全息增强现实(AR)是一种将计算机生成的虚拟信息集成到现实世界中的技术,被视为下一代显示技术。目前为了实现更好AR展示,已经开发了各种技术来减少虚拟信息与现实世界场景之间的差异感,为用户提供身临其境的体验。目前各种目镜,例如基于球面镜,自由曲面光学元件,衍射光学元件(DOE)和全息光学元件(HOE)的目镜等。它们都是基于其自身的光学特性实现的透明近眼显示器的概念,但由于传统光学器件的局限性,实现AR眼镜的高可用性和真正的移动性仍然存在一些挑战。特别是,为了实现终极AR眼镜,有必要提供超宽视野(FOV),紧凑的外形以及足够的便捷的轻量设计,可以在瞳孔中观察到完整的图像。基于此,微美全息(NASDAQ:WIMI)设计开发了一种用于增强现实的超表面目镜是,它是基于人工制造的亚波长结构组成的超表面技术。超透镜采用了特殊的光学设计和工程各向异性光学响应,以实现超宽视场、全彩色成像、高分辨率的近眼显示。

WIMI微美全息超透镜的核心是一种具有高数值孔径、大面积和宽带特性的透视超透镜。它的各向异性光学响应使其能够同时实现两种不同的光学功能。首先,它可以成像虚拟信息,作为虚拟信息的成像透镜。其次,它可以透过光线,作为透明玻璃用于观察真实世界场景。这种设计使得透明超透镜可以直接放置在眼睛正前方,无需额外的光学元件,从而实现了更宽的视场。

制造超透镜采用纳米压印技术,该技术能够制造出具有亚波长结构的大面积超透镜。首先,制备具有所需结构的模具或模板。然后,将模具或模板与透明基底进行接触,通过施加压力和温度来实现纳米级结构的转移。通过这种纳米压印过程,超透镜的亚波长结构被成功地复制到透明基底上,从而形成了超透镜。

WIMI微美全息设计开发的超表面目镜,经过了一系列的光学性能测试,以确保其具备高透射率、调制效率和色散特性。透射率测试评估了超透镜在不同波长范围内的透过能力,以确保其在整个可见光范围内具有高透过率。调制效率测试评估了超透镜在传输光信号时的调制能力,以确保其能够准确地成像虚拟信息。此外,还需要对超透镜的色散特性进行评估,以确保在宽带范围内的色彩准确性和成像质量。在原型显示系统中的实验中,WIMI微美全息研发人员实现了宽视场(90°)的透明近眼显示。通过增加超透镜的直径,可进一步扩展视场,达到了超过120°。这是通过调整超透镜的尺寸和形状以及优化光学设计来实现的。超透镜的设计和制造过程都经过精密的优化和调整,以确保最佳的视场和成像性能。

超宽视场:相对于传统的增强现实眼镜,该超表面目镜实现了超宽视场(FOV)。通过优化设计和使用工程各向异性光学响应的透视超透镜,FOV可达到90°以上,甚至可以通过增大超透镜的直径扩展到120°以上。这大大提升了用户的视野范围,使其获得更加沉浸式的增强现实体验。

高分辨率和全彩色成像:传统的增强现实技术在分辨率和色彩还原方面存在一些限制。而该超表面目镜通过采用高性能的透视超透镜,实现了高分辨率和全彩色成像。透过该超透镜观察虚拟信息或真实世界场景时,用户可以获得更清晰、更真实的图像质量和色彩呈现。

紧凑设计扩大眼盒:传统的增强现实眼镜通常需要使用较大的光学元件,导致设备体积较大,并可能限制眼睛的活动空间。而超表面目镜利用超透镜的各向异性光学响应,将其直接定位在眼睛正前方,无需额外的光学元件。这使得超表面目镜具有更紧凑的设计和足够大的眼盒,使用户能够自由舒适地观察图像。

量产优势和可穿戴性:该技术利用纳米压印技术制造超透镜,实现了大面积和高数值孔径的透明超透镜的批量生产。相比传统的光学元件制造方法,纳米压印技术更具可伸缩性和成本效益。这使得超表面目镜可以更好地适应商业化需求,提高可穿戴设备的生产效率和可用性。

移动性和便携性:由于紧凑的设计和轻量级的超透镜,超表面目镜具有更好的移动性和便携性。相对于传统的笨重光学元件,它更适合在不同场景下的移动和使用,为用户提供更灵活的增强现实体验。

WIMI微美全息的这种用于增强现实的超表面目镜通过上述的优势,成功解决了传统增强现实技术中的一些问题和缺陷,如视场狭窄、分辨率限制、体积笨重等,提升了增强现实体验的质量和舒适度。为增强现实和其他领域的应用提供了更先进的解决方案。通过突破传统光学元件的限制,超透镜技术为AR眼镜的可用性和移动性带来了重大突破。它为用户提供了更宽广、沉浸式的增强现实体验,并在可穿戴设备、光学显示器、计算机视觉、可穿戴电子、生物成像、医疗设备和光学显微镜等领域中具有广泛的应用潜力,带来了新的发展机遇。

未来,WIMI微美全息将继续在超表面技术和光学显示系统领域进行研究和开发,以进一步优化和改进技术。他们将致力于提高超透镜的性能和制造效率,推动该技术在商业化应用中的广泛采用。这一创新成果将推动行业向前发展,并为用户提供更加沉浸式和高质量的增强现实体验。

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