盡管消費(fèi)者技術(shù)在過(guò)去數(shù)十年間取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但有一個(gè)元器件領(lǐng)域依然是令人沮喪地停滯不前：光學(xué)透鏡。與體積不斷縮小、效率不斷提升的電子設(shè)備不同，今天光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)和基本物理在大約3000年里的歷史里并沒(méi)有發(fā)生太大變化。

這一挑戰(zhàn)已成為下一代光學(xué)系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸，比如說(shuō)虛擬現(xiàn)實(shí)。顯然，下一代光學(xué)系統(tǒng)需要結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕且具有成本效益的元器件。

在哈佛大學(xué)約翰·A·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，由費(fèi)德里科·卡帕索（Federico Capasso）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一直在探索下一代的透鏡組件。通過(guò)利用納米結(jié)構(gòu)聚焦光的簡(jiǎn)單平面表面來(lái)取代笨重的曲面透鏡，研究人員有望打開這一瓶頸。

在2018年，卡帕索的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種消色差、無(wú)像差的超透鏡，其可以覆蓋整個(gè)可見光光譜。但由于直徑只有幾十微米，這對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)而言太小。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)開發(fā)一種兩毫米的消色差超透鏡，它可以聚焦RGB（紅、藍(lán)、綠）而不產(chǎn)生像差。另外，團(tuán)隊(duì)同時(shí)開發(fā)了一種用于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的小型化顯示器。

                                              增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)成像結(jié)果采用全彩色近眼光纖掃描顯示，你可以看到漂浮在真實(shí)場(chǎng)景中的RGB彩色虛擬圖像

卡帕索表示：“這種先進(jìn)的透鏡為新型虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)開辟了一條道路，并克服了阻礙新型光學(xué)設(shè)備發(fā)展的瓶頸。”

團(tuán)隊(duì)表示：“利用新的物理和新的設(shè)計(jì)原理，我們開發(fā)了一種平面透鏡來(lái)取代當(dāng)今光學(xué)設(shè)備的笨重透鏡。這是迄今為止尺寸最大的RGB消色差超透鏡，并證明了這種透鏡可以放大到厘米級(jí)別，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，并集成到商業(yè)平臺(tái)之中。”

像以前的超透鏡一樣，這種透鏡使用二氧化鈦納米鰭陣列來(lái)均勻聚焦光的波長(zhǎng)并消除色差。通過(guò)工程設(shè)計(jì)這種納米陣列的形狀和圖案，研究人員可以控制紅光、綠光和藍(lán)光的焦距。為了將這種透鏡整合到虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，研究小組使用了一種名為光線掃描的方法來(lái)開發(fā)近眼顯示器。

在2英寸玻璃晶圓制造的超透鏡和通過(guò)壓電管的掃描光纖。光纖尖端位于超透鏡的焦距內(nèi)。光線沿著光纖傳輸并從掃描光纖尖端發(fā)出，在掃描光纖尖端形成顯示圖案。

這種顯示器的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自基于光纖掃描的內(nèi)窺鏡生物成像技術(shù)。它使用穿過(guò)壓電管的光線。當(dāng)一個(gè)電壓被施加到電子管時(shí)，光纖尖端會(huì)左右上下掃描顯示圖案，并形成一個(gè)小型化的顯示器。這種顯示器具有高分辨率、高亮度、高動(dòng)態(tài)范圍和寬色域等特點(diǎn)。

在VR或AR平臺(tái)中，超透鏡將直接位于眼睛前面，而顯示器則位于超透鏡的焦平面內(nèi)。顯示器掃描的圖案會(huì)在超透鏡的幫助下聚焦到視網(wǎng)膜，并在那里形成虛擬圖像。

研究人員表示：“我們已經(jīng)展示了超透鏡光學(xué)平臺(tái)是如何幫助解決當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的瓶頸，以及在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫臐撃堋！?/span>

團(tuán)隊(duì)接下來(lái)的目標(biāo)是進(jìn)一步擴(kuò)展透鏡，使其與當(dāng)前大規(guī)模制造技術(shù)兼容，從而實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)。

原文來(lái)自映維網(wǎng)：https://news.nweon.com/82738