此前有分析猜测Meta下一代高端VR头显Cambria可能会采用Pancake与可变焦相结合的光学设计。近日，肯特州立大学和 Meta Reality 实验室一项新的研究对大型动态聚焦液晶透镜进行了展示，据介绍，该透镜可用于制造可变焦的VR头戴式设备。
寻找辏辐调节冲突（VAC）解决方案是VR领域热门的研究课题之一。为解决这一问题，当前已产生大量用于解决变焦头戴式设备聚散度与调节问题的技术，比如全息显示器、多焦平面，但却无人能够提供实用、经济高效且可大规模生产的VAC解决方案。
其实要解决这一问题，采用动态聚焦液晶（LC）透镜是较有潜力的方式之一，它可以在调整电压时改变焦距。据本次由Meta Reality 实验室资助、参与，与肯特州大学共同研究的项目，这类镜头此前已做过演示，但多数尺寸非常小，因为随着尺寸的增加，切换时间（焦点更改的速度）会显著减慢。
图源：SID Display Week
为了将动态聚焦镜头缩小至能够整合进VR头显，同时保持足够低的切换时间，研究人员设计了一个带有一系列“相位重置”的大型动态聚焦 LC 镜头，他们将其与菲涅耳透镜中所使用的环形设计进行比较。相位重置部分不是为了减小其宽度而对透镜进行分段（像菲涅耳那样），而是彼此分开供电，因此每个相位重置段的液晶仍然可以足够快地切换，以便在变焦头戴式头显中使用。
图源：SID Display Week
在SID Display Week 2022 峰会展示的一项新研究中，研究人员对 5 厘米动态聚焦 LC 镜头进行了表征，以测量其能力并确定优势和劣势。
优势：动态对焦镜头能实现高质量图像，同时支持-0.80 D 到 +0.80 D 的动态对焦范围和低于 500 毫秒的切换速度。
作为参考，在 90Hz 头显中，每 11ms（每秒 90 次）向用户显示一个新帧，而 500ms 的切换时间相当于 2Hz（每秒两次）。虽然这比头显的帧速率要慢得多，但考虑到眼睛可以调整到新焦距的速率，它可能在实用速度范围内。此外，研究人员表示，可以通过堆叠多个镜头来加快切换时间。
劣势：动态聚焦 LC 透镜会因为相位重置段使得在视图接近透镜边缘时图像质量下降——在概念上与菲涅耳透镜中由突起的脊状部位引起的光散射相类似。（会上还展示了减少这些伪影的技术）
图 A-F 是通过动态聚焦 LC 镜头捕获的图像，从中心逐渐离轴，从 0° 开始到 45°
最终，研究人员得出结论，实验性动态聚焦 LC 镜头在大约 30° 的注视角度内提供了“可能可接受的 [图像质量] 值 [...]”，这与今天许多带有菲涅耳光学元件的 VR 头显的图像质量下降非常相似。
研究人员表示，要真正利用这项技术构建变焦头戴式头显，动态聚焦 LC 镜头将与传统镜头结合使用，以实现 VR 头戴式头显所需的光学通道。此外，精确的眼球追踪也是必要的，这样系统才能知道用户在看哪里，从而知道如何针对该深度正确调整镜头的焦点。
全文尚未发表，以上内容由其主要作者 Amit Kumar Bhowmick 在 2022 年 SID Display Week展示，研究成果还要归功于肯特州立大学和 Meta Reality Labs 的 Afsoon Jamali、Douglas Bryant、Sandro Pintz 和 Philip J Bos。
来源：roadtovr
