不說不知道原來如此 VR頭顯透鏡工作原理分析

為了更好地讓固定大小的頭顯在VR虛擬現實顯示效果更為穩定，目前主流的幾款VR頭顯所采用的透鏡模式都是基于菲涅爾透鏡進行設計。如HTC Vive內置菲涅爾透鏡，而Oculus Rift CV1則是內置混合菲涅爾透鏡。而什么是菲涅爾透鏡呢?

　　菲涅爾透鏡是根據法國光物理學家FRESNEL發明的原理設計的，可采用不同的加工方式制造。最早在1800年使用于導航燈塔，后延用至今，現多采用聚乙烯塑料注塑成型工藝。其組成是表面加工成一圈圈由小到大，向外由淺至深的同心圓，從剖面看似鋸齒。每個鋸齒的頂圓弧線為同一大小的圓弧組成。也可以設計成鋸齒左右對稱成豎列排列。而菲涅爾透鏡的工作的原理，我們引用Yivian網站中的一段圖文說明來了解一下。

　　如果眼睛注視著遠方，那注視點是無限遠的。也就意味著光線是平行的，晶狀體處于休息狀態。

　　如果物體像這只小蒼蠅靠近你的眼睛，你要一直看著它，那晶狀體就會彎曲，光線平行狀態就會打破。想要一直看著這只蒼蠅的話，所有從蒼蠅身上發出的單一的光，都需要聚焦在眼睛的一點上。

　　如果蒼蠅靠近太近的話，晶狀體彈性不夠，無法彎曲，眼睛就失去了焦點。

　　這就是為什么頭顯需要特制的透鏡，以便能修正晶狀體的光源的角度，重新被人眼讀取。

　　因為光束是從不同角度射到晶狀體上的，所以會感覺眼睛與事物的距離較遠，而事實上距離并沒有那么遠。

　　為了頭顯透鏡能更薄更輕，部分頭顯使用了菲涅爾透鏡。這款透鏡與普通透鏡的曲率一致，但其一面刻錄了大小不一的螺紋。

　　但使用菲涅爾透鏡意味著你需要做出一定的犧牲。你可以制作出多螺紋透鏡，從而能看到更清晰的圖像。但是光線無法聚焦在一點上，曲率也總是不正確的。

　　另外，你也可以使用螺紋較少的菲涅爾透鏡，有助于光束集中和提高對比度，但圖像的清晰度就會受損。而VR頭顯設備就是利用菲涅爾透鏡的特性能在短距離中實現有效圖像顯示效果，也是目前主流VR頭顯中透鏡的基本工作原理。