Pesquisadores desenvolveram uma lente fina com uma distância focal continuamente ajustável. A nova lente pode um dia tornar a fadiga visual de dispositivos de realidade aumentada e virtual (AR/VR) uma coisa do passado.
“Muitas das telas 3D usadas nos dispositivos AR/VR de hoje causam desconforto após o uso a longo prazo devido ao conflito de acomodação de vergência”, disse o líder da equipe de pesquisa Yan Li, da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China. "Nossa lente, que é conhecida como lente Alvarez, pode ser usada para aliviar esse problema. Isso poderia fornecer uma experiência 3D mais confortável e mais realista que permitiria o uso mais amplo de fones de ouvido AR/VR".

Os pesquisadores descrevem sua nova lente no Optics Express . É feito de dois elementos de cristal líquido planos ou planares que podem ser movidos um em relação ao outro para alterar continuamente a distância focal da lente. Para demonstrar a nova lente Alvarez, eles a incorporaram em um sistema de exibição AR que exibia imagens virtuais em uma visão do mundo real em diferentes profundidades.

"Esta lente tem uma faixa de ajuste contínua e grande, um formato fino, é leve e pode ser feita usando um processo de fabricação simples e de baixo custo", disse Li, que colaborou com o laboratório de Shin-Tson Wu na University of Central Florida College of Óptica e Fotônica. “Além dos dispositivos AR/VR, esse tipo de lente compacta sintonizável pode ser útil para imagens microscópicas, visão de máquina, processamento a laser e oftalmologia”.

Melhorando a experiência virtual

Em dispositivos AR/VR, o conflito de acomodação-vergência ocorre porque os olhos esquerdo e direito recebem duas imagens ligeiramente diferentes que o cérebro junta para formar uma imagem 3D virtual. Para ver a imagem claramente, cada olho foca no plano 2D fixo onde a imagem é exibida. Isso faz com que a imagem 3D mesclada e o foco de olho único no plano 2D sejam inconsistentes, levando a tontura e fadiga visual.

É possível diminuir o conflito de acomodação de vergência com uma tela varifocal, que altera dinamicamente a profundidade de objetos virtuais de plano único para que os objetos virtuais pareçam existir em diferentes profundidades em momentos diferentes. Outra opção é um sistema de exibição multifocal, que renderiza várias seções transversais 2D de um objeto virtual em várias profundidades simultaneamente para reconstruir um volume 3D. Em ambos os casos, o problema VAC é suprimido porque o olho humano pode focalizar as profundidades corretas dos objetos virtuais.

Os sistemas de exibição multifocal ou multifocal precisam de uma lente ajustável que possa mudar o foco continuamente dentro de uma ampla faixa, ao mesmo tempo em que é compacto e leve o suficiente para ser útil em dispositivos AR/VR montados na cabeça. Li tem trabalhado em monitores AR livres de fadiga e dispositivos de cristal líquido por cerca de 10 anos e recentemente desenvolveu uma maneira de fabricar um componente óptico difrativo baseado em cristal líquido conhecido como elemento óptico Pancharatnam-Berry (PB) que pode ser usado para criar um lente ajustável que atende a esses requisitos.

"Nosso método permite elementos ópticos Pancharatnam-Berry com os perfis de fase complicados e irregulares necessários para criar uma lente Alvarez com alta precisão, baixo custo e conveniência sem precedentes", disse Li. "Queríamos ver se esta lente ajustável Alvarez ultracompacta poderia oferecer uma solução para o problema de conflito de acomodação de vergência de longa data em monitores VR e AR."

Demonstração de exibição de RA

Os pesquisadores usaram sua nova abordagem para criar uma lente Alvarez ajustável feita de dois elementos planares de cristal líquido Pancharatnam-Berry. Em cada elemento, uma camada de cristal líquido polimétrico ultrafino com apenas algumas centenas de nanômetros de espessura é revestida em um substrato de vidro de 1 mm de espessura. Eles incorporaram essa lente Alvarez em um sistema de exibição AR construído usando elementos ópticos prontos para uso em uma mesa óptica. Ao deslocar lateralmente os dois elementos da lente Alvarez, eles foram capazes de ajustar continuamente a profundidade da imagem virtual de distâncias próximas a distantes.

"Não importa a profundidade, a imagem virtual exibiu o mesmo efeito de foco dentro e fora de foco que os objetos 3D reais no mundo real", disse Li. “Isso significava que o olho humano sempre poderia focar a profundidade da imagem virtual 3D corretamente, superando assim o problema do conflito de acomodação de vergência”.

A lente Alvarez demonstrada neste trabalho foi otimizada para operação de cor única em 532 nm, mas os pesquisadores estão trabalhando em maneiras de usá-la para uma tela colorida. Eles também querem adotar um método eletrônico para controlar o deslocamento lateral entre os elementos ópticos, que foi realizado manualmente nesta pesquisa. + Explorar mais

Pesquisadores usam lentes planas para estender a distância de visualização para exibição em 3D