頭戴式AR/MR設備和智能眼鏡示例。左上角順時針方向：微軟的HoloLens 2（圖片?微軟）、Vuzix的新一代智能眼鏡（圖片? Vuzix）、小米的智能眼鏡（圖片：來源）以及聯想的ThinkReality A3智能眼鏡（圖片?聯想）。
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AR、MR（合并或混合現實）設備和智能眼鏡在企業應用領域的銷量一直很好。舉例來說，頭戴設備在制造、培訓、醫療、軍事用途等應用領域的普及率很高。但到目前為止，消費者們對這類設備的反應并不積極。事實上，70%的美國消費者1不確定增強現實是什么（即使他們可能在移動設備上出于娛樂目的使用過AR/MR照片濾鏡或者玩過Pokémon Go游戲）。很顯然，AR/MR行業未來還需要開展一些消費者教育和營銷工作。另一個障礙則是市場上目前仍未出現可以實現產品突破的“殺手級應用”。
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AR/MR設備在消費者中間普及速度緩慢的另一個因素在于設備本身?！霸S多技術問題阻礙了AR/VR設備的廣泛使用，尤其是光學架構引起的瓶頸。舉例來說，當前頭戴式AR設備的外形尺寸受限于笨重的折射光學元件以及目鏡與顯示器之間的距離。另一個問題是，折射透鏡可能引起色差，致使成像質量不佳，并導致不同顏色的顯示圖像以不同的放大倍率出現。此外，復雜的光學系統（比如：投影復合透鏡）在光引擎中也很常見?！?/span>
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最近的發展趨勢終于為解決這些挑戰指明了方向?，F在，先進的波導技術、微型顯示器和超透鏡為制造商們開發尺寸更小、重量更輕的AR/MR智能眼鏡和頭戴式設備提供了潛力，這將吸引普通消費者用戶。在這篇博客文章中，我們將探討新興的超透鏡納米技術。
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超透鏡是由可以聚焦和散射光線的納米級超表面層制成的平面透鏡技術。超表面由排列成不同陣型的微小柱子（也稱為觸角或納米鰭）組成。這些3D納米結構的特殊排列改變了入射光波的偏振、強度、相位和方向。光波可以通過超表面結構聚焦成幾乎任何形式。超透鏡比傳統的玻璃透鏡薄得多，這為制造比以往尺寸更小、重量更輕的廣泛光學設備開辟了許多新的可能性。
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示意圖：超透鏡如何折射光線。（圖片來源：Giuseppe Strangi和Federico Capasso）
各種超透鏡納米結構圖形示例。（圖片來源）
雖然超透鏡具有優勢，但其光學效率低于傳統透鏡，人眼將會觀察到亮度、對比度和清晰度降低。更不用說，在如此小的組件上放置納米級結構將會多么困難。此外，如果超透鏡制造不精確，將會導致色差和波像差。人眼將會觀察到強度分布不佳、顏色不均勻和透明度低。為了成功地將用于XR顯示器的超透鏡商業化，制造商們必須精心設計設備，并執行嚴格的測試。
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斜邊對比度。用于測量斜邊的黑色區域與白色區域之間的比率。 -
線對法。用于測量間隔緊密的垂直線與水平線之間的相似值。 -
直接測量線擴展函數（LSF）。
用于AR設備的透視超透鏡的測量結果樣本，顯示了不同波長光線的強度和MTF值。（圖片來源：Nature.com）
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上面的數據樣本顯示了不同波長光線的強度和MTF值如何受到超透鏡特性的影響。下面的圖表顯示紅色波長的光線具有最低的MTF值。這意味著紅色虛擬圖像將會不太清晰。通過使用可量化的數據分析MTF，可幫助指導開發人員改進設備設計。瑞淀提供XR設備視覺檢測工具庫，其中專門開發了獨特的MTF分析工具，用于表征AR/MR顯示器所產生光線的質量，并提供精確的數據點，以了解超透鏡特性對視覺元素的影響。
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MTF測量圖示表明，紅色圖像將會不太清晰，而藍色圖像將會最清晰。
瑞淀的新型XRE鏡頭提供靈活的解決方案，用于測量XR光學元件的完整生態系統（包括超透鏡）以及XR設備的各種光學配置。瑞淀正在申請專利的該鏡頭設計整合了獨特的內部對焦機制和電子控制功能，可立即將所連接的成像系統的焦點調整到多個焦平面。將XRE鏡頭與ProMetric?成像色度計或亮度計以及TrueTest?軟件中的TT-ARVR?模塊搭配使用，可用于測量各種XR設備中內置顯示器的視覺性能。
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瑞淀的XRE鏡頭解決方案，其中，折疊配置可與ProMetric I成像色度計（后）搭配使用，非折疊配置與?ProMetric Y成像亮度計（前）搭配使用。
瑞淀的XR設備測量解決方案套件包括ProMetric?成像亮度計和色度計、TrueTest?軟件、顯微鏡頭、NIR近紅外光輻射強度測量鏡頭結合TT-NIRI?軟件、以及AR/VR鏡頭或XRE鏡頭結合TT-ARVR?軟件。
來源：瑞淀光學
原文始發于微信公眾號（艾邦VR產業資訊）：AR/MR設備光學元件的未來：超透鏡
