Meta* проводит активную совместную работу с научно-образовательными организациями, не жалея на это средств. Интересные плоды такого сотрудничества появились в отчёте Кентского государственного университета и Reality Labs: группа исследователей показала большие жидкокристаллические линзы с динамическим фокусом, которые можно использовать для создания варифокальных очков виртуальной реальности без конфликта вергенции-аккомодации.
Все потребительские устройства виртуальной реальности, представленные на рынке, показывают изображение с использованием стереоскопии. Этот принцип эффективно создаёт трёхмерные изображения, используя наш рефлекс вергенции (поворот глаз с перекрестьем на объекте), но сам по себе не работает с рефлексом аккомодации каждого отдельного глаза (когда хрусталик меняет форму для фокусировки света на определённой глубине).
Рефлексы, выработанные эволюцией зрительного аппарата, в очках не могут работать в паре. Глаза продолжают сходиться там, где это необходимо, но их аккомодация остается статической, потому что весь свет исходит с одного и того же расстояния, от дисплея очков, на каком бы виртуальном расстоянии они не показывали объекты. Конфликт вергенции-аккомодации затрудняет фокусировку, вызывая перенапряжение глаз и другие неприятные эффекты, вроде головной боли. Индустрия находится в поиске решения, которое может стать массовым.
Потенциальным выходом являются жидкокристаллические линзы с динамической фокусировкой, которые могут менять фокусное расстояние при изменении напряжения подаваемого на них тока. Согласно проекту аспирантов Кентского государственного университета при финансировании и участии Reality Labs, такие линзы демонстрировались ранее, но, в основном, в очень малых размерах, потому что время смены фокуса быстро увеличивается по мере увеличения размера оптики.
Для создания линзы необходимого для современных очков размера с динамическим фокусом исследователи применили ряд «фазовых сбросов» («phase reset»), которые сравнивают с кольцами оптики Френеля. Вместо того, чтобы сегментировать линзу для уменьшения её толщины, как в случае френелевой оптики, сегменты «фазовых сбросов» запитаны отдельно друг от друга, поэтому жидкие кристаллы в каждом сегменте могут переключаться достаточно быстро, чтобы их можно было использовать в вариофокальной конструкции.
Новая работа описывает линзу диаметром 5 сантиметров с её возможностями и недостатками. Что касается сильных сторон, она обеспечивает высокое качество изображения по направлению к центру линзы, поддерживая диапазон динамической фокусировки от -0,80 до +0,80 диоптрий и скорость переключения менее 500 миллисекунд.
Для справки: в очках с частотой обновления дисплея 90 герц пользователь видит новый кадр каждые 11 миллисекунд или 90 раз в секунду, а время переключения 500 миллисекунд эквивалентно 2 герцам или двум кадрам в секунду, что пока бесконечно далеко от стандартов виара. Но показатель можно вернуть в границы применимости, если учесть скорость, с которой глаз приспосабливается к новому фокусному расстоянию. Кроме того, исследователи говорят, что время можно улучшить, установив несколько линз друг перед другом.
Слабой стороной стало снижения качества изображения по мере приближения к краю линзы из-за тех самых сегментов «фазовых сбросов» — аналогично рассеиванию света из-за выступов в линзе Френеля. Здесь учёные предлагают метод маскирования для уменьшения артефактов.
В итоге, заключают авторы, экспериментальная жидкокристаллическая линза с динамическим фокусом предлагает, «возможно, приемлемые значения [качества изображения] […] в пределах угла обзора около 30°», что похоже на падение качества изображения многих очков с оптикой Френеля на сегодняшний день.
Для создания варифокальных очков с использованием этой технологии новая линза должна работать вместе с традиционной линзой. Для динамической настройки фокуса потребуется точный трекинг взгляда.
Результаты исследования были представлены на конференции Display Week 2022, а полный текст статьи пока ожидает публикации.
*В РФ признана экстремистской
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК и Twitter!
Далее: NVIDIA показала ультратонкую голографическую оптику для очков виртуальной реальности
