作為下一代移動(dòng)平臺(tái)候選產(chǎn)品，Apple Vision Pro等混合現(xiàn)實(shí)（MR）設(shè)備有潛力徹底改變我們感知各種數(shù)字信息以及與之交互的方式。通過支持與數(shù)字信息更直接的交互，混合現(xiàn)實(shí)成為元宇宙、空間計(jì)算和數(shù)字孿生的關(guān)鍵推動(dòng)因素，這些技術(shù)已在智能旅游、智能醫(yī)療、智能制造和智能建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步增強(qiáng)MR顯示器人體工程學(xué)，必須改善整體用戶體驗(yàn)，特別是長(zhǎng)期佩戴的舒適度，而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，則迫切需要使顯示器外形緊湊和輕量化。
在《光科學(xué)與應(yīng)用》雜志發(fā)表的一篇新論文中，由美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)院Shin-Tson Wu教授及其同事領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)展示了一種消色差衍射液晶（LC）光學(xué)系統(tǒng)具有超薄的外形和輕盈重量。與利用光程差產(chǎn)生相位圖案的折射光學(xué)器件不同，衍射液晶光學(xué)器件通過滿足沿厚度方向的半波條件（對(duì)于可見光來說通常為幾微米）來產(chǎn)生所需的相位圖案。這些液晶光學(xué)器件具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如高衍射效率（接近100%）、易于制造、偏振選擇性和動(dòng)態(tài)切換，使其成為近眼顯示應(yīng)用有希望的候選者。
為了克服這個(gè)長(zhǎng)期存在的色差問題，同時(shí)保持超薄的外形，Shin-Tson Wu團(tuán)隊(duì)提出了一種由三個(gè)組件組成的消色差液晶光學(xué)系統(tǒng)，以基于偏振選擇性的優(yōu)勢(shì)，每個(gè)光學(xué)元件的透射光譜和相位圖都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以控制偏振狀態(tài)并校正色差。
具體來說，對(duì)于消除藍(lán)光和紅光之間焦移的消色差液晶透鏡系統(tǒng)，第一個(gè)元件是在可見光譜區(qū)域表現(xiàn)出高效率的寬帶透鏡，第二個(gè)元件是半波片，其設(shè)計(jì)用于切換藍(lán)光的偏振狀態(tài)。最后一個(gè)組件是具有特殊設(shè)計(jì)透射光譜的LC透鏡，僅對(duì)藍(lán)光和紅光有效。只需將這三個(gè)LC組件堆疊在一起即可實(shí)現(xiàn)消色差LC透鏡系統(tǒng)，消色差光柵和偏轉(zhuǎn)器系統(tǒng)都可以基于相同的原理構(gòu)建。
通過正確控制偏振態(tài)，該解決方案可以擴(kuò)展到其他類型的衍射光學(xué)器件，這有望為更緊湊的光學(xué)元件打開一扇新的大門。其在智能交通、智能城市、智能醫(yī)療、智能制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是可以預(yù)見的。
來源：eurekalert
據(jù)RoadtoVR報(bào)道，美國(guó)顯示器制造商Kopin近期展示了其最新VR顯示器和pancake光學(xué)器件，致力于提高未來VR頭顯的分辨率和進(jìn)一步降低硬件成本。
大多數(shù)現(xiàn)代VR頭顯都采用了“戴在臉上的盒子式”造型，以滿足顯示器和鏡頭之間的距離需求，而為了在短期內(nèi)使VR頭顯更緊湊，pancake光學(xué)器件正成為主要采用器件，這類更復(fù)雜的光學(xué)器件減少了顯示器和鏡頭之間所需的距離。
Kopin以微型顯示器而聞名業(yè)界，近年來，該公司一直著眼于新興XR行業(yè)，為此Kopin正在持續(xù)穩(wěn)定開發(fā)VR顯示器和光學(xué)設(shè)備。
AWE 2022期間Kopin展示了全新pancake光學(xué)器件和旗艦VR顯示器，Kopin的P95 pancake光學(xué)器件使顯示器和鏡頭之間距離僅為17毫米，并支持95度視場(chǎng)角，此外，其作為一種全塑料光學(xué)元件，使得比同類玻璃光學(xué)元件更輕、更耐用、成本更低。Kopin表示，其秘訣在于能夠制造出與玻璃同類產(chǎn)品一樣具有光學(xué)性能的塑料pancake光學(xué)元件。
值得注意的是，P95是一種非菲涅爾光學(xué)元件，這意味著它不會(huì)受到幾乎所有當(dāng)代VR頭顯所遇的“神光”和“眩光”問題影響，當(dāng)然，在沒有實(shí)際看到動(dòng)態(tài)內(nèi)容的情況下，我們很難知道多元素pancake光學(xué)是否引入了視覺偽影。
另外，Kopin展示的“Lightning”旗艦VR顯示器是一個(gè)1.3英寸的OLED顯示屏，分辨率為2560×2560，運(yùn)行頻率最高可達(dá)120Hz，Kopin表示，該顯示器具備10位色深，支持HDR。
綜上所述，P95 pancake光學(xué)元件和Lightning顯示器似乎為VR頭顯提供了一種可行的、視網(wǎng)膜級(jí)分辨率、緊湊顯示架構(gòu)的解決方案，但，這并非完美。
首先，95度視場(chǎng)角只是勉強(qiáng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從表面上看，Kopin需要擴(kuò)大1.3英寸顯示器，才能使視場(chǎng)角達(dá)到或超過當(dāng)今VR頭顯的數(shù)值。
其次，Kopin并沒有透露有關(guān)顯示器亮度或pancake鏡頭效能的任何信息——而這兩點(diǎn)都是VR頭顯的關(guān)鍵要素。
由于pancake鏡頭采用偏振光且因光反射而效率較低，但也意味著輸入/輸出亮度均能保持相同水平，同時(shí)，這也代表了更多的熱量和更多的功耗，因此，采用這種顯示架構(gòu)來開發(fā)頭顯，需要作出權(quán)衡。
值得一提的是，盡管Kopin多年來一直在兜售其VR頭顯顯示器和光學(xué)器件解決方案，但至少在消費(fèi)者和企業(yè)領(lǐng)域，該解決方案還沒有產(chǎn)生巨大效果，目前還不清楚是什么原因阻礙了該公司進(jìn)入VR 領(lǐng)域，但可能與產(chǎn)品價(jià)格或性能有關(guān)。
長(zhǎng)期以來，Kopin始終穩(wěn)步朝著VR行業(yè)所希望的頭顯造型、分辨率和視場(chǎng)角方向發(fā)展，或許P95光學(xué)器件和最新Lightning顯示器將成為該公司在VR領(lǐng)域吸引眼球的切入點(diǎn)。