南京大學的研究團隊正致力於攻克 XR 技術中的一項核心難題:打造既舒適又高質量的近眼顯示器。這一挑戰源於傳統近眼顯示器的固有局限——它們必須緊貼眼部,且體積龐大、重量不輕,長期使用易引發用戶不適。
為了破解這一難題,研究團隊巧妙引入了超透鏡技術。超透鏡,這一超薄光學元件,憑藉其由二維納米結構構成的獨特設計,為近眼顯示提供了全新的解決方案。團隊更進一步,創新性地設計了一個雙超透鏡系統,即兩個超透鏡協同工作,以實現更優的性能。

尤為值得稱道的是,他們在設計中融入了人類瞳孔的元素。不同於以往嘗試構建完整光學系統的做法,團隊將瞳孔視為自然光圈,巧妙地將其納入光路之中。這一創新設計不僅實現了 60-80 度的高視場,同時保持了與傳統目鏡系統相當的圖像質量。
更為神奇的是,儘管顯示器緊貼眼部,但該系統卻能夠投射出看似位於無限遠處的圖像。這一效果的實現得益於雙層超透鏡的精妙設計與瞳孔作為光圈的戰略性運用。通過精心優化,系統成功地在視覺上營造出深遠的效果。
為了驗證這一創新概念,研究團隊構建了包括虹膜、折射晶狀體和攝像頭傳感器的模型,並在高達30度的入射角下實現了高質量成像,有效創造了 60 度的全視場。這一成果不僅證明了雙超透鏡系統的可行性,更為其在實際應用中的推廣奠定了堅實基礎。
值得一提的是,雙超透鏡的直徑控制在厘米範圍內,孔徑為數毫米,完美匹配了人眼和瞳孔的實際尺寸。這一設計不僅實用,而且與以往研究中的超透鏡相比,具有更大的孔徑,更適合實際應用。
此外,儘管該系統在整個視場範圍內無法保持衍射限制的性能,但這種限制實際上與人類視覺的實際工作方式高度契合。在 AR/VR 等應用中,用戶往往傾向於注視特定區域,而非整個視野都保持完美清晰度。因此,這一創新設計在滿足用戶需求的同時,也實現了技術上的突破。