視網膜顯示屏
Retina display 是蘋果公司針對其高分辨率屏幕技術的一種營銷術語。這個術語最早由喬佈斯在 2010 年 6 月的iPhone4 發佈會上提出，它將 960×640 的像素壓縮到一個 3.5 英寸的顯示屏內，並宣稱這一像素密度是人類視網膜分辨力的極限。
via 視力表與視標（optotype）設計
之所以說這是一個營銷術語，是因為人眼視敏度（Visual Acuity）是指視網膜分辨物體細微結構的最大能力，顯示設備是否能夠達到人眼分辨率極限，不隻取決於顯示分辨率，還取決於觀看距離。而蘋果所謂的視網膜屏假設用戶使用手機的觀看距離為 12 英寸（約 30cm），此時人眼接收到的 iPhone4 屏幕像素密度約為 68 像素每度視角(pixels per degree, ppd)，但如果是在更近距離（比如 15cm）觀看 iPhone4 屏幕，那實際像素密度隻有約 35 ppd，如果換算成視力表測試分數，遠低於 20/20 （我們常說的 1.0）視力。那人眼分辨力真正的生理極限是多少呢？
NVIDIA Automotive Screen Density Calculator
人眼視敏度極限
Rayleigh criterion
角分辨度常以瑞利判據（Rayleigh criterion）作為標準，如果將人眼看成是一個類似小孔成像的光學器件，其最小解析角度可以通過以下公式計算：
theta = frac{1.220 lambda}{ alpha } \
其中 λ 是光線的波長，alpha 是光學儀器孔隙的直徑；人眼瞳孔直徑 alpha 平均約為 2～5 mm，人眼最敏感的綠光波長 λ 為 555 nm，代入公式可得：
將 0.000135 弧度換算成角度為 0.0077°；如果顯示設備要滿足一個像素占據人眼極限分辨率 0.0077 的密度，換算為角分辨率為 129 ppd。
當然這是將人眼看做機械成像設備的理論極限，根據通常視力測量的標準，1.0 的標準視力對應的角分辨率為 1 角分（arcsec），即 1/60 °，換算成設備角分辨率約為 60 ppd，這也是很多 VR/MR 等近眼顯示（Near-eye Display）或頭戴顯示（Head-mounted Display）廠商將 60 ppd 作為真正意義上的視網膜屏的原因。 如下 Meta 展示的一款代號為 Butterscotch 的原型機，用來探索頭戴顯示的分辨率極限，其角分辨率達到 55 ppd，幾乎達到肉眼無法區分單個像素的水平，從而解決瞭 VR 顯示設備長久以來因為顯示和光學設計導致的“紗窗效應”（screen-door effect）。
via Meta
視場角與角分辨率
via Pimax Crystal
頭戴顯示設備在用戶使用過程中會遮擋全部視野，因而它所能夠提供的視場角度（FOV）同樣重要；對於同一規格的顯示面板，往往需要在視場角與角分辨率之間進行權衡設計。如下圖所示，如果要同時滿足單眼 120°視場角和 60ppd 視網膜分辨率，則需要兩塊單眼 8K 的顯示面板。
根據 Hypervision 對 Apple Vision Pro 的分析，雙目重疊區域 FOV 約為 110°，雖然平均角分辨率僅為 34 ppd左右，但中央視覺區域的峰值角分辨率可以達到 40 ppd。如果要大概感受一下 40 ppd 的視覺效果，可以將 iPhone/iPad 放置在面前對應的距離上，如 11 英寸的 iPad Pro 放置在距離眼睛 20cm 的位置，幾乎剛好是 Apple Vision Pro 設計規范中建議的中央視覺區域的窗口尺寸。
參考
- 視網膜顯示屏
- NVIDIA Automotive Screen Density Calculator
- 視力表與視標（optotype）設計
- 角分辨率
- The Limits of Human Vision
- Visual Acuity
- Ho Jin Jang, Jun Yeob Lee, Jeonghun Kwak, Dukho Lee, Jae-Hyeung Park, Byoungho Lee & Yong Young Noh (2019): Progress of display performances: AR, VR, QLED, OLED, and TFT, Journal of Information Display, DOI: 10.1080/15980316.2019.1572662
- Pimax Crystal
- First insights about Apple Vision Pro optics
