研究人员开发反射型变焦元件降低扩展现实晕眩感

研究人员开发反射型变焦元件降低扩展实境晕眩感

头戴式显示系统为了让虚拟影像具有立体感,常使用双眼视差制造3D效果,导致眼球对焦深度不一致带来的晕眩感。台湾国立交通大学光电博士生王毓仁研究将液晶变焦透镜组合成反射型变焦元件,让虚拟影像的空间深度可以调变,降低视觉辐辏调节冲突,降低扩展现实晕眩感。此一创新研究使他获颁美国脸书现实实验室(Facebook Reality Labs)液晶研究奖之白金奖荣誉,为亚洲区唯一获奖者。

Facebook Reality Labs主要发展扩展现实虚拟现实装置,今年首度设立液晶研究奖,鼓励液晶领域和跨学科领域的年轻学子探索AR / VR领域中液晶技术的可能性。申请作品中涵盖新型液晶材料、AR / VR光学器件和显示系统等新兴研究,考量在AR / VR领域的潜在影响与新颖性,共挑选出来自美洲、欧洲、亚洲共六位杰出的博士生颁赠研究奖。由交大光电所林怡欣教授指导的王毓仁获颁白金奖与奖金3500美元,为亚洲区唯一代表。

王毓仁的博士论文主攻「任意波型与大孔径之液晶透镜」,研究成果包含用空间相位拼接之大孔径电控变焦液晶眼镜、自由光学曲面波型之液晶元件以及液晶辅助光学系统。其中获得Facebook Reality Labs青睐的,是王毓仁自2017年起针对扩展现实光学系统的一系列研究设计。

王毓仁表示,一般头戴式显示系统为了让投影出来的虚拟影像具有立体感,常使用双眼视差制造3D效果,却也导致眼球对焦深度与双眼转动角度不一致后带来的晕眩感,此现象称作视觉辐辏调节冲突(vergence-accommodation conflict; VAC),是目前AR/VR光学系统发展上的技术瓶颈之一。为了解决这个问题,他研究将液晶变焦透镜组合成反射型变焦元件,不但让虚拟影像的空间深度可以调变,也重复利用了有限焦距调变范围的液晶透镜。

同时解决AR视差晕眩感与视力痛点
此外,AR/VR光学系统的另一个痛点是使用者有视力问题时,眼镜与装置无法同时使用,系统也无法针对不同使用者提供视力矫正的度数。因此,他开发大孔径电控液晶透镜,以提供近视眼与老花眼所需要之度数,在同一个AR装置下一并解决视差晕眩感与视力问题两个光学困难点。

其指导教授林怡欣教授表示,王毓仁自光电系毕业后进入光电所径读博士班,是交大一路培养的学生,除了获颁脸书研究奖,王毓仁今年与美国Google合作,发表全世界第一个平面但具有自由光学曲面波前的电控液晶元件,可修补球面像差与慧差;同时与Google合作提出电控液晶平行板解决VAC的架构,被认为是目前体积最小、厚度最薄的解决方案。从提出创新研究到解决产业问题,王毓仁的优异表现在在展示交大对学生的培养与研究方向接轨国际。

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