Los investigadores han desarrollado una lente delgada con una distancia focal continuamente ajustable. La nueva lente podría algún día hacer que la fatiga visual de los dispositivos de realidad aumentada y virtual (AR/VR) sea cosa del pasado.

"Muchas de las pantallas 3D utilizadas en los dispositivos AR/VR de hoy en día causan molestias después de un uso prolongado debido al conflicto de acomodación de convergencia", dijo el líder del equipo de investigación, Yan Li, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China. "Nuestra lente, que se conoce como lente Alvarez, se puede usar para aliviar este problema. Esto podría proporcionar una experiencia 3D más cómoda y realista que permitiría un uso más generalizado de los auriculares AR/VR".

Los investigadores describen su nueva lente en Optics Express . Está hecho de dos elementos de cristal líquido planos o planos que se pueden mover entre sí para cambiar continuamente la distancia focal de la lente. Para demostrar el nuevo lente Alvarez, lo incorporaron a un sistema de visualización AR que mostraba imágenes virtuales en una vista del mundo real a diferentes profundidades.

"Esta lente tiene un rango de sintonización continuo y grande, un factor de forma delgado, es liviana y puede fabricarse mediante un proceso de fabricación simple y de bajo costo", dijo Li, quien colaboró ​​con el laboratorio de Shin-Tson Wu en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Florida Central. Óptica y Fotónica. "Además de los dispositivos AR/VR, este tipo de lente sintonizable compacta podría ser útil para imágenes microscópicas, visión artificial, procesamiento láser y oftalmología".

Mejorando la experiencia virtual

En los dispositivos AR/VR, el conflicto de acomodación de vergencia ocurre porque los ojos izquierdo y derecho reciben dos imágenes ligeramente diferentes que el cerebro junta para formar una imagen 3D virtual. Para ver la imagen claramente, cada ojo se enfoca en el plano 2D fijo donde se muestra la imagen. Esto hace que la imagen 3D fusionada y el enfoque de un solo ojo en el plano 2D sean inconsistentes, lo que provoca mareos y fatiga visual.

Es posible disminuir el conflicto de acomodación de vergencia con una pantalla varifocal, que cambia dinámicamente la profundidad de los objetos virtuales de un solo plano para que los objetos virtuales parezcan existir a diferentes profundidades en diferentes momentos. Otra opción es un sistema de visualización multifocal, que representa varias secciones transversales en 2D de un objeto virtual a varias profundidades simultáneamente para reconstruir un volumen en 3D. En ambos casos, el problema de VAC se suprime porque el ojo humano puede enfocarse en las profundidades correctas de los objetos virtuales.

Los sistemas de visualización varifocales o multifocales necesitan una lente sintonizable que pueda cambiar el enfoque continuamente dentro de un amplio rango y que al mismo tiempo sea lo suficientemente compacta y liviana para ser útil en dispositivos AR/VR montados en la cabeza. Li ha estado trabajando en pantallas AR sin fatiga y dispositivos de cristal líquido durante aproximadamente 10 años y recientemente desarrolló una forma de fabricar un componente óptico difractivo basado en cristal líquido conocido como elemento óptico Pancharatnam-Berry (PB) que puede usarse para crear un lente sintonizable que cumpla con estos requisitos.

"Nuestro método permite elementos ópticos Pancharatnam-Berry con los perfiles de fase complicados e irregulares necesarios para crear una lente Alvarez con alta precisión, bajo costo y una comodidad sin precedentes", dijo Li. "Queríamos ver si esta lente sintonizable ultracompacta de Alvarez podía ofrecer una solución al antiguo problema de conflicto de acomodación de vergencia en las pantallas de realidad virtual y realidad aumentada".

Demostración de pantalla AR

Los investigadores utilizaron su nuevo enfoque para crear una lente Alvarez sintonizable hecha de dos elementos planos de cristal líquido Pancharatnam-Berry. En cada elemento, una capa de cristal líquido polimétrico ultrafino de unos pocos cientos de nanómetros de espesor se recubre sobre un sustrato de vidrio de 1 mm de espesor. Incorporaron esta lente de Álvarez en un sistema de visualización AR creado con elementos ópticos listos para usar en una mesa óptica. Al desplazar lateralmente los dos elementos de la lente Alvarez, pudieron ajustar continuamente la profundidad de la imagen virtual desde distancias cercanas a lejanas.

"No importa la profundidad, la imagen virtual exhibió el mismo efecto de enfoque y desenfoque que los objetos 3D reales en el mundo real", dijo Li. "Esto significaba que el ojo humano siempre podía enfocar correctamente la profundidad de la imagen 3D virtual, superando así el problema del conflicto de acomodación de vergencia".

La lente de Álvarez demostrada en este trabajo fue optimizada para la operación de un solo color a 532 nm, pero los investigadores están trabajando en formas de usarla para una pantalla a todo color. También quieren adoptar un método electrónico para controlar el desplazamiento lateral entre los elementos ópticos, que se realizó manualmente en esta investigación. + Explora más

Los investigadores usan lentes planas para ampliar la distancia de visualización para la visualización en 3D