Оптические линзы являются ключевыми компонентами очков виртуальной реальности. Характеристики оптики напрямую влияют на размеры очков, их обзорность и качество изображения. Группа исследователей Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона разработала компактные линзы с плоской поверхностью и наноструктурами для фокусировки света.
В 2018 году эта команда представила ахроматические металинзы без аберраций, которые работают во всём видимом спектре света. Но они имели всего несколько десятков микрон в диаметре, то есть слишком малы для практического использования в системах виртуальной и дополненной реальности. Теперь исследователи создали двухмиллиметровую ахроматическую металинзу, которая может фокусировать красный, синий и зелёный цвета без аберраций.
Мы демонстрируем линзы на основе метаповерхностей миллиметрового диаметра, с высокой числовой апертурой и субмикронной толщины, которые обеспечивают ахроматическую фокусировку основных цветов с ограничением дифракции, используя конструктивную интерференцию света из нескольких зон и технологию дисперсии. Чтобы проиллюстрировать возможности этого подхода, мы демонстрируем систему виртуальной реальности, основанную на самодельном оптоволоконном сканирующем дисплее для размещения у глаза.
Исследование опубликовали в Science Advances.
Новая плоская линза, по словам учёных, должна заменить громоздкие линзы современных оптических устройств: это самая большая на сегодняшний день ахроматическая RGB-металинза. Она «является доказательством концепции, согласно которой эти линзы можно масштабировать до сантиметрового размера, производить массово и интегрировать в коммерческие платформы».
Как и в предыдущих моделях металинз, в этой используются массивы нановолокон из диоксида титана для равной фокусировки длин волн света и устранения хроматической аберрации. Разработав форму и узор наномассивов, исследователи смогли контролировать фокусное расстояние красной, зелёной и синей областей спектра. Чтобы интегрировать оптику в очки виртуальной реальности, команда разработала сканирующий оптоволоконный дисплей. Применение дисплеев такого типа для дополненной и виртуальной реальности, к примеру, в 2018 году изучила турецко-американская группа учёных в работе «Scanning fiber microdisplay: design, implementation, and comparison to MEMS mirror-based scanning displays».
В дисплее, корни которого уходят в область эндоскопии, используется оптическое волокно, проходящее через пьезоэлектрическую трубку. Когда на трубку подают напряжение, конец волокна делает круговые движения с частотой в тысячи герц, формируя миниатюрный дисплей с высоким разрешением, высокой яркостью, широким динамическим диапазоном и широкой цветовой гаммой.
Металинза должна располагаться прямо перед глазом, а дисплей — в фокальной плоскости металинзы. Отображаемые дисплеем узоры фокусируются на сетчатке с помощью оптики.
Команда планирует увеличить размер металинзы, сделав её совместимой с текущими технологиями изготовления для массового производства по низкой цене. Управление технологического развития Гарварда защитило интеллектуальную собственность, связанную с этим проектом, и изучает возможности коммерциализации.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!
Далее: CREAL представила прототипы очков дополненной и виртуальной реальности с дисплеями светового поля
