不说不知道原来如此 VR头显透镜工作原理分析

为了更好地让固定大小的头显在VR虚拟现实显示效果更为稳定，目前主流的几款VR头显所采用的透镜模式都是基于菲涅尔透镜进行设计。如HTC Vive内置菲涅尔透镜，而Oculus Rift CV1则是内置混合菲涅尔透镜。而什么是菲涅尔透镜呢?

　　菲涅尔透镜是根据法国光物理学家FRESNEL发明的原理设计的，可采用不同的加工方式制造。最早在1800年使用于导航灯塔，后延用至今，现多采用聚乙烯塑料注塑成型工艺。其组成是表面加工成一圈圈由小到大，向外由浅至深的同心圆，从剖面看似锯齿。每个锯齿的顶圆弧线为同一大小的圆弧组成。也可以设计成锯齿左右对称成竖列排列。而菲涅尔透镜的工作的原理，我们引用Yivian网站中的一段图文说明来了解一下。

　　如果眼睛注视着远方，那注视点是无限远的。也就意味着光线是平行的，晶状体处于休息状态。

　　如果物体像这只小苍蝇靠近你的眼睛，你要一直看着它，那晶状体就会弯曲，光线平行状态就会打破。想要一直看着这只苍蝇的话，所有从苍蝇身上发出的单一的光，都需要聚焦在眼睛的一点上。

　　如果苍蝇靠近太近的话，晶状体弹性不够，无法弯曲，眼睛就失去了焦点。

　　这就是为什么头显需要特制的透镜，以便能修正晶状体的光源的角度，重新被人眼读取。

　　因为光束是从不同角度射到晶状体上的，所以会感觉眼睛与事物的距离较远，而事实上距离并没有那么远。

　　为了头显透镜能更薄更轻，部分头显使用了菲涅尔透镜。这款透镜与普通透镜的曲率一致，但其一面刻录了大小不一的螺纹。

　　但使用菲涅尔透镜意味着你需要做出一定的牺牲。你可以制作出多螺纹透镜，从而能看到更清晰的图像。但是光线无法聚焦在一点上，曲率也总是不正确的。

　　另外，你也可以使用螺纹较少的菲涅尔透镜，有助于光束集中和提高对比度，但图像的清晰度就会受损。而VR头显设备就是利用菲涅尔透镜的特性能在短距离中实现有效图像显示效果，也是目前主流VR头显中透镜的基本工作原理。