哈佛大學新研究，利用納米技術讓AR/VR更小、更清晰

任然｜ 撰文

未來的AR和VR頭盔可以有更清晰、更輕、更薄的鏡片，這要多虧一種新的製造工藝，它利用納米技術不僅可以縮小透鏡的厚度，而且還可以糾正目前在VR頭盔中使用的鏡片的顏色失真。

哈佛大學工程與應用科學學院（SEAS）在本周發布了一篇文章，分享他們研究超透鏡（meta-lens）的新進展。

從左到右：Francesco Aieta，Federico Capasso和Patrice Genevet

研究人員表示，雖然1mm厚的超透鏡能將入射光聚集成一個單一的焦點，但他們再次改進了超透鏡的設計，從而可以任意調整光線通過鏡頭不同位置時的透射速度。通過調節傳輸速度，可以使從不同位置射入的光線同時到達焦點，產生的圖像更加清晰。

為了使從不同位置射入的光線同時到達焦點，從透鏡邊緣經過的光線必須比通過透鏡中心的光線傳播的更快。因此我們設計了一種能加快光線傳播速度的納米結構，並把這些納米結構放在透鏡的邊緣，光線通過它們的速度要比通過中心部位時更快，有效的讓透鏡邊緣的光線追上中心的光線，使所有的光線聚焦在一起。

儘管納米技術聽起來很新奇（也很昂貴），但研究人員表示這種方法可以帶來更好、更便宜的鏡片，並特別建議將頭戴式顯示器作為一個潛在的應用領域。

設計完成後，超透鏡就可以進入到VR頭顯或AR眼鏡的生產流程中。此外，超透鏡還可以用來替代手機和筆記本電腦上昂貴的傳統玻璃透鏡，從而降低移動設備的重量、厚度和成本。

早在2015年2月26日，哈佛大學的研究人員便介紹過一種「平面透鏡」的技術改進原型，使用了特殊的玻璃基板和硅天線來重定向光線。此次技術更新後的超透鏡與之前的平面透鏡區別在於，超透鏡換用了納米級硅天線，可以立即彎曲入射光。

得益於使用了最新的電絕緣材料，現在可以對可見光光譜中的紅綠藍三色進行重定向。

哈佛大學工程與應用科學學院的首席研究員Federico Capasso教授表示，像色彩校正這樣的複雜效果，對於傳統光學系統來說非常麻煩，需要讓光線通過數個厚透鏡，而現在只需要一個輕薄的微型化裝置即可實現。

將目前VR頭顯中厚重的傳統透鏡換成新一代的超透鏡，不僅可以顯著降低頭顯的尺寸和重量，還可以完全消除由於傳統鏡片折射光線錯位造成的色差現象。

修正色差現象的傳統辦法是增加鏡片的數量，將光譜的紅色，綠色和藍色移近中心焦點。鏡片越多效果越接近完美，但每增加一個矯正鏡片都會讓產品的尺寸、重量和成本更高一些。

另一種色差校正方法是通過軟體處理實現的，該方法主要用於Oculus Rift這種使用單透鏡的消費級VR頭顯。但這種方法並不是完美的，只有當使用者的眼睛直視鏡頭中心時才會起作用，而當用戶在看鏡頭的其他地方時，還是會顯露出色差的痕迹。

目前還沒有任何消息表明這種新型透鏡技術什麼時候可以投入生產，也沒有提到過具體的費用問題，但這類技術的發展可能會與未來VR頭顯設備的升級保持同步。

隨著VR需求的增長，目前所廣泛選用的源自手機的顯示屏可能會讓位於更加強大的定製顯示屏，從而提供更高的刷新率、解析度和更廣闊的視野。

VR技術對光學領域的需求可能也會增加，最終會讓透鏡製造商將它們的產品推向市場，當然前提是他們的技術已經在實驗室內驗證成熟之後。

不過像攝影、天文學和顯微鏡這樣的成熟領域可以很好的應用這些全新的光學組件，並有助於將技術推向市場。因此，VR領域也許不得不扮演次要角色，只有在其他行業廣泛應用這些新技術之後才能享受到它們。

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