南京大学等研究双超透镜系统提升近眼显示器性能

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双超透镜系统

（映维网Nweon 2025年01月21日）南京大学的研究人员正在努力解决XR技术的一个基本挑战：创造舒适、高质量的近眼显示器。

传统的近眼显示器面临着一个显著的限制：它们必须放置在非常靠近眼睛的位置，而且它们往往体积重量大，长时间使用时会导致用户不适。

团队利用超透镜开发了一个有趣的解决方案。作为说明，超透镜是一种超薄的光学元件，由二维排列的纳米结构制成，而研究人员为近眼显示创造了一个双超透镜系统，亦即两个超透镜一起工作。

特别聪明的地方在于他们将人类瞳孔整合到设计之中，不是尝试创造一个完整的光学系统，而是将人类的瞳孔作为一个自然光圈，使其成为光路的一个组成。这实现了高达60度-80度的视场，同时保持与传统目镜系统相媲美的图像质量。

尽管显示器离眼睛非常近，但系统的工作原理是投射出看似无限远的图像。这是通过精心优化双层超透镜设计和战略性地使用瞳孔作为光圈来实现。

研究人员通过构建一个包括虹膜、折射晶状体和摄像头传感器的模型来证明这一概念，并能够在高达30度的入射角下实现高质量的成像，有效地创造了60度的全视场。

超透镜双透镜的直径在厘米范围内，孔径为数毫米，与人眼和瞳孔的实际尺寸相匹配。这种实用的方法与以前的研究形成了对比，因为以前的超透镜通常具有更小的孔径，不适合实际应用。

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另外，尽管系统不能在整个视场范围内保持衍射限制的性能，但这种限制实际上与人类视觉的实际工作方式非常吻合。在AR/VR等应用中，我们的眼睛自然对超宽视场的要求较低，因为我们倾向于注视于特定的区域，而不是在整个视野范围内保持完美的清晰度。