歌尔、中佛罗里达大学研究团队展示轻薄消色差衍射液晶光学系统
有超薄外形和轻量级的消色差衍射液晶光学系统
（映维网Nweon 2023年09月26日）以苹果Vision Pro、Meta Quest和PICO等为代表的头显设备有望彻底改变我们感知各种数字信息和与之交互的方式。通过提供与数字信息更直接的交互，MR成为了元宇宙，空间计算和数字孪生的关键推动力量之一，并开始在智能旅游、智能医疗、智能制造和智能建筑等领域获得广泛应用。
但为了进一步提升MR的人体工学，行业必须改善整体用户体验，特别是长期穿戴舒适性。为了实现这一目标，超紧凑和轻量级的设备是关键目标。
日前，由歌尔股份和中佛罗里达大学组成的团队展示了一种具有超薄外形和轻量级的消色差衍射液晶光学系统。
团队指出，衍射液晶光学器件具有超薄、轻量化、高衍射效率（接近100%）、易于制造，偏振选择性和动态开关等优点，是虚拟现实和混合现实领域中极具发展前景的光学元件。
与使用光程差来产生相位图的折射率光学不同，衍射液晶光学元件通过满足沿厚度方向的半波条件来产生所需的相位图。然而，液晶光学元件的衍射角取决于波长，这反过来又导致严重的色差，不能用于成像目的。
为了克服这种长期存在的色差问题，同时保持超薄的外形，由歌尔股份和中佛罗里达大学组成的团队提出了一种消色差液晶光学系统。所述器件由三个堆叠的衍射液晶光学元件组成，而它们具有特殊设计的光谱响应和偏振选择性。
换句话说，为了控制偏振状态和校正色差，每个光学元件的透射光谱和相位图都经过精心设计。
其中，对于消除蓝光和红光之间焦移的消色差液晶透镜系统，第一个组件是在可见光谱区域显示高效率的宽带透镜；第二个组件是设计用于切换蓝光偏振状态的半波片；最后一个组件是具有特殊设计的透射光谱的LC透镜，它只对蓝光和红光有效。
消色差液晶透镜系统可以通过简单地将这三个组件堆叠在一起来实现，而消色差光栅和偏转器系统都可以基于相同的原理来构建。
这一概念通过两种不同类型的光引擎进行了验证：激光投影仪和有机发光二极管显示面板。单个液晶透镜的图像表现出严重的色差，这是由衍射光学器件的波长依赖optical power引起。
然而，消色差透镜系统显著改善了色彩性能，色差遭到极大的抑制。实验结果表明，激光投影仪和有机发光二极管显示面板这两种类型的光引擎在成像性能方面有显著改善。另外，仿真结果表明，与传统的宽带衍射液晶透镜相比，横向色移减少了约100倍。
相关论文：Achromatic diffractive liquid-crystal optics for virtual reality displays
团队指出，通过适当控制偏振态，这种方法可以扩展到其他类型的衍射光学器件，从而有望实现更紧凑的光学元件。
