”Capasso说。他是应用物理学Robert L. Wallace教授、SEAS电子工程Vinton Hayes高级研究员，也是该论文的高级作者。
“利用新的设计原理，我们开发了平面透镜，以取代当今光学器件中的笨重曲面透镜。”SEAS博士后研究员、论文第一作者Zhaoyi Li说。这是迄今为止最大的RGB消色差超透镜，证明了其可以增加到厘米级尺寸、能批量生产并集成到商业平台的概念。
与之前开发的超透镜一样，该透镜使用二氧化钛纳米鳍阵列来实现对不同波长的光的聚焦，并消除色差。通过纳米阵列形式的工程设计，研究人员可以控制红、绿、蓝三色光的焦距。为了将透镜整合到VR系统中，该团队使用一种称为光纤扫描的方法开发了近眼显示。
使用全彩色近眼光纤扫描显示器进行AR成像效果
该显示器的灵感来自基于光纤扫描的内窥镜生物成像技术，其使用穿过压电管的光纤。
当电压施加到压电管时，光纤尖端可上下左右扫描以显示图案，形成小型显示器。显示器具有高分辨率、高亮度、高动态范围和宽色域等特点。
显示器使用穿过压电管的光纤
在VR或AR系统中，超透镜位于眼睛正前方，显示器将位于超透镜的焦平面内。
显示器扫描的图案聚焦在视网膜上，在超透镜的帮助下，形成虚拟图像。在人眼看来，图像在AR模式下显示为景观的一部分，离我们眼睛实际位置有一定距离。
“我们已经演示了超光学平台如何帮助解决当前VR技术的瓶颈，并有可能用于我们的日常生活中。”Li说。接下来，该团队计划进一步增加透镜尺寸，使其与目前大规模制造技术兼容，以低成本进行大规模生产。
哈佛大学技术开发办公室提交了与该项目有关的知识产权申请，并正在尝试商业化。
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