“超表面+全息術”有了新進展,亮亮視野研究成果登上Nanomaterials 2021

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針對AR/VR 視覺輻輳沖突引起的眩暈、光學系統龐大導致的佩戴舒適性低等共性問題,近期,亮亮視野與浙江大學光電學院共同成立的“第一視角計算光學+AI”聯合實驗室發表了題為《Metalens Eyepiece for 3D Holographic Near-Eye Display》的論文,闡釋了一種將三維計算機全息術引入超表面器件的技術,有望讓AR/VR設備真正擺脫“笨重” 、“頭暈”的標簽。

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眾所周知,為了解決色差的問題,傳統的成像系統將多個不同厚度和材質的曲面透鏡疊加在一起。再薄、再緊湊則會導致圖像失真和不清晰,這也是為什么大功率顯微鏡和長焦鏡頭會由于透鏡不可打破的物理規則,廠商們已經把鏡頭做的那么大的原因。但是,這種解決方案卻是以增加系統復雜度和重量為代價的。

而超表面是能利用納米結構聚光進而達到避免色差出現的平面,且能形成特定的重復模式模擬折射光線的復雜曲率,使其沒有傳統透鏡笨重,并能在減少畸變的情況下改善聚焦光線的能力。因此,超表面被視為光學領域的一項革命性技術,有望徹底顛覆傳統光學系統中繁瑣的透鏡組,使得手機、相機、監控攝像頭等產品都變得更小、更薄、更輕。

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在全球光學機構的努力下,如今的超表面的厚度能夠做到比普通鏡片薄10萬倍,并且擁有易生產、成本低等優勢。但是,超表面仍然存在著缺陷,那就是層間串擾問題,使得成像質量難以控制,這就需要引入全息術來解決光波的調控能力,但這又有新的難點誕生,即圖像計算量增大、計算速度受到制約,再加上不同深度的圖像不隨全息圖平鋪的位置而變化,最終導致三維圖像被割裂等問題。

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本次研究設計了一種結合了5毫米直徑的超構透鏡和基于菲涅耳衍射的三維CGH的MCGH-NED系統,讓不同深度的圖像重建時,圖像中心保持一致,同時利用全息圖中不同層間不重疊的特點,消除了層間串擾問題,提升了三維全息成像質量。本次研究成果是業界首次在同一近眼顯示系統中解決了光學結構體積偏大和視覺輻輳沖突這兩核心問題,也是亮亮視野在北京市科委超表面研發課題上獲得的又一突破性成果,這為后續AR/VR設備廣泛應用提供了有效技術支撐。

目前,本篇論文已被Nanomaterials 2021收錄,感興趣的朋友可以點擊瀏覽查看

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